第3章4 GSM移動通信系統(tǒng)5——控制與管理B

1、話音編碼信道編碼突發(fā)脈沖串形成調(diào)制器發(fā)射機A/D分段交織加密GSM數(shù)字信號的形成數(shù)字信號的形成 D/A話音 解碼信道 解碼去交織 解密 均衡器接收解調(diào) 上節(jié)回顧上節(jié)回顧u交織編碼：交織編碼： 針對：突發(fā)性長差錯突發(fā)性長差錯 方法：發(fā)送前打亂打亂信號的順序。交織的過程： 行寫入，列讀出解交織的過程：列寫入，行讀出u前向糾錯編碼：前向糾錯編碼： 針對：離散的隨機差錯離散的隨機差錯 方法：在信號傳送前加一些冗余冗余比特。行寫入列讀出00010 0 11001110010011.0110001001.發(fā)送中發(fā)生了長突發(fā)誤碼，則經(jīng)過交織譯碼后，把長突發(fā)誤碼離散化，有利于糾錯0 1 0 1 0 1 0 1

2、10 1 0 1 0 1 100011010 1 0 1 0 10 1 0 1 0 10 1 0 1 0 10 1 0 1 0 10 1 0 1 0 10 1 0 1 0 10 1 0 1 0 100011011100011列寫入001110010011.00010 0 110 1 0 1 0 1 0 110 1 0 1 0 1 100011010 1 0 1 0 10 1 0 1 0 10 1 0 1 0 10 1 0 1 0 10 1 0 1 0 10 1 0 1 0 10 1 0 1 0 10001101行讀出01100010010101011010101110111001 1 0 0

3、0 1 1交織交織交織編碼器交織編碼器（1148）40ms話音12 231141 2 38每列讀出114bit+交織114bit已加密114bit時隙3571261 5738.25突發(fā)脈沖串形成系統(tǒng)加密算法GMSK調(diào)制加密114加密bit話音編碼前向糾錯編碼模擬話音13kbit/s22.8kbit/s交織編碼22.8kbit/sGSM信號的產(chǎn)生4 跳頻技術(shù)跳頻技術(shù)可以改善衰落造成的誤碼特性，實現(xiàn)頻率分集。跳頻技術(shù)可以提高通信系統(tǒng)的抗干擾能力、減少窄帶干擾對某一頻點信號的影響。f0f1f2f3f4.頻率時間GSM系統(tǒng)的跳頻示意圖時隙幀跳頻序列：f0，f2，f1，f3，f4話音的間斷傳輸（DTX）

4、DTX是指在包含有用語音信息時進行傳送，在話音的間隙的大部分時間禁止傳輸。采用DTX的目的： * 節(jié)省移動臺電源、延長電池使用時間 * 降低空中總的干擾，提高頻譜利用率。DTX模式，在話音間隙，仍要傳輸?shù)退倬幋a，形成“舒適噪聲”。目的： *避免發(fā)射機的開啟或關(guān)閉產(chǎn)生調(diào)制噪聲 *避免用戶產(chǎn)生斷線的錯覺DTX需要話音激活檢測技術(shù)支持。話音編碼信 道編 碼突發(fā)脈沖串形成調(diào)制器發(fā)射機A/D交織加密GSM數(shù)字信號的形成數(shù)字信號的形成 D/A話音 解碼信道 解碼去交織 解密 均衡器接收解調(diào)時間色散:接收端接收的多徑信號形成相鄰符號間的相互干擾即碼間干擾010101 010101 010101 解決辦法：信

5、道的自適應(yīng)均衡均衡器是利用接收端已知的訓練序列來建立信道模型，由此估計出正確的發(fā)端信息。3 57 1 2631 57MS接收序列自適應(yīng)信道均衡自適應(yīng)信道均衡TB3加密比特571訓練序列261加密比特57TB3GP 8.253？1 26？31信道？信道模型57571、比較訓練序列，得到信道模型2、本地產(chǎn)生碼，通過信道模型，使得輸出與接收碼一致3、則此時本地產(chǎn)生碼即為發(fā)送的正確碼12GSM系統(tǒng)的運行控制和管理q鑒權(quán)和加密q位置更新q激活和分離q 呼叫接續(xù)q 越區(qū)切換n鑒權(quán)和加密 (Authentication&Ciphering)鑒權(quán)：確認MS的合法性，在每次位置登記或是呼叫建立之前進行。

6、加密：把空中要傳送的信息進行加密，防止被第三方竊聽。鑒權(quán)A3算法密鑰Ki密鑰Ki隨機數(shù)RAND響應(yīng)SRES隨機數(shù)RAND隨機數(shù)RAND響應(yīng)SRESA3算法比較兩個SRESMSMSC/VLRAUC加密突發(fā)脈沖串形成調(diào)制器發(fā)射機交織加密A8A5AUC+交織MS114bit114已加密bit密鑰密鑰Kc114加密bitA5+BTS已解密114bit114bitKc114解密bit加密模式加密模式MTDMA幀號幀號三參數(shù)組的產(chǎn)生過程IMSI1IMSI2KiKiRANDKcSRES RANDKcSRESRAND加密算法8鑒權(quán)算法3結(jié)果結(jié)果數(shù)據(jù)庫IMSI和鑒權(quán)產(chǎn)生隨機數(shù)HLRAUC系統(tǒng)的鑒權(quán)過程 Auth

7、enticationAUCHLRMSC/VLRMS算法 A3RANDKiSERSRAND接入請求SRESAUC SRESMS?=臨時存儲所有用戶的三參數(shù)組(每用戶1至10個)依請求發(fā)給VLR存儲所有拜訪用戶的三數(shù)組存儲所有有關(guān)的用戶信息NOYES存儲HLR中所有用戶的鑒權(quán)鍵Ki，對所有用戶產(chǎn)生一參數(shù)RAND/KC/SRES系統(tǒng)的加密過程CipheringAUCHLRMSC/VLRBTSMS存儲HLR中所有用戶鑒權(quán)鍵Ki，對所有用戶產(chǎn)生三參數(shù)組RAND/KC/SRES臨時存儲所有用戶的三參數(shù)組(每用戶1至10個并請求發(fā)給VLR)存儲所有拜訪用戶的三數(shù)組存儲所有與網(wǎng)路有關(guān)的用戶信息監(jiān)時存儲KC用于

8、與MS通話中的加密鑒權(quán)程序啟動加密A5A5A8RAND KiKcKcMMKcTDMA幀號TDMA幀號加密后信息解密后信息與M比較是 否加密完成加密不成功GSM系統(tǒng)的編號移動臺國際ISDN號碼（MSISDN）國際移動用戶識別碼 （IMSI）臨時移動用戶識別碼 （TMSI）移動用戶漫游號碼 （MSRN）國際移動臺設(shè)備識別碼（IMEI）移動用戶識別碼設(shè)備號碼位置區(qū)識別碼 （LAI）全球小區(qū)識別碼 （CGI）基站識別碼 （BSIC）MSC/VLR號碼HLR號碼切換號碼 （HON）位置識別碼系統(tǒng)網(wǎng)元識別碼1. 移動臺國際移動臺國際ISDN號碼（號碼（MSISDN）為呼叫該移動用戶所需撥的號碼，即手機號。

9、號碼組成：CC：中國為86 NDC：移動業(yè)務(wù)接入號HLR識別號 134139中國移動(159) 130132中國聯(lián)通(153) HLR識別號：H0H1H2H3 用以區(qū)別本地網(wǎng)國家碼（2）國內(nèi)目的地碼（7） 用戶號碼（4）CCNDCSNC1C2N1N2N3H1H2H3H4*2. 國際移動用戶識別碼（國際移動用戶識別碼（IMSI）為在整個移動網(wǎng)中識別用戶所需的號碼，存儲在SIM卡、卡、HLR、VLR中。在呼叫建立和位置更新時使用。號碼組成：移動用戶國家碼（3）移動網(wǎng)號（2）移動用戶識別碼（8）MCCMNCMSIN國內(nèi)移動用戶識別碼NMSIMCC：中國為460 MNC：用于識別用戶所屬的移動網(wǎng) 中國

10、移動：00 中國聯(lián)通：01 MSIN：唯一識別網(wǎng)內(nèi)用戶 H0H1H2H33. 臨時移動用戶識別碼臨時移動用戶識別碼 （TMSI）為對移動用戶識別碼保密，MSC/VLR為每個來訪用戶分配一個臨時號碼臨時號碼TMSI（僅限本位置區(qū)使用)。用戶僅在初始登記時使用IMSI，過后均使用TMSI，避免在空中傳送IMSI，保護IMSI。TMSI由MSC分配，總長不超過4byte的BCD編碼。4. 移動用戶漫游號碼移動用戶漫游號碼 （MSRN）當用戶漫游到新業(yè)務(wù)區(qū)時，給入口GMSC提供的用于選路的臨時號碼臨時號碼。漫游時，HLR請求新業(yè)務(wù)區(qū)的MSC/VLR給該用戶分配一個臨時的漫游號碼（MSRN），HLR收到

11、后再發(fā)送到入口GMSC，GMSC據(jù)此建立路由。1.移動臺國際ISDN號碼（MSISDN） 用戶的呼叫號碼2.國際移動用戶識別碼（IMSI） 網(wǎng)絡(luò)中識別用戶的身份號碼3.臨時移動用戶識別碼（TMSI） 用戶的臨時身份號碼，由當前MSC/VLR分配4.移動用戶漫游號碼（MSRN） 用戶漫游時為了尋路所用的臨時號碼識別用戶的編號：名字身份證號碼代號包含路由信息n位置登記v定義：移動網(wǎng)絡(luò)為了跟蹤移動臺的位置變化，而對其位置信息進行登記、刪除和更新的過程，也稱位置注冊。v位置信息存儲在HLR和VLR中v通常，GSM系統(tǒng)被劃分許多位置區(qū)，對應(yīng)不同位置區(qū)識別碼 GSM 服務(wù)區(qū)PLMN 服務(wù)區(qū)MSCVLR 服

12、務(wù)區(qū)位置區(qū)小區(qū)GSM的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)位置區(qū)標志在廣播控制信道BCCH中播送位置更新三種位置更新(Location Updating)q移動臺開機時的位置登記q當移動臺從一個位置區(qū)進入另一個新的位置區(qū)時，移動系統(tǒng)所進行的常規(guī)位置更新q在一定的特定時間內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)與移動臺沒有發(fā)生聯(lián)系時，移動臺自動地、周期地與網(wǎng)絡(luò)取得聯(lián)系，核對數(shù)據(jù)的周期性位置更新。 1）開機位置登記v移動臺首次進入GSM網(wǎng)，先要通過MSC把用戶的相關(guān)信息存放在HLR中進行登記注冊，如IMSI、MSISDN、位置信息等。v移動臺開機，搜索廣播控制信道BCCH查詢位置區(qū)識別碼，發(fā)現(xiàn)與原來的位置區(qū)不同則要通過基站發(fā)位置更新請求。v位置登記后才能進

13、行通話2）常規(guī)位置更新過程v移動臺漫游到新的位置區(qū)，發(fā)現(xiàn)收到的位置區(qū)識別碼改變，向新MSC申請位置登記（用IMSI驗證身份）。v新VLR向HLR查詢用戶數(shù)據(jù)，分配MSRN并告之。vHLR修改用戶信息，并告訴原位置區(qū)VLR刪除用戶信息。MS新MSC新VLR原VLRHLR位置登記請求更新位置登記詢問MS的IMSI“詢問IMSI”的響應(yīng)查詢MS有關(guān)參數(shù)，并分配MSRN“查詢參數(shù)”的響應(yīng)，并存儲MSRN位置信息注銷更新位置登記確認位置登記請求確認3)周期性位置更新周期位置用來周期性地通知網(wǎng)絡(luò)每個MS的可用性。當網(wǎng)絡(luò)在特定的時間內(nèi)沒有收到來自移動臺任何信息，在這種情況下網(wǎng)絡(luò)無法知道移動臺所處的狀態(tài)。為此

14、，系統(tǒng)強制MS進行周期位置更新。當MS無法進行周期位置更新時，系統(tǒng)將其狀態(tài)置為“隱分離”nMS的附著和分離過程 (attach/detach)vMS開機，在空中接口搜索,當接收到頻率校正和同步信息后，鎖定一個頻率，向MSC發(fā)出接入請求，登記位置信息。這樣MSC就對MS標識碼做“附著”標記。vMS關(guān)機，MS向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送最后一次消息，包括分離處理請求，MSC接收到“分離”消息后，對MS識別碼做“分離”標記。移動臺的四種狀態(tài)：移動臺的四種狀態(tài)：1、移動臺、移動臺關(guān)機關(guān)機 MS不能應(yīng)答尋呼消息，也不能通知網(wǎng)絡(luò)其所處的位置區(qū)的變化。網(wǎng)絡(luò)不能達到MS。此時MS被認為是“分離分離”狀態(tài)。2、移動臺、移動臺開機

15、開機且且空閑空閑 系統(tǒng)可以成功地尋呼MS，MS被 認為是“附著”。MS連接到廣播信道廣播信道上，具有漫游功能。并能通知網(wǎng)絡(luò)進行位置更新位置更新。另外，MS還要進行周期性登記周期性登記。3、移動臺、移動臺忙忙 在這時，網(wǎng)絡(luò)分配給MS一個業(yè)務(wù)信道業(yè)務(wù)信道傳送話音或數(shù)據(jù)，當MS移動時它必須有能力進行定位和切換切換。 w4、移動臺、移動臺開機，但處在無網(wǎng)絡(luò)信號的區(qū)域開機，但處在無網(wǎng)絡(luò)信號的區(qū)域w 此時，MS無法正常進行周期性位置更新，無法應(yīng)答網(wǎng)絡(luò)，此時MS被認為“暫時與系統(tǒng)無法接通”，處在“隱分離狀態(tài)隱分離狀態(tài)”uMS的開機過程的開機過程掃描所有頻道和測量信號平均強度鎖定至次強的頻道MS讀取同步及廣播

16、信息鎖定至這個小區(qū)鎖定至強度最大的頻道是否是一個廣播信道是否是要接入的移動網(wǎng)小區(qū)是否禁止C1=0？NOYESNOYESYESNONOYESC1為供小區(qū)選擇的路徑損耗準則n呼叫過程PSTN 撥號MSISDN憑 MSISDN查詢用戶信息及路由憑 MSRN尋路建立話路 北京GMSC北京HLR深圳VLRMSCVLR廣州呼叫在一個北京固定用戶呼叫深圳的移動用戶（已漫游到廣州）BTSBTSBTSBSC位置區(qū)位置區(qū)憑IMSI查MSRN返回 MSRN2）查詢階段： 固話網(wǎng)把呼叫接到移動網(wǎng)的GMSC GMSC向HLR進行查詢 HLR向VLR查詢MSRN VLR將MSRN發(fā)送給HLR HLR將MSRN發(fā)送給GMS

17、C1）撥號：固定用戶撥出MS的MSISDN移動用戶被呼3）尋路階段：GMSC根據(jù)MSRN尋找路由，找到被叫所在地的MSC/VLR（VMSC）4）呼叫階段： 主叫方回鈴 被叫方振鈴，摘機 通話分配業(yè)務(wù)信道（TCH）鑒權(quán)加密 BS分配專用控制信道DCCH，與MS建立鏈路MS空閑下響應(yīng)尋呼，在RACH上申請信道 VLR查出位置區(qū)識別碼 BSC在整個位置區(qū)發(fā)送尋呼（在PCH上尋呼）BTSBTSBTSBSC位置區(qū)位置區(qū)GMSCHLRVLRBTSMS固定用戶撥號MRSN連接完成VMSC詢問路由信息詢問路由信息MRSN撥號信息詢問呼叫參數(shù)呼叫請求尋呼請求尋呼請求信道請求立即指配尋呼響應(yīng)尋呼響應(yīng)開始接入請求鑒

18、權(quán)、加密請求完成呼叫呼叫建立呼叫建立呼叫證實呼叫證實指配TCH信道回鈴音回鈴音撥號應(yīng)答連接連接振鈴摘機連接確認連接確認VLRBSMSMSC業(yè)務(wù)請求業(yè)務(wù)請求信道請求立即指配分配新TMSI鑒權(quán)、加密信道指配建立呼叫請求要求傳送呼叫建立所需信息指配TCH信道回鈴音回鈴音連接確認連接確認業(yè)務(wù)請求TMSI指令TMSI指令TMSI響應(yīng)TMSI響應(yīng)TMSI響應(yīng)建立呼叫請求與固定用戶接續(xù)呼叫開始呼叫開始連接連接u移動用戶主呼n越區(qū)切換(Handover)定義：通話過程中，當MS從一個小區(qū)移動到另一個小區(qū)時，為了保證移動用戶的不中斷通信需要進行的信道切換稱為越區(qū)切換。vGSM的切換采用移動臺輔助切換法移動臺輔助

19、切換法，MS、基站和MSC共同參與完成。v通話中，MS不斷測量不斷測量本小區(qū)和鄰小區(qū)的BCCH信號強度/質(zhì)量，并向本小區(qū)基站報告，基站據(jù)此判斷是否進行切換。v三種越區(qū)切換： * 同一個BSC控制下不同小區(qū)間切換，包括不同扇區(qū)間切換 *同一個MSC/VLR業(yè)務(wù)區(qū)，不同BSC間切換 *不同MSC/VLR的區(qū)間切換u切換的過程1)同MSC不同BSC的越區(qū)切換過程BSC2MSCMS切換證實清除命令測試報告BSC1切換請求切換指令切換命令切換命令切換完成切換完成清除完成2切換請求3切換請求7建立地面鏈路5分配無線信道6切換號碼8切換指令10切換結(jié)束1切換請求9切換指令4分配切換號碼2)不同MSC間越區(qū)切

20、換什么時候開始切換呢？u質(zhì)量差的緊急切換質(zhì)量差的緊急切換 信號質(zhì)量測量由接收方執(zhí)行。 當發(fā)現(xiàn)有低質(zhì)量產(chǎn)生，進行切換。緊急切換只能是MS在小區(qū)邊界附近才能發(fā)生。w切換的根據(jù)是基于三個不同類型的測量。w 1、載波的強度（信號強度或路徑損耗）w 2、第二種是信號質(zhì)量w 3、MS所用的時間提前量。0543216 732時間提前:在呼叫期間，網(wǎng)絡(luò)要監(jiān)視呼叫到達基站的時間，并向移動臺發(fā)出指令，使移動臺能夠隨著它離開基站距離的增加，逐漸提前發(fā)送信號，這個移動臺提前發(fā)送信號的時間稱為定時提前時間（TA， Timing advance ）u超過時間提前量（超過時間提前量（TA）而緊急切換而緊急切換 GSM 協(xié)議

21、允許最大的時間提前量相對應(yīng)于基站和移動臺距離大約公里。 基站算出時間提前量不但用于定位算法，并用于測量基站和移動臺的距離。因此小區(qū)發(fā)射的最大地理位置可以確定，假設(shè)超過，定位算法建議切換。越區(qū)切換的準則越區(qū)切換的準則通常是根據(jù)移動臺接收的信號強度、質(zhì)量、通常是根據(jù)移動臺接收的信號強度、質(zhì)量、TA來決定是否進行切換。來決定是否進行切換。基站1基站2時間123A B CD相對信號強度準則具有門限規(guī)定的相對信號強度準則具有滯后余量的相對信號強度準則具有滯后余量和門限規(guī)定的相對信號強度準則4u精確的切換邊界精確的切換邊界 為了避免一個切換邊界為固定的切換闕值，我們可以在切換中加入一個滯后值，使切換邊界是

22、有個緩沖地帶，在切換邊界中MS移動也不用切換。避免切換出現(xiàn)乒乓效應(yīng)，出現(xiàn)乒乓效應(yīng)的原因有：1）信噪比太低。2）因MS或周圍目標的移動引起衰落。 除滯后值外，還有計數(shù)器控制允許兩次切換的最小時間間隔。本課小結(jié)3種位置更新q移動臺開機時的位置登記q當移動臺從一個位置區(qū)進入另一個新的位置區(qū)時，移動系統(tǒng)所進行的常規(guī)位置更新q在一定的特定時間內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)與移動臺沒有發(fā)生聯(lián)系時，移動臺自動地、周期地與網(wǎng)絡(luò)取得聯(lián)系，核對數(shù)據(jù)的周期性位置更新。 uMS的附著和分離過程 (attach/detach)vMS開機，在空中接口搜索,當接收到頻率校正和同步信息后，鎖定一個頻率，向MSC發(fā)出接入請求，登記位置信息。這樣MSC就對MS標識碼做“附著”標記。vMS關(guān)機，MS向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送最后一次消息，包括分離處理請求，MSC接收到“分離”消息后，對MS識別碼做“分離”標記。n呼叫過程1）撥號：固定用戶撥出MS的MSISDN2）查詢階段： 移動網(wǎng)的GMSC通過向HLR和VLR查詢獲得MSRN3）尋路階段： GMSC根據(jù)MSRN尋找路由，找到被叫所在地的MSC/VLR4）呼叫階段： BSC在整個位置區(qū)發(fā)送尋呼， MS空閑下響應(yīng)尋呼，由BSS分配通話所需的業(yè)務(wù)信道和專用控制信道移動用戶被呼 一個廣州固定用戶