GSM信令流程

GSM 信令流程

Posted on 2012-12-24 23:02tianfei1201阅读(96) 评论(0) 编辑收藏

一、GSM信令流程

GSM 系统使用类似OSI协议模型的简化协议，包括物理层（L1）、数据链路层（L2）和应用层（L3）。L1是协议模型最底层，提供物理媒介传输比特流所需的全部功能。L2保证正确传递消息及识别单个呼叫。在GSM系统中，无线接口（Um）上的L1和L2分别是TDMA帧和LAPDm协议。在网络侧，Abis 接口和A接口使用的L1均为E1传输方式，L2分别为LAPD 和MTP协议。在Um接口，MS每次呼叫时都有一个L1和L2层的建立过程，在此基础上再与网络侧建立L3上的通信。在网络侧（A和Abis接口），其L1和L2（SCCP除外）始终处于连接状态。L3层的通信消息按阶段和功能的不同，分为无线资源管理（RR）、移动性管理（MM）和呼叫控制（CC）三部分。1、建立RR连接RR的功能包括物理信道管理和逻辑信道的数据链路层连接等。在任何情况下，MS向系统发出的第一条消息都是CH－REQ（信道请求），要求系统提供一条通信信道，所提供的信道类型则由网络决定。CH－REQ有两个参数：建立原因和随机参考值（RAND）。建立原因是指MS发起这次请求的原因，本例的原因是MS 发起呼叫，其它原因有紧急呼叫、呼叫重建和寻呼响应等。RAND是由MS确定的一个随机值，使网络能区别不同MS所发起的请求。RAND有5位，最多可同时区分32个MS，但不保证两个同时发起呼叫的MS的RAND值一定不同。要进一步区别同时发起请求的MS，还要根据Um 接口上的应答消息。CH－REQ消息在BSS内部进行处理。BSC收到这一请求后，根据对现有系统中无线资源的判断，分配一条信道供MS使用。该信道是否能正常使用，还需BTS 作应答证实，Abis接口上的一对应答消息CHACT（信道激活）和CHACK（信道激活证实）完成这一功能。CHACT指明激活信道工作所需的全部属性，包括信道类型、工作模式、物理特性和时间提前量等。网络准备好合适的信道后，就通知MS，由IMMASS（立即指配）消息完成这一功能。在IM－MASS中，除包含CHACT中的信道相关信息外，还包括随机参考值RA、缩减帧号T、时间提前量TA等。RA值等于BSS系统收到的某个MS发送的随机值。T 是根据收到CH－REQ时的TD－MA帧号计算出的一个取值范围较小的帧号。RA和T值都与请求信道的MS直接相关，用于减少MS之间的请求冲突。TA是根据BTS收到RACH信道上的CH－REQ信息进行均衡时，计算出来的时间提前量。MS根据TA确定下一次发送消息的时间提前量。IMMASS的目的是在Um接口建立MS与系统间的无线连接，即RR连接。MS收到IM－MASS后，如果RA值和T值都符合要求，就会在系统所指配的新信道上发送SABM帧，其中包含一个完整的L3消息（MP－L3－INF），这条消息在不同的接口有不同的作用。在Um接口，SABM帧是LAPDm层上请求建立一个多帧应答操作方式连接的消息。系统收到SANM帧后，回送一个UA帧，作为对SABM帧的应答，表明在MS与系统之间已建立了一条LAPDm 通路；另外，此UA帧的消息域包含同样一条L3消息，MS收到该消息后，与自己发送的SABM帧中相应的内容比较，只有当完全一样时，才认为被系统接受。L3消息中包含MS的IMSI，IMSI对每个MS是唯一的，这可保证在该信道上只有一个MS可接入系统。在Abis接口，这条消息是ESTIND（建立指示），用来通知已建立LAPDm连接，作为对IMMASS 消息的应答。在SANM帧中，透明传输到MSC的L3消息是A接口的第1条L3消息。尽管A接口的MTP连接在通话前已经建立，但对每个呼叫，在L2还要建立一个SCCP的连接。L3消息包含在A接口上SCCP的请求建链消息（CR）中传递。如请求被允许，A接口的第1条下行消息将包含在SCCP层的连接证实（CC）帧中。对SCCP层来说，CR与CC的交换是源参考地址与目的参考地址的交换。在同样的信令点码下，不同的呼叫具有不同的源地址和目的地址。A接口上第1条消息传递完后，MS与系统之间就建立了RR连接，RR实体通知MM子层已进入专用模式。在专用模式下，MM子层和CC子层负责发送所有L2层上的消息。

除了错误指示和释放本地链路以外，均由RR子层直接处理。2、建立MM连接正常情况下，要建立MM连接必须先有RR连接。RR建立后的第一个步骤是鉴权（AUTH），即鉴定移动用户的身份。在AU－THREQ（鉴权请求）中有两个参数：CIP KEY No（加密键号）和AUT RAND（鉴权随机值）Q CIPKEY No与每个MS的密匙Kc相对应，由网络计算出来送到MS，目的是毋须调用AUTH过程，就可直接由MS的IMSI和CM－SERV－REQ中的CIP KEYNo参数得到Kc。ATU RAND供MS计算鉴权响应值SRES。MS的SIM中存有4个与鉴权和加密相关的数据：鉴权算法A3、加密序列算法A8、加密算法A5和移动用户个人鉴权键Ki。其关系如下：Kc=A8（RAND，Ki），SRES=A3（RAND，Ki），加密数据流=A5（user data，Kc）。SRES是MS对AUTH REQ的响应值，在AUTH RES中传递。网络中存储了与每个IMSI相对应的Ki值，网络根据计算出的SRES值和MS回送的SRES值，可对MS的身份进行鉴定。Kc用于鉴权后的加密过程，加密算法A5由网络指定，但MS必须支持该算法。在加密命令CIP－M-COM中，指出了每个MS支持的A5算法类型，还指定了MS的回送消息中是否包括IMEISV参数。对MS的身份识别及无线信道传输加密过程完成后，建立呼叫所需的MM连接已经建立，可以向更高层（CC子层）提供呼叫信息的传递功能。3、建立CC连接MS向网络发SETU（建立）消息，请求建立呼叫，消息内容包括：（1）此次呼叫请求的具体业务种类及MS能提供的承载能力，包括信息传输要求、发送方式、编码标准及可使用的无线信道类型；（2）被叫用户号码，包括被叫号码类型和编码方案。网络收到SETUP 消息，若接受请求，就回送CALL PROC（呼叫处理），表明正在处理呼叫，主叫MS处于等待状态。网络开始寻找被叫用户，若被叫也是GSM系统用户，其接入网络的方式与主叫类似。不同点有：（1）被叫MS收到网络发出的PAGINC（寻呼）消息后，才会提出信道请求；（2）被叫MS在与网络建立CC连接时，先由网络发下行的SETUP消息，MS回送CALLCONF（呼叫证实）消息。在CALL，PROC或CALL，CONF后，网络与MS之间CC层的连接建立。后续的CC层消息ALERT（振铃）、CON－NECT（连接）及其应答消息，分别对应MS振铃和用户搞机动作。网络收到被叫的ALERT消息，再向主叫MS发送同样的ALERT消息，使主叫

知道当前的通话接续状态，即通常打电话时听到的振铃声。收到振铃声后，主叫等待被叫摘机，该动作在信令接续上反映为CONNECT（连接）消息。完成对CONNECT消息的应答后，主被叫双方进入正常通话状态，直到有一方关机，通话结束。传递信令使用的是SDCCH或FACCH，MS通话必须在TCH信道上进行。为此，网络分配给MS一条TCH信道，分配方式与IMMASS类似，不同点在于指配的发起是由MSC的ASS－REQ（指配请求命令）开始的。BSC根据ASS－REQ的信息，激活相应的无线信道，根据ASS－REQ中指定业务的相应信息，确定该无线信道的类型。由CHACT指定无线资源，包括信道频率、时隙和跳频等内容。4、连接话音通路GSM系统业务的数据传递采用电路模式，在主叫与被叫之间有一条物理通路。建立这样一条通路有两个要求：（1）为传递通信的不同路由段分配一定的信道资源；（2）将

各段信道连接在一起。信道资源包括Um接口的无线信道和A接口的PCM链路信道。无线信道由CHACT说明，A接口的地面信道由ASS－REQ说明。各个信道的连接是一个

接路过程。收到ASS－REQ后，BSC将A接口的地面信道和Um接口的无线信道连接在一起。收到CONNECT后，MSC将A接口的地面信道和网络内使用的信道连接在一起。在MS内部

也有类似的接路过程。主叫方收到ALERT消息后，接通内部的话音通路；被叫端的用户（GSM 用户）在发送CON－NECT时，接通MS内的话音通路。5、呼叫断续处理 5.1、清除CC连接和MM连接当一方用户挂机时，开始清除通信连接。从L3的CC子层开始清除，最终到L1。以主叫MS先挂机为例。MS发送DISCON－NECT（断开连接）消息，指明呼叫清除的发起端及清除原因。网络收到DISCONNECT后，停止所有的CC连接定时器，清除业务信道在网络中的连接，向MS发送RELEASE（呼叫释放），通知它网络正在释放CC 层的连接。MS收到消息后，停止所有CC连接定时器，释放MM连接，向网络发送RELCMP，

本身进入“NULL”（空闲）状态。这时，在MS侧，L3的连接已经全部释放完毕，但MS不能自己拆除L2层的连接，要等待网络的释放命令。网络收到RELCMP（呼叫释放完成）后，释放MM连接，返回到“NULL”状态。CC层和MM层的连接释放完毕后，网络启动SCCP连接的释放，释放及应答消息分别为CLRCOM（清除）和CLRCMP（清除完成）。 5.2、释放RR连接RR连接释放的目的是去活正在使用的专用信道，专用信道释放后，MS返回到IDLE（空闲）状态。RR连接释放的命令是CHREL（信道释放），包括释放原因（正常释放、超时、切换失败等）。MS收到CHREL后，启动定时器，回送一条LAPDm层的DISC消息，准备断开连接。当DISC消息被系统的UA消息证实或定时器超时后，MS去活所有信道，返回到空闲模式。RR连接释放后，停止系统在TCH信道的伴随信道SACCH上发送DESACCH （去活SACCH信道），并在TCH信道上发送RFCHREL（无线信道释放）及其应答。与RFCHREL 相对应，L1的连接也被清除，以减小或关闭系统在该信道的发射功率。6、其它 6.1、选择TCH信道分配时间在一次通话过程中，MS先后使用了SDCCH和TCH两种不同类

型的信道，分别用于信令和话音传递。网络根据对SDCCH和TCH使用的分配原则，可以在不同时间点，给MS分配TCH信道，有三种方式：早分配、特早分配和晚分配。TCH的指

配可在CC连接建立后马上进行，也可等收到ALERT消息后再指配。前者称为早分配，后者为晚分配。分配的早晚会影响系统占用SDCCH或TCH信道的时间。晚分配的SD－CCH信道占用时间长，可能导致TCH信道还有空闲时，由于SDCCH信道资源的缺乏而使呼叫失败，但可提高TCH信道的成功使用率。在ALERT后，主被叫均处于接通状态，一旦被叫用户搞机，TCH 信道就可被成功使用。在早分配中，若被叫用户连接失败，会导致分配给主叫用户使用的TCH

信道实际上不能使用，降低了使用率，但提高了SDCCH的容量。特早分配是在IMMASS时就直接分配一条TCH信道，但仅作为信今信道使用，在CC连接建立后，再利用信道模式修改命令，改为TCH信道。特早分配没有为信今信道专门分配独立的物理信道，使可同时通话的用户数最多，减少了呼叫建立的缓冲过程。当系统可用于通信的N个信道都被占用时，新的用户就

不能接入。实际上在通话前，MS与网络间还需要时间进行初期的信令通信，在这段时间内，原来通话的用户有可能已结束通话，可以建立新的呼叫。目前特早分配方式使用较少，早分配方式使用较多。 6.2、识别MS身份TMSI是网络分配给每个移动用户的临时身份码，只

在一个位置区域内有效。为了提高MS用户的保密性，信令通信可首先使用TMSI代替IMSI。如果网络识别TMSI号码，接续流程可以继续；若不能识别TMSI（MS从一个位置区进入另一个位置区），就会要求MS重新上报IMSI号码。若该号码有效，通信继续，同时网络还会给该移动用户分配一个新的TMSI号码。这个接续过程紧跟在A接口的第一个L3消息之后。 6.3、重新分配TMSI 无论当前MS使用的TSMSI是否能被系统识别，出于对用户身份保密的考虑，在每次通信时，网络部可为MS重新分配一个TMSI。TMSI的重新分配过程一般是在加

密完成之后，SETUP建立之前。对应于TMSI重新分配命令，MS有一个回应的TMSI分配完

成消息。 6.4、提前发送功率控制信息根据系统配置，MS可以决定在AUTHREQ后是否上报MS的处理能力，消息名称为CLASSMRAKCHANGE，内容与建立指示中的一样，只是更详细说明了MS支持的加密算法。在建立指示中，只说明是否支持A5／1、A5／2和A5

／3 ；而在CLAMARK－CH中，进一步说明是否支持A5／4～A5／7算法。网络收到此消息后先回送MSPWRCTRL消息，说明MS可使用的功率范围，以及与此MS相应的TRX所需的发射功率。在加密过程中，使用加密算法的信息，MS是否需要提前发送这条消息，由网络侧的系统消息3说明。二、GSM系统信令接续流程以MS发起的主叫通话为例，说明在GSM系统中，实现一次通话所需的信令接续过程。以应用层（L3）的三层连接（RR、MM、CC）为构架，对L3的通信过程进行分析，介绍每条信令中的一些主要参数以及该信令在通话过程中所起的作用。GSM系统使用类似OSI协议模型的简化协议，包括物理层（L1）、数据

链路层（L2）和应用层（L3）。L1是协议模型最底层，提供物理媒介传输比特流所需的全部功

能。L2保证正确传递消息及识别单个呼叫。在GSM系统中，无线接口（Um）上的L1和L2分别是TDMA帧和LAPDm协议。在网络侧，Abis接口和A接口使用的L1均为E1传输方式，L2分别为LAPD和MTP协议。在Um接口，MS每次呼叫时都有一个L1和L2层的建立过程，在此基础上再与网络侧建立L3上的通信。在网络侧（A和Abis接口），其L1和L2（SCCP 除外）始终处于连接状态。L3层的通信消息按阶段和功能的不同，分为无线资源管理（RR）、移动性管理（MM）和呼叫控制（CC）三部分。1、建立RR连接RR的功能包括物理信道管理和逻辑信道的数据链路层连接等。在任何情况下，MS向系统发出的第一条消息都是CH－REQ（信道请求），要求系统提供一条通信信道，所提供的信道类型则由网络决定。CH－REQ有两个参数：建立原因和随机参考值（RAND）。建立原因是指MS发起这次请求的原因，本例的原因是MS发起呼叫，其它原因有紧急呼叫、呼叫重建和寻呼响应等。RAND 是由MS确定的一个随机值，使网络能区别不同MS所发起的请求。RAND有5位，最多可同时区分32个MS，但不保证两个同时发起呼叫的MS的RAND值一定不同。要进一步区别同时发起请求的MS，还要根据Um接口上的应答消息。CH－REQ消息在BSS内部进行处理。BSC收到这一请求后，根据对现有系统中无线资源的判断，分配一条信道供MS使用。该信道是否能正常使用，还需BTS作应答证实，Abis接口上的一对应答消息CHACT （信道激活）和CHACK（信道激活证实）完成这一功能。CHACT指明激活信道工作所需的全部属性，包括信道类型、工作模式、物理特性和时间提前量等。网络准备好合适的信道后，就通知MS，由IMMASS（立即指配）消息完成这一功能。在IM－MASS中，除包含CHACT 中的信道相关信息外，还包括随机参考值RA、缩减帧号T、时间提前量TA等。RA值等于BSS 系统收到的某个MS发送的随机值。T是根据收到CH－REQ时的TD－MA帧号计算出的一个取值范围较小的帧号。RA和T值都与请求信道的MS直接相关，用于减少MS之间的请求冲突。TA是根据BTS收到RACH信道上的CH－REQ信息进行均衡时，计算出来的时间提前量。MS根据TA确定下一次发送消息的时间提前量。IMMASS的目的是在Um接口建立MS与系统间的无线连接，即RR连接。MS收到IM－MASS后，如果RA值和T值都符合要求，就会在系统所指配的新信道上发送SABM帧，其中包含一个完整的L3消息（MP－L3

－INF），这条消息在不同的接口有不同的作用。在Um接口，SABM帧是LAPDm层上请求建立一个多帧应答操作方式连接的消息。系统收到SANM帧后，回送一个UA帧，作为对SABM帧的应答，表明在MS与系统之间已建立了一条LAPDm通路；另外，此UA帧的消息域包含同样一条L3消息，MS收到该消息后，与自己发送的SABM帧中相应的内容比较，只有当完全一样时，才认为被系统接受。L3消息中包含MS的IMSI，IMSI对每个MS是唯一的，这可保证在该信道上只有一个MS可接入系统。在Abis接口，这条消息是ESTIND（建立指示），用来通知已建立LAPDm连接，作为对IMMASS消息的应答。在SANM帧中，透明传输到MSC的L3消息是A接口的第1条L3消息。尽管A接口的MTP连接在通话前已经建立，但对每个呼叫，在L2还要建立一个SCCP的连接。L3消息包含在A接口上SCCP 的请求建链消息（CR）中传递。如请求被允许，A接口的第1条下行消息将包含在SCCP层的连接证实（CC）帧中。对SCCP层来说，CR与CC的交换是源参考地址与目的参考地址的交换。在同样的信令点码下，不同的呼叫具有不同的源地址和目的地址。A接口上第1条消息传递完后，MS与系统之间就建立了RR连接，RR实体通知MM子层已进入专用模式。在专用模式下，MM子层和CC子层负责发送所有L2层上的消息。除了错误指示和释放本地链路以外，均由RR子层直接处理。2、建立MM连接正常情况下，要建立MM 连接必须先有RR连接。RR建立后的第一个步骤是鉴权（AUTH），即鉴定移动用户的身份。在AU－THREQ（鉴权请求）中有两个参数：CIP KEY No（加密键号）和AUT RAND （鉴权随机值）Q CIPKEY No与每个MS的密匙Kc相对应，由网络计算出来送到MS，目的是毋须调用AUTH过程，就可直接由MS的IMSI和CM－SERV－REQ中的CIP KEY

No参数得到Kc。ATU RAND供MS计算鉴权响应值SRES。MS的SIM中存有4个与鉴权和加密相关的数据：鉴权算法A3、加密序列算法A8、加密算法A5和移动用户个人鉴权键Ki。其关系如下：Kc=A8（RAND，Ki），SRES=A3（RAND，Ki），加密数据流=A5（user data，Kc）。SRES是MS对AUTH REQ的响应值，在AUTH RES中传递。网络中存储了与每个IMSI相对应的Ki值，网络根据计算出的SRES值和MS回送的SRES值，可对MS的身份进行鉴定。Kc用于鉴权后的加密过程，加密算法A5由网络指定，但MS必须支持该算法。在加密命令CIP－M-COM中，指出了每个MS支持的A5算法类型，还指定了MS的回送消息中是否包括IMEISV参数。对MS的身份识别及无线信道传输加密过程完成后，建立呼叫所需的MM连接已经建立，可以向更高层（CC子层）提供呼叫信息的传递功能。3、建立CC连接MS向网络发SETU（建立）消息，请求建立呼叫，消息内容包括：（1）此次呼叫请求的具体业务种类及MS能提供的承载能力，包括信息传输要求、发送方式、编码标准及可使用的无线信道类型；（2）被叫用户号码，包括被叫号码类型和编码方案。网络收到SETUP消息，若接受请求，就回送CALL PROC （呼叫处理），表明正在处理呼叫，主叫MS处于等待状态。网络开始寻找被叫用户，若被叫也是GSM系统用户，其接入网络的方式与主叫类似。不同点有：（1）被叫MS收到网络发出的PAGINC（寻呼）消息后，才会提出信道请求；（2）被叫MS在与网络建立CC连接时，先由网络发下行的SETUP消息，MS回送CALLCONF （呼叫证实）消息。在CALL，PROC或CALL，CONF后，网络与MS之间CC层的连接建立。后续的CC层消息ALERT（振铃）、CON－NECT（连接）及其应答消息，分别对应MS振铃和用户搞机动作。网络收到被叫的ALERT消息，再向主叫MS发送同样的ALERT消息，使主叫知道当前的通话接续状态，即通常打电话时听到的振铃声。收到振铃声后，主叫等待被叫摘机，该动作在信令接续上反映为CONNECT（连接）消息。完成对CONNECT消息的应答后，主被叫双方进入正常通话状态，直到有一方关机，通话结束。传递信令使用的是SDCCH或FACCH，MS通话必须在TCH信道上进行。为此，网络分配给MS一条TCH信道，分配方式与IMMASS类似，不同点在于指配的发起是由MSC的ASS－REQ （指配请求命令）开始的。BSC根据ASS－REQ的信息，激活相应的无线信道，根据ASS－REQ中指定业务的相应信息，确定该无线信道的类型。由CHACT指定无线资源，包括信道频率、时隙和跳频等内容。4、连接话音通路GSM 系统业务的数据传递采用电路模式，在主叫与被叫之间有一条物理通路。建立这样一条通路有两个要求：（1）为传递通信的不同路由段分配一定的信道资源；（2）将各段信道连接在一起。信道资源包括Um接口的无线信道和A接口的PCM链路信道。无线信道由CHACT说明，A 接口的地面信道由ASS－REQ说明。各个信道的连接是一个接路过程。收到ASS－REQ后，BSC将A接口的地面信道和Um 接口的无线信道连接在一起。收到CONNECT后，MSC将A接口的地面信道和网络内使用的信道连接在一起。在MS内部也有类似的接路过程。主叫方收到ALERT消息后，接通内部的话音通路；被叫端的用户（GSM用户）在发送CON－NECT时，接通MS内的话音通路。5、呼叫断续处理 5.1清除CC连接和MM连接当一方用户挂机时，开始清除通信连接。从L3的CC子层开始清除，最终到L1。以主叫MS先挂机为例。MS发送DISCON－NECT（断开连接）消息，指明呼叫清除的发起端及清除原因。网络收到DISCONNECT后，停止所有的CC连接定时器，清除业务信道在网络中的连接，向MS发送RELEASE（呼叫释放），通知它网络正在释放CC层的连接。MS 收到消息后，停止所有CC连接定时器，释放MM连接，向网络发送RELCMP，本身进入“NULL”（空闲）状态。这时，在MS 侧，L3的连接已经全部释放完毕，但MS不能自己拆除L2层的连接，要等待网络的释放命令。网络收到RELCMP（呼叫释放完成）后，释放MM 连接，返回到“NULL”状态。CC

层和MM层的连接释放完毕后，网络启动SCCP连接的释放，释放及应答消息分别为CLRCOM （清除）和CLRCMP（清除完成）。 5.2释放RR连接RR连接释放的目的是去活正在使用的专用信道，专用信道释放后，MS返回到IDLE （空闲）状态。RR连接释放的命令是CHREL（信道释放），包括释放原因（正常释放、超时、切换失败等）。MS收到CHREL后，启动定时器，回送一条LAPDm层的DISC消息，准备断开连接。当DISC 消息被系统的UA消息证实或定时器超时后，MS去活所有信道，返回到空闲模式。RR 连接释放后，停止系统在TCH信道的伴随信道SACCH上发送DESACCH（去活

SACCH 信道），并在TCH信道上发送RFCHREL（无线信道释放）及其应答。与RFCHREL 相对应，L1的连接也被清除，以减小或关闭系统在该信道的发射功率。6、其

它 6.1选择TCH信道分配时间在一次通话过程中，MS先后使用了SDCCH和TCH两种不同类型的信道，分别用于信令和话音传递。网络根据对SDCCH和TCH使用的分配原则，可以在不同时间点，给MS分配TCH信道，有三种方式：早分配、特早分配和晚分

配。TCH的指配可在CC连接建立后马上进行，也可等收到ALERT消息后再指配。前者称为早分配，后者为晚分配。分配的早晚会影响系统占用SDCCH或TCH信道的时间。晚分配的SD－CCH信道占用时间长，可能导致TCH信道还有空闲时，由于SDCCH信道资源的缺乏而使呼叫失败，但可提高TCH信道的成功使用率。在ALERT后，主被叫均处于接通状态，一旦被叫用户搞机，TCH信道就可被成功使用。在早分配中，若被叫用户连接失败，会导致分配给主叫用户使用的TCH信道实际上不能使用，降低了使用率，但提高了SDCCH的容量。特早分配是在IMMASS时就直接分配一条TCH信道，但仅作为信今信道使用，在CC连接建立后，再利用信道模式修改命令，改为TCH信道。特早分配没有为信今信道专门分配独立的物理信道，使可同时通话的用户数最多，减少了呼叫建立的缓冲过程。当系统可用于通信的N个信道都被占用时，新的用户就不能接入。实际上在通话前，MS与网络间还需要时间进行初期的信令通信，在这段时间内，原来通话的用户有可能已结束通话，可以建立新的呼叫。目前特早分配方式使用较少，早分配方式使用较多。 6.2识别MS身份TMSI是网络分配给每个移动用户的临时身份码，只在一个位置区域内有效。为了提高MS用户的保密性，信令通信可首先使用TMSI 代替IMSI。如果网络识别TMSI号码，接续流程可以继续；若不能识别TMSI（MS从一个位置区进入另一个位置区），就会要求MS重新上报IMSI号码。若该号码有效，通信继续，同时网络还会给该移动用户分配一个新的TMSI号码。这个接续过程紧跟在A 接口的第一个L3消息之后。 6.3重新分配TMSI 无论当前MS使用的TSMSI是否能被系统识别，出于对用户身份保密的考虑，在每次通信时，网络部可为MS重新分配一

个TMSI。TMSI的重新分配过程一般是在加密完成之后，SETUP建立之前。对应于TMSI 重新分配命令，MS有一个回应的TMSI分配完成消息。 6.4提前发送功率控制信

息根据系统配置，MS可以决定在AUTHREQ后是否上报MS的处理能力，消息名称为CLASS MRAKCHANGE，内容与建立指示中的一样，只是更详细说明了MS支持的加密算法。在建立指示中，只说明是否支持A5／1、A5／2和A5／3 ；而在CLAMARK－CH中，进一步说明是否支持A5／4～A5／7算法。网络收到此消息后先回送MSPWRCTRL 消息，说明MS可使用的功率范围，以及与此MS相应的TRX所需的发射功率。在加密过程中，使用加密算法的信息，MS是否需要提前发送这条消息，由网络侧的系统消息3说明。三、GSM网的空间接口浅析——摘要对GSM网空间接口的定义、逻辑信道与物理信道的映射关系、帧结构及各种无线信道上传送的信息进行了由浅入深的描述。——移动终端与GSM网络之间的接口称为空间接口，它是GSM网络中最复杂，也是参数和性能最多的一个接口。该接口在网络的规划，优化以及工程建设和维护中，都显得非常重要。1、GSM网的主要功能单元GSM数字公用陆地蜂窝移动通信系统主要由下述功能单元组成：

移动台(MS)、基站子系统(BSS)、移动业务交换中心(MSC)、拜访位置寄存器(VLR)、归属位置寄存器(HLR)、设备识别寄存器(EIR)、鉴权中心(AUC)和操作维护中心(OMC)。其中基站子系统(BSS)包括基站控制器(BSC)和无线基站(BTS)两部分。各个网元之间的接口均由GSM规范所定义，但各个厂家在部分接口上采用自己的标准，使得设备选型和组网工作具有一定的难度，为此本文将着重介绍这几种接口。2、A接口、Abis接口、Uin接口GSM网内各接口之间的通信协议均是基于国际标准化组织(ISO)建议的开放式系统互联七层模式(OSI)建

立的，各层协议均独立于其他层完成各自的功能。 2.1 MSC和BSS间接口MSC 与BSC间为标准A接口，符合GSM相关规定，接口之间采用7号信令，其应用协议为BSSAP(基站子系统应用部分第七层协议)，该层协议建立在SCCP层之上（信令控制连接部分）。BSSAP包括BSSMAP(基站子系统移动应用部分)和DTAP(直接转送应用部分)协议两部分。基中BSSMAP是MSC至BTS的信令信息，DTAP是MSC通过BSC透明传送给MS的信令信息。 2.2 BSC和BTS间接口BSC与BTS之间的接口称Abis接口，采用LAPD 信令(D信道链路应用部分)，应用部分为BSSMAP协议。 2.3 BTS和MS间接

口BTS与MS之间的Um接口称为空间接口(即无线信道)，它采用LAPDm信令。该接口包括三层协议：第一层为物理层，该层通过无线信道发送或接收各种编码信息，主要提供了信息传送所需要的时分复用(TDM)帧结构。第二层为链路层，是介于第三层和第一层之间的传送媒体，其功能是将第三层信令无差错地传送给第一层。第三层为网络层，主要提供3种网络管理功能：(1)RR--无线资源管理(Radio Resource)，包括寻呼(Paging)、加密模式设定(cipher mode setting)、信道分配、切换、测试报

告。(2)MM--移动性管理(mobilitymanagement)，包括鉴权(authentication)、位置更新(locationupdating)、国际移动用户识别码的附着或分离(IMSIattach/detach)、周期性登记(periodic registration)。(3)CM--呼叫连接管理(call connection management)，包括呼叫建立、补充业务、双音多频DTMF、短消息业务

(short message scrvice)。关于GSM网中的各接口信令规程见表1。表１3、空间接口的无线特性及分类 3.1 空间接口的无线特性——由于数字移动通信的迅猛发展，信息在空间传送所需要的频带已成为制约业务发展的关键问题所在。如何利用好有限的频率资源以及与采用新的频率资源进行合理的投资，从而规划好移动通信网络，是每个运营商现在就必须面对的问题，在此将GSM、E-GSM(扩展)和DCS1800的无线信道的基本特性列于表2，供参考。表２ 3.2 无线信道复用——根据频率规划和容量要求，每个基站都分配有若干个载频，每个基站无线覆盖区内的手机都能共享所分配的频率资源，而且不同手机可在同一个载频上分享不同的时间进行通信，这就是所谓的时分多址接入(即TDMA)。而空间接口泛指手机和基站所建立的连接。该接口采用TDMA技术，即每个载频携带一个TDMA帧，每一帧包括8个时隙(即信道)。从手机至基站定义为上行链路，从基站至手机为下行链路，而信道(即时隙)则根据不同的用途可分为物理信道和逻辑信道。(1)物理信道——一个载频所携带的TDMA帧中的一个时隙就是一个物理信道，每个载频(即一个TDMA帧)可含8个时隙，在一个时隙中所传送的信息称为一个“burst”(突发)，每个时隙长度为577μs。该时隙中的数据则以546μs的“burst”突发脉冲信号发射出去，这样8个“burst”是按顺序以TDM(时分复用)方式在同一个载频上发射的，而多个TDMA帧可形成一个复帧。例如，在上行链路上，某一手机A与基站收发信机所建立的联系,是基于一个TDMA时隙的。当该手机发送完一个“burst”后，它必须停止发送一段时间，使其他手机(如B利用与A手机相同频率的其他“burst”与基站建立联系)。由于信息是成帧传给基站的，每一个帧所含的8个TDMA“burst”信息均发给同一个基站收发信机，以及手机离基站的远近不同等原因，一个TDMA 帧中的各个“burst”之间需要一定的保护时间，这样8个“burst”的长度总合应小于一个TDMA 帧的时间长度。(2)逻辑信道——由于基站和手机之间需传送大量的用户数据和各

种不同的控制信令，因此根据所传信息的不同，定义了各种不同的逻辑信道，这些信道可按照一定的规则映射到物理信道上。 3.3 空间接口的分类——根据功能的不同，引入了逻辑信道的概念，而逻辑信道则是通过物理信道实现其功能的。逻辑信道分为控制(或信令)信道和业务信道(TCH)两类。逻辑信道根据不同的特殊功能分为以下几种：(1) 业务信道——用于基站和手机间的语音或数据的交换。根据语音编码器速率的不同可分为全速率和半速率两种业务信道。全速率语音编码器以13kb/s的速率工作(半速率语音编码器以

6.5kb/s速率工作)。在进入无线信道发射前，语音数据信息还需要经过信道编码(包括分组编码和卷积编码)，对数据流进行必要的检错和纠错，并经过交织编码(速率为22.8kb/s，半速率信道编码速率为11.4kb/s)，再加上填充比特，形成33.6kb/s的数据流，最后经过GMSK调制，在无线信道上就形成了一个由8个时隙组成的总速率为270.833kb/s的TDMA帧，通过无线电波发射出去。(2) 控制信道分为广播、公共和专用(独立或伴随)3种控制信道。广播信道(BCH)分为频率校正信道(FCCH)、同步信道(SCH)广播控制信道(BCCH)。公共控制信道(CCCH)分为寻呼信道(PCH)、随机接入信道(RACH)和允许接入信道(ACCH)。专用控制信道(DCCH)分为独立专用控制信道(SDCCH)、慢速伴随控制信道(SACCH)和快速伴随控制信道(SACCH)。 3.4 编码(1) 语音编码——我们可从下行链路入手进行分析。中继电路Ｅ1上的一个PCM时隙的速率分为64kb/s，该信道上的语音数据作为变码器(可位于MSC或BSC侧，进行不同速率的适配)的输入，变码器对

64kb/s语音数据进行20ms的分割,形成1280bit数据流(即160个样值，一个样值为8bit)。再经过RPE-LPC/LTP压缩编码，产生一个260bit的语音分组(已抽样压缩)，然后再送到信道编码器进行信道编码。(2)信道编码：为了使业务信道数据和信令信道数据适于在无线信道上传送并得到最优化的性能，——它们在被发送前必须进行信道编码。信道编码分为卷积编码和分组编码，其中分组编码提供纠错和检错；卷积编码提供信道保护。而数据交织则起到了减小由于无线环境对各个“burst”干扰所造成的数据丢失的作用，信道编码还将业务信道(逻辑信道)和信令信道(逻辑信道)映射到物理信道上(时隙)。每个无线信道(载频)上有8个逻辑信道编码器,每个时隙对应一个逻辑信道编码器。——每个信道编码器从变码器收到一个260bit(抽样时长为20ms，速率为133kb/s的语音分组，260bit语音分组经分组编码和卷积编码，对数据进行检错和冗余，变为456bit数据分组(速率为22.8kb/s并分为8组，其中前4组(每组57bit)与前一个20ms抽样语音分组中的后4组进行数据交织，形成4个“burst”(每个“burst”含114bit)；而后4组(每组57bit)与后一个20ms抽样语音分组中的前4组进行数据交织，也形成4个“burst”(每个“burst”含114bit)，这样共形成8个“burst”。在不考虑跳频时，根据指定的TDMA帧中的一个固定时隙，经过无线信道中8个连续帧发送出去。——从以上信道编码器的工作流程可以看出，数据交织将引起话音的延迟。因为原来一个20ms语音分组(抽样信息)经交织后在实际的无线信道上需要40ms才能传完，而交织给系统带来的好处是，它提高了纠错解码的性能。另外对空间接口起到非常重要作用的部件是收信机信道均衡器。在发送端每个TDMA“burst”中均含有一个训练序列，在另一端收信机能与该训练序列同步，并据此对多径衰落，接收信号强度和数据定时误差进行评价。均衡器利用评价结果调整接收机信号增益和数据定时提前(Timing Advance)，调整后不仅会减少失真造成的影响，而且还可以恢复部分数据。均衡器还能补偿多径造成的延迟，且在每个TDMA“burst”完成。 4 无线系统控制功能实现——由上所述，空间接口可提供伴随控制信道，即控制信道上的信令数据可伴随着用户业务信道(TCH)上的语音数据在同一个物理信道(时隙)上传送。伴随控制信道可在上行和下行链路上传送，包括手机向BSS发送的连续测量报告以及手机从BSS得到的连续的控制指令。 4.1 切换——GSM切换过程采用手机支持技术，以便更加准确和快速地实现切换。切换的目的是为了保持用户链路连接的质量，减少干扰，合理地进行话务量分配。在切换过程中，涉及到如下两个关键技术。(1)手机支持技术——手机通过完成特

定的测量来支持切换判决过程的实现。当手机处于通话中，业务信道复帧中的某些TDMA帧是

空闲的，其余TDMA帧则用于上行(BTS接收)和下行(BTS发射)时隙的传送。当TDMA帧处

于空闲时，手机则通过调谐无线信道的频率来监测邻近小区信号电平，从而可生成测量报告的部分内容。(2)切换判决过程无线链路两端的测量结果是切换判决算法的重要依据。在手机侧，测量结果通过SACCH信道被连续地发送给BSS，从而最终对切换进行判决。手机

所发送的测量报告内容为：?服务小区下行链路质量(比特误码率)；?服务小区下

行链路接收信号电平和邻小区下行接收信号电平。手机还报告邻小区BCCH 的ID，以便确认所发出的测量报告与该小区对应。在基站侧，切换算法仅仅适用于对上行链路的通

信路径、链路质量、接收信号电平和手机到基站的距离的测量结果进行判决。手机射频输出功率门限值也作为切换判决的条件。如果手机能以较低的发射功率在邻小区得到服务，则手机会建议作为切换。从系统角度来看，切换是为了减少过负荷和拥塞对系统造成的影响，因此切换也作为平衡小区话务量的一种手段，对系统优化非常重要。 4.2 定时调整——在手机侧，同一个无线信道(载频)上发射的各个“burst”间必须有一定的时间相隔才能保证数据在基站侧得

到恢复。然而手机并不是静止的，因此手机的传输延迟也是在变化的，有时延迟太长会使一个“burst”重叠到下一个时隙(注意“burst”长度与时隙长度不等)，这样将会在恢复数据时造成误码。为了使“burst”间具有一定的保护时间，系统通过一个闭环装置为手机提供定时校正功能。基站子系统通过对定时改变的检测(通过一种定时提前TA算法)，如果需要定时提前(TA)，则基站子系统就会发一个TA信息给手机，命令手机提前或延迟发射(根据需要),从而补偿传输延迟。——另外定时提前算法(TA)还可估计出手机与基站间的距离。这对距离的估计值在

切换判决算法间是非常有价值的参数。四、GSM第三层信令(Layer 3

Message) 1> GSM 第三层信息（GSM Layer 3 ）该窗口显示GSM移动无线接口第三层的信息，包括无线资源管理（RR）移动性管理（MM）、呼叫控制（CC）三方面信息。该窗口在有跟踪测试手机时有效。*CC层的主要功能为建立、维持和释放呼叫：a、有关呼叫建立的信息（Call Establishment）: Alerting：告警信息，上下行。从网络到主叫移动台或从被叫移动台到网络，用来指示被叫手机启动告警（即回铃音）。包括进展指示及用户--用户信息等Call confirmed：呼叫确认，呼叫确认，该信息由被叫移动台发出，用来确证收到呼叫请求；Call proceeding：呼叫进程，该信息由网络发向主叫移动台，指示被请求的呼叫建立信息已经被接收,不会再接收更多的呼叫建立信息。Connect：连接，从网络到主叫移动台

或从被叫移动台到网络，用来指示连接被接受；Connect Acknowledge：连接确认，从网络到被叫移动台或主叫移动台到网络，指示移动台得到一个呼叫（连接完

成）；Energency Setup：紧急建立，由移动台发出，用来启动一个紧急呼叫的建立；Progress：进展，从网络到移动台，指示呼叫的进程；Setup：建立，上下行，指示启动呼叫建立；b、呼叫信息状态（Call Information Phase）Modify：修改，上下行，请求改变呼叫的承载能力；Modify Complete：修改完成，指示对呼叫承载能力修改的完成；Modify Reject：修改拒绝，上下行，指示改变呼叫的承载能力请求的失败；User Information：用户信息,

由移动台发向网络来传输信息到远端用户或由网络发向移动台传输从远端用户来的信息。c、呼叫清除（Call Clearing）Disconnect：断连，从移动台到网络请求清除端到端的连接，或从网络到移动台指示端到端的连接已经被清除了；Release：释放，上下行,指示发该信息的设备将要释放TI(处理识别码),接收到该信息的设备等发送释放完成信息后释放TI(处理识别码) 别码),接收到该信息的设备将要释放TI(处理识别码) d、与附加业务有关的呼叫（Call Related SS）Facility：设施Hold：保持Hold Acknowledge：保持确认Hold Reject：保持拒绝Retrieve：恢复Retrieve Acknowledge：恢复确认Retrieve Reject：恢复拒绝e、其它信息Congestion Control：拥塞控制，上下行，指示在传输用户信息时建立和中止流量控制。Notify：通知，上下行，指示信息属于呼叫Status：状态，上下行，用来响

应状态查询信息或报告某些确定的错误信息Status Enquiry：状态查询，上下行，用来请求

状态信息Start DTMF：启动双音多频，从移动台到网络Stop DTMF：停止双音多频，从移动台到网络Stop DTMF Acknowledge：停止双音多频证实，从网络到移动台Start DTMF Acknowledge：启动双音多频证实,从网络到移动台Start DTMF Reject：启动双音多频拒绝,从网络到移动台*MM层的功能主要为位置管理：a、注册

（Registration）IMSI Detatch Indication：IMSI分离指示,由移动台发往网络,在网络中

设置一个无效指示Location Updating Accept：位置更新接收,网络发向移动台,指示更新

或IMSI(国际移动用户识别码)的附着完成Location Updating Reject：位置更新拒绝,网

络到移动台,指示更新或IMSI(国际移动用户识别码)的附着失败IMSI(国际移动用

户识别码)的附着失败b、连接管理（Connection Management）CM Service Accept：CM业务接受，从网络到移动台，指示被请求的业务已经被接受Reject：CM业务拒绝，从网络到移动台，指示被请求的业务不能提供CM Service Abort：CM业务中断，从网

络到移动台，指示被CM的业务中断CM Service Request：CM业务请求，从移动台到网

络CM Restablishment Request：CM重建请求，Abort：中断,网络到移动台c、其它信息MM_Status：MM状态*RR层的主要功能为在无线接口上管理传输路径及切换：a、信道建立Additional Assignment：附加指配Immediate Assignment：立即指配, 网络给移动台分配一个SDCCH ,(只包含一个MS指配信息),包括指配信道的描述、"信道请求"的信

息字段和接收到"信道请求"帧的帧号、最初的时间提前量、起始时间指示(可选). Immediate Assignment Extended：立即指配扩展(同时包含两个MS指配信息),同立即指配扩

展. Immediate Assignment Reject：立即指配拒绝b、切换Assignment Command：指配命令,网络发向移动台,指示移动台改变当前信道配置, 切换到分配的专用信道,启动低层连

接建立Assignment Complete：指配完成,指示主信令链路成功建立. Assignment Failure：指配失败,包括指配失败的原因道的特征;需进行通信的新小区特性,包括允许测量程序中所要

求的MS 预知同步信息(如BSIC和BCCH频率);功率命令;切换参考号码、可选的起始时间指示Handover Complete：切换完成,MS发向网络,指示切换成功完成,网络释放原有

信道. Handover Failure：切换失败,MS发向网络,网络释放新的信道Physical Information：物理信息c、信道释放Channel Release：信道释放,包括RR原因指示、BA 范围Partial Release：局部释放Partial Ralease Complete：局部释放完成d、寻

呼Paging Request Type 1：寻呼请求类型1,网络给两个移动台发寻呼,包括寻呼模式、移动台1和2需要的信道、移动识别1、移动识别2等Paging Request Type 2：寻呼请求类型2,网络给三个移动台发寻呼,包括寻呼模式、移动台1和2需要的信道、移动识别1、移动识别2、移动识别3等Paging Request Type 3：寻呼请求类型3,网络给四个移动台发寻呼,包括寻呼模式、移动台1和2需要的信道、移动识别1、移动识别2、移动识别3、移动识别

4等Paging Response：寻呼响应,移动台到网络,包括密钥序列号及移动识别e、系统信

息System Information Type 1：系统信息类型1,网络到所有移动台,在BCCH上发

送, 指示RACH的控制信息及小区配置信息System Information Type 2：系统信息类型2,网络到所有移动台,在BCCH上发送, 指示RACH 的控制信息及邻小区的BCCH信息System Information Type 2bis：系统信息类型2bis, 网络到所有移动台,在BCCH 上发送,指示RACH的控制信息及扩展的邻小区的BCCH信

息System Information Type 3：系统信息类型3, 网络到所有移动台,在BCCH 上发送,指示RACH的控制信息、小区识别号、位置区识别号、控制信道信息及小区选择参数

等System Information Type 4：系统信息类型4, 网络到所有移动台,在BCCH 上发送,指示RACH的控制信息、位置区识别号、小区选择参数、CBCH信道描述、CBCH移动配置System Information Type 5：系统信息类型5, 网络到所有移动台,在SACCH 上发

送,指示邻小区的BCCH信息System Information Type 5bis：系统信息类型5bis, 网络到所有移动台,在SACCH 上发送,指示扩展的邻小区的BCCH信息System Information Type 6：系统信息类型6, 网络到所有移动台,在SACCH 上发送, 小区识别号、位置区识别号、允许的NCC等System Information Type 7：系统信息类型7,用于小区重

选System Information Type 8：系统信息类型8,用于小区重选f、其他信息Channel Mode Modify：信道模式修改,包括信道描述、信道所采用的新模式Channel Mode Modify ACK：信道模式修改证实Frequency Redefinition：频率重定义Measurement Report：测量报告,包括服务小区和六个最强邻小区的Rxlev、Rxqual、BSIC、BCCH频率及DTX

等Classmark Change：等级改变Classmark Enquiry：等级询问RR Status：RR状态