CEPT，一个欧洲组织，在1982年6月开始开发全球移动通信(Global System for Mobile，GSM)TDMA系统。17-21GSM有两个目标：一是泛欧漫游，对整个欧洲大陆提供兼容性；二是采用综合数字业务网(Integrated Service Digital Network，ISDN)交互，即提供扩展单用户线到有不同服务的多业务系统的能力，而现在只能通过不同的电话通信网络来提供。
系统容量并不是GSM首要考虑的问题，但是由于没有预见到的蜂窝业务的快速发展，因此GSM自从第一个标准发布以来，总共制定了35个版本。第一个商用GSM系统叫作D2，1992年在德国实现。
4.2.1GSM结构19，20GSM由许多子系统组成，比如移动台(MS)、基站子系统(Base Station Subsystem，BSS)、网络和交换子系统(Network and Switching Subsystem，NSS)和操作子系统(Operation Subsystem，OSS)等(参见图4-20)。

图4-20BSS的外部环境
1. 移动台移动台可以是提供某项业务的独立设备部件，也可以连接到外部终端，比如通过接口连接到个人电脑或传真机。移动台包括移动设备(Mobile Equipment，ME)和用户识别模块(Subscriber Identity Module，SIM)。ME不需要单独地分配给某个用户。SIM卡是一个存储了所有用户信息的用户模块。将一个用户的SIM卡插入一个MS的ME之后，MS就属于用户了，并且呼叫(如果有)会传递到这个MS。ME和被呼号码之间并没有关联——被呼号码是和SIM卡连在一起的。在这种情况下，用户可以使用任何ME，只要将SIM卡插入这个ME就可以。
2. 基站子系统BSS通过无线接口连接到MS，也和NSS相连。BSS由安置在天线位置的基站收发信台(Base Transceiver Station，BTS)和可以控制几个BTS的基站控制器(Base Station Controller，BSC)组成。BTS又包括无线发射和接收设备，这和ME属于MS类似。码变换器/速率适配单元(Transcoder/Rate Adaptation Unit，TRAU)实现编码、语音译码以及对发射数据速率进行适配。作为BTS的一个子模块，TRAU可以远离BTS放置，通常放在MSC。在这种情况下，语音编码信道的低传输率允许在BTS和放置在MSC的TRAU之间进行更多压缩传输。
GSM使用开放系统互连(Open System Interconnection，OSI)。有3个基于OSI(参见图4-21)的公共接口：一是公共无线接口，也叫空中接口，在MS和BTS之间；二是MSC和BSC之间的A接口；三是BTS和BSC之间的A-bis接口。基于这些公共接口标准，系统运行商能购买A公司制造的产品去和B公司制造的产品进行接口。接口和协议的区别是，接口是邻近实体(设备或系统)之间的接触点而协议提供通过接口的信息流。例如，GSM无线接口是和几个协议有关的信息流的经过点。

图4-21功能结构和主要接口
3. 网络和交换子系统GSM中的NSS(参见图4-22)使用一个智能网(Intelligent Network，IN)。IN的特征稍后会描述。NSS信令包括了GSM的主要交换功能。NSS管理GSM用户与其他通信用户间的通信。NSS管理的组成包括：
移动业务交换中心(Mobile Service Switching Center，MSC)。协调GSM用户的呼入与呼出配置。一个MSC管理数个BSC。
互通功能(Interworking Function，IWF)。MSC连接外部网络(以便和GSM系统外的用户通信)的网关，这种外部网络包括：分组交换公共数据网(Packet-Switched Public Data Network，PSPDN)、电路交换公共数据网(Circuit-Switched Public Data Network，CSPDN)。IWF的作用取决于用户数据类型和它要连接的网络。
归属位置寄存器(Home Location Register，HLR)。它由一个没有交换能力的独立计算机、包含用户信息的数据库和用户当前位置相关的信息(不是指用户的实际位置信息)等组成。HLR的一部分是鉴权中心(Authentication Center，AUC)，AUC管理用户验证的安全数据。HLR的另一部分是存储了移动设备(ME)数据或ME相关数据的设备识别寄存器(Equipment Identity Register，EIR)。
访问者位置寄存器(Visitor Location Register，VLR)。链接一个或更多MSC，临时性存储关于由对应MSC提供当前服务的签约数据。与HLR相比，能保存更多的数据。例如，VLR保存的当前用户位置信息比HLR中的位置信息要多。
MSC网关(GMSC)。为了建立一个被呼，呼叫首先经过一个MSC网关，在这里，通过了解GSM用户的地址号码寻找正确的HLR。GMSC有一个连接外部网络的网关，并且网络在NSS设备之间也运行全7号信令系统(Signaling System 7，SS7)。
信令传送点(Signaling Transfer Point，STP)。是NSS功能的一个方面，比如一个单独的节点或者类似MSC一样的设备。STP优化了MSC/VLR、GMSC和HLR之间的信令传输开销。
如先前提到的，NSS使用智能网。它将中心数据库(HLR)从交换(MSC)中分离，使用STP在MSC和HLR间传输信令。

图4-22NSS和它的环境。(a)外部环境；(b)内部环境
4. 操作子系统有3个OSS任务块(如图4-23所示)：(1)网络操作和维护功能，(2)签约管理，包括收费和账单，(3)移动设备管理。这些任务需要在部分或全部底层结构设备之间交互。OSS已在任何已经存在的网络中被实现。

图4-23OSS结构
4.2.2层次模型(OSI模型)GSM中的开放系统互连(OSI)由5层组成：传输(TX)层、无线资源管理(Radio Resource Management，RR)层、移动性管理(Mobility Management，MM)层、通信管理(Communication Management，CM)层和运营、管理与维护层(Operation，Administration，and Maintenance，OAM)(参见图4-24)。底层对应所有短时间范围内的功能，而高层对应长时间范围内的功能。

图4-24GSM功能的平面结构图
TX层在MS和BTS之间建立连接。RR层引用经无线接口传输的管理协议并在MS和BSC之间提供一个稳定的链路。BSS完成大部分RR功能。MM层则管理用户数据库，包括位置数据，以及管理鉴权行为、SIM、HLR和AUC。NSS(主要是MSC)是CM层最重要的部分。下面是CM层的部分功能：
1) 呼叫控制
CM层建立呼叫、维持呼叫并释放呼叫。CM层在MSC/VLR、GMSC、IWF和HLR之间交互以便管理电路对象业务(包括语音和电路数据)。
2) 辅助业务管理
允许用户对他们在网络中的呼叫有一定的控制，并且和基本业务相比有些特殊的变化。
3) 短消息业务(Short Message Service，SMS)
涉及点对点SMS。一个短消息业务服务中心(SMS Service Center，SMS-SC)可以连接到几个GSM网络。短消息传输要求在移动台和MSC之间建立一个信令连接。SMC的两种功能是：
(1) 主呼短消息
(2) 被呼短消息
OSS是OAM层的综合部分。所有子系统，比如BSS和NSS，都要对OAM的运营和维护功能作贡献。
4.2.3传输1. 语音将一个4kHz的模拟信号转换成64kHz的数字信号，接下来在调制前向下转换到13kHz。使用13kHz代替64kHz后，允许在窄带信道中出现13kHz的数据速率传输。由于无线频谱是一种宝贵而有限的资源，因此每信道会使用较少的带宽，这样对于给定的无线频谱能提供更多的信道。
数字语音使用：
1) 规则脉冲激励(RPE)：产生脉冲噪声以模拟语音的自然性。
2) 线性预测编码(LPC)：使用含有8传输系数的滤波器产生语音波形，语音帧长20ms，而每个20ms的语音帧含有260比特。GSM的语音传输有两种方式：一种是连续传输(正常方式)，另一种是不连续传输。
从约500bps码速率的无语音传输转到13kbps编码语音传输时，不连续传输(DTX)方式降低了传输效率。当语音激活时，帧在每20ms内是260比特；当语音处于非激活期间，帧在480ms内(时长是正常方式的24倍)是260比特。
语音激活设置(Voice Activity Device，VAD)侦测DTX方式。在语音协议中，一个静默侦测(Silence Detection，SID)帧放在DTX启动之前。语音编码器提供一个附加信息比特指示语音帧是否发送，这个附加信息比特取决于VAD算法。
SID启动每个非激活周期并且至少每秒重复两遍，这与非激活持续期一样长。在VAD确认非激活周期期间以及每个非激活周期期间，会在接收机中产生人工噪声来取代背景噪声。
2. 数据业务最高数据速率是9600bps并有两种不同的模式。在透明模式(T)提供一个前向纠错机制。在非透明模式(NT)，当没有被另一端确认时就重复发送信息，并可以申请反馈重传(ARQ)。在T连接中使用3种不同的用户数据速率：2400bps、4800bps和9600bps。在插入辅助信息比特后，中介传码率就变成了3.6kbps、6kbps和12kbps，分别对应于用户的2.4kbps、4.8kbps和9.6kbps。
在NT连接中，GSM基本数据速率也为12kbps(6kbps在半速率信道中应用)，但有效吞吐量随基本传输质量和传输延迟而改变。总的来说，NT模式的传输错误较少但吞吐量也较少。可以考虑将NT模式应用于分组数据流。将用户数据流切分成200比特的块，并随冗余和辅助信息的增加，用户数据流变成每块240比特。当应用ARQ方案时，要用到这些块。
适配功能在网络里叫作互通功能(IWF)，而在终端上叫作终端适配功能(Terminal Adapting Function，TAF)，它用于适应变化的传输速率(参见图4-25)。无线链路协议(Radio Link Protocol，RLP)用于在TAF和IWF之间传输信令消息。
如图4-25所示，数据能在以下平面通信：
1) 端对端传输——通过硬布线直接传输。
2) 通过用户单元在TAF与IWF之间传输。
3) 通过用户单元实现GSM进行无线传输，就像在空中进行语音通话一样。

图4-25数据传输平面
如图4-26所示，虽然GSM和ISDN间互连语音没有问题，但数据传输会增加它自身的问题。ISDN使用双向64kbps信道，但是GSM必须通过双向13kbps信道高效率使用无线频谱。如图4-26所示，若没有速率匹配盒(Rate-Adapted，RA)，GSM和ISDN之间的数据业务互连是不可能的。

图4-26和ISDN互连。(a)PSTN用户到ISDN用户；(b)GSM用户到ISDN用户
3. 调制高斯滤波最小频移键控(GMSK，这里BT=0.3是高斯滤波器的归一化带宽)是GSM调制方案，这里的B是基带带宽，1/T是传输码率。B=1/T×0.3=270kbps×0.3=81kbps。最小意味着最小音频分离。GMSK使用小的频谱带宽发送GSM载频信道。GSM载频信道的调制速率是270kbps。
4.2.4GSM信道和信道模式1. 信道结构服务给用户提供了4种无线传输模式，其中有3种数据模式和1种语音模式。无线传输模式采用物理信道。
2. 物理信道有3种物理信道，也叫作业务信道(Traffic Channel，TCH)。
1) TCH/F(全速率)。传输13kbps的语音编码速率或3种数据模式速率：12kbps、6kbps和3.6kbps。
2) TCH/H(半速率)。传输7kbps的语音编码速率或2种数据模式：6kbps和3.6kbps。
3) TCH/8(1/8速率)。用于低速率信令信道、公共信道和数据信道。
3. 逻辑信道公共信道。所有的公共信道都被嵌入到不同的业务信道中。由相同的循环(51×8BP)将它们分组，这里的BP代表突发周期(比如时隙)，是577μs。
下行公共信道。总共有5种单向下行信道，业务信道将其共用或分组。
●频率校正信道(Frequency Correction Channel，FCCH)。每51×8BP重复一次，用于识别信标频率。
●同步信道(Synchronization Channel，SCH)。不迟于8BP内跟随每个FCCH时隙。
●广播控制信道(Broadcast Control Channel，BCCH)。在每个小区定期广播，所有移动台在空闲模式时接收它。
●寻呼和准许接入信道(Paging and Access Grant Channel，PAGCH)。用于移动台接收被呼。准许接入信道传输来自基站的应答，并在建立呼叫的接入过程中分配一个信道。
●呼叫广播信道(Call Broadcast Channel，CBCH)。每个小区在空闲模式时广播一个从网络到移动台的短消息2s时间。使用了一个下行链路TCH/8的一半，并且由于需要并行发送两个信道(CBCH和BCCH)，因此存在特殊的CBCH设计约束。
移动台(MS)找到FCCH突发后，在同一频率上寻找一个SCH突发以取得同步。接下来，移动台在几个时隙上接收BCCH并选择一个合适的小区，在空闲模式中要保持一个周期。
上行公共信道。随机接入信道(Random-Access Channel，RACH)是唯一的上行公共信道。RACH是移动台选择接入呼叫的信道。共有两种速率：RACH/F(全速率，每8BP一个时隙)和RACH/H(半速率，在51×8BP的循环中使用23个时隙，其中8BP循环(也就是帧)是4.615ms)。
信令信道。所有的信令信道都已经选择了物理信道中的一个，逻辑信道的命名是根据它们的逻辑功能来定的。
慢速辅助控制信道(Slow Associated Control Channel，SACCH)。慢速TCH用于信令传输，也用于非紧急处理，其中主要是切换决定。信道使用1/8速率。总是用SACCH配置TCH/F。这个合成的TCH和SACCH表示为TACH/F。SACCH每26帧(4.615ms×26)占用一个时隙(0.577ms)，TACH/F的时间结构如图4-27所示。

图4-27一个TACH/F的时间结构
快速辅助控制信道(Fast Associated Control Channel，FACCH)。指示小区建立、识别用户或下达一次切换。
独立专用控制信道(Stand-alone Dedicated Control Channel，SDCCH)。有时候移动台和网络间的连接是单独用于传递信令信息而不是为了呼叫。这种连接可以用于用户的查询或其他管理操作，比如更新移动台位置信息。它运行在非常低的速率上并使用TCH/8信道。
仅仅是需要传递呼叫时才把无线时隙分配给用户。因而有两种模式：专用和空闲。使用模式取决于上行链路和下行链路。在GSM技术中，下行链路是将信号从基站传输到移动台，而上行链路是在相反方向上传输信号(注意：不要把陆地通信中的术语“上行链路”和“下行链路”与卫星通信中用到的同样的术语搞混淆了。在很多场合下，因为地形轮廓的因素，移动台可以比基站天线高。使用这个有关位置种类的术语很可能引起混淆，因此，有一点对读者来说很重要，也就是要记住这些术语的定义用在陆地通信中。同样，在讨论欧洲蜂窝通信时使用“handover(切换)”代替“handoff(切换)”(这两个词的中文含意是一样的，只是读者在看外文文献时要注意其中的差别，译者注)——只要定义本身清楚，术语也会被理解)。
话音/数据信道。话音信道的每个时隙包含每块的260比特，整个块包含316比特。数据信道的每个时隙包含每块的120或240比特。
信道模式。由于无线频谱的宝贵价值，因此单个用户不能在全时段内拥有自己的TCH。
(1) 专用模式。在专用模式里，在呼叫建立期间使用TCH，用SACCH来完成位置更新。TCH和SACCH是用于上行和下行信道的专用信道。
(2) 空闲模式。在非呼叫状态期间，有5种下行信道处于空闲模式：FCCH、SCH、BCCH(定期)、PAGCH和CBCH(每2s发送一个消息)。在空闲模式下，移动台收听公共下行信道，也用SDCCH(上行信道)去登记一个和特定基站相连的移动位置以进入网络。
4.2.5多址方案1. 基本描述GSM的多址方案是FDMA和TDMA的组合。在FDMA上总的信道数为124而每个信道带宽为200kHz。在935～960MHz的下行和890～915MHz的上行各自分配了25MHz，总共是50MHz。上/下行频率对间隔是45MHz。如果在200kHz信道内使用TDMA，则要求8个时隙形成一帧，帧长4.615ms，时隙持续突发周期是0.577ms。再看看DCS-1800系统，它和GSM有着相同的结构，只是向上转到了1800MHz。下行链路是1805～1880MHz(基站发射)，上行链路是1700～1785MHz(移动台发射)。
2. 在上行链路和下行链路间延迟一个固定时间上行链路时隙的编号方式是由下行链路时隙延迟3个时隙导出的。这样就允许一个信道中的时隙在双向具有相同的时隙号。在这种情况下，由于两个时隙是物理性地分离的，因此移动台将不需要同时发送与接收。当移动台远离BTS时，传播延迟是主要考虑因素。例如，当移动台和基站相距35km时的路径延迟是233μs。结果是，上行链路和下行链路信道的分配时隙号可能并不相同(小于3个时隙间隔)。解决的方法是让BTS计算一个时间超前值。关键是考虑BCCH仅在偶数时隙使用以提供有效保护时间。这避免了编号的不确定性引发错误时隙。一旦建立专用连接，BTS就要在双向SACCH信道上连续测量自已的突发时间表和移动台突发的接收时间表间的时间偏移。对传播延迟(经SACCH发送到移动台)的时间补偿是3个时隙减去超前时间。
3. 跳频GSM有一个慢跳频无线接口。慢跳在每跳比特数里被定义。它规定的速率是217跳/秒，因此，在传输速率为270kbps时，其结果约为1200比特/跳。
如果PAGCH和RACH是跳频信道，则跳频方案能在BCCH上广播。但禁止公共信道跳频和采用相同的频率。
4. 时隙的不同类型每个小区从定义时隙中提供了一个参考时钟。每个时隙都给定了一个为基站和移动台所知的编号(TN)。时隙编号是循环的。在任何给定呼叫中，TN0是一个单独设置的广播，并且每8BP重复一次以得到所有公共信道的确认。TN0(8个时隙中的第1个)的序列结构如下：FCCH(1)、SCH(1)、BCCH(4)、PAGCH(4)、FCCH(1)、SCH(1)、PAGCH(8)、FCCH(1)、SCH(1)、PAGCH(8)、FCCH(1)、SCH(1)、PAGCH(8)、FCCH(1)、SCH(1)、PAGCH(8)。

符号PAGCH(4)的意思是PAGCH信道信息在连贯的TN0(每8BP循环中有1个)中出现4次。将剩余的7个TN(TN1到TN7)中的每一个分配给1个TACH/F信道。
5. 突发与训练序列在TDMA中，信号在突发中发射。突发的时间间隔会引起发射信号的幅度从启动时的零值上升到它的额定值。接着信息包通过调制信号发送。然后，幅度又降到零值。如果邻近突发没有发射，则这些突发仅仅出现在移动台传输或基站中。
在一个突发里存在尾比特和训练序列。尾比特是3个“0”比特加到突发的开始和结尾，以提供保护时间。
训练序列是接收机所知道的序列，并用于训练均衡器(用来减少符号干扰的装置)。将训练序列插入到时隙的中间，有时把它叫作中间码，作为报头也是为同样的目的，所以均衡器能用任何有用比特最小化它的最大距离。总共有8种不同的训练序列，由于任意两个序列间基本不相关，因此能在干扰信号中分辨出接收信号。
下面是几种类型的突发：
1) TCH中使用的常规突发：

用一位二进制信息来指示信息比特是数据或信令，这个信息指示叫作“挪用标记”。
2) 上行方向中用于RACH的接入突发：

3) F和S突发。F突发用于FCCH并有最简的格式。所有的148个比特都是“0”，产生纯正弦波。在每个51×8BP循环中的5个S突发用于SCH。一个S突发的序列结构如下：

4.2.6信道编码与交织1. 信道编码当遇到干扰、多径衰落、多谱勒频移时，信道编码能改善传输质量。结果是，虽然误码率和误帧率或误字率降低了，但吞吐量也降低了。GSM中采用4种信道编码：
1) 卷积码(L，K)用于纠正随机错误：K是输入块位数，而L是输出块位数。在GSM中卷积码有3种不同码率：1/2码率(L/K=2)，1/3码率(L/K=3)，以及1/6码率(L/K=6)。
2) 将费尔码(L，K)作为块码去检测并纠正错误里的单个突发，这里K是信息比特，L是编码比特。
3) 奇偶校验码(L，K)用于错误检测。L是块比特数，K是信息比特，L－K是奇偶校验比特。
4) 级联码使用卷积码作内部编码而用费尔码作外部编码。外部编码和内部编码都降低了错误概率并纠正信道码中的大多数错误。和单个编码操作相比，使用级联码的优势是实现的复杂性降低了。
GSM的语音编码发送速率是13kbps，这表示在每20ms的语音块中有260比特。经过信道编码之后，每块包含456比特并且传输速率是22.8kbps，也就是每时隙有114比特。若增加开销比特，比如：尾比特(6)、训练比特(26)、标记比特(2)和保护时间比特(8)，则1个时隙长0.577ms的业务信道的总比特数是156比特，如图4-28所示。

图4-28TDMA帧和常规突发
2. 交织在直接传输比特序列之前要对其进行交织扰乱和/或扩展，并在接收端恢复其序列次序。由于信号衰落的原因，会在传输期间出现错误突发。在被接收后，将这些错误突发转换成随机错误并在译码后恢复成正确的序列。交织的主要缺点是在接收端存在相应的延迟。
在GSM中，交织方案相对简单。可将1个456比特的码字排列成以下格式：
1) 4个全突发——将456比特分成4份，每份填入整个突发，这种交织格式采用4.615ms×4=18.46ms。
2) 8个半突发——将456比特分成8份，每份填入半个突发，这种交织格式采用4.615ms×8=39.92ms。4份分给先前的码字，而另4份分给新的部分码字。
对不同传输方式的交织与编码如表4-5所示。交织是能将突发错误转换成随机错误的有效方案，尽管它对数据传输非常有效，而对话音传输不是太有效。本书将对后面这一点稍作解释，原因是对于话音传输要求实时完成，故不能接受响应中有长时间的延迟。
表4-5对不同传输方式的交织与编码

信道和传输 方式		输入 速率 Kb/s	输入块 比特	编 码	输出块 比特	交 织
TCH/FS	la	13	50	奇偶校验码(3比特)，卷积码1/2	456	8个半突发
	lb		132	卷积码1/2
	ll		78	无
TCH/F9.6		12	240	卷积码1/2，每输出15比特打一个孔	456	复杂，22个不相等突发部分
TCH/H4.8		6	240	卷积码1/2，每输出15比特打一个孔	456	复杂，22个不相等突发部分
TCH/F4.8		6	120	附加32个空比特，卷积码1/3	456	复杂，22个不相等突发部分
TCH/F2.4		3.6	72	卷积码1/6	456	8个半突发
TCH/H2.4		3.6	144	卷积码1/3	456	复杂，22个不相等突发部分
SCH			25	奇偶校验码(10比特)，卷积码1/2	78	1个S突发
RACH(+切换接入)			8	奇偶校验码(6比特)，卷积码1/2	36	1个接入突发
在TCH/F和/H上的快速辅助信令			184	费尔码224/184，卷积码1/2	456	8个半突发
TCH/8、SACCH；BCCH、PAGCH			184	费尔码224/184，卷积码1/2	456	4个全突发

来源：参考文献19的第246页
没有交织和开销比特时，语音信道的传输速率是22.8kbps，每时隙114比特，每4个时隙456比特。
4.2.7无线资源(RR)管理在移动通信网络里，对呼叫建立、切换、释放和在呼叫偏离上必须进行无线信道分配。这种管理是在常规固定网络呼叫处理程序的基础上增加的。共有3种管理功能：位置更新、切换和漫游。RR功能的实现需要在移动台和网络之间有一些协议。
1. 链路协议在前几节里，研究了传输用户信息的方法。但是除了用户信息以外，必须发送信令传递消息交换，并且每台信令传输设备都要理解它。大多数的信息交换功能是散布在不同种类的设备上。下面是为提供信息交换服务的3类链路协议。
无线链路协议(RLP)。通过一个叫作LAPDm的无线链路在GSM链路接入协议中详细说明它。
LAPD。从ISDN D信道变形的链路接入协议(Link Access Protocol，LAP)。
消息传输部分(Message Transfer Part，MTP)。用于SS7网络中传输信令的协议。
无线链路协议的信令消息速率是22.8kbps，而信令消息速率在其他链路协议中是64kbps。
2. 与链路协议相关的接口下面列表给出了与链路协议相关的接口：

接 口	链 路 协 议
MS-BTS	LAPDm(GSM特有)
BTS-BSC	LAPD(从ISDN变形得来)
BSC-MSC	MTP(SS7协议)
MSC/VLR/HLR-SS7网络	MTP(SS7协议)
MSC-MSC(呼叫关系信令)	TUP(电话用户部分)
BSC-中继MSC(非呼叫关系信令)	ISUP(ISDN用户部分) BSS MAP(MAP/B)
MSC-MSC(非呼叫关系信令)	MAP(移动性应用部分)

非呼叫关系信号对应于MSC中的协议，这些协议不同于在其他MSC或HLR中的协议，并在MAP中将这些协议一起分组。也能通过MAP/X区分这些协议，这里的X可以是B、C、D等。
MAP/B在BSC和中继MSC之间的协议
MAP/C在GMSC和HLR之间的协议
MAP/D在另一个MSC/VLR和HLR之间的协议
MAP/E在两个MSC之间的协议
图4-29显示了MAP/X协议的关系。

图4-29MAP/C到MAP/I协议
4.2.8移动性管理(MM)对于位置更新、切换和漫游服务，蜂窝系统用户的移动性需要移动性管理。在一个通话期间，当移动台进入了另一个小区并更换话音信道时，就发生了切换；漫游是这样一种能力——在一个网络系统中主呼并通过使用MM和位置更新管理将这个呼叫传递到另一个网络系统。
1. 位置更新管理这个签约总是和它的归属公众陆地移动网(Public Land Mobile Network，PLMN)联系在一起。漫游用户和被访问的PLMN联系在一起。因此，能识别呼叫是发自归属PLMN还是发自MS位置所在的被访问的PLMN。
在PLMN选择过程中，MM通常只在归属(服务)PLMN中寻找小区。如果没有服务的可能，则用户要么选择自动模式(网络搜索)要么选择人工模式(用户搜索)去搜索希望的PLMN。在有限服务情况下，MM仅在30个最强载频上连续监视。有限服务通常关心在外国边境地区的覆盖。
2. 小区选择MS选择最好的小区取决于3个因素：移动台接收的信号水平，移动台的最大发射功率，以及由小区指定的两个参数p1和p2。这叫作C1准则。
C1=A－max(B,O)
A=接收信号水平均值－p1
B= p2－MS的最大RF功率
p1=－110~－48dBm范围内的一个值
p2=13~43dBm范围内的一个值
p1和p2的值都来自于小区广播。

MS最大功率=29~43dBm

小区选择算法如下：
●必须插入一个SIM卡。
●从候选小区中获得C1从而选择最强C1，C1必须高于0。
●在服务中所有小区都不能被禁止。
3. 鉴权鉴权保护网络以防止非法接入。
初始阶段。一个PIN(个人识别号)码保护SIM。本地SIM检查PIN，所以SIM不会通过无线链路发送出去。
第二阶段。GSM网络通过发送一个随机数(RAND)来进行一次询问。将128位的随机数从网络发送到MS，然后和MS的安全参数Ki混合在一起，再经过一个A3处理算法后产生一个32位长的SRES(符号响应)数。最后将SRES从MS发送给网络以便验证(参见图4-30)。

图4-30鉴权计算
4. 加密加密保护能防止被非法窃听。MS使用从网络接收到的RAND与Ki混合，然后经过A8算法，并产生Kc(64位)。加密序列是从Kc产生的(参见图4-31)。用帧号和Kc通过加密算法A5后产生S2(114位)，最后在114位明文和加密序列S2之间进行一次专门的异或操作。详细过程请参阅图4-31。

图4-31加密和解密
5. 用户识别保护——安全管理SIM卡(移动台这一方)和AUC(网络这一方)是用户签权键Ki的存储地。Ki永远不会通过空中发射出去。移动台/网络双方都进行A3和A5算法运算。
4.2.9通信管理如图4-32所示，CM层经RR和MM层给用户提供通信业务，比如语音、传真、数据。这里所指的用户包括GSM呼叫组、GSM被呼组以及GSM呼叫组和被呼组中的用户。CM中的管理功能有：呼叫控制、服务管理和短消息业务。

图4-32GSM的基本协议结构
1. 呼叫控制CC通过MSC/VLR、GMSC、IWF和HLR管理大多数的电路对象业务。CC的功能有：建立呼叫(移动台主呼或基站主呼)、维护呼叫和释放呼叫。为建立呼叫，需要给MS分配号码。MS/ISDN是一个移动台ISDN号码，即和设置成ISDN号码相同的那部分号码。移动台漫游号码(Mobile Station Roaming Number，MSRN)是一个路由选择号码，也就是GSM用户或第三方会话组的另一个国际移动用户识别码(International Mobile Subscriber Identity，IMSI)，并通过MS提供到外地网络的接入。图4-33是一个使用了GMSC的国内呼叫图解。图4-34是一个国际呼叫图解。

图4-33GMSC对国内呼叫的关键作用

图4-34国际呼叫中MSRN的提供过程图解
2. 切换虽然GSM切换算法并没有指定一个具体标准，但它具有移动台辅助切换(Mobile Assistance Handover，MAHO)的特点，并在移动台设备中完成。MS在基站的指导下扫描另一个无线载波。它监视除为接收信号而分配给它自己的时隙之外的那些时隙。在这种情况下，通过基站的请求，移动台在一个时间帧里测量指定无线载波的强度，并且在请求下将这些测量值转发给基站以便在切换处理中起辅助作用。这就叫作MAHO。MSC使用两路信息来决定是否要启动切换以及为切换选用哪个BTS作为候选BTS。而这两路信息是在相邻BTS上接收到的MS信号强度和在MS上接收到的相邻BTS信号强度。后一个信息来自于MAHO。
3. 辅助业务管理(SSM)CC提供如呼叫等待、呼叫转移和自动应答之类的辅助业务。SSM(Supplementary Service Management)是一个点对点管理业务。SSM业务中心(SSM Service Center，SSM-SC)可以连接几个GSM网络。
4. 短消息业务CC提供点对点短消息业务(Point-to-Point Short Message Service，SMS-PP)。将GSM连接到短消息业务中心。信令传输采用数字音频音(数字多频音，DTMF)去控制话音邮箱、应答设备、召开会议等。
4.2.10网络管理网络管理(Network Management，NM)中心监视下面的管理任务：
1) 用户管理——签约管理
2) 账单与结算
3) 维护
(1) 最小化失败
(2) 监视运营及非正常运营状态告警指示
4) 用户管理任务在国际移动设备识别(International Mobile Equipment Identity，IMEI)码中给ME(移动设备)提供已选择的批准码。这个号码总长15位数字，包括类型批准码(TAC)、最后装配厂家号码(FAC)和存储在EIR中的序列号。
5) 在GSM通信管理网络(Telecommunication Management Network，TMN)中，所有的操作和维护设备组成一个链接到所有业务处理设备的网络。GSM Q3是一个有关操作系统功能和业务处理设备的管理协议。使用GSM Q3协议有两方面的重要意义：
① 在应用级上的标准化数据通信协议，例如文件传输。
② 在GSM Q3协议中具体化网络模型。
4.2.11GSM总结1. 物理层性能参数小结传输速率260kbps(200kHz以上的载波)
TDMA结构 每个无线载波8个时隙
时隙 0.577ms
每时隙比特数156
帧间隔8个时隙=4.615ms
无线载波数 124对载波(935～960MHz下行链路，890～915MHz上行链路)
调制方案BT=0.3的高斯滤波最小频移键控
跳频 慢速跳频(217跳/秒)
均衡 均衡16μs以内的色散
2. GSM的技术特征GSM最先应用TDMA方案来发展移动无线系统。它具有以下几个显著特征：
1) 在欧洲国家范围内漫游
2) 通过RA盒连接ISDN
3) 使用SIM卡
4) 控制发射功率
5) 跳频
6) 不连续传输
7) 移动台辅助切换