GSM系统接口协议是参照OSI（Open System Interconnection）的模型，按功能划分出不同的层面。Um接口遵循GSM04.07，GSM04.08规范，并且支持GSM900/1800的移动台接入的功能。Um接口的协议分层结构如图1-3-2所示。
UmCML3MMRRL2L1LAPDmPHLMSRRLAPDmPHLBTS图1-3-2 Um接口协议分层示意图 1．Um接口的第一层传输层（或物理层），提供无线链路的传输通道，通过无线电波载体来传送数据，为高层提供不同功能的信道包括业务信道和逻辑信道。
2．Um接口的第二层数据链路层，为MS和BTS之间提供可靠的数据链接，采用的是LAPDm协议，它是GSM的专用协议，基于ISDN的D信道链路接入协议（LAPD），再加上移动应用方面的协议。 3．Um接口的第三层应用层，主要负责控制和管理的协议，把用户和系统控制过程的信息按一定的协议分组安排在指定的逻辑信道上，它包括CM，MM和RR三个子层。
? RR层：主要负责无线资源管理，在用户通信期间建立和释放移动台和MSC之间的稳定连接，
主要由MS和BSC完成。
? MM层：主要负责移动性和安全性管理，当环境发生变化时，移动台可以作出不同网络的蜂房
选择，使呼叫用户过程有效建立，另外还管理用户的位置数据（位置更新）
? CM层：主要负责通信管理，在用户之间建立连接、维持和释放呼叫（可分为CC—呼叫控制，
SSM—附加业务管理，SMS—短消息业务）。
1.4 GSM基站实验系统软件组成
实验系统内部软件主要划分为控制与实验模块（CEM）、帧单元控制模块（FUC）、信道编解码模块（CHP）三部分，各部分软件根据各自的功能，采用不同的软件平台。 1．控制与实验模块（CEM）
CEM是GSM基站实验系统的操作实验单元，其主要功能包括：
（1）基站及基站各单元配置管理及实验 （2）移动台入网过程实验配置及实验管理 （3）移动台号码分配配置及实验管理 （4）基站短消息发送配置及实验管理
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（5）移动台主叫配置及实验管理 （6）移动台被叫配置及实验管理 （7）系统实验管理 2．帧单元控制模块（FUC）
FUC软件模块位于系统的TRM（Transceiver Module）模块的TPU（Transceiver Process Unit）收发信机控制单元中。负责处理无线载频上的无线信令、和BSC接口的信令以及每个信道的管理等，其主要的功能为：
（1）软件完成GSM信令协议的处理和变换，包括与BSC的第二层协议LAPD、与CMM的第二层协议（HDLC）、与Um接口的第二层协议LAPDm以及GSM的第三层的无线资源管理协议。
（2）负责Um接口上对TDMA复帧的成帧、帧号FN的接收、跳频的计算和对CHP的管理控制。 3．信道编解码模块（CHP）
CHP软件模块位于GSM基站实验系统平台的TRM中，实现BTS的全部基带信道处理功能和相应的部分控制功能，是基站与移动台之间的咽喉，其主要功能如下：
（1）信道编码CHENC是BTS发射通路的一部分，可支持8个全速率业务信道，同时完成数据和话音信道的速率适配、带内信令管理和远端译码电路同步、信道的编码和交织、突发脉冲序列的建立、TDMA复帧的建立、虚拟突发的插入。
（2）信道解码CHDEC是BTS接收通路的组成部分，处理TDMA帧8个时隙传输的信息，主要完成快速随路控制信道（FACCH）检测、解交织、译码、误码率的计算、速率适配、话音数据的重排。 （3）解调DEMOD是BTS接收通路的组成部分，处理TDMA帧内8个时隙基带信号均衡、GMSK解调、信道脉冲响应的估计、到达时间的估计。
1.5 系统实验
系统实验的目的是让学生掌握GSM基本的呼叫和管理信令流程，包括开机IMSI附着过程；MS（移动台）主叫、被叫信令过程；移动性管理中的位置更新过程。另外，通过实验学生还可以观察并掌握移动台进行开机、关机、位置更新（漫游）等动作时，系统与手机间相应信息的实际交互内容。本部分有五个实验。
（1）GSM移动台开机入网和关机实验
学生在移动台入网和关机实验中，A、可以清楚得看到移动台在开机后，MS同网络之间的信令交互过程；B、开机后，MSC/VLR的数据列表中对于本MS参数的改变。C、按动关机键后，MS和网络之间信令的交互过程。 （2）移动性管理实验
GSM移动性管理实验主要是观察位置更新过程：学生可以从界面上观察到MS进行位置更新时，MS、BS实体之间的信令交互过程。
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（3）移动台主叫实验
本实验中，学生将使用自己的手机输入平台上的软件电话终端号码，开始移动台主叫实验。平台界面中将看到移动台主叫时，MS和BS之间的信令交互过程。交互过程结束后，主叫学生可以和平台上的软件电话终端进行通话。通话结束后，在界面上还将显示话音释放过程中的信令交互过程。
此外，通过与被叫合作，还能够观察到：
A、 被叫号码不存在。 B、 被叫不开机或被叫忙。 C、 被叫长时间不接听电话
等意外事件发生时的信令交互过程。 （4）移动台被叫实验
本实验中，学生手机作为被叫MS，用平台上的软件电话终端主呼此学生手机。学生平台界面上将显示移动台被叫时，MS和BS之间的信令交互过程。交互过程结束后，主叫学生平台和被叫学生平台就可以进行通话。通话结束后，在界面上还将显示话音释放过程中的信令交互过程。 （5）短消息发送实验
本试验中，学生可以通过平台界面输入短消息及发送号码，实现短消息发送。在此交互过程中，学生可以观察到MS和BS之间的信令交互过程。通过学生间的合作，还可以实现接入本实验平台间的手机短消息互发，并观察到MS和BS之间的的信令交互过程。（本实验目前只支持英文）
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第二章 GSM中常用的基本技术与概念
2.1 信道与信道组合
GSM900/1800工作的无线频率见表2-1所示。
表2-1 GSM900/1800无线频率配置表
系统名称 频率配置 上行频率：890MHz ~ 915MHz GSM900 下行频率：935MHz ~ 960MHz 双工间隔为45MHz，工作带宽为25MHz，载频间隔200kHz 上行频率：1710MHz - 1785MHz GSM1800 下行频率：1805MHz - 1880MHz 双工间隔为95MHz，工作带宽为75MHz，载频间隔200kHz GSM900工作带宽25MHz，每个载频的带宽为200kHz，因此最多可获得124个载频频道。GSM1800则有374个载频频道。
我们将这里的频道常常称为信道，每个信道带宽为200kHz。
为便于无线管理，对系统中每一条信道都有明确的信道编号，具体计算方法如下： GSM900： Fu（n）=890+0.2n （MHz）
Fd（n）=Fu（n）+45 （MHz）
n：为绝对射频频道（信道）号，即ARFCN，其值为1≤n≤124
GSM1800： Fu（n）=1710.2+0.2（n-512） （MHz）
Fd（n）=Fu（n）+95 （MHz） 512≤n≤885
由此可见，每信道都与一个ARFCN号对应。
2.1.1 时隙与多址方式
GSM系统中一个信道在时域和频域的平面中可用图2-1表示， GSM既是时分制又是频分制的，即GSM系统空间接口采用FDMA与TDMA的混合方式，所以它的容量要比单纯频分或时分的无线通信容量更大。GSM的突发传输是在时间窗口和频率窗口中进行的，称之为一个间隙，它持续577μs，并占据200kHz
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带宽。
频率200kHzBP15/26ms时间间隙图2-1 时域与频域中的时隙
从频域角度来看，在系统频段内，每200kHz设置时隙的中心频率，即GSM规范中的射频信道。从时域的角度来看，间隙在频域上循环发生，每次占15/26ms（约577μs），称之为突发脉冲序列周期BP（Burst Period），这些间隙的时间间隔称之为时隙（Time Slot）。GSM系统每8个时隙为一个周期，即每个载波有8个物理信道。
2.1.2 帧结构
一个时隙为15/26ms（约577μs），包含156.25个码元。每个时隙对应一基本物理信道，每个载频有8个时隙，可供不同的用户使用，相邻的8个时隙构成一个基本单元， 称为TDMA帧。
帧（Frame）：表示接连发生的n个时隙。在GSM系统中，对全速率业务信道而言，n=8，即一个TDMA帧包含8个基本的物理信道。图2-2表示了TDMA帧的完整结构。
每个TDMA帧含8个时隙，共占60/13≈4.615ms。每个时隙含156.25个码元，占15/26ms，约为577μs。 多个TDMA帧构成复帧，GSM中存在两类复帧：
1．26帧的复帧：包含26个TDMA帧，周期为120ms，用于业务信道和随路控制信道。 2．51帧的复帧：包含51个TDMA帧，周期为3060/13ms≈235ms，用于控制信道。
多个复帧构成超帧（Super Frame），它是一个连贯的51×26的TDMA帧，超帧的周期为1326个TDMA帧，即6.12s。
超高帧由2048个超帧构成，周期为12533.76s，超高帧每一周期包含2715648个TDMA帧，即TDMA帧号（FN）从0至2715647。
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