GSM系統(tǒng)信令接續(xù)流程

GSM系統(tǒng)信令接續(xù)流程


摘要
文章以MS發(fā)起的主叫通話為例，說明在GSM系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)一次通話所需的信令接續(xù)過程。以應(yīng)用層（L3）的三層連接（RR、MM、CC）為構(gòu)架，對(duì)L3的通信過程進(jìn)行分析，介紹每條信令中的一些主要參數(shù)以及該信令在通話過程中所起的作用。

關(guān)鍵詞 信令接續(xù) 無線資源管理 移動(dòng)性管理 呼叫管理

GSM系統(tǒng)使用類似OSI協(xié)議模型的簡(jiǎn)化協(xié)議，包括物理層（L1）、數(shù)據(jù)鏈路層（L2）和應(yīng)用層（L3）。L1是協(xié)議模型最底層，提供物理媒介傳輸比特流所需的全部功能。L2保證正確傳遞消息及識(shí)別單個(gè)呼叫。在GSM系統(tǒng)中，無線接口（Um）上的L1和L2分別是TDMA幀和LAPDm協(xié)議。在網(wǎng)絡(luò)側(cè)，Abis接口和A接口使用的L1均為E1傳輸方式，L2分別為L(zhǎng)APD和MTP協(xié)議。在Um接口，MS每次呼叫時(shí)都有一個(gè)L1和L2層的建立過程，在此基礎(chǔ)上再與網(wǎng)絡(luò)側(cè)建立L3上的通信。在網(wǎng)絡(luò)側(cè)（A和Abis接口），其L1和L2（SCCP除外）始終處于連接狀態(tài)。L3層的通信消息按階段和功能的不同，分為無線資源管理（RR）、移動(dòng)性管理（MM）和呼叫控制（CC）三部分。
1、建立RR連接
RR的功能包括物理信道管理和邏輯信道的數(shù)據(jù)鏈路層連接等。在任何情況下， MS向系統(tǒng)發(fā)出的第一條消息都是CH－REQ（信道請(qǐng)求），要求系統(tǒng)提供一條通信信道，所提供的信道類型則由網(wǎng)絡(luò)決定。CH－REQ有兩個(gè)參數(shù)：建立原因和隨機(jī)參考值（RAND）。建立原因是指MS發(fā)起這次請(qǐng)求的原因，本例的原因是MS發(fā)起呼叫，其它原因有緊急呼叫、呼叫重建和尋呼響應(yīng)等。RAND是由MS確定的一個(gè)隨機(jī)值，使網(wǎng)絡(luò)能區(qū)別不同MS所發(fā)起的請(qǐng)求。
RAND有5位，最多可同時(shí)區(qū)分32個(gè)MS，但不保證兩個(gè)同時(shí)發(fā)起呼叫的MS的RAND值一定不同。要進(jìn)一步區(qū)別同時(shí)發(fā)起請(qǐng)求的MS，還要根據(jù)Um接口上的應(yīng)答消息。
CH－REQ消息在BSS內(nèi)部進(jìn)行處理。BSC收到這一請(qǐng)求后，根據(jù)對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)中無線資源的
判斷，分配一條信道供MS使用。該信道是否能正常使用，還需BTS作應(yīng)答證實(shí)，Abis接口上的一對(duì)應(yīng)答消息CHACT（信道激活）和CHACK（信道激活證實(shí)）完成這一功能。CHACT指明激活信道工作所需的全部屬性，包括信道類型、工作模式、物理特性和時(shí)間提前量等。
網(wǎng)絡(luò)準(zhǔn)備好合適的信道后，就通知MS，由IMMASS（立即指配）消息完成這一功能。在IM－MASS中，除包含CHACT中的信道相關(guān)信息外，還包括隨機(jī)參考值RA、縮減幀號(hào)T、時(shí)間提前量TA等。RA值等于BSS系統(tǒng)收到的某個(gè)MS發(fā)送的隨機(jī)值。T是根據(jù)收到CH－REQ時(shí)的TD－MA幀號(hào)計(jì)算出的一個(gè)取值范圍較小的幀號(hào)。RA和T值都與請(qǐng)求信道的MS直接相關(guān)，用于減少M(fèi)S之間的請(qǐng)求沖突。TA是根據(jù) BTS收到RACH信道上的CH－REQ信息進(jìn)行均衡時(shí)，計(jì)算出來的時(shí)間提前量。
MS根據(jù)TA確定下一次發(fā)送消息的時(shí)間提前量。IMMASS的目的是在Um接口建立MS與系統(tǒng)間的無線連接，即RR連接。MS收到IM－MASS后，如果RA值和T值都符合要求，就會(huì)在系統(tǒng)所指配的新信道上發(fā)送SABM幀，其中包含一個(gè)完整的L3消息（MP－L3－ INF），這條消息在不同的接口有不同的作用。在Um接口，SABM幀是LAPDm層上請(qǐng)求建立一個(gè)多幀應(yīng)答操作方式連接的消息。系統(tǒng)收到SANM幀后，回送一個(gè)UA幀，作為對(duì)SABM幀的應(yīng)答，表明在MS與系統(tǒng)之間已建立了一條LAPDm通路；另外，此UA幀的消息域包含同樣一條L3消息，MS收到該消息后，與自己發(fā)送的SABM幀中相應(yīng)的內(nèi)容比較，只有當(dāng)完全一樣時(shí)，才認(rèn)為被系統(tǒng)接受。L3消息中包含MS的IMSI，IMSI對(duì)每個(gè) MS是唯一的，這可保證在該信道上只有一個(gè)MS可接入系統(tǒng)。在Abis接口，這條消息是ESTIND（建立指示），用來通知已建立LAPDm連接，作為對(duì)IMMASS消息的應(yīng)答。
在SANM幀中，透明傳輸?shù)組SC的L3消息是A接口的第1條L3消息。盡管A接口的MTP連接在通話前已經(jīng)建立，但對(duì)每個(gè)呼叫，在L2還要建立一個(gè)SCCP的連接。L3消息包含在A接口上SCCP的請(qǐng)求建鏈消息（CR）中傳遞。如請(qǐng)求被允許，A接口的第1條下行消息將包含在SCCP層的連接證實(shí)（CC）幀中。對(duì)SCCP層來說， CR與CC的交換是源參考地址與目的參考地址的交換。在同樣的信令點(diǎn)碼下，不同的呼叫具有不同的源地址和目的地址。
A接口上第1條消息傳遞完后，MS與系統(tǒng)之間就建立了RR連接，RR實(shí)體通知MM子層已進(jìn)入專用模式。在專用模式下，MM子層和CC子層負(fù)責(zé)發(fā)送所有L2層上的消息。除了錯(cuò)誤指示和釋放本地鏈路以外，均由RR子層直接處理。
2、建立MM連接
正常情況下，要建立MM連接必須先有RR連接。RR建立后的第一個(gè)步驟是鑒權(quán)（AUTH），即鑒定移動(dòng)用戶的身份。在AU－THREQ（鑒權(quán)請(qǐng)求）中有兩個(gè)參數(shù)：CIP KEY No（加密鍵號(hào)）和 AUT RAND（鑒權(quán)隨機(jī)值）Q CIPKEY No與每個(gè)MS的密匙Kc相對(duì)應(yīng)，由網(wǎng)絡(luò)計(jì)算出來送到MS，目的是毋須調(diào)用AUTH過程，就可直接由MS的IMSI和CM－SERV－REQ中的CIP KEY No參數(shù)得到Kc。ATU RAND供MS計(jì)算鑒權(quán)響應(yīng)值SRES。MS的SIM中存有4個(gè)與鑒權(quán)和加密相關(guān)的數(shù)據(jù)：鑒權(quán)算法A3、加密序列算法A8、加密算法A5和移動(dòng)用戶個(gè)人鑒權(quán)鍵Ki。其關(guān)系如下：Kc=A8（RAND，Ki），SRES=A3（RAND，Ki），加密數(shù)據(jù)流=A5（user data，Kc）。SRES是MS對(duì)AUTH REQ的響應(yīng)值，在AUTH RES中傳遞。網(wǎng)絡(luò)中存儲(chǔ)了與每個(gè) IMSI相對(duì)應(yīng)的Ki值，網(wǎng)絡(luò)根據(jù)計(jì)算出的SRES值和MS回送的SRES值，可對(duì)MS的身份進(jìn)行鑒定。Kc用于鑒權(quán)后的加密過程，加密算法A5由網(wǎng)絡(luò)指定，但 MS必須支持該算法。在加密命令CIP－M-COM中，指出了每個(gè)MS支持的A5算法類型，還指定了MS的回送消息中是否包括IMEISV參數(shù)。
對(duì)MS的身份識(shí)別及無線信道傳輸加密過程完成后，建立呼叫所需的MM連接已經(jīng)建立，可以向更高層（CC子層）提供呼叫信息的傳遞功能。
3、建立CC連接
MS向網(wǎng)絡(luò)發(fā)SETU（建立）消息，請(qǐng)求建立呼叫，消息內(nèi)容包括：
（1）此次呼叫請(qǐng)求 的具體業(yè)務(wù)種類及MS能提供的承載能力，包括信息傳輸要求、發(fā)送方式、編碼標(biāo)準(zhǔn)及可 使用的無線信道類型；
（2）被叫用戶號(hào)碼，包括被叫號(hào)碼類型和編碼方案。 網(wǎng)絡(luò)收到SETUP消息，若接受請(qǐng)求，就回送CALL PROC（呼叫處理），表明正在處理呼 叫，主叫MS處于等待狀態(tài)。
網(wǎng)絡(luò)開始尋找被叫用戶，若被叫也是GSM系統(tǒng)用戶，其接入網(wǎng) 絡(luò)的方式與主叫類似。不同點(diǎn)有：
（1）被叫 MS收到網(wǎng)絡(luò)發(fā)出的PAGINC（尋呼）消息后， 才會(huì)提出信道請(qǐng)求；
（2）被叫MS在與網(wǎng)絡(luò)建立CC連接時(shí)，先由網(wǎng)絡(luò)發(fā)下行的SETUP消息， MS回送CALLCONF（呼叫證實(shí)）消息。在CALL，PROC或CALL，CONF后，網(wǎng)絡(luò)與MS之間CC層 的連接建立。 后續(xù)的CC層消息ALERT（振鈴）、 CON－NECT（連接）及其應(yīng)答消息，分別對(duì)應(yīng)MS振 鈴和用戶搞機(jī)動(dòng)作。網(wǎng)絡(luò)收到被叫的ALERT消息，再向主叫MS發(fā)送同樣的ALERT消息，使 主叫知道當(dāng)前的通話接續(xù)狀態(tài)，即通常打電話時(shí)聽到的振鈴聲。收到振鈴聲后，主叫等 待被叫摘機(jī)，該動(dòng)作在信令接續(xù)上反映為CONNECT（連接）消息。完成對(duì)CONNECT消息的 應(yīng)答后，主被叫雙方進(jìn)入正常通話狀態(tài)，直到有一方關(guān)機(jī)，通話結(jié)束。 傳遞信令使用的是SDCCH或FACCH，MS通話必須在TCH信道上進(jìn)行。為此，網(wǎng)絡(luò)分配給 MS一條TCH信道，分配方式與IMMASS類似，不同點(diǎn)在于指配的發(fā)起是由MSC的ASS－REQ （指配請(qǐng)求命令）開始的。BSC根據(jù)ASS－REQ的信息，激活相應(yīng)的無線信道，根據(jù)ASS－ REQ中指定業(yè)務(wù)的相應(yīng)信息，確定該無線信道的類型。由CHACT指定無線資源，包括信道 頻率、時(shí)隙和跳頻等內(nèi)容。
4、連接話音通路
GSM系統(tǒng)業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)傳遞采用電路模式，在主叫與被叫之間有一條物理通路。建立這樣一條通路有兩個(gè)要求：
（1）為傳遞通信的不同路由段分配一定的信道資源；
（2） 將各段信道連接在一起。
信道資源包括Um接口的無線信道和A接口的PCM鏈路信道。無線信道由CHACT說明，A 接口的地面信道由 ASS－REQ說明。 各個(gè)信道的連接是一個(gè)接路過程。收到ASS－REQ后， BSC將A接口的地面信道和Um 接口的無線信道連接在一起。收到CONNECT后，MSC將A接口的地面信道和網(wǎng)絡(luò)內(nèi)使用的 信道連接在一起。在MS內(nèi)部也有類似的接路過程。主叫方收到ALERT消息后，接通內(nèi)部 的話音通路；被叫端的用戶（GSM用戶）在發(fā)送CON－NECT時(shí)，接通 MS內(nèi)的話音通路。
5、呼叫斷續(xù)處理
5.1清除CC連接和 MM連接 當(dāng)一方用戶掛機(jī)時(shí)，開始清除通信連接。從L3的CC子層開始清除，最終到L1。 以主叫MS先掛機(jī)為例。MS發(fā)送DISCON－NECT（斷開連接）消息，指明呼叫清除的發(fā) 起端及清除原因。網(wǎng)絡(luò)收到DISCONNECT后，停止所有的CC連接定時(shí)器，清除業(yè)務(wù)信道在 網(wǎng)絡(luò)中的連接，向MS發(fā)送RELEASE（呼叫釋放），通知它網(wǎng)絡(luò)正在釋放CC層的連接。MS 收到消息后，停止所有CC連接定時(shí)器，釋放MM連接，向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送RELCMP，本身進(jìn)入 “NULL”（空閑）狀態(tài)。這時(shí)，在MS側(cè)，L3的連接已經(jīng)全部釋放完畢，但MS不能自己拆 除L2層的連接，要等待網(wǎng)絡(luò)的釋放命令。網(wǎng)絡(luò)收到RELCMP（呼叫釋放完成）后，釋放MM 連接，返回到“NULL”狀態(tài)。 CC層和MM層的連接釋放完畢后，網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)SCCP連接的釋放，釋放及應(yīng)答消息分別為 CLRCOM（清除）和CLRCMP（清除完成）。
5.2釋放RR連接 RR連接釋放的目的是去活正在使用的專用信道，專用信道釋放后，MS返回到IDLE （空閑）狀態(tài)。 RR連接釋放的命令是CHREL（信道釋放），包括釋放原因（正常釋放、 超時(shí)、切換失敗等）。MS收到CHREL后，啟動(dòng)定時(shí)器，回送一條LAPDm層的DISC消息， 準(zhǔn)備斷開連接。當(dāng)DISC消息被系統(tǒng)的UA消息證實(shí)或定時(shí)器超時(shí)后，MS去活所有信道， 返回到空閑模式。 RR連接釋放后，停止系統(tǒng)在TCH信道的伴隨信道SACCH上發(fā)送DESACCH（去活SACCH 信道），并在TCH信道上發(fā)送RFCHREL（無線信道釋放）及其應(yīng)答。與RFCHREL相對(duì)應(yīng)， L1的連接也被清除，以減小或關(guān)閉系統(tǒng)在該信道的發(fā)射功率。
6、其它
6.1選擇TCH信道分配時(shí)間 在一次通話過程中，MS先后使用了SDCCH和TCH兩種不同類型的信道，分別用于信令 和話音傳遞。網(wǎng)絡(luò)根據(jù)對(duì)SDCCH和TCH使用的分配原則，可以在不同時(shí)間點(diǎn)，給MS分配 TCH信道，有三種方式：早分配、特早分配和晚分配。 TCH的指配可在CC連接建立后馬上進(jìn)行，也可等收到ALERT消息后再指配。前者稱 為早分配，后者為晚分配。分配的早晚會(huì)影響系統(tǒng)占用SDCCH或TCH信道的時(shí)間。晚分 配的SD－CCH信道占用時(shí)間長(zhǎng)，可能導(dǎo)致TCH信道還有空閑時(shí)，由于SDCCH信道資源的 缺乏而使呼叫失敗，但可提高TCH信道的成功使用率。在ALERT后，主被叫均處于接通 狀態(tài)，一旦被叫用戶搞機(jī)，TCH信道就可被成功使用。在早分配中，若被叫用戶連接失 敗，會(huì)導(dǎo)致分配給主叫用戶使用的TCH信道實(shí)際上不能使用，降低了使用率，但提高了 SDCCH的容量。特早分配是在IMMASS時(shí)就直接分配一條TCH信道，但僅作為信今信道使 用，在CC連接建立后，再利用信道模式修改命令，改為TCH信道。特早分配沒有為信今 信道專門分配獨(dú)立的物理信道，使可同時(shí)通話的用戶數(shù)最多，減少了呼叫建立的緩沖 過程。當(dāng)系統(tǒng)可用于通信的N個(gè)信道都被占用時(shí)，新的用戶就不能接入。實(shí)際上在通話 前，MS與網(wǎng)絡(luò)間還需要時(shí)間進(jìn)行初期的信令通信，在這段時(shí)間內(nèi)，原來通話的用戶有 可能已結(jié)束通話，可以建立新的呼叫。目前特早分配方式使用較少，早分配方式使用 較多。
6.2識(shí)別MS身份
TMSI是網(wǎng)絡(luò)分配給每個(gè)移動(dòng)用戶的臨時(shí)身份碼，只在一個(gè)位置區(qū)域內(nèi)有效。為了 提高M(jìn)S用戶的保密性，信令通信可首先使用TMSI代替IMSI。如果網(wǎng)絡(luò)識(shí)別TMSI號(hào)碼， 接續(xù)流程可以繼續(xù)；若不能識(shí)別TMSI（MS從一個(gè)位置區(qū)進(jìn)入另一個(gè)位置區(qū)），就會(huì)要 求MS重新上報(bào)IMSI號(hào)碼。若該號(hào)碼有效，通信繼續(xù)，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)還會(huì)給該移動(dòng)用戶分配 一個(gè)新的TMSI號(hào)碼。這個(gè)接續(xù)過程緊跟在A接口的第一個(gè)L3消息之后。
6.3重新分配TMSI
無論當(dāng)前MS使用的TSMSI是否能被系統(tǒng)識(shí)別，出于對(duì)用戶身份保密的考慮，在每次 通信時(shí)，網(wǎng)絡(luò)部可為 MS重新分配一個(gè) TMSI。TMSI的重新分配過程一般是在加密完成 之后，SETUP建立之前。對(duì)應(yīng)于TMSI重新分配命令，MS有一個(gè)回應(yīng)的TMSI分配完成消息。
6.4提前發(fā)送功率控制信息
根據(jù)系統(tǒng)配置，MS可以決定在AUTHREQ后是否上報(bào)MS的處理能力，消息名稱為CLASS MRAKCHANGE，內(nèi)容與建立指示中的一樣，只是更詳細(xì)說明了MS支持的加密算法。在建 立指示中，只說明是否支持A5／1、A5／2和A5／3 ；而在CLAMARK－CH中，進(jìn)一步說明 是否支持 A5／4～A5／7算法。網(wǎng)絡(luò)收到此消息后先回送 MSPWRCTRL消息，說明MS可使 用的功率范圍，以及與此MS相應(yīng)的TRX所需的發(fā)射功率。在加密過程中，使用加密算法 的信息，MS是否需要提前發(fā)送這條消息，由網(wǎng)絡(luò)側(cè)的系統(tǒng)消息3說明。


GSM網(wǎng)的空間接口淺析
——摘要 對(duì)GSM網(wǎng)空間接口的定義、邏輯信道與物理信道的映射關(guān)系、幀結(jié)構(gòu)及各種無線信道上傳送的信息進(jìn)行了由淺入深的描述。
——關(guān)鍵詞 GSM 空間接口 淺析
——移動(dòng)終端與GSM網(wǎng)絡(luò)之間的接口稱為空間接口，它是GSM網(wǎng)絡(luò)中最復(fù)雜，也是參數(shù)和性能最多的一個(gè)接口。該接口在網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃，優(yōu)化以及工程建設(shè)和維護(hù)中，都顯得非常重要。
1、        GSM網(wǎng)的主要功能單元
GSM數(shù)字公用陸地蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)主要由下述功能單元組成：移動(dòng)臺(tái)(MS)、基站子系統(tǒng)(BSS)、移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心(MSC)、拜訪位置寄存器(VLR)、歸屬位置寄存器(HLR)、設(shè)備識(shí)別寄存器(EIR)、鑒權(quán)中心(AUC)和操作維護(hù)中心(OMC)。其中基站子系統(tǒng)(BSS)包括基站控制器(BSC)和無線基站(BTS)兩部分。各個(gè)網(wǎng)元之間的接口均由GSM規(guī)范所定義，但各個(gè)廠家在部分接口上采用自己的標(biāo)準(zhǔn)，使得設(shè)備選型和組網(wǎng)工作具有一定的難度，為此本文將著重介紹這幾種接口。
2、A接口、Abis接口、Uin接口
GSM網(wǎng)內(nèi)各接口之間的通信協(xié)議均是基于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)建議的開放式系統(tǒng)互聯(lián)七層模式(OSI)建立的，各層協(xié)議均獨(dú)立于其他層完成各自的功能。
2.1 MSC和BSS間接口
MSC與BSC間為標(biāo)準(zhǔn)A接口，符合GSM相關(guān)規(guī)定，接口之間采用7號(hào)信令，其應(yīng)用協(xié)議為BSSAP(基站子系統(tǒng)應(yīng)用部分 第七層協(xié)議)，該層協(xié)議建立在SCCP層之上（信令控制連接部分）。BSSAP包括BSSMAP(基站子系統(tǒng)移動(dòng)應(yīng)用部分)和DTAP(直接轉(zhuǎn)送應(yīng)用部分)協(xié)議兩部分。基中BSSMAP是MSC至BTS的信令信息，DTAP是MSC通過BSC透明傳送給MS的信令信息。
2.2 BSC和BTS間接口
BSC與BTS之間的接口稱Abis接口，采用LAPD信令(D信道鏈路應(yīng)用部分)，應(yīng)用部分為BSSMAP協(xié)議。
2.3 BTS和MS間接口
BTS與MS之間的Um接口稱為空間接口(即無線信道)，它采用LAPDm信令。該接口包括三層協(xié)議：
第一層為物理層，該層通過無線信道發(fā)送或接收各種編碼信息，主要提供了信息傳送所需要的時(shí)分復(fù)用(TDM)幀結(jié)構(gòu)。
第二層為鏈路層，是介于第三層和第一層之間的傳送媒體，其功能是將第三層信令無差錯(cuò)地傳送給第一層。
第三層為網(wǎng)絡(luò)層，主要提供3種網(wǎng)絡(luò)管理功能：
(1)RR--無線資源管理(Radio Resource)，包括尋呼(Paging)、加密模式設(shè)定(cipher mode setting)、信道分配、切換、測(cè)試報(bào)告。
(2)MM--移動(dòng)性管理(mobilitymanagement)，包括鑒權(quán)(authentication)、位置更新 (locationupdating)、國(guó)際移動(dòng)用戶識(shí)別碼的附著或分離(IMSIattach/detach)、周期性登記(periodic registration)。
(3)CM--呼叫連接管理(call connection management)，包括呼叫建立、補(bǔ)充業(yè)務(wù)、雙音多頻DTMF、短消息業(yè)務(wù)(short message scrvice)。
關(guān)于GSM網(wǎng)中的各接口信令規(guī)程見表1。
表１
3、空間接口的無線特性及分類
3.1 空間接口的無線特性
——由于數(shù)字移動(dòng)通信的迅猛發(fā)展，信息在空間傳送所需要的頻帶已成為制約業(yè)務(wù)發(fā)展的關(guān)鍵問題所在。如何利用好有限的頻率資源以及與采用新的頻率資源進(jìn)行合理的投資，從而規(guī)劃好移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，是每個(gè)運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)在就必須面對(duì)的問題，在此將GSM、E-GSM(擴(kuò)展)和DCS1800的無線信道的基本特性列于表2，供參考。
表２
3.2 無線信道復(fù)用
——根據(jù)頻率規(guī)劃和容量要求，每個(gè)基站都分配有若干個(gè)載頻，每個(gè)基站無線覆蓋區(qū)內(nèi)的手機(jī)都能共享所分配的頻率資源，而且不同手機(jī)可在同一個(gè)載頻上分享不同的時(shí)間進(jìn)行通信，這就是所謂的時(shí)分多址接入(即TDMA)。而空間接口泛指手機(jī)和基站所建立的連接。該接口采用TDMA技術(shù)，即每個(gè)載頻攜帶一個(gè)TDMA幀，每一幀包括8個(gè)時(shí)隙(即信道)。從手機(jī)至基站定義為上行鏈路，從基站至手機(jī)為下行鏈路，而信道(即時(shí)隙)則根據(jù)不同的用途可分為物理信道和邏輯信道。(1)物理信道
——一個(gè)載頻所攜帶的TDMA幀中的一個(gè)時(shí)隙就是一個(gè)物理信道，每個(gè)載頻(即一個(gè)TDMA幀)可含8個(gè)時(shí)隙，在一個(gè)時(shí)隙中所傳送的信息稱為一個(gè)“burst”(突發(fā))，每個(gè)時(shí)隙長(zhǎng)度為577μs。該時(shí)隙中的數(shù)據(jù)則以546μs的“burst”突發(fā)脈沖信號(hào)發(fā)射出去，這樣8個(gè)“burst”是按順序以TDM(時(shí)分復(fù)用)方式在同一個(gè)載頻上發(fā)射的，而多個(gè)TDMA幀可形成一個(gè)復(fù)幀。例如，在上行鏈路上，某一手機(jī)A與基站收發(fā)信機(jī)所建立的聯(lián)系,是基于一個(gè)TDMA時(shí)隙的。當(dāng)該手機(jī)發(fā)送完一個(gè)“burst”后，它必須停止發(fā)送一段時(shí)間，使其他手機(jī)(如B利用與A手機(jī)相同頻率的其他“burst”與基站建立聯(lián)系)。由于信息是成幀傳給基站的，每一個(gè)幀所含的8個(gè)TDMA“burst”信息均發(fā)給同一個(gè)基站收發(fā)信機(jī)，以及手機(jī)離基站的遠(yuǎn)近不同等原因，一個(gè)TDMA幀中的各個(gè)“burst”之間需要一定的保護(hù)時(shí)間，這樣8個(gè)“burst”的長(zhǎng)度總合應(yīng)小于一個(gè)TDMA幀的時(shí)間長(zhǎng)度。
(2)邏輯信道
——由于基站和手機(jī)之間需傳送大量的用戶數(shù)據(jù)和各種不同的控制信令，因此根據(jù)所傳信息的不同，定義了各種不同的邏輯信道，這些信道可按照一定的規(guī)則映射到物理信道上。
3.3 空間接口的分類
——根據(jù)功能的不同，引入了邏輯信道的概念，而邏輯信道則是通過物理信道實(shí)現(xiàn)其功能的。邏輯信道分為控制(或信令)信道和業(yè)務(wù)信道(TCH)兩類。邏輯信道根據(jù)不同的特殊功能分為以下幾種：
(1)        業(yè)務(wù)信道
——用于基站和手機(jī)間的語音或數(shù)據(jù)的交換。根據(jù)語音編碼器速率的不同可分為全速率和半速率兩種業(yè)務(wù)信道。全速率語音編碼器以13kb/s的速率工作(半速率語音編碼器以6.5kb/s速率工作)。在進(jìn)入無線信道發(fā)射前，語音數(shù)據(jù)信息還需要經(jīng)過信道編碼(包括分組編碼和卷積編碼)，對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行必要的檢錯(cuò)和糾錯(cuò)，并經(jīng)過交織編碼(速率為22.8kb/s，半速率信道編碼速率為11.4kb/s)，再加上填充比特，形成33.6kb/s的數(shù)據(jù)流，最后經(jīng)過GMSK調(diào)制，在無線信道上就形成了一個(gè)由8個(gè)時(shí)隙組成的總速率為270.833kb/s的TDMA幀，通過無線電波發(fā)射出去。
(2)        控制信道
分為廣播、公共和專用(獨(dú)立或伴隨)3種控制信道。
廣播信道(BCH)分為頻率校正信道(FCCH)、同步信道(SCH)廣播控制信道(BCCH)。公共控制信道(CCCH)分為尋呼信道(PCH)、隨機(jī)接入信道(RACH)和允許接入信道(ACCH)。
專用控制信道(DCCH)分為獨(dú)立專用控制信道(SDCCH)、慢速伴隨控制信道(SACCH)和快速伴隨控制信道(SACCH)。
3.4 編碼
(1)        語音編碼
——我們可從下行鏈路入手進(jìn)行分析。中繼電路Ｅ1上的一個(gè)PCM時(shí)隙的速率分為64kb/s，該信道上的語音數(shù)據(jù)作為變碼器(可位于MSC或BSC側(cè)，進(jìn)行不同速率的適配)的輸入，變碼器對(duì)64kb/s語音數(shù)據(jù)進(jìn)行20ms的分割,形成1280bit數(shù)據(jù)流(即160個(gè)樣值，一個(gè)樣值為8bit)。再經(jīng)過RPE-LPC/LTP壓縮編碼，產(chǎn)生一個(gè)260bit的語音分組(已抽樣壓縮)，然后再送到信道編碼器進(jìn)行信道編碼。
(2)信道編碼：為了使業(yè)務(wù)信道數(shù)據(jù)和信令信道數(shù)據(jù)適于在無線信道上傳送并得到最優(yōu)化的性能，——它們?cè)诒话l(fā)送前必須進(jìn)行信道編碼。信道編碼分為卷積編碼和分組編碼，其中分組編碼提供糾錯(cuò)和檢錯(cuò)；卷積編碼提供信道保護(hù)。而數(shù)據(jù)交織則起到了減小由于無線環(huán)境對(duì)各個(gè)“burst”干擾所造成的數(shù)據(jù)丟失的作用，信道編碼還將業(yè)務(wù)信道(邏輯信道)和信令信道(邏輯信道)映射到物理信道上(時(shí)隙)。每個(gè)無線信道(載頻)上有8個(gè)邏輯信道編碼器,每個(gè)時(shí)隙對(duì)應(yīng)一個(gè)邏輯信道編碼器。
——每個(gè)信道編碼器從變碼器收到一個(gè)260bit(抽樣時(shí)長(zhǎng)為20ms，速率為133kb/s的語音分組，260bit語音分組經(jīng)分組編碼和卷積編碼，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢錯(cuò)和冗余，變?yōu)?56bit數(shù)據(jù)分組(速率為22.8kb/s并分為8組，其中前4組(每組57bit)與前一個(gè)20ms抽樣語音分組中的后4組進(jìn)行數(shù)據(jù)交織，形成4個(gè)“burst”(每個(gè)“burst”含114bit)；而后4組(每組57bit)與后一個(gè)20ms抽樣語音分組中的前4組進(jìn)行數(shù)據(jù)交織，也形成4個(gè)“burst”(每個(gè)“burst”含114bit)，這樣共形成8個(gè)“burst”。在不考慮跳頻時(shí)，根據(jù)指定的TDMA幀中的一個(gè)固定時(shí)隙，經(jīng)過無線信道中8個(gè)連續(xù)幀發(fā)送出去。
——從以上信道編碼器的工作流程可以看出，數(shù)據(jù)交織將引起話音的延遲。因?yàn)樵瓉硪粋�(gè)20ms語音分組(抽樣信息)經(jīng)交織后在實(shí)際的無線信道上需要40ms才能傳完，而交織給系統(tǒng)帶來的好處是，它提高了糾錯(cuò)解碼的性能。另外對(duì)空間接口起到非常重要作用的部件是收信機(jī)信道均衡器。在發(fā)送端每個(gè)TDMA“burst”中均含有一個(gè)訓(xùn)練序列，在另一端收信機(jī)能與該訓(xùn)練序列同步，并據(jù)此對(duì)多徑衰落，接收信號(hào)強(qiáng)度和數(shù)據(jù)定時(shí)誤差進(jìn)行評(píng)價(jià)。均衡器利用評(píng)價(jià)結(jié)果調(diào)整接收機(jī)信號(hào)增益和數(shù)據(jù)定時(shí)提前(Timing Advance)，調(diào)整后不僅會(huì)減少失真造成的影響，而且還可以恢復(fù)部分?jǐn)?shù)據(jù)。均衡器還能補(bǔ)償多徑造成的延遲，且在每個(gè)TDMA“burst”完成。
4 無線系統(tǒng)控制功能實(shí)現(xiàn)
——由上所述，空間接口可提供伴隨控制信道，即控制信道上的信令數(shù)據(jù)可伴隨著用戶業(yè)務(wù)信道(TCH)上的語音數(shù)據(jù)在同一個(gè)物理信道(時(shí)隙)上傳送。伴隨控制信道可在上行和下行鏈路上傳送，包括手機(jī)向BSS發(fā)送的連續(xù)測(cè)量報(bào)告以及手機(jī)從BSS得到的連續(xù)的控制指令。
4.1 切換
——GSM切換過程采用手機(jī)支持技術(shù)，以便更加準(zhǔn)確和快速地實(shí)現(xiàn)切換。切換的目的是為了保持用戶鏈路連接的質(zhì)量，減少干擾，合理地進(jìn)行話務(wù)量分配。在切換過程中，涉及到如下兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。
(1)手機(jī)支持技術(shù)
——手機(jī)通過完成特定的測(cè)量來支持切換判決過程的實(shí)現(xiàn)。當(dāng)手機(jī)處于通話中，業(yè)務(wù)信道復(fù)幀中的某些TDMA幀是空閑的，其余TDMA幀則用于上行(BTS接收)和下行(BTS發(fā)射)時(shí)隙的傳送。當(dāng)TDMA幀處于空閑時(shí)，手機(jī)則通過調(diào)諧無線信道的頻率來監(jiān)測(cè)鄰近小區(qū)信號(hào)電平，從而可生成測(cè)量報(bào)告的部分內(nèi)容。
(2)切換判決過程
無線鏈路兩端的測(cè)量結(jié)果是切換判決算法的重要依據(jù)。在手機(jī)側(cè)，測(cè)量結(jié)果通過SACCH信道被連續(xù)地發(fā)送給BSS，從而最終對(duì)切換進(jìn)行判決。手機(jī)所發(fā)送的測(cè)量報(bào)告內(nèi)容為：
•服務(wù)小區(qū)下行鏈路質(zhì)量(比特誤碼率)；
•服務(wù)小區(qū)下行鏈路接收信號(hào)電平和鄰小區(qū)下行接收信號(hào)電平。手機(jī)還報(bào)告鄰小區(qū)BCCH
的ID，以便確認(rèn)所發(fā)出的測(cè)量報(bào)告與該小區(qū)對(duì)應(yīng)。
在基站側(cè)，切換算法僅僅適用于對(duì)上行鏈路的通信路徑、鏈路質(zhì)量、接收信號(hào)電平和手機(jī)到基站的距離的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行判決。手機(jī)射頻輸出功率門限值也作為切換判決的條件。如果手機(jī)能以較低的發(fā)射功率在鄰小區(qū)得到服務(wù)，則手機(jī)會(huì)建議作為切換。從系統(tǒng)角度來看，切換是為了減少過負(fù)荷和擁塞對(duì)系統(tǒng)造成的影響，因此切換也作為平衡小區(qū)話務(wù)量的一種手段，對(duì)系統(tǒng)優(yōu)化非常重要。
4.2 定時(shí)調(diào)整
——在手機(jī)側(cè)，同一個(gè)無線信道(載頻)上發(fā)射的各個(gè)“burst”間必須有一定的時(shí)間相隔才能保證數(shù)據(jù)在基站側(cè)得到恢復(fù)。然而手機(jī)并不是靜止的，因此手機(jī)的傳輸延遲也是在變化的，有時(shí)延遲太長(zhǎng)會(huì)使一個(gè)“burst”重疊到下一個(gè)時(shí)隙(注意“burst”長(zhǎng)度與時(shí)隙長(zhǎng)度不等)，這樣將會(huì)在恢復(fù)數(shù)據(jù)時(shí)造成誤碼。為了使“burst”間具有一定的保護(hù)時(shí)間，系統(tǒng)通過一個(gè)閉環(huán)裝置為手機(jī)提供定時(shí)校正功能�；�站子系統(tǒng)通過對(duì)定時(shí)改變的檢測(cè)(通過一種定時(shí)提前TA算法)，如果需要定時(shí)提前(TA)，則基站子系統(tǒng)就會(huì)發(fā)一個(gè)TA信息給手機(jī)，命令手機(jī)提前或延遲發(fā)射(根據(jù)需要),從而補(bǔ)償傳輸延遲。
——另外定時(shí)提前算法(TA)還可估計(jì)出手機(jī)與基站間的距離。這對(duì)距離的估計(jì)值在切換判決算法間是非常有價(jià)值的參數(shù)。