[信息与通信]第4章GSM移动通信原理.ppt

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1、,第4章 GSM系统,课程目标,熟悉GSM基础知识熟悉GSM特点掌握GSM网络结构掌握GSM帧结构掌握GSM号码组成情况熟悉GSM接口信令与协议掌握GPRS系统结构,4.1 GSM概述与发展简史,4.1 GSM概述与发展简史,1 功率控制,当手机在小区内移动时，它的发射功率需要进行变化.当它离基站较近时，需要降低发射功率，减少对其它用户的干扰，当它离基站较远时，就应该增加功率，克服增加了的路径衰耗.所有的GSM手机都可以以2dB 为一等级来调整它们的发送功率，GSM900 移动台的最大输出功率是8W（规范中最大允许功率是20W，但现在还没有20W的移动台存在）.DCS1800移动台的最大输出功

2、率是1W.相应地，它的小区也要小一些.,2.GSM主要参数,移动通信1.8GHz频段的分配情况,在1800MHz频段，移动通信只用了低部45MHz，45MHz中已占用10MHz，尚余35MHz带宽.另有30MHz带宽可供发展！,4.2 GSM系统的业务,GSM系统提供的业务可分为三大类：承载业务(BEAR SERVICES)电信业务(TELESERVICES)附加业务(SUPPLEMENTARY SERVICES)其中承载业务和电信业务也叫作基本电信业务(BASIC TELECOMMUNICATION SERVICES)附加业务可以分为GSM附加业务(GSM BASIC TELECOMMUNI

3、CATION SERVICES)和非GSM附加业务(NON-GSM BASIC TELECOMMUNICATION SERVICES),4.2 GSM系统的业务4.2.1 GSM承载业务bear services,承载业务是为了提供数据传送的纯传输业务，它提供GSM网络和其他网络之间的低层交换功能.ETSI为GSM定义的承载业务有：Data CDA-circuit duplex asynchronous 数据电路双工异步传送 异步传送速率：300-9600bps 业务号：BS21，BS22，BS23，BS24，BS25，BS26Data CDS-circuit duplex synchrono

4、us 数据电路双工同步传送 同步传送速率：1200-9600bps 业务号：BS31，BS32，BS33，BS34,4.2.1 GSM承载业务bear services,PAD CDA-packet assembler/disassembler dedicated PAD access 消息包异步传送速率：300-9600bps 业务号：BS41，BS42，BS44，BS45，BS46Alternate speech/data CDA-circuit duplex Asynchronous 语音/数据电路双工异步传送 业务号：BS61Speech followed by CDA-circuit

5、 duplex synchronous 语音切换到数据电路双工同步传送 业务号：BS81,4.2.2 GSM电信业务teleservices,电信业务使用通信终端之间从高，低层网到通信控制层的功能基本语音/数据电信业务：Telephony 电话业务允许PLMN网与PSTN等他网之间的 语音信息传送 业务号：TS11Emergency call 紧急呼叫业务用于建立移动台与紧急呼叫 中心的连接 业务号：TS12,4.2.2 GSM电信业务teleservices,Short message services 短消息业务属于数据业务，允许移动台收发 其他移动用户的短消息 业务号：移动接受TS21，

6、移动始发TS22Automatic telefax 传真业务属于数据业务 业务号：TS62Alternative speech and telefax 传真/语音交替业务允许语音和传真业务中 交替传送 业务号：TS61,4.2.3 附加业务,附加业务是GSM基本电信业务的附加业务，它总是和基本电信业务并存的.一、GSM Supplementary ServicesNumber identification services calling line identification presentation calling line identification restrictionCall o

7、ffering services call forwarding unconditional(CFU)call forwarding on mobile subscriber busy(CFB)call forwarding on no reply(CFNRy)call forwarding on mobile subscriber not reachable(CFNRc),4.2.3 附加业务,Call completion services call hold call waitingMulti-party service 最大允许包括多方会议发起者在内的六位 用户Advice of ch

8、arge(AOC)AOC information level(AOIC)AOC charging level(AOCC),4.2.3 附加业务,Call restriction services*Barring of all outgoing calls(BAOC)紧急呼叫例外*Barring of all outgoing international calls(BOIC)*Barring of all outgoing international calls except home PLMN country(BOIC-exHC)*Barring of all ingoing calls(B

9、AIC)*Barring of all ingoing calls when roaming outside home country(BIC-Roam),4.2.3 附加业务,Closed user group(CUG)允许若干移动用户组成一个闭和用户群.其成员用户能接收和拨打群内用户，可统一开通其他业务.,4.2.3 附加业务,二、Non-GSM Supplementary ServicesHot billing 热线收费允许运营者为某个用户独立于普通计费而建立短期计费显示.Call back(call diversion services)遇忙回叫允许临时不能接入PLMN网络的移动用户向

10、网络个人语音邮箱呼叫.,4.3 GSM无线接口4.3.1 Um接口频率规划,GSM900无线频道特点：上行（MSBTS）：890-915MHZ下行（BTSMS）：935-960MHZ双工间隔：45MHz载频间隔：200KHz我国目前实际占用高端10M频段从上往下6M，电信4M,4.3.1 Um接口频率规划,DCS1800：上行（MSBTS）：1710-1785MHZ下行（BTSMS）：1805-1880MHZ我国目前实际使用低45MHz双工间隔：95MHz载频间隔：200KHz 频点使用情况见示意图.,4.3.1 Um接口频率规划,4.3.1 Um接口频率规划,GSM频道编号方法 GSM900

11、频道编号：上行频率F l(n)=(890+0.2n)MHz 下行频率Fu(n)=(935+0.2n)MHz 其中：n 为绝对射频号，从1到124DCS1800频道编号：上行频率F l(n)=1710+0.2(n-511)MHz 下行频率Fu(n)=1805+0.2(n-511)MHz其中：n为绝对射频号，从512-885，实际上，我国从512-（512+224）,4.3.1 Um接口频率规划,4.3 GSM无线接口Um接口频率规划,GSM系统频点分配基本的频率复用技术 将所有系统频点分为12组,43标准复用模式（GSM体制推荐）通常每个小区分配一组频点；然后根据小区天线情况分配：小区采用全方向

12、性天线；小区采用定向天线；,物理信道帧结构,什么是突发脉冲？GSM的每个载频是时分复用的每个载频分给八个全速率用户使用；每个用户在一个限定的、不连续的时间段内占用载频发送信号；突发脉冲一个突发脉冲占用的时间缝隙时隙；,每个载频上的帧结构如何组成,帧结构中涉及以下概念：时隙TDMA帧复帧超帧超高帧业务信道与信令信道的帧结构组成不同，请看下页图示：,控制信道帧结构8时隙TDMA帧26TDMA帧1复帧51复帧1超帧2048超帧1超高帧,业务信道帧结构8时隙TDMA帧51TDMA帧1复帧26复帧1超帧2048超帧1超高帧,突发脉冲种类与功能,Um接口上有哪几种突发脉冲？每一种突发脉冲完成什么功能？,U

13、m接口突发脉冲种类,常规突发脉冲序列（NB）频率校正突发脉冲序列（FB）同步突发脉冲序列（SB）接入突发脉冲序列（AB）,为什么引入逻辑信道,Um接口物理信道上传送的信息种类繁多；每一类信息均有一定的要求和规律；由一定的物理信道支撑；为了表述每一类信息的方便，定义了多种逻辑信道.,逻辑信道的分类,逻辑信道分为两类：业务信道（Traffic Channel）：传业务信息，包括：话音和数据；控制信道（Control Channel），或称为信令信道（Signalling Channel）：传各种控制信息；,逻辑信道类型,话音业务信道全速率话音业务信道（TCH/F)半速率话音业务信道（TCH/H)增

14、强型全速率话音业务信道（Enhanced TCH/F）,业务信道,Speech Traffic Type,话音编码速率（Kbit/s）,信道编码速率（Kbit/s）,Full-rate Speech,13,22.8,Enhanced Full-rate Speech,12.2,Half-rate Speech,6.5,11.4,数据业务信道9.6kbit/s，全速率数据业务信道（TCH/F9.6）4.8kbit/s，全速率数据业务信道（TCH/F4.8）4.8kbit/s，半速率数据业务信道（TCH/H4.8）2.4kbit/s，全速率数据业务信道（TCH/F2.4）2.4kbit/s，半速率

15、数据业务信道（TCH/H2.4）,业务信道,作用：控制信道（CCH）用于传送信令或同步数据.分类（三大类）广播信道（BCH）公共控制信道（CCCH）专用控制信道（DCCH）,控制信道,特点：下行信道，传频率校正、同步及系统消息分类（三种）：频率校正信道（FCCH）同步信道（SCH）广播控制信道（BCCH）,广播信道（BCH）,频率校正信道（FCCH），传送：移动台的频率校正信息同步信道（SCH），传送同步信息：基站识别码BSIC简化TDMA帧号广播控制信道（BCCH），传送：手机由此获得各种系统参数,广播信道（BCH）功能,特点：系统内移动台共用分类：寻呼信道（PCH）随即接入信道（RACH）

16、接入允许信道（AGCH）,公共控制信道（CCCH）,寻呼信道（PCH），下行，用于：寻呼移动台随即接入信道（RACH），上行，用于：移动台提出入网申请，请求分配一条SDCCH；接入允许信道（AGCH），下行，用于：入网应答，分配一条SDCCH或TCH,公共控制信道（CCCH）功能,特点：由基站分给某一特定的移动台专用分类：独立专用控制信道（SDCCH）非组合的SDCCH/8；与CCCH组合的SDCCH/4,专用控制信道（DCCH）,慢速随路控制信道（SACCH）TCH/F随路控制信道（SACCH/TF）TCH/H随路控制信道（SACCH/TH）SDCCH/4 随路控制信道（SACCH/C4）S

17、DCCH/8 随路控制信道（SACCH/C8）快速随路控制信道（FACCH）TCH/F随路控制信道（FACCH/F）TCH/H随路控制信道（FACCH/H）,独立专用控制信道（SDCCH），双向，用于：传送鉴权、业务信道指配信息；慢速随路控制信道（SACCH），双向，与一条业务信道或一条SDCCH联用；在传送用户信息期间代传某些特定信息，例如无线传输的测量报告、功率控制.快速随路控制信道（FACCH）与一条业务信道联用，携带与SDCCH同样的信号；只在未分配SDCCH时才分配FACCH；通过从业务信道借取的帧来实现信令传输；传送诸如“越区切换”等指令信息.,专用控制信道（DCCH）功能,还有其

18、他的逻辑信道吗,小区广播控制信道CBCH，用于下行短消息业务的小区广播信息！,YES！,逻辑信道的组合,几种不同的逻辑信道可以在同一物理时隙上传输，同一逻辑信道也可以在不同的物理时隙上传输.逻辑信道的组合多种组合方法：TCH/F+FACCH/F+SACCH/TFTCH/H+FACCH/H+SACCH/TH26复帧FCCH+SCH+BCCH+CCCHFCCH+SCH+BCCH+CCCH+SDCCH/4+SACCH/C4BCCH+CCCHSDCCH/8+SACCH/C851复帧,逻辑信道组合的实例（一）,广播和公共控制信道的复帧组合示意图,逻辑信道组合的实例（二）,业务信道的复帧组合示意图,逻辑信

19、道应用实例,以MS开机为例，说明逻辑信道的应用：开机FCCH：接收频率校正信息SCH：接收BS同步信号BCCH：接收系统消息 RACH：接入申请 AGCH：允许接入，并分配SDCCHSDCCH/SACCH：在SDCCH上进行鉴权；在SACCH上进行功率控制空闲状态接收BCCH,4.3 GSM无线接口4.3.4 Um接口话音处理,您知道吗？话音是如何在无线信道上传送的？您知道语音编码、信道编码、交织、加密、调制吗？,话音处理过程综述,首先，语音通过一个模/数转换器，实际上是经过8KHZ抽样，每个脉冲均匀量化为13bit；每20ms为一段，再经语音编码后降低传码率为13bit/s；经信道编码变为2

20、2.8Kbit/s；再经码字交织、加密和突发脉冲格式化后变为33.8kbit/s的码流；经调制后发送出去.接收端的处理过程相反.,信道编码,为了检测和纠正传输期间引入的误码，在数据流中引入冗余BIT用于纠错；信道编码器把话音分成“很重要（50bit）、较重要（132bit）和不重要（78bit）三部分.对前两部分分别加入3、4位奇偶校正码（50+3）+（132+4）=189bit，然后做1：2的卷积（189*2=378bit），再加上不重要的78bit，形成了456bit/20ms=22.8kbit/s的信道编码组.结果使20ms段BIT数从260BIT增加到456BIT，相应的话音速率从13

21、K增加到22.8K.,为什么引入话音交织？无线传输干扰和误码通常在某个较小时间段内发生，影响连续的几个突发脉冲；如果把话音帧内的BIT顺序按一定的规则错开，使原来连续的BIT分散到若干个突发脉冲中传输，则可分散误码，使连续的长误码变为若干分散的短误码，以便于纠错，提高话音质量.,交织,交织,交织处理的两个优点：可以减少一个话音帧内的误码数量；通过信道解码，可实现部分误码的纠正.交织处理的两个缺点：话音处理的长时延；信号处理的复杂程度.,一次交织（块间交织）,第一次交织把456bit/20ms的话音码分成8块，每块57bit.前后两个20ms段的块交织，组成8个 114bit的块,二次交织（块内

22、交织）,第二次把每个114bit块里来自两个20ms话音码段的57bit块进行比较交织，形成第二次交织后的114bit块,为什么引入加密技术？对无线接口上传送的信息（话音或数据）进行加密，防止无线侦听导致失密；GSM系统的加密技术仅仅保护无线接口.,加密技术,加密技术,+,+,A5,A5,Kc,TDMA帧号,Kc,TDMA帧号,未加密话音,已加密话音无线传播,解密话音,MS侧,BTS侧,把交织后的114bit块和一个114bit的加密块进行加密,4.3 GSM无线接口4.3.3 Um接口控制技术,您知道吗？系统如何控制手机与基站的功率？系统如何控制手机的信号传输起始时刻？什么是DTX、DRX？

23、什么是跳频技术？系统如何控制手机的发射时刻？,为何需要APC？可降低手机功耗，延长电池使用时间；可减小系统内的干扰，提高频率利用率，增加系统容量.如何进行APC？MS功率控制：MS接收BTS发射的信号，得到射频信号强度、质量等级参数，进行APC；手机起始发射功率由系统消息决定；可能导向切换、掉话.BTS功率控制：BTS接收MS发射信号，得到射频信号强度、质量等级参数，（BTS预处理）上报BSC，由BSC进行APC,自动功率控制技术（APC）,为什么引入时延调整？由于GSM采用TDMA，每载频8个时隙，应严格保持时隙间的同步；GSM的小区半径可以达到35km，从手机出来的信号需要经过一定时间才能

24、到达基站，单程传输极限时间是100US，双程传输极限时间为200US；因此我们必须采取一定的措施，来保证信号在恰当的时候到达基地站.时延调整,时延调整,时延调整,如何进行时延调整？采用时间提前量参数调整发信时间正常通话中，当MS接近基站时，基站就会通知MS减小时间提前量；而当MS远离小区中心时，基站就会要求MS加大时间提前量.,4.4 GSM通信流程简介,4.4 呼叫信令分析5.2 呼叫流程举例分析5.3 鉴权简介5.4 切换过程简介5.5 位置更新,4.4 呼叫信令分析4.4.1 主叫过程流程,移动台作为起始呼叫者，在与网络端接触以前拨被叫号码，然后发送，网络端会向主叫用户作出应答表明呼叫的

25、结果.,4.4.1 主叫过程流程4.4.1.1 接入阶段,接入阶段，手机与BTS（BSC）之间建立了暂时固定的关系.其过程包括：信道请求，信道激活，信道激活响应，立即指配，业务请求.,4.1.1 主叫过程流程4.1.1.2 鉴权加密阶段,该阶段主要包括：鉴权请求，鉴权响应，加密模式命令，加密模式完成，呼叫建立.经过这个阶段，主叫用户的身份已经确认，网络认为主叫用户是一个合法用户.,4.1.1 主叫过程流程4.1.1.3 TCH指配阶段,该阶段主要包括：指配命令，指配完成.经过这个阶段，主叫用户的话音信道已经确定，如果在后面被叫接续的过程中不能接通，主叫用户可以通过话音信道听到MSC的语音提示.

26、,4.1.1 主叫过程流程4.1.1.4 取被叫用户路由信息阶段,该阶段包括：向HLR请求路由信息，HLR向VLR请求漫游号码，VLR回送被叫用户的漫游号码，HLR向MSC回送被叫用户的路由信息.MSC接到路由信息后，对被叫用户的路由信息进行分析，得到被叫用户的局向，然后进行话路接续.,4.1.2 被叫过程流程,移动台作被叫时，其MSC通过与外界的接口收到初始化地址消息（IAI）.从这条消息的内容及MSC已经存在VLR中的记录，MSC可以取到如IMSI、请求业务类别等完成接续所需要的全部数据.MSC 然后对移动台发起寻呼，移动台接受呼叫并返回呼叫核准消息，此时移动台振铃.MSC在收到被叫移动台

27、的呼叫校准消息后，会向主叫网方向发出地址完成（ADDRESS COMPLETE）消息（ACM）.,4.1.2 被叫过程流程4.1.2.1 接入阶段,接入阶段包括：手机收到BTS的寻呼命令后，信道请求，信道激活，信道激活响应，立即指配，寻呼响应.经过这个阶段，手机与BTS（BSC）之间建立了暂时固定的关系.,4.1.2 被叫过程流程4.1.2.2 鉴权加密阶段,该阶段主要包括：鉴权请求，鉴权响应，加密模式命令，加密模式完成，呼叫建立.经过这个阶段，被叫用户的身份已经确认，网络认为被叫用户是一个合法用户.,4.1.2 被叫过程流程4.1.2.3 TCH指配阶段,该阶段主要包括：指配命令，指配完成.

28、经过这个阶段，被叫用户的话音信道已经确定，主叫听回铃音，被叫振铃.如果被叫用户摘机，则进入通话状态.,4.1.2 被叫过程流程4.1.2.4 通话阶段与拆线阶段,用户摘机进入通话阶段.而拆线阶段可能主叫发起，也可能被叫发起.流程基本类似：拆线，释放，释放完成.没有发起拆线的用户会听到忙音.释放完成，用户进入空闲状态,4.1.3 注意事项,1.从VLR到HLR/AUC取鉴权集的过程不是必需的.VLR到HLR/AUC取鉴权集时，HLR每次送5组，一次使用一组，另外4组保存在VLR中供以后的鉴权使用.如果VLR中的鉴权集使用完毕，则VLR发起向HLR/AUC取鉴权集的过程.,4.1.3 注意事项,2

29、.在MSC通过对被叫用户MSRN号的分析得知被叫用户是本局用户，那么向另外MSC的初始地址消息就不会发送，而是根据被叫用户的位置区直接向BSC发起寻呼.如果被叫用户非本局用户，则通过IAI将话路接续到其他适当的MSC去.,4.2 呼叫流程举例分析,从通信接续的观点来说，通信是电信用户之间为交换信息而建立的一种临时关系.这种关系的建立是根据用户的要求，通过一定的接续过程，最后由电信网为用户双方提供适当的传输线路.只要通信的一方是GSM用户，就会涉及到GSM的接续通信流程.,4.2.1 移动呼移动(主，被叫在 同一MSC),（1）移动台发MSISDN，完成信道请求，业务请求，鉴权请求，信道指配等步

30、骤.,4.2.1 移动呼移动(主，被叫在 同一MSC),（2）MSC向HLR发请求，要MSRN.,4.2.1 移动呼移动(主，被叫在 同一MSC),（3）VLR提供MSRN并回送至MSC.,4.2.1 移动呼移动(主，被叫在 同一MSC),（4）MSC分析MSRN得知被叫是本局用户，向VLR发 一个S.F.I.C（为来话发送信息）.,4.2.1 移动呼移动(主，被叫在 同一MSC),（5）VLR 向MSC 发寻呼请求.,4.2.1 移动呼移动(主，被叫在 同一MSC),（6）MSC 向BSSb发出寻呼请求并找到MS.,4.2.2 移动呼移动(主，被叫不在 同一MSC),（1）移动台完成了信道请

31、求，业务请求，鉴权请求，信道指配等步骤以后，发MSISDN.,4.2.2 移动呼移动(主，被叫不在 同一MSC),（2）MSCa向HLR/AUC要MSRN，HLR/AUC向VLRb转发该消息.,4.2.2 移动呼移动(主，被叫不在 同一MSC),（3）VLRb提供MSRN并回送至MSCa.,4.2.2 移动呼移动(主，被叫不在 同一MSC),（4）MSCa与MSCb建立了连接.,4.2.2 移动呼移动(主，被叫不在 同一MSC),（5）MSCb 向VLRb发一个S.F.I.C（为来话发送信息）.,4.2.2 移动呼移动(主，被叫不在 同一MSC),（6）VLRb 向MSCb 发寻呼请求.,4.

32、2.2 移动呼移动(主，被叫不在 同一MSC),（7）MSCb 向BSSb发出寻呼请求并找到MSb.,4.2.3 移动呼固定,（1）移动台完成了信道请求，业务请求，鉴权请求，信道指 配等步骤以后，发被叫固定用户号码.,4.2.3 移动呼固定,（2）MSC向VLR请求建立连接的信息.,4.2.3 移动呼固定,（3）VLR回送MSC用户信息，呼叫进程.,4.2.3 移动呼固定,（4）MSC与被叫PSTN建立了连接，并找到被叫用户.,4.2.3 移动呼固定,（5）被叫PSTN 向MSC发回一个ACM消息.,4.2.3 移动呼固定,（6）被叫PSTN 向MSC发回一个ANS应答消息.,4.2.3 移动

33、呼固定,（7）MSC 向主叫MS发出提醒（ALTER）和连接（CONNECT）消息.,4.2.3 移动呼固定,（8）MS连接证实（CONN-ACK）.,4.2.4 固定呼移动(被叫在GMSC),（1）主叫固定用户发起呼叫，发IAM.,4.2.4 固定呼移动(被叫在GMSC),（2）网关GMSC向HLR/AUC请求MSRN号，HLR到VLR请求MSRN.,4.2.4 固定呼移动(被叫在GMSC),（3）VLR回送GMSC MSRN.,4.2.4 固定呼移动(被叫在GMSC),（4）GMSC向VLR发一个S.F.I.C.（为来话发送信 息）.,4.2.4 固定呼移动(被叫在GMSC),（5）VLR

34、向GMSC发寻呼请求.,4.2.4 固定呼移动(被叫在GMSC),（6）GMSC向BSS发寻呼请求，找到被叫移动台.,4.2.4 固定呼移动(被叫在GMSC),（7）被叫移动台通过BSS向GMSC发寻呼响应.,4.2.4 固定呼移动(被叫在GMSC),（8）GMSC连接证实（CON-CONF）.,4.2.4 固定呼移动(被叫在GMSC),（9）GMSC完成被叫MS的鉴权、加密、呼叫建立等过 程.,4.2.4 固定呼移动(被叫在GMSC),（10）GMSC向主叫PSTN发回地址全消息（ACM）和应 答消息（ANC）.,4.4.3 固定呼移动(被叫不在GMSC),（1）主叫固定用户发起呼叫，发IA

35、M.,4.4.3 固定呼移动(被叫不在GMSC),（2）网关GMSC向被叫所在的HLR/AUC请求MSRN号，HLR到被叫所在的VLR请求MSRN.,4.4.3 固定呼移动(被叫不在GMSC),（3）VLR回送GMSC漫游号 MSRN.,4.4.3 固定呼移动(被叫不在GMSC),（4）GMSC与被叫所在的MSC建立连接.,4.4.3 固定呼移动(被叫不在GMSC),（5）MSC向VLR发一个S.F.I.C.（为来话发送信息）.,4.4.3 固定呼移动(被叫不在GMSC),（6）VLR向MSC发寻呼请求.,4.4.3 固定呼移动(被叫不在GMSC),（7）MSC向BSS发寻呼请求，找到被叫移动

36、台.,4.4.3 固定呼移动(被叫不在GMSC),（8）被叫移动台通过BSS向MSC发寻呼响应.,4.4.3 固定呼移动(被叫不在GMSC),（9）MSC连接证实（CON-CONF）.,4.4.3 固定呼移动(被叫不在GMSC),（10）MSC完成被叫MS的鉴权、加密、呼叫建立等过程.,4.4.3 固定呼移动(被叫不在GMSC),（11）MSC向主叫PSTN发回地址全消息（ACM）和应答消息（ANC）.,4.3 鉴权简介,鉴权是数字网络区别于模拟网络的重要特性之一.通过鉴权，系统可以为合法的用户提供服务，对不合法的用户拒绝服务.,4.3.1 鉴权原理,鉴权是通过鉴权中心(AUC)完成的.AUC

37、是为了防止非法用户接入GSM系统而设置的安全措施.它可以不断地为每个用户提供一组参数（包括随即数RAND、符号响应SRES 和密匙KC等三个参数）.MSC/VLR在每次呼叫过程中通过检查系统所提供的和用户响应的三参数是否一致来鉴定用户身份的合法性.,4.3.1 鉴权原理,由于鉴权中心提供的三参数组总是与每个用户相关连的，因此通常AUC与HLR是合在同一个实体（HLR/AUC）中，或者AUC直接与HLR相连的.每个用户在VLR中至少有一个可用的新的三参数组，以保证在任何时候MSC/VLR可提供一个新的鉴权参数.当用户要进行呼叫，位置更新等操作时，先需对其鉴权：,4.3.1 鉴权原理,1.MSC、

38、VLR传送RAND至MS 2.MS用RAND和KI算出SRES并返回MSC/VLR 3.MSC/VLR把收到的SRES与存储在其中的 SRES比较，决定其真实性 在SIM卡中进行的算法有：Ki(IMSI)+RAND+A3-SRES Ki(IMSI)+RAND+A8-Kc,4.3.2 鉴权执行控制过程,（1）主叫用户发出IMSI号到VLR.,4.3.2 鉴权执行控制过程,（2）MSC/VLR判断该IMSI是否为新.如为新卡，则向 AUC申请五个三数组；如为旧卡，则调用VLR中的一个三数组.,4.3.2 鉴权执行控制过程,（3）VLR发请求三数组消息到AUC.,4.3.2 鉴权执行控制过程,（4）

39、AUC送回五个三数组.,4.3.2 鉴权执行控制过程,（5）VLR只使用一个三数组进行鉴权，其余四组待用.,4.3.2 鉴权执行控制过程,（6）MSC/VLR通过BSS向MS发RAND.,4.3.2 鉴权执行控制过程,（7）MS在SIM卡进行计算，得到SRES和KC值.,4.3.2 鉴权执行控制过程,（8）MS将SRES和KC送回MSC/VLR进行核对.,4.3.2 鉴权执行控制过程,（9）若两个SRES一致，则鉴权成功，向MS返回接受消息：TMIS、CKSN等.,4.4 切换过程简介,在MS通话阶段中MS小区的改变引起的系统相应操作叫切换.切换的依据是MS对周邻的BTS信号强度的测量报告和B

40、TS对MS发射信号及通话质量.BSS统一评价后决定是否进行切换.切换的决定主要由BSS作出，当BSS对当前BSS与移动用户的无线连接质量不满意，BSS根据现场情况发起不同的切换要求，也可由NSS根据话务信息要求MS开始切换流程.,4.4.1 切换类型,1.小区内切换 同一个无线频道的话务信道之间 不同的无线频道之间 2.同基站内小区间切换 3.同MSC内基站间切换 4.同PLMN不同MSC之间切换 5.不同PLMN的基站间切换，GSM不定义,4.4.2 同BSC控制的小区间切换,BSC预订新的BTS激活一个TCH.,4.4.2 同BSC控制的小区间切换,BSC通过旧BTS发送一个包括频率及时隙

41、及发射功率参数的信息至MS，此信息在FACCH上传送.,4.4.2 同BSC控制的小区间切换,MS在规定新频率上发送一个切换接入 突发脉冲（通过FACCH发送）.,4.4.2 同BSC控制的小区间切换,新BTS收到此突发脉冲后，将时间提前 量信息通过FACCH回送MS.,4.4.2 同BSC控制的小区间切换,MS通过新BTS向BSC发送一切换成功信息.,4.4.2 同BSC控制的小区间切换,BSC要求旧BTS释放TCH.,4.4.3 同MSC，不同BSC控制的小 区间切换,旧BSC把切换请求及切换目的小区标识一起发给MSC.,4.4.3 同MSC，不同BSC控制的小 区间切换,MSC判断是哪个

42、BSC控制的BTS，并向新BSC发送切换请求.,4.4.3 同MSC，不同BSC控制的小 区间切换,新BSC预订目标BTS激活一个TCH.,4.4.3 同MSC，不同BSC控制的小 区间切换,新BSC把包含有频率、时隙及发射功率的参数通过MSC，旧BSC和旧BTS传到MS.,4.4.3 同MSC，不同BSC控制的小 区间切换,MS在新频率上通过FACCH发送接入突发脉冲.,4.4.3 同MSC，不同BSC控制的小 区间切换,新BTS收到此脉冲后，回送时间提前量信息至MS.,4.4.3 同MSC，不同BSC控制的小 区间切换,MS发送切换成功信息通过新BSC传至MSC.,4.4.3 同MSC，不

43、同BSC控制的小 区间切换,MSC命令旧BSC去释放TCH.,4.4.3 同MSC，不同BSC控制的小 区间切换,BSC转发MSC命令至BTS并执行.,4.4.4 不同MSC控制的小区间切换,旧BSC把切换目标小区标志和切换请求发至旧MSC.,4.4.4 不同MSC控制的小区间切换,旧MSC判断出小区属另一MSC管辖.,4.4.4 不同MSC控制的小区间切换,新MSC分配一个切换号（路由呼叫用），并向新BSC发 送切换请求.,4.4.4 不同MSC控制的小区间切换,新BSC激活BTS的一个TCH.,4.4.4 不同MSC控制的小区间切换,新MSC收到BSC回送信息并与切换号一起转至旧MSC.,

44、4.4.4 不同MSC控制的小区间切换,一个连接在MSC间被建立（也许会通过PSTN网）,4.4.4 不同MSC控制的小区间切换,旧MSC通过旧BSC向MS发送切换命令，其中包含频率，时隙和发射功率,4.4.4 不同MSC控制的小区间切换,MS在新频率上发一接入突发脉冲（通过FACCH）.,4.4.4 不同MSC控制的小区间切换,新BTS收到后，回送时间提前量信息（通过FACCH）,4.4.4 不同MSC控制的小区间切换,MS通过新BSC和新MSC向旧SCM发送切换成功信息，旧 TCH被释放，而控制权仍在旧MSC手中.,4.5 位置更新,移动用户在移动性的情况下要求改变与小区和网络联系的特点称

45、为漫游.而在漫游期间改变位置区及位置区的确认过程则称为位置更新.在相同位置区中的移动不需通知MSC，而在不同位置区间的小区间移动则需通知MSC,位置更新的发生：当移动用户远离一个小区，向另一个小区移动时，该MS接收到原小区BCCH上的信号强度减弱，而决定转移到临近小区的新的无线频道上去.当新的BTS发出的BCCH载频信号强度优于原小区时，MS锁定这个载频，并继续接收广播消息及可能发给它的寻呼消息，直到它移向另一小区，该过程的完成即为位置更新.,4.5 位置更新4.4.4 常规位置更新,MS,BSS,MSC,VLR,(1),(2),(3),(4),(5),(6),(1),(6),(7),(8),

46、(9),(7),(10),（1）位置更新请求,4.5 位置更新4.4.4 常规位置更新,MS,BSS,MSC,VLR,(1),(2),(3),(4),(5),(6),(1),(6),(7),(8),(9),(7),(10),（2）位置更新区（CKSN、IMSI、LAIO、LAIN）,4.5 位置更新4.4.4 常规位置更新,MS,BSS,MSC,VLR,(1),(2),(3),(4),(5),(6),(1),(6),(7),(8),(9),(7),(10),（3）鉴权完成过程,4.5 位置更新4.4.4 常规位置更新,MS,BSS,MSC,VLR,(1),(2),(3),(4),(5),(6)

47、,(1),(6),(7),(8),(9),(7),(10),（4）位置更新接受,4.5 位置更新4.4.4 常规位置更新,MS,BSS,MSC,VLR,(1),(2),(3),(4),(5),(6),(1),(6),(7),(8),(9),(7),(10),（5）加密模式完成过程,4.5 位置更新4.4.4 常规位置更新,MS,BSS,MSC,VLR,(1),(2),(3),(4),(5),(6),(1),(6),(7),(8),(9),(7),(10),（6）位置更新接受（TMSIN、LAI）,4.5 位置更新4.4.4 常规位置更新,MS,BSS,MSC,VLR,(1),(2),(3),(

48、4),(5),(6),(1),(6),(7),(8),(9),(7),(10),（7）TMSIN完成,4.5 位置更新4.4.4 常规位置更新,MS,BSS,MSC,VLR,(1),(2),(3),(4),(5),(6),(1),(6),(7),(8),(9),(7),(10),（8）TMSI分配完成证实,4.5 位置更新4.4.4 常规位置更新,MS,BSS,MSC,VLR,(1),(2),(3),(4),(5),(6),(1),(6),(7),(8),(9),(7),(10),（9）释放资源,4.5 位置更新4.4.4 常规位置更新,MS,BSS,MSC,VLR,(1),(2),(3),(

49、4),(5),(6),(1),(6),(7),(8),(9),(7),(10),（10）清除完成,4.5 位置更新4.5.2 周期性位置更新,周期性位置更新是保证数据安全的一种方法.网络通过BCCH向全体MS提供更新的周期（一般为0.124H).MS自动地、周期地与网络取得联系，核对数据.,4.5 位置更新4.5.3 IMSI分离,当MS关机后，发送最后一次消息要求进行分离操作，MSC/VLR接到后在VLR中的IMSI上作分离标记.,4.5 位置更新4.5.4 IMSI附着,当MS开机后，若此时MS处于分离前相同的位置区，则将MSC/VLR中VLR的IMSI作附着标记；若位置区已变，则要进行新的常规位置更新.,总结,