GSM移动通信系统的组成解析

第二章第二代移动通信系统2.1GSM数字蜂窝移动通信系统2.2窄带CDMA系统第二代移动通信系统概述第二代移动通信系统20世纪80年代中期到21世纪初，数字移动通信系统得到了大规模应用，其代表技术是欧洲的GSM和美国的CDMA，也就是通常所说的第二代移动通信技术（2G）。第二代移动通信系统概述第二代移动通信系统在欧洲电信标准协会的领导下，GSM（GlobalSystemforMobileCommunications）。于1990年完成了GSM900的规范并开始在欧洲投入试运行，1991年，移动特别小组还制定了1800MHz频段的规范，命名为DCS1800系统。第二代移动通信系统概述第二代移动通信系统CDMA（CodeDivisionMultipleAccess）是码分多址的英文缩写，它是在扩频通信技术的基础上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。CDMA技术的出现源于人们对更高质量无线通信的需求。2.1.1GSM移动通信系统技术的标准规划在GSM标准中，只对系统功能、接口制定了详细规划，以便不同公司产品相互联通。它包含12项内容。2.1.2GSM系统结构第二代移动通信系统GSM移动通信网结构BTSBTSBSCMSC/VLROMCHLR/AUCEIRMSC/VLRSCMSMSGSMUmDCS1800AbisAX.25X.25或No.7No.7BSSAPNo.7MAPNo.7TUPNo.7MAPTUPPLMNPSTNISDNPSPDNMS：移动台SC：短信息业务中心VLR：来访位置寄存器EIR：移动设备识别寄存器PSPDN：分组交换公用数据网BSS：基站子系统OMC：操作维护中心HLR：归属位置寄存器BSC：基站控制器PSTN：公用电话网NSS：网络交换子系统MSC：移动业务交换中心AUC：鉴权中心BTS：基站收发信台ISDN：综合业务数字网GSM系统结构第二代移动通信系统由系统结构图可以看出，GSM由MS（移动台）、BSS（基站子系统）、MSS（移动交换子系统，也叫网络子系统-NSS）和OSS（操作维护子系统）这四部分组成。组成GSM的四大部分GSM系统结构第二代移动通信系统移动台（MS）移动台是GSM系统的用户设备，包括车载台、便携台和手持机。每个移动台都有自己的识别码，即国际移动设备识别号IMEI，IMEI主要由型号许可代码和厂家有关的产品号构成。每个移动用户有自己的国际移动用户识别号IMSI，这个号码全球唯一，存储在用户的SIM卡上。移动终端的组成原理框图如图所示接收解调均衡信道分离解密信道解码语音解码D/A终端适配数据终端频率合成器VCO跳变单元控制器键盘、显示TDMA帧形成天线转换发送调制加密信道编码无线部分处理部分语音编码A/D接口部分SIM卡与UIM卡手机与SIM卡共同构成移动通信终端设备。GSM手机用户在“入网”时会得到一张SIM卡，机卡分离式CDMA手机“入网”时也需配置UIM卡，即“用户识别模块”的意思。手机卡是一张符合通信网络规范的“智能”卡，它内部包含了与用户有关的、被存储在用户这一方的信息。SIM卡内部保存的数据可以归纳为以下四种类型：–（1）由SIM卡生产商存入的系统原始数据，如生产厂商代码、生产串号、SIM卡资源配置数据等基本参数。–（2）由GSM网络运营商写入的SIM卡所属网络与用户有关的、被存储在用户这一方的网络参数和用户数据等，包括：①鉴权和加密信息Ki(Kc算法输入参数之一：密钥号)②国际移动用户号（IMSI）；③移动电话机用户号码、呼叫限制信息等。–（3）由用户自己存入的数据。如缩位拨号信息、电话号码簿等。–（4）用户在使用SIM卡过程中自动存入及更新的网络接续和用户信息。在实际使用中有两种功能相同而形式不同的SIM卡：–(1)卡片式(俗称大卡)SIM卡，这种形式的SIM卡符合有关IC卡的ISO标准，类似IC卡。–(2)嵌入式(俗称小卡)SIM卡，其大小只有25mm×15mm，是半永久性地装入到移动台设备中的卡。SIM卡外形SIM卡的构造SIM卡是带有微处理器的芯片，包括五个模块，每个模块对应一个功能：微处理器、程序存储器、工作存储器、数据存储器和串行通信单元。最少有五个端口：①电源；②时钟；③数据；④复位；⑤接地端。卡触点功能SIM卡座GSM系统结构第二代移动通信系统基站子系统（BSS）功能：基站子系统BSS在GSM网络的固定部分和无线部分之间提供中继，BSS通过无线接口直接与移动台实现通信连接，同时BSS又连接到网络端的移动交换机。GSM系统结构第二代移动通信系统MSAter接口BS接口Um接口BSCBIEBTSBTSBIEAbis接口SMSMTCA接口MSCOMCQ3接口GSM系统结构第二代移动通信系统基站收发信台BTS完成无线与有线的转换，属于基站系统的无线部分，是由BSC控制，服务于小区的无线收发信设备，完成BSC与无线信道之间的转换，实现BTS与MS之间通过空中接口的无线传输及相关的控制功能。GSM系统结构第二代移动通信系统基站控制器BSC是BSS的控制部分，在BSS中起交换作用。BSC一端可与多个BTS相连，另一端与MSC和操作维护中心（OMC）相连，BSC面向无线网络，主要负责完成无线网络、无线资源管理及无线基站的监视管理，并能完成对基站子系统的操作维护功能。BSS中的BSC所控制的BTS的数量随业务量的大小而改变。GSM系统结构第二代移动通信系统码型变换器TC主要完成13kbit/sRPE-LTP（规则脉冲激励长期预测）编码和64kbit/sA律PCM之间的语音变换。在典型的实施方案中，ZXG10-TC位于MSC与BSC之间。当TC位于MSC侧时，通过MSC和BSC之间以及BSC和BTS之间的传输线路子复用器SM、BIE，可以充分利用在空中接口使用的低语音编码传输速率，降低传输线路的成本。BSC与TC之间的接口称为Ater接口，TC与MSC之间的接口称为A接口。GSM系统结构第二代移动通信系统移动交换子系统（MSS）主要包含有GSM系统的交换功能和用于用户数据与移动性管理、安全性管理所需要的数据库功能，它对GSM移动用户之间的通信和GSM移动用户与其它通信网用户之间通信起着管理作用。GSM系统结构第二代移动通信系统（1）移动业务交换中心（MSC）（2）归属位置寄存器（HLR）（3）拜访位置寄存器（VLR）（4）鉴权中心（AUC）（5）设备识别寄存器（EIR）（6）短消息中心（SC）移动交换子系统（MSS）GSM系统结构第二代移动通信系统MSC是网络的核心。它提供交换功能，把移动用户与固定网用户连接起来，或把移动用户互相连接起来。为此，它提供到固定网（即PSTN、ISDN、PDN等）的接口，及与其它MSC互连的接口。MSC从三种数据库——归属位置寄存器（HLR）、拜访位置寄存器（VLR）和鉴权中心（AUC）——中取得处理用户呼叫请求所需的全部数据。反之，MSC根据其最新数据更新数据库。移动业务交换中心（MSC)GSM系统结构第二代移动通信系统HLR是GSM系统的中央数据库，存贮着该HLR控制的所有存在的移动用户的相关数据，一个HLR能够控制若干个移动交换区域或整个移动通信网，所有用户的重要的静态数据都存贮在HLR中，包括移动用户识别号码、访问能力、用户类别和补充业务等数据。HLR还存储且为MSC提供移动台实际漫游所在的MSC区域的信息（动态数据），这样就使任何入局呼叫立即按选择的路径送往被叫用户。归属位置寄存器（HLR）GSM系统结构第二代移动通信系统VLR存储进入其覆盖区的移动用户的全部有关信息，这使得MSC能够建立呼入/呼出呼叫。可以把它看作动态用户数据库。VLR从移动用户的归属位置寄存器（HLR）处获取并存储必要的数据，一旦移动用户离开该VLR的控制区域，则重新在另一个VLR登记，原VLR将取消临时记录的该移动用户数据。拜访位置寄存器（VLR）GSM系统结构第二代移动通信系统AUC属于HLR的一个功能单元部分，专用于GSM系统的安全性管理。鉴权中心（AUC）存储着鉴权信息与加密密钥，用来进行用户鉴权及对无线接口上的话音、数据、信令信号进行加密，防止无权用户接入和保证移动用户通信安全。鉴权中心（AUC）GSM系统结构第二代移动通信系统EIR存贮着移动设备的国际移动设备识别号（IMEI），通过核查白色清单、黑色清单、灰色清单这三种表格，分别列出准许使用、出现故障需监视、失窃不准使用的移动设备识别号（IMEI）。运营部门可据此确定被盗移动台的位置并将其阻断，对故障移动台能采取及时的防范措施。移动设备识别寄存器（EIR）GSM系统结构第二代移动通信系统提供在GSM网络中移动用户和固定用户或移动用户和移动用户之间发送讯息长度较短的信息。短消息中心（SC）GSM系统结构第二代移动通信系统OSS是维护人员和系统设备之间的中介，它实现了系统的集中操作和维护，完成包括移动用户管理、移动设备管理及网络操作维护等功能。用于操作维护的设备成为操作维护中心OMC，它又分为OMC-S和OMC-R两部分，其中OMC-S用于MSC、HLR和VLR的维护和管理，OMC-R用于整个BSS系统的操作与维护。操作维护子系统OSS