【正文】 特征，它標志著用戶可以從一個網(wǎng)絡自動進入另一個網(wǎng)絡。 GSM 系統(tǒng)可以提供全球漫游，當然也需要網(wǎng)絡運營者之間的某些協(xié)議，例如計費。 在 GSM 系統(tǒng)中，漫游是在 SIM 卡識別號以及被稱為 IMSI的國際移動用戶識別號的基礎上實現(xiàn)的。這意味著用 戶不必帶著終端設備而只需帶其 SIM 卡進入其他國家即可。終端設備可以租借，仍可達到用戶號碼不變，計費帳號不變的目的。 培訓教材――移動通信基本知識 9 系統(tǒng)關鍵技術 我國陸地公用蜂窩數(shù)字移動通信網(wǎng) GSM 通信系統(tǒng)采用 900MHz 頻段： 890～ 915（移動臺發(fā)、基站收） 935～ 960（基站發(fā)、移動臺收） 雙工間隔為 45MHz，工作帶寬為 25 MHz，載頻間隔為 200 kHz。 隨著業(yè)務的發(fā)展，可視需要向下擴展，或向 頻段的 GSM1800 過渡，即 1800MHz頻段： 1710～ 1785（移動臺發(fā)、基 站收） 1805～ 1880（基站發(fā)、移動臺收） 雙工間隔為 95MHz，工作帶寬為 75 MHz，載頻間隔為 200 kHz。 相鄰兩頻道間隔為 200kHz。 每個頻道采用時分多址接入（ TDMA）方式，分為 8 個時隙，即 8 個信道（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，每個頻道可容納 16 個半速率信道。 GSM 通信系統(tǒng)采用的多址技術：頻分多址（ FDMA）和時分多址（ TDMA）結合，還加上跳頻技術。 GSM 在無線路徑上傳輸?shù)囊粋€基本概念是： 傳輸?shù)膯挝皇羌s一百個調制比特的序列，它稱為一個“突發(fā)脈沖”。脈沖持續(xù)時間優(yōu)先，在無線頻譜中也占一有限部分。它們在時間窗和頻率窗內發(fā)送，我們稱之為間隙。精確地講，間隙的中心頻率在系統(tǒng)頻帶內間隔 200 kHz安排（ FDMA 情況），它們每隔 （更精確地是 15/26ms）出現(xiàn)一次（ TDMA 情況）。對應于相同間隙的時間間隔稱為一個時隙，它的持續(xù)時間將作為一種時間單位，稱為 BP（突 培訓教材――移動通信基本知識 10 發(fā)脈沖周期）。 這樣一個間隙可以在時間 /頻率圖中用一個長 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 帶寬稱為一個頻隙。 時間頻率BP1 5 / 2 6 m s2 0 0 KH z間隙 圖 在時域和頻域中的間隙 在 GSM 系統(tǒng)中，每個載頻被定義為一個 TDMA幀，相當于 FDMA 系統(tǒng)的一個頻道。每幀包括 8 個時隙（ TS0－ 7）。每個 TDMA 幀有一個 TDMA幀號。 TDMA 幀號是以 3 小時 28 分 53 秒 760 毫秒（ 2048?51?26?8BP 或者說 2048?51?26 個TDMA 幀）為周期循環(huán)編號的。每 2048?51?26 個 TDMA 幀為一個超高幀，每一個超高幀又可分為 2048 個超幀，一個超幀是 51?26 個 TDMA 幀的序列（ 秒），每個超幀又是由復幀組成。復幀分為兩種類型。 26 幀的復幀：它包括 26 個 TDMA 幀（ 26?8BP），持續(xù)時長 120ms。 51 個這樣的復幀組成一個超幀。這種復幀用于攜帶 TCH（和 SACCH 加 FACCH）。 51 幀的復幀：它包括 51 個 TDMA 幀（ 51?8BP），持續(xù)時長 3060/13ms。 26 個這樣的復幀組成一個超幀。這種復幀用于攜帶 BCH 和 CCCH。 在 GSM 通信系統(tǒng)中，可用無線信道數(shù)遠小于潛在用戶數(shù)，雙向通信的信道只能在需要時才分配。這與標準電話網(wǎng)有很大的區(qū)別，在電話網(wǎng)中 無論有無呼叫，每個終端都與一個交換機相連。 在移動網(wǎng)中，需要根據(jù)用戶的呼叫動態(tài)地分配和釋放無線信道。不論是移動臺發(fā)出的呼叫，還是發(fā)往移動臺的呼叫，其建立過程都要求用專門方法使移動臺接入系統(tǒng)，從而獲得一條信道。在 GSM 中，這個接入過程是在一條專用的移動臺－－基站信道上實現(xiàn)的。這個信 培訓教材――移動通信基本知識 11 道與用于傳送尋呼信息的基站――移動臺信道一起稱為 GSM 的公用信道，因為它同時攜帶發(fā)自 /發(fā)往許多移動臺的信息。相反地，在一定時間內分配給一單獨移動臺的信道稱作專用信道。由于這種區(qū)別，可以定義移動臺的兩種宏狀態(tài)： ? 空閑模式：移動臺在偵聽 廣播信道，此時它不占用任一信道。 ? 專用模式：一條雙向信道分配給需要通信的移動臺，使它可以利用基礎設施進行雙向點對點通信。 接入過程使移動臺從空閑模式轉到專用模式。 信道 GSM 中的信道分為物理信道和邏輯信道，一個物理信道就為一個時隙（ 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)務信道和控制信道。 1. 業(yè)務信道（ 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，點對點（ BTS 對一個 MS，或反之）方式傳播。 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，它們又可細分為： 培訓教材――移動通信基本知識 12 廣播信道（ BCH ）頻率校正信道（ F CCH ）： 攜帶用于校正 MS 頻率的消息，下行信道，點對多點（ BT S 對多個 MS ） 方式傳播。同步信道（ S CH ）： 攜帶 MS 的幀同步（ T DMA 幀號）和 BT S 的識別碼（ BS I C ） 的信息，下行信道，點對多點（ BT S 對多個 MS ） 方式傳播。廣播控制信道（ BCCH ）： 廣播每個 BT S 的通用信息（小區(qū)特定信息），下行信道，點對多點（ BT S 對多個 MS ） 方式傳播。公共控制信道（ CCCH ）尋呼信道（ P CH ）： 用于尋呼（搜索） MS ， 下行信道，點對多點（ BT S 對多個 MS ）方式傳播。隨機接入信道（ RACH ）： MS 通過此信道申請分配一個獨立專用控制信道（ S DCCH ）， 可作為對尋呼的響應或 MS 主叫 / 登記時的接入。上行信道，點對點方式傳播。允許接入信道（ AGCH ）： 用于為 MS 分配一個獨立專用控制信道（ S DCCH ）， 下行信道，點對點方式傳播。專用控制信道（ DCCH ）獨立專用控制信道（ S DCCH ）： 用在分配 T CH 之前呼叫建立過程中傳送系統(tǒng)信令。例如登記和鑒權在此信道上進行。上行和下行信道，點對點方式傳播。慢速隨路控制信道（ S ACCH ）： 它與一個 T CH 或一個 S DCCH 相關，是一個傳送連續(xù)信息的連續(xù)數(shù)據(jù)信息，如傳送移動臺接收到的關于服務及鄰近小區(qū)的信號強大的測試報告。這對實現(xiàn)移動臺殘余切換功能是必要的。它還用于 MS 的功率管理和時間調整。上行和下行信道，點對點方式傳播?？焖匐S路控制信道（ F ACCH ）： 它與一個 T CH 相關，工作于借用模式，即在話音傳輸過程中如果突然需要以比 S ACCH 所能處理的高得多的速度傳送信令信息，則借用20 ms 的話音（數(shù)據(jù)）來傳送。這一般在切換時發(fā)生。由于語音譯碼器會重復最后20 ms 的話音，因此這種終端不被用戶察覺。 GSM 系統(tǒng)在安全性方面有了顯著的改進， GSM 與保密相關的功能有兩個目標：第一，包含網(wǎng)絡以防止未授權的接入，（同時保護用戶不受欺騙性的假冒）；第二，保護用戶的隱私權。 防止未授權的接入是通過鑒權（即插入的 SIM 卡與移動臺提供的用戶標識碼是否一致的安全性檢查）實現(xiàn)的。從運營者方面看，該功能是頭等重要的，尤其在國際漫游 情況下，被訪問網(wǎng)絡并不能控制用戶的記錄，也不能控制它的付費能力。 保護用戶的隱私是通過不同手段實現(xiàn)時，對傳輸加密可以防止在無線信道上竊聽通信。大多數(shù)的信令也可以用同樣方法保護，以防止第三方了解被叫方是誰。另外，以一個臨時代號替代用戶標識是使第三方無法在無線信道上跟蹤 GSM 用戶的又一機制。 碼 這是一種簡單的鑒權方法。 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 GSM 終端設 培訓教材――移動通信基本知識 13 備中，便視作自己的電話機，通話的計費帳單便記錄在此 SIM 卡名下。為防止盜打，帳單上產生訛誤計費，在 SIM 卡 上設置了 PIN 碼操作（類似計算機上的 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。如客戶輸入了一個錯誤的 PIN 碼，它會給客戶一個提示，重新輸入，若連續(xù) 3 次輸入錯誤， SIM 卡就被閉鎖，即使將 SIM 卡拔出或關掉手機電源也無濟于事，必須向運營商申請，由運營商為用戶解鎖。 鑒權的計算如下圖所示。其中 RAND 是網(wǎng)絡側對用戶的提問，只有合法的用戶才能夠給出正確的回答 SRES。 RAND 是由網(wǎng)絡側 AUC 的隨機數(shù)發(fā)生器產生的，長度為 128 比特，它的值隨機地在 0～2128－ 1（成千上萬億） 范圍內抽取。 SRES 稱為符號響應，通過用戶唯一的密碼參數(shù)（ Ki）的計算獲取，長度為 32 比特。 Ki 以相當保密的方式存儲于 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 算法為鑒權算法，由運營者決定，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）。 移動終端 網(wǎng) 絡算法 A3隨機數(shù)發(fā)生器 算法 A3Ki RANDSRES39。SRESKi 在 GSM 中，傳輸鏈路中加密和解密處理的位置允許所有專用模式下的發(fā)送數(shù)據(jù)都用一種方法保護。發(fā)送數(shù)據(jù)可以是 用戶信息（語音、數(shù)據(jù)??），與用戶相關的信令（例如攜帶 培訓教材――移動通信基本知識 14 被呼號碼的消息），甚至是與系統(tǒng)相關信令（例如攜帶著準備切換的無線測量結果的消息）。 加密和解密是對 114個無線突發(fā)脈沖編碼比特與一個由特殊算法產生的 114 比特加密序列進行異或運算（ A5 算法）完成的。為獲得每個突發(fā)加密序列， A5 對兩個輸入進行計算：一個是幀號碼，另一個是移動臺與網(wǎng)絡之間同意的密鑰（稱為 Kc），見圖。上行鏈路和下行鏈路上使用兩個不同的序列：對每一個突發(fā)，一個序列用于移動臺內的加密，并作為 BTS中的解密序列；而另一個序列用于 BTS 的加密，并作為 移動臺的解密序列。 A5幀號（ 22 比特）Kc （ 64 比特）A5幀號（ 22 比特）Kc （ 64 比特）S1（ 114 比特）S2 （ 114 比特）S1（ 114 比特）S2 （ 114 比特）MS BTS 1. 幀號：幀號編碼成一連串的三個值，總共加起來 22 比特。 對于各種無線信道，每個突發(fā)的幀號都不同，所有同一方向上給定通信的每個突發(fā)使用不同的加密序列。 2. A5 算法 A5 算法必須在國際范圍內規(guī)定，該算法可以描述成由 22 比特長的參數(shù)（幀號碼）和64 比特長參數(shù)（ Kc）生成兩個 114 比特長的序列的黑盒子。 3. 密鑰 Kc 開始加密之前，密鑰 Kc 必須是移動臺和網(wǎng)絡同意的。 GSM 中選擇在鑒權期間計算密鑰 Kc；然后把密鑰存貯于 SIM 卡的永久內存中。在網(wǎng)絡一側，這個“潛在”的密鑰也存貯于拜訪 MSC/VLR 中，以備加密開始時使用。 由 RAND（與用于鑒權的相同）和 Ki 計算 Kc 的算法為 A8 算法。與 A3 算法（由 RAND和 Ki 計算 SRES 的鑒權算法）類似，可由運營者選擇決定。 Kc 的計算如下圖所示。 培訓教材――移動通信基本知識 15 移動終端 網(wǎng) 絡算法 A8隨機數(shù)發(fā)生器 算法 A8Ki RANDKcKiKc 加密對于機密信息十分有效，但不能用來在無線路徑上保護每一次信息交換。首先，加密不能應用于公共信道；其次，當移動臺轉到專用信道，網(wǎng)絡還不知道用戶身份時，也不能加密。第三方就有可能在這兩種情況下幀聽到用戶身份，從而得知該用戶此時漫游到的地點。這對于用 戶的隱私性來說是有害的， GSM 中為確保這種機密性引入了一個特殊的功能。 在可能的情況下通過使用臨時移動用戶身份號 TMSI 替代用戶身