中兴手机入门培训教程(移动通信基础知识)[bbs.rfeda.cn]

培 训 教 材 移动通信基本知识 深圳市中兴通讯股份有限公司 培训教材――移动通信基本知识 第一章 引言 1.1移动通信概述 随着社会的进步、经济和科技的发展，特别是计算机、程控交换、数字通信的发展，近 些年来，移动通信系统以其显著的特点和优越性能得以迅猛发展，应用在社会的各个方面， 到目前为止，全球移动用户超过 1 亿 ，预计到本世纪末用户数将达到 2 亿。无线通信的发 展潜力大于有线通信的发展，它不仅仅提供普通的电话业务功能，并能提供或即将提供丰富 的多种业务，满足用户的需求。 移动通信的主要目的是实现任何时间、任何地点和任何通信对象之间的通信。 从通信网的角度看，移动网可以看成是有线通信网的延伸，它由无线和有线两部分组成。 无线部分提供用户终端的接入，利用有限的频率资源在空中可靠地传送话音和数据；有线部 分完成网络功能，包括交换、用户管理、漫游、鉴权等，构成公众陆地移动通信网 PLMN。 从陆地移动通信的具体实现形式来分主要有模拟移动通信和数字移动通信这两部种。 移动通信系统从 40 年代发展至今，根据其发展历程和发展方向，可以划分为三个阶段： 1.1.1第一代――模拟蜂窝通信系统 第一代移动电话系统采用了蜂窝组网技术，蜂窝概念由贝尔实验室提出，70 年代在世 界许多地方得到研究，。当第一个试运行网络在芝加哥开通时，美国第一个蜂窝系统 AMPS （高级移动电话业务）在 1979 年成为现实。 现在存在于世界各地比较实用的、容量较大的系统主要有： （1）北美的 AMPS；（2）北欧的 NMT-450/900；（3）英国的 TACS；其工作频带都在 450MHz 和 900MHz 附近，载频间隔在 30kHz 以下。 鉴于移动通信用户的特点：一个移动通信系统不仅要满足区内，越区及越局自动转接信 道的功能，还应具有处理漫游用户呼叫（包括主被叫）的功能。因此移动通信系统不仅希望 有一个与公众网之间开放的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 接口，还需要一个开放的开发接口。由于移动通信是基于固 定电话网的，因此由于各个模拟通信移动网的构成方式有很大差异，所以总的容量受着很大 的限制。 鉴于模拟移动通信的局限性，因此尽管模拟蜂窝移动通信系统还会以一定的增长率在近 几年内继续发展，但是它有着下列致命的弱点： A) 各系统间没有公共接口。 2 培训教材――移动通信基本知识 B) 无法与固定网迅速向数字化推进相适应，数字承载业务很难开展。 C) 频率利用率低，无法适应大容量的要求。 D) 安全.利用率低，易于被窃听，易做"假机"。 这些致命的弱点将妨碍其进一步发展，因此模拟蜂窝移动通信将逐步被数字蜂窝移动通 信所替代。然而，在模拟系统中的组网技术仍将在数字系统中应用。 1.1.2第二代――数字蜂窝移动通信系统 由于 TACS 等模拟制式存在的各种缺点，90 年代开发出了以数字传输、时分多址和窄 带码分多址为主体的移动电话系统，称之为第二代移动电话系统。代表产品分为两类： 1.1.2.1 TDMA 系统 TDMA 系列中比较成熟和最有代表性的制式有：泛欧 GSM、美国 D-AMPS 和日本 PDC。 （1）D-AMPS 是在 1989 年由美国电子工业协会 EIA 完成技术标准制定工作，1993 年正式 投入商用。它是在 AMPS 的基础商改造成的，数模兼容，基站和移动台比较复杂。 （2）日本的 JDC（现已更名为 PDC）技术标准在 1990 年制定，93 年使用，只限于本国使 用。 （3）欧洲邮电联合会 CEPT 的移动通信特别小组（SMG）在 88 年制定了 GSM 第一阶段标 准phase1，工作频带为900MHz左右，90年投入商用；同年，应英国要求，工作频带为1800MHz 的 GSM 规范产生。 上述三种产品的共同点是数字化，时分多址、话音质量比第一代好，保密性好、可传送 数据、能自动漫游等。 三种不同制式各有其优点，PDC 系统频谱利用率很高，而 D-AMPS 系统容量最大，但 GSM 技术最成熟，而且它以 OSI 为基础，技术标准公开，发展规模最大。 1.1.2.2 N-CDMA 系统 N-CDMA（码分多址）系列主要是以高通公司为首研制的基于 IS-95 的 N-CDMA（窄 带 CDMA）。北美数字蜂窝系统的规范是由美国电信工业协会制定的，1987 年开始系统研究， 1990 年被美国电子工业协会接受，由于北美地区已经有统一的 AMPS 模拟系统，该系统按 双模式设计。随后频带扩展到 1900MHz，即基于 N-CDMA 的 PCS1900。 3 培训教材――移动通信基本知识 1.1.3 第三代――IMT-2000 随着用户的不断增长和数字通信的发展，第二代移动电话系统逐渐显示出它的不足之 处。首先是频带太窄，不能提供如高速数据、慢速图像与电视图像等的各种宽带信息业务； 其次是 GSM 虽然号称“全球通”，实际未能实现真正的全球漫游，尤其是在移动电话用户 较多的国家如美国，日本均未得到大规模的应用。而随着科学技术和通信业务的发展，需要 的将是一个综合现有移动电话系统功能和提供多种服务的综合业务系统，所以国际电联要求 在 2000 年实现商用化的第三代移动通信系统，即 IMT-2000，它的关键特性有： （1）包含多种系统； （2）世界范围设计的高度一致性； （3）IMT-2000 内业务与固定网络的兼容； （4）高质量； （5）世界范围内使用小型便携式终端。 具有代表性的第三代移动通信系统技术： 主要存在两个标准： （1）以 Qualcomm 公司为代表提出的与 IS-95 系统反向兼容的宽带 cdmaOne 建议。 建 议 采 用 多 级 DS-CDMA ， 射 频 信 道 带 宽 1.25/10/20MHz ， PN 码 片 率 为 1.288/3.6864/7.3728/14.7456Mbps。采用多级的目的在于将 5MHz 分为 3 个 1.25MHz 带宽的 信道，以便于 IS-95 后向兼容，可以共享或重叠。 美国考虑在 IMT-2000 网络发展目标上，支持宽带分组交换网为核心，将当前的从功能 上分层的网络模式演变成端到端的客户-服务器模式。 （2）专门开发与 GSM 系统反向兼容的 UMTS 标准，包括两个子 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ： ¾ 日本的 W-CDMA 日本最大的移动电话运营商 NTT DoCoMo 提出的建议为相干多码率宽带 CDMA （W-CDMA）。由于日本的第二代移动电话系统并没有成为全球化标准，而在第三代 IMT-2000 网络技术方案上，日本决心走全球化合作的道路。在支持 ITU 的 IMT-2000 家族及 接口概念基础上，有意参照无线传输技术的合作方式，支持欧洲的 GSM UMTS 的网络概念。 现在爱立信等公司以与 NTT DoCoMo 公司合作，共同提出无线传输技术采用 W-CDMA，而 4 培训教材――移动通信基本知识 核心网路则沿用 GSM 网络平台，其目的在于能从 GSM 演进到第三代 IMT-2000。 ¾ 欧洲的 TD-CDMA 欧洲西门子和阿尔卡特等公司提出了一种 TD-CDMA。该方案将 FDMA/TDMA/CDMA 组合在一起。其特点是信道间隔扩展为 1.6MHz，但它的帧结构和时隙结构与 GSM 相同， 扩展因子为 16，可支持每时隙 8 个用户。由于每时隙仅 8 个用户（码分），故可采用联合检 测（Joint Detection）从而不需快速功率控制和减少码间干扰，另外还可采用时分双工（TDD）。 移动台将采用双模手机，以便在网络、信令层与 GSM 兼容。 此方案便于由 GSM 平滑过渡到第三代，故受到很多 GSM 供应商支持。 IMT-2000 的频谱分配： 1992 年世界无线电管制大会的规定：IMT-2000 频谱分配如下： 上行频段：1885~2025MHz；下行频段：2110~2200MHz； 移动卫星业务频段：1980~2010MHz；2170~2200MHz； 从上面的分配可以看出，其上、下行频段是不对称的，因此有的系统提出利用不对称的频段 以 TDD 方式提供业务。但是在 IMT-2000 频谱分配上，各国家和地区的考虑并不相同，不 可能完全遵照这样的频谱安排。 1.2移动通信的特点 移动通信：对于通话的双方，只要有一方处于移动状态，即构成移动通信方式。 移动通信是有线通信的延伸，与有线通信相比具有以下特点： 1. 终端用户的移动性： 移动通信的主要特点在于用户的移动性，需要随时知道用户当前位置，以完成呼叫、接 续等功能；用户在通话时的移动性，还涉及到频道的切换问题等。 2. 无线接入方式： 移动用户与基站系统之间采用无线接入方式，频率资源的有限性、用户与基站系统之间 信号的干扰（频率利用、建筑物的影响、信号的衰减等）、信息（信令、数据、话路等）的 安全保护（鉴权、加密）等。 3． 漫游功能： 移动通信网之间的自动漫游，移动通信网与其他网络的互通（公用电话网、综合业务数 字网、数据网、专网、现有移动通信网等），各种业务功能的实现等（电话业务、数据业务、 5 培训教材――移动通信基本知识 短消息业务、智能业务等）。 6 培训教材――移动通信基本知识 第二章 GSM 通信系统 2.1GSM 的发展 GSM 数字移动通信系统源于欧洲。早在 80 年代初，欧洲已有几大模拟蜂窝移动系统在 运营，例如北欧的 NMT（北欧移动电话）和英国的 TACS（全接入通信系统），西欧其他各 国也提供移动业务。但是模拟系统有一些限制：第一，尽管在 80 年代初的过低估计下，移 动业务的潜在需求也远远超过当时模拟蜂窝网的预计容量；第二，运营中的不同系统不能向 用户提供兼容性：一个 TACS 终端不能进入 NMT 网，一个 NMT 终端也不能进入 TACS 网。 为了方便全欧洲统一使用移动电话，需要一种公共的系统。 1982 年在欧洲邮电行政大会（CEPT）上成立“移动特别小组”（Group Special Mobile） 简称“GSM”，开始制定使用于泛欧各国的一种数字移动通信系统的技术规范。1990 年完成 了 GSM900 的规范，产生一套 12 章规范系列。随着设备的开发和数字蜂窝移动通信网的建 立，GSM 逐渐演变为“全球移动通信系统”（Global System for Mobile Communication）的 简称。 2.2GSM 系统的技术规范及其主要性能 GSM 标准共有 12 章规范系列，即： 01 系列：概述 02 系列：业务方面 03 系列：网络方面 04 系列：MS－BS 接口和规约（空中接口第 2、3 层） 05 系列：无线路径上的物理层（空中接口第 1 层） 06 系列：话音编码规范 07 系列：对移动台的终端适配 08 系列：BS 到 MSC 接口（A 和 Abis 接口） 09 系列：网络互连 10 系列：暂缺 7 培训教材――移动通信基本知识 11 系列：设备和型号批准规范 12 系列：操作和维护 GSM 的主要特点可以归结为： 1. 频谱效率。由于采用了高效调制器、信道编码、交织、均衡和语音编码技术，使系 统具有高频谱效率。 2. 容量。由于每个信道传输带宽增加，使同频复用栽干比要求降低至 9dB，故 GSM 系统的同频复用模式可以缩小到 4/12 或 3/9 甚至更小（模拟系统为 7/21）；加上半 速率话音编码的引入和自动话务分配以减少越区切换的次数，使 GSM 系统的容量 效率（每兆赫每小区的信道数）比 TACS 系统高 3～5 倍。 3. 话音质量。鉴于数字传输技术的特点以及 GSM 规范中有关空中接口和话音编码的 定义，在门限值以上时，话音质量总是达到相同的水平而与无线传输质量无关。 4. 开放的接口。GSM 标准所提供的开放性接口，不仅限于空中接口，而且报刊网络 直接以及网络中个设备实体之间，例如 A 接口和 Abis 接口。 5. 安全性。通过鉴权、加密和 TMSI 号码的使用，达到安全的目的。鉴权用来验证用 户的入网权利。加密用于空中接口，由 SIM 卡和网络 AUC 的密钥决定。TMSI 是 一个由业务网络给用户指定的临时识别号，以防止有人跟踪而泄漏其地理位置。 6. 与 ISDN、PSTN 等的互连。与其他网络的互连通常利用现有的接口，如 ISUP 或 TUP 等。 7. 在 SIM 卡基础上实现漫游。漫游是移动通信的重要特征，它标志着用户可以从一 个网络自动进入另一个网络。GSM 系统可以提供全球漫游，当然也需要网络运营 者之间的某些协议，例如计费。 在 GSM 系统中，漫游是在 SIM 卡识别号以及被称为 IMSI 的国际移动用户识别号的基 础上实现的。这意味着用户不必带着终端设备而只需带其 SIM 卡进入其他国家即可。终端 设备可以租借，仍可达到用户号码不变，计费帐号不变的目的。 8 培训教材――移动通信基本知识 2.3GSM 系统关键技术 2.3.1工作频段的分配 1.工作频段 我国陆地公用蜂窝数字移动通信网 GSM 通信系统采用 900MHz 频段： 890～915（移动台发、基站收） 935～960（基站发、移动台收） 双工间隔为 45MHz，工作带宽为 25 MHz，载频间隔为 200 kHz。 随着业务的发展，可视需要向下扩展，或向 1.8GHz 频段的 GSM1800 过渡，即 1800MHz 频段： 1710～1785（移动台发、基站收） 1805～1880（基站发、移动台收） 双工间隔为 95MHz，工作带宽为 75 MHz，载频间隔为 200 kHz。 2.频道间隔 相邻两频道间隔为 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（全速率）。每信道占用带宽 200 kHz/8＝25 kHz。 将来 GSM 采用半速率话音编码后，每个频道可容纳 16 个半速率信道。 2.3.2多址方案 GSM 通信系统采用的多址技术：频分多址（FDMA）和时分多址（TDMA）结合，还 加上跳频技术。 GSM 在无线路径上传输的一个基本概念是：传输的单位是约一百个调制比特的序列， 它称为一个“突发脉冲”。脉冲持续时间优先，在无线频谱中也占一有限部分。它们在时间 窗和频率窗内发送，我们称之为间隙。精确地讲，间隙的中心频率在系统频带内间隔 200 kHz 安排（FDMA 情况），它们每隔 0.577ms（更精确地是 15/26ms）出现一次（TDMA 情况）。 对应于相同间隙的时间间隔称为一个时隙，它的持续时间将作为一种时间单位，称为 BP（突 9 培训教材――移动通信基本知识 发脉冲周期）。 这样一个间隙可以在时间/频率图中用一个长15/26ms，宽200KHz的小矩形表示（见图）。 统一地，我们将 GSM 中规定的 200KHz 带宽称为一个频隙。 时间 频 率 BP 15/26ms 200KHz 间隙 图 在时域和频域中的间隙 在 GSM 系统中，每个载频被定义为一个 TDMA 帧，相当于 FDMA 系统的一个频道。 每帧包括 8 个时隙（TS0－7）。每个 TDMA 帧有一个 TDMA 帧号。 TDMA 帧号是以 3 小时 28 分 53 秒 760 毫秒（2048×51×26×8BP 或者说 2048×51×26 个 TDMA 帧）为周期循环编号的。每 2048×51×26 个 TDMA 帧为一个超高帧，每一个超高帧 又可分为 2048 个超帧，一个超帧是 51×26 个 TDMA 帧的序列（6.12 秒），每个超帧又是由 复帧组成。复帧分为两种类型。 26 帧的复帧：它包括 26 个 TDMA 帧（26×8BP），持续时长 120ms。51 个这样的复帧 组成一个超帧。这种复帧用于携带 TCH（和 SACCH 加 FACCH）。 51 帧的复帧：它包括 51 个 TDMA 帧（51×8BP），持续时长 3060/13ms。26 个这样的复 帧组成一个超帧。这种复帧用于携带 BCH 和 CCCH。 2.3.3无线接口管理 在 GSM 通信系统中，可用无线信道数远小于潜在用户数，双向通信的信道只能在需要 时才分配。这与标准电话网有很大的区别，在电话网中无论有无呼叫，每个终端都与一个交 换机相连。 在移动网中，需要根据用户的呼叫动态地分配和释放无线信道。不论是移动台发出的呼 叫，还是发往移动台的呼叫，其建立过程都要求用专门方法使移动台接入系统，从而获得一 条信道。在 GSM 中，这个接入过程是在一条专用的移动台－－基站信道上实现的。这个信 10 培训教材――移动通信基本知识 道与用于传送寻呼信息的基站――移动台信道一起称为 GSM 的公用信道，因为它同时携带 发自/发往许多移动台的信息。相反地，在一定时间内分配给一单独移动台的信道称作专用 信道。由于这种区别，可以定义移动台的两种宏状态： ‹ 空闲模式：移动台在侦听广播信道，此时它不占用任一信道。 ‹ 专用模式：一条双向信道分配给需要通信的移动台，使它可以利用基础设施进行双 向点对点通信。 接入过程使移动台从空闲模式转到专用模式。 2.3.4GSM 信道 GSM 中的信道分为物理信道和逻辑信道，一个物理信道就为一个时隙（TS），而逻辑 信道是根据 BTS 与 MS 之间传递的信息种类的不同而定义的不同逻辑信道，这些逻辑信道 映射到物理信道上传送。从 BTS 到 MS 的方向称为下行链路，相反的方向称为上行链路。 逻辑信道又分为两大类，业务信道和控制信道。 1. 业务信道（TCH）：用于传送编码后的话音或客户数据，在上行和下行信道上，点对 点（BTS 对一个 MS，或反之）方式传播。 2. 控制信道：用于传送信令或同步数据。根据所需完成的功能又把控制信道定义成广播、 公共及专用三种控制信道，它们又可细分为： 11 培训教材――移动通信基本知识 广播信道 （BCH） 频率校正信道（FCCH）：携带用于校正MS频率的消息，下行信道，点对多 点（BTS对多个MS）方式传播。 同步信道（SCH）：携带MS的帧同步（TDMA帧号）和BTS的识别码（BSIC）的信 息，下行信道，点对多点（BTS对多个MS）方式传播。 广播控制信道（BCCH）：广播每个BTS的通用信息（小区特定信息），下行信道， 点对多点（BTS对多个MS）方式传播。 公共控制信道 （CCCH） 寻呼信道（PCH）：用于寻呼（搜索）MS，下行信道，点对多点（BTS对多个MS） 方式传播。 随机接入信道（RACH）：MS通过此信道申请分配一个独立专用控制信道 （SDCCH），可作为对寻呼的响应或MS主叫/登记时的接入。上行信道，点对点方 式传播。 允许接入信道（AGCH）：用于为MS分配一个独立专用控制信道（SDCCH），下行 信道，点对点方式传播。 专用控制信道 （DCCH） 独立专用控制信道（SDCCH）：用在分配TCH之前呼叫建立过程中传送系统信令。 例如登记和鉴权在此信道上进行。上行和下行信道，点对点方式传播。 慢速随路控制信道（SACCH）：它与一个TCH或一个SDCCH相关，是一个传送连续 信息的连续数据信息，如传送移动台接收到的关于服务及邻近小区的信号强大的测 试报告。这对实现移动台残余切换功能是必要的。它还用于MS的功率管理和时间调 整。上行和下行信道，点对点方式传播。 快速随路控制信道（FACCH）：它与一个TCH相关，工作于借用模式，即在话音传 输过程中如果突然需要以比SACCH所能处理的高得多的速度传送信令信息，则借用 20ms的话音（数据）来传送。这一般在切换时发生。由于语音译码器会重复最后 20ms的话音，因此这种终端不被用户察觉。 2.3.5保密措施 GSM 系统在安全性方面有了显著的改进，GSM 与保密相关的功能有两个目标：第一， 包含网络以防止未授权的接入，（同时保护用户不受欺骗性的假冒）；第二，保护用户的隐私 权。 防止未授权的接入是通过鉴权（即插入的 SIM 卡与移动台提供的用户标识码是否一致 的安全性检查）实现的。从运营者方面看，该功能是头等重要的，尤其在国际漫游情况下， 被访问网络并不能控制用户的 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 ，也不能控制它的付费能力。 保护用户的隐私是通过不同手段实现时，对传输加密可以防止在无线信道上窃听通信。 大多数的信令也可以用同样方法保护，以防止第三方了解被叫方是谁。另外，以一个临时代 号替代用户标识是使第三方无法在无线信道上跟踪 GSM 用户的又一机制。 2.3.5.1PIN 码 这是一种简单的鉴权方法。 在 GSM 系统中，客户签约等信息均被记录在 SIM 卡中。SIM 卡插到某个 GSM 终端设 12 培训教材――移动通信基本知识 备中，便视作自己的电话机，通话的计费帐单便记录在此 SIM 卡名下。为防止盗打，帐单 上产生讹误计费，在 SIM 卡上设置了 PIN 码操作（类似计算机上的 Password 功能）。PIN 码是由 4～8 位数字组成，其位数由客户自己决定。如客户输入了一个错误的 PIN 码，它会 给客户一个提示，重新输入，若连续 3 次输入错误，SIM 卡就被闭锁，即使将 SIM 卡拔出 或关掉手机电源也无济于事，必须向运营商申请，由运营商为用户解锁。 2.3.5.2鉴权 鉴权的计算如下图所示。其中 RAND 是网络侧对用户的提问，只有合法的用户才能够 给出正确的回答 SRES。 RAND是由网络侧AUC的随机数发生器产生的，长度为 128 比特，它的值随机地在 0～ 2128－1（成千上万亿）范围内抽取。 SRES 称为符号响应，通过用户唯一的密码参数（Ki）的计算获取，长度为 32 比特。 Ki 以相当保密的方式存储于 SIM 卡和 AUC 中，用户也不了解自己的 Ki，Ki 可以是任 意格式和长度的。 A3 算法为鉴权算法，由运营者决定，该算法是保密的。A3 算法的唯一限制是输入参数 的长度（RAND 是 128 比特）和输出参数尺寸（SRES 必须是 32 比特）。 移动终端 网 络 算法 A3 随机数发生器 算法 A3 Ki RAND SRES' SRES Ki 2.3.5.3加密 在 GSM 中，传输链路中加密和解密处理的位置允许所有专用模式下的发送数据都用一 种方法保护。发送数据可以是用户信息（语音、数据……），与用户相关的信令（例如携带 13 培训教材――移动通信基本知识 被呼号码的消息），甚至是与系统相关信令（例如携带着准备切换的无线测量结果的消息）。 加密和解密是对 114个无线突发脉冲编码比特与一个由特殊算法产生的 114比特加密序 列进行异或运算（A5 算法）完成的。为获得每个突发加密序列，A5 对两个输入进行计算： 一个是帧号码，另一个是移动台与网络之间同意的密钥（称为 Kc），见图。上行链路和下行 链路上使用两个不同的序列：对每一个突发，一个序列用于移动台内的加密，并作为 BTS 中的解密序列；而另一个序列用于 BTS 的加密，并作为移动台的解密序列。 A5 帧号 （22比特） Kc（64比特） A5 帧号 （22比特） Kc（64比特） S1 （114比特） S2 （114比特） S1 （114比特） S2 （114比特） MS BTS 1. 帧号：帧号编码成一连串的三个值，总共加起来 22 比特。 对于各种无线信道，每个突发的帧号都不同，所有同一方向上给定通信的每个突发使用 不同的加密序列。 2. A5 算法 A5 算法必须在国际范围内规定，该算法可以描述成由 22 比特长的参数（帧号码）和 64 比特长参数（Kc）生成两个 114 比特长的序列的黑盒子。 3. 密钥 Kc 开始加密之前，密钥 Kc 必须是移动台和网络同意的。GSM 中选择在鉴权期间计算密 钥 Kc；然后把密钥存贮于 SIM 卡的永久内存中。在网络一侧，这个“潜在”的密钥也存贮 于拜访 MSC/VLR 中，以备加密开始时使用。 由 RAND（与用于鉴权的相同）和 Ki 计算 Kc 的算法为 A8 算法。与 A3 算法（由 RAND 和 Ki 计算 SRES 的鉴权算法）类似，可由运营者选择决定。 Kc 的计算如下图所示。 14 培训教材――移动通信基本知识 移动终端 网 络 算法 A8 随机数发生器 算法 A8 Ki RAND Kc Ki Kc 2.3.5.4用户身份保护 加密对于机密信息十分有效，但不能用来在无线路径上保护每一次信息交换。首先，加 密不能应用于公共信道；其次，当移动台转到专用信道，网络还不知道用户身份时，也不能 加密。第三方就有可能在这两种情况下帧听到用户身份，从而得知该用户此时漫游到的地点。 这对于用户的隐私性来说是有害的，GSM 中为确保这种机密性引入了一个特殊的功能。 在可能的情况下通过使用临时移动用户身份号 TMSI 替代用户身份 IMSI，可以得到保 护。TMSI 由 MSC/VLR 分配，并不断地进行更换，更换周期由网络运营者设置。 2.3.6GSM 通信系统的组成 GSM 系统（Global System for Mobile Communication）又称全球移动通信系统（全球通）。 GSM 通信系统主要由移动交换子系统（MSS）、基站子系统（BSS）和移动台（MS） 三大部分组成，如图 1－1 所示。其中 MSS 与 BSS 之间的接口为 A 接口，BSS 与 MS 之间 的接口为 Um 接口。GSM 规范对系统的 A 接口和 Um 接口都有明确的规定，也就是说，A 接口和 Um 接口是开放的接口。 15 培训教材――移动通信基本知识 图 1－1 GSM 系统的组成 1. 移动交换子系统 MSS 完成信息交换、用户信息管理、呼叫接续、号码管理等功能。 2. 基站子系统 BSS BSS 系统是在一定的无线覆盖区中由 MSC 控制，与 MS 进行通信的系统设备，完成信 道的分配、用户的接入和寻呼、信息的传送等功能。 3. 移动台 MS MS 是 GSM 系统的移动用户设备，它由两部分组成，移动终端和客户识别卡（SIM 卡）。 移动终端就是“机”，它可完成话音编码、信道编码、信息加密、信息的调制和解调、信息 发射和接收。SIM 卡就是“人”，它类似于我们现在所用的 IC 卡，因此也称作智能卡，存有 认证客户身份所需的所有信息，并能执行一些与安全保密有关的重要信息，以防止非法客户 进入网路。SIM 卡还存储与网路和客户有关的管理数据，只有插入 SIM 卡后移动终端才能 接入进网。 4. 操作维护子系统 GSM 子系统还包括操作维护子系统（OMC），对整个 GSM 网络进行管理和监控。通过 它实现对 GSM 网内各种部件功能的监视、状态报告、故障诊断等功能。 BSS MSS MS 16 培训教材――移动通信基本知识 第三章 数字公用陆地移动通信网 PLMN 数字公用陆地移动通信网 PLMN 的网络结构见下图 3－1，如图所示从物理实体来看， 数字 PLMN 网包括：移动终端、BSS 子系统和 MSS 子系统等部分。移动终端与 BSS 子系 统通过标准的 Um 无线接口通信，BSS 子系统与 MSS 子系统通过标准的 A 接口通信。 BSC MSC/VLR HLR/AUC EIR MSC/VLR OMC SC PLMN PSTN ISDN PSPDN BTS Um Abis A BTS No.7 BSSAP No.7 MAP No.7 MAP TUP No.7 TUP X.25/ No.7 X.25 信令 话路 图 3－1 PLMN 网络结构 其中： BSC Base Station Controller 基站控制器 BTS Base Transceiver Station 基站收发信机 MSC Mobile services Switching Center 移动交换中心 OMC Operation and Maintenance Center 操作维护中心 AUC Authentication Centre 鉴权中心 EIR Equipment Identification Register 设备识别登记器 HLR Home Location Register 归属位置登记器 VLR Vistor Location Register 拜访位置登记器 MS Mobile Station 移动台 ISDN Intergrated Service Digital Network 综合业务数字网 PSTN Public Switching Telephone Network 公用电话交换网 PSPDN Public Switched Data Network 公用数据交换网 PLMN PublicL and Mobile Network 公用陆地移动网 3.1BSS 子系统 基站子系统 BSS 为 PLMN 网络的固定部分和无线部分提供中继，一方面 BSS 通过无线 接口直接与移动台实现通信连接，另一方面 BSS 又连接到移动交换子系统 MSS 的移动交换 中心 MSC。 17 培训教材――移动通信基本知识 基站子系统 BSS 可分为两部分。通过无线接口与移动台相连的基站收发信台（BTS） 以及与移动交换中心相连的基站控制器（BSC），BTS 负责无线传输、BSC 负责控制与管理。 一个 BSS 系统由一个 BSC 与一个或多个 BTS 组成，BSS 子系统可由多个 BSC 和 BTS 组成。一个基站控制器 BSC 根据话务量需要可以控制数十个 BTS。BTS 可以直接与 BSC 相 连，也可以通过基站接口设备 BIE 与远端的 BSC 相连。基站子系统还应包括码变换器（TC） 和子复用设备（SM）。 图 3－2 为典型的 BSS 子系统结构图。 MS Ater接口BS接口 Um接口 BSC BIE BTS BTS BIE Abis接口 SM SM TC A接口 MSC OMC Q3接口 图 3－2 BSS 子系统结构图 其中： TC TransCoder 码型变换器 SM SubMultiplexing 子复用 BIE Base station Interface Equipment 基站接口设备 如上图，BSS 的组成： （1）基站收发信台（BTS）： 基站收发信台（BTS）包括基带单元、载频单元和控制单元三部分，属于基站系统的无 线部分，是由基站控制器控制，服务于某个小区的无线收发信设备，完成 BSC 与无线信道 之间的转换，实现 BTS 与 MS 之间通过空中接口的无线传输及相关的控制功能。 当 BTS 与 BSC 为远端配置方式时，则需采用 Abis 接口，这时，BTS 与 BSC 两侧都需 配置 BIE 设备；而当 BSC 与 BTS 之间的间隔不超过 10 米时，可将 BSC 与 BTS 直接相连， 采用内部 BS 接口，不需要接口设备 BIE。 （2）基站控制器（BSC）： 18 培训教材――移动通信基本知识 BSC 是基站系统（BSS）的控制部分，在 BSS 中起交换作用。 BSC 一端可与多个 BTS 相连，另一端与 MSC 和操作维护中心 OMC 相连，BSC 面向无 线网络，主要负责完成无线网络管理、无线资源管理及无线基站的监视管理，控制移动台和 BTS 无线连接的建立、接续和拆除等管理，控制完成移动台的定位、切换和寻呼，提供语 音编码、码型变换和速率适配等功能，并能完成对基站子系统的操作维护功能。 BSS 中的 BSC 所控制的 BTS 的数量随业务量的大小而改变。 （3）码型变换器（TC）： 码型变换器 TC 主要完成 16kbit/sRPE-LTP(规则脉冲激励长期预测)编码和 64kbit/s A 律 PCM 之间的语音变换。在典型的实施方案中，ZXG10-TC 位于 MSC 与 BSC 之间。 当 TC 位于 MSC 侧时，通过 MSC 和 BSC 之间以及 BSC 和 BTS 之间的传输线路子复 用器 SM、BIE，可以充分利用在空中接口使用的低语音编码传输速率，降低传输线路的成 本。 BSC 与 TC 之间的接口称为 Ater 接口；在 TC 与 MSC 之间的接口称为 A 接口。 3.2MSS 子系统 移动交换子系统 MSS 完成 GSM 的主要交换功能，同时管理用户数据和移动性所需的 数据库。MSS 子系统的主要作用是管理 GSM 移动用户之间的通信和 GSM 移动用户与其它 通信网用户之间的通信。 如上图 3－1 所示，移动交换子系统 MSS 包括七个功能单元。 ‹ 移动交换中心（MSC） ‹ 拜访位置寄存器（VLR） ‹ 归属位置寄存器（HLR） ‹ 鉴权中心（AUC） ‹ 设备识别寄存器（EIR） ‹ 短消息中心（SC） 1. 移动交换中心（MSC） MSC 是 PLMN 的核心。MSC 对位于它所覆盖区域中的移动台进行控制和完成话路接续 的功能，也是 PLMN 和其他网络之间的接口。它完成通话接续，计费，BSS 和 MSC 之间的 切换和辅助性的无线资源管理、移动性管理等功能。另外，为了建立至移动台的呼叫路由， 19 培训教材――移动通信基本知识 每个 MSC 还完成 GMSC 的功能，即查询移动台位置信息的功能。 MSC 从三种数据库，拜访位置寄存器（VLR）、归属位置寄存器（HLR）和鉴权中心（AUC） 中取得处理用户呼叫请求所需的全部数据。反之，MSC 根据其最新数据更新数据库。 2. 拜访位置寄存器（VLR） VLR 通常与 MSC 合设，其中存储 MSC 所管辖区域中的移动台（称拜访客户）的相关 用户数据，包括：用户号码、移动台的位置区信息、用户状态和用户可获得的服务等参数。 VLR 是一个动态用户数据库。VLR 从移动用户的归属位置寄存器（HLR）处获取并存 贮必要的数据，一旦移动用户离开该 VLR 的控制区域，则重新在另一个 VLR 登记，原 VLR 将取消该移动用户的数据记录。 3. 归属位置寄存器（HLR） HLR 存储管理部门用于移动用户管理的数据。每个移动用户都应在其归属位置寄存器 （HLR）注册登记，它主要存储两类信息：一是有关移动用户的参数，包括移动用户识别号 码、访问能力、用户类别和补充业务等数据；一是有关移动用户目前所处位置的信息，以便 建立至移动台的呼叫路由，例如 MSC、VLR 地址等。 4. 鉴权中心（AUC） AUC 属于 HLR 的一个功能单元部分，专门用于 GSM 系统的安全性管理。鉴权中心产 生鉴权三参数组（随机数 RAND、符号响应 SRES、加密键 Kc），用来鉴权用户身份的合法 性以及对无线接口上的话音、数据、信令信号进行加密，防止无权用户接入和保证移动用户 通信的安全。 5. 设备识别寄存器（EIR） EIR 存储有关移动台设备参数。完成对移动设备的识别、监视、闭锁等功能，以防止非 法移动台的使用。 EIR 中存有三种名单： （1）白名单――存贮已分配给可参与运营的 GSM 各国的所有设备识别标识 IMEI。 （2）黑名单――存贮所有应被禁用的设备识别标识 IMEI。 （3）灰名单――存贮有故障的以及未经型号认证的设备识别标识 IMEI，由网路运营者 决定。 6. 短消息中心（SC） 短消息中心提供短消息业务功能。 短消息业务（SHORT MESSAGE SERVICE：SMS）提供在 GSM 网络中移动用户和固 20 培训教材――移动通信基本知识 定用户之间或移动用户和移动用户之间发送讯息长度较短的信息。短消息业务功能是一种类 似于传呼机的业务功能，但是它具有寻呼网络无法具备的优点：即保证到达和双向寻呼功能。 点对点短消息业务包括移动台 MS 发起的短消息业务 MO/PP 及移动台终止的短消息业 务 MT/PP。点对点短消息的传递与发送由短消息中心 SC 进行中继。短消息中心的作用像邮 局一样，接收来自各方面的邮件，然后把它们进行分拣，再发给各个用户。短消息中心的主 要功能是接收、存储和转发用户的短消息。 通过短消息中心能够更可靠地将信息传送到目的地。如果传送失败，短消息中心保存 失败消息直至发送成功为止。短消息业务的另一个突出特点是，即使移动台处于通话状态， 仍然可以同时接收短消息。 3.3操作维护中心（OMC） OMC 系统按照功能划分成几大模块，各大模块又分为前台和后台两个子模块，强调各 模块的独立性以及模块间接口的通用性，以适应系统结构的变化及功能的增加。 OMC 与 GSM 系统各网络单元的关系如下图所示： BSC BTS BTS BS BS MSC VLR MSC VLR HLR AUC EIR OMC HLR AUC EIR OMC PSTN ISDN 交 换 网 网 络 子 系 统 基 站 子 系 统 MS OMC OMC OMC A 口 OMC OMC OMC OMC 即操作维护中心，用于对 GSM 系统的交换实体进行管理。它主要具有以下功能： 维护测试功能、障碍 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 及处理功能、系统状态监视功能、系统实时控制功能、局数据的修 改、性能管理、用户跟踪、告警、话务统计功能等。 OMC 的功能大部分分布在 MSC/VLR、HLR/AUC、BSS 等实体中与操作维护相关的有 21 培训教材――移动通信基本知识 关模块中完成，OMC 操作台主要实现 OMC 的人机接口。OMC 功能与一般的维护台功能类 似，但需遵守相关规范要求。 3.4GSM 系统各个接口和协议 作为现代电信系统，GSM 是一个复杂的网络系统，在多业务方面它与 ISDN 有很多共 同点，同时它还增加了来自蜂窝网独有的功能。随着数据网络开放系统互连模型（OSI）的 出现，我们可以把 GSM 这样一个具体系统接口的功能、接口和协议，在 OSI 模型基础上来 进行 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 。 就 GSM 系统与外界的联系，可划分为三大边界，因而也有了三大外部接口： GSM 运营者 外 部网 络 用 户 OSS NSS BS C M S 首先，在用户侧，有移动台 MS 和用户之间的界面，可认为是一个人机界面。在 GSM 规范中定义了一个 SIM-ME 接口，这里 SIM 是一张智能卡，包含存贮在无线端口的用户一 侧上所有与用户有关的信息，ME 代表移动设备。 其次，GSM 与其他电信网接口，规定 GSM 作为一种接入网，建立起 GSM 用户与其他 电信网用户之间的呼叫；当然也我们可以这样认识，GSM 是一种电信交换机，既执行 GSM 功能，又能管理 PSTN/ISDN 用户，而一般规范的 GSM 体系结构不考虑这种可能性，只是 明确定义了 GSM 与其它电信网的接口。 再次，GSM 与运营者的接口，提供对 NSS、BSS 设备管理和运行管理，实现运营商对 网络的管理。 根据 OSI 基本原理，可对 GSM 系统系统功能做分层结构，描述如下图所示： 22 培训教材――移动通信基本知识 OAM 运营者 CM MM RR 用户 传输 传输：数据传输功能，在沿着通信路径的各段上提供携带用户数据，并提供实体间传送信令 的方法。 RR：无线资源管理，在呼叫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：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，还需基础设施来管理用户的位置数据（位置更新）； CM：通信管理，应用户要求，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）； OAM：运行、管理和维护平面，为运营者操作提供手段；它直接由传输层提供服务。 我们首先考虑无线接口上的协议，这里有许多很重要的 GSM 协议，其协议栈结构图示 如下： 23 培训教材――移动通信基本知识 RIL3－CC RIL3－MM RIL3－RR RSM BSSMAP MAP/E TCAP LAPDm LAPD SCCP MTP SCCP MTP SCCP MTP MAP/D MS BTS BSC MSC MSC/VLR HLR 服务 归属 CM MM RR L3 L2 L1 RIL3-CC：无线接口第 3 层－CC 层 RIL3-MM：无线接口第 3 层－MM 层 RIL3-RR：无线接口第 3 层－无线资源管理层 RSM：信道释放确认 SCCP：信令连接控制部分 MTP：信息传递部分 BSSMAP：基站子系统移动应用部分 LAPDm：ISDN 的 Dm 数据链路协议 TCAP：转移能力应用部分 MAP：移动应用部分 LAPD：D 信道链路接入协议 参考以上信令协议模型： 1. BSC 与 MSC 之间的接口（A 接口）。 BSC 与 MSC 之间的接口即 A 接口，它用于 BSC 和 MSC 之间的报文和进/出移动台的 报文（通过 CC 或 MM 协议鉴别器实现）。 遵循《ETSIGSM 系统技术规范书 08.××》，A 接口特性包括： 在 A 接口中，它遵循 GSM 规范 08 系列的要求。 24 培训教材――移动通信基本知识 Layer1——物理和电器参数及信道结构，定义 MSC—BSC 物理层结构。 采用公共信道信令 NO.7（CSS7）的消息转移部分（MTP）的第一级来实现，采用 2Mbit/s 的 PCM 数字链路作为传输链路，性能符合 GB7611—87 标准； 信令信道使用 2Mbit/s 链路中的 TS16。2Mbit/sPCM 链路中的 TS0 通常用于传输 MSC 与 BSC 之间的同步信号，其他时隙（TS1~TS15，TS17~TS31）传输业务信号。在该接口中， 业务信号的传输速率为 64Kbit/s，为 A 律 PCM 编码方式。 Layer2——网络操作程序，定义数据链路层和网络层，即 MTP2（Q.702—Q.703）和 MTP3 （Q.704—Q.705）、SCCP（Q.711—Q.71