第5章移动通信

第5章GSM数字蜂窝移动通信系统与GPRS第5章GSM数字蜂窝移动通信系统与GPRS5.1引言5.2GSM的电信业务5.3GSM结构5.4GSM较模拟网的优势5.5GSM网络接口5.6GSM的编号、鉴权与加密5.7GSM无线信道5.8GSM呼叫方案5.9GSM通向3G的一个重要里程碑——GPRS第5章GSM数字蜂窝移动通信系统与GPRS5.1引言1980年欧洲经历了无线通信的飞速发展。每天都有大量用户加入无线网络，网络覆盖面积不断扩大。无线网络爆炸性扩大，虽然给营运者带来赢利，同时由于各网络增长情况的不同，使用的频段也不同，技术上又互不兼容，并缺乏一个中心组织来协调发展，并且全都是模拟的。欧洲的营运商意识到这些模拟网容量已接近极限，原因如下：(1)由于使用不同的频段及不兼容的无线技术使用户无法跨国界漫游。第5章GSM数字蜂窝移动通信系统与GPRS(2)所有的网容量接近饱和，需寻找一个解决该问题的方法。(3)由于对各技术的有限市场，用户和基础设施上的经济指标未能达到，进一步的用户数增长将导致高的用户设备成本。第5章GSM数字蜂窝移动通信系统与GPRS表5-1全球移动通信系统GSM的发展里程碑日期成果1982年“移动通信特别组”在欧洲邮政与电信大会(CEPT)内成立1986年建立一永久核心1987年在1986年圆形系统评价的基础上,选择了主要无线传输技术1988年18个国家签署谅解备忘录,并决定将GSM正式定名为“全球移动通信系统”(GlobalSystemforMobileCommunications)1989年GSM成立欧洲电信标准协会的一个技术委员会1990年第一阶段GSM900规范(1987-1990年制定)被冻结,开始DCS1800的修改1991年第一个系统在Telecom91DCS1800规范被冻结1992年欧洲各大GSM900营运者开始商业营运第5章GSM数字蜂窝移动通信系统与GPRS5.2GSM的电信业务GSM小组在概念上受到无线网向ISDN发展的强烈影响，为发展与有线标准相兼容的无线数字标准，小组决定GSM标准将尽可能地接近ISDN标准。这意味着GSMISDN将使用相同的信令方案和信号特性。这一决定使得有线与无线需建立统一的接入平台和统一的业务特性。第5章GSM数字蜂窝移动通信系统与GPRS由GSM网络支持的电信业务是由网络营运者提供给用户的通信能力。GSM网络，与其他网络，如PSTN一起为用户提供服务。GSM小组受到了ISDN提供业务的影响，他们打算使GSM可以提供与ISDN一样的业务。但由于受空中接口的影响，对宽带业务目前无法提供支持。ISDN支持64kb/s的话音作为基本服务，GSM由于空中接口达不到这么高的速率而不可能做到。由GSM支持的电信业务包含有线ISDN及现有模拟蜂窝系统和无线寻呼系统提供的一切业务。第5章GSM数字蜂窝移动通信系统与GPRS图5-1电信业务和承载业务用户终端GSM网可能的传输网端网用户终端承载业务电信业务第5章GSM数字蜂窝移动通信系统与GPRS5.2.1承载业务为了提供各种承载业务(BearerServices)，GSM用户应能够发送和接收速率高达9600b/s的数据。由于GSM是数字网，在用户和GSM网络之间不需Modem，但在GSM和PSTN接口方面仍然需要话音Modem。表5-2列出了GSM的承载业务。第5章GSM数字蜂窝移动通信系统与GPRS表5-2列出了GSM的承载业务。业务内容异步数据300~9600b/s同步数据1200~9600b/sPAD接入300~9600b/s,分组打包和拆包，为GSM用户接入分组网提供一个异步连接。该业务只能由移动台主叫发起分组接入2400~9600b/s，为GSM用户接入分组网提供一个同步连接。该业务只能由移动台主叫发起话音/数据交替在呼叫过程中,提供话音和数据的交替话音后数据先话音连接,而后进入数据连接第5章GSM数字蜂窝移动通信系统与GPRS5.2.2电信业务1.电话和紧急呼叫话音编码可以以64kb/s速率进行传输，但频率利用率低。为提高频率利用率，GSM采用13kb/s（全速）话音编码器来进行话音编码传输。GSM还可采用接近6.5kb/s（半速）进行话音编码，使频率利用率更高。表5-3列出GSM支持的电信业务情况。第5章GSM数字蜂窝移动通信系统与GPRS2.短信息业务（SMS）GSM可以提供给用户的短消息业务，使GSM用户无需同时携带寻呼机。GSM设计者还允许移动用户发送短消息，即开展双向短消息业务。对于MO/PP和MT/PP两类短消息业务业务中心是作为存储转发中心，该业务中心在功能上与GSM网络分开。所有GSM点对点短消息都来自或去向该业务中心。GSM允许短消息在一次呼叫中发送或空闲时发送。第5章GSM数字蜂窝移动通信系统与GPRS表5-3电信业务业务内容话音服务全速（13kb/s），半速（6.5kb/s）。这项服务提供语音信息和语音信号到网络的传输紧急呼叫典型的是，紧急电话在一些受限的情况下，更具有优先权。一般只提供移动用户主叫发起短消息服务（到移动电话终端，MT/PP）短字符消息，小于160个字符。这项服务用于消息处理系统（服务中心）提供短消息给移动用户短消息服务（移动电话发起，MO/PP）短字符消息，小于160个字符。这项服务用于移动用户给消息处理系统（服务中心）提供短消息。以下由移动用户发起的呼叫可以进行传输：一个在存储器中预先存储的消息；从拨号盘上发起的一串数字；从另外的键盘或设备终端与移动台相连的信息短消息传输（小区广播）短字符消息，小于93个字符。这项服务用于传输对小区范围内的所有的移动用户。这是一点对多点的服务自动传真第3类传真。这项服务自动提供第3类呼叫和被呼模式传真第5章GSM数字蜂窝移动通信系统与GPRS5.2.3补充业务补充业务(SupplementaryServices)是在承载业务和电信业务基础上获得的。一项补充业务是在联合一项或多项承载业务中使用的，它不能单独使用，它必须和基本电信业务一起提供给用户，相同的补充业务对一系列电信业务来说是有利的。前向呼叫是补充业务的一个例子，对于该业务的预要求是电话或传真业务。如果用户要求，前向呼叫业务能在电话和传真呼叫中应用。表5－4给出了GSM支持的补充业务。第5章GSM数字蜂窝移动通信系统与GPRS表5-4GSM支持的补充业务业务内容号码识别主叫号码显示(CLIP)主叫线号码限制(CLIR)连接线显示(CoLP)连接线限制(CoLR)呼叫服务前向呼叫无条件转移（CFU）移动台忙时前向呼叫（CFB）无应答前向呼叫（CFNRy）移动用户未能达到前向呼叫呼叫完成呼叫保持（HOLD）呼叫等待（CW）第5章GSM数字蜂窝移动通信系统与GPRS表5-4GSM支持的补充业务业务内容多方多方业务(MPTY)兴趣群体密切用户群计费计费信息提示(AoCI)计费费用提示(AoCC)呼叫限制所有呼叫禁止(BAOC)国际呼出禁止(BOIC)除拨向归属国家的国际呼出禁止(BOIC-exHC)所有呼入禁止(BAIC)漫游出归属国家呼入禁止(BIC-Roam)无结构化无结构化补充业务数据营运者确定限制由营运者确定的不同呼叫/业务限制第5章GSM数字蜂窝移动通信系统与GPRS5.3GSM结构图5-2GSM网络结构第5章GSM数字蜂窝移动通信系统与GPRS5.3.1移动台（MS）表5-5GSM900系统的移动台功率等级功率级移动台最大功率120W28W35W42W50.8W第5章GSM数字蜂窝移动通信系统与GPRS表5-6DCS1800系统的移动台功率等级功率级移动台最大功率11W20.25W第5章GSM数字蜂窝移动通信系统与GPRS一个GSM移动台可以分成两部分：一部分包括与无线电接口有关的硬件和软件；另一部分包括用户特有的数据：用户识别模块（SIM），SIM是GSM最有吸引力的组成部分。SIM有着与信用卡相同的尺寸，或者是尺寸更小的内插卸式SIM卡（俗称小卡），小卡在许多手机中得到应用。SIM卡支持用个人移动性，用户可以只带SIM卡旅游，在新的目的地只需将SIM卡插入GSM移动台即可得到服务。SIM卡包括有关移动用户指定的GSM业务和网络信息。它存储有用户识别号、位置信息和有关保密数据（如密钥）、禁止GSM网络和参考语言。SIM卡支持用个人身份码（PIN）来鉴别卡的用户，以防非法卡的使用。PIN由4到8位数字组成，在SIM卡出售时写入。移动台如无SIM卡只能进行紧急呼叫。第5章GSM数字蜂窝移动通信系统与GPRS5.3.2基站(BS)及基站收发信机（BTS）移动台到网络的接口是基站收发信机（BTS）。一个BTS由无线收/发信机及多块用于无线电接口的信号处理模块组成。在朝基站控制器BSC侧，BTS区分与移动台有关的话音和控制信令，并通过各自信道传给BSC。在朝MS侧，BTS将信令和语音合在一个载波上。BTS位置通常在小区中心。BTS的发射功率决定小区的尺寸。一个典型的BTS通常具有1~24个收/发信机（TRX），每个TRX代表一个单独的RF信道。表5-7给出了基站的功率等级。第5章GSM数字蜂窝移动通信系统与GPRS表5-7基站的功率等级功率级GSM900基站的最大功率DCS1800基站的最大功率1320W20W2160W10W380W5W440W2.5W520W610W75W82.5W第5章GSM数字蜂窝移动通信系统与GPRS5.3.3基站控制器（BSC）一个基站控制器（BSC）监视和控制几个基站。BSC的主要任务是实现频率管理以及BTS的控制和交换功能。BSC通过BTS和MS的远程命令对无线电接口进行管理，主要有无线信道安排和释放，切换的安排。BSC向下连接一系列BTS，向上连接移动交换中心（MSC）。一个BSC和与它相应的BTS可看成是一基站子系统（BSS）。第5章GSM数字蜂窝移动通信系统与GPRS5.3.4发送编码器和速率适配器单元（TRAU）TRAU网络单元负责对16kb/s到64kb/s的用户数据进行发送编码及速率适配。在物理上，TRAU可以在BTS任何一边，即在BTS和BSC的BTS边；或在BSC和MSC的BSC边或MSC边。通常在BSC和MSC的BSC边。第5章GSM数字蜂窝移动通信系统与GPRS5.3.5移动业务交换中心（MSC）MSC的主要功能是协调去GSM或来自GSM用户的呼叫。它主要由交换机及支持呼叫建立所需的几个数据库组成。它还是GSM网和公共交换电话网PSTN之间的接口。MSC还完成由MSC负责区域移动用户所有的交换和信令功能。一个MSC可以连接数个BSC。除了支持BSC之外,MSC还处理BSC/MSC内部的切换及相互之间的呼叫。MSC具有无线资源管理和移动性管理等功能，例如移动台位置登记与更新、越区切换等。为了建立从固定网至某个移动台的呼叫路由，固定网就远进入关口MSC（GMSC），由该GMSC查询有关的归属位置寄存器HLR，并建立至移动台当前所属的MSC的呼叫路由。第5章GSM数字蜂窝移动通信系统与GPRS5.3.6归属位置寄存器（HLR）1)HLR必须存储其归属用户的有关数据。HLR还必须存储由营运者选择的不同用户提供的业务数据，并能随着业务的发展，增改相应存储内容。2)任何时候当访问者位置寄存器VLR请求（例如登记时），HLR应能依据要求向VLR提供有关的用户数据。当某些用户数据有变化时（例如签约的变化，服务项目清单的变化），HLR要能够将这些数据信息通知VLR。第5章GSM数字蜂窝移动通信系统与GPRS3)提供移动用户漫游号(MSRN)MSRN是在MS进行位置更新时，由当地的VLR负责产生的。MS被叫时，HLR应能根据GMSC（关口MSC）或始发MSC的请求，将MSRN发往请求的MSC。请求的MSC从而得到MS目前所在的MSC和位置区域LA。4)HLR应能支持用户的鉴权操作。5)HLR应能配合访问者位置寄存器VLR完成登记功能和向前一个VLR发起取消登记功能。第5章GSM数字蜂窝移动通信系统与GPRS6)当HLR接收到VLR发来的移动台