GSM随机接入
GSM随机接入
各端信令交换
GSM随机接入的目的是最终要建立MS到MSC间RRC（无线信道第三层子层无线资源管理层）连接。
1、接入前
MS在进行随机接入之前，小区中心的基站持续通过BCCH信道广播基站信息。包括位置区识别码（LAI）、小区识别号（CGI）、本小区频率列表、随机接入控制信息、小区选择参数等等。小区内所有MS都能收到这些信息。选定该小区的MS会在公共信道RACH上“试探性”地向基站发起信道申请。
2、 建立物理层连接
2.1 MS信道请求
MS通过随机接入信道（RACH）发起“信道申请”（Channel Request），要求BSC给其分配一个SDCCH信道，用于信令传递。RACH信道位于上行BCCH载频的0号时隙，属于公共信道。小区内MS都会在这里递交入网请求。
BTS收到MS的“信道申请”后，接着向BSC发送一条“信道请求”（Channel Required）的消息。这条报文包含有BTS对传输时延的估计，以TA值（Timing Advance）形式传送。为了之后MS在业务信道TCH上进行话务通信时提前一定时间，以均衡传输时延，不影响TDMA帧其他时隙的信令传输。
注：
碰撞问题：
当有多台MS同时接入RACH信道，1若信号电平相差较大，则直接选取电平较大的信号，允许其接入信道，并将其他信号视为噪声滤掉。2若信号电平相差不大将启用类似ALOHA协议的机制。在一定时间没有接收到回馈信息时，MS将以一个随机时间重新发送“信道申请”，直到某一时间只有这个单一MS发送为止。若超过最大重传次数，则MS判断当前小区拥塞，将进行小区重选。
RACH信息格式：
TDMA信道一个时隙上采用突发脉冲形式传输。“信道申请”以接入突发脉冲序列（Access Burst）在RACH信道传输报文。接入突发脉冲序列（156.25bit）
| 尾比特 |
同步序列 |
加密比特 |
尾比特 |
保护间隔GP |
| 8bit |
41bit |
36bit |
3bit |
68.25bi |
起始比特位8位：（0,0,1,1,1,0,1,0）
结束比特位3位：（0,0,0）
加密比特36bit： 3bit信息为信息+5bit移动台随机鉴别符构成8bit信息位的信息，8bit信息位的信息+6bit基站识别码+4bit尾位=18bit，18bit按1:2的卷积编码得到RACH突发脉冲上36bit的数据。
| B7 |
B6 |
B5 |
B4 |
B3 |
B2 |
B1 |
B0 |
原因码 (前3个)随机鉴别数(后5个)
原因码描述MS接入网络的原因，随机鉴别数用于区分不同的MS，可以区分32台MS。
同步序列41bit： 训练序列使发送端和接受端共知的序列，用来监听无线信道，并产生接收机的冲击响应估计，该估计用于解调过程，以均衡多径传播效应。训练序列大小为16bit，通过复制该序列尾部的最后5bit和序列首部的最初5bit，向两个方向扩展。采用GMSK调制方式，在选择中间16bit时要求其自相关函数具有较高的峰值。每侧 重复的比特数要确保信道估计的结果在被信息化比特恶化前最多可达到5bit宽度。
保护间隔GP：第一个接入突发脉冲还没有进行时间调整，68.25bit防止因传播时延不同而在基站侧产生前后交叠，干扰别的时隙通信。
TA值确定：
为了确定MS和BSS间的传播时延，BSS使用接入突发脉冲序列中的同步序列。与预计零距离发出的序列相比较，BSS检查实际同步序列会延迟多少比特到达。TDMA信道中单个比特占用时间为3.69μs。通过这个我们就可以得出ＴＡ值。
所以每延迟3.69μs，TA值将增加1。如果延迟小于3.69μs，那么就是TA0，对应关系如下
2.2 BSC对信道进行激活
BSC收到“信道请求”信息后，会根据接入原因和无限资源状况，打算分配一个独立专用控制信道SDCCH给MS。但是这条信道的可用性需要进行验证。于是BSC向BTS发送一条“信道激活”（Channel Active）消息来查询相应的地面资源（传输电路等）是否可用。BTS在准备好相应资源后，将返回一条“信道激活证实（Channel Active ACK）”消息来答复BSC。SDCCH在BCCH载频的第2时隙。
2.3 BSC为MS指配信道
BSC于是在允许接入信道（AGCH）信道中发送“立即指配”（Immediate Assignment）消息给MS，为其分配SDCCH。至此，完成了物理层的连接。
注：
AGCH信息格式：
“立即指配”信息是由普通突发脉冲来进行传输。
| 尾比特 |
加密比特 |
Flag |
训练系列 |
Flag |
加密比特 |
尾比特 |
保护间隔 |
| 3bit |
57bit |
1bit |
26bit |
1bit |
57bit |
3bit |
8.25bit |
尾比特TB：TB总是000，以帮助均衡器识别起始位和终止位。
训练序列：普通突发脉冲序列有一个26比特的训练序列，这是一串特定的比特序列，共8种。BTS设置BSIC号时，相应的比特序列就设置好了。每个小区将确定一个训练序列，在BCCH广播给小区MS。通过MS和BTS间的信令交互，帮助均衡器产生和修正信道模型，以消除时间色散。
加密比特（Encrypted Bit）：语音信号等经过A5算法加密后填充进上述两个57bit中。
Flag：2个偷帧位，“0”代表TCH，“1”代表FACCH。只有一个1，代表序列一半被FACCH信令借用，以此类推
T3122计时器:
当BSC发现接入话务太多、无线信道拥塞、TA值超界等时，没有可供分配的信道，就直接拒绝RACH上的请求信息。被拒绝的MS在T3122计时器规定的时间内所有的信令全被拒绝，MS会受到“请求拒绝”消息，返回空闲状态，直到T3122逾时才进行新的“信道申请”。
3、建立数据链路层连接
MS调整到SDCCH信道后，Um口的LAPDm协议让MS发送一个SABM帧给BTS，BTS收到后会不经修改的返回一个内容一样的UA帧给MS，MS比对后确认一致就继续接入，否则就放弃该信道，重新申请信道。BTS在发送UA帧的同时，会通过Abis接口发送“建立指示”（Establish Indication）信息，用于告知BSC完成LAPDm连接。
注：
SABM帧：
有可能存在两台MS的“信道申请”中的8bit信息一模一样，而SABM帧包含有详细的接入原因、移动台识别码IMSI、移动台类别、传输功率等级、加密算法等。由于IMSI独一无二，所以SABM帧和UA帧一来一回就能唯一确定接入网络的MS了。
接入等级（Access Class）：
网内用户被分为15个等级，需要控制业务量时，由BSC决定阻塞某些接入等级。等级0~9：普通用户。等级11~15：PLMN管理、安全部门、公共业务部门、紧急呼叫、PLMN职员。
4、建立A口的SCCP连接
BSC通过“立即指配”和“信道激活”指令建立了“MS-BSC”的链路，要完成一次呼叫，还需要在A口建立链路，以完成“MS-MSC”的完整通道。BSC和MSC之间的MTP连接在通话前已经建立好了。我们需要在MTP层建立SCCP链路，因为A口的信令都是通过SCCP进行传输的。SCCP连接建立的时候BSC会向MSC发送CM业务请求信息。至此，我们建立了MS-MSC之间的完整通道，完成了RR连接
5、拓展 ：MS实现主叫的流程
就是无线信道第三层无线资源管理（RR）、移动性管理（MM）和呼叫控制（CC）这三个子层建立连接的过程。
5.1 MM层连接的建立：
之前随机接入已经实现RR层连接。MS上行通过CCCH发送CM（Service Request）请求业务（如电路交换连接、短线业务等）；MSC通过SDCCH下行发送鉴权请求(Auth Request)；MS通过SDCCH上行发送鉴权响应(Auth Response)；交换中心通过SDCCH下行发送加密命令(Ciphering Request)；MS在SDCCH上行发送 加密完成（Ciphering Complete）。至此，MM层建立完成。
5.2 CC层连接的建立：
CC层开始使用的都是SDCCH信道，手机上行发送呼叫请求(Set Up)，请求内容为呼叫请求的业务种类以及MS发送方式、编码保准等；MSC下行发送呼叫确认（Call Confirmed）并下行发送振铃(Alerting)，MSC发送提醒消息给BSS，如果MS收到提醒消息，就应当接通话音通路，此时主叫用户可以听到振铃声，表示被叫用户正在振铃；MSC通过BSS发送连接（Connect）消息给MS,表示连接证实消息，停止所有本地产生的振铃指示，进入“激活”状态；BTS进一步把收到的消息分配命令（Assignment Command）发送给MS，分配TCH, 然后把分配完成（Assignment Complete）由移动台发送给网络以指示移动台已成功建立主信令链路,BSS证实MSC获取信道,通知MS此时释放SDCCH，使用TCH信道，并下行发送连接确认（Connect Acknowledge），表示网络接收连接。至此，CC层建立，通话开始建立。