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 GSM全球移動(dòng)通信系統(tǒng)概述
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發(fā)表于 2012-03-28 15:04:24  只看樓主 
► 無線通信系統(tǒng)的基本概念、蜂窩通信
► GSM系統(tǒng)組成、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、接口與協(xié)議、業(yè)務(wù)功能
► GSM無線傳輸原理、標(biāo)準(zhǔn)、語(yǔ)音編碼、信道編碼與調(diào)制解調(diào)
► 移動(dòng)臺(tái)登記、漫游、切換、呼叫接續(xù)過程












1 蜂窩無線通信系統(tǒng)的基本概念

1.1無線通信系統(tǒng)的定義
表1.1列出了用來描述無線通信系統(tǒng)基本要素的術(shù)語(yǔ)定義。



表1.1 無線通信系統(tǒng)要素定義

術(shù)語(yǔ)

定義


基站
移動(dòng)無線系統(tǒng)中的固定站臺(tái)，用來和移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行無線通信。基站建在覆蓋區(qū)域 的中央或邊緣，包含無線信道和架在塔上的發(fā)射與接收天線

控制信道
用于呼叫建立，呼叫請(qǐng)求，呼叫初始化和其他標(biāo)志及控制用途

前向通道
用于從基站向用戶傳送信息的無線信道

全雙工系統(tǒng)
同時(shí)允許雙向通信的通信系統(tǒng)。發(fā)送和接收一般使用兩個(gè)不同的頻道（例如FDD），而新的無繩或個(gè)人通信系統(tǒng)使用TDD技術(shù)

半雙工系統(tǒng)
使用一條信道來發(fā)送和接收，只允許單向通信的通信系統(tǒng)。在任一個(gè)指定的時(shí)刻，用戶只能發(fā)送或接收信息

切換
將移動(dòng)臺(tái)從一個(gè)信道或基站切換到另一個(gè)信道或基站的過程
移動(dòng)臺(tái)
在蜂窩移動(dòng)服務(wù)中，計(jì)劃在不確定的地點(diǎn)并在移動(dòng)中使用的終端

移動(dòng)交換
/中心
在大范圍服務(wù)區(qū)域中協(xié)調(diào)呼叫路由的交換中心。在蜂窩系統(tǒng)中，移動(dòng)交換中心將蜂窩基站和用戶連到公用交換電話網(wǎng)上。移動(dòng)交換中心也叫作移動(dòng)電話交換局



尋呼
將簡(jiǎn)短的信息廣播到整個(gè)服務(wù)區(qū)域中，一般通過許多基站同時(shí)廣播的方式進(jìn)行

反向信道
用來從移動(dòng)用戶向基站傳輸信息的無線信道

漫游
移動(dòng)臺(tái)可以在不是最初登記的區(qū)域內(nèi)通信

單工系統(tǒng)
只提供單向通信的通信系統(tǒng)

用戶
使用移動(dòng)通信服務(wù)而付費(fèi)的使用者

收發(fā)信機(jī)
能同時(shí)發(fā)送和接收無線信號(hào)的設(shè)備

頻分雙工（FDD）中，一對(duì)有著固定頻率間隔的單向信道用作系統(tǒng)中的特定無線信道。在美國(guó)的AMPS標(biāo)準(zhǔn)中，反向信道比前向信道的頻率低45MHz(即手機(jī)的發(fā)比收低45MHz)。模擬無線系統(tǒng)只采用FDD。
時(shí)分雙工（TDD）方式，在時(shí)間上分享一條信道，將其一部分時(shí)間用于從基站向用戶發(fā)送信息，而其余的時(shí)間用于從用戶向基站發(fā)送信息。如果信道內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸速率遠(yuǎn)大于終端用戶的數(shù)據(jù)速率，就可以存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)，即使在同一時(shí)刻不存在兩條同步無線傳輸信道，仍能給用戶提供全雙工操作。TDD只在數(shù)字傳輸和數(shù)字調(diào)制時(shí)才可以使用。

1.2 蜂窩無線通信系統(tǒng)


蜂窩概念是解決頻率不足和用戶容量問題的一個(gè)重大突破，是一種系統(tǒng)級(jí)的概念。其思想是用許多小功率的發(fā)射機(jī)（小覆蓋區(qū)）來代替單個(gè)的大功率發(fā)射機(jī)（大覆蓋區(qū)），每一個(gè)小覆蓋區(qū)只提供服務(wù)范圍內(nèi)的一小部分覆蓋。每個(gè)基站分配整個(gè)系統(tǒng)可用信道中的一部分，相鄰基站則分配另外一些不同的信道，這樣基站之間（以及在它們控制下的移動(dòng)用
戶之間）的干擾就最小。只要基站間的同頻干擾在可以接受的范圍以內(nèi)，可用信道就可以盡可能的復(fù)用。

1.2.1 頻率復(fù)用

蜂窩無線系統(tǒng)依賴于整個(gè)覆蓋區(qū)域內(nèi)信道的分配及復(fù)用。每一個(gè)蜂窩基站分配一組無線信道，這組無線信道作用于一個(gè)小區(qū)。給相鄰小區(qū)的基站分配一個(gè)信道組，所包含的信道全部不能在相鄰小區(qū)內(nèi)使用。通過將基站天線的覆蓋范圍限制在小區(qū)邊界以內(nèi)，相同的信道組就可用于覆蓋不同的小區(qū)，只要距離足夠遠(yuǎn)，相互間的干擾就可以接受。為整個(gè)系統(tǒng)中的所有基站選擇和分配信道組的設(shè)計(jì)過程就叫做頻率復(fù)用（Frequency Reuse）。
現(xiàn)在考慮一個(gè)共有S個(gè)可用的雙向信道的蜂窩系統(tǒng)。如果每個(gè)小區(qū)都分配k個(gè)信道（k<S），并且S個(gè)信道在N個(gè)小區(qū)中分為各不相同的、各自獨(dú)立的信道組，而且每個(gè)信道組有相同的信道數(shù)目，那么可用無線信道的總數(shù)表示為 S = k N 。共同使用全部 可用頻率的N個(gè)小區(qū)叫做一簇（Cluster）。如果簇在系統(tǒng)中共復(fù)制了M次，則雙向信道的總數(shù)可以作為容量的一個(gè)度量C = M k N = M S。

蜂窩系統(tǒng)的容量直接與簇在某一固定范圍內(nèi)復(fù)制的次數(shù)成正比。因數(shù)N叫做簇的大小，典型值為4、7、12。如果簇的大小N減小但是小區(qū)的數(shù)目保持不變，則需要更多數(shù)目的簇來覆蓋原來給定的范圍，從而獲得了更大的容量。M變大N變小意味著小區(qū)半徑與同頻小區(qū)間距離之比變大，M變小N變大則意味著小區(qū)半徑與同頻小區(qū)間距離之比變小。從設(shè)計(jì)的角度來看，N盡可能的取最小值，以便獲得某一給定覆蓋范圍內(nèi)的最大容量，但是一定要顧及到使用相同頻率的小區(qū)距離過近而引起的同頻干擾必須限制在可以接受的范圍以內(nèi)。蜂窩系統(tǒng)的頻率復(fù)用因子為1/N，因?yàn)橐粋�(gè)簇中的每個(gè)小區(qū)都只能使用所有可用信道的1/N。
圖1-1說明了蜂窩頻率復(fù)用的思想。標(biāo)有相同字母的小區(qū)使用相同的頻率，相同顏色的小區(qū)組成一個(gè)簇，并在覆蓋區(qū)域上進(jìn)行復(fù)制。圖中簇的大小N為7，頻率復(fù)用因子為1/7。
F
G
D
C
E
A
B
D
G
F
E
A
C
B
E
F
D
C
A
G
B




B內(nèi)含K個(gè)信道
此簇為N=7
M為復(fù)制次數(shù)3













圖1-1 蜂窩頻率復(fù)用思想圖解
1.2.2 越區(qū)切換


當(dāng)一個(gè)移動(dòng)臺(tái)正在通話的時(shí)候，從一個(gè)基站移動(dòng)到另一個(gè)基站，為了使通話不被中斷，系統(tǒng)自動(dòng)地將呼叫轉(zhuǎn)移到新基站的信道上。這種切換操作不僅要識(shí)別一個(gè)新基站，而且要求將話音和信令信號(hào)分派到新基站的信道上，此過程不需要用戶的介入。

在小區(qū)內(nèi)分配空閑信道時(shí)，許多切換策略都使切換請(qǐng)求優(yōu)先于呼叫初始請(qǐng)求。系統(tǒng)設(shè)計(jì)者必須要指定一個(gè)啟動(dòng)切換的最恰當(dāng)?shù)男盘?hào)強(qiáng)度，一旦將某個(gè)特定的信號(hào)強(qiáng)度指定為基站接收機(jī)中可接受的話音質(zhì)量的最小可用信號(hào)（一般在–90 dBm到 –100 dBm之間），稍微強(qiáng)一點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度就可作為啟動(dòng)切換的門限，兩者之間的信號(hào)強(qiáng)度之差值∆的選擇必須慎重。在決定何時(shí)切換的時(shí)候，很重要的一點(diǎn)是要保證所檢測(cè)到的信號(hào)電平的下降不是因?yàn)樗矔r(shí)的衰減，而是由于移動(dòng)臺(tái)正在離開當(dāng)前服務(wù)的基站，所以基站在準(zhǔn)備切換之前先對(duì)信號(hào)監(jiān)視一段時(shí)間。

1.2.3 信道分配

信道分配策略可以分為兩類：固定的和動(dòng)態(tài)的。

在固定的信道分配策略中，每個(gè)小區(qū)分配給一組預(yù)先確定好的語(yǔ)音信道。小區(qū)中的任何呼叫都只能使用該小區(qū)中的空閑信道，如果該小區(qū)的所有信道都已被占用，則出現(xiàn)呼叫阻塞。有一種借用策略，就是當(dāng)某小區(qū)的所有信道都已被占用，則允許它從相鄰小區(qū)中借用信道并且不影響借出小區(qū)的任何一個(gè)正在進(jìn)行的呼叫，該過程由移動(dòng)交換中心（MSC）來管理。

在動(dòng)態(tài)的信道分配策略中，語(yǔ)音信道不是固定地分配給各個(gè)小區(qū)。每次呼叫請(qǐng)求來的時(shí)候，為它服務(wù)的基站就向MSC請(qǐng)求一個(gè)信道，交換機(jī)則根據(jù)一種算法給發(fā)出請(qǐng)求的小區(qū)分配一個(gè)信道，當(dāng)然這種算法必須考慮到避免同頻干擾。動(dòng)態(tài)的信道分配策略可以減小阻塞的可能性，系統(tǒng)中的所有可用信道對(duì)于所有小區(qū)都可用。

1.2.4 干擾

干擾是蜂窩無線系統(tǒng)性能的主要限制因素，是系統(tǒng)增加容量的重要瓶頸。蜂窩系統(tǒng)中兩種主要的干擾是：同頻干擾和鄰頻干擾。

同頻干擾

使用同一組頻率的同頻小區(qū)之間的信號(hào)干擾叫做同頻干擾，減小同頻干擾必須在物理上隔開一個(gè)最小的距離。

假設(shè)每個(gè)小區(qū)的大小都差不多，基站也都發(fā)射相同的功率，則同頻干擾比例與發(fā)射功率無關(guān)，而變?yōu)樾^(qū)半徑R和相距最近的同頻小區(qū)的中心之間距離D的函數(shù)。增加D/R的值，同頻干擾減小。參數(shù)Q叫做同頻復(fù)用比例，與簇的大小有關(guān)。對(duì)于六邊形來說，Q表示為：Q = D/R = 。Q的值越小，則容量越大；但是Q的值大則同頻干擾小。

鄰頻干擾

來自所使用信號(hào)頻率的相鄰頻率的信號(hào)干擾叫做鄰頻干擾。鄰頻干擾是由于接收濾波器不理想，使得相鄰頻率的信號(hào)泄漏到了傳輸帶寬內(nèi)而引起的。

鄰頻干擾可以通過精確的濾波和信道分配而減到最小。通過使小區(qū)中的信道間隔盡可能的大，鄰頻干擾會(huì)減小。通過順序地將連續(xù)的信道分配給不同的小區(qū)，許多分配方案可以使得在一個(gè)小區(qū)內(nèi)的鄰頻信道間隔為N個(gè)信道帶寬，其中N是簇的大小。有些信道分配方案還通過避免在相鄰小區(qū)中使用鄰頻信道來阻止一些次要的鄰頻干擾。

1.2.5 小區(qū)分裂

隨著服務(wù)需求的提高，實(shí)際中使用了小區(qū)分裂、裂向和覆蓋區(qū)域逼近等技術(shù)來增大蜂窩系統(tǒng)容量。

小區(qū)分裂是將擁塞的小區(qū)分成更小小區(qū)的方法，每個(gè)新小區(qū)都有自己的基站并相應(yīng)地降低天線高度和減小發(fā)射機(jī)功率。通過設(shè)定比原小區(qū)半徑更小的新小區(qū)和在原有小區(qū)間安置這些小區(qū)，使得單位范圍內(nèi)的信道數(shù)目增加，提高了信道的復(fù)用次數(shù)，因此能提高系統(tǒng)容量。
例如，將一個(gè)半徑為R的小區(qū)分裂為半徑為R/2的新小區(qū)，則需要4個(gè)新小區(qū)才能覆蓋原來的范圍。當(dāng)然，新小區(qū)的發(fā)射功率也應(yīng)該下降，通過檢查在新舊小區(qū)邊界接收到的功率，并令它們相等來得到新小區(qū)的發(fā)射機(jī)功率。
實(shí)際上，不是所有的小區(qū)都同時(shí)分裂，不同規(guī)模的小區(qū)將同時(shí)存在，這時(shí)需要特別注意保持同頻小區(qū)間所需的最小距離，頻率分配將變得更為復(fù)雜，而且發(fā)射機(jī)的功率也不盡相等。

2 GSM全球移動(dòng)通信系統(tǒng)概述

2.1 GSM的發(fā)展概述
GSM原意為“移動(dòng)通信特別小組”（Group Special Mobile），是歐洲郵電主管部門會(huì)議（CEPT）為開發(fā)第二代數(shù)字蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)而在1982年成立的機(jī)構(gòu)，開始制定適用于泛歐各國(guó)的一種數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范。1987年，歐洲15個(gè)國(guó)家的電信業(yè)務(wù)經(jīng)營(yíng)者在哥本哈根簽署了一項(xiàng)關(guān)于在1991年實(shí)現(xiàn)泛歐900MHz數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)的諒解備忘錄（Memorandum of Understanding，簡(jiǎn)稱MOU）。隨著設(shè)備的開發(fā)和數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)的建立，GSM逐步成為歐洲數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的代名詞。后來，歐洲的專家們將GSM重新命名為“Global System for Mobile Communications”，即“全球移動(dòng)通信系統(tǒng)”的簡(jiǎn)稱。
目前，宣布采用GSM系統(tǒng)并參加MOU的國(guó)家早就不限在歐洲。在1995年初，全世界就已有69個(gè)國(guó)家約118個(gè)經(jīng)營(yíng)者簽字參加了MOU。

2.2 GSM的系統(tǒng)構(gòu)成
GSM系統(tǒng)由以下分系統(tǒng)構(gòu)成：交換分系統(tǒng)（MSS）；基站分系統(tǒng)（BSS）；移動(dòng)臺(tái)（MS）和操作與維護(hù)分系統(tǒng)（OMS）。它包括了從固定用戶到移動(dòng)用戶（或相反）所經(jīng)過的全部設(shè)備，如圖2-1所示。

2.2.1交換分系統(tǒng)（MSS）

包括以下幾個(gè)部分：移動(dòng)交換中心（MSC），歸屬位置寄存器（HLR），拜訪位置寄存器（VLR），認(rèn)證（鑒權(quán)）中心（AUC），設(shè)備標(biāo)志寄存器（EIR）。
①
移動(dòng)交換中心（MSC——Mobile Service Switching Center）

它主要處理與協(xié)調(diào)GSM系統(tǒng)內(nèi)部用戶的通信接續(xù)。MSC對(duì)位于其服務(wù)區(qū)內(nèi)的移動(dòng)臺(tái)（MS）進(jìn)行交換與控制，同時(shí)提供移動(dòng)網(wǎng)與固定公眾電信網(wǎng)的接口。作為交換設(shè)備，MSC具有完成呼叫接續(xù)與控制的功能，同時(shí)還具有無線資源管理和移動(dòng)性管理等功能，例如移動(dòng)臺(tái)位置登記與更新，MS的越區(qū)轉(zhuǎn)接控制等。移動(dòng)用戶沒有固定位置，要為網(wǎng)內(nèi)用戶建立通信時(shí)，路由都先接到一個(gè)關(guān)口交換局（GMSC——Gateway MSC），即由固定網(wǎng)接到GMSC。GMSC的作用是查詢用戶的位置信息，并把路由轉(zhuǎn)到移動(dòng)用戶當(dāng)時(shí)所拜訪的移動(dòng)交換局（VMSC）。GMSC首先根據(jù)移動(dòng)用戶的電話號(hào)碼找到該用戶所屬的歸屬位置寄存器HLR，然后從HLR中查詢到該用戶目前的VMSC。GMSC一般都與某個(gè)MSC合在一起，只要使MSC具有關(guān)口功能就可實(shí)現(xiàn)。MSC通常是一個(gè)大的程控?cái)?shù)字交換機(jī)，能控制若干個(gè)基站控制器（BSC）。GMSC與固定網(wǎng)相接，固定網(wǎng)有公眾電話網(wǎng)PSTN、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)ISDN、分組交換公眾數(shù)據(jù)網(wǎng)PSPDN和電路交換公眾數(shù)據(jù)網(wǎng)CSPDN。MSC與固定網(wǎng)互連需要通過一定的適配才能符合對(duì)方網(wǎng)絡(luò)對(duì)傳輸?shù)囊�，稱其為適配功能（IWF——Inter Working Function）。
②
歸屬位置寄存器（HLR——Home Locate Register）
HLR是管理移動(dòng)用戶的數(shù)據(jù)庫(kù)，作為物理設(shè)備，它是一臺(tái)獨(dú)立的計(jì)算機(jī)。每個(gè)移動(dòng)用戶必須在某個(gè)HLR中登記注冊(cè)。在數(shù)字蜂窩網(wǎng)中，應(yīng)包括一個(gè)或多個(gè)HLR。HLR所存儲(chǔ)的信息分兩類：一類是有關(guān)用戶參數(shù)的信息，例如用戶類別、所提供的服務(wù)、用戶的各種號(hào)碼、識(shí)別碼，以及用戶的保密參數(shù)等；另一類是用戶當(dāng)前的位置信息，例如移動(dòng)臺(tái)漫游號(hào)碼、VLR地址等，用于建立至移動(dòng)臺(tái)的呼叫路由。HLR不受MSC的直接控制。
③
拜訪位置寄存器（VLR——Visitor Location Register）

VLR是存儲(chǔ)用戶位置信息的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，當(dāng)漫游用戶進(jìn)入某個(gè)MSC區(qū)域時(shí)，必須在MSC相關(guān)的VLR中進(jìn)行登記，VLR分配給移動(dòng)用戶一個(gè)漫游號(hào)（MSRN）。在VLR中建立用戶的有關(guān)信息，其中包括移動(dòng)用戶識(shí)別碼（MSI）、移動(dòng)臺(tái)漫游號(hào)（MSRN）、移動(dòng)用戶所在位置區(qū)的標(biāo)志及向用戶提供服務(wù)等參數(shù)，而這些信息是從相關(guān)的HLR中傳過來的。MSC在處理入網(wǎng)和出網(wǎng)呼叫時(shí)需要查訪VLR中的有關(guān)信息。一個(gè)VLR可以負(fù)責(zé)一個(gè)或多個(gè)MSC區(qū)域。由于MSC與VLR之間交換信息很多，所以兩者的設(shè)備通常合在一起。
④
認(rèn)證（鑒權(quán)）中心（AUC——Authentication Center）

它直接與HLR相連，是認(rèn)證移動(dòng)用戶身份及產(chǎn)生相應(yīng)認(rèn)證參數(shù)的功能實(shí)體。認(rèn)證參數(shù)包括隨機(jī)號(hào)碼RAND、信號(hào)響應(yīng)SREC和密匙KC。認(rèn)證中心對(duì)移動(dòng)用戶的身份進(jìn)行認(rèn)證，將用戶的信息與認(rèn)證中心的隨機(jī)號(hào)碼進(jìn)行核對(duì)，合法用戶才能接入網(wǎng)絡(luò)，并得到網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)。
⑤
設(shè)備標(biāo)志寄存器（EIR——Equipment Identification Register）

EIR是存儲(chǔ)有關(guān)移動(dòng)臺(tái)設(shè)備參數(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)，用來實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)設(shè)備的識(shí)別、監(jiān)視、閉鎖等功能。EIR只允許合法的設(shè)備使用，它與MSC相連接。

2.2.2 基站分系統(tǒng)（BSS）
BSS包含GSM數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)中無線通信部分的所有地面基礎(chǔ)設(shè)施，通過無線接口直接與移動(dòng)臺(tái)實(shí)現(xiàn)通信連接。BSS具有控制功能與無線傳輸功能，完成無線信道的發(fā)送、接收和管理。它由基站控制器（BSC——Base Station Controller）和 基站收發(fā)信臺(tái)（BTS——Base Transceiver Station）兩部分組成。
①
基站控制器（BSC）
BSC的一側(cè)與移動(dòng)交換分系統(tǒng)相連接，另一側(cè)與BTS相連接。一個(gè)基站分系統(tǒng)只有一個(gè)BSC，而有多套BTS。它的功能是負(fù)責(zé)控制和管理，BSC通過對(duì)BTS和MS的指令來管理無線接口，主要進(jìn)行無線信道分配、釋放以及越區(qū)信道的切換管理。
②
基站收發(fā)信臺(tái)（BTS）
BTS負(fù)責(zé)無線傳輸，每個(gè)BTS有多部收發(fā)信機(jī)（TRX），即占用多個(gè)頻率點(diǎn)，每部TRX占用一個(gè)頻率點(diǎn)，而每個(gè)頻率點(diǎn)又分成8個(gè)時(shí)隙，這些時(shí)隙就構(gòu)成了信道。BTS是覆蓋一個(gè)小區(qū)的無線電收發(fā)信設(shè)備。
BTS還有一個(gè)重要的部件稱為 碼型轉(zhuǎn)換器（Transcoder）和 速率適配器（Rate Adaptor），簡(jiǎn)稱TRAU。它的作用是將GSM系統(tǒng)中話音編輯信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)64kbit/sPCM相配合，例如移動(dòng)臺(tái)（MS）發(fā)話，它首先進(jìn)行語(yǔ)音編碼，變?yōu)?3kbit/s的數(shù)字流，信號(hào)經(jīng)BTS收信機(jī)的接收，其輸出仍為13kbit/s信號(hào)，需經(jīng)TRAU后變?yōu)?4kbit/sPCM信號(hào)，才能在有線信道上傳輸。同時(shí)，要傳送較低速率數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)，也需經(jīng)過TRAU變成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。

2.2.3 移動(dòng)臺(tái)（MS）
移動(dòng)臺(tái)靠無線接入進(jìn)行通信，線路不固定，因此它必須具備用戶的識(shí)別號(hào)碼。GSM系統(tǒng)采用用戶識(shí)別模塊SIM（Subscriber Identity Module），將模塊做成信用卡的形式。SIM卡中存又用戶身份認(rèn)證所需的信息，并能執(zhí)行一些與安全保密有關(guān)的信息。移動(dòng)設(shè)備只有插入SIM卡后才能進(jìn)網(wǎng)使用。

2.2.4 操作與維護(hù)分系統(tǒng)（OMS）
操作與維護(hù)管理的目的是使網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)者能監(jiān)視和控制整個(gè)系統(tǒng)，把需要監(jiān)視的內(nèi)容從被監(jiān)視的設(shè)備傳到網(wǎng)絡(luò)管理中心，顯示給管理人員；同時(shí)，應(yīng)該使管理人員在網(wǎng)絡(luò)管理中心還應(yīng)該能修改設(shè)備的配置和功能。

2.3 GSM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

GSM系統(tǒng)可構(gòu)成全球移動(dòng)通信系統(tǒng)。它由多個(gè)國(guó)家構(gòu)成，將其稱為GSM服務(wù)區(qū)。對(duì)于一個(gè)國(guó)家（或少數(shù)幾個(gè)國(guó)家）的移動(dòng)網(wǎng)，稱為公眾陸地移動(dòng)網(wǎng)（PLMN——Public Land Mobile Network）服務(wù)區(qū)，這個(gè)服務(wù)區(qū)又可分為多個(gè)MSC/VLR服務(wù)區(qū)。將MSC/VLR又可分為若干個(gè)位置區(qū)（LA），最小的單元為小區(qū)（Cell）。移動(dòng)網(wǎng)與固定網(wǎng)相連之處稱為關(guān)口交換中心（GMSC），將全部入局（網(wǎng)）呼叫接至一個(gè)或多個(gè)GMSC，它們作為該移動(dòng)網(wǎng)的入網(wǎng)匯接交換機(jī)，具有為呼叫查詢、選擇呼叫路由的功能。上述結(jié)構(gòu)如圖2-2。

2.3.1
MSC/VLR業(yè)務(wù)區(qū)
MSC服務(wù)區(qū)表示網(wǎng)絡(luò)中由一個(gè)MSC所覆蓋的部分。一個(gè)PLMN通常由多個(gè)MSC服務(wù)區(qū)組成，在該區(qū)內(nèi)的移動(dòng)用戶要在該區(qū)的拜訪位置寄存器（VLR）內(nèi)登記，MSC與VLR構(gòu)成同一節(jié)點(diǎn)。

2.3.2
位置區(qū)（LA）
每個(gè)MSC/VLR業(yè)務(wù)區(qū)分成幾個(gè)位置區(qū)。位置區(qū)是MSC/VLR業(yè)務(wù)區(qū)的一部分，在一個(gè)位置區(qū)內(nèi)移動(dòng)臺(tái)可“自由地”移動(dòng)，不需作位置更新處理。在一個(gè)位置區(qū)內(nèi)發(fā)射廣播消息，以便找到移動(dòng)用戶，是一個(gè)尋呼區(qū)域。一個(gè)位置區(qū)只屬于某個(gè)MSC/VLR業(yè)務(wù)區(qū)，利用位置區(qū)識(shí)別碼（LAI），系統(tǒng)能夠區(qū)分不同位置區(qū)。一個(gè)位置區(qū)含有幾個(gè)小區(qū)，且可能和一個(gè)或幾個(gè)BSC有關(guān)，它是定位和尋呼區(qū)。

2.3.3小區(qū)（Cell）
一個(gè)位置區(qū)包括若干個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)都有專用的識(shí)別碼，它表示網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)基本的無線覆蓋區(qū)域，是一個(gè)特定BTS所覆蓋的區(qū)域。利用基站識(shí)別碼（BSIC）移動(dòng)臺(tái)能區(qū)分各小區(qū)。

2.4 GSM系統(tǒng)的接口與協(xié)議

GSM系統(tǒng)非常復(fù)雜，每次通信前都要交換大量的信令，最后才能完成呼叫接續(xù)，在此基礎(chǔ)上才是傳輸、進(jìn)行雙向通信。接口是指兩個(gè)相鄰實(shí)體之間的連接點(diǎn)，協(xié)議是說明在連接點(diǎn)上交換信息需要遵守的規(guī)則。信令是個(gè)非常復(fù)雜的過程，采用電信網(wǎng)開放系統(tǒng)互連模式OSI的概念，把協(xié)議按功能分為不同的層面，每一層都有各自的協(xié)議規(guī)約。

2.4.1 公眾陸地移動(dòng)網(wǎng)（PLMN）的接口
GSM系統(tǒng)的各種接口如圖2-3所示。

Sm接口為人機(jī)接口，是用戶與移動(dòng)網(wǎng)之間的接口，在移動(dòng)臺(tái)中實(shí)現(xiàn)，包括鍵盤、液晶顯示以及用戶識(shí)別卡等。

Um接口是移動(dòng)臺(tái)與基站收發(fā)信臺(tái)之間的無線接口，包含信令接口和物理接口兩方面的含義，無線接口的不同是數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)與模擬移動(dòng)通信網(wǎng)主要區(qū)別之一。

A接口是基站與移動(dòng)交換中心之間的接口，所傳遞的信息主要是基站管理、呼叫處理和移動(dòng)性管理，當(dāng)然還有具體通信信息。

Abis接口是基站系統(tǒng)中基站控制器BSC與基站收發(fā)信臺(tái)BTS之間的無線接口，支持所有向用戶提供的服務(wù)，著重支持對(duì)BTS無線設(shè)備的控制和分配的無線資源管理。

HLR/VLR/AVC/EIR之間的接口是指 在移動(dòng)交換分系統(tǒng)中的各種接口，移動(dòng)應(yīng)用部分MAP用來處理與呼叫無關(guān)的信令，與許多協(xié)議相關(guān)。將MAP/X表示成X接口的MAP協(xié)議，X從B一直到I。這些協(xié)議都是由CCS7信令中的事物處理能力應(yīng)用部分TCAP提供服務(wù)的，而它本身又由CCS7中的信令連接控制部分SCCP提供服務(wù)。

B接口是移動(dòng)交換中心MSC與拜訪位置寄存器VLR之間的接口。當(dāng)MSC需要某個(gè)移動(dòng)臺(tái)位置時(shí)，就查詢VLR；當(dāng)MSC得到移動(dòng)臺(tái)要求位置更新時(shí)，MSC就會(huì)通知VLR。

C接口是移動(dòng)交換中心MSC與歸屬位置寄存器HLR之間的接口，主要用于傳遞管理與路由選擇信息。當(dāng)呼叫結(jié)束時(shí)，相應(yīng)的MSC向HLR發(fā)送計(jì)費(fèi)信息。當(dāng)固定網(wǎng)不能查詢HLR以獲得所需移動(dòng)用戶位置信息時(shí)，有關(guān)的關(guān)口交換局GMSC就應(yīng)查詢此用戶歸屬的HLR，以獲得被呼移動(dòng)臺(tái)的漫游號(hào)碼，再傳遞給固定網(wǎng)。

D接口是歸屬位置寄存器HLR與拜訪位置寄存器VLR之間的接口，用于移動(dòng)臺(tái)位置和用戶管理的信息交換。VLR將歸屬于HLR的移動(dòng)臺(tái)當(dāng)前位置通知HLR，在再提供該移動(dòng)臺(tái)的漫游號(hào)碼；HLR向VLR發(fā)送支持該移動(dòng)臺(tái)服務(wù)所需的所有數(shù)據(jù)。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)漫游到另一個(gè)VLR服務(wù)區(qū)時(shí)，HLR應(yīng)通知原來的VLR消除移動(dòng)臺(tái)的有關(guān)信息。

E接口是移動(dòng)交換中心之間的接口，在兩個(gè)MSC之間交換有關(guān)越區(qū)切換信息。

F接口是移動(dòng)交換中心與設(shè)備標(biāo)志寄存器EIR之間的接口，用于在MSC與EIR之間交換有關(guān)移動(dòng)設(shè)備的管理信息，例如國(guó)際移動(dòng)臺(tái)設(shè)備識(shí)別碼等。

G接口是拜訪位置寄存器VLR之間的接口，當(dāng)某個(gè)移動(dòng)臺(tái)使用臨時(shí)移動(dòng)臺(tái)號(hào)碼TMSI在新的VLR中登記時(shí)，通過G接口在VLR之間交換有關(guān)信息。

2.4.2 接口協(xié)議模型

作為第二代蜂窩移動(dòng)網(wǎng)，數(shù)字PLMN采用開放系統(tǒng)互連模式OSI來規(guī)定其協(xié)議模型，如圖2-4所示，它是從MS到MSC之間的各種接口及其協(xié)議。


OSI參考模型的基本結(jié)構(gòu)是分層，根據(jù)分層的概念，通信處理過程可以看作由最低層到最高層的若干有序的邏輯層次構(gòu)成。在不同系統(tǒng)中，為實(shí)現(xiàn)共同目的而必須交換信息的同一層實(shí)體稱對(duì)等實(shí)體。相鄰層次中的實(shí)體通過共同層面相互作用。低層向高層提供服務(wù)，第N層所提供的服務(wù)是它以下各層所提供的服務(wù)與功能的組合。

無線接口Um的協(xié)議第一層為物理層，記作L1，它是最低層，包括各類信道，為高層信息的傳輸提供基本無線信道。 第二層L2為數(shù)據(jù)鏈路層，記作LAPDm，它包括各種數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行控制。
第三層L3為最高層，稱作應(yīng)用層，它包括各類消息和程序，對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行控制。第三層包括無線資源管理RRM、移動(dòng)性管理MM和呼叫接續(xù)管理CM。

Abis接口的協(xié)議與Um接口協(xié)議稍有不同，它的物理層為64kbit/s地面線路，鏈路層為L(zhǎng)APD。具體情況為：第一層為64kbit/s地面線路，第二層為消息傳遞部分MTP，它是CCS7信令網(wǎng)中的一部分。MTP包含有更多的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，并集中了全部的鏈路層協(xié)議。信令連接控制部分SCCP與MTP共同在A接口上構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。

移動(dòng)性管理MM和呼叫接續(xù)管理CM在BSC內(nèi)是透明傳輸?shù)摹?/font>

2.5 GSM系統(tǒng)的特點(diǎn)及業(yè)務(wù)功能
2.5.1 GSM系統(tǒng)的主要特點(diǎn)
①
移動(dòng)臺(tái)具有漫游功能
GSM給移動(dòng)臺(tái)定義了三種識(shí)別碼：一個(gè)是DN碼，是在公用電話號(hào)碼簿上可以查到
的統(tǒng)一電話號(hào)碼；第二個(gè)是移動(dòng)臺(tái)漫游號(hào)碼（MSRN），是在呼叫漫游用戶時(shí)使用的號(hào)碼，由VLR臨時(shí)指定，并根據(jù)此號(hào)碼將呼叫接至漫游移動(dòng)臺(tái)；第三個(gè)是國(guó)際移動(dòng)臺(tái)識(shí)別碼（IMSI），是在無線信道上使用的號(hào)碼，用于用戶尋呼和識(shí)別移動(dòng)臺(tái)。根據(jù)上述三個(gè)識(shí)別碼，可以準(zhǔn)確無誤地識(shí)別某個(gè)移動(dòng)臺(tái)。
漫游用戶必須進(jìn)行位置登記。當(dāng)A區(qū)的移動(dòng)臺(tái)進(jìn)入B區(qū)后，它會(huì)自動(dòng)搜索該區(qū)基站的廣播信道，從中獲得位置信息。當(dāng)其發(fā)現(xiàn)接收到的區(qū)域識(shí)別碼與自己的號(hào)碼不同時(shí)，漫游移動(dòng)臺(tái)會(huì)向當(dāng)?shù)鼗景l(fā)出位置更新請(qǐng)求，B區(qū)的被訪局收到此信號(hào)后，通知本局的VLR，VLR即為漫游用戶指定一個(gè)臨時(shí)號(hào)碼MSRN，并將此號(hào)碼通過CCS7號(hào)信令通知移動(dòng)臺(tái)所在業(yè)務(wù)區(qū)備案。這樣，當(dāng)固定用戶呼叫漫游移動(dòng)用戶時(shí)，撥移動(dòng)臺(tái)的DN碼，DN碼首先經(jīng)公用交換網(wǎng)絡(luò)接至最靠近的本地GSM移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心（GSMC），GSMC利用DN碼訪問母局位置登記器即歸屬位置寄存器（HLR），從中獲取漫游臺(tái)的MSRN碼，GSMC根據(jù)此碼將呼叫接至被訪問的移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心（VMSC），VMSC接到MSRN號(hào)碼后，證實(shí)漫游臺(tái)是否仍在本區(qū)工作，經(jīng)確認(rèn)后，VMSC將MSRN碼轉(zhuǎn)換成國(guó)際移動(dòng)臺(tái)識(shí)別碼（IMSI），通過基站，在無線信道上向漫游臺(tái)發(fā)出呼叫，從而建立通話。
②
可提供多種業(yè)務(wù)
除語(yǔ)音通話外，GSM系統(tǒng)還能提供多種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、三類傳真、可視圖文等，并能支持ISDN終端。
③
具有較好的保密功能
保密措施通過“認(rèn)證中心”實(shí)現(xiàn)，認(rèn)證方式是一個(gè)“詢問——響應(yīng)”過程。在通信過程開始時(shí)，首先由網(wǎng)絡(luò)向移動(dòng)臺(tái)發(fā)出一個(gè)信號(hào)并同時(shí)啟動(dòng)自己的“用戶認(rèn)證”單元，移動(dòng)臺(tái)收到這個(gè)信號(hào)后，連同內(nèi)部的“電子密鑰”一起來啟動(dòng)“用戶認(rèn)證”單元，并將結(jié)果返回網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)將這兩個(gè)“用戶認(rèn)證”單元結(jié)果相比較，只有相同才為合法。
④
越區(qū)切換功能
在微蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，高頻率的越區(qū)切換是不可避免的。在GSM中，移動(dòng)臺(tái)應(yīng)主動(dòng)參與越區(qū)切換。移動(dòng)臺(tái)在通話期間，不斷向所在工作區(qū)基站報(bào)告本區(qū)及相鄰區(qū)的無線環(huán)境的詳細(xì)數(shù)據(jù)，當(dāng)需要越區(qū)切換時(shí)，移動(dòng)臺(tái)主動(dòng)向本區(qū)基站發(fā)出越區(qū)切換請(qǐng)求。固定方（MSC或BSC）根據(jù)來自移動(dòng)臺(tái)的數(shù)據(jù)，查找是否有替補(bǔ)信道。如果不存在，則選擇第二替補(bǔ)信道，直至選中一個(gè)空閑信道，使移動(dòng)臺(tái)切換到該信道上繼續(xù)通信。

2.5.2 GSM系統(tǒng)的業(yè)務(wù)功能
GSM系統(tǒng)主要提供以下四大類業(yè)務(wù)。
①
電話業(yè)務(wù)
緊急呼叫是由電話業(yè)務(wù)引申出來的一種特殊業(yè)務(wù)。移動(dòng)臺(tái)用戶能通過一種簡(jiǎn)便而統(tǒng)一的手續(xù)接到就近的緊急業(yè)務(wù)中心（例如警察局或消防中心）。使用緊急業(yè)務(wù)不收費(fèi)，也不需要認(rèn)證使用者身份的合法性。
語(yǔ)音信箱能將話音存儲(chǔ)起來，事后由被叫移動(dòng)用戶提取。
②
數(shù)字業(yè)務(wù)
在GSM技術(shù)規(guī)范中列舉了35種數(shù)字業(yè)務(wù)，主要是以下幾類：
與公眾電話通信網(wǎng)（PSTN）用戶相連的數(shù)字業(yè)務(wù)
PSTN中最常用的數(shù)字業(yè)務(wù)有三類傳真和可視圖文（VIDEOTEX），數(shù)字網(wǎng)GSM要與PSTN相連接，必須使用MODEM，GSM能處理9600bit/s速率以下的全雙工方式下的數(shù)據(jù)。
與綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）用戶相連的數(shù)字業(yè)務(wù)

GSM系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)速率最高為9600bit/s，而ISDN使用的速率是64kbit/s，因此必須采用速率轉(zhuǎn)換技術(shù)。采用標(biāo)準(zhǔn)化的ISDN數(shù)據(jù)格式，在64kbit/s鏈路上傳送低速數(shù)據(jù)，這種方式可實(shí)現(xiàn)高于2400bit/s的異步數(shù)據(jù)傳輸。
GSM用戶之間的數(shù)字業(yè)務(wù)
在大多數(shù)情況下，GSM網(wǎng)內(nèi)用戶之間的通信會(huì)有外面的通信網(wǎng)參與，因?yàn)镚SM網(wǎng)內(nèi)交換機(jī)之間的傳輸都是通過公眾固定網(wǎng)的緣故。目前，GSM望所能提供的業(yè)務(wù)必須是PSTN傳輸網(wǎng)能支持的業(yè)務(wù)，GSM用戶之間的通信與GSM用戶和PSTN用戶間的連接是相同的。
與分組交換數(shù)據(jù)通信網(wǎng)（PSPDN）用戶相連的數(shù)字業(yè)務(wù)
PSPDN是一種采用分組傳輸技術(shù)的通用性數(shù)據(jù)網(wǎng)，主要用于計(jì)算機(jī)之間的通信，同時(shí)也支持遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問和信息處理系統(tǒng)。PSTN采用的是電路傳輸技術(shù)，GSM可以有幾種方式接入PSPDN。
與電路交換數(shù)據(jù)通信網(wǎng)（CSPDN）用戶相連的數(shù)字業(yè)務(wù)
③
短消息業(yè)務(wù)
通過GSM網(wǎng)并設(shè)有短消息業(yè)務(wù)中心（SMS），便可實(shí)現(xiàn)短消息業(yè)務(wù)。
點(diǎn)對(duì)點(diǎn)短消息業(yè)務(wù)
一種是移動(dòng)臺(tái)接收點(diǎn)對(duì)點(diǎn)短消息（SMS-MT/PP），另一種是移動(dòng)臺(tái)發(fā)送點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的短消息業(yè)務(wù)（SMS-MO/PP）。GSM數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)用戶可以發(fā)出或接收有限長(zhǎng)度的數(shù)字或文字消息，這就是短消息業(yè)務(wù)功能。
短消息小區(qū)廣播業(yè)務(wù)
這種業(yè)務(wù)是向特定地區(qū)的移動(dòng)臺(tái)周期性地廣播數(shù)據(jù)信息，移動(dòng)臺(tái)能連續(xù)地監(jiān)測(cè)廣播信息顯示給用戶。
④
補(bǔ)充業(yè)務(wù)
補(bǔ)充業(yè)務(wù)只限于電話業(yè)務(wù)，它允許用戶能按自己的需要改變網(wǎng)絡(luò)對(duì)其呼入呼出的處理，或者通過網(wǎng)絡(luò)向用戶提供某種信息，使用戶能智能化的利用一些常規(guī)業(yè)務(wù)。

2.5.3 GSM系統(tǒng)的編號(hào)計(jì)劃
編號(hào)就是用于識(shí)別身份的各種號(hào)碼，以便正確尋址。
①
移動(dòng)臺(tái)的國(guó)際身份號(hào)ISDN（又稱MSISDN）
相當(dāng)于公眾電話網(wǎng)內(nèi)的用戶電話號(hào)碼，是供用戶撥打的公開號(hào)碼，是唯一的，它的號(hào)碼結(jié)構(gòu)如下：

MSISDN = CC + NDC + SN
CC為國(guó)家碼，中國(guó)是86；NDC為國(guó)內(nèi)目的地碼；SN為用戶號(hào)碼。
②
國(guó)際移動(dòng)用戶識(shí)別碼（IMSI）
國(guó)際移動(dòng)用戶識(shí)別碼（IMSI）是PLMN網(wǎng)中唯一識(shí)別移動(dòng)用戶的號(hào)碼。它是移動(dòng)通信系統(tǒng)內(nèi)使用的用戶號(hào)碼，在無線信道上唯一能識(shí)別用戶的號(hào)碼。它存儲(chǔ)于SIM卡、歸屬位置寄存器（HLR）和拜訪位置寄存器（VLR）中，其結(jié)構(gòu)如下：

IMSI = MCC + MNC + MSIN
MCC為移動(dòng)國(guó)家號(hào)，中國(guó)是460；MNC為移動(dòng)網(wǎng)號(hào)；MSIN是移動(dòng)用戶識(shí)別碼。
③
移動(dòng)臺(tái)漫游號(hào)碼（MSRN）
這是針對(duì)移動(dòng)用戶的移動(dòng)特性而設(shè)置的號(hào)碼，其組成如下：
OXYZ為被訪地的長(zhǎng)途區(qū)號(hào)；PQR為被訪地未使用的一個(gè)端局號(hào)；ABCD為臨時(shí)分配給移動(dòng)用戶的漫游號(hào)碼。當(dāng)一個(gè)HLR管轄多個(gè)MSC時(shí)，它們可公用一個(gè)端局號(hào)。
④
移動(dòng)用戶臨時(shí)識(shí)別碼（TMSI）
TMSI等同于IMSI，它是對(duì)IMSI保密而設(shè)置的號(hào)碼。當(dāng)移動(dòng)用戶每次呼叫時(shí)，VLR分配一個(gè)唯一的TMSI號(hào)碼，僅在本地使用，是4字節(jié)的BCD編碼。TMSI與IMSI沒有長(zhǎng)期固定關(guān)系，僅在MS呼叫時(shí)臨時(shí)指定，也就是說TMSI可以重復(fù)地給不同的MS使用。
⑤
國(guó)際移動(dòng)臺(tái)設(shè)備識(shí)別碼（IMEI）
IMEI是唯一用來識(shí)別移動(dòng)臺(tái)設(shè)備的號(hào)碼，稱作系列號(hào)或串號(hào)，它可防止非法移動(dòng)臺(tái)設(shè)備使用移動(dòng)臺(tái)業(yè)務(wù)。（*#06#）
⑥
位置識(shí)別碼
在GSM系統(tǒng)中，共用三個(gè)號(hào)碼組成移動(dòng)臺(tái)的位置識(shí)別。
位置區(qū)識(shí)別碼（LAI） 組成結(jié)構(gòu)MCC+ MNC+ LAC，代表MSC業(yè)務(wù)區(qū)中的不同位置區(qū)。
全球小區(qū)識(shí)別碼（GCI） 在LAI基礎(chǔ)上加上小區(qū)識(shí)別碼（CI）構(gòu)成。
基站識(shí)別碼（BSIC） 主要供移動(dòng)臺(tái)區(qū)分相鄰基站使用，結(jié)構(gòu)BSIC = NCC + BCC。

3 GSM全球移動(dòng)通信系統(tǒng)的無線傳輸
3.1 GSM系統(tǒng)的無線傳輸標(biāo)準(zhǔn)
無線通道信號(hào)傳輸?shù)囊?guī)范就是所謂的無線接口（Radio Interface），又稱Um接口。GSM的傳輸包括連接移動(dòng)用戶的無線傳輸技術(shù)，以及連接交換網(wǎng)絡(luò)的有線傳輸技術(shù)。
GSM系統(tǒng)將無線頻率定在900MHz范圍，第二階段DCS為1800MHz。第一階段的指標(biāo)如下：
頻段：
上行線路
MS發(fā)，BTS收的頻段為890—915MHz；

下行線路
BTS發(fā)，MS收的頻段為935—960MHz；
頻帶寬度：25MHz；
上下行頻率間隔：45MHz；
載頻間隔：200KHz；
通信方式：全雙工；
信道分配：每載頻8個(gè)時(shí)隙，包含8個(gè)全速信道，16個(gè)半速信道；
每個(gè)時(shí)隙的信道速率：22.8kbit/s；
信道總速率：270kbit/s；
調(diào)制方式：GMSK，高斯濾波最小頻移鍵控；
接入方式：TDMA；
話音編碼：規(guī)則脈沖激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼RPE—LPC 13kbit/s；
分集接收：跳頻每秒217跳，交錯(cuò)信道編碼，自適應(yīng)均衡。

3.2 GSM系統(tǒng)的無線傳輸
3.2.1 語(yǔ)音傳輸

移動(dòng)臺(tái)（MS）首先把發(fā)話方的聲音信號(hào)變換成13kbit/s的GSM中的數(shù)字化語(yǔ)音信號(hào)。數(shù)字信號(hào)經(jīng)過高頻調(diào)制、功率放大等處理，以電磁波的形式發(fā)送到自由空間�；臼瞻l(fā)信臺(tái)（BTS）的天線檢測(cè)到這個(gè)信號(hào)后，經(jīng)過一系列的處理，再現(xiàn)13kbit/s的數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)形式。為了與固定網(wǎng)的傳輸標(biāo)準(zhǔn)一致，經(jīng)過一種碼型變換器（TC—Transcoder），把13kbit/s變換成64kbit/s速率。移動(dòng)交換局（MSC）以64kbit/s標(biāo)準(zhǔn)格式經(jīng)過不同鏈路的傳輸，直至收話人的端局。如果受話方是PSTN用戶，它就可以按PCM解碼規(guī)則從64kbit/s數(shù)字信號(hào)流中恢復(fù)發(fā)話方的語(yǔ)音。把上面的描述表達(dá)成不同的傳輸平面層，如圖3-1所示。
如果把GSM看成是一個(gè)整體，則從MS到MSC為一個(gè)本地段，中間路徑所涉及的PSTN、ISDN為長(zhǎng)途段，從端局到被叫用戶看成是另一個(gè)本地段，當(dāng)被叫是MS用戶時(shí)，兩個(gè)本地段具有相同的意義。為了適應(yīng)與其他網(wǎng)絡(luò)的互連以及GSM內(nèi)部傳輸?shù)男枰�，要�?yīng)用到網(wǎng)絡(luò)交互功能IWF（Interworking—Function）。在移動(dòng)端由于限制于語(yǔ)聲平面時(shí)比較簡(jiǎn)單的，而在網(wǎng)絡(luò)一側(cè)，IWF就要取決于互連網(wǎng)的語(yǔ)音傳輸模式。PSTN和ISDN都是采用數(shù)字化傳輸，對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的采樣經(jīng)64kbit/s PCM編碼而使其數(shù)字化。64kbit/s PCM編碼是電信領(lǐng)域的基本碼型。由于語(yǔ)音信號(hào)的帶寬小于4kHz，根據(jù)Nyquist定律，8kHz的采樣速率可以使采樣信號(hào)無失真的恢復(fù)。每個(gè)采樣值經(jīng)量化壓縮編碼為8bit碼，其輸出為64kbit/s。這個(gè)從模擬到數(shù)字的過程包括預(yù)加重和采樣。采樣值線性量化成13bit的數(shù)字值，最后13bit經(jīng)A律壓縮為8bit碼。這就是PCM碼，是數(shù)字傳輸中的基本碼型。收端可以經(jīng)過一套對(duì)應(yīng)的逆變換，恢復(fù)語(yǔ)音信號(hào)。

3.2.2 GSM內(nèi)部的傳輸
在MS一側(cè)，一般把直接與用戶相關(guān)的部分稱為終端設(shè)備TE，可以是語(yǔ)音也可以是數(shù)據(jù)終端；另一部分稱為TAF。MS中所有業(yè)務(wù)共用的部分稱為移動(dòng)終端（MT），用于語(yǔ)音業(yè)務(wù)類的就是MT0，即手機(jī)形式。
在MS與IWF之間的傳輸路徑包括MS與BTS之間的無線接口。信息承載在900MHz或1800MHz頻段。BTS經(jīng)BSC到MSC的傳輸為有線路徑，它的劃分與信令結(jié)構(gòu)有關(guān)。MSC與BSC的主要功能在于控制和交換，而不是傳輸。傳輸鏈上另一個(gè)重要的部分是碼變換/速率適配單元（TRAU），這是一個(gè)完整的傳輸設(shè)備，包括幾個(gè)功能實(shí)體。MSC中的傳輸規(guī)范很接近ISDN的規(guī)范，不僅電路交換的基礎(chǔ)是64kbit/s，而且A接口的低層規(guī)范也與ISDN相應(yīng)規(guī)范一致。由于GSM中傳輸信道小于16kbit/s，為提高效率，在64kbit/s電路中引入子復(fù)用概念，允許幾個(gè)小于64kbit/s的數(shù)據(jù)流復(fù)用到64kbit/s的信道中（如32kbit/s、16kbit/s和8kbit/s等），這樣做的缺點(diǎn)是引入了附加的傳輸時(shí)延，降低了話音質(zhì)量。為保證MSC具有ISDN的交換能力，TRAU可以放在傳輸鏈中BTS與MSC之間的不同的地方，如圖3-2所示。功能上它是屬于BTS，但在實(shí)現(xiàn)上通常是把它放在MSC，這樣BTS的功能通過BSC延伸到MSC。


3.3 GSM系統(tǒng)的語(yǔ)音編碼
與其他通信一樣，MS首先要把語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)，以及其反變換，這就是話筒和聽筒的功能。MS再把這個(gè)模擬電信號(hào)變成13kbit/s數(shù)字信號(hào)（或反變換），用于無線傳輸。BTS或TRAU執(zhí)行13kbit/s到64kbit/s的變換，以適應(yīng)固定網(wǎng)的傳輸。這樣在GSM系統(tǒng)中就存在兩個(gè)碼變換點(diǎn)。
無線路徑上的語(yǔ)音傳輸設(shè)計(jì)需要特別注意的是頻譜效率，以盡可能低的數(shù)據(jù)速率得到可接受的通話質(zhì)量。目前無線路徑上有兩種并行的信道類型，分別是“全速”和“半速”信道。

3.3.1 語(yǔ)音編碼
GSM采用的編碼方案是13kbit/s RPE—LTP碼（規(guī)則脈沖激勵(lì)長(zhǎng)期預(yù)測(cè)）。首先把語(yǔ)音分成20ms為單位的段，每個(gè)段編成260bit的數(shù)據(jù)塊；塊之間依靠外同步，塊內(nèi)部不含同步信息。這樣無線接口上20ms一幀的數(shù)據(jù)流，也就是13kbit/s流中不包括任何幫助收端定位幀標(biāo)志的信息。收端把收到的信號(hào)塊（激勵(lì)信號(hào)）經(jīng)過LTP（長(zhǎng)期預(yù)測(cè)）和LPC（線性預(yù)測(cè)編碼）濾波重組，最后經(jīng)過一個(gè)預(yù)先設(shè)計(jì)好的去加重網(wǎng)絡(luò)加以復(fù)原，恢復(fù)語(yǔ)音信號(hào)。
LTP濾波器是把一個(gè)信號(hào)與其Nr次延時(shí)采樣br倍延時(shí)相加的輸出，Nr和br值在語(yǔ)音幀中每5ms傳一次。LPC濾波器是一個(gè)倒置的8階線性濾波器，線性n階濾波器是把一個(gè)信號(hào)與其1，2，……n次采樣的時(shí)延相加。每一幀的濾波系數(shù)各不相同，由語(yǔ)音幀傳遞。
激勵(lì)信號(hào)自身的編碼把一組參數(shù)復(fù)合到260bit幀之中，包括上面提到的濾波器參數(shù)和激勵(lì)信號(hào)自身描述碼，激勵(lì)信號(hào)是按8/3kHz的速率規(guī)則采樣的，收端可以精確地恢復(fù)激勵(lì)信號(hào)中帶寬小于1.3kHz的信息內(nèi)容。激勵(lì)信號(hào)在濾波器輸入端通過插入空值采樣而重組，使它變成8kHz采樣的信號(hào)，導(dǎo)致從1.3kHz中恢復(fù)原信號(hào)中高于1.3kHz的特殊成分。8/3kHz采樣變到8kHz采樣時(shí)，相位將發(fā)生變化，需要每5ms傳遞一次相位信息。
信號(hào)采樣值按自適應(yīng)脈沖編碼調(diào)制方式編碼（ADPCM），它需要按最大幅度的比值分別編碼，而PCM是按固定尺度直接編碼。

3.3.2 語(yǔ)音解碼
語(yǔ)音解碼可以分成下面幾個(gè)步驟：
①
把13個(gè)ADPCM采樣值還原成實(shí)際值，根據(jù)相位指示，增加27個(gè)空樣值，組成8kHz采樣信號(hào)；
②
LTP濾波，涉及當(dāng)前5ms塊中的樣值和這之前的三個(gè)5ms塊中的樣值；
③

LPC濾波，根據(jù)傳遞的參數(shù)進(jìn)行處理；
④
去加重濾波，恢復(fù)語(yǔ)音信號(hào)。

GSM語(yǔ)音傳輸方面還引入了一個(gè)非連續(xù)傳輸模式概念，即DTX。其目的是通過限制無用信息的無線發(fā)送，減少干擾，提高了系統(tǒng)概率。DTX模式下，當(dāng)用戶有效講話時(shí)編碼成13kbit/s，而在其他時(shí)候僅保持在500bit/s，用于模擬背景噪聲，使收端能產(chǎn)生連續(xù)信號(hào)以避免聽者以為連接中斷。對(duì)于話音，編碼器要能區(qū)別什么是有效話音，這個(gè)功能稱為話音活性檢測(cè)VAD。

在系統(tǒng)設(shè)備一側(cè)完成13kbit/s與64kbit/s之間變換的功能實(shí)體稱為TRAU單元。當(dāng)
TRAU與BTS分離配置時(shí)，它們之間的承載是13kbit/s的碼流，使用16kbit/s的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字
電路，多出的可以提供一些輔助信息，或用于BTS控制遠(yuǎn)端碼變換器的工作，統(tǒng)稱為帶內(nèi)
信息。

13kbit/s的語(yǔ)音碼按每20ms，260bit分塊，其中不含任何另收端可以判別塊首bit的
信息，這個(gè)同步需要另外提供。在無線傳輸一個(gè)塊的開始時(shí)刻與從16kbit/s鏈路上收到一個(gè)塊的結(jié)束時(shí)刻之間存在一個(gè)時(shí)間差。如果這個(gè)時(shí)間差沒有調(diào)整好，就會(huì)在傳輸上產(chǎn)生一個(gè)附加時(shí)延，最大可達(dá)20ms。BTS要通過帶內(nèi)信息控制TRAU產(chǎn)生的20ms塊的輸入相位，它所占用的比特稱為時(shí)間校準(zhǔn)量（Time Alignment）。帶內(nèi)信息使TRAU可以知道收到信息的種類（全速語(yǔ)音、半速語(yǔ)音、數(shù)據(jù)等），以及采用何種適用的方法用于上行或下行傳輸。

3.4 GSM系統(tǒng)的無線信道
3.4.1 GSM系統(tǒng)的無線業(yè)務(wù)信道
無線系統(tǒng)中的頻譜效率是衡量一個(gè)系統(tǒng)的主要經(jīng)濟(jì)依據(jù)，效率越高，小區(qū)數(shù)量越少。多路接入技術(shù)是實(shí)現(xiàn)無線資源共享的普遍方法，GSM采用頻分多路（FDMA）和時(shí)分多路（TDMA）混合技術(shù)，具有較高的頻譜利用率。
為了更好地把通信業(yè)務(wù)與傳輸方案對(duì)應(yīng)，引進(jìn)了信道（Channel）的概念。不同的信道可以同時(shí)傳輸不同的流，這種比特流是按照傳輸方案復(fù)合而成的。GSM系統(tǒng)為了在有限頻譜條件下，實(shí)現(xiàn)無線路徑上的雙向語(yǔ)音傳輸，采用了有效的語(yǔ)音編碼方案，把實(shí)際速率限制在13kbit/s以內(nèi)。同樣，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的速率也被限制在12kbit/s、6kbit/s和3.6kbit/s之內(nèi)，分別對(duì)應(yīng)于PSTN中MODEM的9.6kbit/s、4.8kbit/s和2.4kbit/s速率。從多路接入的概念說，一個(gè)用戶在指定的時(shí)刻進(jìn)行通信時(shí)，就是占有一個(gè)特定的信道，稱之為業(yè)務(wù)信道TCH，規(guī)定把全速信道記為TCH/F，用于傳輸13kbit/s的語(yǔ)音或12kbit/s、6kbit/s、3.6kbit/s的數(shù)據(jù)，把半速信道記為TCH/H，用于傳輸7kbit/s的語(yǔ)音或6kbit/s、3.6kbit/s的數(shù)據(jù)。
除了用戶數(shù)據(jù)，還有另一類信息需要傳送，這就是信令流。信令消息用于MS與網(wǎng)絡(luò)之間功能控制和業(yè)務(wù)管理。為了實(shí)現(xiàn)信令流與用戶數(shù)據(jù)的同時(shí)傳輸，GSM系統(tǒng)為此提供了兩種方法。
其一是讓每個(gè)TCH與一個(gè)用于傳輸信令的低速率信道成對(duì)出現(xiàn)，這個(gè)低速率信道稱為慢速隨路控制信道SACCH，這個(gè)雙向信道每秒大約可以傳送2個(gè)控制信息（一個(gè)方向上），傳輸時(shí)延大約為0.5秒。這種方式多用作為不緊要的控制消息的傳輸，如無線測(cè)量數(shù)據(jù)的傳送。
其二是把TCH用于信令傳輸，這樣的TCH稱為快速隨路控制信道FACCH，主要用于那些緊急的和必不可少的信令處理，如呼叫處理、用戶鑒權(quán)、切換處理等。實(shí)際上，F(xiàn)ACCH不是一個(gè)獨(dú)立的信道，只是用戶TCH的一部分，接收端可以通過TCH信息中的一個(gè)特定bit來區(qū)分它們。在初始化和釋放階段，沒有用戶數(shù)據(jù)傳輸，因此信令可以使用這條TCH而不會(huì)影響用戶數(shù)據(jù)的傳輸。而在呼叫期間，把FACCH幀代替TCH上的用戶數(shù)據(jù)，形同用戶數(shù)據(jù)丟失而產(chǎn)生傳輸錯(cuò)誤，因此我們把它稱為“偷”幀。
還有一些情況，在MS與網(wǎng)絡(luò)之間雖然沒有呼叫要求，但還是需要建立連接，由于信息量很少，用TCH來傳輸信令就比較浪費(fèi)，因此GSM又定義了一種僅用于信令的低速信道類型，它等于TCH的1/8，記為TCH/8，在GSM中定義為獨(dú)立專用控制信道SDCCH其信道特性除速率以外與TCH/F、TCH/H幾乎一樣，它也有一個(gè)對(duì)應(yīng)的SACCH。

3.4.2 GSM系統(tǒng)空閑模式下的信道
由于無線頻譜資源有限，在GSM系統(tǒng)中不可能每個(gè)用戶獨(dú)立占有一條TCH。系統(tǒng)僅在用戶需要時(shí)才分配一條TCH，用畢后釋放。因此TCH就有專用和空閑兩個(gè)基本模式。
當(dāng)MS與網(wǎng)絡(luò)建立雙向點(diǎn)到點(diǎn)傳輸時(shí)，如呼叫建立和位置更新處理，TCH與SACCH定義為專用信道。
當(dāng)MS處于激活狀態(tài)（開電源）而未進(jìn)入專用模式時(shí)，稱其為空閑模式，但實(shí)際上MS也要保持與BTS的聯(lián)系，收聽BTS對(duì)它的尋呼，監(jiān)視當(dāng)前無線環(huán)境，以便選擇最佳的BTS。除此之外，在空閑狀態(tài)下還要向MS提供小區(qū)廣播短消息業(yè)務(wù)CBSM。
從空閑模式到專用模式的變化需要在MS與BTS之間交換信息，這就是接入過程。MS通知網(wǎng)絡(luò)它需要呼叫，網(wǎng)絡(luò)返回一個(gè)指示，令MS占據(jù)一條指定的專用信道。用于完成接入過程指令的信道定義為公共控制信道CCCH，它是面向全體MS的，為它們同時(shí)提供接續(xù)的信道類型。
為了保持與BTS通信，MS首先要與其所在的BTS同步，每個(gè)BTS有兩個(gè)信道以廣播方式通知MS本小區(qū)的特征，這就是頻率校準(zhǔn)信道FCCH和同步信道SCH�？臻e模式下的MS可以接收幾個(gè)小區(qū)的廣播信息，并從中選擇一個(gè)接收質(zhì)量最好的小區(qū)作為當(dāng)前小區(qū)。每個(gè)小區(qū)都有一個(gè)廣播控制信道BCCH，用于傳遞那些使MS能決定所在小區(qū)選擇的信息，并發(fā)出讓本小區(qū)空閑模式下的MS收聽的其他信息。在接續(xù)過程中，小區(qū)首先向本小區(qū)廣播尋呼被叫MS。尋呼消息和向MS分配初始化信道的消息分別在尋呼信道PCH和接入允許信道AGCH上傳送。上面提及的FCCH、SCH、BCCH、PCH和AGCH都是下行的公共控制信道。MS向網(wǎng)絡(luò)要求接入的信道稱為隨機(jī)接入信道RACH，是唯一的上行信道。
空閑模式下另一類信息是CBSM，它是由網(wǎng)絡(luò)每?jī)擅胂騇S傳送的一個(gè)約80字節(jié)的消息。這大約是一個(gè)下行TCH/8信道的一半容量。每個(gè)小區(qū)為了支持這一業(yè)務(wù)，需要配置一個(gè)小區(qū)廣播信道CBCH，MS在收聽CBCH的同時(shí)還可以收聽BCCH和PCH上的信息。

3.5 GSM系統(tǒng)的復(fù)路接入方法
3.5.1 GSM系統(tǒng)的頻分復(fù)用
GSM采用頻分多路（FDMA）和時(shí)分多路（TDMA）的混合技術(shù)，具有較高的頻譜利用率。每個(gè)頻率的中心頻帶為200kHz，將所給頻帶890—915MHz等間隔（200kHz）分成125個(gè)載頻，每個(gè)載頻又分成8個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙為一個(gè)信道，總計(jì)為1000個(gè)信道。GSM引入的另一項(xiàng)技術(shù)是跳頻（Frequency Hopping）。它規(guī)則地改變MS到BTS上的傳輸載頻，能提供抗多徑衰落的能力，改善傳輸質(zhì)量。
GSM無線路徑上的傳輸單位是由大約100個(gè)調(diào)制bit組成的脈沖串，稱“Burst”。“Burst”是有限長(zhǎng)度，占據(jù)有限頻譜的信息，它在一個(gè)時(shí)間和頻率窗口上發(fā)送，這個(gè)窗口稱為“Slot”�！癝lot”的中心頻率位于系統(tǒng)頻帶上200kHz的間隔上，并且以15/26ms（約0.577ms）的時(shí)間重復(fù)。這個(gè)由頻域和時(shí)域構(gòu)成的空間“Slot”就是FDMA和TDMA在GSM中的應(yīng)用。在一個(gè)小區(qū)內(nèi)，全部“Slot”的時(shí)間范圍都是一樣的，這個(gè)相同的時(shí)間間隔稱為時(shí)隙（Time Slot），把它作為一個(gè)時(shí)間單位，恰好是一個(gè)“Burst”周期，記為BP，如圖3-3所示。



由圖可知，“Slot”是一個(gè)15/26ms長(zhǎng)和200kHz寬的矩形，“Slot”在頻域上的這個(gè)相同的間隔稱為頻隙（Frequency Slot），在GSM規(guī)范中定義為無線信道。
使用一條指定的信道，其實(shí)際意義就是在某個(gè)時(shí)間和頻率段上傳輸“Burst”。信道就對(duì)應(yīng)“Slot”的概念，是一個(gè)二維的矩形。一個(gè)信道的“Slot”在時(shí)間上是不連續(xù)的，因一個(gè)信道是由一組臨時(shí)定義的“Slot”組成，信道在“Slot”的組合上是周期的，也就是說此一組“Slot”組合的重復(fù)周期構(gòu)成了一個(gè)信道。
與時(shí)隙定義共存的是信道特性的頻域定義。信道的頻率是指信道構(gòu)成中每個(gè)“Slot”的頻率。它可以是一個(gè)固定頻率，此時(shí)信道占據(jù)的“Slot”具有相同頻率，也可以是不同頻率，也就是我們說的跳頻情況。對(duì)于雙向信道（如TCH），在兩個(gè)方向上可以用不同的方法定義各自的信道。通常，上下行保持固定的45MHz頻率間隔（900MHz情況下）或90MHz頻率間隔（1800MHz情況下）。同時(shí)根據(jù)信道類型，保持一個(gè)時(shí)間偏移，通過這一約定可以很容易地從時(shí)間和頻率上發(fā)現(xiàn)上行和下行的關(guān)系。
信道在時(shí)域上總是周期性的，周期的長(zhǎng)短、“Slot”的數(shù)量隨信道類型而變，周期的同步可以通過系統(tǒng)同步機(jī)制獲得每個(gè)小區(qū)都有一個(gè)參考時(shí)鐘用以定義時(shí)隙位置，除此之外還要遵循系統(tǒng)中所有信道周期所規(guī)定的時(shí)間安排。在GSM系統(tǒng)中，不同頻率上的每個(gè)時(shí)隙都有一個(gè)序號(hào)，BTS和MS通過對(duì)序號(hào)的約定取得同步，因此序號(hào)也是同步信息的一部分。時(shí)隙序號(hào)具有一個(gè)很長(zhǎng)的重復(fù)周期，大約是3.5小時(shí)，在此周期內(nèi)任何一個(gè)“Slot”都具有一個(gè)明確的時(shí)隙號(hào)和頻隙號(hào)。

3.5.2 GSM系統(tǒng)的TDMA幀結(jié)構(gòu)
我們把成對(duì)分配的TCH/F和SACCH信道冠以TACH/F的名字，TACH/F的周期由8個(gè)BP組成，時(shí)長(zhǎng)為（15/26）×8約等于4.615ms。所有的時(shí)隙號(hào)可以分解成8×整數(shù)＋n，n=0，1，2……7對(duì)應(yīng)于8個(gè)BP。我們可以用模8描述一個(gè)信道的位置，8個(gè)BP組成的周期稱為TDMA幀 。因此，可以用TN定義8個(gè)不同類型的TACH/F，具有相同模8整數(shù)倍的兩個(gè)TACH/F共存于同一個(gè)TDMA幀中。在網(wǎng)絡(luò)一側(cè)不同TN的8個(gè)TACH/F可以由一個(gè)發(fā)信機(jī)激勵(lì)，也就每個(gè)TACH/F是時(shí)分激勵(lì)的，這是時(shí)分多路概念的核心所在。正因此，可以大大減少收發(fā)信機(jī)的數(shù)量。
TACH/F（或TCH/F與SACCH組）在時(shí)間域上是以26個(gè)TDMA幀為周期的，時(shí)長(zhǎng)26×8BP = 120ms。在26個(gè)TDMA中，24個(gè)用于TCH/F的發(fā)送，一個(gè)用于SACCH的發(fā)送，一個(gè)空閑。但它們并不是簡(jiǎn)單地按TDMA幀號(hào)劃分，而是復(fù)雜地交織在一起，其結(jié)構(gòu)如圖3-4所示。



從TDMA0到TDMA11和TDMA13到TDMA24，總計(jì)24個(gè)TN0時(shí)隙構(gòu)成它所承載的TCH0/F的周期，TDMA12的TN 0為該TCH 0/F對(duì)應(yīng)的SACCH，TDMA25的TN 0為空閑，TN1較TN 0滯后8（ BP）×12＋1個(gè)時(shí)隙。就是從圖3-4中TDMA13的TN1，以及下一個(gè)26TDMA幀的前12個(gè)TDMA幀的TN1，總計(jì)24個(gè)時(shí)隙構(gòu)成它承載的TCH/F的周期，該TCH/F對(duì)應(yīng)的SACCH占據(jù)TDMA25的TN1。以此類推，TN2的SACCH在TDMA12的TN2，TN3的SACCH在TDMA25的TN3……。按SACCH分布在TDMA12和TDMA25，又可以分為兩種TCH/F類型。按照上面的排列結(jié)構(gòu)，SACCH的周期為4×26×8（BP）= 480ms。這種安排的原因出于網(wǎng)絡(luò)側(cè)的負(fù)載考慮。如果SACCH安排在幾乎同時(shí)送出，BTS勢(shì)必要在480ms內(nèi)同時(shí)接收來自全部MS的SACCH消息，這就產(chǎn)生了每480ms重復(fù)一次的瞬間高負(fù)載情況。為了避免這種情況，采用令TN n ＋1（n = 0，1，……，6）的TACH/F周期較之TNn的TACH/F周期偏移12×8（BP）＋1 = 97BP的安排。這種安排在時(shí)隙結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生了影響，BTS處理TN0，TN1，……TN7共8個(gè)TCH/F的SACCH消息是分布在8個(gè)不同的時(shí)刻，很好地均勻了負(fù)載。

從基站的角度看，下行方向延時(shí)3個(gè)BP就可以得到上行方向的結(jié)構(gòu)。3BP延時(shí)在GSM系統(tǒng)中是一個(gè)常數(shù)，也就是上行時(shí)隙號(hào)是其對(duì)應(yīng)下行時(shí)隙號(hào)的3BP的偏移。這種安排使得可以在兩個(gè)方向上用一個(gè)信道的時(shí)隙承載相同的TN。從MS的角度看，這是由于傳播時(shí)延的影響。MS用一個(gè)時(shí)間值來補(bǔ)償傳播時(shí)延，調(diào)整其收發(fā)間隔，這個(gè)值稱為時(shí)間提前量（Timing Advance）。此時(shí)，從MS角度看，上下行之間準(zhǔn)確偏移量是3BP減去TA，TA值由BTS計(jì)算并通過信令方式通知MS，MS延時(shí)結(jié)構(gòu)如圖3-5。

與TDMA的時(shí)隙相同，F(xiàn)DMA的頻隙概念是GSM復(fù)路方式的另一方面。GSM在900MHz頻帶所占的基本帶寬是兩個(gè)25MHz，分別是890—915MHz和935—960MHz，用于承載上行和下行。任何一對(duì)載頻之間的距離是45MHz（上下行對(duì)），而兩個(gè)載頻的間隔距離是200kHz，就是與TDMA時(shí)隙對(duì)應(yīng)的頻隙。頻隙的中心頻點(diǎn)以200kHz間隔分布，在25MHz上總計(jì)有124個(gè)頻隙，如圖3-6所示。
在GSM帶的邊界保留200kHz間隔。一般0載頻保留不用，所以在25MHz上可以存在122個(gè)有用頻隙。由于調(diào)制頻譜有時(shí)會(huì)超過200kHz，產(chǎn)生同頻或鄰頻干擾，這時(shí)邊界載頻會(huì)對(duì)鄰帶的非GSM應(yīng)用產(chǎn)生不希望出現(xiàn)的干擾，所以一般不用頻段兩端的頻隙。
GSM還在無線接口上采用慢速跳頻技術(shù)（SFH），所謂跳頻就是規(guī)則地改變一個(gè)信道所使用的頻隙。GSM引入慢速跳頻基于兩個(gè)原因：頻率分集（Frequency Diversity）和干擾分集（Interference Diversity）。

3.6 GSM系統(tǒng)的信道編碼與調(diào)制解調(diào)

無線發(fā)射經(jīng)過若干處理才能把原始數(shù)據(jù)變成最終的發(fā)射信號(hào)，反之，接收端也要進(jìn)行一系列這樣的逆處理直至恢復(fù)原始數(shù)據(jù)，有關(guān)語(yǔ)音的處理過程如圖3-7。

3.6.1 脈沖串
Burst是GSM的傳輸單元，它占時(shí)長(zhǎng)為（576+12/13）us，即（156+1/4）bit位。在這個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)，激勵(lì)的幅度由0值快速變到正常值，把信號(hào)相位調(diào)制成一個(gè)發(fā)送的bit包，然后幅度迅速回歸0值。根據(jù)這個(gè)時(shí)間窗口上的時(shí)間——幅度軌跡的不同定義了幾種Burst，如標(biāo)準(zhǔn)Burst和接入Burst。用于調(diào)制的比特包一般由有用信息，加上一個(gè)訓(xùn)練序列
（Training Sequency）和兩端的各三個(gè)0 bit組成。理論上，我們可以在一個(gè)無限的bit串上應(yīng)用調(diào)制方法得到信號(hào)相位。因此，由前面的Burst串與后面的無限1 bit組成這樣的無限bit串。加在兩端的0 bit用于Burst定義，以避免解調(diào)無用的信息而降低解調(diào)效率，因?yàn)閺? bit到Burst的第一個(gè)0 bit，以及Burst最后一個(gè)0 bit到1 bit的變化可在Burst幅度曲線的邊界產(chǎn)生較陡的變化。
訓(xùn)練序列是一個(gè)收端已知的 bit串，帶有這種序列的發(fā)信號(hào)可以使收端準(zhǔn)確定位接受窗口中的有用信號(hào)，同時(shí)也是一種抗干擾的方法，它是獲得良好解調(diào)的重要信息之一。根據(jù)不同的用途，GSM中定義了幾種Burst格式：
接入Burst：用于MS建立與BTS的首次連接，此時(shí)MS與BTS之間的時(shí)延尚未確定。這種情況出現(xiàn)在上行方向的RACH上，是一種短Burst。
F Burst和S Burst：分別用于FCCH和SCH，用于描述小區(qū)同步信息，供MS接入使用。
常規(guī)Burst：這是一種長(zhǎng)Burst，用于除上述幾種情況之外的所有其他場(chǎng)合。
①
常規(guī)Burst

常規(guī)Burst由2個(gè)58 bit的包和一個(gè)26 bit的訓(xùn)練序列組成，并在兩端加三個(gè)0 bit，如圖3-8所示。訓(xùn)練序列插在Burst中間是為了減少它與有用bit之間的距離。這種安排要求接收器在解調(diào)Burst之前，先要記錄前半部分的內(nèi)容（前面58 bit包）。注意，兩個(gè)具有同樣干擾的信號(hào)，幾乎同時(shí)到達(dá)一個(gè)接收器時(shí)，如果它們的訓(xùn)練序列一樣，就沒有辦法從收到的信號(hào)中區(qū)分它們。所以GSM定義了8種訓(xùn)練序列，用不同的序列分配給小區(qū)中使用相同頻率的不同信道，以克服它們之間產(chǎn)生的干擾。


這是一種較短的Burst，是BTS在上行方向上解調(diào)的第一個(gè)Burst，結(jié)構(gòu)及曲線如圖3-9。它由41bit的訓(xùn)練序列和36bit的信息內(nèi)容，再加上7bit和3bit的分界標(biāo)志組成，其中頭標(biāo)志和訓(xùn)練序列要長(zhǎng)于標(biāo)準(zhǔn)Burst的相應(yīng)部分。
②
S Burst

僅用于下行SCH，與標(biāo)準(zhǔn)Burst長(zhǎng)度相等，但結(jié)構(gòu)不同，如圖3-10所示。S Burst是MS在下行方向上解調(diào)的第一個(gè)Burst。
④
F Burst
是一種很特殊的Burst，長(zhǎng)達(dá)148bit，且全為0 bit。它主要用于使MS可以定位并解調(diào)同一小區(qū)中的S Burst。F Burst經(jīng)過解調(diào)后是一個(gè)比載頻中心頻率高1625/24kHz的正弦波。
⑤
預(yù)占
信令塊可以插入正在使用中的TCH中，以偷幀的形式與用戶數(shù)據(jù)共用一條TCH。雖然兩者都使用標(biāo)準(zhǔn)Burst，但卻有不同的信道編碼。收端可以在解碼之前區(qū)分出Burst中的內(nèi)容是用戶數(shù)據(jù)還是信令。在Burst中使用了一種編址機(jī)制，收端在解調(diào)之后就可以得到這個(gè)信息，從而分別采取不同的解碼方式，這個(gè)用于區(qū)別的信息稱為偷幀標(biāo)志（Stealing Flag）。
結(jié)合以上有關(guān)GSM系統(tǒng)的時(shí)隙與幀的介紹，可以得出如圖3-11所示的GSM系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯挝恢g的關(guān)系。


3.6.2 交織
交織就是把碼字順序重新排列，以改善實(shí)發(fā)持續(xù)誤碼狀況。它只是改變bit的位置，
不加冗余bit，所以交織前后碼速率不變。

在實(shí)際傳輸中，比特差錯(cuò)經(jīng)常是成串發(fā)生的。持續(xù)較長(zhǎng)的衰落谷點(diǎn)會(huì)影響到幾個(gè)相鄰的比特，而信道編碼僅能檢測(cè)和校正不太長(zhǎng)的差錯(cuò)串。交織技術(shù)就是把一條消息中的相繼比特隔開傳輸，以非相繼方式被傳送。

20ms語(yǔ)音段經(jīng)信道編碼為456bit，它們的傳輸不是從序號(hào)1到456，而是將456bit分為8幀，每幀為57bit，序號(hào)為1，9，17，25，……，449為第一幀，如圖3-12所示。在沒交織前，若連續(xù)錯(cuò)碼為100bit，假設(shè)從序號(hào)1到100，這樣就有一段消息都錯(cuò)；交織后，還是連續(xù)100個(gè)錯(cuò)碼，此時(shí)為第一幀的57bit加上第二幀的43bit，再恢復(fù)為原序列后，則只有序號(hào)為1，2，9，10，17，18，25，26，……非連續(xù)出錯(cuò)，可通過信道編碼來糾正。


以上是GSM采用的第一次交織，它還采用了第二次交織，即在構(gòu)成實(shí)發(fā)脈沖串burst時(shí)進(jìn)行的交織。因?yàn)楦餍诺朗菚r(shí)分的，一個(gè)信道只在一個(gè)時(shí)隙中周期性地傳輸，將信息在一個(gè)時(shí)隙傳輸構(gòu)成一個(gè)burst，時(shí)長(zhǎng)為576μs，共有156.25位，而20ms語(yǔ)音段是分8幀，每幀為57bit，即一個(gè)burst可以傳輸兩個(gè)幀，計(jì)114bit，再加上訓(xùn)練比特26和8個(gè)首尾比特，共計(jì)為148bit，加上burst之間的間隔時(shí)間為156bit。在這種傳輸方式下，若一個(gè)burst出錯(cuò)，則有114bit信息出錯(cuò)，占20ms語(yǔ)音的25%。若進(jìn)行交織，將一個(gè)burst中的兩個(gè)幀分別為兩個(gè)語(yǔ)音段的編碼，如圖3-13所示，此時(shí)一個(gè)burst出錯(cuò)，對(duì)一個(gè)語(yǔ)音段來說只錯(cuò)57bit，占12.5%。


3.6.3
信道編碼
信道編碼用于改善傳輸質(zhì)量，克服各種干擾因素對(duì)信號(hào)產(chǎn)生的不良影響；但它是以增加bit降低信息量為代價(jià)的。編碼的基本方法是在原始數(shù)據(jù)上附加一些冗余信息，增加的bit是通過某種約定從原始數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算產(chǎn)生的。
GSM中使用的編碼方式有：
塊卷積碼：主要用于糾錯(cuò)。當(dāng)解調(diào)器采用最大似然估計(jì)方法時(shí)，可以產(chǎn)生十分有效的糾錯(cuò)結(jié)果。
糾錯(cuò)循環(huán)碼（Fire Code）：主要用于檢測(cè)和糾正成組出現(xiàn)的誤碼，通常與前一種方法混合使用，用于捕捉和糾正遺漏的組誤差。
奇偶碼：這是一種普遍使用的最簡(jiǎn)單的檢測(cè)誤碼方法。

3.6.4 調(diào)制和解調(diào)
GSM使用的調(diào)制是BT = 0.3的GMSK，其調(diào)制速率為270.833千波特，使用Viterbi算法進(jìn)行解調(diào)。調(diào)制的功能就是按照一定的規(guī)則把某種特性強(qiáng)加到電磁波上，這個(gè)特性就是要發(fā)射的數(shù)據(jù)。GSM系統(tǒng)中承載信息的是電磁場(chǎng)的相位，即調(diào)相方式。解調(diào)的功能是接收信號(hào)，從一個(gè)受調(diào)的電磁波中還原發(fā)送的數(shù)據(jù)。從發(fā)收角度看，首先要完成二進(jìn)制數(shù)據(jù)到一個(gè)低頻調(diào)制信號(hào)的變換，然后再把它進(jìn)一步變到電磁波形式。而解調(diào)則是一個(gè)逆過程。
GSM的基本頻帶是在900MHz上的兩個(gè)子頻段，分別用于收發(fā)方向，頻分多路（FDMA）技術(shù)把它們分成中心頻率相距200kHz的眾多頻隙，指定載頻上的調(diào)制信號(hào)頻譜決定相鄰信道上信號(hào)之間將產(chǎn)生多少干擾。
典型的調(diào)制器包括兩個(gè)步驟：首先把GMSK信號(hào)調(diào)制到一個(gè)較低的固定頻率上，一般情況下是個(gè)中頻信號(hào)；然后再把這個(gè)已調(diào)信號(hào)上調(diào)到要求的Burst頻隙，也就是載頻上，同時(shí)調(diào)整好要求的功率電平。一般情況下，這個(gè)步驟稱為頻率搬移，它是把信號(hào)與一個(gè)正弦信號(hào)混頻，然后濾除不需要的成分，同時(shí)保持信號(hào)相位不變。
GSM采用帶均衡的解調(diào)方法稱為Viterbi方法，其優(yōu)點(diǎn)之一是這種算法也可以適用于卷積碼的最大似然解碼處理，因此可以用一致的方法執(zhí)行解調(diào)和解碼。



4 GSM全球移動(dòng)通信系統(tǒng)的工作過程

4.1 移動(dòng)臺(tái)的位置登記
4.1.1 第一次登記
當(dāng)移動(dòng)臺(tái)開機(jī)后，在它所處的小區(qū)，通過空中接口搜索BCCH（廣播控制信道），內(nèi)含有位置區(qū)域識(shí)別碼（LAI）信息（在GSM900規(guī)范中定義小區(qū)分配編碼占用16bit），這個(gè)信息在BCCH上規(guī)則的廣播，以便手機(jī)知道自己目前的位置小區(qū)。BCCH是個(gè)小容量信道，每0.235 S傳一個(gè)23字長(zhǎng)的消息。移動(dòng)臺(tái)依靠收到的頻率校正本身的頻率，通過同步信息校正本身的信號(hào)，鎖定到一個(gè)正確頻率上，從該頻率的信道上接收尋呼信號(hào)和其它信息。
假如此MS在寄存器中找不到LAI，它就向該業(yè)務(wù)區(qū)的MSC/VLR發(fā)送位置更新請(qǐng)求消息，通知網(wǎng)絡(luò)它是此位置區(qū)的新用戶。此消息經(jīng)BSS到MSC，最后到VLR。VLR對(duì)消息中含有的國(guó)際移動(dòng)用戶識(shí)別碼（IMSI）或臨時(shí)移動(dòng)臺(tái)識(shí)別碼（TMSI）以及位置信息進(jìn)行分析。此時(shí)MSC/VLR就認(rèn)為該MS被激活，在其數(shù)據(jù)字段中做“附著”標(biāo)記，這個(gè)標(biāo)記與IMSI有關(guān)。MSC/VLR向HLR發(fā)送位置更新請(qǐng)求信息。HLR位置更新操作完成后，向VLR發(fā)送位置更新接受消息。最后由MSC向MS發(fā)送位置更新證實(shí)信息，這個(gè)過程就算完成，至此MS已在HLR和VLR中注冊(cè)登記。

4.1.2 分離與附著程序
當(dāng)一個(gè)MS被激活時(shí)，對(duì)MS標(biāo)有“附著”標(biāo)記（IMSI標(biāo)志）；當(dāng)MS關(guān)機(jī)時(shí)，有IMSI分離程序能使MS通知網(wǎng)絡(luò)該移動(dòng)用戶為無效用戶，此后不再發(fā)送尋呼此MS的消息。因此分離與附著程序都與IMSI有關(guān)。
當(dāng)MS關(guān)機(jī)時(shí)，MS向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的最后一條消息是處理分離請(qǐng)求消息，MSC/VLR收到“分離”消息后，就在該MS對(duì)應(yīng)的IMSI上作“分離”標(biāo)記。歸屬位置寄存器（HLR）并沒有得到這個(gè)分離消息，只有拜訪位置寄存器（VLR）已“分離”信息作了更新。當(dāng)MS再開機(jī)時(shí)，若它仍處于發(fā)送分離消息時(shí)的位置區(qū)，則只要完成附著程序即可；若不在原位置區(qū)，它仍要執(zhí)行位置更新程序。

4.2 移動(dòng)臺(tái)的漫游與位置更新
4.2.1 漫游的解釋

對(duì)于處在開機(jī)但空閑狀態(tài)下的MS，它要不斷地移動(dòng)，在某一個(gè)時(shí)刻它被鎖定于一個(gè)已定義的無線頻率上，即某個(gè)小區(qū)的BCCH載頻上。當(dāng)MS向遠(yuǎn)離此小區(qū)的方向上移動(dòng)時(shí)，信號(hào)強(qiáng)度就會(huì)減弱，當(dāng)它移動(dòng)到兩個(gè)小區(qū)理論邊界附近的某一點(diǎn)時(shí)，MS就會(huì)因原來小區(qū)的信號(hào)太弱而決定轉(zhuǎn)到附近信號(hào)強(qiáng)的新的無線頻率上。為了正確選擇無線頻率，MS要對(duì)周圍的鄰近小區(qū)的BCCH載頻的信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，當(dāng)發(fā)現(xiàn)新的BTS發(fā)出的BCCH載頻信號(hào)強(qiáng)度優(yōu)于原小區(qū)時(shí)，MS就鎖定于這個(gè)新的載頻上，這就是移動(dòng)臺(tái)的切換。MS所接收的BCCH載頻的改變并沒通知給網(wǎng)絡(luò)。

移動(dòng)中的MS，由于接收信號(hào)質(zhì)量的原因，通過無線空中接口不時(shí)地改變與網(wǎng)絡(luò)的連接，這種能力就稱為漫游。

4.2.2 移動(dòng)臺(tái)的位置更新
位置更新過程是由MS引發(fā)。在GSM系統(tǒng)中有三個(gè)地方需要知道位置信息，即HLR、VLR和MS（或SIM卡）。當(dāng)這個(gè)信息發(fā)生變化時(shí)，需要保持三者的一致。MS開機(jī)后就會(huì)對(duì)周圍進(jìn)行測(cè)試，并連接到接收性能最好的廣播信道上。如圖4-1所示，移動(dòng)臺(tái)所處的區(qū)有三種情況：


①
在同一位置區(qū)內(nèi)的不同小區(qū)（特征：屬于同一BSC）（如圖中A）

其鎖定的BCCH載頻不同，但沒有位置區(qū)的變化，無需位置更新。

②
在同一業(yè)務(wù)區(qū)的不同位置區(qū)（特征：屬于同一MSC）（如圖中B）,

當(dāng)MS從LA1向LA2移動(dòng)時(shí)，信號(hào)強(qiáng)度會(huì)減弱，當(dāng)它移動(dòng)到邊界附近某一點(diǎn)時(shí)，MS就會(huì)因原來小區(qū)信號(hào)太弱而決定轉(zhuǎn)到鄰近信號(hào)強(qiáng)的新的無線頻率上。為了正確選擇無線頻率，MS要對(duì)周圍的鄰近小區(qū)的BCCH載頻的信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，當(dāng)發(fā)現(xiàn)新的BTS發(fā)出的BCCH載頻信號(hào)強(qiáng)度優(yōu)于原小區(qū)時(shí)，MS就鎖定于這個(gè)新的載頻上（小區(qū)選擇的規(guī)則主要來自無線傳播條件，以達(dá)到最佳傳輸質(zhì)量為目的。一個(gè)正常業(yè)務(wù)狀態(tài)的MS，收聽由業(yè)務(wù)小區(qū)廣播的頻率表，從中獲得同一PLMN（公用陸地移動(dòng)網(wǎng)）中鄰近小區(qū)的標(biāo)志信道（CCCH），MS逐一與這些標(biāo)志信道同步，以解調(diào)出每個(gè)BCCH上的信息，從中可以確定PLMN和位置區(qū)（LA）標(biāo)志以及各種無線參數(shù)。MS對(duì)允許接入的小區(qū)計(jì)算其無線環(huán)境并與當(dāng)前環(huán)境比較，這些處理是與當(dāng)前小區(qū)尋呼信道的接收并行的。當(dāng)MS在同一LA內(nèi)發(fā)現(xiàn)一個(gè)更好的小區(qū)時(shí)，就切換到這個(gè)小區(qū)并收聽新小區(qū)的尋呼信道，同時(shí)監(jiān)視新的標(biāo)識(shí)信道表。位置區(qū)的變化要通知網(wǎng)絡(luò)的MSC，MS要求接入網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行MSC/VLR內(nèi)的位置更新。此時(shí)，VLR中MS的位置就由原來的LA1改為L(zhǎng)A2。

③
在不同業(yè)務(wù)區(qū)（特征：屬于不同MSC）（如圖中C）
MS的業(yè)務(wù)區(qū)改變必須通知網(wǎng)絡(luò)，以便能找到漫游的移動(dòng)臺(tái)，MS開機(jī)后就得報(bào)告網(wǎng)絡(luò)它目前所處位置。當(dāng)它鎖定在新的BCCH的載頻上，并在BCCH消息中得知此時(shí)它所處的位置區(qū)及所屬業(yè)務(wù)區(qū)。首先MS向網(wǎng)絡(luò)發(fā)出位置更新請(qǐng)求，此信息通過空中接口傳到LA1的BSC，再由它傳送到新的MSC。第二步是由新的MSC向HLR發(fā)送位置更新請(qǐng)求信息。從HLR向新的MSC發(fā)回位置更新請(qǐng)求接受，這個(gè)消息通過LA1所屬的BSC到新小區(qū)的BTS，再通過空中接口傳送給MS，這就是位置更新證實(shí)。此時(shí)MS已在新的MSC業(yè)務(wù)區(qū)，它必須刪除舊的MSC中的位置信息，否則它的位置就有兩處，無法準(zhǔn)確找到它。此時(shí)由HLR向舊的MSC發(fā)送位置刪除信息，舊的MSC得到此信息后，在VLR刪除此移動(dòng)用戶的位置信息，并向HLR報(bào)告位置刪除接受，至此，MS已屬新MSC/VLR中的一個(gè)用戶。

4.3 移動(dòng)臺(tái)的切換過程
切換處理分成幾個(gè)級(jí)別：
BTS內(nèi)的切換類型由BTS自主決定；
BTS之間、BSC之內(nèi)的切換由BSC決定；
BSC之間、MSC之內(nèi)的切換由MSC處理；
MSC之間的切換由GMSC決定。
BSC與MSC之間的接口協(xié)議稱為BSSMAP（BSS管理應(yīng)用部分），用以支持各種連接處理和切換過程，其承載方式是A接口上的CSS.7信令協(xié)議。BTS與BSC之間的協(xié)議稱為RSM（無線分系統(tǒng)管理），用于支持分配傳輸路徑和測(cè)量報(bào)告處理，其承載方式是Abits接口上的LAPD信令協(xié)議。BTS與MS之間的協(xié)議稱為RIL3—RR（無線接口第三層RR協(xié)議），它只是整個(gè)第三層實(shí)體的一部分，用于支持無線連接處理和測(cè)試報(bào)告處理，其載體是Um接口上的LapDm信令協(xié)議。除此之外，還有鄰近MSC之間交換消息的協(xié)議，稱為MAP/E（移動(dòng)應(yīng)用部分—E ），它只是MAP的一部分，用于支持MSC之間的交換處理，其承載是MSC之間的CSS.7信令系統(tǒng)。
越區(qū)切換是指移動(dòng)臺(tái)正處在呼叫建立狀態(tài)或忙狀態(tài)下的無線信道轉(zhuǎn)換過程。移動(dòng)臺(tái)從一個(gè)小區(qū)移動(dòng)到另一個(gè)小區(qū)，兩小區(qū)的無線頻率是不相同的，若想要維持通話，MS的頻率必須改變，即從一個(gè)小區(qū)的一個(gè)無線頻率下的一個(gè)時(shí)隙轉(zhuǎn)換到另一個(gè)小區(qū)的另一個(gè)無線頻率上，并占有它的一個(gè)時(shí)隙。
切換是由網(wǎng)絡(luò)決定的。通話中的移動(dòng)臺(tái)從一個(gè)小區(qū)移動(dòng)到另外一個(gè)小區(qū)，這個(gè)小區(qū)可能是同一業(yè)務(wù)區(qū)的同一BSC管轄下的小區(qū)；也可能是同一業(yè)務(wù)區(qū)不同BSC管轄下的另一小區(qū)；還可能是不同業(yè)務(wù)區(qū)中的另一小區(qū)。根據(jù)這三種不同情況要進(jìn)行不同的操作。


4.3.1 BSC內(nèi)的切換
這是最簡(jiǎn)單的切換過程。BSC根據(jù)MS和BTS的測(cè)量報(bào)告，經(jīng)分析處理后，確定此時(shí)MS所在區(qū)，即MS報(bào)告中最強(qiáng)信號(hào)的小區(qū)。BSC與新小區(qū)的BTS建立鏈路，并在新小區(qū)中給MS分配一個(gè)TCH供MS切換后使用。MS切換后，BSC向MSC報(bào)告，MS由A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)的情況，此時(shí)MS仍屬BSC1管轄。MS在切換后繼續(xù)測(cè)量周圍小區(qū)的信號(hào)強(qiáng)度，并接收新小區(qū)的信息。

4.3.2同一業(yè)務(wù)區(qū)不同BSC之間的切換
移動(dòng)臺(tái)從B點(diǎn)移動(dòng)到C點(diǎn)就屬于這種切換，此時(shí)MS已跨越兩個(gè)BSC，即從BSC1到BSC2。
切換過程如下：首先是MS向原來的MSC1報(bào)告其測(cè)量結(jié)果。經(jīng)BSC1的分析處理，得知MS所到的小區(qū)屬BSC2管轄，做出切換判決，向MSC發(fā)切換請(qǐng)求。MSC與BSC2建立新路徑到BTS（新小區(qū)），即MSC向BSC2發(fā)出切換請(qǐng)求。BSC2收到切換請(qǐng)求消息后，與新的BTS建立鏈路，為MS提供切換用的新TCH，即允許切換，BSC2向MSC發(fā)出切換請(qǐng)求證實(shí)。此時(shí)MSC向原來的BSC1發(fā)出執(zhí)行切換命令，經(jīng)BTS到MS。MS切換后，送出切換完成消息到BSC2，即MS與MSC2建立通路。BSC2向MSC報(bào)告切換完成，送出MS接入新TCH信息到MSC。MSC向BSC1發(fā)出清除命令，釋放原來MS的信道。BSC1完成信道釋放后向MSC報(bào)告清除完成。
MS到達(dá)一個(gè)新的位置區(qū)后，要繼續(xù)測(cè)量周圍小區(qū)的信號(hào)強(qiáng)度，同時(shí)接收BSC2的有關(guān)信息。位置區(qū)發(fā)生變化時(shí)，它還要進(jìn)行位置更新。

4.3.3不同業(yè)務(wù)區(qū)之間的切換
MS從C點(diǎn)移動(dòng)到D點(diǎn)就屬于這種切換，即從MSCA，動(dòng)到MSCB，這是最復(fù)雜的切換情況，要進(jìn)行多種信令的傳遞過程才能實(shí)現(xiàn)。當(dāng)主呼MSC（MSCA）發(fā)送執(zhí)行切換消息給另一個(gè)MSC（MSCB）時(shí)，消息中包含MSCB分配無線信道的部分參數(shù)，并應(yīng)標(biāo)明呼叫所切換到的基站（BS）。當(dāng)該基站完成無線信道分配，并且MSCB從其相關(guān)VLR取回切換號(hào)碼后，MSCB將返回MSCA無線信道應(yīng)答消息。切換號(hào)碼用于將呼叫從MSCA接續(xù)到MSCB。
如果MSCB中沒有空閑業(yè)務(wù)信道可用，將告訴MSCA，并由MSCA結(jié)束切換進(jìn)程。MS現(xiàn)存的線路連接將不被消除。
收到無線信道響應(yīng)消息后，MSCA用固定網(wǎng)絡(luò)的信令（IAM）在MSCA和MSCB之間建立連接。MSCB發(fā)出地址完成消息（ACM）并開始無線信道的切換。收到ACM后，MSCA開始切換過程，即向BSC2和MS發(fā)出切換命令。移動(dòng)臺(tái)完成無線信道切換后，發(fā)送證實(shí)消息給MSCB，然后MSCB發(fā)送結(jié)束信號(hào)給MSCA。收到此消息后MSCA釋放原有無線信道。
為了不與MSCA和MSCB之間所用的PSTN/ISDN信令系統(tǒng)沖突，MSCB收到證實(shí)后產(chǎn)生回答信令（ANS）。
MSCA將掌握總的呼叫控制直至固定用戶或MS掛機(jī)。然后，MSCA釋放至MSCB的連接，并發(fā)送結(jié)束信令消息來中止MAP進(jìn)程。MSC-B將釋放RR子層的連接，并發(fā)送切換報(bào)告消息給其相關(guān)的VLR，用來釋放切換號(hào)碼。

4.4 移動(dòng)臺(tái)呼出
步驟如下：
① 原先工作在廣播控制信道（BCCH）上，后MS向BS發(fā)出申請(qǐng)信道的請(qǐng)求，收到BS發(fā)來的立即分配消息后，MS轉(zhuǎn)到指定的專用信道（DCCH）上
②
MS申請(qǐng)業(yè)務(wù)信道（由BS發(fā)給MSC），MSC向VLR發(fā)送請(qǐng)求以獲得移動(dòng)臺(tái)的參數(shù)，網(wǎng)絡(luò)要求對(duì)MS進(jìn)行鑒權(quán)，產(chǎn)生一128 bit的RAND傳給MS，MS處理后發(fā)送鑒權(quán)響應(yīng)給網(wǎng)絡(luò)，VLR向MSC回送信息證實(shí)，由網(wǎng)絡(luò)方面判斷此用戶的合法性。
通過鑒權(quán)，網(wǎng)絡(luò)就保密方面考慮向MS發(fā)送置密碼模式消息（加密模式管理是無線傳輸性之一，傳輸是否采用加密取決于MSC的選擇，加密模式用于無線路徑，管理主要涉及MS和BTS，MS提供加密參數(shù)（KC）到BTS，以決定是否選用加密模式）。將有關(guān)用戶數(shù)據(jù)加密的信息傳給移動(dòng)臺(tái)，MS對(duì)此消息返回密碼模式完成消息給MSC，（如果需要，VLR將重新分配一個(gè)TMSI給MS）。
對(duì)密碼模式作出響應(yīng)后，MS發(fā)送建立消息給MSC，MSC為此次呼叫分配一路地面信道，并要求BS分配無線業(yè)務(wù)信道TCH。
③
移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的通信鏈路建立后，MSC向固定網(wǎng)絡(luò)發(fā)送消息IAM（初始地址），以便將呼叫接續(xù)到固定網(wǎng)絡(luò)。固定網(wǎng)絡(luò)首先通過FIN（連接證實(shí)）消息將設(shè)備信息返回MSC。被叫接通后，送回鈴消息給MS。在被叫摘機(jī)后，固定網(wǎng)發(fā)給MSC回應(yīng)信息（ANS）。MSC發(fā)給MS 連接命令，MS發(fā)回響應(yīng)并轉(zhuǎn)入通話，至此，完成了MS 主呼進(jìn)程。

4.5 移動(dòng)臺(tái)呼入
移動(dòng)臺(tái)被叫時(shí)，主叫方發(fā)出的被叫電話號(hào)碼并不說明某條電話用戶線或某個(gè)地理位置，而只是指向某個(gè)HLR中的用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。在GSM系統(tǒng)中，移動(dòng)用戶電話號(hào)碼的結(jié)構(gòu)是基于ISDN的編號(hào)方式，因此稱為MSISDN，其編號(hào)方式是按照CCITT的E.164建議。移動(dòng)用戶電話號(hào)碼中的前幾位數(shù)字可表明該用戶歸屬的移動(dòng)通信網(wǎng)，分析開頭幾位號(hào)碼還能確定存放該用戶數(shù)據(jù)的HLR，從這個(gè)HLR的用戶數(shù)據(jù)中就能讀出該用戶目前訪問的移動(dòng)交換中心VMSC。因此通過查詢HLR，可以確定最終到達(dá)該移動(dòng)用戶的路由。由此可見，整個(gè)呼叫建立過程可分為兩部分：查詢HLR以前和查詢以后。這使得呼叫路由分為兩部分：從主叫地到發(fā)出查詢的地點(diǎn)，再?gòu)牟樵兊氐奖唤刑帯?font color="blue">

GSM用戶的電話號(hào)碼格式
CC
NDC
X1 X2 X3
X4 X5 X6 X7
國(guó)內(nèi)有效ISDN號(hào)碼





國(guó)際移動(dòng)用戶ISDN號(hào)碼

其中：CC為國(guó)家碼

NDC為PLMN識(shí)別碼（不一定與地區(qū)號(hào)一致）

X1 X2 X3為HLR的號(hào)碼

X4 X5 X6 X7為用戶號(hào)碼

舉例：+86 139
中國(guó)電信

+86 130
中國(guó)聯(lián)通



①
呼叫用戶撥出移動(dòng)用戶號(hào)碼（MSISDN）后，固定網(wǎng)絡(luò)將此呼叫接續(xù)到最近的相關(guān)移動(dòng)交換中心（GSMC），GSMC向歸屬位置寄存器（HLR）發(fā)出查詢消息以獲得路由信息。固定網(wǎng)發(fā)出的初始地址（IAM0）就是移動(dòng)用戶號(hào)碼。HLR根據(jù)其保留的被叫用戶數(shù)據(jù)，確定MS目前所在的VLR，并向該VLR發(fā)查詢消息。VLR返回該MS的移動(dòng)臺(tái)漫游號(hào)碼（MSRN），并由HLR返回給GMSC（第一部分查詢HLR以前）。根據(jù)這些消息，GMSC將呼叫接續(xù)到拜詢MSC，即MS目前歸屬的MSC。MSC向VLR發(fā)送信息I/C，以獲得呼叫信息
②
MSC向相關(guān)的基站BS發(fā)出尋呼請(qǐng)求信息，以建立至MS的呼叫連接。BSC確定被呼MS所歸屬位置區(qū)的BTS后，向其發(fā)送呼叫分組信息，BTS再通過尋呼信道（PCH）發(fā)出被叫MS的識(shí)別號(hào)和尋呼模式。
③ 當(dāng)被呼MS接收到它的呼叫后，在MS中的RR子層啟動(dòng)隨機(jī)接入進(jìn)程（RAP），在隨機(jī)接入信道（RACH）上發(fā)送信道請(qǐng)求信息給BS。此請(qǐng)求給BS的
RR子層。RR子層分配專用控制信道（DCCH），并在公共控制信道（CCCH）上發(fā)送立即指配消息給MS。MS轉(zhuǎn)換到相應(yīng)的DCCH上，從而建立起主信令鏈路（MSL）。然后，MS向BS和MSC返回尋呼響應(yīng)信息。
④
接到MS的尋呼響應(yīng)后，MSC向VLR發(fā)送過程接入請(qǐng)求。然后，開始常規(guī)鑒權(quán)和密碼參數(shù)傳遞過程。如果成功，VLR向MSC發(fā)送完成呼叫消息，啟動(dòng)MSC發(fā)送設(shè)置消息給MS。被呼MS收到此消息后進(jìn)入呼叫存在狀態(tài)，同時(shí)向BS返回呼叫證實(shí)消息，以說明MS已具備受話的條件。
⑤ 收到呼叫證實(shí)消息后，MSC為此次呼叫分配地面信道，并命令基地臺(tái)分配無線業(yè)務(wù)信道TCH。此過程與MS主呼中的相應(yīng)過程一樣。若TCH連接成功，MSC將收到的應(yīng)答為指配完成信息。
⑥
信道建立完成后，MSC將收到MS發(fā)來的回鈴消息。然后，MSC在FIN（連接證實(shí)）中發(fā)送連接證實(shí)消息給呼叫端，并在發(fā)送給固定網(wǎng)的ACM（地址完成）消息中指示被呼移動(dòng)臺(tái)已接通。被呼用戶摘機(jī)后，MS發(fā)送連接消息給MSC。MSC返回被呼MS應(yīng)答并發(fā)回應(yīng)消息（ANS）給主叫用戶。至此，完成了移動(dòng)臺(tái)被呼的接續(xù)過程。

4.6 移動(dòng)臺(tái)工作原理
移動(dòng)臺(tái)設(shè)備是GSM系統(tǒng)中用戶所使用的入網(wǎng)設(shè)備。它分階段地為用戶提供GSM系統(tǒng)的所有業(yè)務(wù)功能。移動(dòng)臺(tái)設(shè)備分為終端設(shè)備（TE）和用戶身份卡（SIM卡）兩部分。移動(dòng)臺(tái)設(shè)備應(yīng)包括一套無線收發(fā)信機(jī)、一個(gè)控制器及話音編譯碼器，另外還應(yīng)提供用戶接入網(wǎng)絡(luò)必需的鍵盤、顯示器，除此以外還提供用戶接入網(wǎng)絡(luò)必需的鍵盤、顯示器，除此以外還提供ISDN終端接入功能，因此在移動(dòng)臺(tái)中還提供終端接入所必須的碼速適配功能。通常一個(gè)移動(dòng)臺(tái)的組成方框如圖4-2所示。


4.6.1 簡(jiǎn)化描述
語(yǔ)音信號(hào)為模擬量，通過話筒送入手機(jī)，對(duì)它進(jìn)行抽樣模數(shù)轉(zhuǎn)換及語(yǔ)音編碼，變成13kbit/s數(shù)據(jù)流，編碼輸入為每20ms一段，將2080bit經(jīng)編碼壓縮后變?yōu)?60 bit，語(yǔ)音編碼后再進(jìn)入信道編碼，編碼完成后在與控制器產(chǎn)生的信令信號(hào)經(jīng)編碼后的混合，形成傳輸速率為22.8kbit/s。編碼后的語(yǔ)音和信令再進(jìn)入交織及加密單元。交織單元分兩步交織:一為3組8個(gè)57 bit塊交織組合為2組114 bit塊，二為此114 bit塊再內(nèi)自行交織，然后這些塊進(jìn)入加密單元與加密數(shù)據(jù)的114 bit進(jìn)行異或形成加密后的比特流。加入其它變成156.25 bit的Burst。然后組合到TDMA幀和時(shí)隙中去，形成復(fù)幀、超幀及超高幀，最后形成270.833kbit/s的TDMA幀數(shù)據(jù)流送到調(diào)制解調(diào)器發(fā)送。

4.6.2
射頻單元的工作
射頻單元包括從調(diào)制器、發(fā)信到天線合路器及接收到解調(diào)輸出部分電路，其主要功能
是將基帶單元所形成的TDMA幀調(diào)制到射頻及其相反過程。射頻單元發(fā)射頻率為890~915MHz，收信頻率為935~960MHz，頻道間隔為200kHz。
合路器是將移動(dòng)臺(tái)發(fā)信和收信組合到一根天線上。在GSM數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)中，由
于收發(fā)不在一個(gè)時(shí)隙（發(fā)比收慢3個(gè)時(shí)隙），因此移動(dòng)臺(tái)可以省去用于收發(fā)共用的雙工器，只需要使用簡(jiǎn)單的收發(fā)合路器（組合）功能，即可將發(fā)信和收信信號(hào)組合到一根天線上而不會(huì)互相干擾。
調(diào)制將從TDMA幀來的270.833kbit/s數(shù)據(jù)流信號(hào)按GSMK調(diào)制方法形成I、Q信號(hào)，再送到發(fā)信上變頻器調(diào)制到900MHz頻段。解調(diào)和均衡將從收信單元接收的模擬I、Q信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理恢復(fù)出基帶信號(hào)。頻率合成器為發(fā)信和收信單元提供變頻所必須的本振信號(hào)，它通常從時(shí)期電路獲得基準(zhǔn)頻率源，然后采用鎖相技術(shù)實(shí)現(xiàn)頻率合成。

4.6.3 基帶部分的工作
基帶部分電路包括信道編/譯碼、加密/解密、TDMA幀形成/信道分離及基時(shí)鐘電路，它還包括話音/譯碼、碼速適配器等電路。
來自送話器的話音信號(hào)經(jīng)過8kHz抽樣及A/D轉(zhuǎn)換，變成13bit均勻量化的104kbit/s數(shù)據(jù)流，再由話音編碼器進(jìn)行RPE－LTP編碼。編碼輸入為每20ms一段，經(jīng)話音編碼壓縮后為260bit，其中LPC－LTP為72bit，RPE為188bit。話音編碼后的信號(hào)速率為13kbit/s。同時(shí)話音編碼器還提供話音活性檢測(cè)（VAD）功能，即當(dāng)有話音時(shí)，其SP信號(hào)為1；當(dāng)無話音傳輸時(shí)，將SP示為0（即SID幀）。
13kbit/s話音信號(hào)進(jìn)入信道編碼器進(jìn)行編碼。對(duì)于話音信號(hào)的每20ms段，信道編碼器首先對(duì)話音信號(hào)中最重要的Ia類50bit進(jìn)行分組編碼（CRC校驗(yàn)），產(chǎn)生2bit校驗(yàn)位，再與132bit的Ib類比特組成185bit，再加上4個(gè)尾比特“0”，組合為189bit,這189bit再進(jìn)入1/2速率卷積編碼器，該編碼限制長(zhǎng)度為5，最后產(chǎn)生出378bit。這378bit再與話音信號(hào)中對(duì)無線信道最不敏感的II類78bit組成最終的456bit組。同樣，對(duì)于信令信號(hào)，由控制器產(chǎn)生并送給信道編碼器，首先按FIRE（法爾）碼進(jìn)行分組編碼（稱為塊編碼），然后再進(jìn)入1/2卷積編碼，最后形成456bit組。因此信道編碼后信道傳輸速率為22.8kbit/s
編碼后的話音和信令信息再進(jìn)入交織及加密單元。在交織單元，這些20ms話音的456bit被分為8個(gè)57bit塊，這些57bit塊被存儲(chǔ)，并和前后面8個(gè)20ms話音的57bit塊分別再交織組合為8個(gè)114bit塊，并且在每個(gè)114bit塊中這些從兩個(gè)20ms來的57bit再一次每比特每比特交織形成的114bit塊。這些114bit塊進(jìn)入加密單元與加密數(shù)據(jù)的114bit進(jìn)行異或形成加密后的比特流。加密后的114bit流被加入訓(xùn)練序列及頭、尾比特等組成156.25bit（包括8.25防護(hù)比特）的突發(fā)，這些突發(fā)被按信道類型組合到不同的TDMA幀和時(shí)隙中去，形成復(fù)幀、超幀及超高幀，最后形成270.833kbit/s的TDMA幀數(shù)據(jù)流送到調(diào)制解調(diào)器發(fā)送。在接收通道，執(zhí)行與上述相反的過程。在這些成幀及信令控制過程中，都是以時(shí)釧基準(zhǔn)部分提供的統(tǒng)一幀號(hào)、時(shí)隙號(hào)、1/8bit時(shí)鐘等為基礎(chǔ)的，以便各部分同步執(zhí)行。

4.6.4 控制器的工作
控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)臺(tái)的控制，包括對(duì)無線信道頻率合成器的控制以選擇合成的頻道；根據(jù)從信道解碼得到的信令信息，執(zhí)行相應(yīng)的信令協(xié)議并送到信道編碼器再發(fā)射出去，以便與網(wǎng)絡(luò)建立信令通信；對(duì)信道編譯碼、TDMA幀形成等部分的控制。此外，它還控制鍵盤的輸入、顯示器的顯示輸出以及與外部SIM卡的接口與通信。碼速適配器的控制也由控制器等單元完成。
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    發(fā)表于 2013-04-16 14:47:36 
    不太清楚 高手解答

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    發(fā)表于 2013-05-13 16:58:36 
    不錯(cuò)，在實(shí)習(xí)，天天路測(cè)，學(xué)習(xí)下

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    發(fā)表于 2013-05-17 15:11:52 
    頂起···關(guān)注中····

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    發(fā)表于 2013-06-24 17:51:37 
    確實(shí)是這樣的，不知道有沒有例外的。。

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