GSM 无线接口理论

河北移动公司BSS培训教材初稿

第三章 GSM 无线接口理论

第一节 工作频段的分配

一、我国GSM网络的工作频段

我国陆地蜂窝数字移动通信 网GSM通信系统采用900MHz与1800MHz频段: GSM900MHz频段为：890~915(移动台发,基站收),935~960(基站发,移动台收); DCS1800MHz频段为：1710~1785(移动台发,基站收),1805~1880(基站发,移动台收);

GSM系统 上行频段 下行频段 带宽 双工间隔 双工信道数 GSM900 890~915 935~960 45 124 2×25 GSM900E 880~915 925~960 45 174 2×35 GSM1800 1710~1785 1805~1880 95 374 2×75 GSM1900 1850~1910 1930~1990 80 299 2×60 二、频道间隔

相邻两频点间隔为为200kHz，每个频点采用时分多址（TDMA）方式，分为8个时隙，既8个信道（全速率），如GSM采用半速率话音编码后，每个频点可容纳16个半速率信道，可使系统容量扩大一倍，但其代价必然是导致语音质量的降低。

三、频道配置

绝对频点号和频道标称中心频率的关系为： GSM900MHz频段为:

fl(n)=890.2MHz + (n-1)×0.2MHz (移动台发,基站收）；

fh(n)=fl(n)+45MHz (基站发,移动台收); n∈[1，124] GSM1800MHz频段为：

fl(n)=1710.2MHz + (n-512) ×0.2MHz (移动台发,基站收）； fh(n)=fl(n)+95MHz (基站发,移动台收）；n∈[512，885]

其中：fl(n)为上行信道频率、fh(n)为下行信道频率,n为绝对频点号（ARFCN）。 注：

1、在我国GSM900使用的频段为： 905~915MHz 上行频率

作者：韩斌杰

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950~960MHz 下行频率

频道号为76~124, 共10M带宽。

中国移动公司：905~909MH（上行），950~954MHz（下行），共4M带宽，

20个频道，频道号为76~95。（目前通过中国移动TACS网的压频，为GSM网留出了更大的空间，因而GSM实际可用频点号要远大于该范围） 中国联通公司：909~915MH（上行），954~960MHz（下行），共6M带宽，

29个频道，频道号为96~124。

2、目前只有中国移动公司拥有GSM1800网络，拥有1800网络的移动分公司大

多申请10M的带宽，频道号为512~562。

四、干扰保护比

载波干扰比（C/I）是指接收到的希望信号电平与非希望信号电平的比值，此比值与MS的瞬时位置有关。这是由于地形不规则性基本地散射体的形状、类型及数量不同，以及其他一些因素如天线的类型、方向性及高度，站址的标高及位置，当地的干扰源数目等造成的。

1、同频干扰保护比：C/I≥9dB。所谓C/I，是指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，它们的比值即C/I，GSM规范中一般要求C/I >9dB；工程中一般加3dB余量，即要求C/I>12dB 2、邻频干扰保护比：C/I≥-9dB。 C/A是指在频率复用模式下，邻近频道会对服务小区使用的频道进行干扰，这两个信号间的比值即C/A。GSM规范中一般要求C/A>-9dB，工程中一般加3dB余量，即要求C/A>-6dB

3、载波偏离400kHz的干扰保护比：C/I≥-41dB

第二节 时分多址技术（TDMA）

多址技术就是要使众多的客户公用公共信道所采用的一种技术，实现多址的方法基本有三种，频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）。我国模拟移动通信网TACS就是采取的FDMA技术。CDMA是以不同的代码序列实现通信的，它可重复使用所有小区的频谱，它是目前是最有效的频率复用技术。GSM的多址方式为时分多址TDMA和频分多址FDMA相结合并采用跳频的方式，载波间隔为200K，每个载波有8个基本的物理信道。一个物理信道可以由TDMA的帧号、时隙号和跳频序列号来定义。它的一个时隙的长度为0.577ms,每个时隙的间隔包含156.25比特GSM的调制方式为GMSK，调制速率为270.833kbit/s。

一、TDMA信道的概念

在GSM中的信道可分为物理信道和逻辑信道。一个物理信道就是一个时隙，通常被定义为给定TDMA帧上的固定位置上的时隙（TS）。而逻辑信道是根据BTS与MS之间传递的消息种类不同而定义的不同逻辑信道。这些逻

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辑信道是通过BTS来影射到不同的物理信道上来传送。

逻辑信道又可分为业务信道和控制信道.

（一） 业务信道：业务信道用于携载语音或用户数据，可分为话音业务

信道和数据业务信道。 1、 话音业务信道

TCH/FS：全速率语音信道 13Kbit/s TCH/HS: 半速率语音信道 5.6Kbit/s 2、 数据业务信道

TCH/F9.6: 9.6kbit/s 全速率数据信道 TCH/F4.8: 4.8kbit/s 全速率数据信道 TCH/H4.8: 4.8kbit/s 半速率数据信道 TCH/H2.4: <=2.4kbit/s 半速率数据信道 TCH/F2.4: <=2.4kbit/s 全速率数据信道

（二）控制信道：控制信道用于携载信令或同步数据，可分为广播信道、公共控制信道和专用控制信道 。

广播信道（BCH）：包括BCCH、FCCH和SCH信道，它们携带的信息目标是小区内所有的手机，所以它们是单向的下行信道。

公共控制信道（CCCH）：包括RACH、PCH、AGCH和CBCH，前一个是单向上行信道，后者是单向下行信道。

专用控制信道（DCCH）：包括SDCCH、SACCH、FACCH

1、广播信道：

广播信道仅用在下行链路上，由BTS至MS。它们用在每个小区的TS0上作为标频，在一些特殊的情况下，也可用在TS2，4或6上，这些信道包括BCCH、FCCH和SCH。为了通信，MS需要于BTS保持同步，而同步的完成就要依赖FCCH和SCH逻辑信道，它们全部为下行信道，为点对多点的传播方式。

频率校正信道（FCCH）：FCCH信道携带用于校正MS频率的消息，它的作用是使 MS可以定位并解调出同一小区的其它信息。

同步信道（SCH）：在FCCH解码后，MS接着要解出SCH信道消息，它给出了MS需要同步的所有消息及该小区的的标示信息如TDMA帧号（需22比特）和基站识别码BSIC号（需6比特）。

广播控制信道（BCCH）：MS在空闲模式下为了有效的工作需要大量的网络信息。而这些信息都将在BCCH信道上来广播。信息基本上包括小区的所有频点、邻小区的BCCH频点、LAI（LAC+MNC+MCC）、CCCH和CBCH信道的管理、控制和选择参数及小区的一些选项。所有这些消息被称为系统消息（SI）在BCCH信道上广播，在BCCH上系统消息有八种类型TYPE 1、2、2bis 、2ter、3、4、7和8。

2、公共控制信道：

公共控制信道包括AGCH、PCH、CBCH和RACH，这些信道不是供一个MS专用的，而是面向这个小区内所有的移动台的。在下行方向上，由PCH、AGCH和CBCH来广播寻呼请求、专用信道的指派和短消息。在上行方向上由RACH信道来传送专用信道的请求消息。

寻呼信道（PCH）：当网络想与某一MS建立通信时，它就会在PCH信道上根据MS所登记的LAC号向所有具有该LAC号的小区进行寻呼，寻呼

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MS的标示为TMSI或IMSI，属下行信道，点对多点传播。

接入许可信道（AGCH）：当网络收到处于空闲模式下MS的信道请求后，就将给之分配一专用信道，AGCH通过根据该指派的描述（所分信道的描述，和接入的参数），向所有的移动台进行广播，看属于谁的，下行信道，点对点传播。

小区广播控制信道（CBCH）：它用于广播短消息和该小区一些公共的消息（如天气和交通情况），它通常占用SDCCH/8的第二个子信道，下行信道，点对多点传播。

随机接入信道（RACH）：当MS想与网络建立连接时，它会通过RACH信道来广播它所需的服务信道，请求消息包括3个比特的建立的原因（如呼叫请求、响应寻呼、位置更新请求、及短消息请求等等）和5个比特的用来区别不同MS请求的参考随机数，属上行信道，点对点传播方式。

3、专用控制信道包括SDCCH、SACCH、FACCH、TCH，这些信道被用于某一个具体的MS上.

独立专用控制信道（SDCCH）：SDCCH是一种双向的专用信道，它主要用于传送建立连接的信令消息、位置更新消息、短消息、用户鉴权消息、加密命令及应答及各种附加业务。

慢速随路控制信道（SACCH）：SACCH是一种伴随着TCH和SDCCH的专用信令信道。在上行链路上它主要传递无线测量报告和第一层报头消息（包括TA值和功率控制级别）；在下行链路上它主要传递系统消息type5、5bis 、5ter、6及第一层报头消息。这些消息主要包括通信质量、LAI号、CELLID、邻小区的标频信号强度等信息、NCC的限制、小区选项、TA值、功率控制级别。

快速随路控制信道（FACCH）：FACCH信道与一个业务信道TCH相关。FACCH在话音传输过程中如果突然需要以比慢速随路控制信道（SACCH）所能处理的高的多的速度传送信令消息，则需借用20ms的话音突发脉冲序列来传送信令，这种情况被称为偷帧，如在系统执行越局切换时。由于话音译码器会重复最后20ms的话音，所以这种中断不会被用户察觉的。

二、TDMA帧

在TDMA中，每一个载频被定义为一个TDMA 帧，相当于FDMA系统中的一个频道。每帧包括8个时隙（TS0~TS7），并要有一个帧号 ，这是因为在计算加密序列的A5算法中是以TDMA帧号为一个输入参数，当有了TDMA帧号后，移动台就可以判断控制信道TS0上传送的为哪一类逻辑信道了。

TDMA的帧号是以3小时28分钟53秒760毫秒（2715648个TDMA帧）为周期循环编号的。每2715648个TDMA帧为一个超高帧，每一个超高帧又由2048个超帧，一个超帧的持续时间为6.12s，而每个超帧又是由51个26复帧或26个51复帧组成。这两种复帧是为满足不同速率的信息传输而设定的，区别是：

26帧的复帧：包含26个TDMA帧，时间间隔为120ms，它主要用于TCH（SACCH/T）和FACCH等业务信道。

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51帧的复帧：包含51个TDMA帧，时间间隔为235ms, 它主要用于BCCH、CCCH、SDCCH等控制信道。

图示 帧结构图

三、突发脉冲序列（Burst）

TDMA信道上的一个时隙中的消息格式被称为突发脉冲序列，也就是说每个突发脉冲被发送在TDMA帧的其中一个时隙上。因为在特定突发脉冲上发送的消息内容不同，也就决定了它们格式的不同。

可以分为五种突发脉冲序列：

? 普通突发脉冲序列（normal burst）:用于携带TCH、FACCH、

SACCH、SDCCH、BCCH、PCH和AGCH信道的消息。

? 接入突发脉冲序列（access burst）：用于携带RACH信道的消息。 ? 频率校正突发脉冲序列（frequency correction burst）: 用于携带FCCH

信道的消息。

? 同步突发脉冲序列（synchronization burst）: 用携带SCH信道的消息. ? 空闲突发脉冲序列（dummy burst）:当系统没有任何具体的消息要发

送时就传送这种突发脉冲序列（因为在小区中标频需连续不断的发送消息）。

在每种突发脉冲的格式中，都包括以下内容：

? 尾比特（tail bits）:它总是0，以帮助均衡器来判断起始位和终止

位以避免失步。 ? 消息比特（information bits）:用于描述业务消息和信令消息，空闲

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突发脉冲序列和频率校正突发脉冲序列除外。 ? 训练序列（training sequence）:它是一串已知序列，用于供均衡器

产生信道模型（一种消除色散的方法）。训练序列是发送端和接收端所共知的序列，它可以用来确认同一突发脉冲其它比特的确定位置，它对于当接收端收到该序列时来近似的估算发送信道的干扰情况能起到很重要的作用。值得注意的是，它在普通突发脉冲序列可分为8种，但在接入突发脉冲和同步突发脉冲序列是固定的而并不随着小区的不同而不同。 ? 保护间隔（guard period）:它是一个空白空间，由于每个载频的最

多同时承载8个用户，因此必须保证各自的时隙发射时不相互重叠，尽管使用了后面会讲到的定时提前技术，但来自不同移动台的突发脉冲序列仍会有小的滑动，因而就采用了保护间隔可是发射机在GSM规范许可的范围内上下波动。从另一角度来讲,GSM规范要求MS在一个突发脉冲的有用(不包括保护比特的其它比特)应保持恒定的传输幅度,并要求MS在两个突发脉冲之间传输幅度适当衰减,因此需要保护比特.相邻两个突发脉冲之间的幅度衰减并应用适当的调制比特流,将会减小对其它RF信道的干扰。

现在让我们详细看一下每个突发脉冲序列的内容：

1、 普通突发脉冲序列：它有2个的58个比特的分组用于消息字

段，具体的说有两个的57比特用于消息字段来发送用户数据或话音再加上2个偷帧标志位，它用于表述所传的是业务消息还是信令消息，如用来区分TCH和FACCH（当TCH信道需用做FACCH信道来传送信令时，它所使用的8个半突发脉冲相应的偷帧标志须置1，在TCH以外的信道上没有什么用处但可被认为是训练序列的扩展，总是置为1的。它还包括两个3比特的尾位及8.25比特的保护间隔。它的训练序列放在了两个消息字段的中间被称为中间对位，它的唯一缺陷是接收机在能解调之前需要存储突发脉冲的前一部分。它的突发脉冲共有26个比特,其中消息位有16个比特,但为了得到26个比特,它采取了将前5个比特重复到该训练序列的最后和并将后5个比特重复到该训练序列头部的办法.这种训练序列共有八种(该八种序列的相关联性最小),它们分别和不同的基站色码(BCC,3个比特)相对应,目的是用来区分使用同一频点的两个小区.

2、 接入突发脉冲序列:用于随机接入(是指用于向网络发起初始的信道请

求并用于切换时的接入).它是基站在上行方向上解调所需的第一个突发脉冲。它包括41比特的训练序列,36比特的信息位,它的保护间隔是68.25比特。对于接入突发脉冲只规定了一种固定的训练序列，由于干扰的可能性很小，不值得多增加多种训练序列所引起的复杂性。它的训练序列和保护间隔都要比普通脉冲要长，这是为了适应移动台首次接入(或切换到另一个BTS)后不知道时间提前量的缺陷并提高系统的解调能力而设定的.

3、 频率校正突发脉冲序列:它用于移动台的频率同步,相当于一个未调

载波,该序列有142固定比特用于频率同步,它的结构十分简单,固定比特全部为0，当使用调制技术后，其结果是一个纯正弦波.它应用在FCCH信道上来使移动台找到并且解调出同一小区内的同步突发脉冲

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序列,当MS通过该突发脉冲序列知道该小区的频率后,才能在此标频上读出在同一物理信道上的随后的突发脉冲序列的信息来(如SCH及BCCH).保护间隔和尾比特同普通突发脉冲序列.

4、 同步突发脉冲序列:它用于移动台的时间同步,它的训练序列为64比特,2个39比特的信息字段,它用于SCH信道,属下行方向.因为它是第一个需被移动台解调突发脉冲,因而它的训练序列较长而容易被检测

图示 突发脉冲序列结构图

到.而且它的突发脉冲只有一种，而且只能有一种，因为如果定义了几种序列，移动台无法知道基站选择的序列。该突发脉冲的信息位中有19比特描述TDMA的帧号(用于MS与网络的同步和加密过程),有6比特来描述基站识别号BSIC(NCC+BCC),经过信道卷积后就得到了2个39比特. 保护间隔和尾比特同普通突发脉冲序列.

5、 空闲突发脉冲序列:此突发脉冲序列在某些情况下由BTS发出,不携

带任何信息,它的格式与普通突发脉冲序列相同,其中加密比特改为具有一定比特模型的混合比特.

四、逻辑信道与物理信道之间的对应关系

我们知道，每个小区都有若干个载频，每个载频都有8个时隙，因而我们可以定义载频数为C0、C1、…、Cn，时隙数为TS0、TS1、..、TS7。 1、控制信道的映射

在某个小区超过一个载频时，则该小区C0上的TS0就映射广播和公共控

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制信道（FCCH、SCH、BCCH、CCCH），可使用mainBCCH的组合，该时隙不间断的向该小区的所有用户发送同步信息、系统消息及寻呼消息和指派消息。即使没有寻呼和接入进行，BTS也总在C0上发射空闲突发脉冲。

我们从帧的分级结构知道，51帧的复帧是用于携带SCH和CCCH，因此51帧的复帧共有51个TS0，也就是说将51个连续TDMA帧的8个时隙中的TSO都取出来以组成一个51帧的复帧。该序列在映射完一个51复帧后开始重复下一个51帧的复帧。

以上叙述了下行链路C0上的TS0的映射，对于上行链路CO上映射的TS0是不含有上述信道的，它只含有随机接入信道（RACH），用于移动台的接入。

下行链路C0上的TS1用于映射专用控制信道，它可使用SDCCH的信道组合形式。它是102个TDMA帧重复一次。由于是专用信道，所以上行链路C0上的TS1也具有同样的结构，这就意味着对一个移动台同时可双向连接，但在时间上会有一个偏移（以后我们会讲到出现这种情况的原因）。

当某个小区的容量很小，仅使用一个载频时，则该载频的TSO即用做公共控制信道又用做专用控制信道，即可采用mainBCCHcombined的信道组合形式。该信道组合每102重复一次。

当某小区业务量很高时，它可把C0的TS0配置成为mainBCCH，并可在TS2、TS4、TS6上扩展三个组合集，使用CCCH的配置形式，该配置形式包括除SCH和FCCH外的TS0的所有组合，因为这两个信道只能出现在C0的TS0上。

BCCH+CCCH（下行）51复帧 F S B C F S C C

F S C C F S C C F S C C N BCCH+CCCH（上行）（RACH）51复帧 R R R R R R R R R R

8 SDCCH/8（下行） 2×51复帧 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D0 D1 D2 D3 D4 D5

8 SDCCH/8 （上行） 2×51复帧 A5 A6 A7 N N N A1 A2 A3 N N N

D0 D0 D6 D6 R R R R R R R R D7 D7 A0 A4 A1 A5 A2 A6 A3 A7 N N N N N N D1 D1 D2 D2 D3 D3 D4 D4 D5 D5 D6 D6 D7 D7 A0 A4 BCCH+CCCH+4SDCCH/4（下行） 2×51复帧 F S B C F S C C F S D0 F S B C F S C C F S D0

D1 D1 F F S S D2 D2 D3 D3 F F S S A0 A2 A1 A3 N N BCCH+CCCH+4SDCCH/4（上行） 2×51复帧 DR R AAR R R R R R R R R R R R R R R R R R R 3 2 3 DR R AAR R R R R R R R R R R R R R R R R R R 3 0 1 R R R R D0 R R R R D0 DR R D1 2 DR R D1 2 F：频率校正脉冲序列TDMA帧 S：同步脉冲序列TDMA帧 作者：韩斌杰

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R：用于RACH的TDMA帧 B：用于BCCH的消息块（4个TDMA帧） D：用于SDCCH的消息块（4个TDMA帧） C：用于CCCH的消息块（4个TDMA帧） A：用于SACCH的消息块（4个TDMA帧 ）

表 控制信道的映射

2、 业务信道的映射

在每个小区携带有BCCH信道的载频的TS0和TS1上按上述映射安排控制逻辑信道，TS2至TS7以及其它载频的TS0至TS7均可安排业务信道。 除映射控制信道外的时隙均映射在业务信道TCH上，用于携带TCH/F的复帧是26复帧的，因此它有26个帧的TSn。第26个TSn是空闲时隙，空闲时隙之后序列从0开始。

上行链路的结构与下行的是一样的，一个接通的GSM移动信道业务信息在每一帧分配的TS中以突发脉冲的形式发送，唯一的不同是有一个时间偏移，这个时间偏移为3个时隙。

TCH信道用于传送话音和数据。SACCH信道用于传送随路控制信息。IDLE信道不含任何信息。它有两个作用，一方面是针对全速率TCH信道，在呼叫接续的状态下，为了预同步它的相邻小区，移动台可利用IDLE时隙所在的第26个空闲帧所提供的这一段时间的间隔，去读取其邻小区的基站识别码BSIC；另一方面是针对半速率TCH信道，在此时该时隙用于传输另一个TCH/H业务信道的SACCH。

全速率TCH的26复帧 T T T T T T T T T T T T A T T T T T T T T T T T T N T：TCH的TDMA帧 A：SACCH的TDMA帧 N：空闲TDMA帧

五、信道组合种类

下面是可使用的逻辑信道的组合形式：

1）FCCH+SCH+BCCH+PCH+AGCH+RACH 称为mainBCCH

2）FCCH+SCH+BCCH+PCH+AGCH+RACH+SDCCH/4+SACCH 称为 mainBCCHcombined

3）SDCCH/8(0,…7)+SACCH/8(0,…7) 称为 SDCCH 4）TCH/F+ SACCH/TF ,称为tchfull

5）TCH/H+FACCH/H+SACCH/TF,称为TCHhalf 6）BCCH+PCH+AGCH+RACH 称为CCCH

7）同2，但其中SDCCH/4（2），用做CBCH 称为 bcchsdcch4CBCH 8）同3，但其中SDCCH/8（2）用做CBCH，称为sdcch8CBCH

对于不同容量的基站，控制信息速率随之不同，因此控制信道和业务信道的安排不尽相同。

1、 对于小容量基站，只有一个TRX的情况，TS0可使用第二种

mainBCCHcombined的形式。TS1~TS7，可使用TCH/F的信道类型。 2、 对于中等容量的基站，如有四个TRX的情况，TS0可使用第一种

mainBCCH的类型，再用2个TS作为SDCCH信道类型。剩余29个用做TCH/F。

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3、 对于大容量基站，可将TS0使用mainBCCH组合方式，TS2、TS4可

使用第六种CCCH的组合方式。其于用做SDCCH或TCH/F。

六、系统消息

MS为了能得到或提供各种各样的服务通常需要从网络来获得许多消息。这

些在无线接口广播的消息被称做系统消息，可共分为12种类型：type1、2、2bis、2ter、3、4、5、5bis、5ter、6、7、8。

每个系统消息都由不同的元素组成，如以下阐述： ? 当前网络、位置区和小区的识别消息

? 小区供切换的测量报告消息和小区选择的进程消息 ? 当前控制信道结构的描述消息 ? 该小区不同的可选项的消息 ? 关于邻小区BCCH频点的分配

系统消息在两种逻辑信道中传送，BCCH或SACCH信道。手机在不同的模式下通过不同的逻辑信道来收听系统消息

? 在空闲模式下，用BCCH信道（传送系统消息1 至4及7、8） ? 在通信模式下，用SACCH信道（传送系统消息5和6） 系统消息的主要内容如下：

? SI type1 小区信道描述+RACH控制参数 (TC=0,若系统采用跳频，1.88

秒一次)

? SI type2 邻小区BCCH频点描述+RACH控制消息+允许的PLMN

（TC=1，1.88秒一次）

? SI type2bis 扩展邻小区BCCH频点描述+RACH控制消息（TC=5，

1.88秒一次）

? SI type2ter 扩展邻小区BCCH频点描述2（TC=4或5，1.88秒一次） ? SI type3 小区识别（CELLID）+位置区识别（LAI）+控制信道描述+

小区选择+小区选择参数+RACH控制参数（TC=2且TC=6，1.88秒两次）

? SI 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（TC=3且TC=7，1.88秒两次） ? SI type5 邻近小区BCCH频点描述

? SI type5bis 扩展邻近小区BCCH频点描述 ? SI type5ter 扩展邻近小区BCCH频点描述

? SI type6 小区识别（CELLID）+位置区识别（LAI）+小区选择 ? SI type7 小区重选参数（TC=7，1.88秒一次） ? SI type8 小区重选参数（TC=3，1.88秒一次）

其中TC为循环序号，这些消息被循环在BCCH或SACCH信道中向移动台广播。BCCH信道是一个小容量的信道，每51复帧（235ms）仅有四帧（一个消息块）传送一个23字长Lapdm的消息。

注：

1、小区信道描述中含有该小区所使用到的所有频点，包括BCCH频点和跳频频点。

2、RACH控制消息中含有参数max retrans（最大重传数）、TX_integer

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（传输的时隙数）、cell bar access（小区是否被禁止接入）、RE（呼叫重建允许比特）、EC（紧急呼叫允许比特）、AC CN（被限制接入的用户级别）

3、邻小区BCCH频点描述包括其邻小区所使用的BCCH频点

4、允许的PLMN用来提供小区内BCCH载波上移动台监测的所允许的NCC。

5、控制信道描述中包括：ATT（移动台附着分离允许指示）、BS-AG-BLKS-RES（留做接入允许AGCH的块数）、CCCH-CONF（公共控制信道结构）、BA-PA-MFRMS（传输寻呼消息留给同一寻呼组的51TDMA复帧数）、T3212（用做周期性位置更新的时间）。

6、小区选择中包括：PWRC（功率控制指示）、DTX（不连续发射指示）、RADIO-LINK-TIMEOUT（无线链路超时值）

7、小区选择参数包括：小区重选滞后值、MS-TXPWR-MAX-CCH（移动台接入小区应使用的最大TX功率电平）、RXLEV-ACCESS-MIN（允许接入系统的移动台的最小接入电平）。

8、CBCH信道描述中包括：信道类别和TDMA偏差（哪种专用信道的组合）、TN（时隙号）、TSC（训练序列码）、H（跳频信道指示）、MAIO（移动配置指数偏移量）、HSN（跳频序列号）、ARFCN（绝对频点号）。

9、CBCH移动配置中包括参与跳频的频道顺序与小区信道描述的关系。 10、 小区重选参数包括CELLRESELIND（小区重选指示）、CBQ（小区禁止限制）、CRO（小区重选偏置量）、TO（临时偏置量）、PT（惩罚时间）

第三节 无线路径的损耗和衰落

一、无线路径的损耗和衰落

当移动台和基站的距离逐渐增加时，所收到的信号会越来越弱，这就是发生

了 路径损耗。路径损耗不仅与载频频率、传播速度有关，而且还与传播地形和地貌有关。下面让我们具体研究一下损耗产生的各种原因。 1、自由空间信号强度的传播衰落

自由空间是指相对于介电参数和相对导磁率均为一的均匀介质所存在的空间 它是一个理想的无限大的空间，是为了减化问题的研究而提出的一种科学的抽象。在自由空间的传播衰落我们不考虑其它衰落因素，仅考虑由能量的扩散而引起的损耗。通过研究我们发现该衰落符合以下公式的规律：

2

Pr=Pt×(λ/4πd) .G1G2

其中，Pr为接收机的接收功率，Pt为发射机的发射功率（单位为瓦或毫瓦），λ为波长（即c/f），d为接收机和发射机之间的距离，G1为发射机的天线增益，G2为接收机的天线增益。

从公式中我们可以看出，如果将其它参数保持不变仅使工作频率f或传播距离d提高一倍，则其接收功率就为发射功率的四分之一，即自由空间的传播

作者：韩斌杰

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损耗就增加了6dB。然而在实际上电波还要受到诸如平地面的吸收、反射和曲率地面的绕射以及地面上覆盖物等产生的传输损耗的影响。因而采取更为复杂的模型如爱立信的Okomura模型更接近实际，Okomura模型如下：

Lp(城区)=69.55+26.16logf-13.82loghb+(44.9-6.55loghb)logd-a(hm)

2

Lp(农村)= Lp(市区)-2[log(f/28)]-5.4

2

Lp(开阔地带)= Lp(市区)-4.78（logf）+18.33logf-40.94

其中，Lp为无线衰耗， f为载波频率（适用于GSM900M频段），hb基站天 线高度（30 – 200m），d为基站与移动台的距离（1 – 20km）,hm为移动台的天线至地面的高度（1-10m）.

Okomura模型在大量实测场强数据的基础上，采用数理统计分析方法，确认了市区移动通信场强预测模型，它适用于市区和郊区的各种不同条件，是一个比较全面的模式，此模式被目前移动通信场强预测广泛采用，必须指出在使用该模式时必须结合本地的地形地物特性做必要的修正。

对非理想地面的条件下的更好近似是平均信号强度与距离的四次方成反比。

2、对数正态衰落

常常在移动台和基站之间有高大建筑物、树林和高低起伏的地势地貌，这些障碍物的阻挡造成电磁场的阴影，产生了阴影效应，致使接收信号强度下降。经过大量的野外测试表明，这种衰落服从对数正态衰落，它的接收信号的中值电场与基站和移动台的距离的四次方成反比。由于这种场强的变化随着地理位置改变而较慢的变化，故称为慢衰落。又因为其接收场强中值是受电磁场阴影而变化的所以又称为阴影衰落。其次，大气折射条件的变化使多径信号相对时延变化，造成同一地点场强中值随时间的慢变化，但这种变化远小于地形因素的影响，这也是产生慢衰落的一种原因，因此由于季节不同、气候不同等对无线信号的影响也就不同

3、多径传播引起的衰落

移动通信信道是一种多径衰落信道,发射的信号在城市中常常会受到建筑物或地形的阻挡要经过直射、反射、散射等多种传播路径才到达接收端，而且随着移动台的移动，各条传播路径上的信号幅度时延及相位随时随地发生的变化，所以接收到的信号是起伏不稳定的这些多径信号相互迭加产生的矢量和就会形成一个严重的衰落谷点，使矢量和非常接近为零。迭加后的信号幅度变化符合瑞利分布，因而又被称为瑞利衰落。瑞利衰落随时间而急剧变化，又常常

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图示 瑞利衰落

被称为快衰落。根据理论推导，衰落最快时为每秒2V/λ次（V为移动速度，λ为信号波长）严重衰落时深度达（20~40）dB，这将严重的影响信号传播质量，从这里可以看出在经历衰落谷点的时间取决于移动台的运动速度及发射的工作频率，作为一种近似，两谷点之间的的距离可以认为是半个波长，对于900MHz频带，它约为17cm。根据该公式还可以看出当采用1800MHz时两衰落谷点的时间是900 MHz的一半。瑞利衰落在开阔地带的对通信影响要小一些。

4、多普勒频移

快速运动的移动台还会发生多普勒频移现象，这是因为在移动台高速运动时接收和发送信号将导致信号频率将发生偏移而引起的干扰。多普勒频移符合下面的公式：

fI=f0-fDcosθI= f0-（v/λ）cosθI

fI为合成后的频率，f0为工作频率，fD为最大多普勒频移，θI为多径信号合成的传播方向与移动台行进方向的夹角，v为移动台的运动速度，λ为波长，当移动台快速远离基站时为fI=f0-fD，当移动台快速靠近基站时为fI=f0+fD。

当运动速度过高时，多普勒频移的影响必须考虑，而且工作频率越高，频移越大。

二、分集接收

多径衰落和阴影衰落产生的原因是不同的，随着移动台的移动，瑞利衰落随着信号的瞬时值快速变动，而对数正态衰落随着信号平均值变动，这两者是构成移动通信接收信号不稳定的主要因素，使接收信号被大大恶化，虽然通过增加发信功率、天线尺寸和高度等方法能取得改善，但采用这些方法在移动通信中比较昂贵，有时也显得不切实际，而采用分集方法即在若干支路上接收相互间相关性很小的载有同一消息的信号，然后通过合并技术再将各个支路的信号合并输出，那么便可在接收终端上大大降低深衰落的概率。

由于衰落具有频率、时间和空间的选择性，因此分集技术包括空间分集、时间分集、频率分集和极化分集四种。

1. 空间分集：若在空间设立两副接收天线，独立接收同一信号，由于其传播

环境及衰落各不相同，具有不相干或相干性很小的特点，采用分集合并技术并使输出较强的有用信号，降低了传播因素的影响。在移动通信中，空间的间距越大，多径传播的差异就越大，所收场强的相关性就越小。天线间隔可以是垂直间隔也可以是水平间隔。但是，垂直间隔的分集性能太差，不主张用这种方式。为获得相同的相关系数，基站两分集天线之间的垂直距离应大于水平距离。这种方式在移动通信中是最有效的，也是应用最普遍的一种分集方式。

2. 时间分集：可采用通过一定的时延来发送同一消息，或在系统所能承受的

时延范围以内在不同时间内的各发送消息的一部分。在GSM中采用的是后面会讲到的交织技术来实现时间分集的。

3. 频率分集：这种分集技术在GSM中是通过调频来实现的，

4. 极化分集：通过采用垂直电子天线、垂直磁性天线和环状天线来实现的。

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第四节 移动台和基站的时间调整

移动台收发信号要求有3个时隙的间隔,由于移动台是利用同一个频率合成器来进行发射和接收的.因而在接收和发送信号之间应有一定的间隔。从基站的角度上来看，上行链路的编排方式可由下行链路的编排方式延迟3个突发脉冲获得。这3个突发脉冲的延时对于整个GSM网络是个常数。

典型的移动台在一个时隙间接收，在频率上平移45MHz，经过一段时间（3个突发脉冲减去传播的校正时间后发送，然后可能再次平移监视其它信道，并使接收频率移动到能重新开始整个周期。

在通信过程中，如移动台在呼叫期间向远离基站的方向上移动，因而从基站发出的消息将越来越迟的到达移动台。与此同时，移动台的应答信息也会越来越迟的到达基站.如不采取措施，该时延长至当基站收到该进动台在本时隙上发送的消息会与基站在其下一个时隙收到的另一个呼叫信息重叠起来，而引起干扰。因此，在呼叫进行期间由移动台向发送的基站SACCH上的测量报告的报头上携带着由移动台测量的时延值，而基站必须监视呼叫到达的时间，并BTS在下行的SACCH的系统报告上每次两秒的频次向移动台发出指令，随着移动台离开基站的距离，逐步指示移动台提前发送的时间，这就是时间的调整。在GSM中被称为时间提前量TA。

时间提前量值可以由0至233us，该值会影响到小区的无线覆盖，在给定光速下，GSM小区的无线覆盖半径最大可达到35km，这个限制值是由于GSM定时提前的编码是在0~63之间。基站最大覆盖半径算法如下：

8

3.7us×63×3×10m/s÷2=35km

8

其中，3.7us:每个比特的时长；63：时间调整的最大比特数；3×10m/s:光速。

但在某些情况下，客观需要基站能覆盖更远的地方，比如在沿海地区，如需用来覆盖较大范围的一些海域或岛屿。这种覆盖在GSM 中是能实现的，代价是须减少每载频所容纳的信道数，办法是仅使用TN为偶数的信道（因为TN0必须用做BCCH），空出奇数的TN，来获得较大的保持时间。这在北电中被称为扩展小区技术,这一技术有专门的接收处理.这样定时提前的编码将会增大一个突发脉冲的时长。即基站的最大覆盖半径为：

8

3.7us×(63+156.25)×3×10m/s÷2=120km

TS0 TS1 TS2 图示：扩展小区的TDMA帧

TS3

第五节 跳频技术

跳频可分为快速跳频和慢速跳频,在GSM中采用的是慢速跳频,其特点是按照固定的间隔改变一个信道使用的频率.

根据GSM的建议，基站无线信道的跳频是以每一个物理信道为基础的，因此对于移动台来说，只需要在每个帧的相应时隙跳变一次，其跳频速率为

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217跳/秒，它在一个时隙内用固定的频率发送和接收，然后在该时隙后需跳到下一个TDMA帧，由于监视其它基站需要时间，故允许跳频的时间约为

1ms，收发频率为双工频率。但对基站系统来说，每个基站中的TRX（收发信机）要同时于多个移动台通信，因此，对于每个TRX来说，能根据通信使用的物理信道，在其每个时隙上按照不同的跳频方案来进行跳变。

一、跳频的种类及各自实现的方法

GSM中的跳频可分为基带跳频和射频跳频两种。在北电系统中采用的是射频跳频。

基带跳频是通过腔体合成器来实现的，而射频跳频是通过混合合成器来实现的。

当采用基带跳频时，它的原理是在真单元和载频单元之间加入了一个以时隙为基础的交换单元，通过把某个时隙的信号切换到相应地无线频率上来实现跳频，这种做法的特点是比较简单，而且费用也底。但由于采用的腔体合成器它要求其每个发信机的频率都是固定发射的，当发信机要改动其频率时，只能人工调谐到新的频率上，其话音信号随着时间的变化使用不同频率发射机发射，收发信机在跳频总线上不停的扫描观察，当总线发现有要求使用某一频率时，总线就自动指向拥有该频率的发信机上来发送信号。采用基带跳频的小区的载频数与该小区使用的频点数是一样的。

当采用射频跳频时，它是在通过对其每个TRX的频率合成器进行控制，使其在每个时隙的基础上按照不同的方案进行跳频。它采用的混合合成器对频带的要求十分宽松，每个发信机都可使用一组相同的频率，采用不同的MAIO加以区分。但它必须有一个固定发射携带有BCCH的频率的发信机，其他的发信机可随着跳频序列的序列值的改变而改变。

两者的区别是：

1、基带跳频采用的腔体合成器最多可配置8个发信机，而且衰耗小，此时衰耗仅为3.5dB;而射频跳频采用的混合合成器的容量较小,最多可配置4个发信机,而且衰耗大,当为H2D时,衰耗为4.5dB当为H4D时,衰耗为8dB.显然,当基站配置较大时,采用混合合成器的基站的覆盖要小.

2、腔体合成器对频段的要求不如混合合成器灵活,混合合成器所带的发信机可以使用一组频率,频点的间隔要求为200 K;腔体合成器的发信机仅能使用固定的频率发射,而且所用频点的间隔要求大于600K.

3、基带跳频的每个发信机TX只能对应一个频点，而射频跳频的每个发信机TX能够发送所有参与跳频的频点。当使用基带跳频时携带BCCH频点的TX若出现故障，则易导致整个小区的瘫痪，而在射频跳频时则不会出现这类情况，因为每个TX都能发送BCCH频点，携带BCCH信道的载频优先级最高，当该载频出现问题时，携带BCCH信道的TDMA帧，能够自动通过另一个载频发射出去。

二、跳频的优点

GSM采用跳频有两个原因,是因为它可起到频率分集和干扰源分集的作用。

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1、 跳频可起到频率分集的作用。

跳频是要保证同一个信息按几个频率发送，从而可提高了传输特性。不同频率的信号所收到的衰落不同，而且随着频率差别增大时，衰落更加独立。对于相距足够远的频率，它们可看做是完全独立的，通过跳频，包括信息一部分的所有突发脉冲不会被瑞利衰落以同一方式破坏。

当移动台以高速移动时，在同一信道上接收两个相邻突发脉冲期间（相隔8个时隙，即4.615ms）,移动台位置的差别对于驱除信号瑞利变化的相关性以足够了,在这种情况下,跳频基本起不到什么作用.然而对于拥有大量手持机的用户的系统是很重要的,因为手持机的用户通常运动速度较慢,或处于静止状态,在此时跳频优越性就显示出来了,它所能提供的增益大概是在6.5dB左右. 2、 跳频可起到干扰源分集作用

在业务量密集的地方，网络的容量将受到由于频率复用产生的干扰限制。相对干扰比C/I值（载波电平/干扰电平）可能在呼叫之间变化很大。载波电平随着移动台相对于基站的位置及移动台与基站之间障碍的数量而变化，干扰电平的变化依赖于此频率是否被附近蜂房的另一呼叫使用，它还随着干扰源距离、电平的变化而变化。由于系统的目标是尽可能满足更多用户的需求，当不选用跳频时，如一频点出现干扰时，当用户占用该频点时就会造成通话质量使用户难以忍受，而当使用跳频时，该干扰情况就会被该小区的许多呼叫所共享，整个网络的性能将得到提高。经分析使用跳频的网络可比不采用跳频的网络高出3dB的增益。

三、跳频序列

在小区参数的定义中定义了两个频率组，一个称为小区分配表（CELL ALLOCATION）用来定义该小区所用到的所有频点，另一个被称为移动分配表（MOBILE ALLOCATION）用来定义参与跳频的所有频点。在此值得注意的是，携带有BCCH的载频，不能用于跳频，因为它携带有FCCH、SCH及BCCH信道，需要不停的向该小区的所有手机广播同步消息及系统消息。在GSM规范中有两个参数用来定义跳频序列，分别是MAIO（移动分配指针偏移）和HSN（跳频序列号）。

MAIO因需描述跳频重复功能的起点，所以偏移的可能值与参与跳频的频率数一样多。MA的频点数应在1到64之间，产生跳频序列要经过一个十分复杂的算法过程时，参与计算的参数有FN（当前的帧号及获得的描述帧号的T1、T2、T3值）、MAIO、HSN。

HSN值有64个不同的值，通常一个小区的信道应有相同的HSN值，不同的MAIO值，因为这是要避免同一小区信道之间的干扰，当同一小区出现相同的MAIO后将导致严重的指派失败率。两个拥有相同HSN不同MAIO的信道，不会在同一突发脉冲使用相同的频率。相反，当两个使用同一跳频组，MAIO也相同的但HSN不同的信道，它只会对突发脉冲的1/n干扰。

MS可以由系统广播消息中提供的小区参数来根据算法导出跳频序列和小区的跳频序列号。

在使用同一跳频组的相邻小区中，应注意使用不同的HSN，该做法可获得干扰源分集增益。但注意应尽量避开使用HSN=0的情况（它是循环跳频），因为它会导致低质量的干扰源分集。

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第六节

一、语音编码

语音的传输过程

由于GSM系统是一种全数字系统，话音和其它信号都要进行数字化处理，因此移动台首先要将语音信号转换成模拟电信号，以及其反变换，移动台再把这模拟电信号转换成13Kbit/s的数字信号，用于无线传输。下面我们主要讲一下TCH全速率信道的编码过程。

目前GSM采用的编码方案是13 Kbit/s的RPE-LTP（规则脉冲激励长期预测），其目的是在不增加误码的情况下，以较小的速率优化频谱占用，同时到达与固定电话尽量相接近的语音质量。

它首先将语音分成20ms为单位的语音块，再将每个块用8 KHZ抽样，因而每个块就得到了160个样本。每个样本在经过A率13比特（μ率14比特）的量化，因为为了处理A率和μ率的压缩率不同，因而将该量化值又分别加上了3个或2个的“0”比特，最后每个样本就得到了16比特的量化值。因而在数字化之后，进入编码器之前，就得到了128 Kbit/s的数据流。这一数据流的速率太高了以至于无法在无线路径下传播，因而我们需要让它通过编码器的来进行编码压缩。如果用全速率的译码器的话，每个语音块将被编码为260比特，最后形成了13 Kbit/s的源编码速率。此后将完成信道的编码。

在BTS侧将能够恢复13 Kbit/s的源速率，但为了形成16 Kbit/s的TRAU帧以便于在ABIS和ATER接口上传送，因而需再增加3 Kbit/s的信令，它可用于BTS来控制远端TCU的工作，因而被称为带内信息。这3 Kbit/s将包括同步和控制比特（包括坏帧指示、编码器类型、DTX指示等）。总之，带内信息将能使TCH，知道信息的种类（全速率语音、半速率语音、数据），以及采用何种适用的方法用于上行和下行的传输。

在TCU侧，通过为了适应PSTN网络64Kbit/s的传输，因而在它其中的码型速率转换板将完成将速率由13Kbit/s转换为64Kbit/s的工作，

二、信道编码

信道编码用于改善传输质量，克服各种干扰因素对信号产生的不良影响，但它是以增加比特降低信息量为代价的。编码的基本原理是在原始数据上附加一些冗余比特信息，增加的这些比特是通过某种约定从原始数据中经计算产生的，接收端的解码过程利用这些冗余的比特来检测误码并尽可能的纠正误码。如果收到的数据经过同样的计算所得的冗余比特同收到不一样时，我们就可以确定传输有误。根据传输模式不同，在无线传输中使用了不同的码型。

GSM使用的编码方式主要有块卷积码、纠错循环码（FIRE CODE）、奇偶码（PARITY CODE）。块卷积码主要用于纠错，当解调器采用最大似然估计方法时，可以产生十分有效的纠错结果。纠错循环码主要用于检测和纠正成组出现的误码，通常和块卷积码混合使用，用于捕捉和纠正遗漏的组误差。奇偶码是一种普遍使用的最简单的检测误码的方法。

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无论如何处理，全速率TCH编码都将在信道编码后,在每20ms内将形成456比特的编码序列。

1、全速率TCH信道编码

在对全速率语音编码时，首先将对语音编码形成的260个比特流分成三类，分别为50个最重要的比特，132个重要比特以及78个不重要的比特。然后对上述50个比特添加上3个奇偶校验比特（分组编码），这53个比特连同132个重要比特与4个尾比特一起被卷积编码，速率为1：2，因而得到378个比特，另外78个比特不予保护。于是最后将得到456比特。

1、 BCCH、PCH、AGCH、SDCCH、FACCH、SACCH信道的编

码

LAPDm是数据链路层的协议（第二层），在连接模式下被用于传送信令。它被应用在逻辑信道BCCH、PCH、AGCH、SDCCH、FACCH、SACCH上，一个LAPDm帧共有23个字节（184个比特）。为了获得456比特的保护字段，便可通过对LAPDm帧的编码来得到。

首先给184比特增加40比特的纠错循环码，这样就可以来检测是否物理层的差错校正码能正确的校正传输差错。通过这种码型来监测无线链路，来确认是否SACCH消息块是否被正确的接收到。

为了实现卷积编码，还应加上4个比特的尾位。我们将得到的这228个比特通过1：2卷积编码速率，最后也会得到456比特的数据。

2、 SCH信道的编码

SCH信令信道不能用LAPDm协议。在每个SCH信道有25比特的消息字段，其中19比特是帧号，6比特用于BSCI号。由于每个单独的SCH时隙都携带着一个完整的同步消息，而且SCH的突发脉冲的消息位的字段是78个比特。因而我们需要将这25比特的数据编码成78个比特。

我们将这25个比特的数据再加上10个奇偶校验比特和4个比特的尾位，这就得到了39个比特。再将这39个比特按照1：2的卷积编码速率，便得到了78个比特的消息。

3、 RACH信道的编码

随机接入信道RACH的消息是由8个消息比特组成，包括3个比特的建立原因和5个比特的隋机鉴别符。由于RACH的突发脉冲的消息位的字段是36个比特。因而我们需要将这8比特的数据编码成36个比特。

首先，我们给它加上6个比特的色码，这六个比特的色码是通过将6个比特的BSIC和6个比特的奇偶校验码取模2而获得的。然后再加上4个比特的尾位。这样就得到了18个比特，我们再将这18个比特按照1：2的卷积编码速率，最后将得到RACH突发脉冲上的36比特的消息位。

三、交织技术

在移动通信中这种变参的信道上，比特差错经常是成串发生的。这是由于持续较长的深衰落谷点会影响到相继一串的比特。但是，信道编码仅在检测和校正单个差错和不太长的差错串时才有效，为了解决这一问题，希望找到把一条消息中的相继比特分开的办法，即一条消息的相继比特以非相继的方式被发送，使突发差错信道变为离散信道。这样，即使出现差错，也仅是单个或者很短的比特出现错误，也不会导致整个突发脉冲甚至消息块都无法被解码，这

作者：韩斌杰

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时可再用信道编码的纠错功能来纠正差错，恢复原来的消息。这种方法就是交织技术。

在GSM系统中，在信道编码后进行交织，交织分为两次，第一次交织为内部交织，第二次交织为块间交织。

在上一节我们提到了，通过话音编码和信道编码将每一20ms的话音块数字化并编码，最后形成了456比特。我们首先将它进行内部交织，将456比特按（0，8…448）、(1,9…449)…...（7，15…455）的排列方法，分为8组，每组57个比特，通过这一手段，可使在一组内的消息相继较远。

但是如果将同一20ms话音块的2组57比特插入到同一普通突发脉冲序列中，那么，该突发脉冲丢失则会使该20ms的话音损失25%的比特，显然信道编码难以恢复这么多丢失的比特，因此必须在两个话音帧间再进行一次交织，即块间交织。

设进行完内部交织后，将一语音块B的456比特分为八组，再将它的前四组（B0、B1、B2、B3）与上一个语音块的A的后四组（A4、A5、A6、A6）进行块间交织，最后由（BO，A4）、（B1，A5）、（B2，A6）、（B3，A7）形成了4个突发脉冲，为了打破相连比特的相邻关系，使块A的比特占用突发脉冲的偶数位置，块B的比特占用奇数位置，即B0占奇数位，A4占偶数位。同理，将B的后四组同它的下一语音块C的前四组来进行块间交织。

这样，一个20ms的语音帧经过二次交织后分别插入了8个不同的普通突发脉冲序列中，然后一个个的进行发送，这样即使在传输过程中丢掉了一个脉冲串，也只影响每一个话音比特数的12.5%，而且它们不互相关联，这能就通过信道编码进行校正。

应注意的是，对控制信道（SACCH、FACCH、SDCCH、BCCH、PCH和AGCH）的二次交织有所不同。我们不象话音交织一样，要用到3个话音块。在这里我们这一456比特的消息块在经历过内部交织并分为8组后（这一过程同话音的内部交织一样），将把它的前四组与后四组进行交织（交织方法也与话音的交织一样），最后获得了4个整突发脉冲。

由上可知，交织对于抗干扰具有很重要的意义，但是它的缺点是时延长，在传输20ms 语音块中，从接收第一个比特开始到最后一个比特结束并考虑到SACCH占一个突发脉冲的话，那么时延周期是（9*8）-7=65个突发脉冲的周期，即37.5ms 的延时。因此在GSM系统中，移动台和中继电路上增加了回波抵消器，以改善由于时延而引起的通话回音。

四、加密

在数字传输系统的各种优点中，能提供良好的保密性是很重要的特性之一。GSM通过传输加密提供保密措施。这种加密可以用于语音，用户数据和信令，与数据类型无关，只限于用在常规的突发脉冲之上。加密是通过一个泊松随机序列（由加密钥Kc与帧号通过A5算法产生）和常规突发脉冲之中114个信息比特进行异或操作而得到的。

在接收端再产生相同的泊松随机序列，与所收到的加密序列进行同或操作便可得到所需要的数据了。

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五、调制和解调

调制和解调是信号处理的最后一步。简单的说GSM所使用的调制是BT=0.3的GMSK技术，其调制速率是270.833Kbit/s，使用的是Viterbi（维特比）算法进行的解调。调制的功能就是按照一定的规则把某种特性强加到的电磁波上，这个特性就是我们要发射的数据。GSM系统中承载信息的是电磁场的相位，即调相方式。解调的功能是接收信号，从一个受调的电磁波中还原发送的数据。从发送角度来看，首先要完成二进制数据到一个低频调制信号的变换，然后再进一步把它变到电磁波的形式。解调过程是一个调制的逆过程。

第四章 呼叫处理过程

在这一章中，我们重点来研究一下，当移动台处于空闲状态时的工作情况及

移动台与网络之间的信令处理过程。

第一节 小区的选择与重选

一、 小区选择过程

当移动台开机后，它会试图与SIM卡允许的GSM PLMN取得联系，因此移动台将选择一个合适的小区，并从中提取控制信道的参数和其它系统信息，这种选择过程被称为“小区选择”。

如果移动台并无存储的BCCH消息，它将首先搜索完所有的124个RF信道（如果为双频手机还应搜索374个GSM1800的RF信道），并在每个RF信道上读取接收的信号强度，计算出平均电平，整个测量过程将持续3~5s，在这段时间内将至少分别从不同的RF信道上抽取5个测量样点。

MS将调谐到接收电平最大的载波上，判断该载波是否为BCCH载波（通过搜寻FCCH突发脉冲），若是，移动台将尝试解码SCH信道来与该载波同步并读取BCCH上的系统广播消息。若MS可正确解码BCCH的数据，并当数据表明该小区属于所选的PLMN、参数C1值大于0、该小区并未被禁止接入、移动台的接入等级并未被该小区禁止时，移动台方可选择该小区。否则，MS将调谐到次高的载波上直到找到可用的小区。

如MS在上次关机时，存储了BCCH载波的消息，它将首先搜索已存储的BCCH载波，若未找到则执行以上过程。

参数C1为供小区选择的路径损耗准则，服务小区的C1必须大于0，其公式如下：

C1=RXLEV-RXLEV_ACCESS_MIN - MAX ((MS_TXPWR_MAX_CCH - P), 0) 单位：dBm

其中RXLEV为移动台接收的平均电平; RXLEV_ACCESS_MIN 为允许移

作者：韩斌杰

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动台接入的最小接收电平; MS_TXPWR_MAX_CCH为移动台接入系统时可使用的最大发射功率电平;P为移动台的最大输出功率。

问题研究：允许接入的最小接入电平RXLEV_ACCESS_MIN

为了避免移动台在接收电平很低的情况下接入系统（此时接入后的通信质量往往很差，以至于无法保证正常的通信过程），而无法提供用户满意的通信质量而无谓的浪费无线资源，因而GSM规范规定移动台在接入网络时其接收电平必须大于参数RXLEV_ACCESS_MIN所定义的值。

当减小该值时，将扩大小区允许接入的范围（其下限是移动台接收灵敏度），但在边缘地带的通话质量会很恶劣易引起掉话，而且此时由于上下行信号很弱，会导致在功率控制下移动台以最大功率发射，从而增加上行信号干扰。

但该值设置过大时会使小区的有效覆盖范围随之缩小，在小区交接处人为的造成盲区。

二、小区重选过程

当移动台选择某小区为当前服务小区后，在各种条件变化不大的情况下，移动台将驻留在所选的小区中，并根据服务小区的BCCH系统消息所指示的小区重选邻小区频点配置表，开始监测该表中所有BCCH载波的接收电平和同步消息，并记录下接收电平最高的6个邻小区，并从中提取每个邻小区的的各类系统消息和控制消息，当满足一定条件时移动台将重新选择其中一个邻小区作为服务小区，这个过程被称为小区重选。所谓一定的条件包含多方面的因素，如小区的限制（由cell_bar和cell_bar_qualify来决定）、小区是否被禁止接入等。

小区重选采用的算法为C2算法，计算公式如下：

当PENALTY_TIME不等于11111时：C2=C1+CELL_RESELECT_OFFSET–TEMPORARY_OFFSET×H(PENALTY_TIME–T)；

当PENALTY_TIME等于11111时：C2=C1-CELL_RESELECT_OFFSET；

其中当X>0时,函数H(x)=0;当X≤O,函数H(x)=1；

T是一个定时器,它的初始值为0,当某小区被移动台记录在信号电平最大的六个邻小区时,则对应该小区的计数器T开始计时,当该小区从移动台信号电平最大的六个邻小区表中去除时,相应的定时器T被复位；

CELL_RESELECT_OFFSET为小区重选偏移量,可人为的来调整C2值的大小;

TEMPORARY_OFFSET为临时偏移量；

PENALTY_TIME为惩罚时间, 从移动台发现某一小区的信号出现后，定时器T开始置位到定时器T的值到达PENALTY_TIME规定的时间之前将按照TEMPORARY_OFFSET所定义的值给该小区的C2算法一个负偏置的修正，这种做法是用来防止当移动台在快速移动时来选择一个微蜂窝或覆盖较小的小区作为服务小区的情况。如果在时间超过仍收到该小区的信号，；反之，若时间超过了PENALTY_TIME所定义的时间后，将不考虑临时偏移量。在高速公路等覆盖区可使用惩罚时间。

在这里值得注意的是,仅当小区重选指示

作者：韩斌杰

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(CELL_RESELECTION_INDICATION)激活时C2算法这几个参数才起作用,否则移动台将不考虑CELL_RESELECT_OFFSET、TEMPORARY_OFFSET和PENALTY_TIME的设置情况，因而此时C2=C1。

当发生以下情况时，将触发小区重选

1、 移动台计算某小区（与当前小区属同一个位置区）的C2值超过移动

台当前服务小区的C2值连续5秒。

2、 移动台计算某小区（与当前小区不属同一个位置区）的C2值超过移

动台当前服务小区的C2值与小区重选滞后值（CELL_SELECTION_HYSTERESIS）之和连续5秒 3、 当前服务小区被禁止 4、 MS监测出下行链路故障

5、 服务小区的C1值连续5秒小于0

问题研究：

1、小区重选滞后值的设置原则：当移动台进行小区重选时，若原小区和目标小区属不同的位置区，则移动台在小区重选之后必须启动一次位置更新过程，由于无线信道的衰落特性，通常在相邻小区的交界测得的C2值会有较大的波动，从而导致频繁的小区重选和位置更新，它不但使网络网络的信令流量大大增加导致信令信道的拥塞，并且由于移动台在位置更新过程中无法响应网络对它的寻呼，因而使网络接通率降低。为了减小这一问题的影响，GSM设立了小区重选滞后这一参数，要求其邻小区（位置区与本区不同）信号电平必须比服务小区的信号电平大出重选滞后所规定的值后，才允许触发小区重选。建议当在话务统计报告中发现位置更新较频繁时，可将该小区的值设为6dB或8 dB。但如果这两个小区的无线覆盖比较差时，应将该值适当的设小一些。

2、下行信令故障：下行信令故障准则基于下行信令故障计数器DSC，当MS选择了某小区时，DSC置为[90/BS_PA_MFRMS]取整，BS_PA_MFRMS为基站传输寻呼消息给同一寻呼组MS之间的51TDMA帧复帧数。因此当MS要在其寻呼子信道上译码时，若成功则DSC加1，若失败，则DSC减4，当DSC为0时，则断定出现了下行信令故障。

3、值得注意的时，每次由参数C2引起的小区重选至少间隔15秒，这是为了避免移动台频繁的小区重选过程。当某小区的话务较闲时，可适当提高其CELL_RESELECT_OFFSET，来增强该小区吸引话务量的能力。但作为两个相邻的小区，它们的所定义的重选偏置的差值应尽量要小于20dB，否则将使该服务区边界的信号很不稳定。

4、小区接入限制（CELL_BAR_ACCESS,CBA）和小区禁止限制（CELL_BAR_QUALIFY,CBQ）

对于小区重叠的地区，根据每个小区容量的大小，业务量的大小及小区功能的差异，网络运营商们都希望移动台在小区选择中优先选择某些小区，即设定小区的优先级。这一功能可以通过设置参数小区接入限制和小区禁止限制来实现，见下表： 小区禁止限制 小区接入禁止 小区选择优先级 小区重选状态 0 0 正常 正常 0 1 禁止 禁止 1 0 低 正常 1 1 低 正常 作者：韩斌杰

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通常所有小区的优先级都为正常。但在某些情况下，运营者希望移动台优先进入某种类型的小区，如微蜂窝和双频网等，此时我们可将这些小区的优先级设为正常，而将周围其它小区的优先级设为低。当移动台在小区选择过程中，只有当没有优先级为正常的合适小区时，才去选择优先级为低的小区。通过设置小区优先级我们可以对一些拥塞较严重的小区和其相邻的小区来进行话务平衡，即将它们的优先级设为低使它的邻小区将其话务量吸收过去一部分，这也相当于将其实际的覆盖范围减小，但这种做法不同于将其功率降低，后者可能会引起网络覆盖的盲点和通话质量的下降。

当小区接入禁止设为1且小区禁止限制设为0时，则该小区只允许切换业务，而不允许移动台直接接入，这种做法常被用在微蜂窝和双频网的覆盖环境下。如在双层覆盖的情况下，用底层网络来吸引话务量而用上层网络来保证覆盖。当上层小区的覆盖区业务量较大时，为了防止拥塞可使用该做法来移动台禁止接入该小区而迫使它去选择其底层的小区，仅支持移动台的切换业务以防止掉话。

但用小区优先级为手段去做网络优化时，应注意，它只影响小区选择而对小区重选不起作用，因而要真正达到网络优化的目的必须结合使用小区优先级和C2算法。

三、不连续接收模式DRX和寻呼信道的定义

在空闲模式下，若移动台选择了某小区后作为服务小区后，它就可以开始收听该小区的寻呼消息了。但为了降低功耗，在GSM规范中引入了不连续接收的机制，每个移动用户（即对应每个IMSI）都属于一个专门的寻呼组，在小区中每个寻呼组都分别与一个寻呼子信道相对应，移动台可根据自身IMSI的最后3位及该位置区寻呼信道的配置情况来计算出它所属的寻呼组，进而计算出该寻呼组的寻呼子信道位置。在实际情况下，移动台在空闲状态下仅守侯在属于它的寻呼子信道上来收听系统播发的寻呼消息（在此期间它还可用来监测非服务小区的BCCH载波的接收电平），而忽略其它寻呼子信道的内容，甚至在其它寻呼子信道期间关闭移动台某些硬件设备的电源以节约移动台的功率开销，但必须保证在一定的时间内完成必要的测量网络消息的任务。

我们可以根据CCCH信道的配置类型、BS_AG_BLKS_RES(在51复帧中有几个块用于AGCH块)、BS_PA_MFRMS(以多少个51复帧作为寻呼子信道的一个循环)来计算出每个小区寻呼子信道的个数。

当一个51复帧中CCCH为3时寻呼子信道数为：（3- BS_AG_BLKS_RES）×BS_PA_MFRMS

当一个51复帧中CCCH为9时寻呼子信道数为：（9- BS_AG_BLKS_RES）×BS_PA_MFRMS

问题研究：

1、当参数BS_PA_MFRMS越大，小区的寻呼子信道也就越多，相应的属于每个寻呼子信道的用户数也就越小，但系统总体容量并未增加，因为它是以牺牲寻呼消息在无线信道上的平均时延为代价的。当通过话务统计报告发现重发等待的比率较大时，应适当提高BS_PA_MFRMS来划分更多的寻呼子信道。

作者：韩斌杰

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如重发的比率较 低，则可将将该参数降低，以减少寻呼时延。

2、应注意同一位置区的所有小区的寻呼子信道容量应尽量一样，因为同一位置区的任何一个寻呼消息必须同时在该位置区的所有小区发送。

3、当寻呼信道周期越长，在该服务区的手机就越省电，如市区可定义为2即手机在102内帧收听一次寻呼消息，郊区可定义为4或6，当该参数为6时将比2时省电18%。在手机完成对系统消息的测量后，就进入休息状态，仅在指定的寻呼块内受听寻呼消息并同时测量邻小区的BCCH的接收电平，在30秒左右的时间内又将会去收听系统消息，来判断小区重选的进程。

4、在GSM系统中公共控制信道CCCH信道主要包括AGCH和PCH信道，它的主要作用是用来发送立即指派消息和寻呼消息。CCCH可以由一个物理信道承担，也可以有多个物理信道共同承担，且CCCH可以与SDCCH信道共用一个物理信道。小区中的公共控制信道采用哪种组合方式，由参数

CCCH_CONF决定。应注意，小区中的CCCH_CONF的设置必须与小区公共控制信道的实际配置情况一致。建议当小区的TRX数为一个时，CCCH的配置可采用一个基本物理信道且与SDCCH共用（此时有3个CCCH消息块）。

在有时由于一个位置区的寻呼业务量特别大，为了防止仅用一个物理时隙发送寻呼消息不够用，因而GSM规范允许在携带有BCCH信道的载频上，可以多配置几个CCCH信道，但只要求在时隙0、2、4、6上使用。

5、当CCCH_CONF确定以后，参数BS_AG_BLKS_RES实际上就是分配AGCH和PCH在CCCH上占用的比例。建议在保证AGCH信道上不过载的情况下，应尽可能缩小该参数以缩短移动台响应寻呼的时间。

第二节 初始化过程

一、信道申请

初始化过程就是一个随机接入的过程。当移动台需要同网络建立通信时，就需通过RACH信道来向网络发送一个报文以申请接入。这个在RACH上发送的报文被称做信道申请（channel request）,它的有用信令消息只有8比特，其中有3比特用来提供接入网络原因的最少指示，在网络拥塞的情况下，系统可根据这这一粗略的指示来分别对待不同接入目的的信道申请（哪些类型的呼叫可接入网络、哪些类型的呼叫将被拒绝）并为它们选择分配最佳类型的信道，在这一指示中显然不足以传送移动台想传送的所有信息，如申请信道的具体原因、用户身份及移动设备的特性，这些消息是在此后的SABM消息中发送的。另外5比特是移动台随机选择的鉴别符，它并不用来向网络提供信息，而是用来区分两个移动台在同一时隙内发送信息时被网络所识别，在网络此后向移动台发送的立即指派命令（含有所分配信道的信息中），会再将该鉴别符发给移动台，移动台通过此鉴别符和本身所发送的鉴别符相比较来判断是否是网络发送给自己的消息。

问题研究：系统对RACH的控制功能

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1、 值得注意的是网络无法知道移动台何时需要通信，移动台也很可能会同

时占用同一个RACH时隙来用于申请接入，这时不可避免的要发生碰撞现象。后果有两个，一是网络收到在此时隙上的一个突发脉冲的电平，要明显的比另一个高，这样网络就会处理电平较高的这个随机接入请求。另一后果是，网络什么也不能正确的接收到。因而随着业务量的增长，报文因碰撞而丢失的几率也就越大，这必将是对网络容量的一个重要的制约因素。

在此GSM引入了两个机制用来控制这种报文丢失情况，一个是允许重发的最大次数（maxretrans），另一个是重发之间的平均时间（TX-INTEGER）这两个参数是在BCCH的系统报告上广播的。当在移动台发起申请后如在规定的时间内（定时器T3120）收不到网络的立即指派命令，则需进行报文的重发，但重发也要遵循一定的原则。因为如果两个移动台的发送碰撞，并在一段给定的时间后重发，则它们的申请仍会碰撞。因而为了避免这种现象，RACH上的重发必须在一段“随机”间隔后进行，这就需要由参数TX-INTEGER（取值范围：3~12,14,16,20,25,32, 50。根据小区的RACH和AGCH负载来设置）来决定在距上次发送之间的时隙间隔内随机选择发送信息的时隙（即在此规定的时隙间隔内随机选择一时隙进行重发，该参数越大，可供选择的时隙就越多，那么再次碰撞的几率就越小）。

在经过最大重发次数后，若仍得不到系统的立即指派命令，移动台则返回到空闲状态下。

2． 在系统发生轻微拥塞的情况，我们就可以利用三种不同的方法来控制三种

不同的RACH的业务量负载。

第一种办法是通过减少RACH的重发次数和尽量使重发间隔较远，这种控制模式只能处理短暂的业务高峰或超载的边缘。在存在系统干扰的地方进行

RACH重发很重要，即使在干扰不明显的地方，因为MS发出的RACH请求也有可能由于无线信号的多径效应而丢失，建议在业务量很大的微蜂窝和出现明显拥塞的小区，重发次数设为1，业务量一般的小区可设为2或4，若重发次数设的过大，在一定程度上将浪费系统的资源。

二是当目前网络无可指派的信道时，就可以通过发送给移动台一条立即指派拒绝（immediate assignment reject）的 报文来拒绝移动台的信道申请，从而在系统规定的时间内（T3122）禁止移动台接入网络，通过这种机制可防止在系统无资源的情况下用户频繁的发送信道请求的消息来无谓的增大网络RACH和PAGCH信道的负荷（一般T3122设为10s，SDCCH信道的业务量很大时可设为30s），当信道的业务量较轻松时该定时器应尽量的小一些，否则这会大大增加系统的业务时间，这将在用户侧会感觉网络质量的下降。一种比较常见的情况是，当用户发起呼叫后但有时却会很快的返回到空闲模式下，当用户重新拨叫时会在一段时间内拨打不出去，这就是系统启用了立即指派拒绝限时所产生的影响。

第三种办法是利用限制用户接入类别来控制网络的拥塞，这是最有效但也是一种损害用户权益的办法，因而不建议使用。在GSM的机制中，它将其所有的用户分为15个类别（该类别的定义被网络运营商直接写在了SIM卡

中），分别为C0~C9与C11~C15，其中前10个级别被随机的平均的分配给普通用户，C10用于紧急呼叫允许。当必须要用此办法来降低业务量时，可随意由BSC来决定任意一种被禁止的用户类别如类别1或2等，通过这种措施可使业务量统计的降低10%、20%…等，除了特殊情况如需紧急呼叫等属于禁止

作者：韩斌杰

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类别的移动台不能接入网络，但为公正起见如系统过载持续的时间较长，BSC必须定期改变允许接入的类别集（这种处理必须要很小心，因为所有等待位置更新的移动台都要将在它们的类别被允许时试图接入，系统必须要有处理这个业务高峰期的能力）。但为了避免在拥塞情况下阻塞特殊类别的用户，因而为非常重要的GSM用户定义了后5个级别，限制类别的消息可通过BCCH的系统消息来向小区内的用户来广播，该参数为notallowedaccessclasses（在任何情况下都不允许接入的用户级别）及accessclasscongestion(发生拥塞时允许接入的用户级别)。

二、初始信道的分配

当BTS对移动台的信道申请正确的解码后，它将通过一条信道需求（channel required）的报文来发送给BSC，该报文包含重要的附加信息和由BTS对传输延时（TA）的估计（这一指示对启动定时提前控制很重要）。如BSC收到此消息时，将为该次请求选择一条相应的空闲信道，并通过向BTS发送一条信道激活（channel active）的报文来将相应的地面资源（传输电路等）激活，BTS侧在准备好后将返回一条信道激活响应（channel active ack）的报文来答复BSC，如BSC收到BTS的激活响应后，将会在AGCH信道上发送一条立即指派（immediate assignment command）的报文,在该指示中包含有对已分配信道的描述、初始的时间提前量TA及初始的允许发射最大功率及移动台在随机接入时信道请求消息的消息字段、及BTS收到信道请求时的

TDMA帧号和跳频表等消息。如BSC发现无可激活的信道时，就会发送以上提到的一条立即分配拒绝消息来答复移动台 ，拒绝的原因有如MSC话务关闭、无线资源缺乏、TA值超出界限、信道激活无应答、BSC话务超载等。为了提高AGCH信道的效率，在GSM中引入了立即指派扩展（immediate

assignment extended）的报文格式，在这种报文中有两个分配命令来对应两个移动台的信道请求，而在立即指派拒绝扩展的报文中，最多可携带有对四个移动用户的拒绝消息。

当收到立即指派拒绝消息后，对应其最后三次信道请求之一（包括重发消息），移动台将停止T3120的计时，并启动T3122（在它所指定的时间内，MS不许接入网络），并返回空闲模式守侯在寻呼信道上，直到T3122逾时，移动台方可进行新的连接尝试。反之当移动台收到立即指派消息后，MS将收到的分配指令与自身发出的信道请求的所存储的消息字段及相比较看是否是分配给自己的，对应其最后三次信道请求之一（包括重发消息），移动台将停止T3120的计时，并切换到所分配的信道上，然后它使用包含信息字段的SABM（设置异步平衡模式），来建立主信令链路。

问题研究：值得注意的是，立即指派命令可能出现在51复帧的任何

CCCH消息块内，这就需要MS在发送信道请求后监视全体CCCH块，即对整个寻呼子信道的消息都要进行解码，来保证及时获得网络的应答（在处于空闲模式下时MS仅收听属于它的寻呼子信道的消息，即处于不连续收听状态）。

还应注意的一种情况是，当系统对移动台的信道申请反应较慢时，以至于不可避免的导致移动台的重发，由于系统无法知道一条信道申请的报文是否是上一次的重发，所以可能再次甚至多次的发送给该移动台立即指派命令的报文

作者：韩斌杰

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来给移动台指派信道。移动台将使用它所解码的第一条立即指派的报文中所指派的信道，其它的将被当作无效，但规范规定移动台必须接收对最后三条信道申请的报文的网络应答。这种情况被称为是重复分配，当网络的重复分配次数较多时且产生了CCCH信道的拥塞，可通过减少移动台的重发次数，或降低T3101的时间等办法来解决，该措施可以防止浪费系统资源。

三、初始化报文

当MS收到立即指派命令后，就将它的收发配置调整到指定信道上来，按照BSC指定的TA值和初始化最大发射功率（为BCCH系统广播消息中的参数msTxPwrMaxCCH所定义的）开始传输信令。MS在所分配上的新的

SDCCH/TCH信道上所做的第一件事情是发送一个SABM帧建立异步平衡模式（服务接入点类别SAPI=0），用于建立证实模式下的信令消息连路层连接。在GSM规范中SABM带有一条信令报文即“初始化报文”，该消息中包含着第三层业务请求消息。在标准HDLC协议中，SABM帧除了携带链路层所必须的消息外并不含有其它消息，GSM与标准不一样的原因是因为这是为了对MS接收正确性的确认，当两个MS同时发送报文内容完全一样的信道请求时（这种概率在高负载时是存在的）此时BSS只会应答其中之一，而此时两个MS却都可响应到同一专用信道上，BTS在收到SABM帧后就会不经过任何修改向MS发一个内容与初始化报文完全一样的UA帧（无序号证实），如MS收到的UA帧的信息与SABM帧发出的不一样，它就放弃这个信道，开始重新接入过程，只有核对一致的MS留在这个信道上。

根据产生信道申请的原因不同，有四种不同的信令报文可用做初始化报文分别是CM的业务请求（呼叫建立、短信息、附加业务管理等）、位置更新请求（正常位置更新、周期性位置更新、IMSI附着）、IMSI分离及寻呼响应。但所有这些报文都包括移动台的身份、更详细的说明接入的原因及移动台类标classmark(用来指示移动台的一些关键特性如传输功率等级、加密算法、短信息能力及频率容量)。

一旦BTS收到了一条初始化报文它会同时向BSC发出一条建立指示（establish indication）的报文。BSC收到建立指示消息后,就会向MSC发出三层业务请求消息（complete layer3 info.）的报文，用来申请与MSC建立SCCP层连接,该消息中带有申请CM业务的原因如移动主叫、紧急呼叫、位置更新及短消息业务等；并带有密钥序列号；带有该MS的一些物理消息如发射功率等级、支持加密算法否、伪同步的能力及短消息的能力等，并有该MS的识别号。在MSC收到此消息后，即向BSC发出connection confirmed消息，若无资源则发出SCCP refused消息，至此接入过程结束，MS与MSC 之间的信令链路已经建立，MSC已经能够控制RR管理的传输特性，BSS处于监视传输质量和随时准备切换的运行状态。在下面的信令流程中网络就可以根据需要来判断是否触发鉴权加密过程了。

问题研究：在立即指派的过程中，BSC还要触发一个T3101的定时器，该定时器在BSC向BTS发送信道激活（channel active）的报文启动，在收到BTS发出的建立指示（establish indication）时，将该定时器复位。该定时器逾

作者：韩斌杰

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时一般是由于重复分配(double allocation)或上下行链路存在干扰的原因，通过经验值，系统平均有30%左右的信令资源会被MS所发送的第二次RACH信息所占用，因而该定时器越长，系统无效占用的时间也就越长。为了优化信令资源的使用，当通过OMC-R原始报告发现重复分配较多时，应适当减小该定时器，BSC发送信道激活和收到建立指示的最小时间间隔是600ms，最长的情况为1.8s,建议在信令资源较紧张且重复分配现象较严重的地区将T3101设为3s.

图示 立即指派过程

第三节 鉴权加密过程

GSM系统一个显著的优点就是它在安全性方面比模拟系统有了显著的改进，它主要是在以下部分加强了保护：在接入网络方面通过AUC鉴权中心采取了对客户鉴权；在无线路径上采取了对通信信息的保密；对移动设备通过EIR设备识别中心采用了设备识别；对客户身份识别码IMSI用临时识别码TMSI保护；SIM卡用PIN码保护。

一、 鉴权加密过程的三参数组

客户的鉴权加密过程是通过系统提供的客户三参数组来完成的，客户三参数组的产生是在GSM系统的AUC鉴权中心中完成。每个客户在GSM网中注册登记时，就被分配一个客户电话号码（MSISDN）和客户身份识别码（IMSI）。IMSI通过SIM写卡机来写入客户的SIM卡中，同时在写卡机中又产生了一个对应此IMSI的唯一客户鉴权键Ki，它被分别存储在客户的SIM卡和AUC中，这是永久性的信息。在AUC中还有个伪随机码发生器，用于产生一个不可预测的伪随机数RAND。在GSM规范中还定义了A3、A8和A5算法分别用于鉴权和加密过程。在AUC中RAND和Ki经过A3算法（鉴权算法）产生了一个响应数SRES同时经过A8算法（加密算法）产生了一个Kc。因而由该RAND、Kc、SERS一起组成了该客户的一个三参数组，传送给HLR并存储在该客户的客户资料库中。一般情况下，AUC一次产生5组三参数传送给HLR，HLR自动存储。HLR可存储10组三参数，当MSC/VLR向HLR

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请求传送三参数组时，HLR又一次性的向MSC/VLR传送5组三参数组。MSC/VLR一组一组的使用，当用到剩两组时，就回再向HLR请求传送三参数组。

在下面的流程中我们会比较详细的看到参数的传递过程。

二、 鉴权过程

正如上一节所讲到的，当MSC与BSS的SCCP层建立起来之后，就可以来决定是否触发鉴权加密过程。而判断是否进行鉴权过程的关键在于查看网络一端所存储的上一次业务处理所使用的该移动台的Kc值是否与本次接入中移动台所存储的Kc值是否一致，若一致则可越过鉴权过程直接利用该Kc值来参与加密过程，若不一致，则需通过鉴权过程来算出新的Kc值。由于需要保密的缘故，因而移动台不直接通过无线路径来向网络发送Kc值进行验证。所以在这里我们引入了一个Kc的序列号码的概念，在规范中被称为CKSN（密钥序列号码），该号码是移动台在上一次接入网络时，由MSC/VLR提供的，并通过鉴权请求报文发送给移动台的，并于计算出的Kc一同存储在SIM卡中，同时也存于MSC/VLR中。当MS初始接入时，通过SABM帧的初始化报文业务请求字段把CKSN的消息一起送到MSC/VLR中，MSC/VLR将它与上一次使用的CKSN号进行校验，如果不一致，则在加密之前要进行鉴权过程，若CKSN=0则表示没有分配KC。

MSC/VLR会向移动台发送一条鉴权请求（Authentication request)的报文来触发鉴权过程，这是一条DTAP信令消息。系统在鉴权请求消息中包含一个随机数（RAND）和CKSN号码，RAND共128bit，SIM卡上的用户密钥Ki与这个随机数经GSM规范的A3算法，产生一个32bit的应答数SRES （与此同时MS还要将Ki和RAND再通过A8算法得出一64bit的Kc，并将它保存在SIM卡内，以后按系统指令决定是否激活加密传输），MS再通过一条鉴权响应（Authentication response）报文将SERS送回系统。因Ki值作为用户数据存在VLR或HLR中，在系统一侧也会进行与MS相同的A3和A8算法，产生一个SRES数和Kc存在VLR中，系统则会将这两个SRES值相比较，若相同则鉴权成功允许接入网络，之后MSC将继续触发加密过程；若不同则鉴权失败，系统会拒绝MS的继续接入。此时鉴权过程结束。

一般在MSC/VLR和HLR/AUC都可执行A3和A8算法，但MSC/VLR算起来比较麻烦，而HLR/AUC存有Ki值算起来简单的多而且可以很好的解决保密性和漫游的的问题，但却增加了HLR至MSC的信令量，因而每次计算，HLR/AUC都会将这三个结果值送到MSC/VLR中，即RAND，SRES和KC，以被选用。

三、加密过程

当鉴权过程结束后，此时MSC会向BSC发一条加密命令（BSSMAP

Ciphering Mode Command）的消息，在该消息中包含着密钥Kc，BSC接着会向MS发出加密命令（RR Ciphering Mode Command）来通知MS进入加密模式（这时基站也进入解密的模式下 ），MS收到该指令后就会转入加密模式的

作者：韩斌杰

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发送与接收，并向系统发出发出加密完成（RR Ciphering Mode COMPLETE）消息，此时该报文已经是加密的了。是否采用加密由系统决定，产生加密码的算法称为A5算法，它是利用移动台和网络都同意的Kc（64比特）值和当前脉冲串的帧号码（22比特）进行计算的，以产生一个114比特的加密序列来和突发脉冲的114比特的信息位进行异或操作。网络在上行链路和下行链路使用两个相同的加密序列，对于每一个突发，一个序列用于移动台内的加密并作为BTS中的解密序列，一个序列用于BTS的加密并作为移动台的解密。

四、 TMSI重新分配过程

在鉴权加密过程完毕之后，系统要向MS发出CM SERVICE ACCEPT消息或TMSI 的重新分配命令（TMSI reallocation command）的报文.

当移动台在定位区内第一次注册时，就会将一个TMSI分配给移动台，当移动台离开这个定位区时释放这个TMSI。当MS收到TMSI 的重新分配命令时，它将在存储器内存储收到的TMSI和LAI，并向网络发送TMSI再分配完成（TMSI reallocation complete）的报文。MSC对所收到的位置更新请求（location update request）的答复即位置更新接受（location update accept）的报文可以在TMSI再分配完成之后发送也可以同TMSI 的重新分配命令组合在同一个报文中发送。

若在网络中由移动台提供的TMSI，无法被系统所识别（如此时数据库发生故障），则移动台需提供其IMSI。此时在TMSI再分配程序启动之前应先启动识别程序来向移动台请求提供其IMSI号。

识别程序是通过向移动台发起识别请求（identity request）消息，在收到该消息后，移动台发起识别响应（identity response）消息来向网络提供其IMSI号码。在此程序完成之后，系统再根据其需要来进行鉴权加密和TMSI再分配过程。

问题研究：使用TMSI的目的是为了尽量减少在空中接口上使用IMSI，TMSI是由LAI和临时分给指定用户的一组数字组成（TIC），大多数无线接入是在MS已经注册的LAC中进行，因此TIC就足以对应一个MS，而LAI是一个隐含值，只有MS在一个新的定位区的一个小区内必须完成位置更新尝试时时才要使用完整的TMSI。TMSI是由MSC/VLR管理，当MS首次在一个LAC中注册时才分配给它，并在离开该LAC时注销，TMSI的注销是自动的，当MS收到新的TMSI时自动取代原TMSI 。

TIC长为4个字节，而IMSI由15个数字组成（可被编码为包括长度指示的9个字节），在允许TIC单独使用时，TIC长度较短可以节约无线信道的频谱。尤其对于寻呼消息，如果使用TIC，可以用一条消息最多寻呼4个移动台。

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第四节 位置更新

一、 位置区的概念

为了确认移动台的位置，每个GSM PLMN 的覆盖区都被分为许多个位置区，一个位置区可以包含一个或多个小区。网络将存储每个移动台的位置区，并作为将来寻呼该移动台的位置信息。对移动台的寻呼是通过对移动台所在位置区的所有小区中寻呼来实现的，MSC不可能对它所控制区域内的所有小区一起进行寻呼，因为MSC往往无法处理这样大的寻呼负荷。该位置区的标识

LAC码将在每个小区的广播信道上的系统消息中发送。

图示 位置区的登记

位置区的大小在系统中是一个相当关键的因素。在做网络规划时，对位置区的划分相当重要，如果位置区的覆盖过小，则移动台发生的位置更新过程将增多，从而增加了系统中的信令流量。反之，若位置区的覆盖过大，在它其中登记的用户越多，则网络寻呼其中任一个移动台时，同一寻呼消息将在该位置区的所有小区中一起发送，这样将导致寻呼信道的负荷过重，同时也增加了Abis接口上的信令流量。

由此可见，对位置区的优化相当的重要。在划分过程中，应在保证不会产生寻呼负荷之下尽量保证位置更新次数最小，因为作为网络运营商，如果系统出现频繁的位置更新只能导致白白的浪费掉我们可贵的网络资源，而不会增加任何收入。

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二、正常位置更新流程（越位置区的位置更新）

当移动台由一个位置区移动到另一个位置区时，必须进行登记，也就是说一旦移动台发现其存储器中的LAI与接收到当前小区的LAI号发生了变化，就必须通知网络来更改它所存储的移动台的位置信息。这个过程就被称为位置更新。

我们首先考虑处于开机空闲状态下的移动台，当它在同一位置区内移动时，若此时发生了小区重选，当移动台的服务小区发生改变时，移动台并不会把该变化通知网络。也就是说在移动台仅发生了小区重选而没有进行位置更新时，网络并没有参与此处理过程。而在重选前后的两个小区不属于同一个位置区时，移动台一定要把该位置区的变化来通知网络，这在移动通信中，被称为“强制登记”。

从网络对位置更新的标识不同来分，即广义的来分位置更新可分为正常位置更新（即越位置区的位置更新）、周期性位置更新（对应T3212到时）和IMSI附着（对应用户开机）。而具体的来分是根据看该位置更新程序是否属于同一个VLR，是否需要IMSI号参与，可分为以下几种位置更新。

（一）、同一个VLR不同位置区的位置更新（INTRA VLR LOCATION UPDATE）

这是最简单的一类位置更新过程，在该过程中不需要移动台提供IMSI号码，只在当前所在的VLR中进行，而不需通知HLR。

在初始化过程中，移动台在向网络发送的SABM帧携带的初始化报文中注明接入原因是位置更新请求（MM LOCATION UPDATING REQUEST），在该报文中携带有该移动台TMSI和LAI号码且注明是正常位置更新，若MSC收到此报文时，将此报文发给VLR，VLR将更新移动台的位置消息存储新的LAI号码，并根据需要向移动台发一个新的TMSI号（也可在TMSI 重新分配命令中不携带TMSI号，此时移动台还将使用以前的TMSI），在收到移动台的TMSI重新分配完成后，则向移动台发位置更新接受的消息（LOCATION UPDATE ACCEPT），此后释放信道位置更新结束。

（二）越VLR间的位置更新，且发送的是TMSI号码

若移动台进入一个小区后发现它所存储的LAI号与当前的LAI号不一致，则将其旧的LAI号和存储的TMSI号在位置请新请求中通过MSC发送给VLR。当VLR发现其LAI号不是自己的，则会根据旧的TMSI和LAI号码导出前一个VLR的地址，并向其旧的VLR启动一个请求IMSI和鉴权参数的发参数操作（MAP_SEND_IDENTIFICATION），该旧的VLR就会向其新的VLR回发有关该移动台的IMSI和鉴权参数。如果由于种种原因新的VLR无法获得IMSI，该VLR就会向MS发出识别请求（identity request）的报文，请求MS提供其IMSI号码。在VLR获得IMSI号码后，将向MS的HLR发出更新位置的消息，在此位置消息中，提供有MS的标识和相关信息以便HLR查询数据和建立路径，HLR收到此消息后，如果该新的MSC/VLR有正常的业务权限，则HLR将存储当前的VLR号码，并向旧的VLR中发出删除位置消息（MAP/D_CANCEL_LOCATION），在旧的VLR收到该消息后将删除该MS的所有信息，并向HLR发回删除位置确认(MAP/D_CANCEL_LOCATION_RESULT)的消息。在新VLR侧将继续完成鉴

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权加密和TMSI重新分配的过程，当此过程完成后HLR通过发起插入用户数据的消息（MAP_INSERT_SUBSCRIBER_DATA）的报文，将向该VLR提供它所需的用户信息，其中包括鉴权参数等信息，当收到VLR的响应时则向该VLR位置更新确认的消息。

（三）越VLR间的位置更新，且发送的是IMSI号码

该位置更新过程同上，而且要简单一些，因为它是直接通过IMSI号向HLR申请鉴权参数的。

问题研究：越VLR位置更新的漫游问题

当HLR收到VLR向其发起更新位置消息时，如果允许MS漫游，HLR将回发更新位置确认消息，其中含有HLR号码。若不许MS漫游，HLR则给出此MS标明不许漫游，若给VLR发出不许漫游的消息，VLR则删除所有的MS数据且向移动台发出位置更新拒绝的消息。若MS标志不允许漫游且该移动台未激活呼叫前转，则HLR将闭锁MS的来话呼叫；若激活此业务，则HLR将入局的呼叫接至所要求的地方。此时若是MS主叫，则按不认识的移动用户处理。被漫游限制的移动台将在其漫游区域不停的去做位置更新，虽然网络将一直的向该移动台发出位置更新拒绝的消息，但位置更新拒绝所限制的时间（T3211，时间为15秒）逾时后，移动台会继续去做位置更新尝试，直到发现一个允许漫游的位置区。

三、IMSI 附着和分离过程

IMSI的附着和分离过程就是在MSC/VLR中用户记录上附加一个二进制标志，IMSI的附着过程就是置标志为允许接入，而IMSI的分离过程就是置标志为不可接入。

当移动台开机时需将自己已开机的状态通知给网络，这个通知过程是通过向网络发出一条“IMSI的附着（IMSI ATTATCH）”的报文来通知网络它目前的状态已发生改变，当网络收到此指示时就会在系统数据中注明当前的用户状态，以便当该移动台的寻呼消息到来时，网络可发起寻呼该移动台的程序。

若移动台开机后发现它所存储的LAI号与当前的LAI号一致，则进行IMSI附着过程，它的程序过程同INTRA VLR LOCATION UPDATE基本一样，唯一不同的是，在LOCATION UPDATING REQUEST的报文中注明位置更新的种类是IMSI附着，它的初始化报文含有移动台的IMSI号码。

当若移动台开机后发现它所存储的LAI号与当前的LAI号不一致，则执行正常位置更新过程。

当移动台想关机时，它会定义通过一个按键触发IMSI分离过程，在此过程中，仅有一条指令从MS发送到MSC/VLR，这是一条非证实的消息，当MSC收到IMSI的分离请求时，即通知VLR对该IMSI作上“分离”的标志，而HLR并没有得到该用户已脱离网络的通知。当该用户被寻呼，HLR将向该用户所在的VLR要漫游号码（MSRN），此时就会通知该用户已脱离网络，便不会执行寻呼程序，而直接对该寻呼消息进行处理（treatment）,如放“用户已关机”的录音等。在MS发出此消息后就自动将RR连接放弃。

问题研究：IMSI附着和分离允许（ATTATCH-DETACH ALLOWDE，ATT）

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参数ATT用来指示移动台在本小区内是否允许进行IMSI附着和分离的过程。0表示不允许，1表示移动台必须启用附着和分离的过程。

在同一位置区的不同小区该参数的设置必须相同，因为移动台在该参数设为1的小区中关机时启动IMSI分离过程，网络将记录该用户处于非工作状态，并拒绝所有寻呼该用户的请求。若移动台再次开机时处于同它关机时同一位置区（此时不触发位置更新）但不同的小区，而该小区的参数ATT设为0，此时移动台也不启动IMSI附着的过程，在这种情况下，该用户无法正常成为被叫直至它启动主叫或位置更新过程。

四、周期性位置更新过程

当出现以下情况时，网络和移动台往往会失去联系：第一种情况是如果当移动台开着机而移动到网络覆盖区以外的地方（即盲区），此时由于移动台无法向网络作出指示，因而网络因无法知道移动台目前的状态，而仍会认为该移动台还处于附着的状态；第二种情况是当移动台在向网络发送“IMSI分离”消息时，如果此时无线路径的上行链路存在着一定的干扰导致链路的质量很差，那么网络就有可能不能正确的译码该消息，这就意味着系统仍认为MS处于附着的状态；第三种情况是当移动台掉电时，也无法将其状态通知给网络，而导致两者失去联系。当发生这几种情况后，若在此时该移动台被寻呼，则系统将在此前用户所登记的位置区内发出寻呼消息，其结果必然是网络以无法收到寻呼响应而告终，导致无效的占用系统的资源。

为了解决该问题，GSM系统就采取了相应的措施，来迫使移动台必须在经过一定时间后，自动的向网络汇报它目前的位置，网络就可以通过这种机制来及时了解移动台当前的状态有无发生变化，这就是周期性位置更新机制。在BSS部分，它是通过小区的BCCH的系统广播消息，来向该小区内的所有用户发送一个应该做周期性位置更新的时间T3212，来强制移动台在该定时器超时后自动的向网络发起位置更新的请求，请求原因注明是周期性位置更新。，移动台在做小区选择或重选后，将从当前服务小区的系统消息中读取T3212，并将该定时器置位且存储在它的SIM卡中，此后当移动台发现T3212超时后就会自动向网络发起位置更新请求。与此相对应的，在NSS部分，网络将定时的对在其VLR中标识为IMSI附着的用户做查询，它会把在这一端时间内没有和网络做任何联系的用户的标识改为IMSI分离（IMSI DETATCH），以防止对已与网络失去联系的移动台进行寻呼以导致白白浪费系统资源。

周期性位置更新是网络与移动用户保持紧密联系的一种重要手段，因此周期性位置更新越短，网络的总体性能就越好。但频繁的位置更新有两个负作用：一是会使网络的信令流量大大增加，对无线资源的利用率降低。在严重时将影响MSC、BSC、BTS的处理能力；另一方面将使移动台的耗电量急剧增加，使该系统中移动台的待机时间大大缩短。因而T3212的设置应综合考虑系统的实际情况。

周期性位置更新的信令流程同正常位置更新的信令流程是一致的。 问题研究：

T3212的单位是0.1个小时。当该地区业务量较小，信令流量较低时可设置该值较小（如8、18等）；当该地区的业务量很大，信令负荷很高时应适当

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提高该值。当将该值设为0时则表示该小区无需位置更新。但该值的设置应小于网络对在其VLR中标识为IMSI附着的用户做查询周期的值，因为可能会发生这种情况，该移动台在一定时间内未做任何操作，而它的周期性位置更新又未到时，而网络因查询到它未做任何操作就会将其IMSI的标识改为关机状态，这样网络就不会处理对该移动台的寻呼了。

当移动台做小区选择时，将该服务小区的T3212存储在SIM卡中，当发现该值超时后，即触发位置更新程序。当移动台在不同位置区内做小区重选时，因为这对应一次位置更新，因而移动台就会去采用新小区的T3212值且从0开始计时。当移动台做一次呼叫处理时，也会将T3212置位。当移动台在不同位置区内做小区重选时，如该两小区的T3212一样（例如都为20），则会根据上一次的计时值继续计时，如上次T3212的状态是2/20（2为目前的计时时间，20为T3212的值），当小区重选后还是2/20；如两小区的T3212不一样（设A小区是20，B小区是8），当移动台在A中的状态是2/20，当重选为B时就会变成2/8，此时当它再重选为A时就会变成14/20。从这种情况我们可以看出，设目前的计时时间为T1，T3212为T0，即定时状态为T1/T0，若A小区T0-T1（距位置更新的时间）大于B小区的T0，则重选到B小区状态应为(T0b-T’)/T0b，其中T’为(T0a-T1a)/T0b取余数；若A小区的T0-T1小于B小区的T0，则则重选到B小区状态应为[T0b-（T0a-T1a）]/T0b。

第五节 MS 主叫过程分析

设一个移动台处于开机并且处于空闲状态，若它要建立与另一用户的呼叫（在此以与一个PSTN用户的通信过程为例），在用户看来他只要输入另一个用户的号码，再按发送键，移动台就开始启动程序直到电话拨通。其实移动台和网络需经过许多步骤才能将呼叫建立起来

一、呼叫建立过程

移动台首先需建立一个与MSC的主信令链路，并要进行鉴权加密及TMSI重分配的过程，详细过程见第二节和第三节的内容。

（一） 被叫号码分析过程

在以上过程完毕以后，此时移动台才进入呼叫建立过程。首先将由移动台向网络发出一个启动（SETUP）的报文，该消息包含着被叫号码和所需业务等许多内容（对于数据业务这种说明可以比较长而且详细，对于补充业务还可以包含各种附加的信息），此时MSC就能够根据它来进行呼叫接续。当MSC收到SETUP消息，就要将该消息通过向其VLR发送出局呼叫消息（SEND_INFO_FOR_O/C_CALL）,VLR在收到该消息后，根据其在位置更新过程中从HLR获得的该用户数据消息，来分析被叫的号码（在VLR中有各种号码分类的信息，它会检查看是否有指向该号码的能力）和主叫用户本身的能力（根据主叫用户原来注册的业务是否支持本次呼叫的所需业务，如在拨打国际长途时则看是否有国际长途受限），以及网络本身的资源能力等等）核对是否能接纳这种需求，若某些项目不能通过，则向MS发出释放完成

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（RELEASE COMPLETE）的消息，呼叫建立就此失败，以后MS再将底层的连接释放掉，然后转入空闲状态；若可以通过VLR则向MSC发回完成呼叫能力查询（COMPLETE_CALL）的报文。当MSC收到此确认后则向MS发出呼叫继续（CALL PROCEEDING）的消息表示主叫用户的呼叫请求已经通过了核对，呼叫正在进行之中。

（二）话音信道指派过程（接续分配）

在MSC向MS发出（CALL PROCEEDING消息后，它就要根据业务请

PSTNMSCBSCBTS/MS CL3 (CM-Service-Requ e s t) CM-Service-Req Auth RequestT3260 Auth ResponseCipher Mode ComdTnt4Cipher Mode CompEncrypyion Cmd Encryption Comp. CM Serv Acc (or TMSI Reallocation)Setup Call Proceeding Assignment RequestTnt2 T10 Connect Confirm Channel Activate Channel Act Ack.T3107 I al Address Message (IAM)nitiAddress-Complete-Message(ACM)Answer-Message (ANM)AlertingConnectAssingment Complete Connect-AcknowledgeSpeech Timer between messagesIndication of channel traffic求，

图示 呼叫建立过程

来激活后续分配，即分配给用户TCH话音信道的流程。此时，MSC要向BSC发出指派请求（ASSIGNMENT REQUEST） 消息，在此消息中将含有所请求信道的类型等内容来要求BSC来给此次呼叫分配TCH话音信道。

BSC在收到MSC的信道请求后，如果发现有TCH信道资源的话就会向BTS发出请求激活TCH信道（Channel Activation for TCH）的消息，来激活相应的地面资源，该消息发出的也会启动本身的一个计时器，若该BTS将电路等资源准备好后，就会向BSC发出信道激活响应（channel activation ack）的报文。若此时BSC已无资源则向MSC返回无资源（RESOURCE FAILURE）的消息，而系统允许排队（要根据BSCQUEUEINGOPTION所指示的方法有ALLOWED/MSC 决定、FORCED/是由O&M驱使的、NOT ALLOWED）的话，则BSC向MSC发出排队指示（QUEUING INDICATION）的消息，并将指派请求消息放入队列同时打开T11定时器，如定时器超时则向MSC发出清除请求（CLEAR REQUEST消息）。其中立即指派请求，BSC内切换，BSC间切换是不许排队的，仅TCH资源请求（即指派请求和小区内部切换）允许根据内部优先级的的指示来按优先顺序给相应的请求分配在规定时间内被释放掉的信道，若排队长度或等候时间超出要求则请求将被拒绝。

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在BSC收到BTS发出信道激活响应（CHANNEL ACTIVATION ACK）的报文后，就按照BTS所提供的该信道的物理信息将它放在指派命令（ASSIGNMENT COMMAND）的消息中（该消息中包含着信道类别如话音/数据的指示，信道的速率和类别及话音解码算法和透明传输指示时器，分配优先级以及CIC电路识别码）通过SDCCH信道发给MS。

在MS收到基站发来的ASSIGNMENT COMMAND消息后，将会就将收发信配置调整到该TCH信道上，通过FACCH信道（此后传递信令，将都采用该信道形式，其实它就是利用的TCH信道，唯一不同是将TCH突发脉冲的标识位由0改为1，这种形式被称为偷帧）向系统发出SABM消息，系统在收到该消息后，会向BSC发出ESTABLISH INDICATION（建立指示消息），同初始分配信令信道一样，需系统再发回一条UA的证实帧。

当MS收到UA帧后将通过FACCH信道向系统发出分配完成（ASSIGNMENT COMMPLETE）消息，若因无线接口失败、无线接口消息失败或因干扰和硬件问题无法识别指派信息等原因MS无法占用该指定的信道，MS就会向系统发出ASSIGNMENT FAILURE（指派失败），若因干扰等原因MS未收到系统发给它的指派命令或系统未收到MS的响应导致在BSC未收到MS返回的消息，则系统将该信道释放掉。

在BSC收到分配完成的信令后，一方面向MSC发出指派完成（ASSIGNMENT COMPLETE）消息，一方面向BTS发出无线信道释放（RF CHANNEL RELEASE）消息，要求将以前占用的SDCCH信令信道资源释放掉，当BTS完成了信令信道的释放后，将发给BSC一条信道释放完成（RF CHANNEL RELEASE ACK）消息，BSC收到此消息后就认为该信道已返回到空闲状态下，该资源可以用于分配给新的信道请求。

图示 业务信道指派过程

问题研究：

1、 针对不同的用处，GSM分别有三种分配信道的程序。分别是初始化信

道分配、接续信道分配、切换信道分配。

? 初始化信道分配：是用于MS与网络之间建立信令的传输所必须的，

如处理位置更新的需求等。在建立信令传输过程中，系统也可首先选择给它分配TCH信道，这被称为过早分配（VEA）；若首先选择给它分配SDCCH信道，在需要时才分配TCH信道，这被称为预分配（EA）；若首先选择给它分配SDCCH信道，当在被叫端发回连接消息（CONNECT）时，才分配TCH信道，这被称为停止广播建立

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呼叫（OACSU），在当前阶段我们采用的是EA分配模式。在初始化分配中，若使用了EA分配模式，当无有可用的SDCCH信道时，也可给该信道请求并根据该请求的优先级来直接分配TCH信道，来替代SDCCH信道完成信令消息的传送，但应注意用TCH信道来传送信令是相当浪费的（因为一个TCH信道相当于八个SDCCH信道），当这种情况相当严重时，应及时增加SDCCH信道以满足网络的需要。

? 接续信道分配：这对应于在本节中所讲到的内容，当利用初始分配的

信令信道完成鉴权加密过程后，若该次通信有传递话音或数据的请求时，则触发接续信道的分配来分配一个TCH信道。

? 切换信道的分配：该分配用于在呼叫过程中，由于切换的需要来申请

网络给它一条信道。在该分配中根据是通过SDCCH过程中的切换或是在TCH过程中的切换，来分配相应的信道。

2、小区内部切换过程和该指派过程的程序是一样的，只是报文的名称不同而 已。 和立即指派过程有些类似，当在MS 的指派过程中，BSC将触发一个T3107的定时器，该定时器在BSC向BTS发送指派命令（ASSIGNMENT COMMAND ）的报文启动，在收到BTS发出的指派完成时（ASSIGNMENT COMPLETE ）时，将该定时器复位。该定时器逾时一般是由于无线链路覆盖很差导致的，当此定时器逾时后，将认为移动台已脱网，则将占用的该资源释放掉让给其它的移动台。通过经验值，一般信道的指派过程将在2秒中完成，如在两秒中BSC仍未收到指派完成消息，则该指派过程失败。但有时网络质量很差需重复发某些消息，此阶段则可延长至5秒。一般来说，当该小区的话务负荷很重，则可将该定时器设为2~5秒。若较为空闲，则可将该定时器设为10秒。

（三）、呼叫连接过程

当收到BSC发回的指派完成消息后，MSC在向被叫端送出初始化地址I AM消息（该报文中含有可用于被叫接续的消息，通过它来建立与被叫网络之间的路由），不用很久就会收到被叫端网络发回的有关呼叫建立的报告，若成功MSC则会收到ACM（地址完成）消息，如果因某种原因（如对端占线或线路拥塞等等）呼叫建立失败，主叫MSC则会收到被叫端发出的RELESASE（释放）消息。

此时如果MSC收到被叫端发回的ACM（ADDDRESS COMPLETE 地址完成）消息后，它的反应是将ALERTING（待命）消息发给该MS（该消息可由MS翻译成回铃音），该消息属DTAP消息类别，若被叫不应答而主叫也没有终止的动作，经过一定的时间，网络端会终止呼叫或可执行无应答转移。。

如此时被叫摘机，MSC会收到被叫端发回的ANSWER（应答）消息，此时主叫与被叫之间的链路接通，MSC将发给MS一条CC协议中的CONNECT（接通）消息，MS收到该消息后将停止待命指示，接着向系统返回CC协议中的CONNECT ACKNOWLEDGE（接通确认），当系统收到此消息时，就开始记费。如被叫端是数据设备，在收到SETUP指示后可直接进入CONNECT 状态。这时呼叫建立过程完毕，双方进入通话或传送数据业务阶段。

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二、呼叫释放过程

若主叫先挂机时，则MS利用FACCH信道向MSC发出Disconnect(拆线)消息，在MSC收到该消息后，则向被叫端发出释放消息 来通知对方通信终止，端到端的连接到此结束。但至此呼叫并未完全结束，因为系统与MS之间仍需保持一定的任务，如送收费指示等，当系统认为与MS之间的连接已无必要时，则向主叫端MS发出RELEASE（释放）消息，在MS收到该消息后会向系统发出RELEASE COMPLETE（释放完成消息），表呼叫已结束。同样当由被叫先挂机时，也会向主叫端发出RELEASE的消息，MSC在收到该报文后，将向主叫MS发出DISCONNECT的消息，当为非正常结束时，该报文还进一步指出了非正常结束的原因。

在MSC收到MS的释放完成（RELEASE COMPLETE）消息后，则向BSC发出清除命令（CLEAR COMMAND）的报文消息来释放所有信令链路.，在该消息中携带着此次呼叫清除的原因，例如，因切换完成而清除还是因位置更新完成而清除等等，。当由于是无线接口消息失败，无线链路失败或因设备故障等原因导致呼叫进程非正常性释放而向系统发出清除请求（CLEAR REQUEST）消息。

BSC收到该命令后，一方面向MS发出释放信道（CHANNEL RELEASE）的消息，表示将所有底层链路释放掉要求MS返回空闲模式下，同时将T3109定时器启动。移动台收到该命令后，就要拆除上行信令链路（即停止发送上行方向上的SACCH随路信令的测量报告），当它发现下行链路已被拆除后，即发现BTS的无线链路超时值（RADIOLINKTIMEOUT）已变为0时，将向BTS发送DISC消息,表示无线链路已拆除,MS已返回到空闲状态下，BSC收到后，将向MS发出UA的证实。当BTS发现上行链路已被拆除后，将向BSC发出释放指示（RELEASE INDICATION）消息来向BSC报告这一事件。

为了保证上下行链路都能及时的拆除，在BSC向MS发出CHANNEL RELEASE消息要求拆除上行链路的同时，随后它还要向BTS发出去活SACCH（Deactivate SACCH）的报文消息来，将要求释放下行的随路信令（即要求停止双方之间的信令联系）。BTS在收到此消息后，将停止传输下行链路的SACCH帧，从而使移动台的的下行链路故障计数器在一给定的时间后不可避免的降为0。当BTS开始执行停止SACCH下行链路的系统消息后，即向BSC发出去活SACCH响应（Deactivate SACCH ACK）消息。

BSC收到RELEASE INDICATION消息后,将定时器T3109复位,并启动定时器T3111, ,随即并向BTS发出RF CHANNLE RELEASE(此时将T3111复位)要求释放TCH资源(此时才释放物理信道资源是为了给呼叫重建留有时间)当收到BTS返回的RF CHANNLE RELEASE ACK消息时,BSC就认为该信道资源已空闲可用于再分配了. 此时它还要将向MSC发出CLEAR COMPLETE消息,表无线链路已清除完毕.

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MSC收到此消息后,则会通过发RLSD和收RLC来完成对SCCP连接的释放.到此该信令流程已彻底完毕.

图示 通信信道释放过程

第六节 MS被叫过程分析

一、 查询过程

当主叫端信令链路建立起来之后，主叫端将把初始化地址消息（IAI）发送给其关口局MSC（GMSC），因为在该IAI消息中含有被叫用户的MSISDN，GMSC就可以根据其MSISDN号码分析出其被叫归属HLR的七号信令识别号，于是GMSC就可向该HLR发出一条送路由消息（SEND_ROUTING_INFORMATION）的报文，HLR收到该消息后，将检查用户的记录，然后根据记录内容采取不同的步骤并给GMSC相应的应答。

其一：在正常的情况下，HLR在这时只知道该用户目前所在VLR的部分识别号（如CCS7地址或通用的标志）。为了能使该呼叫获得到达该MSC的最终路由信息，HLR将向被访VLR发送一条提供漫游号码（PROVIDE ROAMING_ NUMBER）的报文，该报文中含有用户的IMSI等信息，来请求VLR给该次呼叫提供一个MSRN号码，当被访MSC/VLR收到此消息后，将从空闲号码中选择出一个漫游号码，并将其同IMSI临时联系起来，并通过回送漫游号码结果（PROVIDE_ROAMING_NUMBER_RESULT)的报文将分配给该次呼叫的MSRN号码发换给HLR作为应答。当HLR收到被访的VLR提供的MSRN后，将以一条回送路由信息结果（SEND_ROUTING_INFORMATION_RESULT）的报文将消息转到发起呼叫的GMSC。此时GMSC就可以通过获得的MSRN号作为地址来找到被访的VLR并向其发送初始化地址消息IAI，当被访MSC收到该消息后可通过MSRN从其存储器记录中中恢复该移动用户的IMSI，来进行寻呼该移动台的过程。当呼叫完全建立起来后，就可以释放该漫游号码以供其它用户所使用。

其二：通过被叫VLR发回的消息指示，若被叫用户记录被设置为闭锁全部来话（BAIC）或闭锁漫游情况下的来话（BIC_roam）且目前该用户正处于漫游中。此时HLR将对该呼叫进行处理（放相关录音等）。

其三：用户记录被设为无条件前转（CFU），HLR将该转移号码发回到

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