第07章GSM-1

7-1数字移动通信第七章GSM移动通信系统引言移动通信理论知识-----------------》具体的商业移动通信系统仅仅考虑如何有效的构架一个通信系统是不够的，除了要考虑它的有效性以外，还要考虑它的商业应用。7-2商业的蜂窝通信系统需要在原有移动通信系统上添加许多东西，以进行复杂的控制与管理和资源调度。本章学习的内容GSM系统发展的历史背景功能实体划分：分层管理，更有效率编号计划：寻址、查找方便物理层设计：如何方便提供服务控制与管理演进7-37-47.1概述一、历史发展背景蜂窝系统的概念和理论早在20世纪60年代就由美国贝尔实验室提出来了，但是由于复杂的控制系统，尤其是实现移动台的控制，直到70年代随着半导体技术的成熟，大规模集成电路器件和微处理器技术的发展以及表面贴装工艺的广泛应用，才为蜂窝移动通信的实现提供了技术基础。直到1979年美国在芝加哥开通了第一个AMPS（先进的移动电话业务）模拟蜂窝系统。7-51G模拟系统有4大缺点各系统间没有公共接口，无法漫游很难开展数据承载业务频谱利用率低，无法适应大容量的需求安全保密性差，易被窃听，易做“假机”7-6一、历史发展背景2G数字系统的4大目标采用数字调制，提高频谱效率解决漫游问题，实现“全球通”数字加密、鉴权，提高安全性SIM卡技术，实现终端机卡分离7-7一、历史发展背景GSM欧洲电信管理部门（CEPT）主推，并最终成为国际标准的第一个数字蜂窝移动通信系统。（TDMA）IS-95由Qualcomm公司设计，由美国TIA推出的第一个窄带CDMA标准，也成为国际标准。（CDMA）7-8典型的2G系统一、历史发展背景PDC日本推出的国家标准，并在其本土成功应用的窄带数字蜂窝移动通信系统。（TDMA）D-AMPS美国TIA推出的窄带TDMA数字蜂窝移动通信系统，也称IS-54规范。北美地区标准。（TDMA）7-9典型的2G系统一、历史发展背景GSM的含义（欧洲）移动通信特别小组（GroupSpecialMobile），简称GSM全球移动通信系统（GlobalSystemforMobileCommunications），简称GSM7-10一、历史发展背景GSM系统的技术规范7-11编号内容01概述02业务方面03网络方面04MS-BS接口与协议05无线路径上的物理层06话音编码规范07MS的终端适配器08BS-MSC接口09网络互通10业务互通11设备和型号认可规范12操作和维护一、历史发展背景二、GSM网络组成和接口7-12移动台(MS)基站(BS)移动交换中心(MSC)问题：有层次才有效率，对于GSM网络而言，需要划分出更加细致的功能实体。二、GSM网络组成和接口网络结构的主要组成部分移动台（MS：MobileStation）基站子系统（BSS：BaseStationSubsystem）网络子系统（NSS：NetworkSwitchingSubsystem）7-13二、GSM网络组成和接口7-14MSMSTEBTSBSCMSCOMCBTSEIRBSCAUCHLRVLRPSTNISDNPDN基站子系统网络子系统移动台二、GSM网络组成和接口1、移动台（ＭＳ）移动用户设备部分，分为移动终端和用户识别卡移动终端就是“机”，完成话音编码、信道编码、信息加密、信息的调制和解调、信息的发射和接收等功能。ＳＩＭ(SubscriberIdentityModule)卡就是“身份卡”，存有认证用户身份所需要的所有信息，并能执行一些与保密安全有关的重要信息，防止非法用户接入网络，ＳＩＭ卡还存有与网络和用户有关的管理数据，只有插入ＳＩＭ卡后才能接入网络。7-15二、GSM网络组成和接口ＳＩＭ卡产生的初衷：将用户信息从手机中分离开来7-167-17SIM卡的作用无线传输比固定传输更易被窃听，如果不提供特别的保护措施，很容易被窃听或被假冒一个注册用户。八十年代的模拟系统令用户深受其害。因此，GSM首先引入了SIM卡技术，它通过鉴权来防止未授权的接入，这样保护了网络运营者和用户不被假冒的利益；通过对传输加密可以防止在无线信道上被窃听，从而保护了用户的隐私。二、GSM网络组成和接口7-18SIM卡的特点1.客户与设备分离；2.通信安全可靠；3.成本低。SIM卡的寿命SIM卡的平均寿命约为4年左右。二、GSM网络组成和接口二、GSM网络组成和接口7-19MSMSTEBTSBSCMSCOMCBTSEIRBSCAUCHLRVLRPSTNISDNPDN基站子系统网络子系统移动台二、GSM网络组成和接口2、基站子系统ＢＳＳ（BSS：BaseStationSubsystem）系统是在一定的无线覆盖区中由ＭＳＣ控制，与ＭＳ进行通信的系统设备，它主要负责完成无线发送接收和无线资源管理等功能。考虑到无线资源的有效管理，将基站的收发信机的业务承载功能和控制功能分离开来，基站收发信机（BTS）和基站控制器（BSC）各司其职。ＢＴＳ：无线接口设备，它完全由ＢＳＣ控制，主要负责无线传输，完成无线与有线的转换、无线分集、无线信道加密、跳频等功能ＢＳＣ：具有对一个或多个ＢＴＳ进行控制的功能，它主要负责无线网路资源的管理、小区配置数据管理、功率控制、定位和切换等，是一个很强的业务控制点。7-20二、GSM网络组成和接口7-21MSMSTEBTSBSCMSCOMCBTSEIRBSCAUCHLRVLRPSTNISDNPDN基站子系统网络子系统移动台二、GSM网络组成和接口（1）移动交换中心（MSC）首要任务是完成话音的接续，即交换功能7-22作为网络的核心，配合其他功能实体完成移动性管理和合法性检验配合ＢＳＣ完成位置更新、越区切换、漫游服务等提供面向系统其他功能实体和面向固定网的接口功能二、GSM网络组成和接口（2）HLR与VLR为了方便用户信息管理，需要有个数据库存储用户资料（如位置信息，业务信息等等），这样就有了寄存器。考虑到漫游，为了方便提取用户信息，不过多占用系统资源，寄存器又分为了原籍位置寄存器（HLR）和访问位置寄存器（VLR）。当用户办卡时，运营商把用户资料输入HLR；当用户漫游到别的城市时，漫游地的VLR把用户资料从HLR复制过来，用户就可以继续享有运营商的服务了。7-23HLR的英文全称为HomeLocationRegister，中文含义为归属位置寄存器，它是一个负责移动用户管理的数据库，永久存储和记录所辖区域内用户的签约数据，并动态地更新用户的位置信息，以便在呼叫业务中提供被呼叫用户的网络路由。VLR英文全称为VisitorLocationRegister，中文含义为访问位置寄存器，它是一个动态数据库，存储所管辖区域中MS（统称拜访客户）的来话、去话呼叫所需检索的信息以及用户签约业务和附加业务的信息，例如客户的号码，所处位置区域的识别，向客户提供的服务等参数。在网络中VLR都是与MSC合设，协助MSC记录当前覆盖区域内的所有移动用户的相关信息。8-24二、GSM网络组成和接口（3）EIR为了防止非法移动台的使用，需要有个数据库来存储有关移动台设备的参数，完成对移动设备的识别、监视、闭锁等功能，这就是设备识别寄存器（EIR，EquipmentIdentityRegister）。在EIR中，将用户的移动终端设备划分为白名单、灰名单、黑名单。设备的IMEI号码分别划分到相应的名单中。白名单中的手机接入网络是合法的。黑名单中的手机（例如被盗手机或非法手机）则被禁止接入网络。灰名单中的手机（包括有故障的及未经允许使用的手机，由运营商决定）不会被禁止接入网络，但是会被网络跟踪。7-25二、GSM网络组成和接口（4）AuC为了方便安全性管理，确定用户的身份和对呼叫进行加密，这样就有了鉴权中心（AuC），由于是针对用户的，所以它是属于HLR的一个功能单元。7-26二、GSM网络组成和接口（5）OMC为了方便对整个ＧＳＭ网络进行管理和监控，又产生了操作维护中心（ＯＭＣ），通过它实现对ＧＳＭ网内各种部件功能的监视、状态报告、故障诊断等功能。话务量统计和计费数据的记录和传递，以及与网络参数有关的各参数收集、分析和显示等。7-27网络子系统基站子系统移动台操作维护中心GSM系统的接口主要接口Um：BS与MS间的空中接口A：BS与MSC间接口Abis：BTS与BSC间接口网络子系统内部B：MSC与VLR间接口C：MSC与HLR间接口D：HLR与VLR间接口E：MSC与MSC间接口F：MSC与EIR间接口G:VLR与VLR间接口与其它公用电信网接口MSBTSBSCUmAbisMSCMSCEIRHLRAVLRVLRBCDEFGGSM系统的接口说明MSBTSBSCUmAbisMSCMSCEIRHLRAVLRVLRBCDEFGA接口：A接口定义为网络子系统（NSS）与基站子系统（BSS）之间的通信接口。从系统的功能实体而言，就是移动交换中心（MSC）与基站控制器（BSC）之间的互连接口，其物理连接是通过采用标准的2.048MbpsPCM数字传输链路来实现的。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。PTSN、PDSN、ISDNGSM系统的接口说明MSBTSBSCUmAbisMSCMSCEIRHLRAVLRVLRBCDEFGAbis接口：Abis接口定义为基站子系统的BSC与BTS两个功能实体之间的通信接口，用于BTS（不与BSC放在一处）与BSC之间的远端互连方式。它是通过采用标准的2.048Mbps或64kbpsPCM数字传输链路来实现的。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。PTSN、PDSN、ISDNGSM系统的接口说明MSBTSBSCUmAbisMSCMSCEIRHLRAVLRVLRBCDEFGUm接口：Um接口（空中接口）定义为MS与BTS之间的无线通信接口，它是GSM系统中最重要、最复杂的接口。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。PTSN、PDSN、ISDNGSM系统的接口说明MSBTSBSCUmAbisMSCMSCEIRHLRAVLRVLRBCDEFGB接口：B接口定义为MSC与VLR之间的内部接口。用于MSC向VLR询问有关移动台（MS）当前位置信息或者通知VLR有关MS的位置更新信息等。PTSN、PDSN、ISDNC接口：C接口定义为MSC与HLR之间的接口，用于传递路由选择和管理信息。两者之间是采用标准的2.048MbpsPCM数字传输链路实现的。GSM系统的接口说明MSBTSBSCUmAbisMSCMSCEIRHLRAVLRVLRBCDEFGPTSN、PDSN、ISDND接口：D接口定义为HLR与VLR之间的接口，用于交换移动台位置和用户管理的信息，保证移动台在整个服务区内能建立和接受呼叫。由于VLR综合于MSC中，因此D接口的物理链路与C接口相同。E接口：E接口为相邻区域的不同移动交换中心之间的接口。用于移动台从一个MSC控制区到另一个MSC控制区时交换有关信息，以完成越区切换。此接口的物理链接方式是采用标准的2.048MbpsPCM数字传输链路实现的。GSM系统的接口说明MSBTSBSCUmAbisMSCMSCEIRHLRAVLRVLRBCDEFGPTSN、PDSN、ISDNG接口：G接口定义为两个VLR之间的接口。当采用临时移动用户识别码（TMSI）时，此接口用于向分配TMSI的VLR询问此移动用户的国际移动用户识别码（IMSI）的信息。G接口的物理链接方式与E接口相同。F接口：F接口定义为MSC与EIR之间的接口，用于交换相关的管理信息。此接口的物理链接方式也是采用标准的2.048MbpsPCM数字传输链路实现的。GSM系统的接口说明MSBTSBSCUmAbisMSCMSCEIRHLRAVLRVLRBCDEFGGSM系统通过MSC与公用电信网互连。一般采用7号信令系统接口。