GSM数字移动通信系统介绍

GSM数字移动通信系统介绍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。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，而未来五年内，每五人就拥有一部手机。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--分配或拍卖频段移动通信系统的演进1G2G2G+3GAMPSGSM900GSMWCDMATACSDCS1800-HSCSDCDMA2000NMT450PCS1900-GPRSTD-SCDMANMT900PDC-EDGEIS95A-CDMAIS95B-CDMA80S90S2001各类主要蜂窝系统概况频率多址方式使用的国家或地区上行825-845AMPS下行870-890FDMA美国、澳大利亚、加拿大等上行890-915模拟蜂窝系统TACS下行935-960FDMA中国、英国、香港、阿联酋等上行890-915GMS下行935-960TDMA中国、欧洲各国上行824-849D-AMPS(IS-54)下行869-894TDMA美国上行940-956（1447-1501）数字蜂窝系统PDC下行810-826（1429-1453）TDMA日本二、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。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，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。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一、GSM系统结构BTSMSMSBTSBTSBTSBTSBTSBSCBSCOMCEIRMSCMSCAUCVLRHLRPDNPSTNISDN基站子系统移动台网络交换子系统公共网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OMCOMC-BOMC-S3、网络交换子系统移动交换中心MSC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移动台语音处理的过程语音编码解调调治TDMA帧形成加密信道编码信道分离解密信道解码语音解码语音输入语音输出13kbit/sA/DD/A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、专用控制信道基站子系统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产生相应认证参数的功能实体。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、出错管理二、GSM系统中的各类接口MSMSCEIRHLRVLRVLRMSCBSSSmUmAbisABECFDG1、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信道的帧结构204701201248495001232425012345670124849502425011超高帧=2048超帧=2715648TDMA帧1超帧=1326TDMA帧=51复帧(26帧)或26复帧(51帧)1(26帧)复帧=26TDMA帧1(51帧)复帧=51TDMA帧1TDMA帧=8时隙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。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：用于移动台定时同步。接入突发序列：用于移动台随机接入。突发脉冲序列3加密比特58训练序列26加密比特583保护时间8.253固定比特1423保护时间8.253训练序列41加密比特363保护时间68.253加密比特39训练序列64加密比特393保护时间8.251、普通突发脉冲序列2、频率校正突发脉冲序列4、接入突发脉冲序列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。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：用户数据密钥管理、用户识别、信令信息保密、用户鉴权三、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1、GSM识别码1、移动用户号码MSISDN：CC+NDC+SNCC：国家码，中国86NDC：国内目标码SN：用户码2、移动用户识别码IMSI：MCC+MNC+MSINMCC：移动国家号，中国460MNC：移动网号，中移动00，联通01MSIN：移动用户识别号3、移动设备识别码IMEI：TAC+FAC+SNR+SPTAC：型号批准编码FAC：装配厂家编号SNR：序号编码SP：备用GSM识别码(续)4、移动台漫游号码MSRN＝CC＋NSC＋SN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。GSM识别码(续)6、位置区识别码LA=MCC＋MNC＋LACMCC＝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、小区全球识别码CGI＝MCC＋MNC＋LAC＋CI用于识别一个位置区内的小区。8、基站识别码（BSIC＝NCC＋BCC）(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)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。MSC业务区LA2LA3cell6cell2cell7cell3cell5cell4cell1MSCVLRLA1LA4GSM服务区PLMN服务区MSC\VLR服务区位置区小区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，当MS移动时它必须有能力进行定位和切换。*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