GSM-移动通信及协议栈.doc

GSM 移动通信及协议栈
基础知识讲座
通信研究院
陈浩

1. 信令基本概念
人们要通过交换机接通电话，必须通过交换机发出操作命令。图1为两个用户通过两个端局进行电话接续的基本信令流程。
主叫 发端交换机 收端交换机 被叫
启呼（摘机）
送拨号音
拨号信令
占 用 信 令
选 择 信 令
回铃音信令 振铃信令
应答（摘机）
应答信令
通 话
复原（挂机）
后向挂机信令
复原（挂机）
前向拆线信令
拆线证实信令
用户线信令 局间信令 用户线信令

图 1 电话接续基本信令流程
以上是最基本的信令流程，当接续需经过多个交换机时，实际的信令比图1要复杂得多。这些信令的共同特点是：每一个信令都促使交换机产生一个动作。如摘机信令，话机叉簧闭合，构成直流回路。在直流回路上有电流通过，可检测到摘机信令，交换机收到后，产生动作，向用户话机送拨号音，通过话机的受话器变成声音信号，送到受话人的耳朵。因此除了通信时的用户信息（包括语音信息和非话务信息）以外的控制交换机动作的信号，就是信令。eg
2. GSM通信系统概述

2.1 系统的组成
GSM系统主要是由交换网络子系统

（NSS）、无线基站子系统（BSS）和移动台（MS）三大部分组成的。其系统框图如下：
MS BSS NSS
No.7 BSSAP No.7 MAP
A No.7 MAP.TUP PLMN
PSTN
X.25 No.7TUP ISDN
Um
(Air) Abis
X.25或NO.7
MS：移动台 BTS：基站收发信台
BSC：基站控制器 OMC：操作维护中心
MSC：移动交换中心 HLR：归属位置寄存器
AUC：鉴权中心 VLR：拜访位置寄存器
EIR：设备识别寄存器 SC：短消息中心
图 2 GSM系统框图

BTS

BTS

BSC

MSC/VLR

OMC

HLR/AUC

SC

EIR

MSC/VLR

A接口往右是NSS系统，负责呼叫控制功能，呼叫总是通过NSS连接的；它包括MSC、VLR、HLR、AUC和EIR。A接口往左，Um接口往右是BSS系统，负责无线通道的控制，每个呼叫都通过它连接；它包括BSC和BTS。Um接口往左是移动台部分，包括移动设备ME和客户识别码SIM。
2.2 交换网络子系统
NSS主要完成交换功能和客户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能。NSS由一系列功能实体所构成，各功能实体介绍如下：
MSC：是GSM系统的核心，是对位于它所覆盖区域中的MS进行控制和完成话路（TCH）交换的功能实体，也是移动通信与其它公用通信网之间的接口（GMSC）。它可完成网路接口、公共信道信令系统和计费等功能，还可完成BSS、MSC之间的切换和辅助性的无线资源管理（RR）、移动性管理

（MM）和连接性管理（CM）等。另外，为建立呼叫路由，每个MSC还能完成入口MSC（GMSC）的功能，即查询位置信息的功能。
VLR：是一个数据库，是存储MSC为了处理所管辖区域中MS（统称拜访客户）的来话、去话呼叫所需检索的信息，如：客户的号码，所处位置区域（LA）的识别，向客户提供的服务等参数。通常VLR是和MSC集成在一块的。VLR中，用户数据是被暂时存储的。当用户移动至另一个VLR/MSC区时，用户数据将从旧的VLR中删除，并存储到新的VLR中。
HLR：也是一个数据库，是存储管理部门用于移动客户管理的数据。每个移动客户都应在其所属的HLR中注册登记，它主要存储两类信息：一是有关客户的参数；一是有关客户目前所处位置的信息，以便建立至MS的呼叫路由，如：MSC、VLR地址等。HLR以永久的方式存储用户的基本数据。在HLR

中，唯一变化的数据是用户的当前位置（VLR地址）。
AUC：用于产生为确定移动客户的身份和对呼叫保密所需的鉴权、加密三参数（RAND、SRES、Kc）的功能实体。
EIR：也是一个数据库，存储有关ME的参数。重要完成对移动设备的识别、监视、闭锁等功能，以防非法ME的使用。（注：在我国尚未启用这项功能服务）
2.3 无线基站子系统
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，它主要负责完成无线发送接收机和无线资源（RR）管理等功能。功能实体可分为BSC、BTS和码形转换器（TC）。
BSC：具有对一个或多个BTS进行控

制的功能，它主要负责无线网路资源的管理、小区配置数据管理、功率控制、定位和切换等，是很强的业务控制点。
BTS：无线接口设备，它完全由BSC控制，主要负责无线传输，完成无线与有线的转换、无线分集、无线信道加密、跳频等功能。
TC：在Air接口，传输媒介承载的是无线频率，但是通常存在大量PSTN与PLMN之间的通话，话务信号也要通过固定网传输。为了使得数字话音信息在无线空中接口上的有效传输。数字语音信号被压缩至13kbit/s（全速率）或6.5kbit/s（半速率）。然而在PSTN中的话音的标准速率为64kbit/s，因此必须在网络中提供从一种速率到另一种的转换。这就是所谓的代码转换器（TC）。

2.4 移动台
移动台（MS）就是移动客户设备部分，它由两部分组成，移动终端（ME）和客户识别卡（SIM）。
ME：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、信息发射和接收等功能。
SIM：就是“人”，存有认证客户所需的所有信息，用户的识别号码，申请的业务目录和适用的网络。并能执行一些与安全保密有关的重要信息（即包含鉴权和加密所需的信息），以防止非法客户进入网络。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ME才能接入进网。
2.5 操作维护子系统
GSM系统还有个操作维护子系统

（OMC），它主要是对整个GSM网路进行管理和监控。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。
3．GSM网的呼叫建立
3.1 编号规则
1. 移动用户国际ISDN码（MSISDN）
MSISDN = CC + NDC + SN
MSISDN号码是指主叫客户为呼叫PLMN中客户所需拨的号码。(用于查询HLR)
CC： 国家代码，我国为86；
NDC：国内目的代码，即网路接入号，中国移动为135 ~ 139，中国联通为130。
SN： 用户号码，指向HLR中数据库的项。中国移动的SN号码结构为：H1H2H3ABCD，其中H1H2H3为

每个移动业务本地网的HLR号码，ABCD为移动客户码。中国联通的SN号码结构为H1H2ABCDE，其中H1H2是每个移动业务本地网的HLR号码，ABCDE是移动客户码。
2. 国际移动客户识别码（IMSI）
IMSI = MCC + MNC + MSIN 15位
为了在无线路径和整个GSM移动通信网上正确的识别某个移动客户，就必须给移动客户分配一个特定的识别码。这个识别码就是IMSI号，用于GSM移动通信网所有信令中，这样用户就可以在PLMN中进行登记。IMSI号存储在SIM卡、HLR和VLR中。
MCC：移动网国家代码，3位，我国为460。
MNC：移动网代码，2位，中国移动为00，中国联通为01。
MSIN：移动用户识别码，10位。
3. 临时移动客户识别码（TMSI）
为了对IMSI保密，MSC/VLR可给来访的移动客户分配一个唯一的TMSI号码，即

为一个由MSC自行分配的4 bytes BCD编码，仅限在本MSC业务区内使用。
4. 移动客户漫游号码（MSRN）
MSRN = CC + NDC + SN
被叫客户所归属的HLR知道该客户目前是处于哪一个MSC/VLR业务区，为了提供给入口MSC/VLR（GMSC）一个用于选路由的临时号码，HLR请求被叫所在业务区的MSC/VLR给该被叫客户分配一个MSRN，并将此号码送至HLR，HLR收到后在发给GMSC，GMSC根据此号码选路由，将呼叫接至被叫客户目前正在访问的MSC/VLR交换局。路由一旦建立此号码就可立即释放。
CC：被访国家代码。
NDC：国内目的代码（服务的网络）。
SN：用户号码，是一临时与IMSI相关的内部号码，指向VLR中的数据库项。
5. 位置区识别码LAI
LAI用于移动客户的位置更新，具有

全球唯一性。
LAI = MCC + MNC + LAC
MCC：移动客户国家代码，同IMSI中的前三位数字。
MNC：移动网号，同IMSI中的MNC。
LAC：位置区代码，为2 bytes BCD编码，表示为X1X2X3X4。在一个GSM PLMN网中可定义65536个不同的位置区。

6. 切换号码HON
HON是当进行MSC间越局切换时，为选择路由，由目标MSC（即切换要转移到的MSC）临时分配给移动客户的一个号码。此号码为MSRN号码的一部分。
HON = CC + NDC + SN
7. HLR号码
HLR号码代表HLR的地址。中国移动GSM网中的HLR号码结构是客户号码为全0的MSISDN号码，即：1390H1H2H30000。

8. MSC/VLR号码
MSC/VLR号码代表MSC的地址。中国移动GSM网中的MSC/VLR号码结构为1390M1M2M3，其中M1M2的分配同H1H2的分配。
9. 全球小区识别码CGI
CGI是用来识别一个位置区（LA）内的小区。
CGI = MCC + MNC + LAC + CI = LAI + CI
CI：小区识别码。
10. 基站识别码BSIC
BSIC是用于识别相邻国家的相邻基站的，为6 bit编码。
BSIC = NCC + BCC
NCC：国家色码，主要用来区分国界各侧的运营者（国内区别不同的省），为XY1Y2。
X：运营者（移动X = 1，联通X =

0）
Y1、Y2：分配见下表：
Y1
Y2
0
1
0
吉林、甘肃、西藏、
广西、福建、湖北、
北京、江苏
黑龙江、辽宁、
宁夏、四川、海南、江西、天津、山西、山东
1
新疆、广东、
河北、安徽、 上海、贵州、陕西
内蒙古、青海、云南、河南、浙江、湖南

BCC：基站色码，识别基站，由运营商设定。
11. 国际移动台设备识别码（IMEI）
唯一的识别一个移动台设备的编码，为一个15位的十进制数字。
IMEI = TAC + FAC + SNR + SP
TAC：型号批准码，由欧洲型号认证中心分配，6位。

FAC：工厂装配码，由厂家编码，表示生产厂家及其装配地，2位。
SNR：序号码，由厂家分配。识别每个TAC和FAC中的某个设备的，6位。
SP： 备用，1位。

3.2 GSM网的呼叫建立
3.2.1 固定客户至MS呼叫
1. 固定网的用户拨打一个移动电话号码。拨打的号码就是MSISDN。

2. PSTN交换机分析被拨打的号码。分析的结果就是寻找被叫注册的PLMN所要求的路由信息。PSTN在NDC的基础上识别移动网，之后它通过最近的网关移动业务交换中心（GMSC）接入移动网。
3. GMSC以PSTN交换机的同样方式分析MSISDN。作为分析的结果，它获得用户

永久注册的HLR地址。注意：GMSC本身并不拥有被叫的任何位置信息。用户的位置只能由HLR和VLR两个数据库确定。然而，此时，GMSC仅知道HLR地址，所以它发送一个消息（其中包含了MSISDN）给HLR。实际上，该消息就是为了建立呼叫而对被叫的位置进行查询请求，称之为“HLR Enquiry”。

4. HLR分析信息。它根据MSISDN识别被叫，然后检查它的数据库确定用户位置（结合IMSI）。注意：每次用户从一个VLR区移动至另一VLR区都会通知HLR，即HLR知道用户当前登记在哪一个VLR区。
应该指出，HLR并不处理话务。话务连接需要两个能够提供话音连接的网络单元。语音连接是网路服务的一种业务，而且只能由MSC处理。因此，建立话务连接需要两个MSC，第一个MSC是与PSTN交换机相连的网关MSC。对于建立连接，HLR在GMSC和目的地MSC之间扮演一个协调者的角色。

PSTN/ISDN GMSC HLR VLR MSC BSC MS
LAM
发送路由信息
（MAP） 提供漫游号码
（MAP）
路由信息证实 （MAP）
（MAP）
LAM 漫游号码
发送信息
鉴权 寻呼
（BSSMAP） 寻呼请求
信道请求
立即分配
SCCP-CR SABM L2
（寻呼响应）（寻呼响应）
（BSSMAP） （寻呼响应） L2
SCCP-CC
鉴权请求
鉴权响应
鉴权响应
信息证实 加密模式命令
加密模式命令
加密模式完成 加密模式完成
TMSI再分配
TMSI再分配完成
建立
呼叫证实
PSTN/ISDN 指配请求 指配命令
指配完成 指配完成
ACM
提 醒
CEV
连 接
ANM
连接证实
数据流

图 3 MS 终结呼叫流程图
5. HLR查询当前服务于被叫的MSC/VLR。
为什么我们需要先查询而不是马上连接呢？首先，移动台的当前状态存储在VLR数据库中，我们需要知道状态以避免为一已关机的用户建立连接。其次，我们需要知道可使GMSC将呼叫路由至可能是世界上任一地方的最终MSC的这类信息。

6. 根据呼叫路由，提供服务的MSC/VLR就是呼叫的目的地。这意味着我们必须通过以下的过程将呼叫路由出去：收到来自HLR的信息后，当前服务的MSC/VLR产生一个临时的移动台漫游号（MSRN），并把它和IMSI相关起来。漫游号用于呼叫的连接。MSRN不仅识别用户，它也指向它本身的交换机。因此如果中间有多个交换机的话，它们根据MSRN知道如何把呼叫路由到哪儿去。由于漫游号是临时的，呼叫建立后，它亦可用于确立另一个

呼叫连接。
7． MSC/VLR把漫游号送至HLR。
由于MSRN仅用于话务事务处理，HLR并不分析它。并且由于HLR只是一个帮助用户的定位和协调呼叫建立的数据库，并不处理话务。因此HLR只是简单地把MSRN转发给最初开始发起这个过程的GMSC。

8. GMSC接收包含MSRN的消息，并分析漫游号标识被叫的位置，因此分析的结果是识别呼叫目的地，即服务的MSC/VLR的呼叫路由。
9. 路由处理的最后阶段是由服务的MSC/VLR完成的。事实上服务的MSC/VLR也要接收漫游号，它知道这不是一个新呼叫，但是一个即将在这儿结束的，即一个已经分配了MSRN的呼叫。通过检查VLR，识别出号码，找到被叫。
如何找到被叫呢？由于我们并不知道用

户的确切位置，在整个VLR业务区内搜索似乎不可避免。这可能是一个地域广阔的区域，显然这样搜索很费时。eg 除非这个区域被划分成较小的区域。因此，MSC/VLR区被划分成较小的区域，它们被称为位置区域（LA）并由MSC/VLR管理。每个MSC/VLR包含若干个位置区。我们可以定义一个LA作为我们在其中搜索用户的区域。每个LA由LAI识别。
注意：BSC区和LA之间并没有关系。LA的目的是方便寻呼处理（寻找用户）。而BSC区与话务连接和无线资源有关。

10．现在我们已经知道用户所属的LA，可以开始对其进行搜寻。为了找到该用户，我们在位置区内启动一个寻呼过程。寻呼是由LA向所有小区发出的一个信号。LA内所有的MS都收到寻呼信号，但只有其中一个判断出识别码并作出应答。应答的结果是建立一个点到

点的连接。现在两个用户连接在一起。并且可通过网络通话。
3.2.2 MS至固定客户呼叫
1. 在服务小区内，一旦移动客户拨号后，MS向BS请求随机接入信道。

2. 在MS与MSC之间建立信令连接的过程。

3. 对MS的识别码进行鉴权。如果需要加密则设置加密模式等，进入呼叫建立的阶段。

4. 分配业务信道的过程。

5. 采用No.7的ISUP/TUP，建立与固定网至被叫客户的通路，并向被叫客户振铃，向移动台回送呼叫接通证实信号。

6. 被叫客户取机应答，向MS发送应答连接消息，最后进入通话阶段。

4. GSM关键技术
4.1 协议栈体系结构
下图为协议栈体系结构的一个模型：
图 4 协议栈体系结构

从上图我们可以看出，整个协议栈分为三层：Physical Layer (L1)，Data Link Layer (L2)和网络层（L3）。这三层所提供的功能如下：
L1：提供一定数量的物理信道、定义不同信道间的组合方式、数据块的组成、多址接入方式和时隙结构、跳频能力、编码和交织方式、调制解调技术、信号的发送和接收、功率控制、接收机在时间和频率上的同步、切换和质量监测、小区选择和重选过程中的测量、语音业务信道上的自适应帧的编解码模式。
L2 ： a) 在一个Dm信道（控制信道）上提供一个或多个数据链路连接，各个数据链路连接之间由DLCI(data link connection identifier)来区别;
b) 能够进行帧类型的识别；

c) 能够与L3实体间透明传送L3消息单元；
d) 能够进行顺序控制, 以维护数据链路连接上传输的帧的有序性；
e) 能够检测数据链路上发生的格式和操作错误；
f) 把不可恢复的错误向L3实体报告；
下图显示了L2和L3层之间的关系以及L3的具体结构：从图中我们可以看出L3主要包括三个功能实体RR （Radio Resource）、MM（Mobility Management）和 CM（Connection Management）。

RACHAGCH+PCHSACCHFACCHSDCCHSAPI 0SAPI 3 RRMMPDMMCCSSSMSMMREG-SAPMMCC-SAPMMSS-SAPMMSMS-SAPCCSSSMSMOBILENETWORKSERVICEMNCC-SAPMNSS-SAPMNSMS-SAPBCCHSDCCHSACCHRR-SAPRRLAYER 3 SIGNALLING=RRTITITIPD PD：Protocol Discriminator TI：Transaction Identifier

图 5 MS端的L3协议结构
由这张图我们还可以看出：
1. L2和L3之间有两个业务接入点标识：
a) SAPI 0：它支持信令信息的传输；
b) SAPI 3：它支持用户短消息的传输；

2. 层和层之间，以及子层和子层之间：
a) 应能将上一（子）层的message传递给下一（子）层；
b) 应能将下一（子）层的message传递给邻近的上一（子）层，要使用到PD；

3. 路由功能要使用到PD来实现，PD是消息头的一部分。
4. 如果出现具有相同功能块的并行实体，CM子层还定义了TI，它也是消息头的一部分，在选择路由的时候同样要用到：

a) RR根据message中的PD，把上一层传来的消息分配到实际的信道配置中，或合适的SAP；
b) 根据PD，RR把不同SAP处的message发送到各个子层（RR、MM、CM），但发送到上层（MM、CM）要通过RR-SAP；
c) MM根据PD或TI ，把message发送到MM或CM，发送到CM要通过MM-SAP；
d) RR和MM的路由功能在把message传输到最近的SAP之前，不会对message作任何改变。

5. 通过利用下（子）层所提供的服务，MS和网络的同一（子）层中的对等实体根据相应（子）层的协议相互交换信息。
6. RR、MM子层各有一个协议，CM子层的每一个功能实体（CC、SS、SMS）各有一个协议。

4.2 协议文档总结
GSM 技术规范：
01_serie GSM PLMN概述
02_serie 业务stage1
03_serie 网络功能&业务stage2
04_serie L3即air接口&stage3
05_serie 无线路径L1和系统
06-serie HR、FR、EFR&AMR话音处理功能
07_serie 终端适配功能
08_serie BSC-BTS、BSS-MSC接口
09_serie 交互工作&某些接口上的信令应用
10_serie 业务、计划、项目特征
11_serie 设备、型号批准规范
12_serie 运行和维护
13_serie 接入附着要求
4.3 工作频段的分配
在移动通信网内，传输连接的一部分使

用无线链路，另一部分使用2Mbit/s PCM链路。无线传输被用于MS和BS 之间，并且必须通过网络的剩余部分进行调整以适于在2Mbit/s PCM上传输。无线链路是连接的最脆弱部分，并且需要做大量的工作以确保高质量和可靠运行。这将在后文中分析。
1. 工作频段
GSM 900MHz频段：
890 ~ 915 （MS发、BS收，即为上行链路）
935~ 960 （BS发、MS收，即为下行链路）
DCS 1800MHz频段：
1710 ~ 1785 （MS发、BS收，即为上行链路，）
1805 ~ 1880 （BS发、MS收，即为下行链路）
上行链路和下行链路中不同频率的同时使用使得通信有发射（TX）和接收（RX）两个方向。无线载波频率总是成对的安排。

两者（上行 — 下行）之间的差别称为双工频率，GSM中的双工频率为45MHz。

2． 频道间隔
频率范围被分为一个个载波，相邻两载波（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）。每个信道占用带宽200kHz/8=25kHz。在GSM900和PCS1800中，最低和最高信道不使用以免与使用相邻频率的业务相互干扰。GSM 900中的总载波数为124，而PCS 1800则为374。
3. 干扰保护比
载波干扰保护比（C/I）就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及本地散射体的形状、类型及数量不同。以及其它一些因数，如：天线类型、方向性及高度，站址的标高及位置，当地的

干扰源数目等所造成的。GSM规范中规定：
同频道干扰保护比： C/I ≥ 9 dB
邻频道干扰保护比： C/I ≥ - 9 dB
载波偏离400kHz时的干扰保护比： C/I ≥ - 41dB
4.4 空中接口上的传输
4.4.1 FDMA和TDMA
GSM网的无线传输是基于数字技术的。GSM的数字传输采用两种方案实现，这就是所谓的频分多址（FDMA）和时分多址（TDMA）接入方式。
FDMA是指每个基站被分配不同的无线频率信道。在相邻小区（或相同小区）的移动电话能够同时（但根据频率被分割）操作。
TDMA是在多个用户之间，通过为每一个用户分配一个特定的时间（称为时隙）共享资源的方法。在这种系统中，每个用户只在分配的时隙中接收或发射信息突发脉冲

序列（burst），只有当用户完成呼叫的建立时，这些时隙才被分配给语音，而且有些时隙被用于提供呼叫间的信令和位置更新。
4.4.2 物理信道和逻辑信道
eg 时分多路访问（TDMA），将一无线频率信道分成连续的时间段，每个被称为“TDMA帧”。每个TDMA帧包含8个更短的时间段，就是所谓的“时隙（Timeslot）”。TDMA时隙被称为“物理信道”（Physical Channel），被用于物理的将信息从一个地方送至另一个地方。MS和BTS之间的无线载波信号被分成连续的时隙流，接下来在一连续的TDMA帧中被传送。
如果TDMA帧的时隙代表物理信道，那么有关内容是什么？物理信道的内容根据它们的性质不同（逻辑作用不同）可分为不同的逻辑信道。
在无线通道中，对应着物理信道有十二种不同的逻辑信道。逻辑信道分为公共信道（Common Channels）和专用信道

（Dedicated Channel）。公共信道是那些用于对MS广播不同信息和在MSC/VLR与MS之间建立信令信道。
在无线通道上，不同类型的信令信道用于促进MS与BTS、BSC和MSC/VLR之间的信息交流。所有这些信令信道被称为专用控制信道。
业务信道也是专用信道，因为每个信道只被一个用户专用于传送话音或数据。
下图清楚的表示了GSM 逻辑信道的构成：

Logical channel

Commonchannels

Dedicated
channels

图 6 逻辑信道
4.4.2.1 广播信道
基站能够使用若干个TRX，但一般总有一个能持有公共信道的TRX。广播信道是点到多点信道的下行链路，它们包含关于网络和广播小区的总的信息。有三种类型的广播信道：
1. 频率校正信道（FCCH）
FCCH是由全“0”组成的突发脉冲序列。它们被称作为纯粹的正玄波发送。这就象给MS提供了个标志，使得它们在若干

BCH

CCCH

FCCH

SCH

BCCH

PCH

RACH

AGCH

DCCH

TCH

SDCCH

SACCH

FACCH

TCH/F

TCH/H

TCH/EFR

TRX之间发现包含广播传输的TRX。MS开机后，它就搜寻这个信号，因为对于使用的频率这时还无任何信息。
2. 同步信道（SCH）
SCH包含BSIC和一个简化的TDMA帧号。BSIC被用于一个来自一个特定BS的MS在测量频率强度时，来识别不同小区。有时，MS也能检测到具有相同频率的远处BS。TDMA帧号是话音加密所要求的。
3. 广播控制信道（BCCH）
BCCH包含详细的网络和小区特定信息，比如：
􀁺 用于特定小区和相邻小区的频率；

􀁺 跳频序列。这个被设计成减少空中接口的负面影响，如有时引起发送信息的衰落，MS在一小区内可以以不同的频率发送信息，MS依据如何改变频率的次序称为“跳频序列”（然而在一小区内实现跳频是可

选的）。

􀁺 信道组合。正如我们前面提到的，总共有十二个逻辑信道，除了TCH，所有的逻辑信道对应着广播TRX的TS0或TS1。信道组合通知MS关于特定小区内使用的对应方法。

􀁺 寻呼组。通常在一个小区内有多个寻呼信道。为了防止MS为一个寻呼消息而侦听所有的寻呼信道，寻呼信道以只有某一组MS侦听某一特定的寻呼信道的方式分开。这些称作寻呼组。

􀁺 邻近小区信息。MS必须知道目前小区的邻近小区是什么以及它们的广播频率，这是十分必要的。比如：一个用户小区启动了一个通话，并且决定移动。MS不得不测量周围小区的信号强度和质量，并将这个信息报告给BSC。

4.4.2.2 公共控制信道
公共控制信道组成了逻辑信道的第二组，它们被用于建立点到点的连接。有三种类型的CCCH：
1. 寻呼信道（PCH）
PCH是一下行链路信道，在被叫为移动用户的情况中，它是由LA的所有BTS广播的。
2. 随机接入信道（RACH）
RACH在CCCH中是唯一的上行链路和第一个点到点信道。它由MS使用以便启动一个事务处理或作为PCH的应答。
3. 接入允许信道（AGCH）
AGCH是对RACH的应答。它用于为MS指派一个SDCCH。它是一下行链路及点到点信道。

4.4.2.3 专用控制信道
DCCH组成了信道的第三组，又有三个专用信道，它们用于呼叫建立、发送测量报告和切换。它们全是双向点到点信道。有三种类型的DCCH：
1. 独立专用控制信道（SDCCH）
SDCCH用于系统信令：呼叫建立、鉴权、位置更新、TCH的分配和短消息传播。
2. 慢速随路控制信道（SACCH）
一个SACCH伴随着每个SDCCH和TCH。它发送测量报告，也用于功率控制、时间校准和在一些情况下发送短消息。
3. 快速随路控制信道（FACCH）
FACCH用于要求切换时，它与一TCH对应，并代替20ms的语音，因此可以说工作在“偷帧”模式。
4.4.2.4 业务信道（TCH）
TCH是传送用户语音和数据的逻辑信

道，它能是半速率通信（5.6Kbits/s）形式，也可是全速率通信（13Kbits/s）形式。TCH的另一种形式是增强型全速率（EFR）业务信道。EFR中的语音编码仍然以13Kbits/s完成，但编码机制与用于普通全速率通信的不同。TCH能够传送话音和数据，并且是一双向信道。
4.4.3 TDMA帧
在TDMA中，每个载频被定义为一个TDMA帧。每帧包括8个时隙（TS0~7），要有TDMA帧号，这是因为GSM的特性之一是客户保密性好，是通过在发送信息前对信息进行加密实现的。计算加密序列的算法是以TDMA帧号为输入参数，因此每一帧都必须有一个帧号。有了TDMA帧号，MS就可判断控制信道TS0上传送的是哪一类逻辑信道。
TDMA帧号是以3.5h ( 2715648 个TDMA帧)为周期循环编号的。每2715648个TDMA帧为一个超高帧，每个超高帧又可

分为2048个超帧，一个超帧持续的时间为6.12s，每个超帧又是由复帧组成的。复帧分为两种类型：
􀁺 26-multiframe：它包括26个TDMA帧，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-multiframe：它包括51个TDMA帧，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（FCCH、SCH、BCCH）、CCCH（PCH、RACH、AGCH）、SDCCH以及其随路控制信道。

4.5 L3
4.5.1 概述
在前面我们已经提到过，L3由RR、MM和CM三个子层组成。现在我们来看看这几个子层都有些什么作用和功能。

4.5.1.1 RR
RR的作用是在呼叫期间建立和释放MS和MSC之间的稳定连接，不管用户如何运动，总维持连接的状态。它必须在各种需要之间动态地共享有限的无线资源。RR层的功能主要由MS和BSC完成。另外，由于切换过程的责任完全位于RR层内，因此MSC内实现的一部分功能（特别是与MSC内部切换有关的功能）也属于RR层。
RR层功能集中于在无线接口上管理传输路径，更确切地说，是在MS和有控制功能的MSC之间负责通信。这些路径的管理包括不同的方面。首先必须能建立和释放这些路径，一个连接的建立是一个接入过程，对应于MS从空闲模式转换为专用模式。与接入有关的寻呼功能能建立对空闲MS的呼叫，以及支持空闲MS所需的功能。管理MS-MSC连接的另一方面是传输链主要特性的处理，如传输的是信令、话音、还是数据，是否使用了加密等。

RR功能的另一方面是切换，切换准备首先要求对服务的小区和其它邻近小区估计传输质量，这通过测量随用户运动而变化的连接特性得到。
概括起来，RR层的基本过程如下：
a) system information broadcasting

b) RR连接建立
— 进入dedicated mode: immediate assignment procedure
— paging procedure
c) 专用模式下的过程：
— measurement report procedure
— intracell change of channels
— intercell change of channels
— frequency redefinition procedure
— channel mode change procedure
— ciphering mode setting procedure
— additional channel assignment procedure
— partial channel release procedure

d) RR连接释放过程

4.5.1.2 MM
MM子层的主要功能是支持移动用户终端，如：告知网络MS的当前位置并对用户的身份保密。更进一步，MM子层向上一层CM(Connection Management)的不同实体提供连接管理服务。
所有的MM过程，都是基于RR 连接已建立这个前提的。如果RR连接没有建立的话，则MM子层首先启动RR连接建立过程。MM过程可以分为：
（i）MM一般（common）过程：
这一过程的前提是：RR连接已存在。
若MM过程由网络触发，则MM过程包括以下几种类型：
— TMSI重分配过程；
— 鉴权过程；
— 身份识别过程；

— MM信息过程；
— 放弃（abort）过程（仅用于MM连接 正在建立或已经建立，并不适用于MM专用过程或IMSI拆离过程中）；

如果MM过程由MS触发：
— IMSI拆离过程
（ii） MM专用过程：
当MM连接不存在或无其它MM专用过程正在进行的话，MM专用过程才能启动。
主要有以下几种类型：
— 一般（normal）位置更新过程；
— 周期性位置更新过程；
— IMSI附着（attach）过程；

（iii） MM 连接管理过程：
这一过程主要用于建立、保持和释放MS和网络之间的MM连接。通过这一过程，CM层可以与其对等实体交换信息。MM连接管理过程只有在MM专用过程

不进行时才能执行。同一时间内可以同时激活多个MM连接。
4.5.1.3 CM
CM层的主要功能是，应用户的要求，在用户之间建立连接，并能维持和释放这些呼叫。它包括通过补充业务使用户能控制其发出或接收到的呼叫管理方法。呼叫管理功能的多样性使得CM可分为三个实体（CC、SS、SMS），每个CC实体与自己的MM实体相连接与对等层实体通信，并用业务标识符TI加以区别。
CM的三个实体之间是相互独立的，它们分别使用自己的MM连接与对等实体进行通信，不同的CM实体使用不同的TI来加以区分。
无论是MS还是网络的uplayer发起呼叫的建立，都包括以下两方面：
a) MS和网络间CC连接的建立；
b) 激活编解码;

4.5.2 各过程详细描述
4.5.2.1 idle mode and dedicated mode
处于空闲模式时，RR连接是不存在的，但上一层可以提出建立RR连接的要求对MS来说，只是监听BCCH、CCCH以及为它所属的寻呼组监听寻呼子信道。同时它还得测量信号功率，以保持同其它小区的联系。测量信息主要用于小区切换。当决定进行小区切换后，MS转向监听新的小区的BCCH，通过广播消息，MS可以判定它是否被允许接入这个小区。
对网络来说，它在BCCH上有规律的广播系统信息。通过这些信息，MS能够知道如何通过当前的小区接入网络。广播消息主要有以下几方面的