GSM技術(shù)資料 - 全文

      (1).2GSM系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范及其主要性能

      GSM標(biāo)準(zhǔn)共有12章規(guī)范系列，即：01系列：概述  02系列：業(yè)務(wù)方面  03系列：網(wǎng)絡(luò)方面  04系列：MS－BS接口和規(guī)約（空中接口第2、3層）  05系列：無線路徑上的物理層（空中接口第1層）  06系列：話音編碼規(guī)范  07系列：對移動(dòng)臺的終端適配  08系列：BS到MSC接口（A和Abis接口）  09系列：網(wǎng)絡(luò)互連  10系列：暫缺  11系列：設(shè)備和型號批準(zhǔn)規(guī)范  12系列：操作和維護(hù)

      (2).3GSM系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

      工作頻段的分配

      (2)-1.工作頻段

      我國陸地公用蜂窩數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)GSM通信系統(tǒng)采用900MHz頻段：

      890～915（移動(dòng)臺發(fā)、基站收）

      935～960（基站發(fā)、移動(dòng)臺收）

      雙工間隔為45MHz，工作帶寬為25 MHz，載頻間隔為200 kHz。

      隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展，可視需要向下擴(kuò)展，或向1.8GHz頻段的GSM1800過渡，即1800MHz頻段：

      1710～1785（移動(dòng)臺發(fā)、基站收）

      1805～1880（基站發(fā)、移動(dòng)臺收）

      雙工間隔為95MHz，工作帶寬為75 MHz，載頻間隔為200 kHz。

      (2)-2.頻道間隔

      相鄰兩頻道間隔為200kHz。 每個(gè)頻道采用時(shí)分多址接入（TDMA）方式，分為8個(gè)時(shí)隙，即8個(gè)信道（全速率）。每信道占用帶寬200 kHz/8＝25 kHz。

      將來GSM采用半速率話音編碼后，每個(gè)頻道可容納16個(gè)半速率信道。

      (2)-3多址方案

      GSM通信系統(tǒng)采用的多址技術(shù)：頻分多址（FDMA）和時(shí)分多址（TDMA）結(jié)合，還加上跳頻技術(shù)。

      GSM在無線路徑上傳輸?shù)囊粋€(gè)基本概念是：傳輸?shù)膯挝皇羌s一百個(gè)調(diào)制比特的序列，它稱為一個(gè)“突發(fā)脈沖”。脈沖持續(xù)時(shí)間優(yōu)先，在無線頻譜中也占一有限部分。它們在時(shí)間窗和頻率窗內(nèi)發(fā)送，我們稱之為間隙。精確地講，間隙的中心頻率在系統(tǒng)頻帶內(nèi)間隔200 kHz安排（FDMA情況），它們每隔0.577ms（更精確地是15/26ms）出現(xiàn)一次（TDMA情況）。對應(yīng)于相同間隙的時(shí)間間隔稱為一個(gè)時(shí)隙，它的持續(xù)時(shí)間將作為一種時(shí)間單位，稱為BP（突發(fā)脈沖周期）。

      這樣一個(gè)間隙可以在時(shí)間/頻率圖中用一個(gè)長15/26ms，寬200KHz的小矩形表示（見圖）。統(tǒng)一地，我們將GSM中規(guī)定的200KHz帶寬稱為一個(gè)頻隙。

      (2)-4在時(shí)域和頻域中的間隙

      GSM系統(tǒng)中，每個(gè)載頻被定義為一個(gè)TDMA幀，相當(dāng)于FDMA系統(tǒng)的一個(gè)頻道。每幀包括8個(gè)時(shí)隙（TS0－7）。每個(gè)TDMA幀有一個(gè)TDMA幀號。

      TDMA幀號是以3小時(shí)28分53秒760毫秒（2048?51?26?8BP或者說2048?51?26個(gè)TDMA幀）為周期循環(huán)編號的。每2048?51?26個(gè)TDMA幀為一個(gè)超高幀，每一個(gè)超高幀又可分為2048個(gè)超幀，一個(gè)超幀是51?26個(gè)TDMA幀的序列（6.12秒），每個(gè)超幀又是由復(fù)幀組成。復(fù)幀分為兩種類型。

      26幀的復(fù)幀：它包括26個(gè)TDMA幀（26?8BP），持續(xù)時(shí)長120ms。51個(gè)這樣的復(fù)幀組成一個(gè)超幀。這種復(fù)幀用于攜帶TCH（和SACCH加FACCH）。51幀的復(fù)幀：它包括51個(gè)TDMA幀（51?8BP），持續(xù)時(shí)長3060/13ms。26個(gè)這樣的復(fù)幀組成一個(gè)超幀。這種復(fù)幀用于攜帶BCH和CCCH。

      (2)-5無線接口管理

      在GSM通信系統(tǒng)中，可用無線信道數(shù)遠(yuǎn)小于潛在用戶數(shù)，雙向通信的信道只能在需要時(shí)才分配。這與標(biāo)準(zhǔn)電話網(wǎng)有很大的區(qū)別，在電話網(wǎng)中無論有無呼叫，每個(gè)終端都與一個(gè)交換機(jī)相連。

      在移動(dòng)網(wǎng)中，需要根據(jù)用戶的呼叫動(dòng)態(tài)地分配和釋放無線信道。不論是移動(dòng)臺發(fā)出的呼叫，還是發(fā)往移動(dòng)臺的呼叫，其建立過程都要求用專門方法使移動(dòng)臺接入系統(tǒng)，從而獲得一條信道。在GSM中，這個(gè)接入過程是在一條專用的移動(dòng)臺－－基站信道上實(shí)現(xiàn)的。這個(gè)信道與用于傳送尋呼信息的基站――移動(dòng)臺信道一起稱為GSM的公用信道，因?yàn)樗瑫r(shí)攜帶發(fā)自/發(fā)往許多移動(dòng)臺的信息。相反地，在一定時(shí)間內(nèi)分配給一單獨(dú)移動(dòng)臺的信道稱作專用信道。由于這種區(qū)別，可以定義移動(dòng)臺的兩種宏?duì)顟B(tài)：

      空閑模式：移動(dòng)臺在偵聽廣播信道，此時(shí)它不占用任一信道。

      專用模式：一條雙向信道分配給需要通信的移動(dòng)臺，使它可以利用基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行雙向點(diǎn)對點(diǎn)通信。

      接入過程使移動(dòng)臺從空閑模式轉(zhuǎn)到專用模式。

      (3)4GSM信道

      GSM中的信道分為物理信道和邏輯信道，一個(gè)物理信道就為一個(gè)時(shí)隙（TS），而邏輯信道是根據(jù)BTS與MS之間傳遞的信息種類的不同而定義的不同邏輯信道，這些邏輯信道映射到物理信道上傳送。從BTS到MS的方向稱為下行鏈路，相反的方向稱為上行鏈路。

邏輯信道又分為兩大類，業(yè)務(wù)信道和控制信道。

      (3)-1. 業(yè)務(wù)信道（TCH）：

      用于傳送編碼后的話音或客戶數(shù)據(jù)，在上行和下行信道上，點(diǎn)對點(diǎn)（BTS對一個(gè)MS，或反之）方式傳播。

      (3)-2. 控制信道：

      用于傳送信令或同步數(shù)據(jù)。根據(jù)所需完成的功能又把控制信道定義成廣播、公共及專用三種控制信道，它們又可細(xì)分為：

      (3)-2-1.保密措施

      GSM系統(tǒng)在安全性方面有了顯著的改進(jìn)，GSM與保密相關(guān)的功能有兩個(gè)目標(biāo)：第一，包含網(wǎng)絡(luò)以防止未授權(quán)的接入，（同時(shí)保護(hù)用戶不受欺騙性的假冒）；第二，保護(hù)用戶的隱私權(quán)。

      防止未授權(quán)的接入是通過鑒權(quán)（即插入的SIM卡與移動(dòng)臺提供的用戶標(biāo)識碼是否一致的安全性檢查）實(shí)現(xiàn)的。從運(yùn)營者方面看，該功能是頭等重要的，尤其在國際漫游情況下，被訪問網(wǎng)絡(luò)并不能控制用戶的記錄，也不能控制它的付費(fèi)能力。

      保護(hù)用戶的隱私是通過不同手段實(shí)現(xiàn)時(shí)，對傳輸加密可以防止在無線信道上竊聽通信。大多數(shù)的信令也以用同樣方法保護(hù)，以防止第三方了解被叫方是誰。另外，以一個(gè)臨時(shí)代號替代用戶標(biāo)識是使第三方無法在無線信道上跟蹤GSM用戶的又一機(jī)制。

      (3)-2-2.PIN碼

      這是一種簡單的鑒權(quán)方法。

      在GSM系統(tǒng)中，客戶簽約等信息均被記錄在SIM卡中。SIM卡插到某個(gè)GSM終端設(shè)備中，便視作自己的電話機(jī)，通話的計(jì)費(fèi)帳單便記錄在此SIM卡名下。為防止盜打，帳單上產(chǎn)生訛誤計(jì)費(fèi)，在SIM卡上設(shè)置了PIN碼操作（類似計(jì)算機(jī)上的Password功能）。PIN碼是由4～8位數(shù)字組成，其位數(shù)由客戶自己決定。如客戶輸入了一個(gè)錯(cuò)誤的PIN碼，它會給客戶一個(gè)提示，重新輸入，若連續(xù)3次輸入錯(cuò)誤，SIM卡就被閉鎖，即使將SIM卡拔出或關(guān)掉手機(jī)電源也無濟(jì)于事，必須向運(yùn)營商申請，由運(yùn)營商為用戶解鎖。

      (3)-2-3.鑒權(quán)

      鑒權(quán)，其中RAND是網(wǎng)絡(luò)側(cè)對用戶的提問，只有合法的用戶才能夠給出正確的回答SRES。

RAND是由網(wǎng)絡(luò)側(cè)AUC的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的，長度為128比特，它的值隨機(jī)地在0～2128－1（成千上萬億）范圍內(nèi)抽取。

      SRES稱為符號響應(yīng)，通過用戶唯一的密碼參數(shù)（Ki）的計(jì)算獲取，長度為32比特。

      Ki以相當(dāng)保密的方式存儲于SIM卡和AUC中，用戶也不了解自己的Ki，Ki可以是任意格式和長度的。

      A3算法為鑒權(quán)算法，由運(yùn)營者決定，該算法是保密的。A3算法的唯一限制是輸入?yún)?shù)的長度（RAND是128比特）和輸出參數(shù)尺寸（SRES必須是32比特）。