移动通信 第7章 TDMA数字蜂窝网

第7章时分多址(TDMA)数字蜂窝网第7章时分多址(TDMA)数字蜂窝网7.1GSM系统总体7.2GSM系统的无线接口7.3GSM系统的控制与管理7.4三种TDMA蜂窝系统分析比较第7章时分多址(TDMA)数字蜂窝网7.1GSM系统总体GSM发展过程：1.1982年，北欧四国向CEPT递交建议书，要求制定900MHz全欧洲统一的蜂窝移动通信系统（解决不同模拟系统的互不兼容无法漫游的问题），并成立欧洲GSM（GroupSpecialMobile）；2.1982-1985年，讨论指定模拟蜂窝网还是数字蜂窝网问题；3.1986年，在巴黎对提出8个数字蜂窝系统进行现场实验，并与1987年5月，选定窄带TDMA方案；4.1988年，18个欧洲国家达成GSM谅解备忘录，颁布GSM标准，即泛欧数字蜂窝网移动通信标准（仅对功能、接口作出规定，未对硬件规定），包括GSM900和DCS1800两个并行系统。GSM标准包括12项内容：第7章时分多址(TDMA)数字蜂窝网表7–1GSM标准第7章时分多址(TDMA)数字蜂窝网图7–1GSM蜂窝系统的网络结构BTSBSCVLRMSCOMCHLRAUCEIRBTSBSCMSMSTE基站子系统网络子系统PSTNISDNPDN一、网络结构第7章时分多址(TDMA)数字蜂窝网1.移动台(MS)(1)分类：车载台、便携台和手机。(2)接口：移动台通过无线接口（空中接口）接入GSM系统，具有无线传输与处理功能；移动台必须提供与使用者之间的接口－人机接口（MIC、按键、扬声器，显示器等）；提供与其它TE之间的接口（PC机、Fax机等）(3)重要组成：用户识别模块(SIM)，亦称SIM卡。第7章时分多址(TDMA)数字蜂窝网2.基站子系统(BSS)－GSM(1)功能：通过无线接口与MS相连，进行无线发送接收及无线资源管理；BSS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。(2)组成：基站收发信机(BTS)和基站控制器(BSC)。BTS、天线共用器和天线是BSS的无线部分，由BSC实施控制；BSC承担无线资源及各种接口的控制与管理。(3)BTS与BSC的连接方式：直接相连或通过基站接口设备(BIE)采用远端控制的连接方式与BSC相连接。第7章时分多址(TDMA)数字蜂窝网3.网络子系统(NSS)－交换、移动性和安全性管理功能(1)移动交换中心(MSC)：是NSS的核心，提供交换功能并连接到各功能实体：基站子系统(BSS)、原籍位置寄存器(HLR)、鉴权中心(AUC)、移动设备识别寄存器(EIR)、操作维护中心(OMC)和固定网(公用电话网、综合业务数字网等)MSC可以从HLR、VLR和AUC三种数据库获取有关处理用户位置登记和呼叫请求等所需的全部数据；MSC还支持位置登记和更新、过区切换和漫游服务等项功能。第7章时分多址(TDMA)数字蜂窝网(2)原籍用户位置寄存器(HLR)：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信息数据。(3)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原籍位置寄存器获取并进行暂存的，一旦移动用户离开该VLR的控制区域，则临时存储的该移动用户的数据就会被消除。即VLR可看作是一个动态的用户数据库。第7章时分多址(TDMA)数字蜂窝网(4)鉴权中心(AUC)：保障GSM系统的通信安全，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。鉴权中心存储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。(5)移动设备识别寄存器(EIR)：存储移动设备的国际移动设备识别码(IMEI)，通过核查白色、黑色和灰色三种清单，运营部门就可判断出移动设备是属于准许使用的，还是失窃而不准使用的，还是由于技术故障或误操作而危及网络正常运行的MS设备，以确保网络内所使用的移动设备的唯一性和安全性。第7章时分多址(TDMA)数字蜂窝网(6)操作与维护中心(OMC)：负责对全网进行监控与操作维护。包括系统的自检、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，以及与网络参数有关的各种参数的收集、分析与显示等。第7章时分多址(TDMA)数字蜂窝网4.GSM网络接口VLRVLRHLREIRMSCBTSBSCAbisMSCMSUmAEFCBDG图7-2GSM系统的接口第7章时分多址(TDMA)数字蜂窝网(1)主要接口：A接口、Abis接口和Um接口。主要接口的定义和标准化可保证不同厂家生产的移动台、基站子系统和网络子系统设备能够纳入同一个GSM移动通信网运行和使用。(2)网络子系统内部接口：B、C、D、E、F、G接口。(3)GSM系统与其它公用电话网接口：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。物理链接方式：MSC与PSTN或ISDN交换机之间采用2.048Mb/s的PCM数字传输链路实现的。第7章时分多址(TDMA)数字蜂窝网二、GSM的区域、号码、地址与识别1.区域定义GSM系统属于小区制大容量移动通信网，其服务区内设置很多基站，移动台只要在服务区内，移动通信网就必须具有控制、交换功能，以实现位置更新、呼叫接续、过区切换及漫游服务等功能。第7章时分多址(TDMA)数字蜂窝网扇区扇区基站区扇区扇区基站区位置区扇区扇区基站区扇区扇区基站区位置区MSC区扇区扇区基站区扇区扇区基站区位置区扇区扇区基站区扇区扇区基站区位置区MSC区PLMN区GSM服务区图7∣3GSM的区域定义第7章时分多址(TDMA)数字蜂窝网(1)GSM服务区：移动台可获得服务的区域，即不同通信网用户无需知道移动台的实际位置而可与之通信的区域。(2)公用陆地移动通信网(PLMN)：一个公用陆地移动通信网(PLMN)可由一个或若干个移动交换中心组成。(3)MSC区：一个移动交换中心所控制的区域，通常它连接一个或若干个基站控制器，每个基站控制器控制多个基站收发信机。(4)位置区：一般由若干个小区(或基站区)组成，移动台在位置区内移动无需进行位置更新。通常呼叫移动台时，向一个位置区内的所有基站同时发寻呼信号。(5)基站区：基站收发信机有效的无线覆盖区，即小区。(6)扇区：当基站采用有向天线收发时，基站区分为若干个扇区。第7章时分多址(TDMA)数字蜂窝网2.号码与识别－正确寻址，识别不同的MS、不同的移动设备及不同的网络(1)国际移动用户识别码(IMSI)：唯一性、所有位置有效；建立呼叫和位置更新时使用。图7-4国际移动用户识别码(IMSI)的格式MCCMNCMSINNMSIIMSI（=15位数字)3位数字1或2位数字第7章时分多址(TDMA)数字蜂窝网•MCC：移动用户所属国家代号，3位数字，中国的MCC规定为460。•MNC：移动网号码，最多由两位数字组成，用于识别移动用户所归属的移动通信网。•MSIN：移动用户识别码，用以识别某一移动通信网(PLMN)中的移动用户。第7章时分多址(TDMA)数字蜂窝网(2)临时移动用户识别码(TMSI)作用：为保障移动用户识别码的安全性，GSM系统提供安全保密措施，空中接口无线传输的识别码采用临时移动用户识别码(TMSI)代替IMSI。两者按一定的算法互相转换。访问位置寄存器(VLR)可给来访的移动用户分配一个TMSI。两者的区别：IMSI只在起始入网登记时使用，在后续的呼叫中使用TMSI，避免通过无线信道发送其IMSI，防止窃听者检测用户的通信内容，或非法盗用合法用户的IMSI。格式：由各运营部门决定，总长不超过4个字节。第7章时分多址(TDMA)数字蜂窝网(3)国际移动设备识别码(IMEI)：区别移动台设备的标志，可用于监控被窃或无效的的移动设备。图7-5国际移动设备识别码(IMEI)的格式TACFACSNRSPIMEI（15位数字)6位数字2位数字6位数字1位数字第7章时分多址(TDMA)数字蜂窝网•TAC：型号批准码，由型号标准中心分配。•FAC：装配厂家号码。•SNR：产品序列号，用于区别同一个TAC和FAC中的每台移动设备。•SP：备用。第7章时分多址(TDMA)数字蜂窝网(4)移动台号码：①移动台国际ISDN号码(MSISDN)：呼叫GSM系统中的某个移动用户所需拨的号码。图7-6移动台国际ISDN的格式CCNDCSN移动台国内有效ISDN号码移动台国际ISDN号码第7章时分多址(TDMA)数字蜂窝网•CC：国家代号，即移动台注册登记的国家代号，中国为86。•NDC：国内地区码，每个PLMN有一个NDC。•SN：移动用户号码。•国内ISDN号码：由NDC和SN两部分组成，长度不超过13位数。国际ISDN号码长度不超过15位数。第7章时分多址(TDMA)数字蜂窝网我国移动用户ISDN号码用11位数字的等长号码表示。NDC：包含数字蜂窝移动业务接入号和HLR识别号。数字蜂窝移动业务接入号NDC：139X、138X…为HLR识别号：表示用户归属的HLR，也用来区别移动业务本地网。123HHH、、123NNN、、123HHH、、第7章时分多址(TDMA)数字蜂窝网的分配12HH、第7章时分多址(TDMA)数字蜂窝网②移动台漫游号码(MSRN)：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，并可分配给其它来访的移动台使用。组成格式与移动台国际(或国内)ISDN号码相同。第7章时分多址(TDMA)数字蜂窝网(5)位置区和基站识别码：①位置区识别(LAI)码：在检测位置更新和信道越区切换时，要使用LAI。位置区码(LAC)用于识别GSM的一个位置区。在LAI后加上小区的标志号可组成小区识别码。图7-7位置区识别码的格式MCCMNCLAC位置区识别码（LAI）第7章时分多址(TDMA)数字蜂窝网②基站识别色码(BSIC)：用于移动台识别相同载频的不同基站，特别用于区别在不同国家的边界地区采用相同载频且相邻的基站。NCC：PLMN色码，用来识别相邻的PLMN网。BCC：BTS色码，用来识别相同载频的不同的基站。图7-8基站识别色码(BSIC)的格式NCCBCC基站识别色码(BSIC)3bit3bit第7章时分多址(TDMA)数字蜂窝网三、主要业务1.通信业务分类：表7-2GSM电信业务分类第7章时分多址(TDMA)数字蜂窝网2.业务定义：(1)电话业务：是GSM系统提供的最主要业务。(2)紧急呼叫业务：在紧急情况下,移动用户通过一种简单的拨号方式即可拨通紧急服务中心。(3)短消息业务：包括移动台之间点对点短消息业务以及小区广播短消息业务。第7章时分多址(TDMA)数字蜂窝网(4)可视图文接入：是一种通过网络完成文本、图形信息检索和电子函件功能的业务。(5)智能用户电报传送：能够提供智能用户电报终端间的文本通信业务。此类终端具有文本信息的编辑、存储和处理等能力。(6)传真：语言和3类传真交替传送的业务。第7章时分多址(TDMA)数字蜂窝网7.2GSM系统的无线接口(重点)一、GSM系统无线传输的特征表7-3GSM等三种数字蜂窝网主要参数第7章时分多址(TDMA)数字蜂窝网1.TDMA/FDMA接入方式：图7-9TDMA/FDMA接入方式时间01234567fnfn+1fn+2fn+3fn+4……帧4.6ms时隙577μs200kHZ=物理信值频率第7章时分多址(TDMA)数字蜂窝网2.频率与频道序号：(1)GSM系统工作频段：上行(移动台发、基站收)890～915MHz下行(基站发、移动台收)935～960MHz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。第7章时分多址(TDMA)数字蜂窝网(2)载频序号及频率的计算：载频间隔是0.2MHz