第九章 GSM 移动通信系统

内容 第一节 GSM系统的业务及其特点 第二节 GSM系统的结构 第三节 GSM系统的信道 第四节 GSM系统的无线数字传输 第六节接续和移动性管理 第七节通用分组无线业务（GPRS）

9.1GSM系统的业务及其特征 GSM业务就是GSM系统为了满足一个特殊用户的通信要求而向用户提供的服务 分类 业务 GSM支持的基本业务 分别介绍 电信业务 承载业务 附加业务 业务 基本业务 附加业务 电信业务 承载业务 图9-1 GSM系统业务分类

GSM支持的基本业务 基本业务分类 功能 电信业务（ Teleservices） 又称用户终端业务 为用户通信提供包括终端设备功能在内的完整能力 承载业务 （Bearer Services） 提供用户接入点（也称“用户/网络”接口 ）间信号传输的能力 电信业务 承载业务 终端设备 数字蜂窝PLMN 传输网 终端网 图9-2 GSM支持的基本业务

电信业务 电信业务类型 业务码 电信业务名称 功 能 话音传输 11 电 话 为数字移动通信系统的用户和 其它所有与其联网的用户之间 功 能 话音传输 11 电 话 为数字移动通信系统的用户和 其它所有与其联网的用户之间 提供双向电话通信 紧急呼叫 12 通过一种简单而同一的手续将用户接到就近的紧急业务中心 短消息 21 MS终端的点对点短消息业务 由短消息业务中心完成存储和 前转功能 22 MS起始的点对点短消息业务 23 小区广播短消息业务 传真 61 交替语音和三类传真 语音与三类传真交替传送 62 自动三类传真 使用户以传真编码信息文件的形式自动交换各种函件 其中，短消息业务的传送过程见下页

短消息业务的传送过程 NSS BSS BSS NSS 图9-3 短消息服务（源端到终端）过程 图9-4 短消息服务（小区广播）过程 A接口 空中接口 A接口 BSS MSC VLR 移动台始呼的短消息 移动台被呼的短消息 短消息 NSS 空中接口 A接口 操作维护接口 BSS NSS BSS 小区广播的短消息业务 NSS 图9-3 短消息服务（源端到终端）过程 图9-4 短消息服务（小区广播）过程

承载业务 业务码 承载业务名称 透明属性 21 异步300bps双工电路型 33 同步4.8 kbps双工电路型 T或NT 22 34 同步9.6 kbps双工电路型 24 异步2.4 kbps双工电路型 42 异步PAD接入1.2 kbps电路型 25 异步4.8 kbps双工电路型 44 异步PAD接入2.4 kbps电路型 26 异步9.6 kbps双工电路型 45 异步PAD接入4.8 kbps电路型 32 同步2.4 kbps双工电路型 46 异步PAD接入9.6 kbps电路型 61 交替话音/数据 81 话音后接数据 注1 31 同步1.2 kbps双工电路型 T 41 异步PAD 接入1.2 kbps电路型 NT 注 1. 承载业务61和81中的数据为3.1KHz信息传送能力的承载业务21-34 2. 表中“T”表示透明；“NT”表示不透明

附加业务 附加业务是基 本 电 信 业 务增 强 或 补 充 。 计 费 提 示 – AOC 交 替 线 业 务 (ALS) - 个人 或 商 业 来 话 限 制 - BAIC 当 漫 游 在 HPLMN 之 外 时 ， 限 制 所 有 来 话 在 国 外 时 限 制 来 话 呼 出 限 制 - BOC 限 制 所 有 打 出 去 的 国 际 电 话 - BOIC 限 制 所 有 打 出 去 的 国 际 电 话 ，除了打到HPLMN国家的电话 遇 忙 呼 叫 前 转 - CFB 无 应 答 呼 叫 前 转 - CFNA 无 条 件 呼 叫 前 转 - CFU 呼 叫 保 持 呼 叫 等 待 - CW 主 叫 线 识 别 显 示 - CLIP 主 叫 线 识 别 限 制 - 永 久 或 预 呼 - CLIR 中 央 交 换 业 务 会 议 呼 叫 - CONF 运 营 者 确 定 的 呼 叫 限 制 (ODB)

9.2 GSM系统的结构 总体结构 功能单元

GSM系统的总体结构 短消息业务中心（SC）功能实体可通过与SSS的连接实现点对点 短消息业务，可通过与BSS的连接完成小区广播短消息业务。 A G D MSC EIR HLR/AUC VLR SMC MS Um B C E F PSTN ISDN PLMN PSPDN SSS Abis BTS BSC OMC 注 图9-5 GSM系统的总体结构 短消息业务中心（SC）功能实体可通过与SSS的连接实现点对点 短消息业务，可通过与BSS的连接完成小区广播短消息业务。

GSM系统的功能单元 子单元 功能 MS（移动台） 包括ME (移动设备)和SIM (用户识别模块) BTS（基站） 为一个小区服务的无线收发信设备 BSC（基站控制器） 对一个或多个BTS进行控制以及相应呼叫控制 MSC（移动业务交换中心） 对于位于它管辖区域中的移动台进行控制、交换 VLR（拜访位置寄存器） 存储与呼叫处理有关的一些数据 HLR（归属位置寄存器） 管理部门用于移动用户管理的数据库 存储有关用户的参数和目前所处位置的信息 EIR（设备识别寄存器） 对移动设备的识别、监视、闭锁 存储有关移动台设备参数的数据库 AUC（鉴权中心） 认证移动用户的身份和产生相应鉴权参数 OMC（操作维护中心） 操作维护系统中的各功能实体 GSM系统可通过MSC实现与多种网络的互通，包括PSTN、ISDN、PLMN和PSPDN

9.3 GSM系统的信道 物理信道与逻辑信道 物理信道 逻辑信道 物理信道与逻辑信道的配置 突发脉冲 帧偏离、定时提前量与半速率信道

物理信道 GSM系统多址接入技术 物理信道是指TDMA中的时隙 我国GSM技术体制对频率配置的规定 工作频段 频道间隔 双工收发间隔 采用频分多址接入（FDMA）和时分多址接入（TDMA）混合技术 FDMA是说在规定频率范围内分配n个载频 TDMA是说在每个载频上按时间分为8个时间段，每个时隙段称为一个时隙（slot），一个载频上连续的8个时隙组成一个帧 (Frame) 物理信道是指TDMA中的时隙 即GSM的一个载频上可提供8个物理信道 我国GSM技术体制对频率配置的规定 工作频段 频道间隔 双工收发间隔 频道配置 频率复用方式 干扰保护比 保护频带 时隙0 时隙1 时隙2 时隙3 时隙4 时隙5 时隙6 时隙7 图9-6 时分多址接入原理示意图

工作频段 分 类 频 段 移动台发、基站收 基站发、移动台收 GSM900/1800频段 900MHz频段 890-915MHz 分 类 频 段 移动台发、基站收 基站发、移动台收 GSM900/1800频段 900MHz频段 890-915MHz 935-960MHz 1800MHz频段 1710-1785MHz 1805-1880MHz 国家无委分配给 889-909MHz 931-954MHz 中国电信的频段 1710-1720MHz 1805-1815MHz 注：国家无委分配的900MHz频段包括原来分配的TACS频段和新分配的ETACS频段 GSM网络总的可用频带为100MHz 中国电信扩展频段方式 充分利用900MHz的频率资源，可视不同需要向下扩展900MHz频段，相应地向ETACS频段压缩模拟公用移动电话网的频段 在900MHz频率无法满足用户容量需求时，可启用1800MHz频段 考虑远期需要，向频率管理单位申请新的1800MHz频率

频道间隔&双工收发间隔&频道配置 频道间隔 双工收发 间隔 等间隔频道配置 频道序号 频道数 频道序号和频道标称中心频率的关系 900MHz频段 1800MHz频段 频道间隔 相邻频道间隔为200KHz 每个频道采用时分多址接入(TDMA)方式分为8个时隙，即8个信道 双工收发 间隔 45MHz 95MHz 等间隔频道配置 频道序号 1 ～ 124 512 ～ 885 频道数 124 374 频道序号和频道标称中心频率的关系 上行 下行 其中，

频率复用方式 在建网初期及邻省之间协调时应使用4×3的复用方式 即N=4，采用定向天线，每基站用3个120 °或60°方向性天线构成3个扇形小区，如图 9-7所示 业务量较大的地区可采用其它的复用方式 如3×3，2×6，1×3复用方式 若采用全向天线应采用N=7的复用方式 其频率可从4×3复用方式的12组中任选7组， 频道不够用的小区可从剩余频率组中借用频道，但相邻频率组尽量不在相邻小区使用，如图9-8所示 在话务密度高的地区，应适当采用新技术提高频谱利用率 如同心圆小区覆盖技术；智能双层网技术；微蜂窝技术等等 在微蜂窝的频率配置时，可根据需要保留出一些专用频率 2 6 10 3 7 11 1 5 9 4 8 12 图9-7 4×3复用模式 7 9 1 11 5 3 8 图9-8 7组复用模式

干扰保护比与保护频带 干扰保护比 保护频带 原则 确保数字蜂窝移动通信系统能满足干扰保护比要求。 当某地GSM900系统与模拟蜂窝移动电话系统共存时，两系统之间(频道中心频率之间)应有约400KHz的保护带宽。 当某地GSM1800系统与其它无线电系统的频率相邻时，应考虑系统间的相互干扰情况，留出足够的保护频带。 干扰 参考载干比 同道干扰C/Ic 9dB 200kHz邻道干扰C/Ia1 －9dB 400kHz邻道干扰C/Ia2 －41dB

逻辑信道 概念 逻辑信道是指在物理信道所传输的内容，即依据移动网通信的需要，为所传送的各种控制信令和语音或数据业务在TDMA的8个时隙分配的控制逻辑信道或语音、数据逻辑信道 形式 GSM数字系统在物理信道上传输的信息是大约由100多个调制比特组成的脉冲串，称为突发脉冲序列 （Burst） 以不同的“Burst”信息格式来携带不同的逻辑信道 分类 专用信道 用于传送用户语音或数据的业务信道，另外还包括一些用于控制 的专用控制信道 公共信道 用于传送基站向移动台广播消息的广播控制信道和用于传送 MSC与MS间建立连接所需的双向信号的公共控制信道

GSM的各种逻辑信道示意图 逻辑信道 专用信道 公共信道 图9-9 GSM定义的各种逻辑信道示意图 广播信道 公共控制信道 专业控制信道 频率校正 信道 同步 专业控制信道 业务信道 广播控制 寻呼 随机接入 接入允许 独立专用 控制信道 快速随路 慢速随路 全速率 增强型 全速率信道 半速率 图9-9 GSM定义的各种逻辑信道示意图

公共信道 广播信道（BCH）是从基站到移动台的单向信道 公共控制信道（CCCH）是基站与移动台间的一点对多点的双向信道 组成 功能 频率校正信道（FCCH） 传送频率校正信息 同步信道（SCH） 传送帧同步（TDMA帧号）信息和BTS识别码（BSIC）信息 广播控制信道（BCCH） 向每个BTS广播通用的信息 组成 功能 上/下行信道 寻呼信道（PCH） 广播基站寻呼移动台的寻呼消息 下行信道 随机接入信道（RACH） MS随机接入网络时用此信道向基站发送信息并申请指配一独立专用控制信道SDCCH 上行信道 允许接入信道（AGCH） 基站向随机接入成功的移动台发送指配了的独立专用控制信道SDCCH

专用信道 专用控制信道（DCCH）是基站与移动台间的点对点的双向信道 业务信道（TCH）是用于传送用户的话音和数据业务的信道 分类 根据交换方式的不同分为电路交换信道和数据交换信道 依据传输速率的不同分为全速率信道（13kbit/s）和半速率信道（ 6.5kbit/s ） 注：增强全速率业务信道是指，它的速率与全速率信道的速率一样为13kbit/s，只是其压缩编码方案更为优越，所以有较好的话质 组成 功能 独立专用控制信道（SDCCH） 传送基站和移动台间的指令与信道指配信息 随路信道 （ACCH） 慢速随路信道（SACCH） 基站向移动台传送功率控制信息、帧调整信息 基站接收移动台发来的移动台接收信号强度报告和链路质量报告 与独立专用控制信道（SDCCH）或者业务信道公用在一个物理信道上传送信令消息 快速随路信道（FACCH） 传送基站与移动台间的越区切换的信令消息

逻辑信道应用实例 MS开机拨打电话为例说明逻辑信道的应用： FCCH——接收频率校正信息。 SCH——接收BTS同步信号。 BCCH——接收系统消息。 RACH——接入申请。 AGCH——允许接入并分配SDCCH。 SDCCH/SACCH——在SDCCH上进行鉴权和加密，在SACCH上进行功率控制并传送TA值。 TCH——进入TCH进行通话，通话期间短消息传送通过SACCH传送，切换信令通过FACCH传送。 BCCH——通话结束后，进入空闲状态，守候在BCCH信道上。

逻辑信道应用实例---位置更新 Mobile looks for BCCH after switching on RACH send channel request AGCH receive SDCCH SDCCH request for location updating SDCCH authenticate SDCCH authenticate response SDCCH switch to cipher mode SDCCH cipher mode acknowledge When a mobile station is first switched on it is necessary to read the BCCH in order to determine its orientation within the network. The mobile must first synchronize in frequency and then in time. The FCCH, SCH and BCCH are all transmitted on the same carrier frequency which has a higher power density than any of the other channels in a cell because steps are taken to ensure that it is transmitted information at all times. The mobile scans around the available frequencies, picks the strongest and then selects the FCCH. Fc+67.7kHz SDCCH allocate TMSI SDCCH acknowledge new TMSI SDCCH switch idle update mode

物理信道与逻辑信道的配置 逻辑信道与物理信道的映射 GSM的时隙帧结构

逻辑信道与物理信道的映射 问题 解决方法 映射对应关系 GSM系统的逻辑信道数超过了一个载频所提供的8 个物理信道 通信的根本任务是利用业务信道传送语音或数据，而按照一对一的信道配置方法，在一个载频上已经没有业务信道的时隙了 解决方法 将逻辑控制信道复用，即在一个或两个物理信道上复用逻辑控制信道 映射对应关系

映射对应关系 一个基站有N个载频，每个载频有8个时隙，定义载频数为f0、f1、f2 、…、fn-1，时隙数为TS0、TS1、…、TS7。 f0的TS0时隙 f0的TS1时隙 f0的TS2~TS7时隙 其它时隙 映射关系小结 供逻辑控制信道使用 供业务信道使用

映射对应关系 (1)f0的TS0时隙 f0的TS0时隙用于映射广播信道（BCH）和公共控制信道（CCCH） 下行链路（ BCCH、FCCH、SCH、PCH、AGCH ） 上行链路（ RACH ） (2)f0的TS1时隙 下行链路f0上的TS1时隙用来将专用控制信道 (SDCCH、SACCH ）映射到物理信道 上行链路f0上的TS1与下行链路f0上的TS1有相同的结构，只是它们在时间上有3个时隙的偏移。

映射关系小结 在载频f0上： TS0：逻辑控制信道，重复周期为51个TS TS1：逻辑控制信道，重复周期为102个TS 其它f1～fN个载频的TS0~TS7时隙全部是 业务信道

GSM的时隙帧结构 GSM的时隙帧结构有五个层次：时隙、TDMA帧、复帧、超帧和超高帧 时隙是物理信道的基本单元 复帧有两种类型 由26个TDMA帧组成的复帧。用于TCH、SACCH和FACCH 由51个TDMA帧组成的复帧。用于BCCH和CCCH 超帧是由51个由26帧的复帧或26个由51帧的复帧构成 超高帧等于2048个超帧 超高帧的周期与加密和跳频有关。每经过一个超高帧周期，循环长度为2715648，相当于3小时28分53秒760毫秒，系统将重新启动密码和跳频算法

GSM系统分级帧结构的示意图 超高帧 超帧 复帧 TDMA帧 时隙 图9-16 分级的帧结构

突 发 脉 冲 突发脉冲是以不同的信息格式携带不同逻辑信道，在一个时 隙内传输的，由100多个调制比特组成的脉冲序列。可看成是逻辑信道在物理信道传输的载体。 分类 结构 类型 逻辑信道 携带信息 普通突发脉冲 TCH及除RACHA、SCH、FCCH和空闲突发脉冲以外的控制信道 业务信息和 控制信息 频率校正突发脉冲 频率校正信道（FCCH） 频率校正信息 同步突发脉冲 同步信道（SYCH） 系统同步信息 接入突发脉冲 随机接入信道（RACH） 随机接入信息 空闲突发脉冲 控制信道 无

突发脉冲的结构 1 普通突发脉冲（NB：Normal Burst） 57个加密比特：加密语音、数据或控制信息 借用标志F：表明借用一半业务信道资源给FACCH 训练序列：一串已知比特，供信道均衡用 尾位TB：总是000，是突发脉冲开始与结尾的标志 保护时间GP：防止由于定时误差而造成突发脉冲间的重叠 频率校正突发脉冲（FB：Frequency Correction Burst） 142个固定比特：全0，固定的的频率校正信息 TB 3 加密比特 57 F 1 训练序列 26 GP 8.25 0.577ms 156.25bit 图9-17 普通突发脉冲序列 TB 3 固定比特 142 GP 8.25 0.577ms 156.25bit 图9-18 频率校正突发脉冲序列

突发脉冲的结构 2 同步突发脉冲（SB：Synchronization Burst） 39个加密比特： TDMA帧号（TN）以及基站识别码（BSIC）信息 长同步序列：易被检测 接入突发脉冲（AB：Access Burst） 长保护时间GP：适应移动台首次接入或切换到新基站时不知时间的提前量 空闲突发脉冲（DB：Dummy Burst） 将普通突发脉冲中的加密信息比特换成固定比特 当无用户信息传输时，用空闲突发脉冲替代普通突发脉冲在TDMA时隙中传送 TB 3 加密比特 39 同步序列 64 GP 8.25 0.577ms 156.25bit 图9-19 同步突发脉冲序列 TB 3 加密比特 39 同步序列 64 GP 68.25 图9-20 接入突发脉冲序列 TB 3 固定比特 57 F 1 训练序列 26 GP 8.25 突发（0.546ms） 图9-21 空闲突发脉冲

帧偏离与定时提前量 帧偏离 定时提前量 概念 前向信道的TDMA帧定时与反向信道的TDMA帧定时的固定偏差 基站指示移动台以一定的提前量发送突发脉冲 长度 3个时隙 视具体情况而定 目的 避免移动台同一时隙收发的必要性，从而保证收发的时隙号不变 克服由突发脉冲的传输延时所带来的定时的不确定 图9-22 帧偏离与定时提前量示意图

GSM 上行链路延迟 TDMA 帧 上行链路延迟3个时隙 下行链路 F1MHz 延迟3个时隙 TDMA frame (4.615 ms) The start of the uplink TDMA frame is delayed with respect to downlink by a fixed period of three timeslots. Why ? Staggering TDMA frames allows the same timeslot number to be used in both the down and uplink while avoiding the requirement for mobile to transmit and receive simultaneously. Between T and R the MS is in the IDLE mode, makes measurement of signal strength of neighboring cells. R T R T 延迟3个时隙

半速率信道 语音数据传输速率 优点 使系统容量增加一倍 业务信道种类 语音数据传输速率 全速率信道 13kbit/s 半速率信道 图9-23 全速率信道和半速率信道

9.4 GSM的无线数字传输 GSM系统无线信道的衰落特性 GSM系统中的抗衰落技术 GSM系统中的语音编码技术

GSM系统无线信道的衰落特性 多径衰落 时 延 扩 展 阴影衰落

图9-24 多径传播环境 图9-25 多径传播造成的符号间干扰及信号衰落 多径衰落 通信系统的好坏由输出的误码率来判断，但多径效应却 会引起很高的误码率，使通信无法正常进行 多径传输带来了额外的路径损耗 多径衰落会导致数字信号传输的突发性错误 多径延时扩展将导致数字信号传输的码间干扰 图9-24 多径传播环境 图9-25 多径传播造成的符号间干扰及信号衰落

阴影衰落（慢衰落） 概念 表达式 阴影衰落是由于传播环境中的地形起伏、建筑物及其它障碍物对电波遮蔽所引起的衰落 电波传播距离的m次幂和表示阴影损耗的正态对数分量的乘积

时延扩展 研究无线电波的多径传播的角度 影响 引起码间串扰 研究接收信号的包洛变化反映的多径衰落特性 研究数字脉冲信号经过多径传播的时延特性——时延扩展 影响 引起码间串扰

GSM系统中的抗衰落技术 信道编码与交织编码 Viterbi均衡与天线分集 跳频技术 话音激活与功率控制

信道编码 目的 基本方法 编码方式 大多数情况下，最终的冗余码是多种编码的混合结果 改善传输质量，克服各种干扰因素对信号产生的不良影响 用有效性换取可靠性 基本方法 编码：发送端将原始数据和增加的数据比特（通过某种约定从原始数据中经计算产生）一起发送 解码：接收端利用冗余信息检错并尽可能地纠错。如果收到的数据经过同样的计算得到的冗余与收到的不一致时，可确定传输有误 编码方式 大多数情况下，最终的冗余码是多种编码的混合结果 块卷积码：主要用于纠错。解码器宜采用最大似然估计方法 纠错循环码：主要用于检测和纠正成组出现的误码。通常与块卷积码混合使用，用于捕捉和纠正遗漏的组误差。 奇偶码：一种普遍使用的，最简单的检测误码的方法

交织编码 目的 原理 方法 针对多径衰落导致的突发性错误把一个较长的突发误码离散成随机误码，再用纠正随机误码的编码技术消除随机误码。 按行输入，按列输出。把码字顺序相关的比特流非相化。 方法 将912bit字符交织后分散到8个TDMA帧的时隙中来传输

交织编码方法 输入码流是20ms的帧，每帧含456bit。每两帧（40ms）共912bit，按每行8位写入，共写入114行 输出按列输出，每次读出114bit，恰好对应GSM的一个TDMA时隙 过程：在40ms共912bit间进行 将输入码流长为20ms帧中的456bit分成8段，每段含57bit 当前帧的456bit分别与第n-1帧后半帧的228bit和第n+1帧前半帧的228bit交织 图9-26 交织编码矩阵 图9-27 交织过程

Viterbi均衡 均衡的目的 解决符号间干扰问题，适合于信号不可分离多径的条件下，且时延扩展远大于符号宽度的情况。 均衡的分类 频域均衡：使包括均衡器在内的整个系统的总传输函数满足无失真传输的条件 时域均衡：使包括均衡器在内的整个系统的冲激响应满足无码间串扰的条件 （数字通信中常用） 均衡算法的限制 所用算法必须能够处理在16µs之内收到的两个等功率的多经信号。因此在GSM系统中多采用Viterbi均衡算法

天线分集 实现方法之一： 使用两个接收信道，它们受 到的衰落影响是不相关的 （即两者在某一时刻同时经 受某一深衰落点影响的可能 性很小）。 因此当合成来自两付天线的 信号时，衰落程度能被减小。 图9-28 天线分集接收示意图

跳频技术 跳频就是有规则地改变一个信道的频隙（载频频带） 分类 快跳频 慢跳频 GSM的无线接口上采用 GSM引入跳频的主要原因 频率分集 干扰分集

频率分集 目的 抗拒移动通信系统中瑞利衰落的影响 原理 适用条件 同一信号在不同频隙上有不同的瑞利衰落的影响 频率相差越大这种干扰的相关性越小 因此由频率分集分散到不同频隙上的突发脉冲不会受到同一瑞利衰落的影响，从而改善了传输质量。 适用条件 当MS高速移动时，其它衰落影响较大，GSM所采用的慢跳频技术就无能为力了 MS静止或慢速移动时，慢跳频技术可以使传输质量提高大约6.5dB

干扰分集 干扰分集源于码分多址（CDMA）的应用 在高业务量区域，系统所能提供的容量受载干比（C/I）限制。在允许干扰总合下，可存在的干扰源越多，系统容量越大，这就是干扰分集的目的。 在GSM系统中，有时为了提高频谱的利用率，不同小区中可以包含相同频率。通常当干扰总合小于C/I=7dB 时，呼叫将受严重干扰： 如果没有跳频，只有分配在ƒ1或ƒ2上的用户可以得到正确接收。 然而有了跳频，就可以在所有情况下保证质量。 A小区受干扰情况 f1 f2 f3 f4 移动台→基站干扰电平(无跳频) 0.1 (C/I=10dB) 0.14 (C/I=8.5dB) 0.25 (C/I=6dB) 0.28 (C/I=5.5dB) 移动台→基站平均干扰电平(有跳频) 0.19 (C/I=7.2dB) 移动台→移动台干扰电平(无跳频) 0.10 图9-29 GSM蜂房结构与调频组网

跳频技术的相关规定 跳频在时隙和频隙上进行 跳频序列的描述参数 通常在一个小区内的所有信道采用相同 的HSN和不同的MAIO进行跳频，可避 TDMA帧中的时隙 蜂窝结构的每个区群分配n组频率，并分成若干个小区，每个小区分配一组频率（跳频频率集），其中每一个频率为一个频道（频隙）。 跳频序列的描述参数 GSM中规定最多可用的跳频序列个数为64个。对于n个指定的频率集合， 可以建立64×n个不同的跳频序列。 跳频序列号（HSN），有64种不同值 移动指配偏置度（MAIO）,可包括 全部n个频率 通常在一个小区内的所有信道采用相同 的HSN和不同的MAIO进行跳频，可避 免区内信道间干扰； 而在邻近小区之间由于使用不相关的频 率集合，可认为彼此之间没有干扰。 图9-30 GSM慢跳频示意图

话音激活与功率控制 有效地减少同信道干扰 话音激活 功率控制

图9-31 非连续发射（DTX）框图 图9-32 话音激活监测器（VAD）框图 话音激活控制就是采用非连续发射。 图9-31 非连续发射（DTX）框图 图9-32 话音激活监测器（VAD）框图 元 件 功 能 发 端 话音激活检测器 检测是否有话音或仅仅是噪音 发射机舒适噪音发生器 产生并发送与发射机背景噪音相似的信号参数 收 端 接收机舒适噪音发生器 产生与发射机背景噪音相似的背景噪音信号，使收听者觉察不到话音激活控制开关的动作 话音帧代换器 用前面未受干扰的话音帧取代受干扰的话音帧，从而保证接收的话音质量

功率控制 目的 在保证通信服务质量的条件下，使发射机的发射功率为最小，从而降低系统内的同信道干扰的平均电平。 规定 支持基站和移动台各自独立地进行发射功率控制 规定总的控制范围是30dB，每步调节范围是20dB，从20mW到20W之间的1 6个功率电平，每步精度为±3dB，最大功率电平的精度为±1.5dB。 过程 移动台测量信号强度和信号质量，并定期向基站报告，基站按预置的门限参数与之相比较，然后确定发射功率的增减量。同理，移动台按预置的门限参数与之相比较，然后确定发射功率的增减量。 在实际应用中，主要是对移动台（而非基站）的发射功率进行控制：以满足覆盖区内移动用户能正常接收为准

GSM系统中的语音编码技术 语音方案 目的 过程 13kbit/s RPE-LTP码（规则脉冲激励长期预测） 在保证语音或数据传输质量的条件下，提高系统的无线 资源利用率，增加系统的容量 过程 把语音分成20ms 为单位的段，每个段编成260bit的数据块，然后对每个小段分别编码 块与块之间依靠外同步，块内部不含同步信息 收端将收到的信息块经LPT和LPC滤波重组 经过一个预先设计好的去加重网络加以复原，恢复语音信号

GSM系统中的语音处理的一般过程 图9-33 GSM中语音处理的一般过程

语音编码 编码方式：规则脉冲激励──长期预测编码(RPE-LTP) 20ms为一帧，纯比特率为13kbit/s。语音编码器以20ms为单位，经压缩编码后输出260bits，因此码速率为13kbps。根据重要性不同，输出的比特分成182bits和78bits两类。 未来的更加先进的话音编码器可以将速率进一步降低到6.5kbps（半速率编码）。

信道编码 50bit 块编 码器 ＋3 卷积 编码 器 ＋4 ×2 132bit 456bit 78bit

交 织

语 音 帧 突发脉冲的结构 三个语音帧

9.5 GSM的信令协议 构成 主要信令 GSM的无线信令接口协议 GSM的地面信令接口协议 七号信令的主体 GSM的专用协议 MAP BSSAP（BSS应用部分） 数据通道链路接入协议LAPD LAPDm协议（专用于空中接口） GSM的无线信令接口协议 GSM的地面信令接口协议 图9-34 GSM网络中各部分的信令

GSM无线信令的接口协议结构 OSI模型建议的分层协议结构 三个层次 内 容 功 能 物 理 层 各类信道 为高层信息传送提供基本的无线信道 内 容 功 能 物 理 层 各类信道 为高层信息传送提供基本的无线信道 数据链路层 各种数据传输结构 对数据传输进行控制 第三层 无线资源管理（RM） 各类消息和程序 对业务进行控制 移动性管理（MM） 呼叫管理 低 高

移动台采用时分多址方式，可以在空闲时监测周围环境，把监测结果通过SACCH定时地传送给基站，以确定是否进行切换 GSM无线信令接口的物理层 为上层提供不同的逻辑信道 每个逻辑信道都有自己的业务接入点SAP 各种逻辑信道是复用在TDMA物理信道的TS0或TS1时隙上的 移动台采用时分多址方式，可以在空闲时监测周围环境，把监测结果通过SACCH定时地传送给基站，以确定是否进行切换

GSM无线信令接口的数据链路层 协议 移动D信道链路接入协议LAPDm 作 用 为移动台和基站之间提供可靠的无线链路 主 要 信令协议 作 用 为移动台和基站之间提供可靠的无线链路 主 要 信令协议 信令层两连接的建立和释放； 根据不同的业务接入点(SAP)说明连接的复用和去复用； 业务数据单元到协议数据单元的映射。 用 途 在L3实体之间通过Dm通路经空中接口Um传递信息 支 持 多个第三层实体； 多个物理实体； BCCH信令；PCH信令；AGCH信令；DCCH信令。

各子层的功能和作用 子 层 作 用 功 能 无线资源管理RM 呼叫期间移动台与MSC间连接的建立和释放； 越区或漫游期间的信道切换； 子 层 作 用 功 能 无线资源管理RM 呼叫期间移动台与MSC间连接的建立和释放； 越区或漫游期间的信道切换； 动态地共享有限的无线资源。 呼叫建立的信道配置； 加密和非连续传输模式管理； 信道切换操作； 功率控制和定时提前等。 移动性管理MM 支持用户的移动性，如： 跟踪漫游移动台的位置； 登记位置信息； 处理用户通信过程中连接的切换。 在MS和MSC间建立、保持及释放一个MM连接； 由移动台启动的位置更新； 保密识别和用户鉴权。 连接管理CM 呼叫控制CC 支持以交换信息为目的的 通信 移动台主呼（或被呼）的呼叫建立（或拆除）电路交换连接 补充业务SS 支持呼叫的管理功能 短消息业务SMS 提供快速分组消息的传输

GSM的地面信令接口协议 通信协议标准 应 用 NO.7 信令系统 网络接口 X.25 OMC到BSC间2M链路的数据通信 应 用 NO.7 信令系统 网络接口 X.25 OMC到BSC间2M链路的数据通信 G732 2048Mb/s PCM 链路 PSTN到MSC、MSC到MSC、MSC到BSC、BSC到BTS、MSC到ITW(Interworking Function)之间 LAPD Abis接口

网络单元间的接口协议 BSS MS OMC G B VLR D C HLR/AUC BTS BSC A SSS MSC F EIR PSTN SMC MS Um B C E F PSTN ISDN PLMN PSPDN SSS Abis BTS BSC OMC 注 接口 协议 MSC与公共电话网（PSTN） TUP、MTP MSC与分组交换公共数据网 ISUP、MTP MSC与VLR、HLR、EIR MAP、TCAP、SCCP MSC与BSC BSSAP、SCCP和MTP MSC与MSC DTAP BSC与BTS LAPD 图9-38 GSM系统的总体结构

9.6 接续和移动性管理 概述 位置更新 呼叫建立过程 越区切换与漫游 安全措施

概述接续和移动性管理 出发点 操作过程 移动性管理过程（越区漫游时） 为了建立一个呼叫连接需要解决的问题 用户所在的位置 用户识别 用户所需提供的业务 操作过程 呼叫接续过程 移动性管理过程（越区漫游时） 建立或释放 控制信道和 业务信道 设备和用户 的识别 无线链路、 地面链路的 交换和连接 建立点到点的 通信链路 各种位置寄存器中移动台位置信息的 登记、修改或删除 正在通话 越区转接

位置更新 内容 目的 使移动台总与网络保持联系，以便移动台在网络覆盖范围内的任何地方都能接入到网络内 移动用户的登记以及相关数据库 移动用户位置更新 移动用户的周期位置更新

移动用户的登记及相关数据库 SIM（Subscriber Identity Module）卡 功能 存有用于用户身份认证所需的信息 执行一些与安全保密有关的信息 存储与网络和用户有关的管理数据 结构 　由CPU、ROM、RAM和EEPROM等部件组成完整的单片计算机 内容 　用户管理的有关信息： 　国际移动用户识别号（IMSI）、鉴权密钥（Ki）、用户接入等级控制以及用户注册的业务种类和相关网络信息等

移动用户的登记过程 MSC 附着 分离 附着 play play play 鉴权登记 网络识别 VLR HLR MSC/VLR 临时位置信息 用户基本信息 当前位置信息 play OFF ON 注： IMSI——国际移动用户识别码 位置更新请求 IMSI MSC/VLR play 入网 ON 附着 分离处理请求 IMSI MSC/VLR play 离网 OFF 分离 附着

移动用户位置更新 O & M 移动用户从一个网络服务区到达另外一个网络服务区时， 系统所进行的位置更新操作。 涉及了两个VLR NMS 位置更新请求过程 位置更新过程 BSS NMS NSS MSC VLR O & M 空中接口 Ａ接口 涉及了两个VLR VLR 图9-39 位置更新所涉及的网络单元

位置更新请求过程 位置请求信息 通常移动用户处于开机空闲状态时，被锁定在所在小区的广播信道（BCCH）载频上 网络 BCCH 不 发 送 位置识别信息ＩＤ BCCH ON 不 发 送 位置请求信息 两次ＩＤ 是否相同 Ｙ Ｎ

位置更新 LA1 LA2 LA3 old MSC/VLR HLR 位置区识别码LAI) new 1 2 3 4 5 6 2

位置更新过程 网络端接收到请求信息后便将移动台注册到一个新的VLR区域 用户的归属寄存器HLR与新的VLR交换数据得到移动用户的新位置信息 MS BSS MSC VLR new old HLR 2.位置修改请求 1.分配信道 3.请求用户身份 4.请求用户身份 5.请求用户数据 6.请求用户数据 7.鉴权进程 8.修改位置 9.修改 HLR 10.修改确认 11.删除旧的位置登记 12.接受位置删除 图9-40 位置更新过程

移动用户的周期位置更新 解决问题 方法 网络在特定时间未能收到来自移动台的任何信息 系统采取强制登记措施，要求MS每隔一定时间登记一次 定时器控制 移动台每隔一定时间便向网络发送一次位置更新请求消息 如果在特定时间内网络接收不到某用户的周期位置更新消息，则对该其做去“附着”处理

呼叫建立过程 移动台的被呼过程 移动台的主呼过程

移动台的被呼过程 以固定网PSTN呼叫移动用户为例 固定网的用户拨打移动用户的电话号码MSISDN PSTN交换机分析MSISDN号码 GMSC分析MSISDN号码 HLR分析由GMSC发来的信息 HLR查询当前为被呼移动用户服务的MSC/VLR 由正在服务于被呼用户的MSC/VLR得到呼叫的路由信息 MSC/VLR将呼叫的路由信息传送给HLR GMSC接收包含MSRN的路由信息

移动用户所用的号码 国际移动用户识别码(IMSI) MSRN 移动用户 ISDN 号码 (MSISDN) 移动用户漫游号码 (MSRN) HLR BSS GMSC MSC/ VLR MSISDN MSRN IMSI MSRN IMSI (IMEI) (TMSI) 国际移动用户识别码(IMSI) 移动用户 ISDN 号码 (MSISDN) 移动用户漫游号码 (MSRN) 临时移动用户识别码(TMSI) 25

固网用户拨打MSISDN MSISDN——移动用户的国际ISDN号码 号码结构 CC为国家代码，我国为86 国内有效ISDN号码：11位 NDC数字蜂窝移动业务接入号 13S(S＝9、8、7、6、5移动通信公司） 联通公司目前的接入网号为130，131)。 HLR识别号：H0 H1 H2 H3 我国的H0 H1 H2 H3分配分为H0=0和H0≠0两种情况 H0=0时，H1、H2由全国统一分配，H3 由各省自行分配。一个HLR可以包含一个或多个H3数值 H0 ≠ 0时，S、H0、H1、H2由全国统一分配。一个HLR可包含一个或若干个SH0H1H2数值 SN（移动用户号）：ABCD。由各HLR自行分配 CC NDC SN 国际移动用户ISDN号码 国内有效ISDN号码 HLR N1 N2 N3 H0 H1 H2 H3 ABCD 86 图9-41 MSISDN的号码结构

MSISDN号码的分析 PSTN交换机分析MSISDN号码 PSTN分析NDC，将接续转接到相应移动网的关口移动交换中心（GMSC ） GMSC分析MSISDN号码 GMSC分析MSISDN号码得到被呼用户所在的归属寄存器HLR的地址 HLR查询 GMSC发送一个携带MSISDN的消息给HLR，以得到用户呼叫的路由信息

HLR分析由GMSC发来的信息 HLR根据GMSC发来的消息，在其数据库中找到用户的位置信息，即被呼 用户是在哪一个VLR区登记的HLR的内容 MSISDN 国际移动用户识别IMSI ：移动用户的唯一识别号码（15位数字组成） 此处不使用MSISDN号码的原因 不同国家的MSISDN号码长度不同，不同部分易混淆 不同MSISDN号码可以识别不同业务 VLR的地址 用户的数据 结构 识别对象 位数 中国 MCC 移动国家号码 3 460 MNC 移动网号 2 中国移动为00 中国联通为01 MSIN 移动用户识别码 10 中国自行分配 国际用户用户识别 MCC MNC MSIN 国内移动用户识别 图9-42 IMSI的号码结构

路由信息的查找及传送 HLR查询为正在服务于被呼用户的MSC/VLR 由正在服务于被呼用户的MSC/VLR得到呼叫的路由信息 目的 在VLR中得到被呼用户的状态信息以及呼叫建立的路由信息 由正在服务于被呼用户的MSC/VLR得到呼叫的路由信息 正在服务于被呼用户的MSC/VLR产生一个移动台漫游号码MSRN。 MSRN结构 结构1： 13S 00 M1M2M3 ABC。（M1M2M3为MSC/VLR号码， S为9、7、6、5或1和0） 结构2： 1354 S M0M1M2 ABC。（S M0M1M2为MSC/VLR号码） 方式 MSRN通过给出正在为被呼用户服务的MSC/VLR号码来应答HLR所请求的路由信息 MSC/VLR将呼叫的路由信息传送给HLR 在此传送过程HLR对路由信息不做任何处理，而是直接将其传送给GMSC。

连接被叫用户 GMSC和MSC/VLR的连接 MSC/VLR定位被叫用户 寻呼过程 GMSC接收包含MSRN的路由信息，并分析MSRN，得到被叫的路由信息 向服务于被呼用户的MSC/VLR发送携有MSRN的呼叫建立请求消息 服务于被呼用户的MSC/VLR接到此消息，通过检查VLR识别出被叫号码，找到被叫用户 MSC/VLR定位被叫用户 寻呼过程

MSC/VLR定位被叫用户 划分位置区LA (Location Area) 将MSC/VLR的业务区域划分成若干较小的区域，并由MSC/VLR管理，以减小搜索被叫用户的工作量 VLR的内容 IMSI LAC（位置区代码） MSRN 用户数据 LA1 LA2 LA3 MSC/ VLR HLR 位置区识别(LAI) 小区全球识别CGI) 基站识别(BSIC) 图9-43 LA划分示意图

区域识别码 位置区识别码Location Area Idetity) MCC MNC LAC CI NCC BCC 网络色码 (NCC) : 3 bits 基站色码 (BCC) : 3 bits CI NCC BCC 基站识别码Base Station Identity Code) 小区全球识别码Cell Global Identity) 移动国家号码 (MCC): 中国为460。 移动网络号码 (MNC): 为 00、01。 位置区号码 (LAC) : 二个字节长的BCD码 小区识别码CI) : 二个字节长的BCD码 20

寻呼过程 当网络知道了被叫用户所在的位置区后，便在此位置区内启动一个寻呼过程 将寻呼消息经基站通过寻呼信道PCH发送出去 位置区内某小区PCH上空闲的移动用户接到寻呼信息，识别出IMSI码，便发出寻呼响应消息给网络。 网络接到寻呼响应后，为用户分配一业务信道，建立始呼和被呼的连接，完成一次呼叫建立

呼叫建立过程图示 PSTN GMSC HLR MSC/VLR 图9-44 呼叫建立的简单步骤 A Subscriber 呼叫建立(MSISDN) 分析号码 MSISDN IMSI MSRN 呼叫建立(MSRN) 寻呼 图9-44 呼叫建立的简单步骤

移动台的始呼过程 移动用户通过随机接入信道（RACH）向系统发送接入请求消息 MSC/VLR分配给用户一专用信道，查看主呼用户的类别并标记此主叫用户示忙 若系统允许该主呼用户接入网络，则MSC/VLR发证实接入请求消息 主叫用户发起呼叫 如果被呼叫用户是固定用户，则系统直接将被呼用户号码经固定网（PSTN）路由至目的地 如果被呼号是同网中的其他移动台，则MSC以类似从固定网发起呼叫处理方式，进行HLR的请求过程，转接被呼用户的移动交换机 一旦接通被呼用户的链路准备好，网络便向主呼用户发出呼叫建立证实，并给它分配专用业务信道TCH 主呼用户等候被呼用户响应证实信号，这时完成移动用户主呼的过程

始呼建立过程图示 EXC GMSC HLR MSC VLR BSS MS 图9-45 移动台发起呼叫过程 3.呼叫建立 6.呼叫处理 1.信道分配 BSS MS 2.鉴权过程 4.检查服务 5.全部通过 6.呼叫处理 7.话务信道分配 8.建立呼叫 9.呼叫建立完成 10.示警 10.反向应答 3.呼叫建立 图9-45 移动台发起呼叫过程

越区切换与漫游 越区切换的 定义 越区切换的 策略 越区切换的 种类

越区切换的定义 切换（Handover）：将正处于通话状态的MS转移到新的业务信道上（新的小区）的过程 目的 保证通信的连续性 操作 原因 识别新的小区 分配给移动台在新小区的话音信道和控制信道 原因 信号强度或质量下降到门限以下，此时移动台被切换到信号强度较强的相邻小区 由移动台发起 由于某小区业务信道容量全被占用或几乎全被占用，这时移动台被切换到业务信道容量较空闲的相邻小区 由上级实体发起

越区切换的策略 分散控制 移动台与基站均参与测量接受信号的强度（RSSI）和质量（BER） 基站对移动台所占用的业务信道TCH进行测量，并报告给基站控制器BSC，最后由基站控制器决定是否需要切换。 反 映 信 道 链 路 的 指 标 意 义 WEI （word error indicator） 表明在MS侧当前的突发脉冲是否得到正确解调 RSSI (received signal strength indicator) 反映信道间干扰和噪声 QI （quality indicator） 在一个有效窗口内用载干比（S/I）加上信噪比来估计无线信号质量 缺 点 克服方法 硬切换 GSM系统固有 乒乓效应 正确选择滞后门限 掉话 滞后门限的设置不可过大

越区切换的种类 同一BSC内不同小区间的切换 同一MSC/VLR内不同BSC控制的小区间的切换 不同MSC/VLR控制的小区间的切换

同一BSC内不同小区间的切换 BSC需要建立与新基站之间的链路，并在新的小区基站分配一个业务信道TCH。 网络MSC对这种切换不做控制 。 图9-46 同BSC内的BTS间的切换

同一MSC/VLR内 不同BSC控制的小区间的切换 网络参与切换过程 原BSC向MSC请求切换 建立MSC与新的BSC、新的BTS的链路 选择并保留新小区空闲TCH供MS切换后使用 命令MS切换到新频率的新的TCH上 切换成功后MS需要了解周围小区的信息，若位置区域发生了变化，呼叫完成后必须进行位置更新 图9-47 同MSC/VLR区不同BSC切换

不同MSC/VLR控制的小区间的切换 路由信息 切换号码（HON，Handover Number） 当MS从正在为其服务的原MSC的区域移动到目标MSC的区域时，目标MSC要向原MSC提供一路由信息以建立两个移动交换机的连接 切换号码（HON，Handover Number） 路由信息由切换号码提供 HON=CC+NDC+SN CC为国家码 NDC为数字蜂窝移动业务接入号 SN为移动用户号 图9-48 不同MSC/VLR交换机之间的切换

安全措施 对用户接入的网鉴 鉴权原理 安全算法及鉴权三参数的产生 无线链路上对有权用户通信信息的加密 移动设备的识别 移动用户的安全保密

鉴权原理 作用 原理 问题 解决方法 A3 基于GSM系统定义的鉴权键Ki 用户将鉴权键Ki传输给网络时可能被人截获 保护网络，防止非法盗用 保护用户，拒绝假冒合法用户的“入侵” 原理 基于GSM系统定义的鉴权键Ki 当客户在网络上注册登记时，会被分配一个MSISDN、一个IMSI及一个与IMSI对应的移动用户鉴权键Ki Ki被分别存放在网络端的鉴权中心AC中和移动用户的SIM卡中 鉴权的过程就是在VLR中验证网络端和用户端的Ki是否相同 问题 用户将鉴权键Ki传输给网络时可能被人截获 解决方法 用鉴权算法A3产生加密的数据——符号响应（SRES，Signed Response） 符号响应SRES A3 VLR 鉴权键Ki+伪随机数RAND

安全算法及鉴权三参数 安全算法 鉴权三参数 鉴权过程

安全算法 算法 目 的 A3 鉴权 A8 产生一个供用户数据加密使用的密钥Kc A5 用户数据的加密 目 的 A3 鉴权 A8 产生一个供用户数据加密使用的密钥Kc A5 用户数据的加密 图9-49 安全算法所在GSM系统的位置

鉴权三参数的产生 在进行鉴权和加密时，GSM系统要在其鉴权中心AC 产生鉴权三参数 随机数RAND 符号响应SRES 密钥Kc 图9-50 鉴权三参数产生过程

鉴权的过程 AC产生鉴权三参数后将其传送给VLR 鉴权开始时VLR通过BSS将RAND送给移动台的SIM卡。SIM卡中具有与网络端相同的Ki和A3、A8算法，可产生与网络端相同的SRES和Kc MS将SIM卡产生的SRES发给VLR，在VLR中进行鉴权验证 因为SRES是随机的，所以在空中传输时是加密的 VLR BSC BTS RAND SRES Kc 鉴权三参数 比较 Ki SIM A3 A8 图9-51 鉴权过程

无线链路上有权用户 通信信息的加密 BTS A5 目的 在空中对用户数据和信令的保密 过程 加密开始时根据MSC/VLR发出的加密指令，BTS侧和MS侧均开始使用Kc。 MS侧，由Kc、TDMA帧号一起经A5算法，对用户信息数据流加密，在无线路径上传输。 BTS侧，把从无线信道上收到的加密信息流、TDMA帧号和Kc，再经过A5算法解密后，传送给BSC和MSC。 上述过程反之亦然 BTS A5 Kc TDMA 语音/数据 加密的语音/数据 图9-52 通信信息加密

移动设备的识别 目的 确保系统中使用的移动设备不是盗用或非法的设备 过程 MSC/VLR向移动用户请求IMEI（国际移动台设备识别码）并将IMEI发送给EIR（设备识别寄存器）。 收到IMEI后，IER使用所定义的三个清单： 白名单：包括已分配给参加运营者的所有设备识别序列号码。 黑名单：包括所有被禁止使用的设备识别。 灰名单：由运营者决定，例如包括有故障的及未经型号认证的移动设备。 将设备鉴定结果送给MSC/VLR，以决定是否允许入网

用户的 临时识别码 TMSI 用户的 个人身份号 PIN 移动用户的安全保密 用户的 临时识别码 TMSI 用户的 个人身份号 PIN

用户的临时识别码TMSI 目的 防止非法个人和团体通过监听无线路径上的信令交换而窃得移动用户的真实IMSI或跟踪移动用户的位置。 分配者 MSC/VLR 更换周期 由网络运营者决定 使用过程 每当MS用IMSI向系统请求位置更新、呼叫建立或业务激活时，MSC/VLR对它进行鉴权。 允许入网后，MSC/VLR产生一个新TMSI，通过给IMSI分配TMSI的信令将其传送给MS，写入用户的SIM卡。 此后，MSC/VLR和MS之间的信令交换就使用TMSI，而用户的IMSI不在无线路径上传送。

用户的个人身份号PIN 位数 4～8位 目的 控制对SIM卡的使用 使用过程 错误输入处理 每次呼叫结束或移动设备正常关机时，所有的临时数据都会从移动设备传送到SIM卡中，再打开移动设备时要重新进行PIN码校验。 错误输入处理 如果输入不正确的PIN码，用户可以再连续输入两次； 超过三次不正确，SIM卡被阻塞，须到网络运营商处消阻； 连续十次不正确输入时，SIM卡回被永久阻塞，即作废 。

9.7 通用分组无线业务GPRS 概述 GPRS的业务 GPRS的网络结构及其功能描述 GPRS的移动性管理和会话管理 GPRS的空中接口

9.7.1 GPRS概述 GSM 高速电路数据（HSCSD） GPRS 低速：9.6kbit/s或14.4kbit/s 只能为每个用户分配一个信道 高速电路数据（HSCSD） 提供与有线网64kbit/s相比的高速数据 不适于突发性强的数据传输 GPRS 按需动态占用资源：只在有数据传输时才分配无线资源 频谱利用率较高 数据传输速率最高可达到171.2kbit/s 适合各种突发性强的数据传输 按传输的数据量和计时两者结合的计费方式

9.7.2 GPRS的业务 GPRS网络业务 用 户 终 端 业 务 GPRS的业务质量

GPRS网络业务 点对点业务 GPRS网络在业务请求者和业务接收者之间提供的分组传送业务 点对多点业务 可根据某业务请求者请求，把信息传送给多个或一组用户 PTM业务请求者定义用户组成员 国际移动组识别（IMGI）识别组成员 业务请求者可定义所传信息的地理区域，地理区域可以是一个或几个，即所有成员可能分布在不同的地理区域内 点对点业务 类型 特点 业务对象 面向无连接的网络业务PTP-CLNS 数据报型业务 用户之间的信息传递没有端到端的呼叫建立过程； 分组的传送没有逻辑连接和交付确认保证 突发非交互式应用业务，如基于IP的网络应用 面向连接的网络业务 PTP-CONS 虚电路型业务 为两用户间传送多路数据分组建立逻辑电路； 要求有建立连接、数据传送和连接释放的过程。 面向连接的网络协议CONP支持的业务，即X.25协议支持的业务 主要为移动用户

用户终端业务 基于PTP的用户终端业务 基于PTM的用户终端业务 点对多点应用业务 信息点播业务 E-mail业务 会话业务 远程操作业务 点对多点单向广播业务 集团内部点对多点双向数据量事务处理业务

9.7.3 GPRS的网络结构及其功能描述 GPRS网络是在GSM网基础上发展的移动数据分组网 GPRS的基本功能 GPRS的网络结构 在移动终端和标准数据通信网的路由器之间传递分组业务 GPRS的网络结构 GPRS协议栈 GPRS信令平面 组 成 作 用 无线接入 在移动台和基站子系统（BSS）之间传递数据 核心网 在基站子系统和标准数据网边缘路由器之间中继传递数据

GPRS网络结构及其接口 新增功能（相对于GSM） SGSN及其对外接口 GGSN及其对外接口 其它功能实体和网络接口

GPRS新增功能 SGSN—GPRS业务 支持节点 GGSN—GPRS网关 PTM SC—点对多点 业务中心等 基站软件更新 新的移动性管理（MM） 程序 原有GSM网络子系统的软件更新和新的MAP信令及GPRS信令 MSC/VLR BSC R Abis A PSTN HLR/AUC SMS-GMSC SS7 GGSN 防火墙 Gi 数据网 X.25 （Internet) 其它 PLMN网 Gr Gd BTS Um Gc Gs EIR Gf SGSN Gb PTM SC BG Gn Gp GPRS backbone (IP based) 图9-54 GPRS网络结构及其接口

SGSN及其对外接口 在一个归属PLMN内，可以有多个SGSN SGSN功能 类似GSM中的MSC/VLR 对移动台进行鉴权、 移动性管理和路由选择 建立移动台GGSN的 传输通道 接收基站子系统 透明传来的数据 进行协议转换后经过 GPRS的IP骨干网传给 GGSN（或SGSN） 或反向进行 计费和业务统计 SGSN的对外接口 SGSN Gn GGSN BSS Gb 归属 PLMN 其它PLMN IP网络 外部IP网络 （或X.25网络） Gi Gp IP (Backbone) 图9-55 SGSN及对外部的接口

SGSN的对外接口 接口 连接SGSN与 功 能 Gb BSS 功 能 Gb BSS 传输信令和话务信息。流量控制，支持移动性管理和会话功能，支持MS经BSS到SGSN间分组数据的传输 Gn 同PLMN SGSN 或 GGSN 支持用户数据和有关信令的传输，支持移动性管理 Gp 异PLMN 与Gn接口功能相似， 还提供边缘网关BG、防火墙及不同PLMN间互联功能 Gs MSC/VLR 支持SGSN和MSC/VLR之间的配合工作： SGSN向MSC/VLR发送MS的位置信息或接收来自MSC/VLR的寻呼信息。 Gr HLR 支持SGSN接入HLR并获得用户管理数据和位置信息 Gf EIR 支持SGSN与EIR 交换数据，认证MS的IMEI信息 Gd SMS-GMSC 提高SMS的使用效率

GGSN及其对外接口 GGSN功能 GGSN的对外接口 GPRS网对外部数据网络的网关或路由器，提供GPRS和外部分组数据网的互联。 接收移动台发送的数据，选择到相应的外部网络 或接收外部网络的数据，根据其地址选择GPRS网内的传输通道，传输给相应的SGSN。 地址分配和计费等 GGSN的对外接口 接口 连接GGSN与 功 能 Gn 见上页 Gp Gi 外部分组数据网 与外部分组数据网互联（IP、X.25等） Gc GGSN与HLR 获得MS的位置信息，从而实现网络发起的数据业务

其它功能实体和网络接口 为支持分组数据的新协议必须升级软件，增加新的协议功能 GPRS骨干网（IP Backbone） PLMN内部骨干网 以Um接口为例 逻辑信道增加了分组数据信道（PDCH） 采用4种新的信道编码方式 CS-1（9.05kbit/s）、CS-2（13.4kbit/s）、 CS-3（15.6kbit/s）、CS-4（21.4kbit/s）。 支持多时隙的传输方式（最多可达8个时隙） GPRS骨干网（IP Backbone） 将（S/G）GSNs等互联起来的IP专用网或分组数据网，也可做为专用线路。 PLMN内部骨干网 专用IP网（只用于GPRS数据和GPRS信令）。 通过Gp接口，采用边缘网关（BG）和多个PLMN互连骨干网连接起来。 多个PLMN骨干网通过漫游协议进行选择，该协议包括BG安全功能。 多个PLMN骨干网互连可以通过分组数据网，也可以用一条专用线路。 GPRS的移动台分类 A类GPRS手机、B类GPRS手机和C类GPRS手机

GPRS的移动台 移动台类型 同时连接GSM和GPRS系统 同时提供GPRS和GSM业务 自动进行业务切换 A类 Y B类 N C类

9.7.4 GPRS的移动性管理和会话管理 GPRS手机的注册 首次使用手机必须注册到PLMN网上，并将位置更新信息存储到SGSN中 注册过程 连接到GPRS网络（GPRS附着） 手机开机后，向网络发送附着消息。SGSN从HLR收集用户数据，对用户进行鉴权，然后与GPRS手机附着。 连接到IP网络（PDP关联） 手机与网络附着后，向网络请求一个IP地址，网络为移动台分配IP地址，使其成为外部IP网络的一部分。 静态IP地址：分配用户固定的IP地址。 动态IP地址：每次会话都分配用户一个新的IP地址 管理过程 功能 移动性管理（GMM） GPRS用户的移动性，如将用户当前位置通知网络等 会话管理（SM） 支持移动用户对PDP关联的处理，也就是说GPRS移动台连接到外部数据网络的处理过程

GPRS不同网络单元的用户信息 信息类型 信 息 元 素 存储位置 认证 IMSI TMSI IP address 信 息 元 素 存储位置 认证 IMSI TMSI IP address SIM，HLR，VLR，SGSN，GGSN VLR ，SGSN MS，SGSN，GGSN VLR-address Location Area Serving SGSN Routing Area HLR SGSN HLR,VLR 业务 Basic services，Supplementary services， Circuit switched bearer services，GPRS service information Basic services，Supplementary services，CS bearer services GPRS service information VLR 鉴权数据 Ki，algorithms Triplets SIM ，AC VLR，SGSN

GPRS的移动性管理 路由区 移动性管理状态 GPRS附着和去附着 GPRS的位置区域管理

路由区RA 规定 目的 标识 路由区由一个或多个小区组成，最大的路由区为一个位置区LA。 一个路由区不能跨越多个位置区。 一个路由区只能由一个SGSN提供服务。 目的 更有效的寻呼GPRS用户 标识 路由区识别RAI 结构 RAI=MCC+LAC+RAC 确定者 运营商 作用 RAI作为系统信息进行广播，移动台监视RAI，以确定是否穿越了路由区边界。如果确实穿越了边界，移动台将启动路由区域更新过程。 MCC为移动国家号码 LAC为位置区代码 RAC为路由区代码

移动性管理状态 三种移动性管理状态在一定条件要进行状态转化 GPRS 状 态 移动台功能 SGSN存储的位置 信息 与移动性管理建立关联 收发数据 激活/清除PDP移动关联 进行PTP数据收发 空闲 N 无 守候 Y 仅收 路由区RA 就绪 小区cell 空闲状态 守候状态 就绪状态 附着 去附着 定时器到时 （58分） GPRS （44秒） 数据包 发送/接收 图9-67 状态转换关系

GPRS附着和去附着 GPRS附着 GPRS手机建立与GPRS网络的连接， MS请求接入，并发起与SGSN的连接，在移动台和SGSN间建立MM移动关联。 GPRS去附着 GPRS手机结束与GPRS网络的连接，MS将从就绪状态变为空闲状态，结束与SGSN建立的MM移动关联的连接。

(Combined Inter SGSN RA/LA Update) GPRS的位置区域管理 GPRS的位置区域管理就是移动台位置移动的管理。 位置更新过程的分类 条 件 小区位置更新 （Cell Update） 就绪状态的MS在路由区内从一个小区移到另一个小区时 路由区位置更新 （Routing Area Update） SGSN内 MS从一个路由区移到另一个路由区时 SGSN间 SGSN间的RA/LA联合更新 (Combined Inter SGSN RA/LA Update) SGSN与MSC/VLR建立关联之后

GPRS的会话管理 GPRS的会话管理是指GPRS移动台连接到外部数据网络的处理过程 功能 支持用户终端对PDP移动关联的处理 PDP移动关联是指GPRS系统提供一组将移动台与一个PDP地址（通常是IP地址）相关联和释放相关联的功能。 方式 移动台附着到网络后，应激活所有需要与外部网络进行数据传输的地址，当数据传输结束后，再解除这些地址。 移动台状态 守候或就绪 PDP地址分类 分配者 附加说明 静态PDP地址 归属PLMN运营商 若PDP移动关联的激活是网络请求的，则只能使用静态PDP地址 动态HPLMN PDP地址 HPLMN 激活PDP移动关联时 激活PDP移动关联时，由GGSN分配/释放动态PDP地址 动态VPLMN PDP地址 VPLMN

9.7.5 GPRS的空中接口 GPRS的空中接口是整个GPRS系统的关键技术之一 GPRS的逻辑信道——分组逻辑信道 PRACH PPCH PAGCH PNCH PBCCH PTCCH PDTCH PACCH PDCH 物理信道 逻辑信道 图9-68 GPRS的逻辑信道

分组逻辑信道的类型 分组逻辑信道分类 功能 上/下行 分组广播控制信道（PBCCH） 传播与分组数据相关的系统信息 下行 分组 公共 控制 PCCCH 分组寻呼信道（PPCH） 寻呼分组或电路交换业务 分组随机接入信道（PRACH） MS发送数据或信令信息 上行 分组接入允许信道（PAGCH） 在分组建立阶段，向MS发送无线资源分配信息 分组通知信道（PNCH） 在PTM-M分组传送前，向一组MS发送PTM-M通知信息 专用 信道PACCH 分组随路控制信道（PACCH） 传送某个已知移动台的信令信息 分组数据业务信道（PDTCH） 传送用户的分组数据 分组定时提前量控制信道（PTCCH） 传送随机接入突发 向MS传送定时提前量信息