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1、现代通信网络,第五章移动通信网,2,内容回顾,3,GSM的产生,1982年，北欧四国向欧洲邮电行政大会提交建议书。要求制定900MHz频段的欧洲公共电信业务规范；建立全欧统一的蜂窝网移动通信系统。1982年，成立欧洲移动通信特别小组GSM，开始制定一种泛欧数字移动通信系统的技术规范。Group Special Mobile Communication1988年，GSM确定主要技术规范并制定实施计划，同时将GSM系统重新命名为全球移动通信系统。Globe System for Mobile Communication,4,GSM的标准,未对硬件进行规定；只对功能和接口等进行了详细规定；便于不同公
2、司产品的互联互通。,5,GSM基本情况,技术体制：采用FDMA/TDMA/FDD复用方式；采用数字化语音编码和数字调制技术。主要业务：以语音业务为主，也支持无线的数据业务；基本通信业务（电信业务、承载业务）和补充业务。,保证用户在两个接入点之间传输有关信号所需的带宽容量；使用户之间实施可靠地传递信息（如语音、数据等）；与OSI模型的低三层有关，定义对网络功能的需求。,提供用户足够的容量，如终端设备功能，与其他用户通信；结合与信息处理功能相关的传输功能，使用承载业务传送数据及提供更高层的功能；与OSI模型中的高四层相对应。,6,承载业务,7,电信业务,8,补充业务,9,GSM系统组成,基站子系统
3、,交换网络子系统,操作支持子系统,10,移动台,Mobile Station移动台是GSM系统中用户使用的设备。分为车载台、便携台和手机；手机本身小巧，功能较强，因此手机的用户占移动用户的绝大多数。移动台的接口：移动台通过无线接口接入GSM系统；具有无线传输与处理功能。移动台提供与使用者之间的接口。,11,移动台的组成,移动终端：话音编码、信道编码、信息加密、信息调制与解调；信息的发射与接收。客户识别卡SIM：存有确认客户身份所需的信息以及网络和客户有关的管理数据；只有插入SIM卡后移动终端才能入网；移动台如无SIM卡只能进行紧急呼叫。,12,基站子系统,通过无线接口与移动台相接；进行无线发送
4、、接收及无线资源管理。,与网络子系统NSS中的移动交换中心MSC相连；实现移动用户与固定网络用户之间或移动用户之间的通信连接。,BTS由BSC控制；完成无线信号与有线信号的转换；无线传输功能的无线接口设备。,BSC是一个业务控制点；控制一个或多个BTS；完成无线网络资源管理、小区配置数据管理、功率控制和切换等功能。,基站子系统,13,BTS的功率等级,14,网络子系统,交换网络子系统,网络子系统主要具有交换功能以及进行客户数据与移动管理、安全管理等所需数据库功能；因此NSS由一系列功能实体构成。,从本地用户位置寄存器、访问用户位置寄存器和鉴权中心获取有关处理用户位置登记和呼叫请求等所需的全部数
5、据；支持位置登记和更新、过区切换和漫游服务等项功能。,移动交换中心MSC是网络的核心；面向其他功能实体提供交换功能；把移动用户与固定网用户、移动用户与移动用户之间互相连接起来。,本地用户位置寄存器HLR是GSM系统的中央数据库，存储该HLR管辖区的所有移动用户的有关数据；静态数据有移动用户码、访问能力、用户类别和补充业务等；HLR还暂存移动用户漫游时的有关动态数据。,访问用户位置寄存器VLR存储进入其控制区域内来访移动用户的有关数据；这些数据是从该移动用户的HLR获取并进行暂存的，一旦移动用户离开该VLR的控制区域，这些数据就会被消除；VLR是一个动态用户的数据库。,GSM系统采取了特别的通信
6、安全措施，包括对移动用户鉴权，对无线链路上的话音、数据和信令信息进行保密等；鉴权中心AUC存储着鉴权信息和加密密钥，用来防止无权用户接入系统和保证无线通信安全。,设备识别寄存器EIR存储着移动设备的国际移动设备识别码IMEI。白色清单：准许使用的移动设备；黑色清单：失窃而不准使用的移动设备；灰色清单：由于技术故障或误操作而危及网络正常运行的MS设备。确保网络内所使用的移动设备的惟一性和安全性。,15,操作支持子系统,操作支持子系统,操作维护中心OMC负责对全网进行监控与操作。系统的自检、报警与备用设备的激活；系统的故障诊断与处理；话务量的统计和计费数据的记录与传递；与网络参数有关的各种参数的收
7、集、分析与显示等。,操作支持子系统OSS需完成许多任务，如移动用户管理、移动设备管理以及网络操作与维护；主要包括操作维护中心OMC、网络管理中心NMC、安全性管理中心SEMC、用于用户识别卡管理的个人化中心PCS、用于集中计费管理的数据后处理系统DPPS等功能实体。,16,GSM系统标准接口,A接口定义为网络子系统与基站子系统之间的通信接口；即移动交换中心与基站控制器之间的互连接口；物理连接是通过采用标准的2.048Mb/s的PCM数字传输链路实现；此接口传送的信息包括对移动台及基站管理、移动性及呼叫接续管理等。,Abis接口为基站子系统的基站控制器与基站收发信机之间的通信接口；用于BTS与B
8、SC之间的远端互连方式，通过采用标准的2.048Mb/s或64kb/s的PCM数字传输链路实现；此接口支持所有向用户提供的服务，并支持对BTS无线设备的控制和无线频率的分配。,Um接口(空中接口)为移动台与基站收发信机之间的无线通信接口；用于移动台与GSM系统的固定部分之间的互通，其物理链接通过无线链路实现；此接口传递的信息包括无线资源管理、移动性管理和接续管理等。,17,网络子系统内部接口,18,GSM系统空中接口,GSM是TDMA/FDMA/FDD系统。使用900MHz频段,收发频差为45MHz；每个射频信道宽度为200kHz,分为8个时隙；每个射频信道由一个上行和一个下行频率对组成，这种
9、方式称为频分双工FDD；由于各基站会占用频段中任何一组频率,移动台必须有在整个频段上发送和接收信号的能力。,19,工作频段,GSM系统工作在以下射频频段：上行(移动台-基站)：890915MHz；下行(基站-移动台)：935960MHz；收、发频率间隔为45MHz。移动台采用较低频段发射。传播损耗较低；有利于补偿上、下行功率不平衡的问题。,20,频道配置,由于载频间隔是0.2MHz，因此GSM系统整个工作频段分为124对载频；频道序号用n表示，则上、下两频段中序号为n的载频可用下式计算：下频段：fl(n)=(890+0.2n)MHz；上频段：fh(n)=(935+0.2n)MHz；n=1、2、
10、3、124。,21,TDMA/FDMA接入方式,22,GSM逻辑信道分类,控制信道携带系统正常运行所必需的信息。保证用户信息正确传送，相互通报事件；建立呼叫，对移动性和接入进行管理。,公共控制信道支持MS和BTS之间专用通信路径的建立。,专用控制信道传送网络和MS之间必要的控制信息。信道管理；移动收费管理；无线资源管理等。,业务信道主要用于传输用户数字语音或数据信息，也包括少量的随路控制信令。,广播信道是一点对多点的单向控制信道，用于基站向MS广播共用的信息。,频率校正信道：传输供MS校正其工作频率的信息。,同步信道：传输供MS进行同步及识别基站的信息。,广播控制信道：传输系统共用的控制信息。
11、,寻呼信道：传输基站寻呼MS的信息。,准许接入信道：用于基站对移动台的入网申请做出应答，即分配一个独立专用控制信道。,随机接入信道：用于MS随机提出的入网申请，即请求分配一个独立专用控制信道。,独立专用控制信道：用于在分配业务信道之前传送有关信令。,慢速辅助控制信道：用于在基站与MS之间周期性地传输信息。,快速辅助控制信道：与SDCCH相同，只有在没有分配SDCCH时使用。,23,GSM帧格式,常规突发序列：用于业务信道和专用控制信道。信息位占116bit，分成两段，各58bit，其中57位为数据，另一位区别业务信道和控制信号；训练序列为26bit，区分邻近同频小区，用于自适应均衡器消除多径效
12、应产生的码间串扰；尾比特各占3bit，用于载波功率在此时间内上升或下降到规定数值；保护期占用8.25bit，防止不同MS按时隙突发的信号因传播的时延不同而在基站发生前后交叠。,频率校正突发序列：用于校正MS的载波频率。固定比特占142bit，均置成0，相应发送的射频是一个与载波有固定频偏的纯正弦波，便于调整MS的载频。,同步突发序列：用于MS的时间同步。扩展的训练序列占64bit，便于MS的同步；加密比特各占39bit，用于传输TDMA帧号和基站识别码。,接入突发序列：用在随机接入信道RACH上，由MS向基站提出入网申请。训练序列占41bit，用于区分邻近同频小区；加密比特占36bit，用于M
13、S的用户信息；保护期占68.25bit，防止MS远离基站导致传播时延较大。,24,TDMA帧格式,25,上下行帧号对应关系,移动台进行帧调整以及对收发信机进行调谐和转换。移动台不需要双工器，但它需要同步发射和接收；可使GSM手机更轻，功耗更小，制造价格更便宜。,26,话音和信道编码,数字话音信号无线传输的主要问题：选择低速率的编码方式；适应有限带宽的要求。选择有效的方法减少误码率；信道编码问题。选用有效的调制方法。减小杂波辐射，降低干扰。,27,话音传输过程,28,GSM区群组成,基站发射功率为320W/每载波。每时隙平均为320/8=40W。移动台发射功率分为0.8W、2W、5W、8W和20
14、W五种，可供用户选择。小区覆盖半径最大为35km，最小为500m；前者适用于农村地区，后者适用于市区。区群结构：3小区9扇区（33）；4小区12扇区（43）。,29,GSM服务区,30,GSM编号,移动用户的ISDN号码MSISDN国际移动用户识别码IMSI国际移动设备识别码IMEI移动用户漫游码MSRN临时移动用户识别码TMSI,31,移动用户的ISDN号码,用途：指主叫用户为呼叫GSM移动通信用户所需的号码。组成格式：国家号CC：我国国家号码为86；N1N2N3：移动业务接入号，如139、138、137、136、135、130等；H1H2H3H4：HLR识别号；SN：移动用户号X1X2X3
15、X4组成。,32,国际移动用户识别码,用途：惟一识别一个移动用户的一个15位号码。组成格式：移动国家号MCC：由3位数字组成，能惟一识别一个移动台用户所属的国家，中国为460；移动网号MNC：识别移动用户所归属的移动网，我国GSM数字公用蜂窝移动通信网为00，联通为01；移动用户识别码MSIN：惟一地识别国内的GSM数字蜂窝网移动通信用户。,33,国际移动设备识别码,用途：用于惟一识别一个移动台设备，为一个15位的十进制数字。组成格式：型号批准码TAC：由欧洲型号认证中心分配；工厂装配码FAC：由厂家编号，表示生产厂家及其装配地；序号码SNR：由厂家分配；备用SP。,34,其它编码,移动用户漫
16、游码：当移动台漫游到一个新的服务区时，由VLR给它分配一个临时性的漫游号码，并通知该移动台的HLR，用于建立通信路由；一旦该移动台离开该服务区，此漫游号码即被收回，并可分配给其他来访的移动台使用。,临时移动用户识别码：为了对IMSI保密，VLR可给来访移动用户分配一个惟一的TMSI号码，它只在本地使用，为一个4字节的BCD编码；移动用户的TMSI与IMSI是对应的，在呼叫建立和位置更新时，空中接口传输使用TMSI。,35,编码的使用,36,GSM的控制与管理,由于GSM系统是一种功能繁多且设备复杂的网络，无论是移动用户与市话用户还是移动用户之间建立通信，必须涉及系统中的各种设备。注册；鉴权与加
17、密；呼叫接续；过区切换。,37,注册,功能：通信网为了跟踪移动台的位置变化而对其位置信息进行登记、删除和更新的过程。位置信息存储在本地位置寄存器HLR和访问位置寄存器VLR中。,38,注册过程分析,39,鉴权与加密,鉴权：确认MS的合法性。,加密：防止第三者窃听。,40,鉴权过程分析,41,加密过程分析,42,移动用户主呼,43,移动用户被呼,44,过区切换,定义：在通话期间，当移动台从一个小区进入另一个小区时，网络能进行实时控制，把移动台从原小区所用的信道切换到新小区的某一信道，并保证通话不间断；如果小区采用扇区定向天线，当移动台在小区内从一个扇区进入另一扇区时，也要进行类似的切换。类型：同
18、一个BSC内不同小区之间的切换；同一个MSC/VLR不同BSC的小区之间的切换；不同MSC/VLR的小区之间的切换。,45,同一个BSC的切换,46,不同BSC的切换,47,切换流程,48,不同MSC的切换,49,切换流程,50,GSM系统特点,标准化程度高，接口开放，联网能力强；安全性能好，具有鉴权、加密功能；支持各种电信承载业务和补充业务；容量增大，频谱利用率提高，抗干扰能力得到加强。,51,三种TDMA系统对比,52,小结,GSM基本情况：TDMA/FDMA/FDD。GSM系统组成：基站子系统、交换网络子系统、操作支持子系统。GSM编号：移动用户的ISDN号码MSISDN；国际移动用户识别码IMSI；国际移动设备识别码IMEI。GSM的控制与管理：注册、鉴权与加密、呼叫接续、过区切换。,
