第3章数字移动通信系统(2G)

清华大学出版社第3章数字移动通信系统（2G）清华大学出版社第3章数字移动通信系统（2G）3.1GSM系统概述GSM的英文全名为：GlobalSystemforMobileCommunications，中文译为全球移动通信系统，俗称“全球通”，是一种起源于欧洲的数字移动通信系统标准。早在1982年，欧洲已有几大模拟蜂窝移动系统在运营，例如北欧多国的NMT（北欧移动电话）和英国的TACS（全接入通信系统)，西欧其它各国也提供移动业务。但由于各国之间的移动通信系统的体制和标准不统一，移动通信很难实现国家间的漫游，为了方便全欧洲统一使用移动电话，北欧国家向CEPT（欧洲邮电行政大会）建议制定一种公共的数字移动通信系统标准，统一规范欧洲电信业务，因此成立了一个在ETSI技术委员会下的“移动特别小组（GroupSpecialMobile）”，简称“GSM”，来制定有关的标准和建议书。清华大学出版社第3章数字移动通信系统（2G）3.1.1GSM系统的结构图3-1GSM系统的网络结构清华大学出版社第3章数字移动通信系统（2G）1、网络各部分的主要功能MS（移动台）它包括ME（移动设备）和SIM（用户识别模块）卡，移动台可分为车载台、便携台和手机3类，其主要作用是通过无线接口接入网络系统，也提供人机接口。SIM卡是识别卡，用来识别用户，它基本上是一张符合ISO标准的“智慧”磁卡，其中包含与用户有关的无线接口的信息，也包括鉴权和加密的信息。除紧急呼叫外，移动台都需要插入SIM卡才能得到通信服务。清华大学出版社第3章数字移动通信系统（2G）BSS主要的功能是负责无线发射和管理无线资源。BSS由BTS（基站收发台）和BSC（基站控制器）组成。BSS中的BTS是用户终端的接口设备，BSC可以控制一个或多个BTS，可以控制信道分配，通过BTS对信号强度的检测来控制移动台和BTS的发射功率，也可作出执行切换的决定。NSS（网络子系统）由MSC（移动交换中心）和OMC（操作维护中心）以及HLR（归属位置寄存器）、VLR（访问位置寄存器）、AUC（鉴权中心）和EIR（设备标志寄存）等组成。NSS主要负责完成GSM系统内移动台的交换功能和移动性管理、安全性管理等。清华大学出版社第3章数字移动通信系统（2G）MSC是GSM网络的核心部分，也是GSM系统与其他公用通信系统之间的接口，主要是对位于它所管辖区域中的移动台进行控制、交换。OMC主要对GSM网络系统进行管理和监控。VLR是一个动态的数据库，用于存储进入其控制区用户的数据信息，例如用户的号码、所处位置区的识别、向用户提供的服务等参数，一旦用户离开了该VLR的控制区，用户的有关数据将被删除。清华大学出版社第3章数字移动通信系统（2G）HLR是一个静态数据库，每个移动用户都应在其HLR登记注册。HLR主要用来存储有关用户的参数和有关用户目前所处位置的信息。EIR用来存储有关移动台设备参数的数据库，对移动设备进行识别、监视和闭锁等。AUC专用于GSM系统的安全性管理，进行用户鉴权及对无线接口上的语音、数据、信令信号进行加密，以防止无权用户的接入和保证移动用户的通信安全。清华大学出版社第3章数字移动通信系统（2G）SMSC（短消息业务中心）与NSS连接可实现点对点短消息业务，与BSS连接完成小区广播短消息业务。在实际的GSM网络中，可根据不同的运营环境和网络需求进行网络配置。具体的网络单元可用多个物理实体来承担，也可以将几个网络单元合并为一个物理实体，比如将MSC和VLR合并在一起，也可以把HLR、EIR和AUC合并为一个物理实体。清华大学出版社第3章数字移动通信系统（2G）2、GSM网络接口A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，其物理连接是通过采用标准的2.048Mb/sPCM数字传输链路来实现。此接口传送的信息包括对移动台及基站的管理、移动性和呼叫接续管理等。Abis接口。Abis接口定义为基站子系统的基站控制器与基站收发信机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。该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。清华大学出版社第3章数字移动通信系统（2G）Um接口。又称为空中接口，定义为移动台与基站收发信机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。B接口，B接口定义为移动交换中心与访问位置寄存器之间的内部接口，用于MSC向VLR询问有关移动台当前位置信息或者通知VLR有关MS的位置更新信息等。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2.048Mb/sPCM数字传输链路实现的。清华大学出版社第3章数字移动通信系统（2G）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收呼叫。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。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。清华大学出版社第3章数字移动通信系统（2G）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。GSM系统通过MSC与其他公用电信网互连，一般采用SS7号信令系统接口。其物理链接方式是通过在MSC与PSTN或ISDN交换机之间采用2.048Mb/sPCM数字传输链路实现。清华大学出版社第3章数字移动通信系统（2G）3.1.2GSM的区域和识别号码1、区域的划分GSM服务区。是指移动台可获得服务的区域，这些服务区具有完全一致的MS－BS接口。一个服务区可包含一个或多个公用陆地移动通信网（PLMN），从地域上说，可对应一个国家或多个国家，也可以是一个国家的一部分。PLMN。可由一个或多个移动交换中心组成。该区具有共同的编号制度和路由计划，其网路与公众交换电话网互连，形成整个地区或国家规模的通信网。清华大学出版社第3章数字移动通信系统（2G）MSC区。是指MSC所覆盖的服务区，提供信号交换功能及和系统内其它功能的连接，从位置上看，包含多个位置区。位置区。一般由若干个基站区组成，移动台在位置区内移动时无需进行位置的登记或更新。基站区。指基站提供服务的所有的区域，也叫做小区。扇区。当基站收发天线采用定向天线时，基站区可分为若干个扇区。若采用120度定向天线，一个小区分为3个扇区；若为60度，则为6个扇区。清华大学出版社第3章数字移动通信系统（2G）图3-2GSM的区域定义清华大学出版社第3章数字移动通信系统（2G）2、GSM系统中的各种识别号码国家码移动台国内身份码（国内目的码+用户码）1）MSISDN（移动台国际身份号码）图3-3移动台国际身份号码的格式MSISDN=CC+NDC+SN（3-1）清华大学出版社第3章数字移动通信系统（2G）2）IMSI——国际移动用户识别码国内IMSIIMSI图3-4国际移动用户识别码的格式IMSI=MCC+MNC+MIN（3-2）清华大学出版社第3章数字移动通信系统（2G）3）MSRN（移动台漫游号码）4）TMSI——临时移动用户识别码清华大学出版社第3章数字移动通信系统（2G）5）IMEI（国际移动台设备识别码）图3-5国际移动台设备识别码的格式IMEI=TAC+FAC+SNR+SP（3-3）清华大学出版社第3章数字移动通信系统（2G）6）LAI（位置区识别码）图3-6位置区识别码的格式LAI＝MCC＋MNC＋LAC（3-4）清华大学出版社第3章数字移动通信系统（2G）7）CGI（小区全球识别码）图3-7小区全球识别码的格式CGI=MCC+MNC+LAC+CI（3-5）清华大学出版社第3章数字移动通信系统（2G）8）BSIC（基站识别码）NCCBCC3bit3bitBGIC图3-8基站识别码的格式BSIC=NCC+BCC（3-6）清华大学出版社第3章数字移动通信系统（2G）3．GSM业务基本业务电信业务，主要指包括电话、紧急呼叫、传真和短消息服务等。承载业务，不仅支持语音业务，还支持数据业务。补充业务，是对基本业务的改进和补充，非单独的，需和基本业务一起提供服务。主要包括呼叫前转、呼叫限制、呼叫等待、会议电话和计费通知等。清华大学出版社第3章数字移动通信系统（2G）3.2GSM的空中接口在GSM系统中，其空中接口就是指MS和BSS之间的接口，又称Um接口。空中接口是借助无线电波传递信息的，连接的用户众多，而且随着用户终端的多样性和环境的复杂多变，空中接口呈现广泛性和多样性。清华大学出版社第3章数字移动通信系统（2G）3.2.1技术参数表3-1我国GSM系统的主要技术参数特性GSM900GSM1800频段（MHz）890-915（上行）935-960（下行）1710-1785（上行）1805-1880（下行）工作频带（MHz）2575每帧TDMA的时隙数88上下行隔离（MHz）4595频道间隔（KHz）200200频道数124374清华大学出版社第3章数字移动通信系统（2G）3.2.2空中接口的物理结构1、空中接口的帧结构在GSM系统中，每个载频，在时间上被定义为一个个TDMA帧（简称为帧）相连接，每个TDMA帧包括8个时隙（TS0－TS7），所有TDMA帧中同号时隙提供一个物理信道，如图2-31所示。空中的传输速率为270.833kbit/s，每个时隙占用576.9μs，相当于承载156.25bit的数据，一帧的时间为4.615ms。清华大学出版社第3章数字移动通信系统（2G）时间01234567fnfn+1fn+2fn+3fn+4……帧4.6ms时隙577s200kHz＝物理信道频率01234567图3-9GSM的TDMA/FDMA接入方式清华大学出版社第3章数字移动通信系统（2G）0123456701234567012345670123456701234567012345672201234232425012347484950024250123474849501(＝51(26帧)复帧或者26(51帧)复帧)20422043204420452046204701234561超高帧＝2048超帧＝2715648TDMA帧012TDMA帧1超帧＝1326TDMA帧（6.12s)1(51帧)复帧＝51TDMA帧（235.385ms）1(26帧)复帧＝26TDMA帧（120ms）1超高帧=2048超帧=2715648TDMA帧1超帧=1326TDMA帧（6.12s）（=51（26帧）复帧或者26（51帧）复帧）1（26帧）复帧=26TDMA帧（120ms）1（51帧）复帧=51TDMA帧（235.385ms）TDMA帧图3-10GSM系统的各种帧及时隙的格式清华大学出版社第3章数字移动通信系统（2G）2.突发脉冲序列图3-114种不同功能突发序列的格式清华大学出版社第3章数字移动通信系统（2G）3.GSM信道频率校正信道FCCH同步信道SCH广播控制信道BCCH广播信道BCH寻呼信道PCH准许接入信道AGCH随机接入信道RACH公用控制信道CCCH独立专用控制信道SDCCH慢速辅助控制信道SACCH快速辅助控制信道FACCH专用控制信道DCCH业务信道TCH控制信道CCH信道分类（下行）（下行）（下行）（下行）（下行）（上行）（上/下行）（上/下行）（上/下行）图3-12GSM系统的逻辑信道分类1）GSM信道分类清华大学出版社第3章数字移动通信系统（2G）表3-2GSM系统各逻辑信道的功能表逻辑信道突发脉冲方式方向功能频率校正信道频率校正BS→MS广播用于校正终端频率的信息同步信道同步BS→MS广播帧同步和基站识别码信息广播控制信