GSM基站实验系统指导书_甜梦文库
GSM基站实验系统指导书
GSM基站实验系统实 验 指 导 书南京捷辉科技有限公司 2010.101目录第一章 GSM 基站实验系统概述 .................................................................................................................... 31.1 GSM 基站实验系统简介 ............................................................................................................................... 3 1.2 GSM 基站实验系统框架结构 ....................................................................................................................... 3 1.3 GSM 基站实验系统硬件组成 ....................................................................................................................... 4 1.3.1 系统硬件组成 ................................................................................................................................. 4 1.3.2 BTS 外部接口协议 .......................................................................................................................... 5 1.4 GSM 基站实验系统软件组成 ....................................................................................................................... 6 1.5 系统实验 ...................................................................................................................................................... 7第二章 GSM 中常用的基本技术与概念 .......................................................................................................... 92.1 信道与信道组合 .......................................................................................................................................... 9 2.1.1 2.1.2 2.1.3 时隙与多址方式 ....................................................................................................................... 9 帧结构 ..................................................................................................................................... 10 信道类型与信道组合 ............................................................................................................. 112.1.3.1 2.1.3.2 2.1.3.3 2.1.3.42.1.4业务信道（TCH） ....................................................................................................11 控制信道 ................................................................................................................. 12 信道组合 ................................................................................................................. 13 蜂房内的信道安排 ................................................................................................. 13突发脉冲序列 ......................................................................................................................... 142.2 信道的编码与交织 .................................................................................................................................... 16 2.2.1 2.2.2 信道的编码 ............................................................................................................................. 16 交织技术 ................................................................................................................................. 172.3 话音编译码和不连续传输方式（DTX） .................................................................................................. 19 2.3.1 2.3.2 话音编译码 ............................................................................................................................. 19 不连续传输 DTX ...................................................................................................................... 212.4 频率复用 .................................................................................................................................................... 21第三章 基本信令流程介绍 .............................................................................................................................. 233.1 手机位置更新正常流程 .............................................................................................................................. 23 3.2 手机关机正常流程 ...................................................................................................................................... 23 3.3 移动主叫以及被叫挂机正常流程 .............................................................................................................. 24 3.4 移动被叫以及主叫挂机正常流程............................................................................................................... 25 3.5 小区内内部切换流程 .................................................................................................................................. 26 3.6 小区间内部切换流程 .................................................................................................................................. 28第四章 基本实验 .............................................................................................................................................. 29实验一．基站配置管理实验 ............................................................................................................................ 29 实验二 移动台入网过程实验 ........................................................................................................................... 40 实验三 移动台主叫实验 ................................................................................................................................... 49 实验四 移动台被叫实验 ................................................................................................................................. 58 实验五 基站短消息发送实验 ........................................................................................................................... 622第一章GSM 基站实验系统概述1.1 GSM 基站实验系统简介GSM 基站实验系统平台是结合移动通信课程，验证 GSM 移动通信中涉及的主要技术。系统平台可以 完成 GSM 基站的基本可能，通过与手机交互向学生展示 GSM 网络移动通信的协议交互过程与通信原 理，并可实时监测手机的通信数据。GSM 基站实验系统平台提供以下几个实验：基站配置管理实验、 移动台入网过程实验、移动台号码分配实验、基站短消息发送实验、移动台主叫实验、移动台被叫实验 以及系统实验。1.2 GSM 基站实验系统框架结构GSM 数字移动通信系统主要由交换子系统 MSS、基站子系统 BSS 和移动台 MS 构成。 ? 交换子系统是整个 GSM 系统的控制和交换中心。 它负责所有与移动用户有关的呼叫接续处理、 移动性位置管理、用户设备及保密管理等功能，并提供 GSM 系统和固定通信网络的互相配合 功能。交换子系统包括移动交换中心 MSC、归属位置寄存器 HLR、拜访位置寄存器 VLR、设 备识别寄存器 EIR、鉴权中心 AUC 和短消息中心 SMC 等功能实体。 ? 基站子系统主要负责 GSM 系统中与无线及传输有关的功能，比如提供对无线资源的管理，向 交换子系统提供与陆地有线信道对应的无线信道的分配、 建立和释放， 向移动用户提供通过有 限的无线资源接入到网络的方法， 以及控制移动用户越区切换管理等功能。 基站子系统包括基 站控制器 BSC 和基站收发信台 BTS 两部分。BSC 是基站子系统的控制中心，一侧通过 Abis 接口与 BTS 相连， 另一侧通过 A 接口与交换子系统相连。 BTS 是基站子系统的无线收发设备， 服务于蜂窝小区中某一小区或多个小区，实现 BSS 与移动台之间的无线传输，BTS 由 BSC 控 制，并且配合 BSC 共同完成 GSM 系统的无线资源管理，BTS 通过 Abis 接口与 BSC 相连，通 过空中接口 Um 与 MS 相连。 ? 移动台是移动用户接入 GSM 网络的终端设备实体，它主要负责移动用户接入网络所必需的所 有功能。对于网络来说，它负责处理与无线接口有关的功能，并随时向网络报告移动用户的位 置、配合网络进行呼叫连接的控制等，对于用户来说，它负责接收用户的指令并向用户提示通 信状态等信息。 GSM 数字移动通信系统的结构如图 1-2-1 所示：3图 1-2-1 GSM 数字移动通信系统的结构本 GSM 基站实验系统提供了 Um 接口，系统模拟了 BSC、MSC、VLR/HLR 以及 AuC 的部分功能。 可以完整的实现移动台的接入，用户注册，主叫与被叫，短信通信等功能。1.3 GSM 基站实验系统硬件组成1.3.1 系统硬件组成本 GSM 基站实验系统硬件上主要由基站控制维护模块（CMM） 、基站收发信模块（TRM） 、电源集中 分配模块（PDM）三大模块组成：4图 1-3-1ZXG10-BTS（V2）硬件结构框图其中各模块完成的主要功能如下所述： 1．CMM（Controller & Maintenance Module） CMM 完成 Abis 接口处理、基站操作维护、时钟同步及发生、内外告警采集和处理等功能。 2．TRM（Transceiver Module） TRM 主要完成 GSM 系统中无线信道的控制和处理、无线信道数据的发送与接收、基带信号在无线载 波上的调制和解调、无线载波的发送与接收等功能。 TRM 模块从功能上划分为 3 个单元： （1）收发信机控制单元 TPU（Transceiver Process Unit） TPU 主要完成一个 TDMA 帧上所有全双工信道基带数据处理的所有功能。在下行发向，它包括速率 适配、信道编码和交织、加密，最后产生 TDMA 突发脉冲；在上行方向，它包括数字解调（GMSK 解 调、均衡和载频偏移校正） 、解密、去交织、信道解码、接收机分集合并及速率适配。每个 TRM 模块 可以对 8 个全速率业务信道和相应的信令信道（一个 BCCH/CCCH 信道，及最多 12 个 SDCCH 信道） 进行控制，并且控制着 TDMA 帧的每一个无线信令信道的 LAPDm 信令和与 BSC 的 LAPD 信令处理， 同时完成 LAPDm 与 LAPD 的转换。 此外在 TPU 中还可提供关于 GPRS 的数据业务功能， 并能实现 CS1， CS2，CS3，CS4 四种编码方式。 （2）无线载频单元 RCU（Radio Carrier Unit） RCU 主要完成基带信号到载波信号的调制和上变频功能，同时完成接收载波信号的下变频功能，并且 根据 GSM 规范的要求在下行方向上实现静态功率控制和动态功率控制功能。 （3）功放单元 PAU（Power Amplifier Unit） PAU 主要完成无线载波的功率放大，以满足基站设备所需发射的功率，本系统发射功率为-12dB。 3．PDM（Power Distribute Module） PDM 进行直流电源（12V 或 5V）到各模块的分配，并提供过载断路保护和基础电源输入的滤波等功 能。1.3.2BTS 外部接口协议系统完成某项任务时会涉及到许多功能实体，它们分散在不同的设备中或不同的分系统中，这些分散 的设备需要相互配合才能完成某项任务， 因此各设备或子系统之间必须要通过各种接口按照规定的协议 实现互连。也就是说两个实体之间必须遵守某种协议，双方才能通信。因此接口代表两个相邻实体之间 的连接点，而协议就是说明连接点上交换信息需要遵守的规则。 Um 接口：是 MS 和 BTS 之间的接口，在所有 GSM 接口中 Um 接口是最重要的。采用 Um 接口，实 现了不同制造商和不同运营网络间的兼容性， 从而实现了移动台的漫游。 同时解决了蜂窝移动通信系统 的频谱效率问题。在 MS 到 GSM 系统固定部分的无线传输链路上采用抗干扰技术。5GSM 系统接口协议是参照 OSI（Open System Interconnection）的模型，按功能划分出不同的层面。Um 接口遵循 GSM04.07，GSM04.08 规范，并且支持 GSM900/1800 的移动台接入的功能。Um 接口的协议 分层结构如图 1-3-2 所示。Um CM L3 MM RR L2 L1 LAPDm PHL MS图 1-3-2RR LAPDm PHL BTSUm 接口协议分层示意图1．Um 接口的第一层传输层（或物理层） ，提供无线链路的传输通道，通过无线电波载体来传送数据， 为高层提供不同功能的信道包括业务信道和逻辑信道。 2．Um 接口的第二层数据链路层，为 MS 和 BTS 之间提供可靠的数据链接，采用的是 LAPDm 协议， 它是 GSM 的专用协议，基于 ISDN 的 D 信道链路接入协议（LAPD） ，再加上移动应用方面的协议。 3．Um 接口的第三层应用层，主要负责控制和管理的协议，把用户和系统控制过程的信息按一定的协 议分组安排在指定的逻辑信道上，它包括 CM，MM 和 RR 三个子层。 ? RR 层：主要负责无线资源管理，在用户通信期间建立和释放移动台和 MSC 之间的稳定连接， 主要由 MS 和 BSC 完成。 ? MM 层：主要负责移动性和安全性管理，当环境发生变化时，移动台可以作出不同网络的蜂房 选择，使呼叫用户过程有效建立，另外还管理用户的位置数据（位置更新） ? CM 层：主要负责通信管理，在用户之间建立连接、维持和释放呼叫（可分为 CC―呼叫控制， SSM―附加业务管理，SMS―短消息业务） 。1.4 GSM 基站实验系统软件组成实验系统内部软件主要划分为控制与实验模块（CEM） 、帧单元控制模块（FUC） 、信道编解码模块 （CHP）三部分，各部分软件根据各自的功能，采用不同的软件平台。 1．控制与实验模块（CEM） CEM 是 GSM 基站实验系统的操作实验单元，其主要功能包括： （1）基站及基站各单元配置管理及实验 （2）移动台入网过程实验配置及实验管理 （3）移动台号码分配配置及实验管理 （4）基站短消息发送配置及实验管理6（5）移动台主叫配置及实验管理 （6）移动台被叫配置及实验管理 （7）系统实验管理 2．帧单元控制模块（FUC） FUC 软件模块位于系统的 TRM（Transceiver Module）模块的 TPU（Transceiver Process Unit）收发信 机控制单元中。负责处理无线载频上的无线信令、和 BSC 接口的信令以及每个信道的管理等，其主要 的功能为： （1）软件完成 GSM 信令协议的处理和变换，包括与 BSC 的第二层协议 LAPD、与 CMM 的第二层 协议（HDLC） 、与 Um 接口的第二层协议 LAPDm 以及 GSM 的第三层的无线资源管理协议。 （2）负责 Um 接口上对 TDMA 复帧的成帧、帧号 FN 的接收、跳频的计算和对 CHP 的管理控制。 3．信道编解码模块（CHP） CHP 软件模块位于 GSM 基站实验系统平台的 TRM 中，实现 BTS 的全部基带信道处理功能和相应的 部分控制功能，是基站与移动台之间的咽喉，其主要功能如下： （1）信道编码 CHENC 是 BTS 发射通路的一部分，可支持 8 个全速率业务信道，同时完成数据和话音 信道的速率适配、 带内信令管理和远端译码电路同步、 信道的编码和交织、 突发脉冲序列的建立、 TDMA 复帧的建立、虚拟突发的插入。 （2）信道解码 CHDEC 是 BTS 接收通路的组成部分，处理 TDMA 帧 8 个时隙传输的信息，主要完成 快速随路控制信道（FACCH）检测、解交织、译码、误码率的计算、速率适配、话音数据的重排。 （3）解调 DEMOD 是 BTS 接收通路的组成部分，处理 TDMA 帧内 8 个时隙基带信号均衡、GMSK 解调、信道脉冲响应的估计、到达时间的估计。1.5 系统实验系统实验的目的是让学生掌握 GSM 基本的呼叫和管理信令流程， 包括开机 IMSI 附着过程； （移 MS 动台）主叫、被叫信令过程；移动性管理中的位置更新过程。另外，通过实验学生还可以观察并掌握移 动台进行开机、关机、位置更新（漫游）等动作时，系统与手机间相应信息的实际交互内容。本部分有 五个实验。 （1）GSM 移动台开机入网和关机实验 学生在移动台入网和关机实验中，A、可以清楚得看到移动台在开机后，MS 同网络之间的信令交 互过程；B、开机后，MSC/VLR 的数据列表中对于本 MS 参数的改变。C、按动关机键后，MS 和网络 之间信令的交互过程。 （2）移动性管理实验 GSM 移动性管理实验主要是观察位置更新过程：学生可以从界面上观察到 MS 进行位置更新时， MS、BS 实体之间的信令交互过程。7（3）移动台主叫实验 本实验中，学生将使用自己的手机输入平台上的软件电话终端号码，开始移动台主叫实验。平台界 面中将看到移动台主叫时，MS 和 BS 之间的信令交互过程。交互过程结束后，主叫学生可以和平台上 的软件电话终端进行通话。通话结束后，在界面上还将显示话音释放过程中的信令交互过程。 此外，通过与被叫合作，还能够观察到： A、 被叫号码不存在。 B、 被叫不开机或被叫忙。 C、 被叫长时间不接听电话 等意外事件发生时的信令交互过程。 （4）移动台被叫实验 本实验中，学生手机作为被叫 MS，用平台上的软件电话终端主呼此学生手机。学生平台界面上将 显示移动台被叫时，MS 和 BS 之间的信令交互过程。交互过程结束后，主叫学生平台和被叫学生平台 就可以进行通话。通话结束后，在界面上还将显示话音释放过程中的信令交互过程。 （5）短消息发送实验 本试验中，学生可以通过平台界面输入短消息及发送号码，实现短消息发送。在此交互过程中，学生 可以观察到 MS 和 BS 之间的信令交互过程。通过学生间的合作，还可以实现接入本实验平台间的手机 短消息互发，并观察到 MS 和 BS 之间的的信令交互过程。 （本实验目前只支持英文）8第二章 GSM 中常用的基本技术与概念2.1 信道与信道组合GSM900/1800 工作的无线频率见表 2-1 所示。表 2-1 GSM900/1800 无线频率配置表 系统名称 频率配置 上行频率：890MHz ~ 915MHz GSM900 下行频率：935MHz ~ 960MHz 双工间隔为 45MHz，工作带宽为 25MHz，载频间隔 200kHz 上行频率：1710MHz - 1785MHz GSM1800 下行频率：1805MHz - 1880MHz 双工间隔为 95MHz，工作带宽为 75MHz，载频间隔 200kHzGSM900 工作带宽 25MHz，每个载频的带宽为 200kHz，因此最多可获得 124 个载频频道。GSM1800 则有 374 个载频频道。 我们将这里的频道常常称为信道，每个信道带宽为 200kHz。 为便于无线管理，对系统中每一条信道都有明确的信道编号，具体计算方法如下： GSM900： Fu（n）=890+0.2n （MHz） Fd（n）=Fu（n）+45 （MHz） n：为绝对射频频道（信道）号，即 ARFCN，其值为 1≤n≤124 GSM1800： Fu（n）=.2（n-512） （MHz） Fd（n）=Fu（n）+95 512≤n≤885 由此可见，每信道都与一个 ARFCN 号对应。 （MHz）2.1.1时隙与多址方式GSM 系统中一个信道在时域和频域的平面中可用图 2-1 表示，GSM 既是时分制又是频分制的， GSM 即 系统空间接口采用 FDMA 与 TDMA 的混合方式， 所以它的容量要比单纯频分或时分的无线通信容量更 大。 GSM 的突发传输是在时间窗口和频率窗口中进行的， 称之为一个间隙， 它持续 577?s， 并占据 200kHz9带宽。频 率200kHzBP 15/26ms时间 间隙图 2-1时域与频域中的时隙从频域角度来看，在系统频段内，每 200kHz 设置时隙的中心频率，即 GSM 规范中的射频信道。从时域 的角度来看， 间隙在频域上循环发生， 每次占 15/26ms （约 577?s） 称之为突发脉冲序列周期 BP ， （Burst Period），这些间隙的时间间隔称之为时隙（Time Slot）。GSM 系统每 8 个时隙为一个周期，即每个 载波有 8 个物理信道。2.1.2帧结构一个时隙为 15/26ms（约 577?s），包含 156.25 个码元。每个时隙对应一基本物理信道，每个载频有 8 个时隙，可供不同的用户使用，相邻的 8 个时隙构成一个基本单元， 称为 TDMA 帧。 帧（Frame）：表示接连发生的 n 个时隙。在 GSM 系统中，对全速率业务信道而言，n=8，即一个 TDMA 帧包含 8 个基本的物理信道。图 2-2 表示了 TDMA 帧的完整结构。 每个 TDMA 帧含 8 个时隙， 共占 60/13≈4.615ms。 每个时隙含 156.25 个码元， 15/26ms， 占 约为 577?s。 多个 TDMA 帧构成复帧，GSM 中存在两类复帧： 1．26 帧的复帧：包含 26 个 TDMA 帧，周期为 120ms，用于业务信道和随路控制信道。 2．51 帧的复帧：包含 51 个 TDMA 帧，周期为 3060/13ms≈235ms，用于控制信道。 多个复帧构成超帧（Super Frame），它是一个连贯的 51×26 的 TDMA 帧，超帧的周期为 1326 个 TDMA 帧，即 6.12s。 超高帧由 2048 个超帧构成，周期为 12533.76s，超高帧每一周期包含 2715648 个 TDMA 帧，即 TDMA 帧 号（FN）从 0 至 2715647。10图 2-2帧结构示意图2.1.3信道类型与信道组合每个 TDMA 帧含 8 个时隙， 共占 60/13≈4.615ms。 每个时隙含 156.25 个码元， 15/26ms， 占 约为 577?s。 多个 TDMA 帧构成复帧，GSM 中存在两类复帧： 1．26 帧的复帧：包含 26 个 TDMA 帧，周期为 120ms，用于业务信道和随路控制信道。 2．51 帧的复帧：包含 51 个 TDMA 帧，周期为 3060/13ms≈235ms，用于控制信道。 多个复帧构成超帧（Super Frame），它是一个连贯的 51×26 的 TDMA 帧，超帧的周期为 1326 个 TDMA 帧，即 6.12s。 超高帧由 2048 个超帧构成，周期为 12533.76s，超高帧每一周期包含 2715648 个 TDMA 帧，即 TDMA 帧 号（FN）从 0 至 2715647。2.1.3.1业务信道（TCH）业务信道携载编码语音或用户数据，它有全速率业务信道（TCH/F）和半速率业务信道（TCH/H）之分： 全速率业务信道（TCH/F）：总速率为 22.8kbit/s 半速率业务信道（TCH/H）：总速率为 11.4kbit/s 1．话音业务信道 （1）TCH/F：全速率话音业务信道 （2）TCH/H：半速率话音业务信道 2．数据业务信道 （1）TCH/F9.6：9.6kbit/s 全速率数据业务信道 （2）TCH/F4.8：4.8kbit/s 全速率数据业务信道 （3）TCH/H4.8：4.8kbit/s 半速率数据业务信道 （4）TCH/F2.4：≤2.4kbit/s 全速率数据业务信道 （5）TCH/H2.4：≤2.4kbit/s 半速率数据业务信道112.1.3.2控制信道控制信道用于携载信令或同步数据，包括三类控制信道：广播信道、公共控制信道和专用控制信道。 1．广播信道 BCH 广播信道是一点对多点的单向下行控制信道，即基站到移动台单向传输，用于向 MS 广播各类消息，分 为三种信道： （1）FCCH：频率校准信道，该信道携载有用于 MS 频率校正的信息。 （2）SCH：同步信道，携载 MS 帧同步和基站收发信台（BTS）识别信息。 （3）BCCH：广播控制信道，用于发送小区信息。在每个基站收发信台中总有一个收发信台含有这 个信道，以向该小区中所有移动台广播系统消息。 2．公共控制信道 CCCH 公共控制信道是一点对多点的双向控制信道，为网络中 MS 所共用，它包括三种信道： （1）PCH：寻呼信道，用于 BTS 寻呼 MS（下行信道）。 （2）RACH：随机接入信道，用于 MS 随机提出入网申请，即请求分配专用控制信道（上行信道）。 （3）AGCH：准予接入信道，用于 BTS 对 MS 的随机接入请求作出应答，即分配一专用控制信道或直 接分配一个 TCH（下行信道）。 3．专用控制信道 专用控制信道是点对点的双向控制信道， 使用时 BTS 将其分配给 MS， 进行 BTS 与 MS 之间点对点的传输。 （1）SDCCH：独立专用控制信道，用于传送信道分配等信息。它可分为： 1）SDCCH/8：独立专用控制信道 2）SDCCH/4：与 BCCH/CCCH 相组合的独立专用控制信道 （2）SACCH：慢速随路控制信道，与一条业务信道或一条 SDCCH 联合使用，用来传送用户信息期间 某些特定信息，例如：功率和帧调整控制信息、测量数据等。该信道可分为以下几种： 1）SACCH/TF：与 TCH/F 随路的慢速随路控制信道 2）SACCH/TH：与 TCH/H 随路的慢速随路控制信道 3）SACCH/C4：与 SDCCH/4 随路的慢速随路控制信道 4）SACCH/C8：与 SDCCH/8 随路的慢速随路控制信道 （3）FACCH：快速随路控制信道，与一条业务信道联合使用，携带与 SDCCH 同样的信号，但只在没 有分配 SDCCH 的情况下才分配 FACCH，通过业务信道借取的帧（“偷帧”）来实现接续，传送如“越 区切换”等指令。FACCH 可分为以下几种： 1）FACCH/F：全速率快速随路控制信道 2）FACCH/H：半速率快速随路控制信道 通常 TCH/F 与 SACCH 总是成对分配的，TCH/F 和 SACCH 的组合用 TACH/F 来表示。122.1.3.3信道组合在实际应用中，总是将不同类型的逻辑信道映射到同一物理信道上， 称为信道组合。 以下为 9 种信道组合类型： 1．TCHFull 2．TCHHalf 3．TCHHalf2 4．SDCCH TCH/F+FACCH/F+SACCH/TF TCH/H+FACCH/H+SACCH/TH 全速率业务信道 半速率业务信道TCH/H+FACCH/H+SACCH/TH+TCH/H 半速率 1 业务信道 独立专用控制信道 主广播控制信道SDCCH+SACCH5．mainBCCH FCCH+SCH+BCCH+CCCH6．BCCHCombined FCCH+SCH+BCCH+CCCH+SDCCH+SACCH 组合广播控制信道 7．BCH FCCH+SCH+BCCH 广播信道8．BCCHwithCBCH FCCH+SCH+BCCH+CCCH+SDCCH+SACCH+CBCH 小区广播信道 9．SDCCHwithCBCH SDCCH+SACCH+CBCH 其中 CCCH = PCH+RACH+AGCH， CBCH：只有下行信道，携带小区广播信息，和 SDCCH 使用相同的物理信道。 每个蜂房广播一个 FCCH 和一个 SCH。其基本组合在下行方向包括一个 FCCH、一个 SCH、一个 BCCH 和一 个 CCCH（PCH+AGCH），严格地分配到小区配置的 BCCH 载频的 TN0 位置上，如图 2-3 所示。51 帧 BCCH+CCCH F S （下行） B C F S C C F S C C F S C C F S C C I慢速专用控制信道BCCH+CCCH R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R （上行） (a) FCCH+SCH+BCCH+CCCH 8 SDCCH/8 （下行） D0 D0 8 SDCCH/8 （上行） A1 A5 D1 D1 A2 A6 D2 D2 A3 A7 D3 D3 I I I I I I D4 D4 D0 D0 D5 D5 D1 D1 D6 D6 D2 D2 D7 D7 D3 D3 A0 A4 D4 D4 A1 A5 D5 D5 A2 A6 D6 D6 A3 A7 D7 D7 I I I I I I A0 A4(b) SDCCH/8(0,...,7)+SACCH/C8(0,...,7) BCCH+CCCH F S +4SDCCH/4 （下行） F S BCCH+CCCH +4SDCCH/4 （上行） D3 D3 B B R R R R C C A2 A0 F S F S A3 A1 C C C C F S F S D0 D0 D1 D1 F S F S D2 D2 D3 D3 D0 D0 F S F S A0 A2 D1 D1 F S F S A1 A3 D2 D2 I IR R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R (c) FCCH+SCH+CCCH+SDCCH/4(0,...,3)+SACCH/C4(0,...,3)F：FCCH B：BCCH R：RACH A：SACCH/CS：SCH C：CCCH（CCCH=PCH+AGCH+RACH） D：SDCCH I：idle图 2-3 51 帧的信道结构示意图2.1.3.4蜂房内的信道安排下面给出了几个在一个蜂房中信道组合的例子（括号内为子信道）。 1．只有 1 个 TRX 的小容量蜂房的信道组合13TN0：FCCH+SCH+CCCH+SDCCH/4（0,?,3） + SACCH/C4（0,?,3） TN1 ~ TN7：TACH/F+FACCH/F+SACCH/TF 2．有 4 个 TRX 的中等容量蜂房 1 个 TN0 组：FCCH+SCH+BCCH+CCCH 2 个 SDCCH/8（0,?,7）+SACCH/C8（0,?,7） 29 个 TCH/F+FACCH/F+SACCH/TF 3．有 12 个 TRX 的大容量蜂房 1 个 TN0 组：FCCH+SCH+BCCH+CCCH 1 个 TN2 组、1 个 TN4 组和 1 个 TN6 组：BCCH+CCCH 5 个 SDCCH/8（0,?,7）+SACCH/C8（0,?,7） 87 个 TCH/F+FACCH/F+SACCH/TF2.1.4突发脉冲序列一个突发脉冲序列就是一串已调制的载频数据流， 它包含着时隙的物理内容。 突发脉冲序列的持续时间 为 576?s+12/13?s≈577?s，即 156.25 比特的持续时间。在这一时间间隔内，发射电平从 0 上升到其 标称值，然后传送一串信号相位得到调制的比特，此后发射电平下降到 0。（此描述仅当移动台发射， 或当 BTS 发射，但不发相邻突发脉冲时有效。） 一个时隙包含 156.25 比特，不同比特用比特号（BN）表示，BN=0,1,?,156。一个时隙内突发脉冲的传 输时间由比特号决定，先传输低位比特，即由 BN0 开始传输。 GSM 规定了 5 种突发脉冲序列，图 2-4 为常规突发序列的时间-幅值图，它表明了可接受的限制范围， 其中恒幅部分持续 147 比特，即 142 个信息比特加上两边两个 2.5 比特。电平（dB）+4 +1 -1 -6-30147 比特-70 或 -36dBm10 810 7056 / 13 1个突发脉冲周期（7500/13 μ s）10 810t（μ s）14图 2-4常规突发脉冲序列的幅值图训练序列（Training Sequence）是接收机已知的一个比特序列，GSM 定义了 8 种不同的训练序列，从 传输训练序列中所获取的信号使得接收机能精确地确定有用信号在接收窗口中的位置以及传输中引起 的失真，这些信息对于获得较好的解调性能是很重要的。 有 8 种不同的训练序列，用于接收端自适应均衡电路作为时延补偿的参照。训练序列码（TSC）由 0 至 7， 代表 8 种不同的训练序列， 对于广播和控制信道， 须等于基站色码 BCC。 TSC 训练序列比特 （BN61~BN86） 见表 2-1。表 2-1 TSC 0 1 2 3 4 5 6 7 十六进制 BN61 8B7 10EE90E 11ED11E 6B906B 13AC13A 29F629F 3BC4BBC GSM 系统的训练序列表 二进制 ~ BN8611 11 10 10 11 10 1 00Um 接口上中定义了 5 种 Burst，如图 2-5 所示。图 2-5Um 接口中的 Burst 类型1．常规突发脉冲序列 常规突发脉冲序列 NB（Normal Burst）用于一般的业务信道及专用控制信道。常规突发序列的信息位 分成两组各 58 比特，其中 57 位为数据，另一位为偷帧标志（stealing flag），表示此数据是用户数 据还是信令（它们是两侧最靠近训练序列的比特）；在这两段信息之间插入 26 位训练序列；3 位&0&码 的尾比特加于信息段的两边；NB 序列的最后留有 8.25 比特的时间，不发任何信号而作为相邻时隙的保 护段，这是移动台发信功率上升或下降所需的，以避免相邻时隙间的干扰。 2．接入突发脉冲序列 接入突发序列 AB（Access Burst）用于上行方向，在 RACH 信道上传送，提供移动用户向基站提出入网 要求的申请。 接入突发序列是 GSM 定义的唯一的一种短突发序列。15AB 序列包含 41 比特同步序列（也是训练序列）、36 比特信息、开始和结束各 8 和 3 位的尾比特，见帧 结构图。始端的尾比特称为扩展尾比特，其状态为： （BN0,BN1,?,BN7）= （0,0,1,1,1,0,1,0） 末端的尾比特全为&0&，同步序列的比特状态为： （BN8,BN9,_,BN48）= （0,1,0,0,1,0,1,1,0,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,1,1,0,0,1,1,0,1,0,1,0,1,0,0,0,1,1,1,1,0,0,0） 3．同步突发脉冲序列 同步突发序列 SB（Synchronization Burst）在下行方向的 SCH 信道上传送，用于移动台起始同步的捕 捉。如图 2-5 所示，与 AB 序列类似，SB 序列是下行方向需要解调的第一个序列，因此它的训练序列长 于 NB 序列的训练序列。SB 序列的训练序列称为扩展训练序列，是独有的，以便移动台知道基站所选用 的训练序列。 4．频率校正突发脉冲序列 频率校正突发脉冲序列 FB（Frequency Burst）用于校正移动台的载频频率。如图 2-5 所示，它所有的 148 比特全都置为&0&。使得调制后该信号为一个纯正弦波，其频率高于载频 1625/24kHz ? 67.7kHz。 5．虚拟突发脉冲序列 虚拟突发序列 DB（Dummy Burst）主要用于填空，它的格式与 NB 序列完全相同。虚拟突发序列的 26 位 训练序列， 起始和结束的 3 位尾比特与 NB 序列相同。 在训练序列两边的 58 位混合比特具有如下的状态： （BN3,BN4,...,BN60）= （1,1,1,1,1,0,1,1,0,1,1,1,0,1,1,0,0,0,0,0,1,0,1,0,0,1,0,0,1,1,1,0,0,0,0,0,1,0,0,1,0,0,0,1 ,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,1,0,0） （BN87,BN88,...,BN144）= （0,1,1,1,0,1,0,0,1,0,1,0,0,0,1,1,0,0,1,1,0,0,1,1,1,0,0,1,1,1,1,0,1,0,0,1,1,1,1,1,0,0,0,1 ,0,0,1,0,1,1,1,1,1,0,1,0,1,0）2.2 信道的编码与交织2.2.1 信道的编码GSM 通信系统中为了提高信道的抗干扰能力，提高传输质量，采用了冗余技术，在发送端按一定的规律 插入冗余比特（编码） ，在接收端按约定的规律恢复原始信息（解码） ，这一过程也就是信道的编码（解 码）过程。GSM 采用的信道编码有三种类型： （1）卷积码， （2）分组码（Fire 码）（3）奇偶校验码。 ， 1．卷积码 卷积码是把 k 个信息比特编成 n 个比特，k、n 都很小，适宜以串行方式传输，而且延时也小，编码后 的 n 个码元不但与 k 个信息码元相关，还与前面（N-1）段信息码元相关。因此可表示成（n，k，N） ，16其中 N 又称为约束长度。 卷积编码的纠错能力随 N 的增大而增大， 而差错率随 N 的增大成指数下降。 常用的解码方法是维特比译 码和序列译码。 GSM 常规中，卷积码生成多项式常用以下四种，分别适用于不同的传输信道： （1）G0=D +D +1 TCH/FS，TCH/F9.6，TCH/H4.8，SDCCH，BCCH，PCH，SACCH，FACCH，AGCH，RACH，SCH （2）G1= D +D +D+1 TCH/FS， CH/F9.6， TCH/H4.8， SACCH， FACCH， SDCCH， BCCH， PCH， AGCN， RACH， SCH， TCH/F4.8， TCH/F2.4， TCH/H2.4 （3）G2= D +D +1 TCH/F4.8，TCH/F2.4，TCH/H2.4 （4）G3= D +D +D +D+1 TCH/F4.8，TCH/F2.4，TCH/H2.4 其中：D 表示比特延迟，+ 代表“异或” 。 2．分组码（Fire 码） 这是一种截短循环码， 通过对信息比特的异或运算得到冗余位， k 个输入信息码元通过异或运算映射 把 到 n 个输出码元（n＞k） 。GSM 的 fire 码生成多项式为（X +1） （X +X +1） ，该多项式为 40 阶，因此有 40 位冗余位可供检错并纠正最多 12 位错码。 3．奇偶校验码 与 Fire 码一样， 也是从循环玛中得到的线性分组码。GSM 规范中有三种奇偶数校验码。其生成多项式 分列如下： TCH：G（X）=X +X+1 RACH：G（X）=X +X +X +X +X +1=（X+1） +X +1） （X SCH：G（X）= X +X +X +X +X +X =（X +X+1） +X +1） +X +X +X+1） （X （X10 8 6 5 4 2 3 3 2 4 3 2 6 5 3 2 5 2 3 23 17 3 4 3 2 4 3 4 3 4 32.2.2交织技术无线通信中通常会发生误码， 这种误码的产生通常是由于持续时间较长的衰落引起的， 如果只依靠前述 的编码方式来解决检错和纠错是不够的。为了更好地解决这类误码问题，在系统中采用交织技术，交织 实际上是把一个消息块原来连续的比特按一定规则分开发送传输， 即在传送过程中原来的连续块变成不 连续， 然后形成一组交织后的发送消息块， 在接收端对这种交织信息块复原 （解交织） 成原来的信息块。 如图 2-6 所示。 采用交织技术后，如果传送过程中某块消息丢失，在恢复后实际上只丢失每个信息块的一部分，而不至 于全部丢失，这样加上编码技术的利用就容易恢复那些被丢失消息。 GSM 系统中， 在 TCH/FS 信道上输入速率为 13kbit/s, 即每 20ms 传输 260bit。经信道编码后传输速率17变为每 20ms 携带 456bit（卷积编码后）, 456bit 被分成 8 组，每组 57 个 bit 分别由不同的突发脉冲 携带。456bit 的码字分成 4 个 114bit 的块，每块为一个突发脉冲 BP，每个 BP 中包含了二个相邻 A，B 块上的 8 组中两组的码字， A 的比特使用突发脉冲中的奇数位置， B 的比特使用突发脉冲中的偶数 块 块 位置。全速率话音交织算法如下表 2-2 所示。表 2-2 序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 1 项 8???? 9???? 10???? 11???? 12???? 13???? 14???? 15???? 2???? 全速率话音交织算法表 目 448 449 450 451 452 453 454 455 共 57 列 BP BP BP BP BP BP BP BP 说 明 N 的偶数位 N+1 的偶数位 N+2 的偶数位 N+3 的偶数位 N+4 的奇数位 N+5 的奇数位 N+6 的奇数位 N+7 的奇数位在一个突发脉冲中携带 114bit 信息另加 2 比特偷帧比特共 116bit，这 114bit 中包含指定分组 A 中的 57bit（奇数比特位置）和 B 中 57bit（偶数位置） ，另二比特中一个比特指示前半个 BP（奇）是用户数 据还是快速随路信令，另一比特指示后半个 BP（偶）是用户数据还是快速随路信令，如图 2-6 所示。图 2-6 表 2-3 输入 信道和传输类型 速率 kbit/s Ia TCH/FS Ib II 13 13 13 输 入 码 块 bit 50 132 78 奇 ， 偶 3 校验比特码元交织示意图有关不同传输类型的编码和交织可用表 2-3 说明。不同传输类型的编码和交织说明表 编码 尾比 特 4 卷积码率 输出 码块 bit 1/2 456 456 456 在 8 个 1/2 突发脉冲上 交织深度18TCH/F9.6 TCH/H4.8 TCH/F4.8 TCH/F2.4 TCH/H2.4 SCH RACH FACCH SACCH,BCCH,SDC CHs,AGCH,PCH12 6 6 3.6 3.61/2 每 15 240 4 比特去掉 1 位 120 72 144 25 8 184 184 奇 ， 偶 10 奇 ， 偶 40 Fire,40 Fire,40 32 4 8 4 4 4 4 1/3 1/6 1/3 1/2 1/2 1/2 1/2 456 456 456 78 36 456 456 456在 22 个不等的突发脉冲位 置上复合 在 22 个不等的突发脉冲位 置上复合 在 8 个 1/2 突发脉冲上 在 22 个不等的突发脉冲位 置上复合 在 1 个 SB 突发脉冲位置上 复合 在 1 个 AB 突发脉冲位置上 复合 在 8 个 1/2 突发脉冲上 在 4 个整突发脉冲上2.3 话音编译码和不连续传输方式（DTX）2.3.1 话音编译码无线路径上的话音传输主要关心的是频谱效率。 目标是在提供可接受的话音质量的同时， 使用尽可 能低的数据速率。GSM 系统采用的是 13kbit/s 的话音编码方案，称为 RPE-LTP（规则脉冲激励-长期预 测） 。它旨在无差错时，产生与固定电话网相近的话音质量，但使用较低的速率以优化无线电频谱的使 用。GSM Rec.06.10 中给出了精确到比特的编码和译码算法。 话音处理结构如图 2-7 所示：19TX DTX 处理器 GSM 06.32话音激活 检测 VADBS1 8 bit A律 至 13 bit 均匀 2VAD3控制和 操作话音帧话音编码器 4GSM06.10MSLPF A/DGSM 06.105 舒适噪声 发送功能6 7SP标志 信息比特SID帧GSM11.15 GSM 06.12 GSM 06.31发送端RX DTX 处理器DTX 控制和 操作 信息比特 8BS话音帧置换 13 bit 均 匀 至 8 bit A律 1GSM 06.11话音帧4 话音译码器 2GSM06.10MSD/A LPFBFI SID TAF9 10 11GSM 06.10 SID帧5舒适噪声 接收功能GSM11.15GSM 06.31GSM 06.12 接收端图 2-7 话音处理参考结构图 1．8 位 A 律 PCM，每秒采样 8000 次。 （CCITT G.711 建议） 。 2．13 位均匀 PCM，每秒采样 8000 次。 3．话音激活标志 VAD（Voice Activity Detection Flag） 。 4．编码的话音帧，每 20ms 260bits。 5．SID 帧（Silence Descriptor）,即舒适噪音帧，260 比特/帧。 6．话音标志。 7．发往无线子系统的比特信息。 8．收到无线子系统的比特信息。 9．BFI（Bad Frame Indication）标志，坏帧标志。 10．SID 标志。2011．TAF（Time Alignment Flag）标志，即时间调整标志，表明 SACCH 复帧中 SID 帧的位置。2.3.2不连续传输 DTX话音传输有两种方式，一种是不管用户是否讲话，话音连续编码（每 20ms，一个话音帧） ；另一种 是不连续传输方式 DTX（Discontinuous Transmission） ，在话音激活期进行 13kbit/s 编码，在话音非 激活期进行 500bit/s 编码，每 480ms 传输一帧（每帧 20ms） ，仅传送舒适噪声，如图 2-8 所示。 采用 DTX 方式有两个目的，一是降低空中总的干扰电平，二是节约发射机的功率。DTX 模式与普通模式 是可选的，因为 DTX 模式会使传输质量稍有下降。TRAUBTSBTSMS480 ms舒适噪声帧 话音帧图 2-8DTX 方式话音帧的传输2.4 频率复用一般在无线系统中，有效的频点是有限的，因此合理利用频率资源即可以提高用户数量，又可以避 免相邻小区间的干扰。 频率复用就是指在数字蜂窝系统中重复使用相同的频率， 一般把有限的频率分成若干组， 依次形成一簇 频率分配给相邻小区使用，如图 2-9 所示。B C A D E F G图 2-9蜂窝小区中频率复用示意图在 ZXG10 系统中常采用 4/12 和 3/9 频率复用方式， 4/12 复用方式是把频率分成 12 组， 并轮流分配到 4 个站点，即每个站点可用到 3 个频率组，4/12 复用的小区组成如图 2-10 所示。21D3 C1 C3 A1 D2 B2 A2A1 A3 B1 B3 A1C2 D1 D2 C1 C2C3 B2 D3 A2 C3B1 B3 A1 A3 B1D2 C1 C2 D1 D2 A1 D3 C3图 2-10按 4/12 方式复用的小区示意图3/9 复用方式时，即把有限的频率分成 9 组，并轮流分配到 3 个站点，每个站点可用到 3 个频率组，如 图 2-11 所示。B3 C1 C3 A1 A3 B2 A2A1 A3 B1 B3 C1B2 C1 C2 A1 A2B3 A2 C3 B2 A3A1 A3 B1 B3 C1B2 C1 C2 A1 A2 A1 A3 C3图 2-11按 3/9 方式复用的小区示意图从以上两种频率复用方式可看出，随着频率复用的密度增加，即频率分组的减少，频率的利用率就 越高，用户数会增加，频率复用的间距也减少了，同时也带来了小区间的干扰，干扰的大小可用载波功 率与干扰功率的比值来表示， C/I 如 （当不同小区使用相同频率时， 另一小区对服务小区产生的干扰） 、 C/A（在频率复用模式下，邻近频道对服务小区使用的频道进行的干扰）等。 在频率复用的时候，主要考虑的是 C/I，GSM 系统中一般要求 C/I＞9dB。 当确定了频率复用关系后，也就确定了所需划分的频率组 N，如对于 4/12 频率复用模式来说，N=12； 对于 3/9 复用模式来说，N=9。22第三章 基本信令流程介绍3.1 手机位置更新正常流程手机位置更新流程如错误！未找到引用源。3-1 所示。MSCH REQ(1)BTSCH RQD(2) CH ACT(3) CH ACT ACK(4)BSCMSCIMM ASS CMD(5) IMM ASS(6) SABM(7) EST IND(8) UA(10) IDENTITY REQ(12) IDENTITY RSP(13) IDENTITY RSP(14) AUTH REQ(15) AUTH REQ(16) AUTH RSP(17) AUTH RSP(18) CIPH MODE CMD(19) CIPH MODE CMD(20) CIPH MODE CMD(21) CIPH MODE CMP(22) CIPH MODE CMP(23) LOC UPDATE ACC(24) LOC UPDATE ACCEPT(25) TMSI REALL CMP(26) TMSI REALL CMP(27) CLEAR CMD(28) CHANNEL RELEASE(29) DEACT SACCH(30) DISC(31) UA(32) REL IND(33) RF CH REL(34) RF CH REL ACK(35) CLEAR CMP(36) SCCP REL(37) SCCP REL ACK(38) LOC UPDATE REQ(9) IDENTITY REQ(11)图 3-1手机位置更新流程3.2 手机关机正常流程手机关机流程如错误！未找到引用源。所示。23MS CH REQBTS CH RQD CH ACT CH ACT ACK IM M ASS SABM UA DR：CH REL DEACT SACCH REL IND RF CH REL RF CH REL ACK IM M ASS CM DBSCM SCEST IND CR：IM SI DETACH CREFCH REL DISC UA图 3-2手机关机流程关机先建立 SDCCH 信道，然后从 SDCCH 信道往 MSC 发送关机信息（IMSI DETACH） ，MSC 收到消 息后，然后将 SDCCH 信道释放。3.3 移动主叫以及被叫挂机正常流程移动主叫以及被叫挂机流程如图 3-3 所示。 手机主叫时， 先建立 SDCCH 信道， 然后从 SDCCH 上向 MSC 发起 TCH 信道的请求； MSC 向 BSC 发起指配请求，得到 BSC 确认后，BSC 向手机发起立即指配命令，手机跟 BTS 建立 TCH 的无线信道， BTS 发送信道建立指示并完成立即指配，释放 SDCCH 信道。MSC 从建立的 TCH 信道上向手机发回铃 音，通过连接和连接确认完成通话过程建立。被叫挂机后，MSC 向手机发送断链消息，手机释放以及 MSC 回释放完成同时释放 TCH 信道。24MS CH REQBTS CH RQD CH ACT CH ACT ACK IM M ASS SABM UA IM M ASS CM DBSCM SCEST IND CR：CM SERV REQ CC ENCRY CM D DT1： CIPH M ODE CM DCIPH M ODE CM D CIPH M ODE COM DI：CIPH M ODE COMDT1： CIPH M ODE COMDTAP:CM SERV ACCP DTAP:SETUP DTAP:CALL PROC DT1:ASS REQPHY CONT REQ PHY CONT CONF CH ACT CH ACT ACK ASS CM D SABM UA ASS COM DI：ASS COM RF CH REL RF CH REL ACK DTAP：Alerting DTAP：Connect DTAP：Connect ACK 数据流 DTAP：Disconnect DTAP：Release DTAP：Release COM DR：ASS CM DEST INDDT1：ASS COMDT1：Clear CM D CH REL DISC UA DR：CH REL DEACT SACCH REL IND RF CH REL RF CH REL ACK DT1：Clear COM RLSD RLC图 3-3 移动主叫以及被叫挂机流程3.4 移动被叫以及主叫挂机正常流程移动被叫以及主叫挂机流程如错误！未找到引用源。所示。 手机被叫时，由 MSC 向手机发起寻呼消息，手机收到后建立 SDCCH 信道，然后通过其建立 TCH25信道后释放 SDCCH 信道，通过 TCH 信道完成通话连接。通话结束后将 TCH 信道释放。MS PAG REQ CH REQ BTS PAG CM D CH RQD CH ACT CH ACT ACK IM M ASS SABM UA IM M ASS CM D BSC UDT：PAG M SCEST IND CR：PAG RES CC ENCRY CM D DT1：CIPH M ODE CM DCIPH M ODE CM D CIPH M ODE COM DI：CIPH M ODE COMDT1：CIPH M ODE COMDTAP:SETUP DTAP:CALL CONFPHY CONT REQ PHY CONT CONF CH ACT CH ACT ACK ASS CM D SABM UA ASS COM DI：ASS COM RF CH REL RF CH REL ACK DTAP：Alerting DTAP：Connect DTAP：Connect ACK 数据流 DTAP：Disconnect DTAP：Release DTAP：Release COM DR：ASS CM DDT1:ASS REQEST INDDT1：ASS COMDT1：Clear CM D CH REL DISC UA DR：CH REL DEACT SACCH REL IND RF CH REL RF CH REL ACK DT1：Clear COM RLSD RLC图 3-4移动被叫以及主叫挂机流程3.5 小区内内部切换流程小区内内部切换流程如图 3-5 所示。26MS M EAS REPBTS M EAS RES PHY CONT REQ PHY CONT CON CH ACT CH ACT ACK DR：ASS CM D ASS CM D SABM UA ASS COM EST INDBSCM SCDI：ASS COM RF CH REL RF CH REL ACK DT1：HO PERF图 3-5 小区内内部切换流程手机不断向 BSC 上报测量报告， BSC 根据其判断是否需要发生切换。 如果需要发生小区内切换时， BSC 激活同一小区的另外一条 TCH 信道，并将该 TCH 信道立即指配给手机，手机完成立即指配后， BSC 通知 MSC 该手机发生了小区内切换并将原来的 TCH 信道释放。273.6 小区间内部切换流程小区间内部切换流程如图 3-6 所示。 手机不断向 BSC 上报测量报告， BSC 根据其判断是否需要发生切换。 如果需要发生小区间切换时， 手机处在源小区 BTS1， BSC 激活目的小区 BTS2 的一条 TCH 信道， 并给手机发送切换命令 （HO CMD） ， 手机跟目的小区 BTS2 的 TCH 建立连接后完成切换。BSC 通知 MSC 该手机发生了小区间切换并将源 小区的 TCH 信道释放。MS M EAS REP BTS1 BTS2 M EAS RES CH ACT CH ACT ACK HO CM D HO ACCESS PHY INFO SABM EST IND UA HO COM DI：HO COM DT1：HO PERF RF CH REL RF CH REL ACK DR：HO CM D HO DET BSC M SC图 3-6小区间内部切换流程28第四章 基本实验实验一．基站配置管理实验一、 实验目的1、了解基站的基本参数含义； 2、了解基站相关的配置；二、预备知识1、GSM 基站参数 2、GSM BCCH 信道及广播帧三、实验仪器 一台；1、GSM 基站实验平台四、实验原理4.1 网络号码、地址、识别参数 GSM 网络中，移动台没有固定的位置，移动用户只要在服务区域内，无论移动到何处都应该可以 顺利的识别网络以及它的小区配置情况以便实现位置更新、越区切换和自动漫游等性能。在 GSM 系统 中，对每个移动用户都分配了一个唯一的国际移动用户识别码 IMSI，IMSI 由 MCC（移动国家码） 、 MNC（移动网号） 、MSIN（移动用户识别码）组成。同样，对于在全球范围内的每一个小区，GSM 也 都规定了唯一的一个编号与之相对应，以达到以下目的： ? 移动台可以正确识别网络，使之在任何环境下可以选择接入合适的网络 ? ? 使网络实时了解移动台的位置，开展业务 使移动台可以向网络正确报告邻小区状况，进行切换网络的识别参数主要有位置区识别（LAI）小区全球识别（CGI）和基站识 别码（BSCI）几项。 位置区识别（LAI）87654321 octet 1 octet 2 octet 3Location Area Identification IEI MCC digit 2 1 1 1 1 MNC digit 2 MCC digit 1 MCC digit 3 MNC digit 129LAC LAC（continued）Location Area Identification information elementoctet 4 octet 5 octet 6位置区识别由以下几部分组成：MCCMNCLACLocation Area IdentificationStructure of Location Area Identification ? MCC（mobile country code）--移动国家号，由 3 位数字组成，编码范围为十进制的 000-999， 与 IMSI 的 MCC 相同，在这儿表示 GSM PLMN 所属的国家，MCC 的资源由国际电联（ITU） 统一分配，中国的 MCC 为 460。 ? MNC（mobile network code）--移动网号，与 IMSI 中的 MNC 一样由 2 个数字组成，编码范围 为十进制的 00-99，在这儿识别用户归属的移动通信网（PLMN） ，因为一个国家可能由多于一 个的 GSM PLMN 组成，MNC 由国家有关电信管理部门统一分配，目前中国有两个 GSM 网 络，中国电信与中国联通的 MNC 分别为 00 与 01。 ? LAC（location area code）--位置区号，用于识别 GSM 移动通信网中的一个位置区，最多为 2 个字节长度的 16 进制编码，其中“0000” “FFFF”为保留值，一个位置区可以包含一个或多 个小区。其大小由运行部门根据各个地区的 PCH 负荷情况及信令链路负荷情况去确定调整位 置区的大小小区识别（CI）全球小区识别（CGI） ? 小区识别 CI（cell identity）用来唯一的表示 PLMN 中的每一个小区，CI 由两个字节组成，在 十进制 0-65535 之间取值，同一位置区不可以有两个相同的小区识别码。87654321 octet 1 octet 2 octet 3Cell Identity IEI CI value CI value（continued）Cell Identity information element ?CGI 是在所有 GSM PLMN 中用作小区的唯一识别， CGI 的信息在每个小区广播的系统消息中 发送， 移动台根据 CGI 中的 MCC 与 MNC 来确定是否可以驻留于该小区， 同时判断当前的位 置区是否发生，以决定是否进行位置更新。CGI 是在位置区 LAI 的基础上再加上小区识别 CI30构成的，组成如下：MCC MNC LAC CILocation Area Identification Cell Global Identification (CGI)Structure of Cell Global Identification 基站识别码（BSIC） 基站识别码是分配给基站的一个本地色码,使移动台能够区分不同的邻小区，在小区的同步信道 （SCH）上的小区描述中发送。BSIC 一共有 6 比特长，其结构如下：NCC 3 bits PLMN colour codeBCC 3 bits BS colour codeStructure of BSIC ? NCC（network colour code） --网络色码，由 3 比特组成用于识别相邻不同的 GSM PLMN：在许多情况下，不同的 GSM PLMN 采用了相同的频率资源， 为了在这种情况下移动台还能接入网络，一般相邻 GSM PLMN 选择不同的 NCC。 ? BCC（base station colour code）--基站色码，由 3 比特组成 用于识别同一 GSM PLMN 中的基站和通知移动台 BCCH 的训练序列号。BSIC 码在以下两个消息中发送： 帧同步消息 8 7 6 5 BSIC T1 (middle) T1 (low) T2 T3’ (high) T3’ (low)Frame synchronization information element432 1 T1 (high)octet 1 octet 2 octet 3FN = TDMA frame number T1 (11 bits) = FN div ( 26 x 51) T2 (5 bits) = FN mod 26 T3' (3 bits) =(T3 - 1) div 10range 0 to 2047 range 0 to 25 range 0 to 431where T3 (6 bits)小区描述消息：= FN mod 51range 0 to 50876 5 4 3 Cell Description IEI NCC BCCH ARFCN(low part) BCC21 octet 1BCCH ARFCN (high art)octet 3Cell Description information element 每一个小区都分配一个 BSIC，在提供给移动台同步消息的 SCH 信道上发送，如果移动台在一给定 位置上能同时收到两个小区相同 BCCH 载频，则 BSIC 可以提供判断标准以避免混淆与冲突。 BSIC 主要用于区别使用相同 BCCH 载频的小区，主要有以下几种情况： 1. 当移动台在 RACH 上请求接入时， 邻小区有可能接收到， 为了避免这种情况的发生， RACH 将 编码突发脉冲与本小区 BSIC 相异或，只有正确的小区才可以正确的解码出突发脉冲。 2. 通知移动台本小区公共信令信道所采用的训练序列号 TSC，相应的 TSC 由该小区的 BCC 决 定。 3. 连接模式下，移动台根据 BCCH 上有关邻区表的规定，进行测量，在上行的测量报告中，对 于每一个定标频率， 都需指示相应的 BSIC， 如果邻小区有两个或两个以上含相同 BCCH 载频， 则基站可以依靠 BSIC 来区分，避免错误切换。 4. 移动台在连接模式下， 要进行上行的测量报告， 只报告与当前小区确实有切换关系的小区情况， BSIC 中的 NCC 即用于该目的，运营者可以通过“允许的 NCC”控制移动台只报告 NCC 在允 许范围内的邻区情况。 4.2 系统信息广播 小区的 BCCH 信道上向 MS 广播各种系统信息，如 SYSTEM INFORMATION TYPE 2 到 4 消息和可选 的 TYPE 1, 2bis, 2ter, 7, 8, 13, 15, 16 和 17 以及其他类型，这些系统信息周期性地在 BCCH 信道上广播， 通过这些消息中的相应信息，MS 能够决定是否和怎样来通过当前小区来接入系统。这些系统信息由 BSC 组装，放在 Abis 接口相应消息（BCCH INFOrmation）发送到 BTS，BTS 再周期性地将这些系统 信息从 BCCH 信道上发送出去。 在空闲模式下，网络通过 BCCH 信道可以传送系统消息 1，2，2bis，2ter，3，4，7，8，9 在专用模式下， 网络通过 SACCH 信道可以传送系统消息 5， 5bis， 5ter， 没有特定的次序， 6, 但在 SACCH 上没有消息要发时发送 系统消息提供以下信息: ? 当前网络、位置区和小区的识别 ? 用于小区选择和切换时对邻区测量需要的参数 ? 当前控制信道结构的描述 ? 控制随机接入信道利用的参数 ? 该小区支持的不同可选项的消息 ? 消息中属于 Phase 1 部分的长度BCCH 的映射32在 GSM 中， 每个 TDMA 帧包括 8 个时隙(TS0 至 TS7)， 并且都有一个帧号 FN。 TDMA 帧号是以 3h 28min 53s 760ms (2715648 个帧)为周期循环编号的。每 2715648 个帧为一个超高帧，每个超高帧有 2048 个超 帧组成，一个超帧持续的时间为 6.12s，每个帧持续时间为 6.12s/(51*26)=4.615ms；而每个超帧又是由 51 个 26 复帧或 26 个 51 复帧组成。 26 帧的复帧： 包括 26 个 TDMA 帧， 时间间隔为 4.615*26=120ms， 主要用于 TCH （SACCH/T 和 FACCH） 等业务信道 51 帧的复帧：包括 51 个 TDMA 帧，时间间隔为 4.615*51=235ms，主要用于 BCCH，CCCH，SDCCH 等控制信道。 MS 在空闲模式下为了有效工作需要大量的网络信息，而这些信息都将在 BCCH 上来广播。BCCH 是 个小容量的信道，每 51 复帧中仅有四帧（一个消息块） 。 BCCH+CCCH(下行) 51 复帧 F S B B B B C C C C F S C C C C C C C C F S C C C C C C C C F S C C C C C C C C F S C C C C C C C C N 规范中规定了在那些消息块来发送什么样的系统消息。 如下(其中 TC=(FN div 51) mod 8 ,即每个复帧 （51 帧）发送一条系统消息，每 8 个复帧循环一次) System Information 当 TC 等于几时发送 信道分配 Message TC=(FN div 51) mod 8 Type 1 0 BCCH Norm Type 2 1 BCCH Norm Type 2bis 5 BCCH Norm Type 2ter BCCH Norm 5或4 Type 3 BCCH Norm 2和6 Type 4 BCCH Norm 3和7 Type 7 7 BCCH Ext Type 8 3 BCCH Ext Type 9 4 BCCH Norm 注释：公式 TC=(FN div 51) mod 8 中 FN 为 TDMA 帧号，div 为整除 BCCH Norm 与 BCCH Ext 的区别在于，BCCH Norm 占用 51 复帧中的第 2 至第 5 帧；而 BCCH Ext 占用的是 51 复帧中的第 6 至 9 帧，这几帧通常是用于 CCCH 的。 当一个规定的系统消息不需要发送时，网络可以发送任何系统消息和空闲突发脉冲序列（网络要在 BCCH 信道上连续不断的发送消息） 。要遵从下列规则： BCCH Ext 可以和 PCH、AGCH 共享资源（请参考上面的注释） S ystem Information Type1 在使用跳频时或存在 NCH 信道时 （Notify Channel 信道， 属于 CCCH 的一种， 用于语音广播和群呼）必须发送。 如果需要，System Information Type 2 bis 或 2 ter 也被发送。如果只需要它们中的一种，那么将在 TC=5 时发送；如果都需要，2bis 在 TC=5 发送，2ter 至少在每个第 4 次出现 TC=4 时发送。 System Information Type 7 和 8 不是每次都需要。只有当 System Information Type 4 没有包含小区选择 所需的所有信息时才发送 是 否发送 System Information Type9 由 System Information Type3 中的相关参数决定，如果发送将是在 TC＝4 的消息块中 网络可以向 MS 发送 BCCH 调度信息： BCCH 调度信息在 9 消息中指定，3 消息中规定了是否存在 BCCH 调度，如果存在，哪里可以找到 9 消息 如果 MS 接收到调度信息，那么认定其在其有效直到接收到新的 BCCH 调度信息。 如果 MS 检测到 BCCH 的信息没有象预期的那样，那么 MS 需重新读取 3 和 9 消息来获得新的调度信 息。 系统消息的发送 在 GSM 规范中定义了的在 BCCH 信道上发送的系统消息，必需系统消息 2，3，4 和可选择的系统消 息 1，2bis，2ter，7，8 及其它都规则的在 BCCH 上广播。那些不必须发送的系统消息，是由网络操作 者根据网络的情况，决定是否发送。33系统消息类型 1 在系统采用跳频时或存在 NCH 信道时必须发送，其它情况可以不发送也可以发送， 有操作者决定。 消息当且仅当 2 消息和 2bis 消息的 Neighbour Cell Description 信息元素中的 EXT-IND 2bis 比特指示每个信息元素仅包含部分 BA 时才发送。 2ter 消息当且仅当 3 消息中指示存在 2ter 消息时才会 发送。只支持 P-GSM 的手机应认为 2 消息的 Neighbour Cell Description 信息元素中的 EXT-IND 比特为 剩余比特，认为 2 消息中携带了完整的 BA 表并且忽略 2bis 和 2ter 消息。7 和 8 在 4 不能包含所有的小 区重选参数时必须发送，发送位置在 CCCH 信道上（即扩展的 BCCH 信道） 。在不满足上述条件时，这 些系统消息可以发送，也可以不发送。网络操作者可以设置系统是否发送系统消息 1，7 或 8。 建议发送系统消息类型 1。 系统消息类型 7 和系统消息类型 8 的发送位置为 CCCH 信道，若发送系统消息类型 7 和类型 8 必须占 用一定的 CCCH 信道资源，所以在不一定要发送时，建议不发送系统消息类型 7 和类型 8。在系统采用 小区广播信道（CBCH）时，系统消息类型 4 可能不能包含所有的小区重选参数。这时应注意系统消息 类型 4 是否能包含所有的小区重选参数，若不能则应将系统消息类型 7 和类型 8 打开。 如果有附加的小区重选参数，3 消息中肯定要包括。另外 4 消息或 7 与 8 消息两者之间必有其一包含 这些参数。 为了降低移动台的功耗，MS 采用 DRX（不连续接收机制） ，在不需要接收寻呼消息的时间段里，它 应该去测量非服务小区的 BCCH 载波的强度（可以测量属于 BCCH 的任何部分，因为 BCCH 信道在任 何时刻 BTS 都是以满功率发射的） ，同时也包括服务小区的强度。MS 至少每 30S 要解码服务小区的 BCCH 的全部数据。但 MS 并不是总是解码当前小区 BCCH 上的所有系统消息。MS 必须在 5min 内解 码 6 个最强载波的影响小区重选的 BCCH 数据，即 MS 会解码邻小区的 3 和 4 消息。 双频网中增加了两种新的系统消息 2ter 和 5ter。单频或双频 MS 都会从系统消息听取供小区重选和切 换的邻小区表。与当前小区不属同一频段的相邻小区的频点分配消息将被携带在新增的系统消息中， 2ter 为重选，5ter 为切换。 单频 MS 会使用 2 和 3 消息所指示的频点， 必要时还会去收听 2bis 和 5bis 指示的该频段其他频点的消 息 SYS INFO 2 SYS INFO 2bis SYS INFO 2ter SYS INFO 5 SYS INFO 5bis SYS INFO 5ter GSM900 小区 GSM900 邻小区表 GSM1800 邻小区表 GSM1800 小区 GSM1800 邻小区表 GSM1800 邻小区表 GSM900 邻小区表 剩余 8 位组是为了在以后的阶段中介绍更多的信息。仅被 PHASE 2 的 MS 解码 SYSTEM INFORMATION TYPE1 包含小区信道描述＋RACH 控制参数 消息一的剩余 8 位组中指出了是否支持 NCH 信道（用于语音广播和语音群呼）及如果支持其在物理信 道上的映射34SYSTEM INFORMATION TYPE2 包含邻小区的 BCCH 频点描述（BCCH,用于小区选择和重选）+允许的 NCC（决定了 PLMN）＋RACH 控制参数。其中 BCCH 频点描述中是否包含本小区的 BCCH 频点可以由系统的一个参数决定 有个重要比特： EXT-IND 是否已经完全携带了完整的 BA 表，0 是 1 否 BA-IND 用于指示是空闲模式的 BA 表还是专用模式下的 BA 表 0 专用模式 1 空闲模式SYSTEM INFORMATION TYPE2bis 扩展邻小区的 BCCH 频点描述＋RACH 控制参数 2bis 消息当且仅当 2 消息和 2bis 消息的 Neighbour Cell Description 信息元素中的 EXT-IND 比特指 示每个信息元素仅包含部分 BA 时才发送。 SYSTEM INFORMATION TYPE2ter 扩展邻小区的 BCCH 频点描述 2 2ter 消息当且仅当 3 消息中指示存在 2ter 消息时才会发送。SYSTEM INFORMATION TYPE3 小区识别 CI＋位置区识别 LAI＋控制信道描述＋小区选项(BCCH 中的 cell options)＋小区选择参数＋ RACH 控制参数 在双频网中，消息 3 增加了两个新的字段： 早期类别发送控制(EARLY CLASSMARK SENDING CONTROL)，指示了多频 MS 是否有权通过 BTS 向 BSC 发送早期类别修改信息。单频网络中要禁用。 系统消息 2ter 指示(SYS INFO 2Ter INDICATOR)，指示多频 MS 系统还存在 SYS INFO 2ter35SYSTEM INFORMATION TYPE4 位置区识别 LAI+小区选择参数＋RACH 控制参数＋CBCH 信道描述＋CBCH 移动配置（CBCH 是用于 短消息广播的信道，如果存在这个短消息广播，那么 4 消息中规定了在哪里能找到 CBCH 信道，CBCH 移动配置是用于跳频指示的） 消息 4 的格式随 PI 的值不同而有所不同36SYSTEM INFORMATION TYPE5 邻小区 BCCH 频点描述SYSTEM INFORMATION TYPE5bis 扩展邻小区 BCCH 频点描述 5bis 消息当且仅当 5 消息和 5bis 消息的 Neighbour Cell Description 信息元素中的 EXT-IND 比特指示每 个信息元素仅包含部分 BA 时才发送。 只支持 GSM900 的 MS 可以认为 5 消息中的 EXT-IND 比特为空， 认为 5 消息中已经携带了完整的 BA 表。忽略 5bis 消息。 SYSTEM INFORMATION TYPE5ter 扩展邻小区 BCCH 频点描述 SYSTEM INFORMATION TYPE6 小区识别 CI＋位置区识别 LAI＋小区选项，如果存在语音群呼，那么关于这些的许多参数也在 6 消息 中37SYSTEM INFORMATION TYPE7 小区重选参数 SYSTEM INFORMATION TYPE8 小区重选参数 小区信道描述中包含该小区使用的所有频点，包含 BCCH 频点和跳频频点，有一个比特标识某频点是 否为跳频频点。占用 17 个 8 位组。小区信道描述的格式有如下格式： bitmap0，GSM900 单频 MS 只支持 bitmap0 格式，最多含 64 个频点；而这种格式也仅仅用于 GSM900 1024 range，最多含 16 个频点（不含 BCCH 频点） 512 range，最多含 17 个频点（不含 BCCH 频点） 256 range ，最多含 21 个频点（不含 BCCH 频点） 128 range ，最多含 29 个频点（不含 BCCH 频点） variable bitmap ，最多含 64 个频点（需要与 BCCH 频点相邻） 。这种格式仅仅用于 DCS1800。 RACH 控制参数中包括 MAX RETRANS（最大重传次数 1，2，4，7） ，TX INTEGER(传输分布的时隙 数)、CELL BAR ACCESS（小区是否被禁止接入） 、RE（呼叫重建允许比特） 、EC（普通用户紧急呼叫 允许比特） ，AC(被限制接入的用户级别) 邻小区 BCCH 频点描述分为空闲模式和专用模式两种情况。空闲模式的 BA 表在 BCCH 中发送，用于 MS 的小区选择和重选，一般把所有频点都加入。专用模式下的 BA 表用于指示 MS 哪个 BCCH 载波用 于切换监测。 控制信道描述包括 ATT(MS 附着和分离允许指示)、BS AG BLKS RES、CCCH CONF、BA PA MFR MS、 T3212 小区选项 PWRC、DTX 、RADIO LINK TIMEOUT 小区选择参数 小区重选滞后值、MS TXPWR MAX CCH、RXLEV ACCESS MIN。 小区重选参数 PI、CBQ、CRO、TO、PT 五、 实验步骤1．点击系统界面“系统配置管理实验” ，依次填入 GSM 基站基本参数 MCC（中国 460） 、MNC（00 移 动，01 联通） 、LAC 以及 CI 值，选择“确定” ，启动基站。观察界面右下角的显示框里输出的基站根据 上述参数生成的系统广播帧及其相应内容。3839实验二 移动台入网过程实验一 实验目的 了解移动台（手机）的入网过程。 了解移动台（手机）的位置更新过程 二 预备知识 了解 GSM RR 子层协议 了解信道请求和立即指派过程 了解位置更新过程 三 实验仪器 GSM 基站实验系统 手机一部 四 实验原理 1 RR 子层协议 RR 子层的作用主要是建立、维护及释放无线连接，从而允许 MS（Mobile Station）与网络进行点到点 通信，这包括：小区的的选择和重选，以及切换等，RR 子层还包括守听单向 BCCH 和 CCCH 通道的功 能，从而实现自动小区切换。 空闲模式（Idle mode） 在此模式下没有 RR 连接存在，在 MS 侧 RR 子层实现自动小区选择及重选，RR 实体将通知上层 BCCH/CCCH 通道不可用，或小区的改变，当小区或其相关部分改变时，上层还将收到 BCCH 的广播 消息。 在空闲模式，上层可以要求 RR 子层建立 RR 连接。 专用模式(Dedicated mode) 在该模式下，已经有 RR 连接存在，RR 连接是一个物理的点到点双向连接，包括一个工作在多帧 模式下 SAPI=0 的数据链路连接。在该模式下，RR 实体提供以下服务： ? 在数据链路层建立和释放多帧操作。 ? ? ? ? ? ? ? 通过数据链路层传输消息 指示传输暂时的不可用、阻塞和恢复 指示 RR 连接的丢失 自动小区重选和切换，从而保持 RR 连接 设置或改变物理通道的传输模式，包括通道类型，编码/解码/变换方式及加密设置。 分配、释放额外的通道（在 TCH/H+TCH/H 方式） 释放 RR 连接RR 子层的信令过程 空闲模式 在空闲模式，网络将在 BCCH 通道上定时广播以下消息： SYSTEM INFORMATION TYPE 2~4 或 SYSTEM INFORMATION TYPE 1，2bis，2ter，7，8，13，15，16，17 MS 依据这些消息决定是否以及如何访问当前的小区，所广播的消息包括以下一些内容： ? 关于标识当前网络，位置区和小区的消息 ? ? 候选小区信号强度测量信息以实现切换和小区选取 关于当前控制通道结构的信息40? ?关于访问 RACH 通道的信息 PHASE 1 协议消息长度RR 连接建立 MS 发起建立过程 RR 子层响应以下消息时，将建立 RR 连接： ? MM 子层或 LLC 层请求进入专用模式 ? RR 实体响应 PAGING REQUEST 消息 RR 实体在建立 RR 连接时，将在 RACH 通道上发最多 M+1 个 CHANNEL REQUEST 消息（M 是 BCCH 广播的参数， “max retrans”。 ） 在发送完一个 CHANNEL REQUEST 消息后， 将在 BCCH 和 CCCH 通道上守听， MS 发送完所有 M+1 个消息后，RR 实体启动定时器 T3126，如果 T3126 超时，MM 子层放弃通道分配过程。 网络侧在接收到 CHANNEL REQUEST 消息后，在 CCCH 通道（接收到 CHANNEL REQUEST 消息 的通道） 上发送 IMMEDIATE ASSIGNMENT 消息或 IMMEDIATE ASSIGNMENT EXTENDED 消息响 应。这两个响应消息的不同之处在于 IMMEDIATE ASSIGNMENT 消息包含一个 MS 的的分配信息， 而 IMMEDIATE ASSIGNMENT EXTENDED 消息同时包含两个 MS 的信道分配消息。 MS 在收到 IMMEDIATE ASSIGNMENT 消息后，将切换到分配的通道上，将该通道标识为信令专用 通道， 并发送一个包含第三层消息的第二层 SABM 帧。 在这里， 第三层消息是指 PAGING RESPONE， 第三层消息还可以是以下一些： ? CM SERVICE REQUEST ? LOCATION UPDATING REQUEST ? IMSI DETACH ? CM RE-RESTABLISHMENT REQUEST ? NOTIFICATION RESPONSE ? IMMEDIATE SETUP ? RR INITIALISATION REQUEST 如果没有可以分配的通道，网络侧将向 MS 发 IMMIDIATE ASSIGNMENT REJECT 消息，MS 在接收 到该消息后，停止发送 CHANNEL REQUEST 消息，启动定时器 T3122，和 T3126，然后在 CCCH 通 道上守听，直到 T3126 超时，如果在此期间收到通道分配消息，则按前所述进行处理，否则 MS 回到 IDLE 状态。 在 T3122 超时之前，MS 不允许在同一个小区内建立新的 RR 连接，除非在紧急呼叫时没有收到 IMMEDIATE ASSIGNMENT REJECT 消息。 如果 MS 在最后接收到的 SYSTEM INFORMATION TYPE 3 消息中指示要求 MS 发送等级标识，则 MS 将向网络发送 CLASSMARK CHANGE 消息。 2、移动台开机搜索网络的过程 当移动终端 MS 开机或者从盲区进入覆盖区时，手机将寻找 PLMN（公共陆地移动网络）允许的所 有频点，搜寻最强的 BCCH 载频，接收到 FCCH 信道信息，锁定到一个正确载频频率上。紧接着，MS 开始解码 SCH 信道上与同步有关的信息。这时，MS 也可以接收 BCCH 信道上有关小区信息的系统消 息了。MS 比较系统消息中所携带的本小区的 LAI 和手机中所存储的 LAI。如果两者相同， 则触发 IMSI 附着过程。否则，则触发正常位置更新。本实验主要进行 IMSI 附着的信令过程，及其 MSC/VLR 数据 库中对于此 MS 记录的改变情况。而正常的位置更新过程将在移动性管理实验中介绍。GSM 网络中位 置更新程序包括三类：IMSI 附着、正常位置更新、周期性位置更新。从信令角度上看，周期性位置更41新的信令过程同 IMSI 附着相似，目的是周期性向网络报告 MS 的可达性。有了周期性的位置更新，当 移动台开机进入盲区的时候，MS 就不会向网络进行周期性的位置更新，网络就将此 MS 标记为隐含关 机状态，这时如果有其他的 MS 呼叫此 MS，MSC/VLR 就不会对此 MS 进行呼叫，而是直接告诉主呼 的 MSC/VLR，被叫 MS 不在服务区。从而避免了不必要的寻呼过程，节省了资源。3、IMSI 附着的信令过程介绍 图 5.2.1-1 是 MS 进行 IMSI 附着的信令过程。由于 IMSI 附着是一个由 MM 层完成的特定程序。 MM 层消息交互的建立是以 RR 层连接建立为前提的。信令过程中，首先是 MS 收到来自基站（BS）的 系统消息，其中包含了基站广播的本小区的 LAI 号，由于这个 LAI 号同 MS 中先前存储的 LAI 号相同。 即表示 MS 上次关机时所处的位置区同现在开机时所处的位置区相同。从而 MS 开始 IMSI 附着的信令 过程。 首先，是 MS 和 BS 之间建立 RR 连接的过程。这个过程我们在 4.1.4 节中已做了具体的介绍。这 里在（1） （3）步中再做简单的介绍。 （2） （1）MS 在 RACH 随机接入信道上发送 CHANNEL REQUEST 消息； （2）BS 收到 CHANNEL REQUEST 消息后，在下行的 AGCH 接入许可信道上发送 IMMEDIATE ASSIGNMENT 消息，其中包括 BS 给 MS 分配的专用控制信道的物理信息。MS BS MSC/VLRBCCH RACH AGCH DCCHSYSTEM INFORMATION CHANNEL REQUEST RR连接建立 IMMEDIATE ASSIGNMENT LOCATION UPDATING REQUEST L2-UA AUTHENTICATION REQUEST AUTHENTICATION RESPONSE LOCATION UPDATING ACCEPT CHANNEL RELEASE CLEAR 鉴权过程 请求IMSI附着RR连接释放L2-DISCL2-UA图 5.2.1-1MS 进行 IMSI 附着的信令过程42（3）收到 IMMEDIATE ASSIGNMENT 信息，MS 的调整到分配的专用信道上，发送 SABM 帧，其中 包含的层 3 消息为 LOCATION UPDATING REQUEST， 这个消息中包含的参数有： 位置更新的类型 （可 以是正常位置更新、IMSI 附着或者周期性位置更新，则这里位置更新类型就是 IMSI 附着） ；MS 所在 位置域的 LAI；MS 的 IMSI。 （4）BS 收到包含有 LOCATION UPDATING REQUEST 内容的 SABM 帧后，所做的操作：①向 MS 回 发 SABM 的响应 UA 帧，UA 帧的内容同 SABM 中的内容完成相同，MS 收到内容与 SABM 完全相同 的 UA 帧后， MS 的数据链路层进入证实传递模式②BS 将 LOCATION UPDATING REQUEST 消息转 则 发给 MSC/VLR。因为 MM 层的程序执行是由 MSC/VLR 完成的。 （5）MSC/VLR 收到 LOCATION UPDATING REQUEST 消息，则要进行位置更新程序。则位置更新程 序之前，要进行 MM 层的一个公共程序，也就是鉴权程序，鉴权程序的目的是确认移动台通过空中接 口传送的 IMSI 是否为合法的签约 IMSI，即鉴别用户 SIM 卡的真实性，防止无权用户接入网络。在每 次位置登记，呼叫（主呼与被呼）建立，或执行某些补充业务的登记、删除前均需要鉴权。鉴权的执行 过程如下：MSC/VLR 向 MS 发送鉴权请求消息 AUTHENTICATION REQUEST。在 MSC/VLR 中存储 了来自 AUC 鉴权中心的用户三参数组（RAND、SRES、Kc） 。SRES 是由随机数 RAND 和密钥 Ki 通过 A3 算法得到的符号响应。MSC/VLR 通过鉴权请求消息将随机数 RAND 发送给 MS。MS 的 SIM 卡中 也存储有密钥 Ki 和 A3 算法的程序。因此 MS 收到 RAND 后，让随机数 RAND 和密钥 Ki 通过 A3 算 法得到符号响应 SRES’，并且将 SRES’通过鉴权响应消息 AUTHENTICATION RESPONSE 发送给 MSC/VLR。MSC/VLR 比较 SRES 和 SRES’。若两者相同，则表示 MS 是合法的用户，鉴权成功；否则 鉴权失败，向 MS 发送 LOCATION UPDATING REJECT 消息。为了保证空中接口数据的安全性，网络 还可以在鉴权之后启动加密程序。在加密模式下，空中接口上的数据首先都要进行加密，接收端进行相 应的解密，但这个过程并不是必须的。由网络运营商设备所决定。 （6）鉴权过程完成之后，MSC/VLR 对 LOCATION UPDATING REQUEST 消息进行处理。MSC/VLR 在其维护的参数列表中寻找同 LOCATION UPDATING REQUEST 消息中包含的 IMSI 相同的那行记录， 将其中“是否附着”这一项标识为“已附着” ；并向 MS 发送 LOCATION UPDATING ACCEPT 消息。 （7）在 LOCATION UPDATING ACCEPT 消息或者 LOCATION UPDATING REJECT 消息发送完毕后， IMSI 附着过程完成， 开始链路释放的过程。 MSC/VLR 向 BS 发送 CLEAR 消息， 收到 CLEAR 消息， BS 则向 MS 发送 CHANNEL RELEASE 消息。MS 收到 CHANNEL RELEASE 消息，则向 BS 发送数据链 路层 LAPDm 的 DISC 帧。 收到 DISC 帧后， BS 将释放 MSC 与 BS 之间的链路； 并向 MS 回送对于 DISC 帧响应的 UA 帧。MS 收到 UA 帧后， 则进入空闲状态，释放 RR 连接。至此， 整个 IMSI 附着过程完成。4、MS 关机的信令过程介绍 图 5.2.1-2 是关机的信令过程。关机的过程同其他的过程相同，开始是 MS 和 BS 之间进行 RR 连接 的建立过程。之后在 MS 发向 MSC/VLR 的 SABM 帧中就包含消息 IMSI DETACH INDICATION。收到 这条消息以后，MSC/VLR 就将与此 MS 对应的记录改为“未附着”状态。43MSBSMSC/VLRCHANNEL REQUEST RACH AGCH DCCH L2-UA IMMEDIATE ASSIGNMENT IMSI DETACH INDICATION 请求IMSI分离 RR连接建立CHANNEL RELEASECLEAR RR连接释放L2-DISC L2-UA图 5.2.1-2 MS 关机的信令过程 MSC/VLR 维护 IMSI 的附着与否，作用在于当别的 MS 呼叫此 MS 时，MSC/VLR 对此 MS 寻呼之 前， 先查看是否附着这一位， 若已附着则进行正常的寻呼， 否则就不进行寻呼， 直接告诉对方的 MSC/VLR 此 MS 未开机或者不在服务区。5、位置更新过程44MSCH REQ(1)BTSCH RQD(2) CH ACT(3) CH ACT ACK(4)BSCMSCIMM ASS CMD(5) IMM ASS(6) SABM(7) EST IND(8) UA(10) IDENTITY REQ(12) IDENTITY RSP(13) IDENTITY RSP(14) AUTH REQ(15) AUTH REQ(16) AUTH RSP(17) AUTH RSP(18) CIPH MODE CMD(19) CIPH MODE CMD(20) CIPH MODE CMD(21) CIPH MODE CMP(22) CIPH MODE CMP(23) LOC UPDATE ACC(24) LOC UPDATE ACCEPT(25) TMSI REALL CMP(26) TMSI REALL CMP(27) CLEAR CMD(28) CHANNEL RELEASE(29) DEACT SACCH(30) DISC(31) UA(32) REL IND(33) RF CH REL(34) RF CH REL ACK(35) CLEAR CMP(36) SCCP REL(37) SCCP REL ACK(38) LOC UPDATE REQ(9) IDENTITY REQ(11)图图 5.2.1-3 手机位置更新流程 手机首先从小区的 RACH 信道向 BTS 发送信道请求（CH REQ：Channel Request） ，BTS 收到处理后向 BSC 发送信道要求（CH RQD：Channel Required） ；BSC 收到后向 BTS 激活 SDCCH 信道（CH ACT） ， BTS 激活信道后回确认消息（CH ACT ACK） ；BSC 收到后向 BTS 发立即指配命令（IMM ASS CMD） ， BTS 收到后在 AGCH 信道上向该手机发送立即指配（IMM ASS） ，手机收到后发送 SABM，BTS 发送 UA 给手机。同时 BTS 向 BSC 发送信道建立指示（EST IND） ，其中包含手机的位置更新请求，BSC 将 手机的位置更新请求通过 CR（LOC UPD REQ）发送给 MSC，MSC 收到后给 BSC 回 CC 消息。以上完 成手机和 BTS 的 SDCCH 建链过程，并且从 SDCCH 将位置更新信息发给 MSC，MSC 在进行可选的加 密模式选择后向手机发送位置更新接受消息（LOC UPD ACCEPT） 。接着 MSC 向 BSC 发送清除消息 （Clear CMD） ；BSC 回清除完成（Clear COM） ，同时向 BTS 发送 SDCCH 释放消息（CH REL）以及 SACCH 信道去激活消息（DEACT SACCH） ；BTS 收到后向手机发送信道释放消息（CH REL） ，手机 要求 BTS 释放无线链路（DISC） ，BTS 回释放确认（UA）同时向 BSC 报告信道释放指示；接着 BSC 向 BTS 发送无线信道释放（RF CHL REL） ，BTS 回确认消息（RF CHL REL ACK）完成整个无线信道 的释放过程。 1、 信道请求：MS 通过动态地在 RACH 信道（随机接入信道）上发送一个随机接入脉冲向一个（BTS） 基站收发信台申请一条信道。在信道请求消息中包括了建立的原因，这个原因可能是“应答寻呼”、45“紧急呼叫”、“其他业务（移动主叫，短消息业务）”或“其他”，比如位置更新。此外，这条消息还 包括随机参数，移动台（MS）随机的选 5 个比特作为随机参数。这些参数的作用是：当两个移动 台同时接入网络时，网络能运用这些参数来区分这些移动台。 2、 申请信道：基站收发信台向基站控制器发一条申请信道消息。通过这条消息，基站收发信台进一步 向基站控制器传递由移动台发起的信道请求。实际上，申请信道消息中除了包含信道请求消息中的 一些消息外，还包括通过基站收发信台加入的一些消息。基站收发信台一直在计算信道的数目，在 这种情况下，上行的 CCCH（RACH-脉冲）信道的数量也被包括在内，申请参数直接从信道请求消 息中来。这样，初始时间提前量（接入延迟）就由基站收发信台加入到这条消息中。 3、 信道激活：基站控制器向基站收发信台发送一条信道激活消息。收到从基站收发信台发来的申请信 道消息后， 基站控制器开始按照一定的条件为此次呼叫寻找和分配 SDCCH 信道， 其中最重要的是： 分配给哪个基站收发信台以及此 SDCCH 的信道组合。此消息中包含的参数有：DTX 控制、信道的 ID（识别） 、信道描述和移动分配、移动台和基站的最大功率电平、基站控制器计算的有关此次接 入的初始时间提前量。 4、 信道激活证实：对信道激活消息的应答。当基站收发信台收到这条消息后，它开始发送和接受 SACCH 信道，在这条消息中用到的参数是接收到的信道激活消息的功率电平。 5、 立即指配命令：基站控制器告诉基站收发信台关于被使用的 SDCCH 信道。 6、 立即指配：基站分系统通过 AGCH 信道告知移动台有关使用的 SDCCH 信道的情况。实际上，这条 消息是一条从网络向移动台发的从 AGCH 信道转到先前定义的 SDCCH 信道工作的指令。 在这条消 息中，包括的参数有：寻呼方式、SDCCH 信道描述、随路 SACCH、跳频、申请参数（与建立原因 相同） 、初始时间提前量和频率分配（跳频应用） 。 7、 位置更新请求：位置更新请求消息由 MS 向网络发送，用以请求位置更新。 8、 位置更新请求（建立指示） ：BTS 通过返回的建立指示消息来确认立即指配命令。建立指示消息有 两种用途。首先，建立指示消息从基站收发信台的角度出发，指出移动台目前正在 SDCCH 信道上。 这样，基站收发信台向基站控制器发一消息，指示现在移动台的 CM 业务请求正在所描述的这种 SDCCH 信道上传送。另外，基站收发信台将识别这一连结并把接收到的第 3 层的消息加入到这条 消息中。 9、 位置更新请求：位置更新请求消息作为一个连接请求（CR）消息传向 MSC。 10、 无编号确认（UA） ：无编号确认通常是建立第二层 LAPDm 链路时的第二层确认。 11、 识别请求：实际上这是用来检查 IMEI 的一个识别过程。IMEI（国际移动设备识别码） 。这种请求 由设备识别寄存器（EIR）发起用以控制移动台的硬件部分。通常，不是每次呼叫建立都要做；典 型值（在 VLR 内设置）是每 20 次呼叫建立检查一次。网络还要求用户的 IMSI 以防与网络端失去 联系。举个例子，移动台想通过 TMSI 建立一次呼叫，但网络丢失了 TMSI。这种情况下，网络除 了询问移动台外没有其它方法识别用户。识别请求作为一个连接确认（CC = Connection Confirm） 消息发送。 12、 识别请求：GSM 把识别请求消息传向移动台。 13、 识别响应：移动台对识别请求发送包含移动识别消息的响应。 14、 识别响应：消息继续被传向 MSC。 15、 鉴权请求：移动交换中心发送一条鉴权请求消息作为 CC（连接证实）消息给 BSC。这条消息包 括 RAND。 16、 鉴权请求：BSC 通过 BTS 把消息传送给 MS。 17、 鉴权响应：MS 以带符号的响应结果来响应鉴权请求。鉴权响应通过 BTS 被送往 BSC。 3 在 MS 鉴权过程中，使用两种算法 A3 和 A8。这些算法和 32-数字密钥被存储在 SIM 卡中。当 网络申请移动台的鉴权，AUC/VLR 发送 32 位十进制随机数字给 MS。MS 接着计算带符号的响 应（SRES）并把它回送给 VLR。VLR 把接收到的 SRES 和从先前 AUC 的鉴权组内部接收到的 SRES 作比较。如果这些 SRES 相同，鉴权成功，MS 可以继续呼叫。你可以注意到，KI 的前 8 个数字被用来鉴权和 SRES 算法，剩下的 24 个数字被保留用作密钥算法。 18、 鉴权响应：为了完成鉴权过程，从 MS 来的 SRES 的值在消息内部被送回 VLR。 19、 加密模式命令：MSC 要求 BSC 从无线通路开始加密。假如网络想要在无线接口开始加密，需要 在 A 接口发送消息。如果网络使用加密，那么 MS 在接收到此消息以后开始加密。 20、 加密命令： BSC 把加密消息储存到它的存储器中然后向 BTS 发送一个加密命令来发起加密模式操 作。4621、 加密模式命令：GSM 告知 MS 加密的初始，开始接收被加密模式。 22、 加密模式完成：MS 确认加密命令。 23、 加密模式完成：如果正在进行加密，而且这是在空中接口中的第一条加密的消息。GSM 确认加密 命令，通知 MSC 移动台已经开始加密并开始以加密模式发送消息。 24、 位置更新接受：MSC 发送位置更新接受消息给移动台以指示更新已经完成。 25、 位置更新接受：位置更新接受消息被 GSM 传到移动台。 26、 TMSI 再分配完成：当 MS 接收到 TMSI 再分配命令消息后，把 LAI 储存在 SIM 卡中。如果接收 到的身份识别是 MS 的 IMSI，它就把先前储存的 TMSI 删除。如果接收到的身份是 TMSI，MS 把 它存储在 SIM 中。在这两种情况下，MS 将发送一条 TMSI 再分配完成消息给网络。 27、 TMSI 再分配完成：TMSI 再分配完成消息送往 MSC。 28、 清除命令：这个消息由 MSC 发出，用来释放所有相关的资源，也就是与这个通话过程相关的 GSMAP。 29、 释放信道：使正在使用的 TCH 停止活动。这个消息是由 BSC 发向 MS 的。另外，它也被称为“第 三层 的断开消息” 。在正常的呼叫建立情况下，呼叫原因为“正常”。 30、 DEACTIVE_SACCH（慢速随路控制信道） ：BSC 向下行发送这个消息，BSC 禁止向 MS 传送系 统消息。事实上，此时已经没有在 SACCH 上接收/ 发送任何消息的必要了，因此它将被去活。 31、 DISC：MS 将发送第 2 层帧以拆除在上行方向上的连接，并通知 BTS 在 TCH/FACCH