GSM z GSM European Telecommunications Standard Institute ETSI

GSM 系統簡介 z. GSM 標準由歐洲電信標準協會 (European Telecommunications Standard Institute, ETSI) 所制定 z數位蜂巢式電信系統 (Digital Cellular Telecommunications System) z語音編碼和數據傳輸服務 z相容的服務與國際漫遊 (International Roaming) 協定 2

GSM 架構 z圖 9. 1 y. GSM 手機 (Mobile Station, MS) y無線電介面 (Radio Interface) y基地台子系統 (Base Station Subsystem, BSS) y. A 介面 (A Interface) y行動交換中心 (Mobile Switching Center, MSC) y網路與交換子系統 (Network and Switching Subsystem, NSS) 4

NSS 圖 9. 1：GSM 架構 VLR HLRAu. C MSC A Interface BSS BSC A-bis BSS BTS Radio Interface MS MS ME SIM MS 5

GSM 手機 z 使用者識別模組 (Subscriber Identity Module, SIM) y智慧卡或小卡，儲存電話名單 (Customized Dialing Numbers (Contacts))、簡訊 (Short Message)，以及其他 與使用者相關的資料 y以個人識別碼 (Personal Identity Number, PIN) 加以保護 x 2 PINs x. PUK (Personal Unblocking Code) for PIN unlocking y大小格式 x 1 st Form Factor (1 FF): Full-size SIM (1991) x 2 nd Form Factor (2 FF): Mini-SIM (Late 1990 s) x 3 rd Form Factor (3 FF): Micro-SIM (2003) x 4 th Form Factor (4 FF): Nano-SIM (2012) 6

圖 9. 2：GSM 傳送語音的時槽結構 Tailing Data Flag Training Flag Data 3 57 bits 1 26 bits 1 57 bits Tailing Guard 3 8. 25 bits Burst (148 bits or 0. 546 msec) Time Slot (156. 25 bits or 0. 577 msec) 12

GSM 邏輯通道 (Logical Channel) z 資料傳輸通道 (Traffic Channel, TCH) y用來傳送使用者的語音或數據資料 x全速資料傳輸通道 (Full Rate TCH, TCH/F) x半速資料傳輸通道 (Half Rate TCH, TCH/H) z 控制通道 (Control Channel, CCH)（共同通道） y用以傳送系統控制信令 x頻率校正通道 (Frequency Correction Channel, FCCH) x同步通道 (Synchronization Channel, SCH) x廣播控制通道 (Broadcast Control Channel, BCCH) x傳呼通道 (Paging Channel, PCH) x隨機擷取通道 (Random Access Channel, RACH) • 上行，時槽 Aloha 協定 (Slotted Aloha Protocol) x擷取允諾通道 (Access Grant Channel, AGCH) 13

位置追蹤 z註冊程序（圖 9. 3） y廣播控制通道 (BCCH) y國際行動用戶識別碼 (International Mobile Subscriber Identity, IMSI) y暫時行動用戶識別碼 (Temporary Mobile Subscriber Identity, TMSI) z重新註冊 (Re-registration) 15

圖 9. 3：手機註冊程序 5 OLD VLR MSC HLR 2 3 NEW VLR MSC 1 4 16

手機被呼程序 z圖 9. 4 y手機 ISDN 號碼 (Mobile Station ISDN Number, MSISDN) y手機漫遊號碼 (Mobile Station Roaming Number, MSRN) 17

圖 9. 4：手機被呼程序 1 GMSC 1 2 1 other switches HLR 1 2 VLR 3 other switches 3 MSC 3 18

安全驗證 z手機驗證 (Authentication) z訊號加密 (Encryption) z圖 9. 5 y. A 3 演算法：使用者身分驗證、金鑰交換 x. RAND: 128 bits, Ki: 128 bits x. SRES: 32 bits y. A 8 演算法：金鑰產生 y. A 5 演算法：以串流加密器作訊息加密／解密 x. Kc: 64 bits, TDMA Frame Number: 22 bits 20

GSM 資料傳輸 z. GSM Phase 2 標準 y簡訊服務 (Short Message Service, SMS) y送遞訊息服務 (Bearer Service) x數據電路雙向傳輸 (Data Circuit Duplex) x數據分封雙向傳輸 (Data Packet Duplex) z. GSM Phase 2+ 標準 y高速電路交換數據 (High Speed Circuit Switched Data, HSCSD) y一般封包式無線電服務 (General Packet Radio 22 Service, GPRS)

圖 9. 6：HSCSD 架構 24

兩手機間通訊路由的範例 z圖 9. 8 y協定數據單元 (Protocol Data Unit, PDU) y包裝 (Encapsulate) y隧道 (Tunneling) y解包裝 (De-capsulate) 27

y子網路依據收斂協定 (Subnetwork-Dependent Convergence Protocol, SNDCP) x邏輯連結控制層 (Logic Link Control, LLC) x基地台 GPRS 協定 (BSS GPRS Protocol, BSSGP) x無線電連結控制層 (Radio Link Control, RLC) • 選擇性重送 (Selective ARQ) x媒介擷取控制層 (Medium Access Control, MAC) • 時槽 Aloha 型保留協定 (Slotted Aloha Based Reservation Protocol) x實體層 (Physical Layer) • 實體連結子層 (Physical Link Sublayer, PLL) • 實體無線電子層 (Physical RF Sublayer, RFL) 30

分封數據邏輯通道 z 分封廣播控制通道 (Packet Broadcast Control Channel, PBCCH) z 分封共同控制通道 (Packet Common Control Channel, PCCCH) y分封傳呼通道 (Packet Paging Channel, PPCH) y分封隨機擷取通道 (Packet Random Access Channel, PRACH) y分封擷取允諾通道 (Packet Access Grant Channel, PAGCH) y分封通知通道 (Packet Notification Channel, PNCH) 33

z 分封傳輸通道 (Packet Traffic Channel, PTCH) y分封數據通道 (Packet Data Channel, PDCH) y分封相關控制通道 (Packet Associated Control Channel, PACCH) 34

範例： 上行分封數據通道取得流程 z圖 9. 10 y分封通道要求 (Packet Channel Request) x. PRACH y分封即刻分配 (Packet Immediate Assignment) x. PAGCH y分封資源要求 (Packet Resource Request) x. PACCH y分封資源分配 (Packet Resource Assignment) x. PACCH 35

圖 9. 10：上行分封數據通道取得的 流程 MS Network Packet Channel Request Packet Immediate Assignment (Optional) Packet Resource Request Packet Resource Assignment PRACH or RACH PAGCH or AGCH PACCH 36

範例： 下行分封數據通道取得流程 z圖 9. 11 y分封傳呼要求 (Packet Paging Request) x. PPCH y分封通道要求 (Packet Channel Request) x. PRACH y分封即刻分配 (Packet Immediate Assignment) x. PAGCH y分封傳呼回應 (Packet Paging Response) x. PACCH y分封資源分配 (Packet Resource Assignment) x. PACCH, or PAGCH 37

圖 9. 11：下行分封數據通道取得的 流程 MS Network Packet Paging Request Packet Channel Request Packet Immediate Assignment Packet Paging Response Packet Resource Assignment PPCH or PCH PRACH or RACH PAGCH or AGCH PACCH or PAGCH or AGCH 38