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1、2020年10月2日,1,GSM数字移动通信系统介绍,2020年10月2日,2,目 录,第一部分 移动通信系统的概述第二部分 GSM系统结构与接口第三部分 GSM系统业务流程第四部分 短消息业务介绍第五部分 无线应用协议WAP第六部分 通用分组无线业务GPRS,2020年10月2日,3,第一部分 移动通信系统的概述,一、移动通信的发展与现状二、GSM移动通信系统主要性能简介,2020年10月2日,4,一、移动通信的发展与现状,第一阶段：从上世纪20年代至40年代早期，短波无线通信。第二阶段：从40年代中期至60年代初期，移动无线通信开始问世。第三阶段：从60年代中期至70年代中期，大区制移动电
2、话。第四阶段：从70年代中期至80年代中期，是移动通信蓬勃 发展时期。1978年底，美国贝尔实验室研制成功先进的移动电话系统（AMPS），建成了蜂窝状移动通信网。第五阶段：从80年代中期开始，欧洲推出GSM体系，美国和日本也制定了各自的数字移动通信体制。,2020年10月2日,5,移动通信迅速发展的原因,市场驱动-中国大陆：移动电话用户1999年超过4000万用户，移动电话业务量占整个电信业务量的50%。据信息产业部副部长娄勤俭说，到六月底，中国内地移动电话用户将达到1.16亿户，比去年年底净增3000多万户。-全球移动电话用户到2000年已达到5亿。目前，全球约每10人拥有一部手机，而未来五
3、年内，每五人就拥有一部手机。,2020年10月2日,6,移动通信迅速发展的原因(续),技术发展-微电子技术长足发展，如DSP、VLSI、天线技术-形成移动通信新体制，蜂窝网。-微处理技术及计算机技术政府调节-颁布有利于移动通信发展的政策-分配或拍卖频段,2020年10月2日,7,移动通信系统的演进,1G 2G 2G+3G AMPS GSM900 GSM WCDMATACS DCS1800-HSCSD CDMA2000 NMT450 PCS1900-GPRS TD-SCDMANMT900 PDC-EDGE IS95A-CDMA IS95B-CDMA 80S 90S 2001,2020年10月2日
4、,8,各类主要蜂窝系统概况,2020年10月2日,9,二、GSM系统主要性能简介,1、发射频率：上行890-915MHz 下行935-960MHz2、多址方式：TDMA3、双工方式：FDD4、双工间隔：45MHz5、载波频道间隔：200KHz，共124载频。6、语音编码：规则脉冲激励长期预测编码（RPE-LPC），语音编码速率13kbps。,2020年10月2日,10,GSM系统主要性能简介（续）,7、信道编码：采用循环冗余码、1/2卷积码及交织编码。8、跳频速率：217跳/秒9、调制方式：高斯滤波最小移频键控（GMSK），调制速率270.833kbps。10、时隙和TDMA帧：物理信道/时隙
5、，时隙周期577us，8时隙/帧。9、小区结构：在农村地区可采用宏小区，小区半径可达35km；城市地区小区半径一般为10-20km；市中心等业务密集地区可采用微小区，半径0.5km。,2020年10月2日,11,第二部分 GSM系统结构与接口,一、GSM系统结构二、GSM系统的各类接口三、GSM系统的控制与管理四、GSM系统的接续和移动管理过程,2020年10月2日,12,一、GSM系统结构,2020年10月2日,13,GSM系统设备,1、移动台MS2、基站子系统BSS 基站控制台BSC 基站收发信台BTS4、操作维护子系统OMC OMC-B OMC-S,3、网络交换子系统 移动交换中心MSC
6、 归属位置寄存器HLR 访问位置寄存器VLR 设备标志寄存器EIR 认证中心AUC,2020年10月2日,14,移动台语音处理的过程,2020年10月2日,15,基站子系统BSS,基站系统是在小区内建立无线电覆盖的设备，负责管理无线资源，建立移动台与网络之间的无线信道，传送网络的各种信令及用户信息等。一个基站系统BSS包含一个基站控制器BSC以及一个或多个基站收发信台BTS。一个BTS在一个小区内建立无线电覆盖，故一个基站系统的覆盖区域包含若干个小区。基站系统包含两类逻辑信道：业务信道：全速率信道和半速率信道控制信道：广播信道、公共控制信道、专用控制信道,2020年10月2日,16,基站子系统
7、的功能,无线信道管理*信道配置管理*独立专用控制信道和业务信道管理*广播控制信道和公共控制信道管理*随机接入*信道编码解码*定时超前*无线资源指示*寻呼*越区切换,2020年10月2日,17,网络交换子系统,MSC：作为交换设备，具有完成呼叫接续与控制的功能；作为移动交换中心，具有无线资源管理和移动特性管理等功能。GMSC：信关MSC，提供所有入网呼叫的查询和转接能力。HLR：用于移动用户管理的数据库。包含的用户信息分为两类：一类是有关用户参数的信息，另一类是有关用户当前位置的信息。VLR：存储用户位置信息的动态数据库。EIR：存储有关移动台设备参数的数据库。AUC：存储有关移动用户的身份以及
8、产生相应认证参数的功能实体。,2020年10月2日,18,操作维护分系统,1、OMC-S对交换分系统的操作维护操作功能：系统控制、移动用户管理、服务管理、业务管理、计费、路由和网络管理。维护功能：移动用户线维护、局间中继线维护、系统软硬件维护。2、OMC-R对基站分系统的操作维护包括：人机接口管理、保密管理、配置管理、运行管理、出错管理,2020年10月2日,19,二、GSM系统中的各类接口,2020年10月2日,20,1、Um无线接口,规定信道结构和接入能力定义MS-BS通信协议完成呼叫控制处理实现移动性、安全管理完成功率控制等业务功能,2020年10月2日,21,信道的帧结构,2020年1
9、0月2日,22,GSM逻辑信道类型,业务信道TCH：全速率TCH全速率语音信道全速率9600bps数据信道全速率4800bps数据信道全速率2400bps数据信道半速率TCH半速率语音信道半速率4800bps数据信道半速率2400bps数据信道,2020年10月2日,23,GSM逻辑信道类型（续）,控制信道：广播信道、公共控制信道、专用控制信道广播控制信道（BCH）频率校正信道（FCCH）：移动台频率校正 同步信道（SCH）：移动台的帧同步和基站识别 广播控制信道（BCCH）：发送一般消息公共控制信道（CCCH）寻呼信道（PCH）：基站寻呼移动台 随机接入信道（RACH）：移动台随机接入网络
10、准予接入信道（AGCH）：给成功的接续分配专用控制信道专用控制信道（DCCH）独立专用控制信道（SDCCH）：传送移动台与基站连接及分配信道的信令 快速辅助控制信道（FACCH）：传送功率控制、测量数据等特定信息 慢速辅助控制信道（SACCH）：所携带信令与FACCH相同，但速率较慢。,2020年10月2日,24,时隙和突发,时隙：为576.9us的时间片，含156.25bit。突发序列：在一个时隙中，被发送的无线载波所携带的信息比特串。根据功能不同，共有4种突发形式：普通突发序列：携带业务信道和除FCCH、SCH、RACH外的控制信道信息。频率校正突发序列：用于移动台频率同步。同步突发序列：
11、用于移动台定时同步。接入突发序列：用于移动台随机接入。,2020年10月2日,25,突发脉冲序列,2020年10月2日,26,无线资源分配,小区配置：将无线频率信道的一个子集分配给某特定的小区使用。移动配置：将小区配置的无线频率信道中的若干个动态分配给某个移动用户。时隙的分配：在上下行链路上成对进行。在BTS一侧，上行TDMA帧比相应下行 TDMA帧固定延迟3个时隙。在移动台一侧也存在相应的延迟。慢跳频：每个移动台在每个TDMA帧的发送时隙改变一次频率。,2020年10月2日,27,2、A接口功能,*地面信道功能-地面信道分配、地面信道阻塞、测试呼叫*无线信道管理-信道配置管理-无线业务信道管
12、理：无线信道指配、无线业务信道监视、跳频管理、空闲无线业务监视、业务信道功率控制、业务信道释放、-广播、公共控制信道管理：随机接入、寻呼消息-专用信道管理：链路监视、信道释放、功率控制、无线信道指配,2020年10月2日,28,A接口功能（续）,*资源指示：BSS向MSC汇报空闲无线信道状态*信道编码解码*码型转换/速率适配*互通功能：对其他网络数据呼叫的互通功能由MSC完成*测量信息：空中链路、业务流量测试，MS报告，BSS接收和预处理，传送给MSC处理。*切换：小区内、小区间、外部切换*移动管理：由MSC/HLR/VLR和MS共同完成*呼叫控制：由MSC/VLR/HLR完成*安全特性：用户
13、数据密钥管理、用户识别、信令信息保密、用户鉴权,2020年10月2日,29,三、GSM系统的控制与管理,1、GSM识别码2、位置区划分3、位置登记/删除4、用户管理5、鉴权与加密6、呼叫处理过程7、越区切换/漫游,2020年10月2日,30,1、GSM识别码,1、移动用户号码MSISDN：CC+NDC+SN CC：国家码，中国86 NDC：国内目标码 SN：用户码2、移动用户识别码IMSI：MCC+MNC+MSIN MCC：移动国家号，中国460 MNC：移动网号，中移动00，联通01 MSIN：移动用户识别号3、移动设备识别码IMEI：TAC+FAC+SNR+SP TAC：型号批准编码 FA
14、C：装配厂家编号 SNR：序号编码 SP：备用,2020年10月2日,31,GSM识别码(续),4、移动台漫游号码 MSRNCCNSCSN 用于一次呼叫的路由选择。CC国家号 NDC国内目的地号码(用于识别MSC/VLR）SN用户号，对应于用户的IMSI号码5、临时移动用户识别码（TMSI）用于保护IMSI码，该号只在本MSC区域有效，其结构可由各电信部门选择，长度不超过4个字节。,2020年10月2日,32,GSM识别码(续),6、位置区识别码LA=MCCMNCLAC MCC移动国家号，识别一个国家 MNC移动网号，识别国内的GSM网 LAC位置区号码，识别一个GSM网中的位置区7、小区全球
15、识别码CGI MCCMNCLACCI 用于识别一个位置区内的小区。8、基站识别码（BSIC NCCBCC）(6bit）NCC国家色码，用于识别GSM移动网(3bit)BCC基站色码，用于识别基站(3bit),2020年10月2日,33,2、位置区划分,1、MSC/VLR业务区：MSC/VLR所覆盖的服务区域，凡在该区的移动台均在该区的拜访位置寄存器（VLR）登记。2、位置区（LA）广播寻呼消息以便找到某移动用户的寻呼区域。利用位置区识别码（LAI），系统能够区别不同的位置区。3、小区（CELL）一个位置区划分为若干个小区，它是一个BTS的无线覆盖区域。一个小区具有一个全球识别码（CGI）的。同
16、时，利用基站识别码BSIC），移动台本身能区分使用同样的载频的各个小区。,2020年10月2日,34,MSC业务区,2020年10月2日,35,P,L,M,N,服,务,区,M,S,C,V,L,R,服,务,区,位,置,区,小,区,2020年10月2日,36,3、位置登记/删除,移动台的几种状态：1、移动台关机 系统启动IMSI分离进程，再有关的VLR和HLR中设置标志。MS不能应答寻呼消息，网络不能达到MS。同时它也不能通知网络其所处的位置区的变化。IMSI“分离”状态。2、移动台开机，空闲状态 系统可以成功地寻呼MS，IMSI“附着”状态。3、移动台忙 网络分配给MS一个业务信道传送话音或数据
17、，当MS移动时它必须有能力进行定位和切换。,2020年10月2日,37,*首次入网位置登记,由于MS第一次被使用，所以MSC/VLR没有此MS的任何信息，若MS发现当前的LA码与原来的不同，MS接入系统要求登记，MSC/VLR登记该MS的位置信息并将该请求往HLR记录，MSC/VLR对该MS作“附着”标记，这时这个MS被激活。,2020年10月2日,38,*正常位置更新,BTS,1.,2.,2.,3.,3.,4.,4.,2020年10月2日,39,正常位置更新过程,1、MS在新的小区内读到其BCCH上的信息，找到该小区的LAC，该LAC与MS内所存的LAC进行比较，当两者不一致时，需进行位置更
18、新。2、MS通过RACH向系统发出接入申请，通过申请到的SDCCH建立与网络的联系。3、MS经SDCCH向系统发出位置更新请示。4、新的LAC与旧的LAC属于同一MSC/VLR时，位置更新在该MSC内完成,MSC需在VLR中对该MS的位置信息进行修改。5、位置更新被系统认可，MS、RBS被通知释放所占用的信令信道。,2020年10月2日,40,*周期性位置登记,当MS向网络发送“IMSI分离”消息时，无线链路质量差，系统有可能不能正确译出信息，由于没有证实消息发送给MS，之后MS也没有再发分离信号，因此系统仍认为MS处于附着状态，为解决这一问题，系统采取了强制登记措施，要求MS每过一定周期要登
19、记一次。若系统没有接收到某MS的周期性登记信息。它所处的VLR就以“分离”在此MS上做标记，定程序称“隐分离”。,2020年10月2日,41,不同MSC/VLR区间漫游时的位置更新过程:,BSC,MSC,VLR,HLR,BSC,MSC,VLR,1,2,3,4,5,6,位置更新请求,位置更新请求,请求位置更新接受,位置更新证实,位置删除,位置删除接受,小区2,小区1,2020年10月2日,42,位置删除,当移动台进入一个新的VLR区域并进行位置登记后，HLR应向前一个VLR发送取消位置消息来删除该VLR中有关数据。,2020年10月2日,43,4、用户管理,*用户注册 发放用户识别卡SIM和在网
20、络端的数据库中为该用户建立相应的档案，即在HLR和AUC中为用户开户头，分配IMSI。*SIM卡-SIM卡生产厂商存入的系统原始数据-网络运营商注入的参数：IMSI、鉴权密钥Ki、A3算法、A8算法,2020年10月2日,44,5、鉴权与加密,下列情况需先经过鉴权-移动台呼出及呼入。-移动台位置登记、位置更新。-移动台补充业务的登记、使用、删除。,2020年10月2日,45,AUC,Kc,SRES,RAND,Kc,SRES,RAND,加密算法8,鉴权算法3,结果,结果,数据库IMSI和鉴权,产生随机数,HLR,2020年10月2日,46,鉴权过程,2020年10月2日,47,6、呼叫处理过程,
21、2020年10月2日,48,2020年10月2日,49,2020年10月2日,50,7、越区切换,越区切换：当移动台在通话期间从一个小区移动到另一个小区时，要进行无线信道的转换而不中断正在进行的通话。在呼叫过程中，移动台不断测量它所在小区的基站及相邻小区基站发射无线信号的射频和信号质量，并周期的将测量结果报告给BSS并送给MSC。切换类型包括：同一BSC内小区间的切换同一MSC内不同BSC小区间切换不同MSC/VLR间小区切换,2020年10月2日,51,同一BSC内区间的切换,1、命令新BTS激活新的TCH2、向MS发新的信道信息3、MS调谐后发RACH4、基站收到后在FACCH上发动态信息
22、5、MS收到后发切换完成6、释放原TCH,BSC,BTS1,BTS2,1,2,2,3,4,5,5,6,2020年10月2日,52,同一MSC内不同BSC小区间切换,4、发送新频道、信道信息5、用RACH发切换接入6、发功率控制等级等信息7、收到信息后发切换完成信息8-9、释放原信道 TCH,老FACCH,RACH,新FACCH,激活新的TCH,1、发新小区基站号2、查出新的BSC并发请求3、激活新的TCH,2020年10月2日,53,10,5,6,6,GSM PLMN PSTN,1、发送切换请求信息2、发送切换协助请求信息3、分配切换号，发送切换请求信息4、要求激活新TCH，送给BSC5、将切
23、换号、TCH信息送回,6、MSCA与MSCB建立局间中继路由7、经FACCH发送有关切换的信息8、经RACH发切换接入9、发送功率控制等信息10、发送切换完成信息,MSCA将掌握总的呼叫控制直至呼叫结束,2020年10月2日,54,7、计费,对话音计费：各节点MSC将用户的详细通话记录通过送到计费网关，由计费网关进行详细通话记录统计并送到计费中心根据费率进行结算。,2020年10月2日,55,四、短消息业务介绍,1、短消息业务原理及流程2、移动梦网介绍,2020年10月2日,56,1、短消息业务原理,短消息业务分类:-移动台接收/发送点对点短消息 短消息的传递总是在移动台和某个短消息中心之间进
24、行。接收短消息的短消息关口站称为SMS-GMSC，发短消息的短消息关口站称为SMS-IWMSC。-小区广播型短消息:如交通流量状况、气象状况,2020年10月2日,57,短消息业务流程,2020年10月2日,58,2、移动梦网掌中的超市,移动梦网：中国移动与众多SP合作，向移动客户提供数据应用服务，包括：WAP、短消息、移动游戏、信息点播、掌上理财、旅行服务、移动办公、移动银行、移动电子商务等等各种各样的业务。移动梦网现状：目前与中国移动进行合作的SP已近500家，包括新浪、搜狐、网易、263等一些知名的门户网站，也包括一些有很强创新性和特色的网站，如腾讯QQ，灵通网及168WAP等。使用移动
25、梦网业务的方法：到相关的网站定制用手机直接点播通过手机浏览器获取,2020年10月2日,59,第五部分 无线应用协议WAP,1、WAP的原理2、WAP应用,2020年10月2日,60,WAP的定义,Application ProtocolWAP是一种向移动终端提供互联网应用和先进增值服务的全球性开放标准 面向移动终端提供数据服务是个开放的标准,2020年10月2日,61,为什么需要WAP,无线信道的带宽窄、稳定性差，TCP/IP的性能将受严重影响移动终端的处理能力和内存有限，难以处理现有的因特网协议族移动终端的显示和输入方式与计算机不同，现有因特网应用服务不能被移动终端使用结论：在现有条件下，
26、需要为移动终端制定新的协议,2020年10月2日,62,WAP的设计原则,基于现有因特网-对现有的因特网标准进行简化-尽量利用现有的因特网资源独立于无线网络-能在各种无线承载网络上使用独立于无线设备-能运行在从手机到PDA等移动终端上保证交互操作-遵循WAP标准，不同厂家的设备就可以互操作,2020年10月2日,63,WAP提供的业务,信息服务-新闻、天气、体育、交通、股票行情消息服务-Email、语音信箱、短消息、传真电子商务-在线定票、股票交易、手机银行,2020年10月2日,64,无线承载信道,短消息SMS-GSM、CDMA电路交换数据-GSM、IS-136、CDMA分组交换数据-GPR
27、S、IS-136、CDMA,2020年10月2日,65,WAP系统的结构,因特网,WAP终端,无线网,WAP网关,WAP服务器,WWW服务器,2020年10月2日,66,GSM SMS实例,2020年10月2日,67,第六部分 通用分组无线业务GPRS,1、GPRS的原理2、GPRS的实现,2020年10月2日,68,1、GPRS的原理,GPRS：General Packet Radio ServiceGPRS是一种基于GSM的移动分组数据承载业务，在移动用户和远程数据网之间提供数据连接。基于GSM分组交换模式用于承载数据业务,2020年10月2日,69,发展GPRS的原因,移动通信网上数据业
28、务量增加GSM缺乏高速的数据承载业务 SMS：基于信令信道 CSD：独占信道，数据率只有9.6kbps,2020年10月2日,70,GPRS的特点,采用分组交换技术提供较高得数据速率可实现非对称链路一次连接永远在线同时支持话音和数据提供了与IP网络的互通功能,2020年10月2日,71,分组的统计复用,多个用户共用一个时隙,2020年10月2日,72,四种编码方案,编码方式级别越高，速率越高，前向纠错能力越弱CS-4的码率将近1:1，几乎没有冗余信息，也就没有纠错能力,2020年10月2日,73,GPRS的速率,使用CS-4，GPRS可提供高达171.2Kbps的传输速率，这只是理论上和理想条
29、件下的值由于基站传输、无线干扰等因素，近期可用的编码方案是CS-1和CS-2目前GPRS可提供的最大理论速率为：13.4*8=107.2Kbps2下行：最大26.8Kbps4下行：最大53.6Kbps,2020年10月2日,74,GPRS提供的业务,Internet业务 Web浏览、Email、FTPVPN业务 与企业内部网互通信息点播移动商务、移动银行,2020年10月2日,75,GPRS的组成,2020年10月2日,76,支持GPRS的移动终端,三种GPRS移动终端 A类：GPRS分组业务和话音业务可同时进行 B类：可提供分组业务和话音业务，但不能同时工作 C类：只用于分组业务移动终端的能
30、力 3个下行1个上行：Motorola 4个下行1个上行：Ericsson的R520,2020年10月2日,77,分组控制单元PCU,负责处理无线信道的数据业务无线数据信道的管理和分配用户数据的压缩、加密和转发向GPRS网络屏蔽使用的无线技术,2020年10月2日,78,SGSNGPRS业务支持节点,SGSN通过幀中继与BSS直接相连是GPRS骨干网的重要组成部分是移动终端与GPRS网络之间的接口具有以下功能 记录移动终端的当前位置信息 在移动终端和GGSN之间转发移动分组数据 对数据进行压缩 实现鉴权和加密,2020年10月2日,79,GGSNGPRS网关支持节点,GGSN通过基于IP协议的
31、GPRS骨干网与其它GGSN和SGSN相连是连接GPRS网和外部数据网的网关通过一个GGSN，GPRS可以连接到多个外部数据网上功能 内部：维护GPRS骨干网 外部：连接多个数据网 对分组数据进行协议转换,2020年10月2日,80,GPRS骨干网的特点,由SGSN和GGSN组成的GPRS骨干网是一个纯粹的IP网GPRS骨干网可以使用与因特网相同的方法构建，或在现有IP网上通过VPN来构建GPRS骨干网中，所有数据通过隧道传送，隧道协议GTP使用隧道的好处移动台的移动对IP透明，只需改变隧道的配置来自网外的IP报文不在骨干网内路由，增加了系统隐蔽性和报文的保密性隧道可以封装任意数据，实现与多种
32、数据网互通,2020年10月2日,81,2、GPRS的实现,GPRS可以叠加在现有的GSM网上，GSM的无线资源可以在话音和GPRS数据之间共享叠加部署所需的工作-对BSS进行软件(和硬件)升级，增加PCU功能；或独立设置PCU-构建GPRS全IP骨干网-对GSM网相关实体进行升级-将GPRS与外部数据网互联,2020年10月2日,82,GPRS网络的逻辑结构,83,演讲完毕，谢谢观看！,Thank you for reading!In order to facilitate learning and use,the content of this document can be modified,adjusted and printed at will after downloading.Welcome to download!,汇报人：XXX 汇报日期：20XX年10月10日,
