1、GSM蜂窝移动通信系统蜂窝移动通信系统简介简介2010年年5月月第一讲第一讲 GSM的发展历史的发展历史 1.1 GSM系统历史背景系统历史背景1.2 GSM系统技术规范目录系统技术规范目录1.1 GSM系统历史背景系统历史背景 GSM数字移动通信系统是由欧洲主要电数字移动通信系统是由欧洲主要电信运营者和制造厂家组成的标准化委员会设信运营者和制造厂家组成的标准化委员会设计出来的，它是在蜂窝系统的基础上发展而计出来的，它是在蜂窝系统的基础上发展而成。成。 1.1 GSM系统历史背景系统历史背景 1979年美国在芝加哥开通了第一个年美国在芝加哥开通了第一个AMPS(先进的移动电话业务先进的移动电话
2、业务)模拟蜂窝系模拟蜂窝系统，而北欧也于统，而北欧也于1981年年9月在瑞典开通月在瑞典开通了了NMT(Nordic 移动电话移动电话)系统，接着欧系统，接着欧洲先后在英国开通洲先后在英国开通TACS系统，德国开系统，德国开通通C450系统等。系统等。模拟系统的缺点模拟系统的缺点1. 各系统间没有公共接口；各系统间没有公共接口；2. 很难开展数据承载业务；很难开展数据承载业务；3. 频谱利用率低无法适应大容量的需求；频谱利用率低无法适应大容量的需求；4. 安全保密性差，易被窃听，易做安全保密性差，易被窃听，易做“假机假机”。 1982年北欧国家向年北欧国家向CEPT（欧洲邮电行（欧洲邮电行政大
3、）提交了一份建议书，要求制定政大）提交了一份建议书，要求制定900MHz频段的公共欧洲电信业务规范。在这次大会频段的公共欧洲电信业务规范。在这次大会上就成立了一个在欧洲电信标准学会（上就成立了一个在欧洲电信标准学会（ETSI）技术委员会下的技术委员会下的“移动特别小组（移动特别小组（Group SpecialMobile）简称）简称“GSM”，来制定有关的，来制定有关的标准和建议书。标准和建议书。 1986年在巴黎，该小组对欧洲各国及各公司经大年在巴黎，该小组对欧洲各国及各公司经大量研究和实验后所提出的量研究和实验后所提出的8个建议系统进行了现场实个建议系统进行了现场实验。验。 1987年年5
4、月月GSM成员国就数字系统采用窄带时分多成员国就数字系统采用窄带时分多址址TDMA、规则脉冲激励线性预测、规则脉冲激励线性预测RPE一一LTP话音编话音编码和高斯滤波最小移频键控码和高斯滤波最小移频键控GMSK调制方式达成一致调制方式达成一致意见。同年，欧洲意见。同年，欧洲17个国家的运营者和管理者签署了个国家的运营者和管理者签署了谅解备忘录（谅解备忘录（MoU），相互达成履行规范的协议。与），相互达成履行规范的协议。与此同时还成立了此同时还成立了MoU组织，致力于组织，致力于GSM标准的发展。标准的发展。 1990年完成了年完成了GSM900的规范，共产生大约的规范，共产生大约130项的全面
5、建议书，不同建议书经分组而成为一套项的全面建议书，不同建议书经分组而成为一套12系系列。列。 1991年在欧洲开通了第一个系统，同时年在欧洲开通了第一个系统，同时MoU组织为该系统设计和注册了市场商标，组织为该系统设计和注册了市场商标，将将GSM更名为更名为“全球移动通信系统（全球移动通信系统（Globa1 system for Mobile communications）。）。从此移动通信跨入了第二代数字移动通信系从此移动通信跨入了第二代数字移动通信系统。统。1.2 GSM系统技术规范目录系统技术规范目录GSM系统技术规范共分系统技术规范共分12章：章： 01 概述概述 02 业务方面业务方
6、面 03 网路方面网路方面 04 MS-BS接口与协议接口与协议 05 无线路径上的物理层无线路径上的物理层 06 话音编码规范话音编码规范 1.2 GSM系统技术规范目录系统技术规范目录 07 MS的终端适配器的终端适配器 08 BS-MSC接口接口 09 网路互通网路互通 10 业务互通业务互通 11 设备和型号认可规范设备和型号认可规范 12 操作和维护操作和维护 第二讲第二讲 GSM通信系统通信系统2.1 系统的组成系统的组成2.2 交换网路子系统（交换网路子系统（NSS）2.3 无线基站子系统（无线基站子系统（BBS）2.4 移动台移动台2.1 系统的组成系统的组成 蜂窝移动通信系统
7、主要是由交换网路子蜂窝移动通信系统主要是由交换网路子系统（系统（NSS）、无线基站子系统）、无线基站子系统(BSS)和移和移动台（动台（MS）三大部分组成。）三大部分组成。GSM系统框图系统框图2.2 交换网路子系统（交换网路子系统（NSS） 交换网路子系统（交换网路子系统（NSS）主要完成交换）主要完成交换功能和客户数据与移动性管理、安全性管理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。所需的数据库功能。 NSS 由一系列功能实由一系列功能实体所构成。体所构成。MSC移动交换中心移动交换中心 MSC是对位于它所覆盖区域中的移动台是对位于它所覆盖区域中的移动台进行控制和完成话路交换
8、的功能实体，也是进行控制和完成话路交换的功能实体，也是移动通信系统与其它公用通信网之间的接口。移动通信系统与其它公用通信网之间的接口。MSC移动交换中心移动交换中心 MSC可以完成网路接口、公共信道信令可以完成网路接口、公共信道信令系统和计费等功能，还可完成系统和计费等功能，还可完成BSS、MSC之之间的切换和辅助性的无线资源管理、移动性间的切换和辅助性的无线资源管理、移动性管理等。另外，为了建立至移动台的呼叫路管理等。另外，为了建立至移动台的呼叫路由，每个由，每个MS、还应能完成入口、还应能完成入口MSC的功能，的功能，即查询位置信息的功能。即查询位置信息的功能。VLR 访问位置寄存器访问位
9、置寄存器 VLR是一个数据库，是存储是一个数据库，是存储MSC为了处为了处理所管辖区域中理所管辖区域中MS（统称拜访客户）的来（统称拜访客户）的来话、去话呼叫所需检索的信息，例如客户的话、去话呼叫所需检索的信息，例如客户的号码，所处位置区域的识别，向客户提供的号码，所处位置区域的识别，向客户提供的服务等参数。服务等参数。HLR 归属位置寄存器归属位置寄存器 HLR也是一个数据库，是存储管理部门也是一个数据库，是存储管理部门用于移动客户管理的数据。每个移动客户都用于移动客户管理的数据。每个移动客户都应在其归属位置寄存器（应在其归属位置寄存器（HLR）注册登记，）注册登记，它主要存储两类信息：一是
10、有关客户的参它主要存储两类信息：一是有关客户的参数；二是有关客户目前所处位置的信息，以数；二是有关客户目前所处位置的信息，以便建立至移动台的呼叫路由，例如便建立至移动台的呼叫路由，例如MSC、VLR地址等。地址等。 AUC 鉴权中心鉴权中心 AUC用于产生为确定移动客户的身份和用于产生为确定移动客户的身份和对呼叫保密所需鉴权、加密的三参数（随机对呼叫保密所需鉴权、加密的三参数（随机号码号码RAND，符合响应，符合响应SRES，密钥，密钥Kc）的）的功能实体。功能实体。 EIR 设备识别寄存器设备识别寄存器 EIR也是一个数据库，存储有关移动台也是一个数据库，存储有关移动台设备参数。设备参数。
11、主要完成对移动设备的识别、主要完成对移动设备的识别、监视、闭锁等功能，以防止非法移动台的使监视、闭锁等功能，以防止非法移动台的使用。用。 2.3 无线基站子系统（无线基站子系统（BSS） BSS系统是在一定的无线覆盖区中由系统是在一定的无线覆盖区中由MSC控制，与控制，与MS进行通信的系统设备，进行通信的系统设备，它主要负责完成无线发送接收和无线资源它主要负责完成无线发送接收和无线资源管理等功能。功能实体可分为基站控制器管理等功能。功能实体可分为基站控制器（BSC）和基站收发信台（）和基站收发信台（BTS）。）。 基站控制器（基站控制器（BSC） BSC：具有对一个或多个：具有对一个或多个BT
12、S进行控制进行控制的功能，它主要负责无线网路资源的管理、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、定位和切换小区配置数据管理、功率控制、定位和切换等，是个很强的业务控制点。等，是个很强的业务控制点。 基站收发信台（基站收发信台（BTS） BTS：无线接口设备，它完全由：无线接口设备，它完全由BSC控控制，主要负责无线传输，完成无线与有线的制，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、跳频等功转换、无线分集、无线信道加密、跳频等功能。能。2.4 移动台移动台 移动台就是移动客户设备部分，它由两移动台就是移动客户设备部分，它由两部分组成，移动终端（部分
13、组成，移动终端（MS）和客户识别卡）和客户识别卡（SIM）。）。 移动终端（移动终端（MS） 移动终端就是移动终端就是“机机”，它可完成话音编，它可完成话音编码、信道编码、信息加密、信息的调制和解码、信道编码、信息加密、信息的调制和解调、信息发射和接收。调、信息发射和接收。 客户识别卡（客户识别卡（SIM）。）。 SIM卡就是卡就是“身份卡身份卡”，它类似于我们，它类似于我们现在所用的现在所用的IC卡，因此也称作智能卡，存有卡，因此也称作智能卡，存有认证客户身份所需的所有信息，并能执行一认证客户身份所需的所有信息，并能执行一些与安全保密有关的重要信息，以防止非法些与安全保密有关的重要信息，以防
14、止非法客户进入网路。客户进入网路。SIM卡还存储与网路和客户卡还存储与网路和客户有关的管理数据，只有插入有关的管理数据，只有插入SIM后移动终端后移动终端才能接入进网，但才能接入进网，但SIM卡本身不是代金卡。卡本身不是代金卡。第三讲第三讲 GSM关键技术关键技术3.1 工作频段的分配工作频段的分配3.2 时分多址技术时分多址技术 （TDMA） 3.3 时分多址时分多址(TDMA) 帧结构帧结构 3.4 空间分集空间分集 3.5 时间色散和均衡时间色散和均衡 3.6 基站与移动台基站与移动台 间的时间调整间的时间调整3.7 话音编码话音编码3.8 信道编码信道编码3.9 交织技术交织技术3.1
15、0 跳频技术跳频技术 3.11 保密措施保密措施 3.1 工作频段的分配工作频段的分配 我国陆地公用蜂窝数字移动通信网我国陆地公用蜂窝数字移动通信网GSM通信系统采用通信系统采用900MHz频段：频段： 905915（移动台发、基站收）（移动台发、基站收） 950960（基站发、移动台收）（基站发、移动台收） GSM另一个频段另一个频段 17101785（移动台发、基站收）（移动台发、基站收） 18051880（基站发、移动台收）（基站发、移动台收） 频道间隔频道间隔 相邻两频道间隔为相邻两频道间隔为200kHz，每个频道采，每个频道采用时分多址接入（用时分多址接入（TDMA）方式，分为）方式
16、，分为8个时个时隙，即隙，即8个信道（全速率）。个信道（全速率）。每信道占用带宽每信道占用带宽200kHz8=25kHz，同模拟网，同模拟网TACS制式每制式每个信道占用的频率带宽。从这点看二者具有个信道占用的频率带宽。从这点看二者具有同样的频谱利用率。同样的频谱利用率。 频道配置频道配置 采用等间隔频道配置方法，频道序号为采用等间隔频道配置方法，频道序号为76124，共，共49个频点（见图个频点（见图3-2）。频道序）。频道序号和频点标称中心频率的关系为：号和频点标称中心频率的关系为： 900MHz频段数字蜂窝移动通信网的频道配置频段数字蜂窝移动通信网的频道配置 移动台发，基站收移动台发，基
17、站收 fl(n)= 890.200MHz （n-1） 0.200MHz基站发，移动台收基站发，移动台收 fh(n)= fl(n) 45MHz n = 76124频道频道 双工收发间隔：双工收发间隔：45MHz 干扰保护比干扰保护比GSM规范中规定：规范中规定： 同频道干扰保护比：同频道干扰保护比： C/I 9dB 邻频道干扰保护比：邻频道干扰保护比： C/I - 9dB 载波偏离载波偏离400kHz时的干扰保护比：时的干扰保护比： C/I - 41dB 3.2 时分多址技术（时分多址技术（TDMA） 在在GSM中，无线路径上是采用时分多址中，无线路径上是采用时分多址（TDMA）方式。每一频点（
18、频道或叫载频）方式。每一频点（频道或叫载频TRX）上可分成）上可分成8个时隙，每一时隙为一个信个时隙，每一时隙为一个信道，因此，一个道，因此，一个TRX最多可有最多可有8个移动客户同个移动客户同时使用。时使用。 TDMA 系统的特性系统的特性每载频多路。每载频多路。TDMA系统形成频率时间矩系统形成频率时间矩阵，在每一频率上产生多个时隙，这个矩阵阵，在每一频率上产生多个时隙，这个矩阵中的每一点都是一个信道，在基站控制分配中的每一点都是一个信道，在基站控制分配下，可为任意一移动客户提供电话或非话业下，可为任意一移动客户提供电话或非话业务。务。 突发脉冲序列传输。移动台信号功率的突发脉冲序列传输。
19、移动台信号功率的发射是不连续的，只是在规定的时隙内发射发射是不连续的，只是在规定的时隙内发射脉冲序列。脉冲序列。 传输速率高，自适应均衡。每载频含有传输速率高，自适应均衡。每载频含有时隙多，则频率间隔宽，传输速率高，但数时隙多，则频率间隔宽，传输速率高，但数字传输带来了时间色散，使时延扩展量加字传输带来了时间色散，使时延扩展量加大，则务必采用自适应均衡技术。大，则务必采用自适应均衡技术。 (4) 传输开销大。由于传输开销大。由于TDMA分成时隙传输，分成时隙传输，使得收信机在每一突发脉冲序列上都得重新使得收信机在每一突发脉冲序列上都得重新获得同步。为了把一个时隙和另一个时隙分获得同步。为了把一
20、个时隙和另一个时隙分开，保护时间也是必须的。因此，开，保护时间也是必须的。因此，TDMA系系统通常比统通常比FDMA系统需要更多的开销。系统需要更多的开销。 对于新技术是开放的。例如当话音编码算法的对于新技术是开放的。例如当话音编码算法的改进而降低比特速率时，改进而降低比特速率时，TDMA系统的信道很容易系统的信道很容易重新配置以接纳新技术。重新配置以接纳新技术。(6) 共享设备的成本低。由于每一载频为许多客户提共享设备的成本低。由于每一载频为许多客户提供业务，所以供业务，所以TDMA系统共享设备的每客户平均成系统共享设备的每客户平均成本与本与FDMA系统相比是大大降低了。系统相比是大大降低了
21、。(7) 移动台较复杂。它比移动台较复杂。它比FDMA系统移动台完成更多系统移动台完成更多的功能，需要复杂的数字信号处理。的功能，需要复杂的数字信号处理。3.3 时分多址时分多址(TDMA) 帧结构帧结构 蜂窝通信系统要传输不同类型的信蜂窝通信系统要传输不同类型的信息，按逻辑功能而言，可分为业务信息息，按逻辑功能而言，可分为业务信息和控制信息。因而在时分、频分复用的和控制信息。因而在时分、频分复用的物理信道主要安排相应的逻辑信道。在物理信道主要安排相应的逻辑信道。在时分多址的物理信道中，帧的结构或组时分多址的物理信道中，帧的结构或组成是基础。成是基础。信道分类信道分类时隙的格式常规突发脉冲序列
22、时隙的格式常规突发脉冲序列 常规突发（常规突发（ NB，Normal Burst ）脉冲序）脉冲序列亦称普通突发脉冲序列，用于业务信道及列亦称普通突发脉冲序列，用于业务信道及专用控制信道，其组成格式如图专用控制信道，其组成格式如图8-8所示。信所示。信息位占息位占116 bit，分成两段，各，分成两段，各58 bit。其中。其中57位为数据（加密比特），另用位为数据（加密比特），另用1位表示此数位表示此数据的性质是业务信号或控制信号。据的性质是业务信号或控制信号。这两段信这两段信息之间插入息之间插入26位训练序列，以消除多径效应位训练序列，以消除多径效应产生的码间干扰。产生的码间干扰。 GSM
23、系统共有系统共有8种训练序列，可分别用种训练序列，可分别用于邻近的同频小区。由于选择了互相关系数于邻近的同频小区。由于选择了互相关系数很小的训练序列，因此接收端很容易辨别各很小的训练序列，因此接收端很容易辨别各自所需的训练序列，产生信道模型，作为时自所需的训练序列，产生信道模型，作为时延补偿的参照。延补偿的参照。3.4 空间分集空间分集 我们知道在移动通信中，空间略有变动我们知道在移动通信中，空间略有变动就可能出现较大的场强变化。当使用两个接就可能出现较大的场强变化。当使用两个接收信道时，它们受到的衰落影响是不相关的，收信道时，它们受到的衰落影响是不相关的，且二者在同一时刻经受深衰落谷点影响的
24、可且二者在同一时刻经受深衰落谷点影响的可能性也很小，因此这一设想引出了利用两副能性也很小，因此这一设想引出了利用两副接收天线的方案，独立地接收同一信号，再接收天线的方案，独立地接收同一信号，再合并输出，衰落的程度能被大大地减小，这合并输出，衰落的程度能被大大地减小，这就是空间分集。就是空间分集。 空间分集是利用场强随空间的随机变化空间分集是利用场强随空间的随机变化实现的，空间距离越大，多径传播的差异就实现的，空间距离越大，多径传播的差异就越大，所接收场强的相关性就越小。这里所越大，所接收场强的相关性就越小。这里所提相关性是个统计术语，表明信号间相似的提相关性是个统计术语，表明信号间相似的程度，
25、因此必须确定必要的空间距离。经过程度，因此必须确定必要的空间距离。经过测试和统计，测试和统计，CCIR建议为了获得满意的分集建议为了获得满意的分集效果，移动单元两天线间距大于效果，移动单元两天线间距大于0.6个波长，个波长，即即d06，并且最好选在，并且最好选在 /4的奇数倍附近。的奇数倍附近。若减小天线间距，即使小到若减小天线间距，即使小到 /4，也能起到相，也能起到相当好的分集效果。当好的分集效果。3.5 时间色散和均衡时间色散和均衡 在在GSM系统中采用自适应均衡技术系统中采用自适应均衡技术解决时间色散问题。解决时间色散问题。3.6 基站与移动台间的时间调整基站与移动台间的时间调整 在呼
26、叫进行期间，必须监视呼叫到达基在呼叫进行期间，必须监视呼叫到达基站的时间，并由系统向移动台发送指令，随站的时间，并由系统向移动台发送指令，随着移动台离开基站的距离，逐步指示移动台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。提前发送的时间，这就是时间的调整。 3.6 基站与移动台间的时间调整基站与移动台间的时间调整3.7 话音编码话音编码 GSM系统系统话音编码器是话音编码器是采用采用声码器和波声码器和波形编码器的混合物形编码器的混合物- 混合编码器，全称为混合编码器，全称为线线性预测编码性预测编码-长期预测编码长期预测编码-规则脉冲激励编码规则脉冲激励编码器（器（L
27、PC-LTP-RPE编码器）。编码器）。3.8 信道编码信道编码 移动通信的传输信道属变参信道，它不移动通信的传输信道属变参信道，它不仅会引起随机错误，而更主要的是造成突发仅会引起随机错误，而更主要的是造成突发错误。错误。 随机错误的特点是码元间的错误互相独随机错误的特点是码元间的错误互相独立，即每个码元的错误概率与它前后码元的立，即每个码元的错误概率与它前后码元的错误与否是无关的。突发错误则不然，一个错误与否是无关的。突发错误则不然，一个码元的错误往往影响前后码元的错误概率。码元的错误往往影响前后码元的错误概率。或者说，一个码元产生错误，则后面几个码或者说，一个码元产生错误，则后面几个码元都
28、可能发生错误。因此，在数字通信中，元都可能发生错误。因此，在数字通信中，要利用信道编码对整个通信系统进行差错控要利用信道编码对整个通信系统进行差错控制。差错控制编码可以分为分组编码和卷积制。差错控制编码可以分为分组编码和卷积编码两类。编码两类。 在在GSM系统中，上述两种编码方法均在系统中，上述两种编码方法均在使用。首先对一些信息比特进行分组编码，使用。首先对一些信息比特进行分组编码，构成一个构成一个“信息分组十奇偶信息分组十奇偶(检验检验)比特比特”的形的形式，然后对全部比特做卷积编码，从而形成式，然后对全部比特做卷积编码，从而形成编码比特。这两次编码适用于话音和数据二编码比特。这两次编码适
29、用于话音和数据二者，但它们的编码方案略有差异。采用者，但它们的编码方案略有差异。采用“两两次次”编码的好处是：在有差错时，能校正的编码的好处是：在有差错时，能校正的校正校正(利用卷积编码特性利用卷积编码特性)，能检测的检测，能检测的检测(利利用分组编码特性用分组编码特性)。 GSM系统首先是把话音分成系统首先是把话音分成20ms的音段，这的音段，这20ms的音段通过话音编码器被数字化和话音编码，的音段通过话音编码器被数字化和话音编码，产生产生260个比特流，并被分成：个比特流，并被分成： 50个最重要比特个最重要比特 132个重要比特个重要比特 78个不重要比特个不重要比特 对上述对上述50个
30、比特添加上个比特添加上3个奇偶检验比特（分组编个奇偶检验比特（分组编码），这码），这53个比特同个比特同132个重要比特与个重要比特与4个尾比特一个尾比特一起卷积编码，比率起卷积编码，比率1：2，因而得，因而得378个比特，另外个比特，另外78个比特不予保护。个比特不予保护。 3.9 交织技术交织技术 在陆地移动通信这种变参信道上，比特在陆地移动通信这种变参信道上，比特差错经常是成串发生的。这是由于持续较长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。然的深衰落谷点会影响到相继一串的比特。然而，信道编码仅在检测和校正单个差错和不而，信道编码仅在检测和校正单个差错和不
31、太长的差错串时才有效。太长的差错串时才有效。 为了解决这一问题，希望能找到把一条为了解决这一问题，希望能找到把一条消息中的相继比特分散开的方法，即一条消消息中的相继比特分散开的方法，即一条消息中的相继比特以非相继方式被发送。这息中的相继比特以非相继方式被发送。这样，在传输过程中即使发生了成串差错，恢样，在传输过程中即使发生了成串差错，恢复成一条相继比特串的消息时，差错也就变复成一条相继比特串的消息时，差错也就变成单个成单个(或长度很短或长度很短)，这时再用信道编码纠错，这时再用信道编码纠错功能纠正差错，恢复原消息。这种方法就是功能纠正差错，恢复原消息。这种方法就是交织技术。交织技术。 3.10
32、 跳频技术跳频技术 在在GSM中采用跳频技术的主要目的：改中采用跳频技术的主要目的：改善衰落，善衰落， 处于多径环境中的漫速移动的移动处于多径环境中的漫速移动的移动台，通过采用跳频技术，大大改善移动台的台，通过采用跳频技术，大大改善移动台的通信质量，相当于频率分集。通信质量，相当于频率分集。 GSM系统中的跳频分为基带跳频和射频系统中的跳频分为基带跳频和射频跳频两种。跳频两种。基带跳频基带跳频 基带跳频的原理是将话音信号随着时间基带跳频的原理是将话音信号随着时间的变换使用不同频率发射机发射。的变换使用不同频率发射机发射。基带跳频原理图基带跳频原理图基带跳频实施框图基带跳频实施框图射频跳频射频跳
33、频 射频跳频是将话音信号用固定的发射射频跳频是将话音信号用固定的发射机，由跳频序列控制，采用不同频率发射机，由跳频序列控制，采用不同频率发射3.11 保密措施保密措施 GSM系统在安全性方面有了显著的改进，系统在安全性方面有了显著的改进，其主要是在下列部分加强了保护：接入网路其主要是在下列部分加强了保护：接入网路方面采用了对客户方面采用了对客户鉴权鉴权；无线路径上采用对；无线路径上采用对通信信息通信信息加密加密；对移动设备采用设备识别；对移动设备采用设备识别；对客户对客户识别识别码用码用临时识别码临时识别码保护；保护；SIM卡用卡用PIN码保护。码保护。三参数组三参数组 客户的鉴权与加密是通过
34、系统提供的客客户的鉴权与加密是通过系统提供的客户三参数组来完成的。户三参数组来完成的。 客户三参数组的产生是在客户三参数组的产生是在GSM系统的系统的AUC（鉴权中心）中完成。鉴权中心）中完成。 每个客户在签约每个客户在签约(注册登记注册登记)时，就被分时，就被分配一个客户号码（客户电话号码）和客户识配一个客户号码（客户电话号码）和客户识别码别码（IMSI）。）。IMSI通过通过SIM写卡机写入客写卡机写入客户户SIM卡中，同时在写卡机中又产生一个对卡中，同时在写卡机中又产生一个对应此应此IMSI的唯一的客户鉴权键的唯一的客户鉴权键Ki，它被分别，它被分别存储在客户存储在客户SIM卡和卡和AU
35、C中。中。 AUC中还有个伪随机码发生器，用于产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生一个不可预测的伪随机数(RAND)。RAND和和Ki经经AUC中的中的A8算法算法(也叫加密算法也叫加密算法)产生产生一个一个Kc(密钥密钥)，经，经A3算法算法(鉴权算法鉴权算法)产生一产生一个响应数个响应数(SRES)。由产生。由产生Kc和和SRES的的RAND与与Kc、SRES一起组成该客户的一个三一起组成该客户的一个三参数组参数组，传送给，传送给HLR，存储在该客户的客户，存储在该客户的客户资料库中。资料库中。 一般情况下，一般情况下，AUC一次产生一次产生5组三参数，组三参数，传送
36、给传送给HLR、HLR自动存储。自动存储。HLR可存储可存储10组三参数，当组三参数，当MSCVLR向向HLR请求传送三请求传送三参数组时，参数组时，HLR又一次性地向又一次性地向MSCVLR传传5组三参数组。组三参数组。MSCVLR一组一组地用，用一组一组地用，用到剩到剩2组时，再向组时，再向HLR请求传送三参数组。请求传送三参数组。 鉴权鉴权 鉴权的作用是保护网路，防止非法盗用。鉴权的作用是保护网路，防止非法盗用。同时通过拒绝假冒合法客户的同时通过拒绝假冒合法客户的“ 入侵入侵” 而保而保护护GSM移动网路的客户。移动网路的客户。鉴权程序鉴权程序 当移动客户开机请求接入网路时，当移动客户开
37、机请求接入网路时，MSCVLR通过控制信道将三参数组的一个参数通过控制信道将三参数组的一个参数伪随机数伪随机数RAND传送给客户，传送给客户，SIM卡收到卡收到RAND后，用此后，用此RAND与与SIM卡存储的客户鉴卡存储的客户鉴权键权键Ki，经同样的，经同样的A3算法得出一个响应数算法得出一个响应数SRES，传送给，传送给MSCVLR。鉴权程序鉴权程序 MSCVLR将收到的将收到的SRES与三参数组与三参数组中的中的SRES进行比较。由于是同一进行比较。由于是同一RAND，同，同样的样的Ki和和A3算法，因此结果算法，因此结果SRES应相同。应相同。MSCVLR比较比较的结果相同就允许接入，
38、否的结果相同就允许接入，否则为非法客户，网路拒绝为此客户服务。则为非法客户，网路拒绝为此客户服务。 在每次登记、呼叫建立尝试、位置更新在每次登记、呼叫建立尝试、位置更新以及在补充业务的激活、去活、登记或删除以及在补充业务的激活、去活、登记或删除之前均需要鉴权。之前均需要鉴权。 加密加密 GSM系统中的加密也只是指无线路径上系统中的加密也只是指无线路径上的加密，是指的加密，是指BTS和和MS之间交换客户信息和之间交换客户信息和客户参数时不被非法个人或团体所得或监听。客户参数时不被非法个人或团体所得或监听。加密程序加密程序 在鉴权程序中，当系统在鉴权程序中，当系统提供三参数组的提供三参数组的时，同
39、时用另一算法时，同时用另一算法(A8算法算法)也计算出密钥也计算出密钥Kc。根据。根据MSCVLR发送出的加密命令，发送出的加密命令，BTS侧和侧和MS侧均开始使用侧均开始使用Kc。加密程序加密程序 在在MS侧，由侧，由Kc、TDAM帧号和加密命帧号和加密命令令M一起经一起经A5算法，对客户信息数据流进行算法，对客户信息数据流进行加密加密(也叫扰码也叫扰码)，在无线路径上传送。在，在无线路径上传送。在BTS侧，把从无线信道上收到加密信息数据流、侧，把从无线信道上收到加密信息数据流、TDMA帧号和帧号和Kc，再经过，再经过A5算法解密后，传算法解密后，传送送BSC和和MSC。 所有的语音和数据均
40、需加密，并且所有所有的语音和数据均需加密，并且所有有关客户参数也均需加密。有关客户参数也均需加密。设备识别设备识别 每个移动台设备均有设备识别码每个移动台设备均有设备识别码(1MEl)，移动台设备如允许进入运营网，必需经过欧移动台设备如允许进入运营网，必需经过欧洲型号认证中心认可，并分配一个十进制洲型号认证中心认可，并分配一个十进制6位位数字，占用数字，占用IMEI 15位十进制数字的前位十进制数字的前6位设位设备识别的作用就是确保系统中使用的移动台备识别的作用就是确保系统中使用的移动台设备不是盗用的或非法的。设备的识别是在设备不是盗用的或非法的。设备的识别是在设备识别寄存器设备识别寄存器EI
41、R中完成。中完成。 何时需要设备识别取决于网路运营者。何时需要设备识别取决于网路运营者。目前我国大部分省市的目前我国大部分省市的GSM网路均未配置此网路均未配置此设备设备(EIR)，所以此保护措施也末采用，所以此保护措施也末采用。临时识别码临时识别码(TMSI) 临时识别码的设置是为了防止非法个人临时识别码的设置是为了防止非法个人或团体通过监听无线路径上的信令交换而窃或团体通过监听无线路径上的信令交换而窃得移动客户真实的客户识别码得移动客户真实的客户识别码(IMSI)或跟踪或跟踪移动客户的位置。移动客户的位置。 客户临时识别码客户临时识别码(TMSI)是由是由MSCVLR分配，并不断地进行更换
42、，更换周期由网路分配，并不断地进行更换，更换周期由网路运营者设置。更换的频次越快，起到的保密运营者设置。更换的频次越快，起到的保密性越好，但对客户的性越好，但对客户的SIM卡寿命有影响。卡寿命有影响。 PIN码码 在在GSM系统中，客户签约等信息均被记系统中，客户签约等信息均被记录在一个客户识别模块录在一个客户识别模块(SIM)中，此模块称作中，此模块称作客户卡。客户卡插到某个客户卡。客户卡插到某个GSM终端设备中，终端设备中，便视作自己的电话机，通话的计费帐单便记便视作自己的电话机，通话的计费帐单便记录在此客户卡户名下。为防止帐单上产生讹录在此客户卡户名下。为防止帐单上产生讹误计费，保证入局
43、呼叫被正确传送，在误计费，保证入局呼叫被正确传送，在SIM卡上设置了卡上设置了PIN码操作码操作(类似计算机上的类似计算机上的Pass-word功能功能)。 PIN码是由码是由48位数字组成，其位数由位数字组成，其位数由客户自己决定。如客户输入了一个错误的客户自己决定。如客户输入了一个错误的PIN码，它会给客户一个提示，重新输入，若连码，它会给客户一个提示，重新输入，若连续续3次输入错误，次输入错误，SIM 卡就被闭锁，即使将卡就被闭锁，即使将SIM卡拔出或关掉手机电源也无济于事。闭卡拔出或关掉手机电源也无济于事。闭锁后，还有个锁后，还有个“个人解锁码个人解锁码”，是由，是由8位数字位数字组成的，若连续组成的，若连续l0次输入错次输入错 误，误，SIM卡将再卡将再一次闭锁，这时只有到一次闭锁，这时只有到SIM卡管理中心，由卡管理中心，由SIM卡业务激活器予以解决。卡业务激活器予以解决。
