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第八章GSM數(shù)字蜂窩移動系統(tǒng)介紹 主講人 楊莘 主要內(nèi)容 8 1概述8 2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)8 3號碼與識別8 4GSM系統(tǒng)的安全性管理8 5GSM的數(shù)字無線接口8 6移動用戶的接續(xù)過程8 7GSM系統(tǒng)的移動性管理8 8DCS1800介紹8 9GSM系統(tǒng)向3G系統(tǒng)的過渡 GSM系統(tǒng) 8 1概述 一 發(fā)展歷史1 1982年歐洲成立 移動通信特別小組 GroupofSpecialMobile 簡稱GSM 提出開發(fā)數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng) 2 1986年 該小組對歐洲各國及各公司經(jīng)大量研究和實驗后提出的8個建議系統(tǒng)進行了現(xiàn)場試驗 并于1988年公布 3 1990年完成規(guī)范 4 1991年在歐洲開通了第一個GSM系統(tǒng) 并將GSM更名為 全球通信系統(tǒng) GlobalSystemforMobileCommunication GSM系統(tǒng) 5 同年 還制定了1800MHz頻段的GSM規(guī)范 名為DCS1800系統(tǒng) 該系統(tǒng)與GSM900具有相同的基本功能特性 二系統(tǒng)可以通稱為GSM系統(tǒng) 6 1993年 GSM系統(tǒng)已覆蓋泛歐及澳大利亞等地區(qū) 67個國家成為它的成員 7 1995年 DCS1800開始推廣應(yīng)用 GSM系統(tǒng) 8 1概述 8 1概述 二 基本特點GSM系統(tǒng)作為一種開放式結(jié)構(gòu)和面向未來設(shè)計的系統(tǒng) 具有下列主要特點 1 由幾個分系統(tǒng)組成 且可與各種公用通信網(wǎng)互聯(lián)互通 各分系統(tǒng)之間和各分系統(tǒng)與其它通信網(wǎng)之間都明確地定義了標(biāo)準(zhǔn)化接口規(guī)范 保證任何廠商提供的GSM系統(tǒng)或子系統(tǒng)能互聯(lián) 2 GSM系統(tǒng)能提供穿過國際邊界的自動漫游功能 3 GSM系統(tǒng)除了可以開放語音業(yè)務(wù)外 還可以開放各種承載業(yè)務(wù) 補充業(yè)務(wù)與ISDN相關(guān)的業(yè)務(wù) GSM系統(tǒng) 8 1概述 二 基本特點GSM系統(tǒng)作為一種開放式結(jié)構(gòu)和面向未來設(shè)計的系統(tǒng) 具有下列主要特點 4 GSM系統(tǒng)具有加密和鑒權(quán)功能 能確保用戶保密和網(wǎng)絡(luò)安全 5 GSM系統(tǒng)具有靈活 方便的組網(wǎng)結(jié)構(gòu) 6 GSM系統(tǒng)抗干擾能力強 覆蓋區(qū)域內(nèi)的通信質(zhì)量高 7 GSM系統(tǒng)終端設(shè)備功能強 小巧 GSM系統(tǒng) 1 移動臺發(fā)送頻段為890 915MHz 基站發(fā)送頻段為935 960MHz 收發(fā)雙工頻率間隔為45MHz 相鄰頻道間隔為200kHz TDMA FDD 2 每個頻道采用TDMA方式 分為8個時隙 即8個信道 全速率 為一幀 將來采用半速率語音編碼后 每個頻道可容納16個信道 3 我國GSM系統(tǒng)由兩個運營部門經(jīng)營 頻率使用情況如下 中國移動 890 909MHz 935 954MHz 中國聯(lián)通 909 915MHz 954 960MHz GSM系統(tǒng) 三 頻率配置 四 頻率分配方法 GSM系統(tǒng) 頻道序號和頻點標(biāo)稱中心頻率的關(guān)系 下頻段 fl n 890 n 0 2 MHzn 1 124上頻段 fh n 935 n 0 2 MHzn 1 124 對于全向天線的建議復(fù)用方式 7組頻率復(fù)用方式 其7組頻率可從12組中任選 GSM系統(tǒng) 四 頻率分配方法 對于有向天線 天線可采用1200或600定向天線 形成 三葉草 小區(qū) 即把基站分成三個或6個扇形小區(qū) GSM系統(tǒng) 4 33 3 四 頻率分配方法 8 2GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)交換子系統(tǒng) NSS 無線基站子系統(tǒng) BSS 移動臺 MS GSM系統(tǒng) MS GSM移動通信網(wǎng)中用戶使用的設(shè)備 也是用戶能夠直接接觸的GSM系統(tǒng)中的唯一設(shè)備 分為車載臺 便攜臺和手機 包括移動臺物理設(shè)備和智慧部件SIM卡兩部分 物理設(shè)備 無線傳輸與處理功能 無線接口 與使用者之間的接口 與其他終端設(shè)備的接口 SIM卡 用戶信息 移動臺非專用 GSM系統(tǒng) MS MS TE BTS BSC BTS BSC VLR MSC OMC HLR AUC EIR PSTNISDN BSS NSS 8 2GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu) BSS 系統(tǒng)中與無線蜂窩方面關(guān)系最直接的基本組成部分 在一定的無線區(qū)域中由MSC控制 與MS進行通信的系統(tǒng)設(shè)備 完成無線發(fā)送 接收與無線資源管理等功能 由BSC和BTS組成 GSM系統(tǒng) MS MS TE BTS BSC BTS BSC VLR MSC OMC HLR AUC EIR PSTNISDN BSS NSS 8 2GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu) BSC 基站控制器 具有對一個或多個BTS進行控制的功能 主要負(fù)責(zé)無線網(wǎng)絡(luò)資源的管理 小區(qū)配置數(shù)據(jù)管理 功率控制 定位和切換等 是一個很強的業(yè)務(wù)控制點 BTS 基站收發(fā)信機 是基站分系統(tǒng)的無線部分 由BSC控制 主要負(fù)責(zé)無線傳輸 完成無線與有線的轉(zhuǎn)換 無線分集 無線信道加密 跳頻等功能 GSM系統(tǒng) MS MS TE BTS BSC BTS BSC VLR MSC OMC HLR AUC EIR PSTNISDN BSS NSS 8 2GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 功能 交換 移動性管理與安全性管理由一系列功能實體構(gòu)成 GSM系統(tǒng) MS MS TE BTS BSC BTS BSC VLR MSC OMC HLR AUC EIR PSTNISDN BSS NSS 8 2GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu) MSC 移動交換中心 GSM系統(tǒng)的核心 是對它所覆蓋區(qū)域中的移動臺進行控制和完成話路交換的功能實體 也是移動通信系統(tǒng)與其他公用通信網(wǎng)之間的接口 GSM系統(tǒng) MS MS TE BTS BSC BTS BSC VLR MSC OMC HLR AUC EIR PSTNISDN BSS NSS 8 2GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu) HLR 原籍地址寄存器 GSM系統(tǒng)的中央數(shù)據(jù)庫 存儲該HLR管轄區(qū)內(nèi)的所有移動用戶的相關(guān)數(shù)據(jù) 包括靜態(tài)數(shù)據(jù) 移動用戶的識別號碼 訪問能力 用戶類別和補充業(yè)務(wù)等 以及歸屬用戶有關(guān)的動態(tài)數(shù)據(jù) GSM系統(tǒng) MS MS TE BTS BSC BTS BSC VLR MSC OMC HLR AUC EIR PSTNISDN BSS NSS 8 2GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu) VLR 訪問用戶位置寄存器 存儲進入其控制區(qū)域的來訪移動用戶的有關(guān)數(shù)據(jù) 這些數(shù)據(jù)從該用戶的HLR獲取并進行暫存 一旦用戶離開 臨時存儲的有關(guān)該用戶的數(shù)據(jù)將被刪除 動態(tài)用戶數(shù)據(jù)庫 GSM系統(tǒng) MS MS TE BTS BSC BTS BSC VLR MSC OMC HLR AUC EIR PSTNISDN BSS NSS 8 2GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu) AUC 鑒權(quán)中心 存儲鑒權(quán)信息和加密密鑰 用來防止無權(quán)用戶接入系統(tǒng)和保證無線通信的安全 他對任何試圖入網(wǎng)的用戶進行身份認(rèn)證 只有合法用戶才能接入網(wǎng)中并得到服務(wù) GSM系統(tǒng) MS MS TE BTS BSC BTS BSC VLR MSC OMC HLR AUC EIR PSTNISDN BSS NSS 8 2GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu) EIR 移動設(shè)備識別寄存器 存儲移動設(shè)備的國際設(shè)備識別碼 通過核查白色 黑色和灰色三種清單 運營部門就可判斷出移動設(shè)備是屬于準(zhǔn)許使用的 還是失竊而不準(zhǔn)使用的 或是由于技術(shù)故障或誤操作而危及網(wǎng)絡(luò)正常運行的MS設(shè)備 以確保網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所使用的移動設(shè)備的唯一性和安全性 GSM系統(tǒng) MS MS TE BTS BSC BTS BSC VLR MSC OMC HLR AUC EIR PSTNISDN BSS NSS 8 2GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu) OMC 操作與維護中心 負(fù)責(zé)對全網(wǎng)進行監(jiān)控與操作 如 系統(tǒng)的自檢 報警與備用設(shè)備的激活 系統(tǒng)的故障診斷與處理 話務(wù)量的統(tǒng)計與計費數(shù)據(jù)的記錄與傳遞 以及與網(wǎng)絡(luò)參數(shù)有關(guān)的各種參數(shù)的收集 分析與顯示等 GSM系統(tǒng) MS MS TE BTS BSC BTS BSC VLR MSC OMC HLR AUC EIR PSTNISDN BSS NSS 8 2GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu) A接口 NSS與BSS之間的通信接口 其物理鏈路通過采用標(biāo)準(zhǔn)的2 048Mbit sPCM數(shù)字傳輸鏈路來實現(xiàn) 傳遞的信息包括移動臺管理 基站管理 移動性管理和接續(xù)管理等 GSM系統(tǒng) 8 2GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu) GSM的接口與協(xié)議 Abis接口 BSC與BTS之間的通信接口 用于二者之間的遠(yuǎn)端互連方式 其物理鏈路通過標(biāo)準(zhǔn)的2 048Mb s或64kb sPCM數(shù)字傳輸鏈路來實現(xiàn) BS接口是Abis接口的特例 支持所有向用戶提供的服務(wù) 并支持對BTS無線設(shè)備的控制和無線頻率的分配 GSM系統(tǒng) 8 2GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu) GSM的接口與協(xié)議 Um接口 空中接口 移動臺與BTS之間的通信接口 用于移動臺與GSM系統(tǒng)的固定部分之間的互通 其物理鏈路通過無線鏈路實現(xiàn) 該接口傳遞的信息包括無線資源管理 移動性管理和接續(xù)管理等 GSM系統(tǒng) 8 2GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu) GSM的接口與協(xié)議 GSM系統(tǒng) VLR MSC HLR AUC EIR NSS內(nèi)部接口 8 2GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu) GSM的接口與協(xié)議 VLR MSC F接口 C接口 D接口 B接口 B接口 E接口 G接口 GSM的區(qū)域 GSM系統(tǒng) GSM服務(wù)區(qū) PLMN區(qū) MSC區(qū) MSC區(qū) 位置區(qū) 基站區(qū) 扇區(qū) 扇區(qū) 基站區(qū) 扇區(qū) 扇區(qū) 位置區(qū) 基站區(qū) 扇區(qū) 扇區(qū) 基站區(qū) 扇區(qū) 扇區(qū) 8 2GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu) GSM的區(qū)域的定義 1 GSM服務(wù)區(qū) 指移動臺可獲得服務(wù)的區(qū)域 即不同通信網(wǎng)用戶無需知道移動臺的實際位置而可與之通信的區(qū)域 一個服務(wù)區(qū)可由一個或若干個公用陸地移動通信網(wǎng) PLMN 組成 從地域而言 可以是一個國家或是一個國家的一部份 也可以使若干個國家 2 公用陸地移動通信網(wǎng)PLMN 可由一個或若干個移動交換中心組成 在該區(qū)內(nèi)具有共同的編號制度和共同的路由計劃 PLMN與各種固定通信網(wǎng)之間的接口是MSC 由MSC完成呼叫接續(xù) GSM系統(tǒng) 8 2GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 區(qū)域的定義 3 MSC區(qū) MSC區(qū)系指一個移動交換中心所控制的區(qū)域 通常它連接一個或若干個基站控制器 每個基站控制器控制多個基站收發(fā)信機 從地理位置來看 MSC包含多個位置區(qū) 4 位置區(qū) 一般由若干個小區(qū)組成 移動臺在位置區(qū)內(nèi)移動無需進行位置更新 通常呼叫移動臺時 向一個位置區(qū)內(nèi)的所有基站同時發(fā)送尋呼信號 5 基站區(qū) 指基站收 發(fā)信機有效的無線覆蓋區(qū) 簡稱小區(qū) 6 扇區(qū) 當(dāng)基站收發(fā)信天線采用定向天線時 基站區(qū)分為若干個扇區(qū) GSM系統(tǒng) 8 2GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 8 3GSM的號碼 移動臺ISDN號碼 MSISDN 呼叫GSM系統(tǒng)中的某個移動用戶時所撥的號碼 結(jié)構(gòu) CCNDCSNCC為國家碼 中國86 NDC為國內(nèi)目的地址碼 即網(wǎng)絡(luò)接入號 如中國移動 134 135 136 137 138 139 150 151 152 158 159 187 188 中國聯(lián)通 130 131 132 155 156 185 186 中國電信 133 153 189 SN為用戶號碼 采用等長8位編號H0H1H2H3ABCD 其中H0H1H2H3為每個移動業(yè)務(wù)本地網(wǎng)的HLR號碼 ABCD為移動用戶碼 國內(nèi)ISDN不超過13位 國際ISDN不超過15位 GSM系統(tǒng) 移動臺國內(nèi)ISDN 移動臺國際ISDN 2 國際移動用戶識別碼 IMSI 在GSM系統(tǒng)中唯一識別移動用戶 結(jié)構(gòu) MCCMNCMSINMCC為移動國家號碼 中國460 MNC為移動網(wǎng)號 用戶識別移動用戶所歸屬的移動網(wǎng) 中國移動TD網(wǎng)為00 中國聯(lián)通GSM網(wǎng)為01 中國移動GSM為02 中國電信CDMA網(wǎng)為03 MSIN為移動用戶識別碼 用以唯一地識別國內(nèi)某一網(wǎng)內(nèi)的移動用戶 IMSI總長不超過15位數(shù)字 GSM系統(tǒng) 國內(nèi)移動用戶識別 國際移動用戶識別 8 3GSM的號碼 3 臨時移動用戶識別碼 TMSI 為了對IMSI保密 IMSI只在起始入網(wǎng)登記時使用 在后續(xù)的呼叫中 使用經(jīng)一定算法轉(zhuǎn)換而來的TMSI 以避免通過無線信道發(fā)送IMSI 從而防止竊聽者檢測用戶的通信內(nèi)容 或非法盜用合法用戶的IMSI TMSI總長不超過4個字節(jié) 格式由運營部門決定 GSM系統(tǒng) 8 3GSM的號碼 4 移動用戶漫游號碼 MSRN 當(dāng)移動用戶漫游到一個新的MSC VLR業(yè)務(wù)區(qū)時 由VLR給他分配一個臨時性的漫游號碼 并通知該移動臺的HLR 用于建立通信路由 一旦該移動臺離開該業(yè)務(wù)區(qū) 此漫游號碼即被收回 并可分配給其他來訪用戶使用 MSRN的結(jié)構(gòu)與ISDN相同 GSM系統(tǒng) 8 3GSM的號碼 5 國際移動設(shè)備識別碼 IMEI 在國際上唯一地識別一臺移動臺設(shè)備 可用于監(jiān)控被竊或無效的移動臺設(shè)備 結(jié)構(gòu) TACFACSNRSP6位2位6位1位TAC為型號批準(zhǔn)碼 由歐洲型號認(rèn)證中心分配 FAC為工人裝配碼 由廠家編碼 表示生產(chǎn)廠家及其裝配地 SNR為序號碼 由廠家分配 用于區(qū)別同一個TAC和FAC中的每臺移動設(shè)備 SP為備用 GSM系統(tǒng) 8 3GSM的號碼 6 位置區(qū)與基站識別碼 LAI與BSIC 位置區(qū)識別碼LAI 在檢測位置更新和信道切換時 要使用位置區(qū)識別標(biāo)志 MCC 4位數(shù)字 MNC 2位數(shù)字 LAC 最大16bit MCC和MNC與IMSI碼中的相同 LAC為位置區(qū)碼 用于識別GSM網(wǎng)中的某個位置區(qū) 基站識別碼BSIC 用于移動臺識別相同載頻的不同基站 特別用于區(qū)別在不同國家的邊界地區(qū)采用相同載頻且相鄰的基站 NCC 3bit BCC 3bit NCC為網(wǎng)絡(luò)色碼 用來識別相鄰的移動網(wǎng) BCC為BTS色碼 用來識別相同載頻的不同基站 GSM系統(tǒng) 8 3GSM的號碼 8 4GSM的安全性管理 一 安全性管理工作1 接入網(wǎng)絡(luò)時采用了對用戶鑒權(quán) 2 無線路徑上采用對通信信息加密 3 對用戶識別碼 IMSI 采用臨時用戶識別碼 TMSI 4 對移動設(shè)備采用識別碼進行識別 GSM系統(tǒng) GSM系統(tǒng) IMSI SIM AUC Ki RAND 響應(yīng)數(shù)SRES A3算法 密鑰Kc A8算法 用戶三參數(shù)組是網(wǎng)絡(luò)對用戶實施鑒權(quán)和信息加密所必需的參數(shù) RAND SRES和Kc為用戶三參數(shù)組 AUC應(yīng)MSC VLR請求 每次生成若干個三參數(shù)組 傳送給HLR HLR自動存儲 二 三參數(shù)組 用戶鑒權(quán)鍵 32位16進制數(shù) MSC VLR確認(rèn)移動臺通過無線空間傳送的IMSI是否簽約的IMSI的過程稱為鑒權(quán) 實質(zhì)上是鑒別用戶SIM卡的真實性 GSM系統(tǒng) 移動臺在每次位置登記 呼叫建立 位置更新 補充業(yè)務(wù)激活與去活及登記與刪除前均需要鑒權(quán) 三 鑒權(quán) 四 通信信息的加密 無線路徑上的加密 即保證BTS和MS之間交換的用戶信息和用戶參數(shù)不被截獲或監(jiān)聽 GSM系統(tǒng) 移動臺 網(wǎng)絡(luò)側(cè) 算法A8 隨機數(shù)發(fā)生器 算法A8 Ki Ki RAND 向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送用戶身份 用戶身份確認(rèn) TMSI 存儲密鑰 Kc 存儲密鑰 Kc 發(fā)送端 接收端 算法A5 密鑰 幀號 數(shù)據(jù)流 模二加 未加密數(shù)據(jù) 算法A5 密鑰 幀號 數(shù)據(jù)流 模二加 解密數(shù)據(jù) 密文 五 用戶識別碼的保密 1 為了防止非法監(jiān)聽IMSI 用臨時移動用戶識別碼 TMSI 代替IMSI在無線路徑上傳輸 2 MS每次向系統(tǒng)請求一種程序 如位置更新 呼叫嘗試等 MSC VLR將給MS分配一個新的TMSI 3 TMSI和IMSI的對應(yīng)關(guān)系是變動的 TMSI僅在一個VLR區(qū)域內(nèi)有效 GSM系統(tǒng) 六 設(shè)備識別 1 目的 防止盜用或非法設(shè)備入網(wǎng)使用 2 設(shè)備識別在GSM系統(tǒng)的設(shè)備識別寄存器 EIR 中完成 3 EIR中存在三種名單 白名單 包括正常的所有設(shè)備識別序列號碼黑名單 包括所有被禁止使用的設(shè)備識別碼灰名單 由運營者決定 如有故障的或未經(jīng)型號認(rèn)證的移動設(shè)備識別號 4 設(shè)備識別在呼叫建立嘗試階段進行 GSM系統(tǒng) 鑒權(quán)與加密 設(shè)備識別 8 5GSM的數(shù)字無線接口 GSM系統(tǒng)的數(shù)字無線接口Um是移動臺與基站收發(fā)信臺之間接口的總稱 是一個開放性的接口 它使用了每個載頻TDMA幀的時分多址的概念 每幀包括8個時隙 TS 從BTS到MS的方向定為下行 相反的方向定為上行 GSM系統(tǒng) GSM系統(tǒng)的發(fā)射功率 GSM系統(tǒng) GSM系統(tǒng)中 基站發(fā)射功率為每載波500W 每時隙平均為500 8 62 5W 移動臺發(fā)射功率分為0 8W 2W 5W 8W和20W五種 可供用戶選擇 小區(qū)覆蓋半徑最大為35km 最小為500m 前者適用于農(nóng)村地區(qū) 后者適用于市區(qū) 一 信道的定義 物理信道 一個載頻上的TDMA幀的一個時隙 每個用戶通過一系列頻率的一個物理信道接入系統(tǒng) GSM中每個載頻有8個物理信道 即信道0 7 時隙0 7 在一個時隙中發(fā)出的信息稱為一個突發(fā)脈沖序列 邏輯信道 根據(jù)BTS和MS之間傳遞的信息的種類不同而定義的信道 邏輯信道在傳輸過程中要被放在某個物理信道即時隙上 邏輯信道可分為兩類 業(yè)務(wù)信道和控制信道 在時分多址的物理信道中 幀的結(jié)構(gòu)或組成是基礎(chǔ) 為此下面先討論GSM的幀結(jié)構(gòu) GSM系統(tǒng) 信道類型及其組合 信道類型及其組合 幀結(jié)構(gòu) 信道類型及其組合 幀結(jié)構(gòu) 每一個TDMA幀分0 7共8個時隙 幀長度為120 26 4 615ms 每個時隙含156 25個碼元 占15 26 0 577ms 由若干個TDMA幀構(gòu)成復(fù)幀 其結(jié)構(gòu)有兩種 一種是由26幀組成的復(fù)幀 這種復(fù)幀長120ms 主要用于業(yè)務(wù)信息的傳輸 也稱為業(yè)務(wù)復(fù)幀 另一種是由51幀組成的復(fù)幀 這種復(fù)幀長235 385ms 專用于傳輸控制信息 也稱為控制復(fù)幀 由51個業(yè)務(wù)復(fù)幀或26個控制復(fù)幀均可組成一個超幀 超幀的周期為1326個TDMA幀 超幀長51 26 4 615 10 3 6 12s 由2048個超幀組成超高幀 超高幀的周期為2048 1326 2715648個TDMA幀 即12533 76秒 即3小時28分53秒760毫秒 幀的編號 FN 以超高幀為周期 從0到2715647 GSM系統(tǒng)上行傳輸所需的幀號和下行傳輸所用的幀號相同 但上行幀相對于下行幀來說 在時間上推后3個時隙 這樣安排 允許移動臺在這3個時隙的時間內(nèi) 進行幀調(diào)整及對收發(fā)信機的調(diào)諧和轉(zhuǎn)換 信道類型及其組合 幀結(jié)構(gòu) 信道類型及其組合 信道分類 信道類型及其組合 信道分類 業(yè)務(wù)信道TCH 主要傳輸數(shù)字語音或數(shù)據(jù) 其次還有少量的隨路控制信令 業(yè)務(wù)信道有全速率業(yè)務(wù)信道 TCH F 和半速率業(yè)務(wù)信道 TCH H 之分 半速率業(yè)務(wù)信道所用時隙是全速率業(yè)務(wù)信道所用時隙的一半 語音業(yè)務(wù)信道 分為全速率語音業(yè)務(wù)信道 TCH FS 和半速率語音業(yè)務(wù)信道 TCH HS 兩者的總速率分別為22 8Kb s和11 4Kb s 信道類型及其組合 信道分類 業(yè)務(wù)信道TCH 主要傳輸數(shù)字語音或數(shù)據(jù) 其次還有少量的隨路控制信令 業(yè)務(wù)信道有全速率業(yè)務(wù)信道 TCH F 和半速率業(yè)務(wù)信道 TCH H 之分 半速率業(yè)務(wù)信道所用時隙是全速率業(yè)務(wù)信道所用時隙的一半 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道 在全速率或半速率信道上 通過不同的速率適配和信道編碼 用戶可使用下列各種不同的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) 9 6Kb s 全速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道 TCH F9 6 4 8Kb s 全速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道 TCH F4 8 4 8Kb s 半速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道 TCH H4 8 2 4Kb s 全速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道 TCH F2 4 2 4Kb s 半速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道 TCH H2 4 此外 在業(yè)務(wù)信道中還可安排慢速輔助控制信道或快速輔助控制信道 它們與業(yè)務(wù)信道的連接在圖8 7中用虛線表示 信道類型及其組合 信道分類 控制信道 CCH 用于傳送信令和同步信號 它主要有三種 廣播信道 BCH 公共控制信道 CCCH 和專用控制信道 DCCH 廣播信道 一種 一點對多點 的單方向控制信道 用于基站向移動臺廣播公用的信息 傳輸?shù)膬?nèi)容主要是移動臺入網(wǎng)和呼叫建立所需要的有關(guān)信息 包括 頻率校正信道 FCCH 傳輸供移動臺校正其工作頻率的信息 同步信道 SCH 傳輸供移動臺進行同步和對基站進行識別的信息 因為基站識別碼是在同步信道上傳輸?shù)?廣播控制信道 BCCH 傳輸系統(tǒng)公用控制信息 例如公共控制信道 CCCH 號碼及是否與獨立專用控制信道 SDCCH 相組合等信息 信道類型及其組合 信道分類 控制信道 CCH 用于傳送信令和同步信號 它主要有三種 廣播信道 BCH 公共控制信道 CCCH 和專用控制信道 DCCH 公用控制信道 CCCH是一種雙向控制信道 用于呼叫接續(xù)階段傳輸鏈路連接所需要的控制信令 其中又分為 尋呼信道 PCH 傳輸基站尋呼移動臺的信息 隨機接入信道 RACH 這是一個上行信道 用于移動臺隨機提出的入網(wǎng)申請 即請求分配一個獨立專用控制信道 SDCCH 準(zhǔn)許接入信道 AGCH 這是一個下行信道 用于基站對移動臺的入網(wǎng)申請作出應(yīng)答 即分配一個獨立專用控制信道 信道類型及其組合 信道分類 專用控制信道 這是一種 點對點 的雙向控制信道 其用途是在呼叫接續(xù)階段及在通信進行當(dāng)中 在移動臺和基站之間傳輸必要的控制信息 其中又分為 獨立專用控制信道 SDCCH 用于在分配業(yè)務(wù)信道之前傳送有關(guān)信令 慢速輔助信道 SACCH 在移動臺和基站之間 需要周期性地傳輸一些信息 SACCH可與一個業(yè)務(wù)信道或一個獨立專用控制信道聯(lián)用 SACCH安排在業(yè)務(wù)信道時 以SACCH T表示 安排在控制信道時 以SACCH C表示 快速輔助控制信道 FACCH 傳送與SDCCH相同的信息 只有在沒有分配SDCCH的情況下 才使用這種控制信道 使用時要中斷業(yè)務(wù)信息 把FACCH插入業(yè)務(wù)信道 每次占用的時間很短 約18 5ms 8 6移動用戶的接續(xù)過程 開機進入空閑模式位置登記移動臺被呼移動臺主呼 GSM系統(tǒng) 一 開機進入空閑模式 移動臺開機后搜索最強的廣播控制信道BCCH的載頻 讀取頻率校正信道FCCH信息 使移動臺的頻率與之同步 移動臺讀取同步信道SCH信息 找出基站識別碼BSIC和幀同步信息 并且同步到超高幀TDMA幀號上 移動臺讀取系統(tǒng)信息 如 鄰近小區(qū)情況 現(xiàn)所處小區(qū)使用頻率及小區(qū)是否可用 移動系統(tǒng)的國家號碼和網(wǎng)絡(luò)號碼等 這些信息都在BCCH上得到 GSM系統(tǒng) 二 位置登記 1 常規(guī)登記 移動臺開機后 接收廣播信息LAI 位置區(qū)域識別碼 更新位置存儲器的內(nèi)容 接著向MSC VLR發(fā)送位置登記報文 MSC VLR接收并存儲該移動臺的位置信息 這時 MSC VLR認(rèn)為此MS被激活 在其IMSI號碼上做 附著 標(biāo)記 GSM系統(tǒng) MSC HLR VLR MS LR 位置登記請求 更新位置登記 IMSI 相關(guān)資料 分配MSRN MSRN 二 位置登記 1 常規(guī)登記 移動臺開機后 接收廣播信息LAI 位置區(qū)域識別碼 更新位置存儲器的內(nèi)容 接著向MSC VLR發(fā)送位置登記報文 MSC VLR接收并存儲該移動臺的位置信息 這時 MSC VLR認(rèn)為此MS被激活 在其IMSI號碼上做 附著 標(biāo)記 GSM系統(tǒng) MSC HLR VLR1 MS LR 位置登記請求 更新位置登記 IMSI 相關(guān)資料 分配MSRN MSRN VLR0 TMSI IMSI 二 位置登記 1 常規(guī)登記 MS的兩種狀態(tài) 激活 開機 IMSI附著非激活 關(guān)機 IMSI分離 GSM系統(tǒng) 二 位置登記 2 周期性登記 若系統(tǒng)沒有接收到周期性登記信息 VLR就以 分離 做標(biāo)記 稱作 隱分離 GSM系統(tǒng) 系統(tǒng)未收到關(guān)機通知MS進入盲區(qū) 要求MS每隔一段時間 如30分鐘 登記一次 三 移動臺被呼 1 以固定用戶呼叫MS為例 GSM系統(tǒng) PSTN GMSC HLR VMSC VLR BS BS BS 1 2 3 6 4 5 7 8 9 10 13 11 12 四 移動臺主呼 MS呼叫固定用戶為例 MS在隨機接入信道RACH上發(fā)送呼叫請求 系統(tǒng)通過允許接入信道AGCH為MS分配一個獨立專用控制信道SDCCH MSC VLR與MS經(jīng)SDCCH交換必需的信息 如鑒權(quán) 加密模式 TMSI再分配等 系統(tǒng)通過SDCCH為移動臺分配一個業(yè)務(wù)信道TCH 并建立與PSTN ISDN的連接信道 被叫用戶摘機 進入通話狀態(tài) GSM系統(tǒng) 呼叫接續(xù) 移動用戶主呼 8 7GSM的移動性管理 位置管理越區(qū)切換漫游 GSM系統(tǒng) 一 位置管理 目的 用戶在系統(tǒng)覆蓋范圍內(nèi)任意移動時 能把一個呼叫傳送到 因而需要一個高效的位置管理系統(tǒng)來跟蹤用戶的位置變化 GSM系統(tǒng) 雙層數(shù)據(jù)庫 HLR VLR 一 位置管理 目的 用戶在系統(tǒng)覆蓋范圍內(nèi)任意移動時 能把一個呼叫傳送到 因而需要一個高效的位置管理系統(tǒng)來跟蹤用戶的位置變化 GSM系統(tǒng) 主要任務(wù) 位置登記 在移動臺的實時位置信息已知的情況下 更新位置數(shù)據(jù)庫 HLR和VLR 和認(rèn)證移動臺 呼叫傳遞 在有呼叫給移動臺的情況下 根據(jù)HLR和VLR中可用的位置信息來定位移動臺 1 位置登記和呼叫傳遞 1 位置登記在GSM中 覆蓋區(qū)域分為若干個位置區(qū)LA 當(dāng)一個以動終端MT進入一個新的LA LocationArea 位置登記過程分為三個步驟 在管理新LA的新VLR中登記MT 修改HLR中記錄服務(wù)該MT的新VLR的ID 在舊VLR和MSC中注銷該MT GSM系統(tǒng) 一 位置管理 1 位置登記和呼叫傳遞 2 呼叫傳遞確定為被呼MT服務(wù)的VLR 確定被呼移動臺正在訪問哪個小區(qū) GSM系統(tǒng) 一 位置管理 2 位置更新和尋呼 位置更新解決的問題是移動臺如何發(fā)現(xiàn)位置變化及何時報告它的當(dāng)前位置 尋呼解決的問題是如何有效地確定移動臺當(dāng)前處于哪一個小區(qū) 當(dāng)用戶進入一個新的LA 他將進行位置更新 當(dāng)有呼叫要到達(dá)該用戶時 將在該LA內(nèi)進行尋呼 以確定出移動用戶在哪一個小區(qū)范圍內(nèi) 位置更新和尋呼信息都是在無線接口中的控制信道上傳輸?shù)?因此必須盡量減少這方面的開銷 在實際系統(tǒng)中 位置登記區(qū)越大 位置更新的頻率越低 但每次呼叫尋呼的基站數(shù)目就越多 GSM系統(tǒng) 一 位置管理 2 位置更新和尋呼 三種動態(tài)位置更新策略 1 基于時間的位置更新策略每個用戶每隔 T秒周期性地更新位置 T由系統(tǒng)根據(jù)呼叫到達(dá)間隔的概率分布動態(tài)確定 2 基于運動的位置更新策略當(dāng)移動臺跨越一定數(shù)量的小區(qū)邊界 運動門限 以后 移動臺就進行一次位置更新 3 基于距離的位置更新策略當(dāng)移動臺離開上次位置更新時所在小區(qū)的距離超過一定的值 距離門限 時 移動臺進行一次位置更新 GSM系統(tǒng) 一 位置管理 二 越區(qū)切換 定義當(dāng)一個移動臺在通話的過程中從一個基站移動到另一個基站時 MSC自動地將呼叫轉(zhuǎn)移到新基站的信道上 或 MS在通話期間跨越小區(qū)或扇區(qū)時 網(wǎng)絡(luò)進行實時控制 使維持通信連續(xù)性的系統(tǒng)功能稱為切換 越區(qū)切換包括三個方面的問題 1 越區(qū)切換準(zhǔn)則 2 越區(qū)切換如何控制 3 越區(qū)切換時信道分配 GSM系統(tǒng) 二 越區(qū)切換 定義 GSM系統(tǒng) 硬切換 軟切換 過區(qū)切換 同一個BSC控制區(qū)內(nèi)不同小區(qū)之間的切換 也包括不同扇區(qū)之間的切換 過區(qū)切換 同一個MSC VLR業(yè)務(wù)區(qū) 不同BSC間的切換 過區(qū)切換 不同MSC VLR的區(qū)間切換 2 切換準(zhǔn)則依據(jù)參數(shù) 信號強度的變化指定某個特定的信號強度為基站接收機中可接受話音質(zhì)量的最小可用信號 稍微強一點的信號強度就可以作為啟動切換的門限 其間隔用 表示 不能太大也不能太小 太大 可能發(fā)生不需要的切換 增加MSN的負(fù)擔(dān) 太小 則可能會因為信號太弱而掉話 沒有足夠的時間來完成切換過程 GSM系統(tǒng) 二 越區(qū)切換 GSM系統(tǒng) 切換圖解 BS1 BS2 A點強度 切換門限 維持通話的最小可接收信號 B點強度 通信中斷 切換強度 成功切換 A B 不正確的切換情況 正確的切換情況 8 7GSM的移動性管理 3 切換控制策略保證檢測到的信號電平的下降不是因為瞬間的衰減 而是由于移動臺正在離開當(dāng)前服務(wù)的基站 準(zhǔn)備切換前 先對信號監(jiān)視一段時間 觀察信號的連續(xù)變化 決定切換進行的時間長短取決于移動終端移動的速度 如果監(jiān)控到信號強度快速衰落 則進行快速切換 GSM系統(tǒng) 8 7GSM的移動性管理 3 切換控制策略第一代模擬蜂窩系統(tǒng)中 信號強度的測量是在MSC的管理下由基站來完成的 基站使用備用的接收機 即定位接收機 來測量小區(qū)中正在進行呼叫的接收信號強度指示 RSSI 定位接收機由MSC控制 用來監(jiān)視相鄰基站中有切換可能的移動用戶的信號強度 并將RSSI值傳給MSC 由MSC做出是否切換的決定 第二代蜂窩系統(tǒng)中 切換的決定由移動臺 MS 輔助完成 在MS輔助切換 MOHO 中 每個MS測量從周圍基站中接收到的信號功率 并且將測量的結(jié)果連續(xù)地報告給為它服務(wù)的基站 當(dāng)從一個相鄰小區(qū)的基站中接收到的信號強度比當(dāng)前基站高出一定的電平或是維持了一定的時間時 就準(zhǔn)備進行切換 切換的測量由每個移動臺來完成 因此MOHO方法比第一代的要快得多 GSM系統(tǒng) 8 7GSM的移動性管理 4 切換時的信道分配準(zhǔn)則 優(yōu)先切換第二代蜂窩系統(tǒng)中 切換的決定由移動臺 MS 輔助完成 在MS輔助切換 MOHO 中 每個MS測量從周圍基站中接收到的信號功率 并且將測量的結(jié)果連續(xù)地報告給為它服務(wù)的基站 當(dāng)從一個相鄰小區(qū)的基站中接收到的信號強度比當(dāng)前基站高出一定的電平或是維持了一定的時間時 就準(zhǔn)備進行切換 切換的測量由每個移動臺來完成 因此MOHO方法比第一代的要快得多 GSM系統(tǒng) 8 7GSM的移動性管理 5 切換時出現(xiàn)的實際問題問題一 移動速度變化范圍太大 高速用戶在小區(qū)之間的穿行會使MSC不堪重負(fù) 解決辦法 1 減小MSC介入切換的次數(shù) 2 采用傘狀小區(qū)方法 為高速移動的用戶提供大面積的覆蓋 同時為低速移動的用戶提供小面積的覆蓋 GSM系統(tǒng) 8 7GSM的移動性管理 5 切換時出現(xiàn)的實際問題問題一 移動速度變化范圍太大 高速用戶在小區(qū)之間的穿行會使MSC不堪重負(fù) 解決辦法 1 減小MSC介入切換的次數(shù) 2 采用傘狀小區(qū)方法 為高速移動的用戶提供大面積的覆蓋 同時為低速移動的用戶提供小面積的覆蓋 GSM系統(tǒng) 8 7GSM的移動性管理 三 漫游 GSM移動通信網(wǎng)中 移動用戶由歸屬局 MSC R 控制區(qū)進入被訪局 MSC V 控制區(qū)后 仍能獲得移動業(yè)務(wù)服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)功能稱為漫游 漫游包括三個步驟 位置更新 呼叫轉(zhuǎn)移 呼叫建立 GSM系統(tǒng) 8 8DCS1800系統(tǒng)簡介 一 簡介1 由GSM標(biāo)準(zhǔn)演變而來并且能與GSM900系統(tǒng)相兼容的微蜂窩系統(tǒng) 2 DCS1800采用時分多址方式 移動臺輔助切換 話音激活檢測 非連續(xù)發(fā)射 跳頻等技術(shù) 并與ISDN兼容 采用7號信令 提供國際漫游 用戶身份鑒別等功能 其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 語音編碼 調(diào)制技術(shù) 信令等技術(shù)規(guī)范基本都與GSM900相同 但其網(wǎng)絡(luò)能力又比GSM900有新的提高 GSM系統(tǒng) 二 其網(wǎng)絡(luò)能力與GSM900的比較1 無線發(fā)射頻段 基站1805 1880MHz 移動臺1710 1785MHz 雙工間隔為95MHz 我國分配給DCS1800的無線發(fā)射頻段為基站1805 1850MHz 移動臺1710 1755MHz 為分配給GSM900的3倍 2 既能提供0 5 8km的宏小區(qū)服務(wù) 又能提供0 1 0 5km的微小區(qū) 甚至0 1km以下的微微小區(qū)服務(wù) 以滿足高密度用戶分布區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計 3 可與GSM系統(tǒng)重疊覆蓋或部分重疊覆蓋運行 GSM系統(tǒng) 8 8DCS1800系統(tǒng)簡介 例 GSM900 DCS1800雙頻網(wǎng)絡(luò) GSM系統(tǒng) 宏小區(qū) 微小區(qū) 一般說來 宏小區(qū)運作于900MHz 用于處理快速移動提的話務(wù)量 微小區(qū)或微微小區(qū)運作于1800MHZ 用于處理移動速度較慢 較集中的話務(wù)量 也可以只在移動話務(wù)量熱點地區(qū)隨時引入微小區(qū) 以提高話務(wù)擁擠地區(qū)的移動通信網(wǎng)容量 8 8DCS1800系統(tǒng)簡介 例 GSM900 DCS1800雙頻網(wǎng)絡(luò) GSM系統(tǒng) 宏小區(qū) 微小區(qū) DCS1800和GSM900兩系統(tǒng)可以共用BSC NSS等設(shè)備 但需使用雙頻段手機 8 8DCS1800系統(tǒng)簡介 8 9GSM系統(tǒng)向3G系統(tǒng)的過渡 一 GSM2 5G數(shù)據(jù)高速傳送技術(shù)1998年 GSM數(shù)據(jù)高速傳送技術(shù)問世 它們是通用分組無線業(yè)務(wù) GPRS 高速電路交換數(shù)據(jù) HSCSD 以及GSM增強數(shù)據(jù)庫改進 EDGE 1 通用分組無線業(yè)務(wù) GPRS GPRS是GSM無線信道中產(chǎn)生附加虛擬時隙的技術(shù) 時隙專用 時隙共享GPRS是一個能在GSM上實現(xiàn)IP能力的技術(shù) 運用GPRS能有效地處理大量通信負(fù)載 提供遠(yuǎn)程監(jiān)控 多媒體信息等業(yè)務(wù) 8 9GSM系統(tǒng)向3G系統(tǒng)的過渡 一 GSM2 5G數(shù)據(jù)高速傳送技術(shù)2 高速電路交換數(shù)據(jù) HSCSD HSCSD能使一個用戶占用多路時隙 以此直接提升數(shù)據(jù)傳送速率 如 一個時隙 14 4kb s四個時隙 57 6kb sHSCSD將由GPRS產(chǎn)生的虛擬時隙分配給需要高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠脩?即能分配給用戶8路實時隙和2路虛時隙 這時 最大的數(shù)據(jù)傳送速率為144kb s 8 9GSM系統(tǒng)向3G系統(tǒng)的過渡 一 GSM2 5G數(shù)據(jù)高速傳送技術(shù)3 GSM增強數(shù)據(jù)庫改進 EDGE 傳統(tǒng)GSM允許每路時隙傳送速率為14 4kb s 而絕大多數(shù)僅能達(dá)到9 6kb s EDGE能將每路時隙的傳送速率提高至64kb s 不過 通過EDGE來完成高速數(shù)據(jù)傳送需要質(zhì)量極高的信號 所以 手機應(yīng)盡可能地靠近基站 而蜂窩網(wǎng)絡(luò)必須增加足夠量的基站 才能保證網(wǎng)絡(luò)的高速數(shù)據(jù)傳送 二 GPRS 1 功能通用分組無線業(yè)務(wù)GeneralPacketRadioService思維定式的突破 電路交換 分組交換GPRS在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上疊加一個新的網(wǎng)絡(luò) 充分利用了現(xiàn)有的移動通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 它僅通過增加相應(yīng)的功能實體 對現(xiàn)有的基站系統(tǒng)進行部分改造 增加一些硬件設(shè)備和軟件升級 形成一個新的網(wǎng)絡(luò)邏輯實體來實現(xiàn)分組交換 使現(xiàn)有的移動通信網(wǎng)和數(shù)據(jù)網(wǎng)結(jié)合起來 1 功能傳輸速率 9 6kb s 170kb s信道分配 GPRS可占用GSM的話音信道可定義GPRS專用信道 二 GPRS 2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)中增加一些節(jié)點 二 GPRS 2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)中增加一些節(jié)點 SMS SC 二 GPRS 2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) GGSN GatewayGPRSSupportingNodeSGSN ServicingGPRSSupportingNodeGSN是GPRS網(wǎng)絡(luò)中最重要的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點 它具有移動路由管理功能 可以連接各種類型的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò) 并可以連接到GPRS寄存器 GSN可以完成移動臺和各種數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)傳送和格式轉(zhuǎn)換 類似路由器 二 GPRS 2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) GGSN 是GSM網(wǎng)絡(luò)與公共數(shù)據(jù)之間的網(wǎng)關(guān) 它能夠利用各種物理和隧道協(xié)議上的IP 直接與互聯(lián)網(wǎng)連接 他還可以用作防火墻 把GSM網(wǎng)中的GPRS分組數(shù)據(jù)包進行協(xié)議轉(zhuǎn)換 SGSN 主要負(fù)責(zé)移動性管理 監(jiān)測本地區(qū)內(nèi)的移動臺對于分組數(shù)據(jù)的傳輸與接收 還負(fù)責(zé)控制移動尋呼和短消息業(yè)務(wù)SMS及GSM電話交換業(yè)務(wù)的加密 壓縮與交互 二 GPRS 信息產(chǎn)業(yè)重組