1、移動通信第 7 章GSM移動通信系統前 言 第二代移動通信是以GSM、IS-95 CDMA兩大移動通信系統為代表的。GSM移動通信系統（簡稱GSM系統）是基于TDMA的數字蜂窩移動通信系統，它是世界上第一個對數字調制、網絡層結構和業務作了規定的蜂窩系統。如今GSM系統已經遍及全世界（即所謂“全球通”）。 GPRS即通用分組無線業務，是GSM網絡向第三代移動通信系統（3G）WCDMA和TD-SCDMA演進的重要一步，所以被稱為2.5G。我國在2002年已經全面開通了GPRS網，而且各種數據業務也相繼開通，目前GPRS已相當成熟。 本章著重討論GSM系統的網絡組成、空中接口、網絡控制和管理等內容。

2、內 容 介 紹7.1 GSM系統概述7.2 GSM系統的無線接口7.3 GSM系統的控制與管理7.4 GPRS7.1 GSM系統概述 蜂窩系統的概念和理論早在20世紀60年代就由美國貝爾實驗室提出來了，但是由于復雜的控制系統，尤其是實現移動臺的控制，直到70年代隨著半導體技術的成熟，大規模集成電路器件和微處理器技術的發展以及表面貼裝工藝的廣泛應用，才為蜂窩移動通信的實現提供了技術基礎。 直到1979年美國在芝加哥開通了第一個AMPS（先進的移動電話業務）模擬蜂窩系統。n 1G模擬系統有4大缺點各系統間沒有公共接口，無法漫游；很難開展數據承載業務；頻譜利用率低，無法適應大容量的需求；安全保密性差

3、，易被竊聽，易做“假機”。7.1 GSM系統概述7.1 GSM系統概述 GSM系統的歷史可以追溯到20世紀80年代初期，當時，五六種不同制式的模擬蜂窩移動通信系統在歐洲得到應用，結果呈現出四分五裂的市場，難以快速形成市場所需的規模經濟。歐洲電信運營部門發現他們的移動電話遠不如高速公路那么暢通，于是，歐洲電信管理部門（CEPT）在1982年成立了歐洲移動通信特別小組，簡稱GSM（Group Special Mobile），開始制定適用于泛歐各國的一種數字移動通信系統的技術規范。7.1 GSM系統概述 經過6年的研究、實驗和比較，于1988年確定了包括TDMA技術在內的技術規范，并制定出實施計劃。

4、從1990年開始，這個系統在德國、英國和北歐許多國家投入試用，取得了意想不到的成功，并走向全球，GSM也演變為Global System for Mobile Communication的縮寫，在某種程度上實現了“全球通”。在GSM標準中，未對硬件進行規定，只對功能和接口等進行了詳細規定，便于不同公司產品的互聯互通。GSM包括兩個并行的系統：GSM 900和DCS 1800。這兩個系統功能相同，主要的差異是頻段不同。n 2G數字系統的4大目標采用數字調制，提高頻譜效率；解決漫游問題，實現“全球通”；數字加密、鑒權，提高安全性；SIM卡技術，實現終端機卡分離。7.1 GSM系統概述nGSM歐洲電

5、信管理部門（CEPT）主推，并最終成為國際標準的第一個數字蜂窩移動通信系統。 （TDMA）nIS-95由美國高通公司設計，由美國TIA推出的第一個窄帶CDMA標準， 也 成 為 國 際 標 準 。（CDMA）典型的2G系統nPDC日本推出的國家標準，并在其本土成功應用的窄帶數字蜂窩移動通信系統。（TDMA）nD-AMPS美國TIA推出的窄帶TDMA數字蜂窩移動通信系統，也稱IS-54規范。北美地區標準。（TDMA）典型的2G系統n GSM的含義（歐洲）移動通信特別小組（Group Special Mobile），簡稱GSM。全球移動通信系統（Global System for Mobile C

6、ommunications ），簡稱GSM。GSM系統概述編號編號內容內容01概述02業務方面03網絡方面04MS-BS接口與協議05無線路徑上的物理層06話音編碼規范07MS的終端適配器08BS-MSC接口09網絡互通10業務互通11設備和型號認可規范12操作和維護GSM系統的技術規范7.1.1 網絡結構 數字蜂窩移動通信是在模擬蜂窩移動通信的基礎上發展起來的，在網絡組成、設備配置、網絡功能和工作方式上，二者都有相同之處。但因數字蜂窩網采用全數字傳輸，因而在實現技術和管理控制等方面，均與模擬蜂窩網有較大的差異。簡單說來，數字蜂窩網技術更先進、功能更完備且通信更可靠，并更能適應于其他數字通信網

7、（如綜合業務數字網ISDN、公用數據網PDN）的互聯。7.1.1 網絡結構 GSM系統的網絡結構如圖7-1所示。由圖可見，GSM系統的主要組成部分可分為移動臺（MS，Mobile Station ）、基站子系統（BSS ，Base Station Subsystem）和網絡子系統（NSS，Network Switching Subsystem）。 基站子系統（簡稱基站BS）由基站收發信機（BTS）和基站控制器（BSC）組成；網絡子系統（NSS）包括：移動交換中心（MSC）、操作維護中心（OMC）、原籍位置寄存器（HLR）、訪問位置寄存器（VLR）、鑒權中心（AUC）和設備標志寄存器（EIR）等

8、組成。一個MSC可管理多達幾十個基站控制器，一個基站控制器最多可控制256個BTS。MS、BS和網絡子系統構成了公用陸地移動通信網，該網絡由MSC與公用交換電話網（PSTN）、綜合業務數字網（ISDN）和公用數據網（PDN）進行互連。7.1.1 網絡結構圖圖7-1 GSM系統的網絡結構系統的網絡結構1. 移動臺(MS) 移動臺是GSM移動通信網中用戶使用的設備。移動臺可分為車載臺、便攜臺和手機。其中，手機本身小型、輕巧，而且功能也較強，因此手機的用戶占移動用戶的絕大多數。 移動臺通過無線接口接入GSM系統，具有無線傳輸與處理功能。此外，移動臺必須提供與使用者之間的接口，例如，為完成通話呼叫需要

9、的傳聲器、揚聲器、顯示屏和各種按鍵；或者提供與其他一些終端設備（TE）之間的接口，如與個人計算機或傳真機之間的接口。1. 移動臺(MS) 移動臺的另外一個重要組成部分是用戶識別模塊（SIM），亦稱SIM卡。它是一張符合OSI（開放系統互連）標準的、帶有微處理器的智能芯片卡，主要由CPU、存儲器、串行通信單元組成。該卡包含有與用戶有關的無線接口的信息，也包括鑒權和加密的信息。使用GSM標準的移動臺都需要插入SIM卡，只有當處理異常的緊急呼叫時，可以在不用SIM卡的情況下操作移動臺。SIM卡的引入是GSM系統的一大特色，它使一部移動臺可以為不同用戶服務，這為今后發展個人通信打下了基礎。SIM卡 S

10、IM卡產生的初衷：將用戶信息從手機中分離開來。SIM卡的作用 無線傳輸比固定傳輸更易被竊聽，如果不提供特別的保護措施，很容易被竊聽或被假冒一個注冊用戶。八十年代的模擬系統令用戶深受其害。因此，GSM首先引入了SIM卡技術，它通過鑒權來防止未授權的接入，這樣保護了網絡運營者和用戶不被假冒的利益；通過對傳輸加密可以防止在無線信道上被竊聽，從而保護了用戶的隱私。nSIM卡的特點1. 客戶與設備分離； 2. 通信安全可靠； 3. 成本低。nSIM卡的壽命 SIM卡的平均壽命約為4年左右。 SIM卡的特點和壽命2. 基站子系統(BSS) 基站子系統是GSM系統的基本組成部分，它通過無線接口與移動臺相連，

11、進行無線發送、接收及無線資源管理。另一方面，基站子系統與網絡子系統中的移動交換中心（MSC）相連，實現移動用戶與固定網絡用戶之間或移動用戶之間的通信連接。 基站子系統主要由基站收發信機（BTS）和基站控制器（BSC）構成。BTS可以直接與BSC相連接，也可以通過基站接口設備（BIE）采用遠端控制的連接方式與BSC相連接。此外，基站子系統為了適應無線與有線系統使用不同傳輸速率進行傳輸的要求，在BSC與MSC之間增加了碼轉換器及相應的復用設備。 基站收發信機、天線共用器和天線是基站子系統的無線部分，它由基站控制器實施控制?；究刂破鞒袚鸁o線資源及各種接口的控制與管理。3. 網絡子系統(NSS) 網

12、絡子系統對GSM移動用戶之間的通信和移動用戶與其他通信網用戶之間的通信起著管理作用。其主要功能包括交換、移動性管理與安全性管理等。 NSS由很多功能實體構成，它們之間的信令傳輸都符合CCITT信令系統NO.7協議（7號信令）。下面分別討論各功能實體的主要功能。(1) 移動交換中心(MSC) MSC是網絡的核心，它提供交換功能并面向下列功能實體：基站子系統（BSS）、原籍位置寄存器（HLR）、鑒權中心（AUC）、移動設備識別寄存器（EIR）、操作維護中心（OMC）和固定網（公用電話網、綜合業務數字網），從而把移動用戶與固定網用戶、移動用戶與移動用戶之間互相連接起來。 移動交換中心可以從三種數據庫

13、（即HLR、VLR和AUC）獲取有關處理用戶位置登記和呼叫請求等所需的全部數據。作為網絡的核心，MSC還支持位置登記和更新、越區切換和漫游服務等功能。 對于容量比較大的移動通信網，一個網絡子系統可包括若干個MSC、VLR和HLR。為了建立固定網用戶與GSM移動用戶之間的呼叫，固定用戶呼叫首先被接入到入口移動交換中心，稱為GMSC，由它負責獲取移動用戶的位置信息，且把呼叫轉接到可向該移動用戶提供即時服務的MSC，該MSC稱為被訪MSC（VMSC）。作為網絡的核心，配合其他功能實體完成移動性管理和合法性檢驗配合BSC完成跨BSC的切換提供面向系統其他功能實體和面向固定網的接口功能(1) 移動交換中

14、心(MSC)(2)原籍位置寄存器(HLR) 為了方便用戶信息管理，需要有個數據庫存儲用戶資料（如位置信息，業務信息等），這樣就有了寄存器。 考慮到漫游，為了方便提取用戶信息，不過多占用系統資源，寄存器又分為了原籍位置寄存器（HLR）和訪問位置寄存器（VLR）。 當用戶辦卡時，運營商把用戶資料輸入HLR。HLR可以看做是GSM系統的中央數據庫，存儲該HLR管轄區的所有移動用戶的有關數據。其中，靜態數據有移動用戶碼、訪問能力、用戶類別和補充業務等。此外，HLR還暫存移動用戶漫游時的有關動態信息數據。(3)訪問位置寄存器(VLR) VLR存儲進入其控制區域內來訪移動用戶的有關數據，這些數據是從該移動

15、用戶的HLR獲取并進行暫存的，一旦移動用戶離開該VLR的控制區域，則臨時存儲的該移動用戶的數據就會被消除。因此，VLR可看做是一個動態用戶的數據庫。 實際情況下，VLR功能總是在每個MSC中綜合實現的。(4) 鑒權中心(AUC) GSM系統采取了特別的通信安全措施，包括對移動用戶鑒權，對無線鏈路上的話音、數據和信令信息進行保密等。為了方便安全性管理，確定用戶的身份和對呼叫進行加密，這樣就有了鑒權中心（AUC）。鑒權中心存儲著鑒權信息和加密密鑰，用來防止無權用戶接入系統和保證無線通信安全。由于AUC也是針對用戶的，所以它是屬于HLR的一個功能單元。(5) 移動設備識別寄存器(EIR) 為了防止非

16、法移動臺的使用，需要有個數據庫來存儲有關移動臺設備的參數，完成對移動設備的識別、監視、閉鎖等功能，這就是移動設備識別寄存器（EIR）。 EIR存儲著移動設備的國際移動設備識別碼（IMEI），通過核查白色、黑色和灰色三種清單，運營部門就可判斷出移動設備是屬于準許使用的，還是失竊而不準使用的，還是由于技術故障或誤操作而危及網絡正常運行的MS設備，以確保網絡內所使用的移動設備的唯一性和安全性。(6) 操作維護中心(OMC) OMC負責對全網進行監控與操作。例如，系統的自檢、報警與備用設備的激活，系統的故障診斷與處理，話務量的統計和計費數據的記錄與傳遞，以及與網絡參數有關的各種參數的收集、分析與顯示等

17、。4. GSM網絡接口 在實際的GSM通信網絡中，由于網絡規模的不同、運營環境的不同和設備生產廠商的不同，上述的各個部分可以有不同的配置方法。例如，把MSC和VLR合并在一起，或者把HLR、EIR和AUC合并為一個實體。為了各廠家所生產的設備可以通用，GSM網絡中各組成部分的連接都必須嚴格符合規定的接口標準，采用同樣的分層協議。 GSM系統各部分之間的接口如圖7-2所示。4. GSM網絡接口圖圖7-2 GSM系統的接口系統的接口(1) 主要接口 GSM系統的主要接口是指A接口、Abis接口和Um接口。這三種主要接口的定義和標準化可保證不同廠商生產的移動臺、基站子系統和網絡子系統設備能夠納入同一

18、個GSM移動通信網運行和使用。1) A接口。A接口定義為網絡子系統（NSS）與基站子系統（BSS）之間的通信接口。從系統的功能實體而言，就是移動交換中心（MSC）與基站控制器（BSC）之間的互聯接口，其物理連接是通過采用標準的2.048Mbps PCM數字傳輸鏈路來實現的。此接口傳送的信息包括對移動臺及基站的管理、移動性及呼叫接續管理等。(1) 主要接口2) Abis接口。Abis接口定義為基站子系統的BSC與BTS兩個功能實體之間的通信接口，用于BTS（不與BSC放在一處）與BSC之間的遠端互連方式。它是通過采用標準的2.048Mbps或64kbps PCM數字傳輸鏈路來實現的。此接口支持所

19、有向用戶提供的服務，并支持對BTS無線設備的控制和無線頻率的分配。3) Um接口（空中接口）。Um接口定義為MS與BTS之間的無線通信接口，它是GSM系統中最重要、最復雜的接口。此接口傳遞的信息包括無線資源管理、移動性管理和接續管理等，其內容將在7.2節中詳細討論。(2) 網絡子系統內部接口 它包括B、C、D、E、F、G接口。 B接口。B接口定義為MSC與VLR之間的內部接口。用于MSC向VLR詢問有關移動臺當前位置信息或者通知VLR有關MS的位置更新信息等。 C接口。C接口定義為MSC與HLR之間的接口，用于傳遞路由選擇和管理信息。兩者之間是采用標準的2.048Mbps PCM數字傳輸鏈路實

20、現連接的。1) D接口。D接口定義為HLR與VLR之間的接口，用于交換移動臺位置和用戶管理的信息，保證移動臺在整個服務區內能建立和接受呼叫。由于VLR綜合于MSC中，因此D接口的物理鏈路與C接口相同。(2) 網絡子系統內部接口E接口。E接口為相鄰區域的不同移動交換中心之間的接口。用于移動臺從一個MSC控制區移動到另一個MSC控制區時交換有關信息，以完成越區切換。此接口的物理鏈接方式是采用標準的2.048Mbps PCM數字傳輸鏈路實現連接的。F接口。F接口定義為MSC與EIR之間的接口，用于交換相關的管理信息。此接口的物理鏈接方式也是采用標準的2.048Mbps PCM數字傳輸鏈路實現的。G接

21、口。G接口定義為兩個VLR之間的接口。當采用臨時移動用戶識別碼（TMSI）時，此接口用于向分配TMSI的VLR詢問此移動用戶的國際移動用戶識別碼（IMSI）的信息。G接口的物理連接方式與E接口相同。(3) GSM系統與其他公用電信網接口 GSM系統通過MSC與公用電信網互聯。一般采用7號信令系統接口。其物理鏈接方式是MSC與PSTN或ISDN交換機之間采用2.048Mbps PCM數字傳輸鏈路實現的。n這里需要提到的是，GSM規范中對Abis接口的協議并沒有作詳細的規定，導致了不同廠商生產的BSC和BTS不能混用。n這導致了有趣的“跑馬圈地”現象。 全世界主流的設備商在運營商一期、二期購買無線

22、設備時采用的策略是類似的：低價搶地盤。目標是先追求最大的市場份額。一旦圈地完成，一個地市采用了某個設備商的BSC和BTS，其他廠家的基站就再也無法插足其中。前期圈地的成本可以通過后期的升級、擴容、維護等長期收益來獲得。其他關于GSM網絡接口的說明n“免費搬遷”策略。 華為和中興崛起后實施的“免費搬遷”策略，即免費全網替換。既然不能從Abis接口入手分一杯羹，那就直接一鍋端了。“免費搬遷”策略被多個新興設備商所采用。其他關于GSM網絡接口的說明nAbis接口的非開放特性，阻礙了產業鏈的發展。n3GPP在制定WCDMA標準時就注意到了對Abis接口的開放。其他關于GSM網絡接口的說明7.1.2 G

23、SM的區域、號碼、地址與識別1. 區域定義區域定義 GSM系統屬于小區制大容量移動通信網，在它的服務區內設置很多基站，移動通信網在此服務區內具有控制、交換功能，以實現位置更新、呼叫接續、越區切換及漫游服務等功能。 在由GSM系統組成的移動通信網絡結構中，其相應的無線覆蓋區域劃分示例可用圖7-3來說明。7.1.2 GSM的區域、號碼、地址與識別圖圖7-3 GSM的區域劃分示意圖的區域劃分示意圖PLMN區區MSC區區位置區位置區位置區位置區基站區基站區基站區基站區扇區扇區.(1) GSM服務區 服務區是指移動臺可獲得服務的區域，即不同通信網（如PSTN、或ISDN）用戶無需知道移動臺的實際位置而可

24、與之通信的區域。 一個服務區可由一個或若干個公用陸地移動通信網（PLMN）組成。從地域而言，可以是一個國家，也可以是使用GSM的全球成員國。(2) PLMN區 PLMN區是由一個公用陸地移動通信網（PLMN）提供通信業務的地理區域。一個PLMN區可由一個或若干個移動交換中心MSC組成。在該區內具有共同的編號制度和共同的路由計劃。PLMN與各種固定通信網之間的接口是MSC，由MSC完成呼叫接續。(3) MSC區 MSC區是指一個移動交換中心MSC所控制的區域，通常它連接一個或若干個基站控制器BSC，每個BSC控制多個基站收發信機BTS。從地理位置來看，一個MSC區由一個或若干個位置區組成，包含由

25、一個MSC所控制的所有小區共同覆蓋的區域。(4) 位置區 位置區一般由一個或若干個小區（或基站區）組成，是移動臺可任意移動而不需要進行位置更新的區域。通常呼叫移動臺時，向一個位置區內的所有基站同時發尋呼信號?；緟^和扇區(5) 基站區基站區 基站區是指基站收發信機有效的無線覆蓋區，簡稱小區。(6) 扇區扇區 當基站收發信天線采用定向天線時，基站區分為若干個扇區。如采用120定向天線時，一個小區分為3個扇區；若采用60定向天線時，一個小區分為6個扇區。2. 號碼與識別 管理一個龐大的系統需要科學的方法，而對這個系統中的每一個元素都進行編號管理就是方法之一。 GSM網絡是比較復雜的，它包含天線、無

26、線信道，并與其他網絡如PSTN、ISDN、公用數據網或其他PLMN網互相連接。為了將一次呼叫接續傳至某個移動用戶，需要調用相應的實體。因此，正確地尋址就非常重要，各種號碼就是用于識別不同的移動用戶、不同的移動設備以及不同的網絡的。 好的編碼計劃要滿足唯一性和便于檢索性。(1) 移動用戶識別碼 在GSM系統中，每個用戶均分配一個唯一的國際移動用戶識別碼（IMSI），用于通信設備識別用戶，保存在SIM卡、HLR和VLR中。 此碼在所有位置（包括在漫游區）都是有效的。通常在呼叫建立和位置更新時，需要使用IMSI。 IMSI的組成如圖7-4所示。IMSI的總長不超過15位數字。u MCC：移動用戶所屬

27、國家代號，占3位數字，中國的MCC規定為460。u MNC：移動網號碼，最多由兩位數字組成。用于識別移動用戶所歸屬的移動通信網。中國移動的MNC為00，中國聯通的MNC為01。u MSIN：移動用戶識別碼，用于識別某一移動通信網（PLMN）中的移動用戶。u 由MNC和MSIN兩部分組成國內移動用戶識別碼（NMSI）。(1) 移動用戶識別碼圖圖7-4 國際移動用戶識別碼國際移動用戶識別碼(IMSI)的格式的格式(2) 臨時移動用戶識別碼 考慮到移動用戶識別碼的安全性，GSM系統能提供安全保密措施，即空中接口無線傳輸的識別碼采用臨時移動用戶識別碼（TMSI）代替IMSI。兩者之間可按一定的算法互相

28、轉換。訪問位置寄存器（VLR）可給在其覆蓋區內漫游的移動用戶分配一個TMSI（只限于在該訪問服務區使用）。 總之，IMSI只在起始入網登記時使用，在后續的呼叫中，使用TMSI，以避免通過無線信道發送其IMSI，從而防止竊聽者檢測用戶的通信內容，或者非法竊用合法用戶的IMSI。 TMSI總長不超過4B，其格式可由各運營部門決定。(3) 國際移動設備識別碼 國際移動臺設備識別碼（IMEI）用于唯一識別某個移動臺設備，可用于監控被竊或無效的移動設備。在用戶不用SIM卡作緊急呼叫時，IMEI可以用作用戶識別碼。IMEI的格式如圖7-5所示。u TAC：型號批準碼，由歐洲型號標準中心分配。u FAC：裝

29、配廠家號碼，如Motorola 杭州通信為92。u SNR：產品序號，用于區別同一個TAC和FAC中的每臺移動設備。u SP：備用。(3) 國際移動設備識別碼圖圖7-5 國際移動設備識別碼國際移動設備識別碼(IMEI)的格式的格式(4) 移動臺的號碼 移動臺的號碼類似于PSTN中的電話號碼，是在呼叫接續時所需撥的號碼，其編號規則應與各國的編號規則相一致。移動臺的號碼有下列兩種：1) 移動臺國際ISDN號碼（MSISDN）。MSISDN為呼叫GSM系統中的某個移動用戶所需撥的號碼。一個移動臺可分配一個或幾個MSISDN號碼，其組成的格式如圖7-6所示。uCC：國家代號，即移動臺注冊登記的國家代號

30、，中國為86。u NDC：國內地區碼，每個PLMN有一個NDC，如中國移動的138、中國聯通的130。u SN：移動用戶號碼。u 由NDC和SN兩部分組成國內ISDN號碼，其長度不超過13位數。國際ISDN號碼長度不超過15位數字。國家碼：國際長途用的，中國是86。國內目的碼：即網絡接入號，也就是手機號前3位。用戶號碼：8位，前4位用于識別歸屬地，呼叫時可以通過它找到用戶所在的HLR，調取用戶信息。(4) 移動臺的號碼圖圖7-6 移動臺國際移動臺國際ISDN的格式的格式(4) 移動臺的號碼2)移動臺漫游號碼（MSRN）。當移動臺漫游到一個新的服務區時，由VLR給它分配一個臨時性的漫游號碼，并通

31、知該移動臺的HLR，用于建立通信路由。一旦該移動臺離開該服務區，此漫游號碼即被收回，并可分配給其他來訪的移動臺使用。 漫游號碼的組成格式與移動臺國際（或國內）ISDN號碼相同。(5) 位置區和基站的識別碼1)位置區識別碼（LAI）。在檢測位置更新和信道切換時，要使用位置區識別標志（LAI），LAI的組成格式如圖7-7所示。u MCC和MNC均與IMSI的MCC和MNC相同。u LAC：位置區碼，用于識別GSM移動通信網中的一個位置區，最多不超過兩個字節，采用十六進制編碼，由各運營部門自定。在LAI后面加上小區的標志號（CI），還可以組成小區識別碼。移動國家號碼移動網號：2位位置區號碼(5) 位

32、置區和基站的識別碼圖圖7-7 位置區識別碼的格式位置區識別碼的格式(5) 位置區和基站的識別碼2)基站識別色碼（BSIC）。基站識別色碼（BSIC）用于移動臺識別相同載頻的不同基站，特別用于區別在不同國家的邊界地區采用相同載頻且相鄰的基站（在國內用于區別不同的省份）。BSIC為一個6bit編碼，其格式如圖7-8所示。u NCC：PLMN色碼，用來識別相鄰的PLMN網。u BCC：BTS色碼，用來識別相同載頻的不同基站，由運營商確定。網絡色碼(3 bit)基站色碼(3 bit)(5) 位置區和基站的識別碼圖圖7-8 基站識別色碼的格式基站識別色碼的格式移動國家號碼移動網號：2位位置區號碼小區識別

33、代碼(5) 位置區和基站的識別碼3) 全球小區識別碼（CGI）。全球小區識別碼（CGI）用于識別某個位置區下的一個小區，用于移動用戶的位置更新。7.1.3 主要業務 GSM系統定義的所有業務是建立在綜合業務數字網（ISDN）概念基礎上的，并考慮移動特點作了必要修改。GSM系統可提供的業務分為基本通信業務和補充業務。補充業務只是對基本業務的擴充，它不能單獨向用戶提供，這些補充業務也不是專用于GSM系統的，大部分補充業務是從固定網所能提供的補充業務中繼承過來的。因此對補充業務不作詳細討論，下面著重討論基本通信業務的分類及定義。1. 通信業務分類 GSM系統能提供6類10種電信業務，其編號、名稱、業

34、務類型及實現階段見表7-1。2. 業務定義(1) 電話業務電話業務 電話業務是GSM系統提供的最主要的業務。GSM移動通信網與固定網連接，可提供移動用戶與固定網電話用戶之間實時雙向會話，也可提供任兩個移動用戶之間的實時雙向會話。(2) 緊急呼叫業務緊急呼叫業務 在緊急情況下，移動用戶通過一種簡單的撥號方式可即時撥通緊急服務中心。這種簡單的撥號可以是撥打緊急服務中心號碼（在歐洲統一使用112，在我國統一使用火警特殊號119）。有些GSM移動臺具有“SOS”鍵，一按此鍵就可接通緊急服務中心。緊急呼叫業務優先于其他業務，在移動臺沒有插入用戶識別卡的情況下，也可按鍵后接通緊急服務中心。2. 業務定義(

35、3) 短消息業務短消息業務 短消息業務包括移動臺之間點對點短消息業務，以及小區廣播式短消息業務。 點對點短消息業務是由短消息業務中心完成存儲和轉發功能的。短消息業務中心是與GSM系統相分離的獨立實體，不僅可服務于GSM用戶，也可服務于具備接收短消息業務功能的固定網用戶。點對點消息的發送或接收應在呼叫狀態或空閑狀態下進行，由控制信道傳送短消息業務，其消息量限制為160個字符。2. 業務定義 小區廣播式短消息業務是GSM移動通信網以有規則的間隔向移動臺廣播具有通用意義的短消息，例如道路交通信息等。移動臺連續不斷地監視廣播消息，并能在顯示器上顯示廣播消息。此短消息也是在控制信道上傳送的，移動臺只有在

36、空閑狀態下才可接收廣播消息，其消息量限制為93個字符。2. 業務定義(4) 可視圖文接入可視圖文接入 可視圖文接入是一種通過網絡完成文本、圖形信息檢索和電子函件功能的業務。(5) 智能用戶電報傳送智能用戶電報傳送 智能用戶電報傳送能夠提供智能用戶電報終端間的文本通信業務。此類終端具有文本信息的編輯、存儲處理等能力。(6) 傳真傳真 語言和三類傳真交替傳送的業務。自動三類傳真是指能使用戶經PLMN以傳真編碼信息文件的形式自動交換各種函件的業務。7.17.2 GSM系統的無線接口 GSM的數字蜂窩網的無線接口（即Um接口），是系統的最重要的接口，也就是通常所說的空中接口。 頻率資源是運營商最寶貴的

37、戰略資源。需要精打細算、加強管理，這一點在GSM空中接口物理層的設計上體現得淋漓盡致。空中接口的種種信道設計，就其本質而言，都是為了提高頻譜資源的利用效率。n GSM物理信道：無線信號傳輸的實際信道。TDMA幀分配給MS一個時隙，該時隙就稱為GSM物理信道。突發脈沖序列都在時隙上傳送，也就是在物理信道上傳送。n GSM邏輯信道：當同一個物理信道承載不同的突發脈沖時，它就成了不同的邏輯信道。例如，當承載TCH脈沖時，它就是業務信道；當承載BCCH脈沖時，它就是廣播信道；當承載SCH脈沖時，它就是同步信道。7.2 GSM系統的無線接口7.2.1 GSM系統無線傳輸特征 表7-2給出了GSM系統的主

38、要參數，為便于比較，表中還列出了另外兩種時分多址數字蜂窩網的對應參數。1. TDMA/FDMA接入方式 GSM系統中，由若干個小區（3個，4個或7個）構成一個區群，區群內不能使用相同頻道，同頻道距離保持相等，每個小區含有多個載頻，每個載頻上含有8個時隙，即每個載頻有8個物理信道，因此GSM系統是時分多址/頻分多址的接入方式，如下圖所示。2. 頻率與頻道序號 上行890-915 MHz 下行935-960 MHz信道間隔：200kHz有效信道總數為124對，每個信道分8個時隙，共992對物理信道 。雙工方式：FDD。900 MHz GSM系統工作在以下射頻頻段：n目前我國給聯通的GSM網絡分配了

39、6MHz頻段，給移動分配了19MHz頻段。上行鏈路：移動890MHz909MHz，聯通909MHz915MHz。下行鏈路：移動935MHz954MHz，聯通954MHz960MHz。2. 頻率與頻道序號3. 調制方式 GSM的調制方式是高斯型最小移頻鍵控（GMSK）方式。矩形脈沖在調制器之前先通過一個高斯濾波器。這一調制方案由于改善了頻譜特性，從而能滿足CCIR（國際無線電咨詢委員會）提出的鄰道功率電平比載頻功率低60dB以上的要求。高斯濾波器的歸一化帶寬BT=0.3?；?00kHz的載頻間隔及270.833kbps的信道傳輸速率，其頻譜利用率為1.35bit/(sHz)。4. 載頻復用與區

40、群結構 GSM系統中，基站發射功率為每載波500W，平均每個時隙為500/8=62.5W。移動臺發射功率分為0.8W、2W、5W、8W和20W五種，可供用戶選擇。小區覆蓋半徑最大為35km，最小為500m，前者適用于農村地區，后者適用于市區。由于系統采取了多種抗干擾措施（如自適應均衡、跳頻和糾錯編碼等），同頻道射頻防護比可降到C/I=9 dB，因此在業務密集區，可采用3小區（9扇區）的區群結構。7.2.2 信道類型 物理信道是無線信號傳輸的實際信道，而邏輯信道則是根據物理信道上傳遞信息種類的不同而定義的信道。對于TDMA系統而言，一個載頻上的TDMA幀的一個時隙稱為一個物理信道，它相當于FDM

41、A系統中的一個頻道。蜂窩通信系統要傳輸不同類型的信息，按邏輯功能而言，可分為業務信息和控制信息。因而在時分、頻分復用的物理信道上要安排相應的邏輯信道。在時分多址的物理信道中，幀的結構或組成是基礎，為此下面先討論GSM的幀結構。1. 幀結構 每一個TDMA幀分為8個時隙，幀長度為120/26 ms=4.615ms，不同幀用不同幀號標志。每個時隙含156.25個碼元，占15/26 ms=0.577ms。 由若干個TDMA幀構成復幀，其結構有兩種：一種是由26幀組成的復幀，這種復幀長120ms，主要用于業務信息的傳輸，也稱業務復幀；另一種是由51幀組成的復幀，這種復幀長235.385ms，專用于傳輸

42、控制信息，也稱控制復幀。 由51個業務復幀或26個控制復幀均可組成一個超幀，超幀的周期為5126=1326 TDMA幀，超幀長6.12秒。1. 幀結構 由2048個超幀組成超高幀，超高幀的周期為20481326=2715648個TDMA幀，相當于3小時28分53秒760毫秒。 幀的編號（FN）以超高幀為周期，從02715647。每當一個新的超高幀開始，加密和跳頻算法也重新開始。 GSM系統上行傳輸所用的幀號和下行傳輸所用的幀號相同，但上行幀相對于下行幀來說，在時間上推后3個時隙，如圖7-11所示。每個TDMA幀分07共8個時隙1. 幀結構圖圖7-10 GSM系統各種幀及時隙的格式系統各種幀及時

43、隙的格式1. 幀結構 從微觀上看，手機并不是工作在全雙工模式，它只有一套收發設備，所以在特定的時隙只能收或發。除非給手機添加一個雙工器，同時發射和接收，但是成本較高。為了解決這個問題，規定上行和下行有3個時隙的偏移量，允許移動臺在這3個時隙的時間內，進行幀調整以及對收發信機的調諧和轉換。圖圖7-11 上行幀號和下行幀號所對應的時間關系上行幀號和下行幀號所對應的時間關系2. 信道分類 圖7-12示出了GSM系統的信道分類。從圖7-10和7-12看，GSM系統的幀結構和信道結構是很復雜的。人們當初之所以這么設計，是因為需要更好地進行資源控制和管理，以確保系統資源的高使用效率，這正像鐵路運輸一樣，為

44、了使列車高效運行，僅有承載列車的鐵路（相當于業務信道）是遠遠不夠的，還需要配套許多監控措施和管理調度措施，以及貨物的合理裝配等。下面具體介紹業務信道和控制信道。2. 信道分類圖圖7-12 GSM系統的信道分類系統的信道分類(1) 業務信道 業務信道TCH主要傳輸數字話音或數據，其次還有少量的隨路控制信令。業務信道有全速率業務信道（TCH/F）和半速率業務信道（ TCH/H）之分。半速率業務信道所用時隙是全速率業務信道所用時隙的一半。目前使用的是全速率業務信道，將來采用低比特率話音編碼器后可使用半速率業務信道，從而在信道傳輸速率不變的情況下，時隙數目可加倍。1）話音業務信道。）話音業務信道。載有

45、編碼話音的業務信道分為全速率業務信道（TCH/FS）和半速率業務信道（ TCH/HS） ，兩者的總速率分別為22.8kbps和11.4kbps。對于全速率話音編碼，話音幀長20ms，每幀含260bit話音信息，提供的凈速率為13kbps。(1) 業務信道2）數據業務信道。）數據業務信道。在全速率或半速率信道上，通過不同的速率適配和信道編碼，用戶可使用下列各種不同的數據業務：u 9.6 kbps，全速率數據業務信道（TCH/F9.6）。u 4.8 kbps，全速率數據業務信道（TCH/F4.8）。u 4.8 kbps，半速率數據業務信道（TCH/H4.8）。u 2.4kbps，全速率數據業務信道

46、（TCH/F2.4）。u 2.4kbps，半速率數據業務信道（TCH/H2.4）。 此外，在業務信道中還可安排慢速輔助控制信道或快速輔助控制信道，它們與業務信道的連接在圖7-12中用虛線表示。(2) 控制信道 凡是有資源的地方就得有控制，要不然大家搶資源就會沒了規矩，亂了套，最終會降低資源的使用效率。 控制信道（CCH）用于傳送信令和同步信號。它主要有三種：廣播信道（BCH）、公共控制信道（CCCH）和專用控制信道（DCCH）。1）廣播信道（）廣播信道（BCH）。）。廣播信道是一種“一點對多點”的單方向控制信道，用于基站向移動臺廣播公用的信息，其傳輸的內容主要是移動臺入網和呼叫建立所需要的有關信息，具體又分為：候車廳的大喇叭FCCH FCCH（頻率校正信道）：下發一個長達142位全0比特，以保證MS校正自己的振蕩器的頻率并鎖定到