GSM通信基础原理-怡创培训教材V1.0

GSM系统理论1.1、CME20系统的技术特点1.2、CME20系统的构成1.3、CME20系统的网络结构第一节CME20系统概述1.1、CME20系统的技术特点一、CME20系统具有下列的几种技术特点：1、采用AXE-10交换系统的技术。CME20系统实际上是AXE的一个应用系统，是通过在AXE-10交换机基础上增加和减少相应的子系统、功能块来实现的，这样做的好处是移动通信系统可共享AXE技术的成熟和进步。2、采用TDMA时分多址调制技术。可使不同的移动台分时占用同一频率来实现同时通话，目前可以做到8个用户同时使用同一频率。采用TDMA方式，基站设备中的多个信道可共用一套收发信机，有利于降低成本，增加系统配置的灵活性。3、采用高斯滤波最小移频键控频率调制技术（GMSK）。数字调制是用基带数字信号，改变高频载波信号的某一参数以传递数字信号的过程。使用GMSK方式，其优点是避开了线性要求，使用非线性功率放大器可降低移动台的成本。4、话音编码方面采用了波形编码和声源编码相结合的混合编码技术。5、保密方面采用加密和用户身份鉴别的识别数字化处理技术，安全、保密性能好。1.1、CEM20系统的技术特点二、GSM系统与TACS系统的比较数字蜂窝移动通信系统除了采用全数字化的信令和话音传输外，它主要包括以下特点：1、将数据库从交换机中分离，便于对用户的移动性和安全性进行管理。2、将终端设备与用户识别分离，采用SIM卡，为将来实现个人通信打下良好的基础。3、电话业务和非话业务并重，能够与DDN和ISDN网相兼容。制式比较内容模拟系统（TACS）GSM系统频段900MHZ900MHZ频率利用率低高容量较小较大覆盖范围制式多、互不兼容制式统一漫游功能限于某一区域内可全球漫游保密性有限较强安全性差好业务种类少，基本仅用于电话多，可与ISDN兼容配合个人通信差好1.2、CME20系统的构成CME20系统是爱立信的GSM系统产品（包括GSM900和DCS1800标准），由以下几部分组成：交换系统（SS）基站系统（BSS）操作支持系统（OSS)和其他网络节点1.2、CME20系统的构成1.2、CME20系统的构成一、交换系统（SS）SS是整个移动网的控制中心，与公网中的电话交换设备功能类似，具有话务控制、号码分析、计费、呼叫统计等功能，另外它还具有实现数据业务的功能。交换系统包括下列功能单元：移动业务交换中心（MSC）拜访位置寄存器（VLR）归属位置寄存器（HLR）鉴权中心（AUC）设备识别寄存器（EIR）短信息服务中心（SC）操作维护中心（OMC）GSM协调工作单元（GIWU)1.2、CME20系统的构成MSC:一个MSC控制多个基站控制器，它控制移动用户至PSTN、ISDN、PLMN、公用数据网的呼叫。移动汇接和网络入口功能都由MSC来实现。HLR和VLR：由于MS位置的移动性，因此要建立至MS的终接呼叫，需在网络中设置一些数据库，用来保存MS的位置信息。HLR和VLR是与呼叫建立密切相关的两个数据库。HLR：是管理部门用于管理移动用户呼叫资料的数据库。当一个人购买电信网的移动台时，他将被登记在该网络的HLR中，HLR与各营业点的终端相连。它储存两类数据：一是用户的参数:MSISDN、IMSI、用户类别、Ki、补充业务等参数。二是用户的位置信息:MS目前处于哪个MSC/VLR中，即MSC/VLR地址。VLR:用于寄存所有进入本交换机服务区域用户的信息。VLR看成是分布的HLR，VLR与MSC配对合置于一个物理实体中。（因为每次呼叫，它们之间有大量的信令传递，若分开，信令链路负荷大，所以将MSC与VLR接口做成AXE的内部接口。）VLR中也寄存两类信息：一是本交换区用户参数，该参数是从HLR中获得的。二是本交换区MS的LAI。1.2、CME20系统的构成AUC与EIR也是数据库，但与呼叫的建立无关。AUC:是向HLR提供出于安全原因而使用的鉴权参数和密钥。即三参数组。AUC是由计算机系统（PC或VAX）实现的。EIR:用来检验设备的合法性，可以禁止末经批准的话机设备使用。它内存三种名单：白名单---合法设备；黑名单---非法设备；灰名单---故障设备。GMSC：称为入口移动交换局或称门道局。它具有从HLR查询得到被叫MS目前的位置信息，并根据此信息选择路由。GMSC可以是任意的MSC，也可以单独设置。单独设置时，不处理MS的呼叫，因此不需设VLR，不与BSC相连。GIWU：是传真及数据通信的格式转换与速率适配。MS:用户的移动台包括两部分，SIM卡和ME。SIM卡寄存用户的鉴约信息，与HLR中的鉴约信息相同。没有SIM卡，MS不能接入GSM网络，但是当用于紧急业务时除外。ME是用户设备（即话机，也可以使用另一个话机），这样为防失窃，系统配置了EIR，用户权与用户设备是分开的，用户设备只是一台有权收发信机，用户可以买卡租机，这也是一种新的业务。1.2、CME20系统的构成二、基站系统（BSS）基站系统由以下两个部分组成1）基站控制器（BSC）由一个独立的AXE应用系统来实现，它控制一组基站，其任务是管理无线网络，即管理无线小区及其无线信道，并提供基站至MSC之间的接口。无线设备的操作和维护，移动台的业务过程。2）无线基站（RBS）RBS用来提供移动台与系统的无线接口，主要由无线收发信机构成。三、操作支援系统（OSS）在GSM建议中称为OMC，用于整个CME20系统的集中操作与维护。其功能如下：1）网络的监视和操作，例如：告警及处理。2）无线规划，例如：增加蜂窝小区及载频。3）交换系统的管理，例如：软件和数据的修改。4）性能的管理，例如：产生统计报告。1.3、CME20系统的网络结构（1）小区（CELL）：小区是交换机业务区的最小单元，它是基站的一个扇形天线所覆盖的区域。一个BSC最多可以带512个小区。（2）位置区（LA）：若干个基本小区组成一个位置区。一个BSC可以由一个或多个位置区组成，一个位置区可以跨越一个或多个BSC，但只归属于一个MSC。（3）MSC服务区：由MSC所管辖的区域称为MSC服务区，它是由若干个位置区组成。（4）公用陆地移动通信网（PLMN）：是指一家公司负责经营的移动通信业务区域，一般由若干个服务区（移动本地网）组成。1.3、CME20系统的网络结构一、GSM接口二、GPRS中的接口还有：1.3、CME20系统的网络结构第二节识别号码(编号系统)1、移动台的国际身份号码ISDN（MSISDN）供用户拨打的公开号码，具有全球唯一性。CCITT建议结构为：MSISDN＝CC＋NDC＋SNCC＝国家码即在国际长途电话通信网中的号码（中国+86）NDC＝国内目的地码，即网路接入号。（移动为135～139）SN＝用户号码如1392223456－139222便是NDC，前三位用于识别网号（运营商），后三位用于识别归属区。CCNDCSN3digits6digitsNationalMSNOInternationalMSISDNMAX15digits4digits第二节识别号码(编号系统)第二节识别号码(编号系统)2、国际移动用户识别码（IMSI）是指在无线路径和GSMPLMN网络上唯一识别移动用户的号码。用于PLMN所有信令中，存于HLR、VLR、SIM中IMSI＝MCC＋MNC＋MSINMCC＝移动网的国家号码（与CC不同，中国为460）MNC＝移动网号。中国移动为“00”，中国联通为“01”MSIN＝移动台识别号。使用十进制，最长为15位MCCMNCMSIN3digits1-2digitsNationalMSIInternationalMSI即IMSIMAX15digits第二节识别号码(编号系统)3、移动台漫游号码（MSRN）MSRN＝CC＋NDC＋SNCC＝国家号NDC＝国内目的地号码(用于识别PLMN）SN＝用户号，用于识别MSC/VLR的地址。MSRN用于一次呼叫的路由选择。第二节识别号码(编号系统)4、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，本次呼叫有效，其结构可由各电信部门选择，长度不超过4个字节。一个CCCH的寻呼容量为2个IMSI或4个TMSI。5、国际移动台设备识别码（IMEI）是唯一用来识别移动台终端设备的号码，称作系列号。IMEI＝TAC＋FAC＋SNR＋SPTAC＝型号认证码FAC＝最终装配码，用于识别制造厂家。SNR＝序号，一个六位数字的排序号码，用以唯一的识别每个TAC和FAC中的某个设备。SP＝备用第二节识别号码(编号系统)6、位置区识别码（LAI）LAI代表MSC业务区的不同位置区，用于移动用户的位置更新。它由三部分组成：LAI＝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7、小区全球识别码（CGI）用于识别一个位置区内的小区。它是在LAI后面加上一个小区识别码（CI）组成的。CGI＝MCC＋MNC＋LAC＋CIMCCMNCLACLocationAreaIdentity（LAI）CICellGlobalIdentity（CI）3digits1-2digitsMax16bitsMax16bits第二节识别号码(编号系统)8、基站识别码（BSIC）BSIC＝NCC＋BCCNCC＝网络色码，识别GSMPLMN，在定义NCC的时候，我们要注意，确保相邻PLMN不使用相同的NCC。BCC＝基站色码，用于识别同频基站，一个簇一个BCC。小区数据中的NCCPERM=X，用于指定移动台允许接入的网络。BCC可以在OMT2中读出。NCCBCC0-7中取一位0-7中取一位2digits第二节识别号码(编号系统)9、各种号码的应用与理解例子：请说出一个北京的固定电话用户拨打广州的一个移动用户的呼叫接续过程中各种识别码的应用过程。(参考备注)PSTNMSISDNGMSCMSISDNMSRNMSRNIMSIVLRMSCIMSIMSRNMSISDNIMSIMSC地址MSRNHLRVLR3.1几种无线接入方式3.2无线接口参数3.3信号处理过程3.4无线通信中几个基本概念3.5无线数字信道第三节GSM无线接入原理3.1几种无线接入方式移动通信的无线接入有三种方式：FDMA、TDMA、CDMA1、FDMA（FREQUENCEDIVIDEMULTIPLEADRESS）：频分多址，在模拟蜂窝移动系统中就应用这种技术。它为每个用户分配一个频带，同一小区内的用户必须占用不同的频点进行通信，这种方式的缺点是干扰严重，保密性差，容量小。2、TDMA（TIMEDIVIDEMULTIPLEADRESS）：时分多址，目前的GSM数字移动系统就使用这种技术。它的每一频带上有8个时隙3、CDMA（CODEDIVIDEMULTIPLEADRESS）：码分多址。CDMA是以不同的代码序列实现通信的。容量大，保密性好，抗干扰能力强。3.2无线接口参数在GSM系统的特点：载频间隔：200KHz。通信方式：全双工信道分配：每载频8个时隙，含8个全速率信道或16个半速率信道。TDMA帧长：4.615ms话音编码速率：13Kbit/s话音信道编码速率：22.8Kbit/s空中接口速率：270Kbit/s调制方式：GMSK（高斯滤波最小频移键控），这是一种数字调制方式。接入方式：TDMA。话音编码：RPE-LPC13Kbit/s规则脉冲激励线性预测编码。分集接收：分集的方法有空间分集、频率分集、极化分集、角度分集、时间分集和场分量分集等多种。3.2无线接口参数物理信道的计算，如GSM900系统中：每载频共分8个时隙，即为8个信道。总信道数为124×8＝992个信道。在GSM系统中，按照使用的频带的不同，GSM可以分为GSM900系统、DCS1800系统和PCS1900系统。GSM900(PGSM)DCS1800PCS1900(USA使用)EGSM(亦有理解其包含PGSM)备注载频间隔200K200K200K20