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GSM全球移动通信系统概述
► 无线通信系统的基本概念、蜂窝通信
► GSM系统组成、网络结构、接口与协议、业务功能
► GSM无线传输原理、
标准
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、语音编码、信道编码与调制解调
► 移动台登记、漫游、切换、呼叫接续过程
1 蜂窝无线通信系统的基本概念
1.1无线通信系统的定义
表1.1列出了用来描述无线通信系统基本要素的术语定义。
表1.1 无线通信系统要素定义
术语
定义
基站
移动无线系统中的固定站台，用来和移动台进行无线通信。基站建在覆盖区域 的中央或边缘，包含无线信道和架在塔上的发射与接收天线
控制信道
用于呼叫建立，呼叫请求，呼叫初始化和其他标志及控制用途
前向通道
用于从基站向用户传送信息的无线信道
全双工系统
同时允许双向通信的通信系统。发送和接收一般使用两个不同的频道（例如FDD），而新的无绳或个人通信系统使用TDD技术
半双工系统
使用一条信道来发送和接收，只允许单向通信的通信系统。在任一个指定的时刻，用户只能发送或接收信息
切换
将移动台从一个信道或基站切换到另一个信道或基站的过程
移动台
在蜂窝移动服务中，计划在不确定的地点并在移动中使用的终端
移动交换
/中心
在大范围服务区域中协调呼叫路由的交换中心。在蜂窝系统中，移动交换中心将蜂窝基站和用户连到公用交换电话网上。移动交换中心也叫作移动电话交换局
寻呼
将简短的信息广播到整个服务区域中，一般通过许多基站同时广播的方式进行
反向信道
用来从移动用户向基站传输信息的无线信道
漫游
移动台可以在不是最初登记的区域内通信
单工系统
只提供单向通信的通信系统
用户
使用移动通信服务而付费的使用者
收发信机
能同时发送和接收无线信号的设备
频分双工（FDD）中，一对有着固定频率间隔的单向信道用作系统中的特定无线信道。在美国的AMPS标准中，反向信道比前向信道的频率低45MHz(即手机的发比收低45MHz)。模拟无线系统只采用FDD。
时分双工（TDD）方式，在时间上分享一条信道，将其一部分时间用于从基站向用户发送信息，而其余的时间用于从用户向基站发送信息。如果信道内的数据传输速率远大于终端用户的数据速率，就可以存储用户数据，即使在同一时刻不存在两条同步无线传输信道，仍能给用户提供全双工操作。TDD只在数字传输和数字调制时才可以使用。
1.2 蜂窝无线通信系统
蜂窝概念是解决频率不足和用户容量问题的一个重大突破，是一种系统级的概念。其思想是用许多小功率的发射机（小覆盖区）来代替单个的大功率发射机（大覆盖区），每一个小覆盖区只提供服务范围内的一小部分覆盖。每个基站分配整个系统可用信道中的一部分，相邻基站则分配另外一些不同的信道，这样基站之间（以及在它们控制下的移动用 户之间）的干扰就最小。只要基站间的同频干扰在可以接受的范围以内，可用信道就可以尽可能的复用。
1.2.1 频率复用
蜂窝无线系统依赖于整个覆盖区域内信道的分配及复用。每一个蜂窝基站分配一组无线信道，这组无线信道作用于一个小区。给相邻小区的基站分配一个信道组，所包含的信道全部不能在相邻小区内使用。通过将基站天线的覆盖范围限制在小区边界以内，相同的信道组就可用于覆盖不同的小区，只要距离足够远，相互间的干扰就可以接受。为整个系统中的所有基站选择和分配信道组的
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
过程就叫做频率复用（Frequency Reuse）。
现在考虑一个共有S个可用的双向信道的蜂窝系统。如果每个小区都分配k个信道（k
检测
工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训
到的信号电平的下降不是因为瞬时的衰减，而是由于移动台正在离开当前服务的基站，所以基站在准备切换之前先对信号监视一段时间。
1.2.3 信道分配
信道分配策略可以分为两类：固定的和动态的。
在固定的信道分配策略中，每个小区分配给一组预先确定好的语音信道。小区中的任何呼叫都只能使用该小区中的空闲信道，如果该小区的所有信道都已被占用，则出现呼叫阻塞。有一种借用策略，就是当某小区的所有信道都已被占用，则允许它从相邻小区中借用信道并且不影响借出小区的任何一个正在进行的呼叫，该过程由移动交换中心（MSC）来管理。
在动态的信道分配策略中，语音信道不是固定地分配给各个小区。每次呼叫请求来的时候，为它服务的基站就向MSC请求一个信道，交换机则根据一种算法给发出请求的小区分配一个信道，当然这种算法必须考虑到避免同频干扰。动态的信道分配策略可以减小阻塞的可能性，系统中的所有可用信道对于所有小区都可用。
1.2.4 干扰
干扰是蜂窝无线系统性能的主要限制因素，是系统增加容量的重要瓶颈。蜂窝系统中两种主要的干扰是：同频干扰和邻频干扰。
同频干扰
使用同一组频率的同频小区之间的信号干扰叫做同频干扰，减小同频干扰必须在物理上隔开一个最小的距离。
假设每个小区的大小都差不多，基站也都发射相同的功率，则同频干扰比例与发射功率无关，而变为小区半径R和相距最近的同频小区的中心之间距离D的函数。增加D/R的值，同频干扰减小。参数Q叫做同频复用比例，与簇的大小有关。对于六边形来说，Q表示为：Q = D/R =
。Q的值越小，则容量越大；但是Q的值大则同频干扰小。
邻频干扰
来自所使用信号频率的相邻频率的信号干扰叫做邻频干扰。邻频干扰是由于接收滤波器不理想，使得相邻频率的信号泄漏到了传输带宽内而引起的。
邻频干扰可以通过精确的滤波和信道分配而减到最小。通过使小区中的信道间隔尽可能的大，邻频干扰会减小。通过顺序地将连续的信道分配给不同的小区，许多分配
方案
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可以使得在一个小区内的邻频信道间隔为N个信道带宽，其中N是簇的大小。有些信道分配方案还通过避免在相邻小区中使用邻频信道来阻止一些次要的邻频干扰。
1.2.5 小区分裂
随着服务需求的提高，实际中使用了小区分裂、裂向和覆盖区域逼近等技术来增大蜂窝系统容量。
小区分裂是将拥塞的小区分成更小小区的
方法
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，每个新小区都有自己的基站并相应地降低天线高度和减小发射机功率。通过设定比原小区半径更小的新小区和在原有小区间安置这些小区，使得单位范围内的信道数目增加，提高了信道的复用次数，因此能提高系统容量。
例如，将一个半径为R的小区分裂为半径为R/2的新小区，则需要4个新小区才能覆盖原来的范围。当然，新小区的发射功率也应该下降，通过检查在新旧小区边界接收到的功率，并令它们相等来得到新小区的发射机功率。
实际上，不是所有的小区都同时分裂，不同规模的小区将同时存在，这时需要特别注意保持同频小区间所需的最小距离，频率分配将变得更为复杂，而且发射机的功率也不尽相等。
2 GSM全球移动通信系统概述
2.1 GSM的发展概述
GSM原意为“移动通信特别小组”（Group Special Mobile），是欧洲邮电主管部门会议（CEPT）为开发第二代数字蜂窝移动系统而在1982年成立的机构，开始制定适用于泛欧各国的一种数字移动通信系统的技术规范。1987年，欧洲15个国家的电信业务经营者在哥本哈根签署了一项关于在1991年实现泛欧900MHz数字蜂窝移动通信标准的谅解备忘录（Memorandum of Understanding，简称MOU）。随着设备的开发和数字蜂窝移动通信网的建立，GSM逐步成为欧洲数字蜂窝移动通信系统的代名词。后来，欧洲的专家们将GSM重新命名为“Global System for Mobile Communications”，即“全球移动通信系统”的简称。
目前，宣布采用GSM系统并参加MOU的国家早就不限在欧洲。在1995年初，全世界就已有69个国家约118个经营者签字参加了MOU。
2.2 GSM的系统构成
GSM系统由以下分系统构成：交换分系统（MSS）；基站分系统（BSS）；移动台（MS）和操作与维护分系统（OMS）。它包括了从固定用户到移动用户（或相反）所经过的全部设备，如图2-1所示。
2.2.1交换分系统（MSS）
包括以下几个部分：移动交换中心（MSC），归属位置寄存器（HLR），拜访位置寄存器（VLR），认证（鉴权）中心（AUC），设备标志寄存器（EIR）。
① 移动交换中心（MSC——Mobile Service Switching Center）
它主要处理与协调GSM系统内部用户的通信接续。MSC对位于其服务区内的移动台（MS）进行交换与控制，同时提供移动网与固定公众电信网的接口。作为交换设备，MSC具有完成呼叫接续与控制的功能，同时还具有无线资源管理和移动性管理等功能，例如移动台位置登记与更新，MS的越区转接控制等。移动用户没有固定位置，要为网内用户建立通信时，路由都先接到一个关口交换局（GMSC——Gateway MSC），即由固定网接到GMSC。GMSC的作用是查询用户的位置信息，并把路由转到移动用户当时所拜访的移动交换局（VMSC）。GMSC首先根据移动用户的电话号码找到该用户所属的归属位置寄存器HLR，然后从HLR中查询到该用户目前的VMSC。GMSC一般都与某个MSC合在一起，只要使MSC具有关口功能就可实现。MSC通常是一个大的程控数字交换机，能控制若干个基站控制器（BSC）。GMSC与固定网相接，固定网有公众电话网PSTN、综合业务数字网ISDN、分组交换公众数据网PSPDN和电路交换公众数据网CSPDN。MSC与固定网互连需要通过一定的适配才能符合对方网络对传输的要求，称其为适配功能（IWF——Inter Working Function）。
② 归属位置寄存器（HLR——Home Locate Register）
HLR是管理移动用户的数据库，作为物理设备，它是一台独立的计算机。每个移动用户必须在某个HLR中登记注册。在数字蜂窝网中，应包括一个或多个HLR。HLR所存储的信息分两类：一类是有关用户参数的信息，例如用户类别、所提供的服务、用户的各种号码、识别码，以及用户的保密参数等；另一类是用户当前的位置信息，例如移动台漫游号码、VLR地址等，用于建立至移动台的呼叫路由。HLR不受MSC的直接控制。
③ 拜访位置寄存器（VLR——Visitor Location Register）
VLR是存储用户位置信息的动态链接库，当漫游用户进入某个MSC区域时，必须在MSC相关的VLR中进行登记，VLR分配给移动用户一个漫游号（MSRN）。在VLR中建立用户的有关信息，其中包括移动用户识别码（MSI）、移动台漫游号（MSRN）、移动用户所在位置区的标志及向用户提供服务等参数，而这些信息是从相关的HLR中传过来的。MSC在处理入网和出网呼叫时需要查访VLR中的有关信息。一个VLR可以负责一个或多个MSC区域。由于MSC与VLR之间交换信息很多，所以两者的设备通常合在一起。
④ 认证（鉴权）中心（AUC——Authentication Center）
它直接与HLR相连，是认证移动用户身份及产生相应认证参数的功能实体。认证参数包括随机号码RAND、信号响应SREC和密匙KC。认证中心对移动用户的身份进行认证，将用户的信息与认证中心的随机号码进行核对，合法用户才能接入网络，并得到网络的服务。
⑤ 设备标志寄存器（EIR——Equipment Identification Register）
EIR是存储有关移动台设备参数的数据库，用来实现对移动设备的识别、监视、闭锁等功能。EIR只允许合法的设备使用，它与MSC相连接。
2.2.2 基站分系统（BSS）
BSS包含GSM数字移动通信系统中无线通信部分的所有地面基础设施，通过无线接口直接与移动台实现通信连接。BSS具有控制功能与无线传输功能，完成无线信道的发送、接收和管理。它由基站控制器（BSC——Base Station Controller）和 基站收发信台（BTS——Base Transceiver Station）两部分组成。
① 基站控制器（BSC）
BSC的一侧与移动交换分系统相连接，另一侧与BTS相连接。一个基站分系统只有一个BSC，而有多套BTS。它的功能是负责控制和管理，BSC通过对BTS和MS的指令来管理无线接口，主要进行无线信道分配、释放以及越区信道的切换管理。
② 基站收发信台（BTS）
BTS负责无线传输，每个BTS有多部收发信机（TRX），即占用多个频率点，每部TRX占用一个频率点，而每个频率点又分成8个时隙，这些时隙就构成了信道。BTS是覆盖一个小区的无线电收发信设备。
BTS还有一个重要的部件称为 码型转换器（Transcoder）和 速率适配器（Rate Adaptor），简称TRAU。它的作用是将GSM系统中话音编辑信号与标准64kbit/sPCM相配合，例如移动台（MS）发话，它首先进行语音编码，变为13kbit/s的数字流，信号经BTS收信机的接收，其输出仍为13kbit/s信号，需经TRAU后变为64kbit/sPCM信号，才能在有线信道上传输。同时，要传送较低速率数据信号时，也需经过TRAU变成标准信号。
2.2.3 移动台（MS）
移动台靠无线接入进行通信，线路不固定，因此它必须具备用户的识别号码。GSM系统采用用户识别模块SIM（Subscriber Identity Module），将模块做成信用卡的形式。SIM卡中存又用户身份认证所需的信息，并能执行一些与安全保密有关的信息。移动设备只有插入SIM卡后才能进网使用。
2.2.4 操作与维护分系统（OMS）
操作与维护管理的目的是使网络运营者能监视和控制整个系统，把需要监视的内容从被监视的设备传到网络管理中心，显示给管理人员；同时，应该使管理人员在网络管理中心还应该能修改设备的配置和功能。
2.3 GSM系统的网络结构
GSM系统可构成全球移动通信系统。它由多个国家构成，将其称为GSM服务区。对于一个国家（或少数几个国家）的移动网，称为公众陆地移动网（PLMN——Public Land Mobile Network）服务区，这个服务区又可分为多个MSC/VLR服务区。将MSC/VLR又可分为若干个位置区（LA），最小的单元为小区（Cell）。移动网与固定网相连之处称为关口交换中心（GMSC），将全部入局（网）呼叫接至一个或多个GMSC，它们作为该移动网的入网汇接交换机，具有为呼叫查询、选择呼叫路由的功能。上述结构如图2-2。
2.3.1 MSC/VLR业务区
MSC服务区表示网络中由一个MSC所覆盖的部分。一个PLMN通常由多个MSC服务区组成，在该区内的移动用户要在该区的拜访位置寄存器（VLR）内登记，MSC与VLR构成同一节点。
2.3.2 位置区（LA）
每个MSC/VLR业务区分成几个位置区。位置区是MSC/VLR业务区的一部分，在一个位置区内移动台可“自由地”移动，不需作位置更新处理。在一个位置区内发射广播消息，以便找到移动用户，是一个寻呼区域。一个位置区只属于某个MSC/VLR业务区，利用位置区识别码（LAI），系统能够区分不同位置区。一个位置区含有几个小区，且可能和一个或几个BSC有关，它是定位和寻呼区。
2.3.3小区（Cell）
一个位置区包括若干个小区，每个小区都有专用的识别码，它表示网络中一个基本的无线覆盖区域，是一个特定BTS所覆盖的区域。利用基站识别码（BSIC）移动台能区分各小区。
2.4 GSM系统的接口与协议
GSM系统非常复杂，每次通信前都要交换大量的信令，最后才能完成呼叫接续，在此基础上才是传输、进行双向通信。接口是指两个相邻实体之间的连接点，协议是说明在连接点上交换信息需要遵守的规则。信令是个非常复杂的过程，采用电信网开放系统互连模式OSI的概念，把协议按功能分为不同的层面，每一层都有各自的协议规约。
2.4.1 公众陆地移动网（PLMN）的接口
GSM系统的各种接口如图2-3所示。
Sm接口为人机接口，是用户与移动网之间的接口，在移动台中实现，包括键盘、液晶显示以及用户识别卡等。
Um接口是移动台与基站收发信台之间的无线接口，包含信令接口和物理接口两方面的含义，无线接口的不同是数字移动通信网与模拟移动通信网主要区别之一。
A接口是基站与移动交换中心之间的接口，所传递的信息主要是基站管理、呼叫处理和移动性管理，当然还有具体通信信息。
Abis接口是基站系统中基站控制器BSC与基站收发信台BTS之间的无线接口，支持所有向用户提供的服务，着重支持对BTS无线设备的控制和分配的无线资源管理。
HLR/VLR/AVC/EIR之间的接口是指 在移动交换分系统中的各种接口，移动应用部分MAP用来处理与呼叫无关的信令，与许多协议相关。将MAP/X表示成X接口的MAP协议，X从B一直到I。这些协议都是由CCS7信令中的事物处理能力应用部分TCAP提供服务的，而它本身又由CCS7中的信令连接控制部分SCCP提供服务。
B接口是移动交换中心MSC与拜访位置寄存器VLR之间的接口。当MSC需要某个移动台位置时，就查询VLR；当MSC得到移动台要求位置更新时，MSC就会通知VLR。
C接口是移动交换中心MSC与归属位置寄存器HLR之间的接口，主要用于传递管理与路由选择信息。当呼叫结束时，相应的MSC向HLR发送计费信息。当固定网不能查询HLR以获得所需移动用户位置信息时，有关的关口交换局GMSC就应查询此用户归属的HLR，以获得被呼移动台的漫游号码，再传递给固定网。
D接口是归属位置寄存器HLR与拜访位置寄存器VLR之间的接口，用于移动台位置和用户管理的信息交换。VLR将归属于HLR的移动台当前位置通知HLR，在再提供该移动台的漫游号码；HLR向VLR发送支持该移动台服务所需的所有数据。当移动台漫游到另一个VLR服务区时，HLR应通知原来的VLR消除移动台的有关信息。
E接口是移动交换中心之间的接口，在两个MSC之间交换有关越区切换信息。
F接口是移动交换中心与设备标志寄存器EIR之间的接口，用于在MSC与EIR之间交换有关移动设备的管理信息，例如国际移动台设备识别码等。
G接口是拜访位置寄存器VLR之间的接口，当某个移动台使用临时移动台号码TMSI在新的VLR中登记时，通过G接口在VLR之间交换有关信息。
2.4.2 接口协议模型
作为第二代蜂窝移动网，数字PLMN采用开放系统互连模式OSI来规定其协议模型，如图2-4所示，它是从MS到MSC之间的各种接口及其协议。
OSI参考模型的基本结构是分层，根据分层的概念，通信处理过程可以看作由最低层到最高层的若干有序的逻辑层次构成。在不同系统中，为实现共同目的而必须交换信息的同一层实体称对等实体。相邻层次中的实体通过共同层面相互作用。低层向高层提供服务，第N层所提供的服务是它以下各层所提供的服务与功能的组合。
无线接口Um的协议第一层为物理层，记作L1，它是最低层，包括各类信道，为高层信息的传输提供基本无线信道。 第二层L2为数据链路层，记作LAPDm，它包括各种数据传输结构，对数据传输进行控制。 第三层L3为最高层，称作应用层，它包括各类消息和程序，对业务进行控制。第三层包括无线资源管理RRM、移动性管理MM和呼叫接续管理CM。
Abis接口的协议与Um接口协议稍有不同，它的物理层为64kbit/s地面线路，链路层为LAPD。具体情况为：第一层为64kbit/s地面线路，第二层为消息传递部分MTP，它是CCS7信令网中的一部分。MTP包含有更多的网络协议，并集中了全部的链路层协议。信令连接控制部分SCCP与MTP共同在A接口上构成网络层协议。
移动性管理MM和呼叫接续管理CM在BSC内是透明传输的。
2.5 GSM系统的特点及业务功能
2.5.1 GSM系统的主要特点
① 移动台具有漫游功能
GSM给移动台定义了三种识别码：一个是DN码，是在公用电话号码簿上可以查到
的统一电话号码；第二个是移动台漫游号码（MSRN），是在呼叫漫游用户时使用的号码，由VLR临时指定，并根据此号码将呼叫接至漫游移动台；第三个是国际移动台识别码（IMSI），是在无线信道上使用的号码，用于用户寻呼和识别移动台。根据上述三个识别码，可以准确无误地识别某个移动台。
漫游用户必须进行位置登记。当A区的移动台进入B区后，它会自动搜索该区基站的广播信道，从中获得位置信息。当其发现接收到的区域识别码与自己的号码不同时，漫游移动台会向当地基站发出位置更新请求，B区的被访局收到此信号后，通知本局的VLR，VLR即为漫游用户指定一个临时号码MSRN，并将此号码通过CCS7号信令通知移动台所在业务区备案。这样，当固定用户呼叫漫游移动用户时，拨移动台的DN码，DN码首先经公用交换网络接至最靠近的本地GSM移动业务交换中心（GSMC），GSMC利用DN码访问母局位置登记器即归属位置寄存器（HLR），从中获取漫游台的MSRN码，GSMC根据此码将呼叫接至被访问的移动业务交换中心（VMSC），VMSC接到MSRN号码后，证实漫游台是否仍在本区工作，经确认后，VMSC将MSRN码转换成国际移动台识别码（IMSI），通过基站，在无线信道上向漫游台发出呼叫，从而建立通话。
② 可提供多种业务
除语音通话外，GSM系统还能提供多种数据业务、三类传真、可视图文等，并能支持ISDN终端。
③ 具有较好的保密功能
保密措施通过“认证中心”实现，认证方式是一个“询问——响应”过程。在通信过程开始时，首先由网络向移动台发出一个信号并同时启动自己的“用户认证”单元，移动台收到这个信号后，连同内部的“电子密钥”一起来启动“用户认证”单元，并将结果返回网络；网络将这两个“用户认证”单元结果相比较，只有相同才为合法。
④ 越区切换功能
在微蜂窝移动通信网络中，高频率的越区切换是不可避免的。在GSM中，移动台应主动参与越区切换。移动台在通话期间，不断向所在工作区基站报告本区及相邻区的无线环境的详细数据，当需要越区切换时，移动台主动向本区基站发出越区切换请求。固定方（MSC或BSC）根据来自移动台的数据，查找是否有替补信道。如果不存在，则选择第二替补信道，直至选中一个空闲信道，使移动台切换到该信道上继续通信。
2.5.2 GSM系统的业务功能
GSM系统主要提供以下四大类业务。
① 电话业务
紧急呼叫是由电话业务引申出来的一种特殊业务。移动台用户能通过一种简便而统一的手续接到就近的紧急业务中心（例如警察局或消防中心）。使用紧急业务不收费，也不需要认证使用者身份的合法性。
语音信箱能将话音存储起来，事后由被叫移动用户提取。
② 数字业务
在GSM技术规范中列举了35种数字业务，主要是以下几类：
与公众电话通信网（PSTN）用户相连的数字业务
PSTN中最常用的数字业务有三类传真和可视图文（VIDEOTEX），数字网GSM要与PSTN相连接，必须使用MODEM，GSM能处理9600bit/s速率以下的全双工方式下的数据。
与综合业务数字网（ISDN）用户相连的数字业务
GSM系统中的数据速率最高为9600bit/s，而ISDN使用的速率是64kbit/s，因此必须采用速率转换技术。采用标准化的ISDN数据格式，在64kbit/s链路上传送低速数据，这种方式可实现高于2400bit/s的异步数据传输。
GSM用户之间的数字业务
在大多数情况下，GSM网内用户之间的通信会有外面的通信网参与，因为GSM网内交换机之间的传输都是通过公众固定网的缘故。目前，GSM望所能提供的业务必须是PSTN传输网能支持的业务，GSM用户之间的通信与GSM用户和PSTN用户间的连接是相同的。
与分组交换数据通信网（PSPDN）用户相连的数字业务
PSPDN是一种采用分组传输技术的通用性数据网，主要用于计算机之间的通信，同时也支持远端数据库的访问和信息处理系统。PSTN采用的是电路传输技术，GSM可以有几种方式接入PSPDN。
与电路交换数据通信网（CSPDN）用户相连的数字业务
③ 短消息业务
通过GSM网并设有短消息业务中心（SMS），便可实现短消息业务。
点对点短消息业务
一种是移动台接收点对点短消息（SMS-MT/PP），另一种是移动台发送点对点的短消息业务（SMS-MO/PP）。GSM数字移动通信网用户可以发出或接收有限长度的数字或文字消息，这就是短消息业务功能。
短消息小区广播业务
这种业务是向特定地区的移动台周期性地广播数据信息，移动台能连续地监测广播信息显示给用户。
④ 补充业务
补充业务只限于电话业务，它允许用户能按自己的需要改变网络对其呼入呼出的处理，或者通过网络向用户提供某种信息，使用户能智能化的利用一些常规业务。
2.5.3 GSM系统的编号计划
编号就是用于识别身份的各种号码，以便正确寻址。
① 移动台的国际身份号ISDN（又称MSISDN）
相当于公众电话网内的用户电话号码，是供用户拨打的公开号码，是唯一的，它的号码结构如下：
MSISDN = CC + NDC + SN
CC为国家码，中国是86；NDC为国内目的地码；SN为用户号码。
② 国际移动用户识别码（IMSI）
国际移动用户识别码（IMSI）是PLMN网中唯一识别移动用户的号码。它是移动通信系统内使用的用户号码，在无线信道上唯一能识别用户的号码。它存储于SIM卡、归属位置寄存器（HLR）和拜访位置寄存器（VLR）中，其结构如下：
IMSI = MCC + MNC + MSIN
MCC为移动国家号，中国是460；MNC为移动网号；MSIN是移动用户识别码。
③ 移动台漫游号码（MSRN）
这是针对移动用户的移动特性而设置的号码，其组成如下：
OXYZ为被访地的长途区号；PQR为被访地未使用的一个端局号；ABCD为临时分配给移动用户的漫游号码。当一个HLR管辖多个MSC时，它们可公用一个端局号。
④ 移动用户临时识别码（TMSI）
TMSI等同于IMSI，它是对IMSI保密而设置的号码。当移动用户每次呼叫时，VLR分配一个唯一的TMSI号码，仅在本地使用，是4字节的BCD编码。TMSI与IMSI没有长期固定关系，仅在MS呼叫时临时指定，也就是说TMSI可以重复地给不同的MS使用。
⑤ 国际移动台设备识别码（IMEI）
IMEI是唯一用来识别移动台设备的号码，称作系列号或串号，它可防止非法移动台设备使用移动台业务。（*#06#）
⑥ 位置识别码
在GSM系统中，共用三个号码组成移动台的位置识别。
位置区识别码（LAI） 组成结构MCC+ MNC+ LAC，代表MSC业务区中的不同位置区。
全球小区识别码（GCI） 在LAI基础上加上小区识别码（CI）构成。
基站识别码（BSIC） 主要供移动台区分相邻基站使用，结构BSIC = NCC + BCC。
3 GSM全球移动通信系统的无线传输
3.1 GSM系统的无线传输标准
无线通道信号传输的规范就是所谓的无线接口（Radio Interface），又称Um接口。GSM的传输包括连接移动用户的无线传输技术，以及连接交换网络的有线传输技术。
GSM系统将无线频率定在900MHz范围，第二阶段DCS为1800MHz。第一阶段的指标如下：
频段： 上行线路 MS发，BTS收的频段为890—915MHz；
下行线路 BTS发，MS收的频段为935—960MHz；
频带宽度：25MHz；
上下行频率间隔：45MHz；
载频间隔：200KHz；
通信方式：全双工；
信道分配：每载频8个时隙，包含8个全速信道，16个半速信道；
每个时隙的信道速率：22.8kbit/s；
信道总速率：270kbit/s；
调制方式：GMSK，高斯滤波最小频移键控；
接入方式：TDMA；
话音编码：规则脉冲激励线性预测编码RPE—LPC 13kbit/s；
分集接收：跳频每秒217跳，交错信道编码，自适应均衡。
3.2 GSM系统的无线传输
3.2.1 语音传输
移动台（MS）首先把发话方的声音信号变换成13kbit/s的GSM中的数字化语音信号。数字信号经过高频调制、功率放大等处理，以电磁波的形式发送到自由空间。基站收发信台（BTS）的天线检测到这个信号后，经过一系列的处理，再现13kbit/s的数字语音信号形式。为了与固定网的传输标准一致，经过一种码型变换器（TC—Transcoder），把13kbit/s变换成64kbit/s速率。移动交换局（MSC）以64kbit/s标准格式经过不同链路的传输，直至收话人的端局。如果受话方是PSTN用户，它就可以按PCM解码规则从64kbit/s数字信号流中恢复发话方的语音。把上面的描述表达成不同的传输平面层，如图3-1所示。
如果把GSM看成是一个整体，则从MS到MSC为一个本地段，中间路径所涉及的PSTN、ISDN为长途段，从端局到被叫用户看成是另一个本地段，当被叫是MS用户时，两个本地段具有相同的意义。为了适应与其他网络的互连以及GSM内部传输的需要，要应用到网络交互功能IWF（Interworking—Function）。在移动端由于限制于语声平面时比较简单的，而在网络一侧，IWF就要取决于互连网的语音传输模式。PSTN和ISDN都是采用数字化传输，对语音信号的采样经64kbit/s PCM编码而使其数字化。64kbit/s PCM编码是电信领域的基本码型。由于语音信号的带宽小于4kHz，根据Nyquist定律，8kHz的采样速率可以使采样信号无失真的恢复。每个采样值经量化压缩编码为8bit码，其输出为64kbit/s。这个从模拟到数字的过程包括预加重和采样。采样值线性量化成13bit的数字值，最后13bit经A律压缩为8bit码。这就是PCM码，是数字传输中的基本码型。收端可以经过一套对应的逆变换，恢复语音信号。
3.2.2 GSM内部的传输
在MS一侧，一般把直接与用户相关的部分称为终端设备TE，可以是语音也可以是数据终端；另一部分称为TAF。MS中所有业务共用的部分称为移动终端（MT），用于语音业务类的就是MT0，即手机形式。
在MS与IWF之间的传输路径包括MS与BTS之间的无线接口。信息承载在900MHz或1800MHz频段。BTS经BSC到MSC的传输为有线路径，它的划分与信令结构有关。MSC与BSC的主要功能在于控制和交换，而不是传输。传输链上另一个重要的部分是码变换/速率适配单元（TRAU），这是一个完整的传输设备，包括几个功能实体。MSC中的传输规范很接近ISDN的规范，不仅电路交换的基础是64kbit/s，而且A接口的低层规范也与ISDN相应规范一致。由于GSM中传输信道小于16kbit/s，为提高效率，在64kbit/s电路中引入子复用概念，允许几个小于64kbit/s的数据流复用到64kbit/s的信道中（如32kbit/s、16kbit/s和8kbit/s等），这样做的缺点是引入了附加的传输时延，降低了话音质量。为保证MSC具有ISDN的交换能力，TRAU可以放在传输链中BTS与MSC之间的不同的地方，如图3-2所示。功能上它是属于BTS，但在实现上通常是把它放在MSC，这样BTS的功能通过BSC延伸到MSC。
3.3 GSM系统的语音编码
与其他通信一样，MS首先要把语音信号转换成模拟电信号，以及其反变换，这就是话筒和听筒的功能。MS再把这个模拟电信号变成13kbit/s数字信号（或反变换），用于无线传输。BTS或TRAU执行13kbit/s到64kbit/s的变换，以适应固定网的传输。这样在GSM系统中就存在两个码变换点。
无线路径上的语音传输设计需要特别注意的是频谱效率，以尽可能低的数据速率得到可接受的通话质量。目前无线路径上有两种并行的信道类型，分别是“全速”和“半速”信道。
3.3.1 语音编码
GSM采用的编码方案是13kbit/s RPE—LTP码（规则脉冲激励长期预测）。首先把语音分成20ms为单位的段，每个段编成260bit的数据块；块之间依靠外同步，块内部不含同步信息。这样无线接口上20ms一帧的数据流，也就是13kbit/s流中不包括任何帮助收端定位帧标志的信息。收端把收到的信号块（激励信号）经过LTP（长期预测）和LPC（线性预测编码）滤波重组，最后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。
LTP滤波器是把一个信号与其Nr次延时采样br倍延时相加的输出，Nr和br值在语音帧中每5ms传一次。LPC滤波器是一个倒置的8阶线性滤波器，线性n阶滤波器是把一个信号与其1，2，……n次采样的时延相加。每一帧的滤波系数各不相同，由语音帧传递。
激励信号自身的编码把一组参数复合到260bit帧之中，包括上面提到的滤波器参数和激励信号自身描述码，激励信号是按8/3kHz的速率规则采样的，收端可以精确地恢复激励信号中带宽小于1.3kHz的信息内容。激励信号在滤波器输入端通过插入空值采样而重组，使它变成8kHz采样的信号，导致从1.3kHz中恢复原信号中高于1.3kHz的特殊成分。8/3kHz采样变到8kHz采样时，相位将发生变化，需要每5ms传递一次相位信息。
信号采样值按自适应脉冲编码调制方式编码（ADPCM），它需要按最大幅度的比值分别编码，而PCM是按固定尺度直接编码。
3.3.2 语音解码
语音解码可以分成下面几个步骤：
① 把13个ADPCM采样值还原成实际值，根据相位指示，增加27个空样值，组成8kHz采样信号；
② LTP滤波，涉及当前5ms块中的样值和这之前的三个5ms块中的样值；
③ LPC滤波，根据传递的参数进行处理；
④ 去加重滤波，恢复语音信号。
GSM语音传输方面还引入了一个非连续传输模式概念，即DTX。其目的是通过限制无用信息的无线发送，减少干扰，提高了系统概率。DTX模式下，当用户有效讲话时编码成13kbit/s，而在其他时候仅保持在500bit/s，用于模拟背景噪声，使收端能产生连续信号以避免听者以为连接中断。对于话音，编码器要能区别什么是有效话音，这个功能称为话音活性检测VAD。
在系统设备一侧完成13kbit/s与64kbit/s之间变换的功能实体称为TRAU单元。当
TRAU与BTS分离配置时，它们之间的承载是13kbit/s的码流，使用16kbit/s的标准数字
电路，多出的可以提供一些辅助信息，或用于BTS控制远端码变换器的工作，统称为带内
信息。
13kbit/s的语音码按每20ms，260bit分块，其中不含任何另收端可以判别块首bit的
信息，这个同步需要另外提供。在无线传输一个块的开始时刻与从16kbit/s链路上收到一个块的结束时刻之间存在一个时间差。如果这个时间差没有调整好，就会在传输上产生一个附加时延，最大可达20ms。BTS要通过带内信息控制TRAU产生的20ms块的输入相位，它所占用的比特称为时间校准量（Time Alignment）。带内信息使TRAU可以知道收到信息的种类（全速语音、半速语音、数据等），以及采用何种适用的方法用于上行或下行传输。
3.4 GSM系统的无线信道
3.4.1 GSM系统的无线业务信道
无线系统中的频谱效率是衡量一个系统的主要经济依据，效率越高，小区数量越少。多路接入技术是实现无线资源共享的普遍方法，GSM采用频分多路（FDMA）和时分多路（TDMA）混合技术，具有较高的频谱利用率。
为了更好地把通信业务与传输方案对应，引进了信道（Channel）的概念。不同的信道可以同时传输不同的流，这种比特流是按照传输方案复合而成的。GSM系统为了在有限频谱条件下，实现无线路径上的双向语音传输，采用了有效的语音编码方案，把实际速率限制在13kbit/s以内。同样，数据业务的速率也被限制在12kbit/s、6kbit/s和3.6kbit/s之内，分别对应于PSTN中MODEM的9.6kbit/s、4.8kbit/s和2.4kbit/s速率。从多路接入的概念说，一个用户在指定的时刻进行通信时，就是占有一个特定的信道，称之为业务信道TCH，规定把全速信道记为TCH/F，用于传输13kbit/s的语音或12kbit/s、6kbit/s、3.6kbit/s的数据，把半速信道记为TCH/H，用于传输7kbit/s的语音或6kbit/s、3.6kbit/s的数据。
除了用户数据，还有另一类信息需要传送，这就是信令流。信令消息用于MS与网络之间功能控制和业务管理。为了实现信令流与用户数据的同时传输，GSM系统为此提供了两种方法。
其一是让每个TCH与一个用于传输信令的低速率信道成对出现，这个低速率信道称为慢速随路控制信道SACCH，这个双向信道每秒大约可以传送2个控制信息（一个方向上），传输时延大约为0.5秒。这种方式多用作为不紧要的控制消息的传输，如无线测量数据的传送。
其二是把TCH用于信令传输，这样的TCH称为快速随路控制信道FACCH，主要用于那些紧急的和必不可少的信令处理，如呼叫处理、用户鉴权、切换处理等。实际上，FACCH不是一个独立的信道，只是用户TCH的一部分，接收端可以通过TCH信息中的一个特定bit来区分它们。在初始化和释放阶段，没有用户数据传输，因此信令可以使用这条TCH而不会影响用户数据的传输。而在呼叫期间，把FACCH帧代替TCH上的用户数据，形同用户数据丢失而产生传输错误，因此我们把它称为“偷”帧。
还有一些情况，在MS与网络之间虽然没有呼叫要求，但还是需要建立连接，由于信息量很少，用TCH来传输信令就比较浪费，因此GSM又定义了一种仅用于信令的低速信道类型，它等于TCH的1/8，记为TCH/8，在GSM中定义为独立专用控制信道SDCCH其信道特性除速率以外与TCH/F、TCH/H几乎一样，它也有一个对应的SACCH。
3.4.2 GSM系统空闲模式下的信道
由于无线频谱资源有限，在GSM系统中不可能每个用户独立占有一条TCH。系统仅在用户需要时才分配一条TCH，用毕后释放。因此TCH就有专用和空闲两个基本模式。
当MS与网络建立双向点到点传输时，如呼叫建立和位置更新处理，TCH与SACCH定义为专用信道。
当MS处于激活状态（开电源）而未进入专用模式时，称其为空闲模式，但实际上MS也要保持与BTS的联系，收听BTS对它的寻呼，监视当前无线环境，以便选择最佳的BTS。除此之外，在空闲状态下还要向MS提供小区广播短消息业务CBSM。
从空闲模式到专用模式的变化需要在MS与BTS之间交换信息，这就是接入过程。MS通知网络它需要呼叫，网络返回一个指示，令MS占据一条指定的专用信道。用于完成接入过程指令的信道定义为公共控制信道CCCH，它是面向全体MS的，为它们同时提供接续的信道类型。
为了保持与BTS通信，MS首先要与其所在的BTS同步，每个BTS有两个信道以广播方式通知MS本小区的特征，这就是频率校准信道FCCH和同步信道SCH。空闲模式下的MS可以接收几个小区的广播信息，并从中选择一个接收质量最好的小区作为当前小区。每个小区都有一个广播控制信道BCCH，用于传递那些使MS能决定所在小区选择的信息，并发出让本小区空闲模式下的MS收听的其他信息。在接续过程中，小区首先向本小区广播寻呼被叫MS。寻呼消息和向MS分配初始化信道的消息分别在寻呼信道PCH和接入允许信道AGCH上传送。上面提及的FCCH、SCH、BCCH、PCH和AGCH都是下行的公共控制信道。MS向网络要求接入的信道称为随机接入信道RACH，是唯一的上行信道。
空闲模式下另一类信息是CBSM，它是由网络每两秒向MS传送的一个约80字节的消息。这大约是一个下行TCH/8信道的一半容量。每个小区为了支持这一业务，需要配置一个小区广播信道CBCH，MS在收听CBCH的同时还可以收听BCCH和PCH上的信息。
3.5 GSM系统的复路接入方法
3.5.1 GSM系统的频分复用
GSM采用频分多路（FDMA）和时分多路（TDMA）的混合技术，具有较高的频谱利用率。每个频率的中心频带为200kHz，将所给频带890—915MHz等间隔（200kHz）分成125个载频，每个载频又分成8个时隙，每个时隙为一个信道，总计为1000个信道。GSM引入的另一项技术是跳频（Frequency Hopping）。它规则地改变MS到BTS上的传输载频，能提供抗多径衰落的能力，改善传输质量。
GSM无线路径上的传输单位是由大约100个调制bit组成的脉冲串，称“Burst”。“Burst”是有限长度，占据有限频谱的信息，它在一个时间和频率窗口上发送，这个窗口称为“Slot”。“Slot”的中心频率位于系统频带上200kHz的间隔上，并且以15/26ms（约0.577ms）的时间重复。这个由频域和时域构成的空间“Slot”就是FDMA和TDMA在GSM中的应用。在一个小区内，全部“Slot”的时间范围都是一样的，这个相同的时间间隔称为时隙（Time Slot），把它作为一个时间单位，恰好是一个“Burst”周期，记为BP，如图3-3所示。
由图可知，“Slot”是一个15/26ms长和200kHz宽的矩形，“Slot”在频域上的这个相同的间隔称为频隙（Frequency Slot），在GSM规范中定义为无线信道。
使用一条指定的信道，其实际意义就是在某个时间和频率段上传输“Burst”。信道就对应“Slot”的概念，是一个二维的矩形。一个信道的“Slot”在时间上是不连续的，因一个信道是由一组临时定义的“Slot”组成，信道在“Slot”的组合上是周期的，也就是说此一组“Slot”组合的重复周期构成了一个信道。
与时隙定义共存的是信道特性的频域定义。信道的频率是指信道构成中每个“Slot”的频率。它可以是一个固定频率，此时信道占据的“Slot”具有相同频率，也可以是不同频率，也就是我们说的跳频情况。对于双向信道（如TCH），在两个方向上可以用不同的方法定义各自的信道。通常，上下行保持固定的45MHz频率间隔（900MHz情况下）或90MHz频率间隔（1800MHz情况下）。同时根据信道类型，保持一个时间偏移，通过这一约定可以很容易地从时间和频率上发现上行和下行的关系。
信道在时域上总是周期性的，周期的长短、“Slot”的数量随信道类型而变，周期的同步可以通过系统同步机制获得每个小区都有一个参考时钟用以定义时隙位置，除此之外还要遵循系统中所有信道周期所规定的时间安排。在GSM系统中，不同频率上的每个时隙都有一个序号，BTS和MS通过对序号的约定取得同步，因此序号也是同步信息的一部分。时隙序号具有一个很长的重复周期，大约是3.5小时，在此周期内任何一个“Slot”都具有一个明确的时隙号和频隙号。
3.5.2 GSM系统的TDMA帧结构
我们把成对分配的TCH/F和SACCH信道冠以TACH/F的名字，TACH/F的周期由8个BP组成，时长为（15/26）×8约等于4.615ms。所有的时隙号可以分解成8×整数＋n，n=0，1，2……7对应于8个BP。我们可以用模8描述一个信道的位置，8个BP组成的周期称为TDMA帧 。因此，可以用TN定义8个不同类型的TACH/F，具有相同模8整数倍的两个TACH/F共存于同一个TDMA帧中。在网络一侧不同TN的8个TACH/F可以由一个发信机激励，也就每个TACH/F是时分激励的，这是时分多路概念的核心所在。正因此，可以大大减少收发信机的数量。
TACH/F（或TCH/F与SACCH组）在时间域上是以26个TDMA帧为周期的，时长26×8BP = 120ms。在26个TDMA中，24个用于TCH/F的发送，一个用于SACCH的发送，一个空闲。但它们并不是简单地按TDMA帧号划分，而是复杂地交织在一起，其结构如图3-4所示。
从TDMA0到TDMA11和TDMA13到TDMA24，总计24个TN0时隙构成它所承载的TCH0/F的周期，TDMA12的TN 0为该TCH 0/F对应的SACCH，TDMA25的TN 0为空闲，TN1较TN 0滞后8（ BP）×12＋1个时隙。就是从图3-4中TDMA13的TN1，以及下一个26TDMA帧的前12个TDMA帧的TN1，总计24个时隙构成它承载的TCH/F的周期，该TCH/F对应的SACCH占据TDMA25的TN1。以此类推，TN2的SACCH在TDMA12的TN2，TN3的SACCH在TDMA25的TN3……。按SACCH分布在TDMA12和TDMA25，又可以分为两种TCH/F类型。按照上面的排列结构，SACCH的周期为4×26×8（BP）= 480ms。这种安排的原因出于网络侧的负载考虑。如果SACCH安排在几乎同时送出，BTS势必要在480ms
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