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/課程MA000001GSM數(shù)字移動通信原理ISSUE3。3目錄TOC\o"1—3”\h\z\uHYPERLINK\l"_Toc38254002"課程說明?PAGEREF_Toc38254002\h1HYPERLINK\l"_Toc38254003”課程介紹?PAGEREF_Toc38254003\h1HYPERLINK\l"_Toc38254004"課程目標(biāo)?PAGEREF_Toc38254004\h1HYPERLINK相關(guān)資料?PAGEREF_Toc38254005\h1HYPERLINK\l"_Toc38254006"第1章GSM發(fā)展簡史?PAGEREF_Toc38254006\h2HYPERLINK\l"_Toc38254007”第2章數(shù)字移動通信技術(shù) PAGEREF_Toc38254007\h3HYPERLINK\l"_Toc38254008”2。1多址技術(shù) PAGEREF_Toc38254008\h3HYPERLINK2.1。1頻分多址 PAGEREF_Toc38254009\h3HYPERLINK3。1.1系統(tǒng)的基本特點 PAGEREF_Toc38254019\h8HYPERLINK\l”_Toc38254020"3。1。2系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能?PAGEREF_Toc38254020\h8HYPERLINK\l"_Toc38254021”3.2接口和協(xié)議?PAGEREF_Toc38254021\h14HYPERLINK\l”_Toc38254022”3.2.1主要接口?PAGEREF_Toc38254022\h14HYPERLINK3.2.2網(wǎng)路子系統(tǒng)內(nèi)部接口 PAGEREF_Toc38254023\h15HYPERLINK\l”_Toc38254024"3.2。3GSM系統(tǒng)與其它公用電信網(wǎng)的接口 PAGEREF_Toc38254024\h17HYPERLINK\l"_Toc38254025"3.2.4各接口協(xié)議 PAGEREF_Toc38254025\h17HYPERLINK3。3GSM系統(tǒng)主要參數(shù)?PAGEREF_Toc38254026\h20HYPERLINK\l"_Toc38254027”第4章移動區(qū)域定義與識別號?PAGEREF_Toc38254027\h22HYPERLINK\l”_Toc38254028"4.1區(qū)域定義 PAGEREF_Toc38254028\h22HYPERLINK4.1.2公用陸地移動通信網(wǎng)(PLMN) PAGEREF_Toc38254030\h23HYPERLINK\l"_Toc38254031"4。1.3MSC區(qū) PAGEREF_Toc38254031\h23HYPERLINK4.2.2TMSI(TemporaryMobileSubscriberIdentity):?PAGEREF_Toc38254037\h24HYPERLINK\l"_Toc38254038"4.2.3LMSI(LocalMobileSubscriberIdentity): PAGEREF_Toc38254038\h25HYPERLINK4.2.5MSC-Number(MSC號碼)/VLR—Number(VLR號碼)?PAGEREF_Toc38254040\h26HYPERLINK\l”_Toc38254041"4.2。6Roaming-Number(漫游號碼)與Handover—Number(切換號碼) PAGEREF_Toc38254041\h26HYPERLINK\l"_Toc38254042"4.2.7HLR-Number(HLR號碼)?PAGEREF_Toc38254042\h27HYPERLINK\l”_Toc38254043"4。2.8LAI(Locat(yī)ionAreaIdentification-—位置區(qū)) PAGEREF_Toc38254043\h27HYPERLINK\l”_Toc38254044"4。2.9CGI(CellGlobalIdentificat(yī)ion-—全球小區(qū)識別) PAGEREF_Toc38254044\h28HYPERLINK\l”_Toc38254045”4.2.10RSZI(RegionalSubscriptionZoneIdentity) PAGEREF_Toc38254045\h28HYPERLINK5。1無線接口?PAGEREF_Toc38254049\h30HYPERLINK\l”_Toc38254050"5。1。1語音編碼 PAGEREF_Toc38254050\h30HYPERLINK\l"_Toc38254051”5。1.2信道編碼?PAGEREF_Toc38254051\h31HYPERLINK\l”_Toc38254052"5.1.3交織?PAGEREF_Toc38254052\h31HYPERLINK\l"_Toc38254053"5.1。4調(diào)制技術(shù) PAGEREF_Toc38254053\h33HYPERLINK\l”_Toc38254054”5.1.5跳頻 PAGEREF_Toc38254054\h34HYPERLINK\l”_Toc38254055"5。1。6時序調(diào)整 PAGEREF_Toc38254055\h35HYPERLINK\l"_Toc38254056”5.2幀和信道 PAGEREF_Toc38254056\h35HYPERLINK\l"_Toc38254057"5.2。1基本術(shù)語簡介?PAGEREF_Toc38254057\h35HYPERLINK\l”_Toc38254058”5.2.2信道類型和組合?PAGEREF_Toc38254058\h39HYPERLINK\l"_Toc38254059"5.3系統(tǒng)消息 PAGEREF_Toc38254059\h43HYPERLINK\l”_Toc38254060"5.3。1系統(tǒng)消息的作用?PAGEREF_Toc38254060\h43HYPERLINK\l"_Toc38254061"5.3.2系統(tǒng)消息包含種類及內(nèi)容 PAGEREF_Toc38254061\h44HYPERLINK\l”_Toc38254062”第6章系統(tǒng)管理功能介紹?PAGEREF_Toc38254062\h47HYPERLINK\l"_Toc38254063"6.1GSM系統(tǒng)的安全性管理?PAGEREF_Toc38254063\h47HYPERLINK\l"_Toc38254064"6.2GSM系統(tǒng)移動性管理 PAGEREF_Toc38254064\h49HYPERLINK\l”_Toc38254065"6.2。1漫游管理 PAGEREF_Toc38254065\h49HYPERLINK\l"_Toc38254066"6.2。2切換管理 PAGEREF_Toc38254066\h49HYPERLINK\l”_Toc38254067”第7章GSM移動通信網(wǎng) PAGEREF_Toc38254067\h52HYPERLINK7。1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?PAGEREF_Toc38254068\h52HYPERLINK\l”_Toc38254069"7.1。1移動業(yè)務(wù)本地網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?PAGEREF_Toc38254069\h52HYPERLINK7。1。3全國數(shù)字公用陸地蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) PAGEREF_Toc38254071\h55HYPERLINK\l"_Toc38254072"7.2移動信令網(wǎng)結(jié)構(gòu) PAGEREF_Toc38254072\h56HYPERLINK\l"_Toc38254073"總結(jié) PAGEREF_Toc38254073\h58HYPERLINK\l"_Toc38254074"練習(xí)題 PAGEREF_Toc38254074\h59HYPERLINK\l"_Toc38254075”習(xí)題答案?PAGEREF_Toc38254075\h62插圖目錄TOC\h\z\t”FigureDescription,1”HYPERLINK圖2—3N小區(qū)復(fù)用模式 PAGEREF_Toc38253935\h7HYPERLINK\l”_Toc38253936"圖3—1GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu) PAGEREF_Toc38253936\h9HYPERLINK\l”_Toc38253937”圖3—2移動臺的功能結(jié)構(gòu) PAGEREF_Toc38253937\h10HYPERLINK\l”_Toc38253938”圖3—3一種典型的BSS組成方式 PAGEREF_Toc38253938\h11HYPERLINK\l”_Toc38253939”圖3-4GSM系統(tǒng)的主要接口?PAGEREF_Toc38253939\h15HYPERLINK\l”_Toc38253940"圖3-5網(wǎng)路子系統(tǒng)內(nèi)部接口示意圖 PAGEREF_Toc38253940\h16HYPERLINK圖3—7A接口信令協(xié)議參考模型?PAGEREF_Toc38253942\h19HYPERLINK\l"_Toc38253943"圖3-8應(yīng)用于GSM系統(tǒng)的7號信令協(xié)議層 PAGEREF_Toc38253943\h20HYPERLINK圖4—3MSISDN的組成 PAGEREF_Toc38253946\h25HYPERLINK\l"_Toc38253947”圖4-4LAI的組成 PAGEREF_Toc38253947\h27HYPERLINK\l”_Toc38253948"圖4-5RSZI的組成?PAGEREF_Toc38253948\h28HYPERLINK\l"_Toc38253949"圖4-6BSIC的組成 28HYPERLINK\l”_Toc38253950”圖4—7IMEI的組成?PAGEREF_Toc38253950\h29HYPERLINK\l"_Toc38253951”圖5-1語音在MS中的處理過程 PAGEREF_Toc38253951\h30HYPERLINK\l”_Toc38253952”圖5-2信道編碼過程?38253952\h31HYPERLINK圖5—6GSM系統(tǒng)調(diào)頻示意圖?PAGEREF_Toc38253956\h34HYPERLINK\l"_Toc38253957”圖5-7時間和頻率中的隙縫 PAGEREF_Toc38253957\h37HYPERLINK\l"_Toc38253958"圖5—8幀、時隙和突法脈沖序列?PAGEREF_Toc38253958\h38HYPERLINK\l"_Toc38253959”圖5-9邏輯信道類型 PAGEREF_Toc38253959\h42HYPERLINK\l"_Toc38253960”圖5—10廣播和公共控制信道的復(fù)幀 PAGEREF_Toc38253960\h43HYPERLINK\l"_Toc38253961”圖5-11業(yè)務(wù)信道的復(fù)幀 PAGEREF_Toc38253961\h43HYPERLINK\l"_Toc38253962”圖6-1加密過程 PAGEREF_Toc38253962\h48HYPERLINK\l”_Toc38253963"圖6-2相同BSC控制小區(qū)間的切換?PAGEREF_Toc38253963\h50HYPERLINK\l"_Toc38253964"圖6-3由相同MSC,不同BSC控制小區(qū)間的切換?PAGEREF_Toc38253964\h50HYPERLINK圖7—2移動本地網(wǎng)組網(wǎng)圖(MSC較少) PAGEREF_Toc38253967\h53HYPERLINK\l”_Toc38253968”圖7-3移動本地網(wǎng)組網(wǎng)圖(本地未建MSC)?PAGEREF_Toc38253968\h53HYPERLINK圖6—2相同BSC控制小區(qū)間的切換 3973\h63HYPERLINK\l"_Toc38253974”圖6-3由相同MSC,不同BSC控制小區(qū)間的切換?PAGEREF_Toc38253974\h63HYPERLINK\l"_Toc38253975”圖6-4由不同MSC控制小區(qū)間的切換 PAGEREF_Toc38253975\h64課程說明課程介紹本章主要介紹GSM有關(guān)的基礎(chǔ)知識,諸如:GSM發(fā)展簡史、數(shù)字移動通信技術(shù)、GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及相關(guān)接口、TDMA幀結(jié)構(gòu)、GSM的區(qū)域定義及GSM識別號、無線接口的邏輯信道及系統(tǒng)消息、GSM系統(tǒng)的移動性管理和安全性管理以及GSM移動網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和信令網(wǎng)等。課程目標(biāo)了解GSM發(fā)展簡史了解數(shù)字移動基本技術(shù)熟悉GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及相關(guān)接口了解TDMA幀結(jié)構(gòu)熟悉GSM的區(qū)域定義及識別號了解GSM的邏輯信道及系統(tǒng)消息了解GSM系統(tǒng)的移動性管理和安全性管理了解GSM移動網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及信令網(wǎng)結(jié)構(gòu)相關(guān)資料《數(shù)字移動通信系統(tǒng)》楊留清等著人民郵電出版社《GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)》[法]MichelMouly等著電子工業(yè)出版社《數(shù)字移動通信系統(tǒng)》陳德榮等著?北京郵電大學(xué)出版社GSM發(fā)展簡史移動通信系指通信雙方或至少一方是處于移動中進(jìn)行信息交流的通信.20年代開始在軍事及某些特殊領(lǐng)域使用,40年代才逐步向民用擴(kuò)展;最近十年間才是移動通信真正迅猛發(fā)展的時期,而且由于其許多的優(yōu)點,前景十分廣闊。移動通信經(jīng)歷了由模擬通信向數(shù)字化通信的發(fā)展過程。目前,比較成熟的數(shù)字移動通信制式主要有泛歐的GSM,美國的ADC和日本的JDC(現(xiàn)改稱PDC)。其中GSM的發(fā)展最引人注目,其發(fā)展歷程如下:1982年,歐洲郵電行政大會CEPT設(shè)立了“移動通信特別小組”即GSM,以開發(fā)第二代移動通信系統(tǒng)為目標(biāo).1986年,在巴黎,對歐洲各國經(jīng)大量研究和實驗后所提出的八個建議系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場試驗。1987年,GSM成員國經(jīng)現(xiàn)場測試和論證比較,就數(shù)字系統(tǒng)采用窄帶時分多址TDMA規(guī)則脈沖激勵長期預(yù)測(RPE-LTP)話音編碼和高斯濾波最小頻移鍵控(GMSK)調(diào)制方式達(dá)成一致意見.1988年,十八個歐洲國家達(dá)成GSM諒解備忘錄(MOU)。1989年,GSM標(biāo)準(zhǔn)生效.1991年,GSM系統(tǒng)正式在歐洲問世,網(wǎng)路開通運行。移動通信跨入第二代。數(shù)字移動通信技術(shù)多址技術(shù)多址技術(shù)使眾多的用戶共用公共的通信線路。為使信號多路化而實現(xiàn)多址的方法基本上有三種,它們分別采用頻率、時間或代碼分隔的多址連接方式,即人們通常所稱的頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)三種接入方式。REF_Ref38250105\r圖2-1用模型表示了這三種方法簡單的一個概念。三種多址方式概念示意圖FDMA是以不同的頻率信道實現(xiàn)通信的,TDMA是以不同的時隙實現(xiàn)通信的,CDMA是以不同的代碼序列實現(xiàn)通信的。頻分多址頻分,有時也稱之為信道化,就是把整個可分配的頻譜劃分成許多單個無線電信道(發(fā)射和接收載頻對),每個信道可以傳輸一路話音或控制信息。在系統(tǒng)的控制下,任何一個用戶都可以接入這些信道中的任何一個。模擬蜂窩系統(tǒng)是FDMA結(jié)構(gòu)的一個典型例子,數(shù)字蜂窩系統(tǒng)中也同樣可以采用FDMA,只是不會采用純頻分的方式,比如GSM系統(tǒng)就采用了FDMA.時分多址時分多址是在一個寬帶的無線載波上,按時間(或稱為時隙)劃分為若干時分信道,每一用戶占用一個時隙,只在這一指定的時隙內(nèi)收(或發(fā))信號,故稱為時分多址。此多址方式在數(shù)字蜂窩系統(tǒng)中采用,GSM系統(tǒng)也采用了此種方式.TDMA是一種較復(fù)雜的結(jié)構(gòu),最簡單的情況是單路載頻被劃分成許多不同的時隙,每個時隙傳輸一路猝發(fā)式信息。TDMA中關(guān)鍵部分為用戶部分,每一個用戶分配給一個時隙(在呼叫開始時分配),用戶與基站之間進(jìn)行同步通信,并對時隙進(jìn)行計數(shù).當(dāng)自己的時隙到來時,手機就啟動接收和解調(diào)電路,對基站發(fā)來的猝發(fā)式信息進(jìn)行解碼。同樣,當(dāng)用戶要發(fā)送信息時,首先將信息進(jìn)行緩存,等到自己時隙的到來。在時隙開始后,再將信息以加倍的速率發(fā)射出去,然后又開始積累下一次猝發(fā)式傳輸.TDMA的一個變形是在一個單頻信道上進(jìn)行發(fā)射和接收,稱之為時分雙工(TDD)。其最簡單的結(jié)構(gòu)就是利用兩個時隙,一個發(fā)一個收。當(dāng)手機發(fā)射時基站接收,基站發(fā)射時手機接收,交替進(jìn)行.TDD具有TDMA結(jié)構(gòu)的許多優(yōu)點:猝發(fā)式傳輸、不需要天線的收發(fā)共用裝置等等。它的主要優(yōu)點是可以在單一載頻上實現(xiàn)發(fā)射和接收,而不需要上行和下行兩個載頻,不需要頻率切換,因而可以降低成本.TDD的主要缺點是滿足不了大規(guī)模系統(tǒng)的容量要求。碼分多址碼分多址是一種利用擴(kuò)頻技術(shù)所形成的不同的碼序列實現(xiàn)的多址方式。它不像FDMA、TDMA那樣把用戶的信息從頻率和時間上進(jìn)行分離,它可在一個信道上同時傳輸多個用戶的信息,也就是說,允許用戶之間的相互干擾。其關(guān)鍵是信息在傳輸以前要進(jìn)行特殊的編碼,編碼后的信息混合后不會丟失原來的信息。有多少個互為正交的碼序列,就可以有多少個用戶同時在一個載波上通信。每個發(fā)射機都有自己唯一的代碼(偽隨機碼),同時接收機也知道要接收的代碼,用這個代碼作為信號的濾波器,接收機就能從所有其他信號的背景中恢復(fù)成原來的信息碼(這個過程稱為解擴(kuò))。功率控制當(dāng)手機在小區(qū)內(nèi)移動時,它的發(fā)射功率需要進(jìn)行變化。當(dāng)它離基站較近時,需要降低發(fā)射功率,減少對其它用戶的干擾,當(dāng)它離基站較遠(yuǎn)時,就應(yīng)該增加功率,克服增加了的路徑衰耗。所有的GSM手機都可以以2dB為一等級來調(diào)整它們的發(fā)送功率,GSM900移動臺的最大輸出功率是8W(規(guī)范中最大允許功率是20W,但現(xiàn)在還沒有20W的移動臺存在)。DCS1800移動臺的最大輸出功率是1W。相應(yīng)地,它的小區(qū)也要小一些。蜂窩技術(shù)移動通信的飛速發(fā)展一大原因是發(fā)明了蜂窩技術(shù)。移動通信的一大限制是使用頻帶比較有限,這就限制了系統(tǒng)的容量,為了滿足越來越多的用戶需求,必須要在有限的頻率范圍盡可能大地擴(kuò)大它的利用率,除了采用前面介紹過的多址技術(shù)等以外,還發(fā)明了蜂窩技術(shù)。那么什么是蜂窩技術(shù)呢?移動通信系統(tǒng)是采用一個叫基站的設(shè)備來提供無線服務(wù)范圍的。基站的覆蓋范圍有大有小,我們把基站的覆蓋范圍稱之為蜂窩.采用大功率的基站主要是為了提供比較大的服務(wù)范圍,但它的頻率利用率較低,也就是說基站提供給用戶的通信通道比較少,系統(tǒng)的容量也就大不起來,對于話務(wù)量不大的地方可以采用這種方式,我們也稱之為大區(qū)制。采用小功率的基站主要是為了提供大容量的服務(wù)范圍,同時它采用頻率復(fù)用技術(shù)來提高頻率利用率,在相同的服務(wù)區(qū)域內(nèi)增加了基站的數(shù)目,有限的頻率得到多次使用,所以系統(tǒng)的容量比較大,這種方式稱之為小區(qū)制或微小區(qū)制.下面我們簡單介紹頻率復(fù)用技術(shù)的原理。頻率復(fù)用的概念在全雙工工作方式中,一個無線電信道包含一對信道頻率,每個方向都用一個頻率作發(fā)射.在覆蓋半徑為R的地理區(qū)域C1內(nèi)呼叫一個小區(qū)使用無線電信道F1,也可以在另一個相距D、覆蓋半徑也為R的小區(qū)內(nèi)再次使用F1。頻率復(fù)用是蜂窩移動無線電系統(tǒng)的核心概念。在頻率復(fù)用系統(tǒng)中,處在不同地理位置(不同的小區(qū))上的用戶可以同時使用相同頻率的信道(見REF_Ref38250295\r圖2-2),頻率復(fù)用系統(tǒng)可以極大地提高頻譜效率。但是,如果系統(tǒng)設(shè)計得不好,將產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾,這種干擾稱為同信道干擾。這種干擾是由于相同信道公共使用造成的,是在頻率復(fù)用概念中必須考慮的重要問題。D/R比頻率復(fù)用方案可以在時域與空間域內(nèi)使用頻率復(fù)用的概念。在時域內(nèi)的頻率復(fù)用是指在不同的時隙里占用相同的工作頻率,叫做時分多路(TDM)。在空間域上的頻率復(fù)用可分為兩大類:兩個不同的地理區(qū)域里配置相同的頻率。例如在不同的城市中使用相同頻率的AM或FM廣播電臺.在一個系統(tǒng)的作用區(qū)域內(nèi)重復(fù)使用相同的頻率-—這種方案用于蜂窩系統(tǒng)中。蜂窩式移動電話網(wǎng)通常是先由若干鄰接的無線小區(qū)組成一個無線區(qū)群,再由若干個無線區(qū)群構(gòu)成整個服務(wù)區(qū).為了防止同頻干擾,要求每個區(qū)群(即單位無線區(qū)群)中的小區(qū),不得使用相同頻率,只有在不同的無線區(qū)群中,才可使用相同的頻率。單位無線區(qū)群的構(gòu)成應(yīng)滿足兩個基本條件:若干個單位無線區(qū)群彼此鄰接組成蜂窩式服務(wù)區(qū)域鄰接單位無線區(qū)群中的同頻無線小區(qū)的中心間距相等。一個系統(tǒng)中有許多同信道的小區(qū),整個頻譜分配被劃分為K個頻率復(fù)用的模式,即單位無線區(qū)群中小區(qū)的個數(shù),如REF_Ref38250280\r圖2-3所示,其中K=3、4、7,當(dāng)然還有其它復(fù)用方式,如K=9、12等.頻率復(fù)用距離允許同頻率重復(fù)使用的最小距離取決于許多因素,如中心小區(qū)附近的同信道小區(qū)數(shù),地理地形類別,每個小區(qū)基站的天線高度及發(fā)射功率。頻率復(fù)用距離D由下式確定:其中,K是圖2-3中所示的頻率復(fù)用模式.則:D=3.46R ?K=4D=4。6R? K=7如果所有小區(qū)基站發(fā)射相同的功率,則K增加,頻率復(fù)用距離D也增加。增加了的頻率復(fù)用距離將減小同信道干擾發(fā)生的可能.從理論上來說,K應(yīng)該大些,然而,分配的信道總數(shù)是固定的。如果K太大,則K個小區(qū)中分配給每個小區(qū)的信道數(shù)將減少,如果隨著K的增加而劃分K個小區(qū)中的信道總數(shù),則中繼效率就會降低。同樣道理,如果在同一地區(qū)將一組信道分配給兩個不同的工作網(wǎng)絡(luò),系統(tǒng)頻率效率也將降低。因此,現(xiàn)在面臨的問題是,在滿足系統(tǒng)性能的條件下如何得到一個最小的K值。解決它必須估算同信道干擾,并選擇最小的頻率復(fù)用距離D以減小同信道干擾。在滿足條件的情況下,構(gòu)成單位無線區(qū)群的小區(qū)個數(shù)K=i2+ij+j2(i、j均為正整數(shù),其中一個可為零,但不能兩個同時為零),取i=j=1,可得到最小的K值為K=3(見REF_Ref38250280\r圖2-3).N小區(qū)復(fù)用模式GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與相關(guān)接口GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的基本特點GSM數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)(簡稱GSM系統(tǒng))是完全依據(jù)歐洲通信標(biāo)準(zhǔn)化委員會(ETSI)制定的GSM技術(shù)規(guī)范研制而成的,任何一家廠商提供的GSM數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)都必須符合GSM技術(shù)規(guī)范。GSM系統(tǒng)作為一種開放式結(jié)構(gòu)和面向未來設(shè)計的系統(tǒng)具有下列主要特點:GSM系統(tǒng)是由幾個子系統(tǒng)組成的,并且可與各種公用通信網(wǎng)(PSTN、ISDN、PDN等)互連互通。各子系統(tǒng)之間或各子系統(tǒng)與各種公用通信網(wǎng)之間都明確和詳細(xì)定義了標(biāo)準(zhǔn)化接口規(guī)范,保證任何廠商提供的GSM系統(tǒng)或子系統(tǒng)能互連;GSM系統(tǒng)能提供穿過國際邊界的自動漫游功能,對于全部GSM移動用戶都可進(jìn)入GSM系統(tǒng)而與國別無關(guān);GSM系統(tǒng)除了可以開放話音業(yè)務(wù),還可以開放各種承載業(yè)務(wù)、補充業(yè)務(wù)和與ISDN相關(guān)的業(yè)務(wù);GSM系統(tǒng)具有加密和鑒權(quán)功能,能確保用戶保密和網(wǎng)絡(luò)安全;GSM系統(tǒng)具有靈活和方便的組網(wǎng)結(jié)構(gòu),頻率重復(fù)利用率高,移動業(yè)務(wù)交換機的話務(wù)承載能力一般都很強,保證在話音和數(shù)據(jù)通信兩個方面都能滿足用戶對大容量、高密度業(yè)務(wù)的要求;GSM系統(tǒng)抗干擾能力強,覆蓋區(qū)域內(nèi)的通信質(zhì)量高;用戶終端設(shè)備(手持機和車載機)隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展能向更小型、輕巧和增強功能趨勢發(fā)展。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能GSM系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)如REF_Ref38250425\r圖3-1所示。由圖可見,GSM系統(tǒng)是由若干個子系統(tǒng)或功能實體組成。其中基站子系統(tǒng)(BSS)在移動臺(MS)和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(NSS)之間提供和管理傳輸通路,特別是包括了MS與GSM系統(tǒng)的功能實體之間的無線接口管理。NSS必須管理通信業(yè)務(wù),保證MS與相關(guān)的公用通信網(wǎng)或與其它MS之間建立通信,也就是說NSS不直接與MS互通,BSS也不直接與公用通信網(wǎng)互通。MS、BSS和NSS組成GSM系統(tǒng)的實體部分。操作支持系統(tǒng)(OSS)則提供運營部門一種手段來控制和維護(hù)這些實際運行部分。OSS:操作支持子系統(tǒng) BSS:基站子系統(tǒng) ? NSS:網(wǎng)路子系統(tǒng)NMC:網(wǎng)路管理中心? DPPS:數(shù)據(jù)后處理系統(tǒng)??SEMC:安全性管理中心PCS:用戶識別卡個人化中心?OMC:操作維護(hù)中心 ?MSC:移動業(yè)務(wù)交換中心VLR:來訪用戶位置寄存器 HLR:歸屬用戶位置寄存器?AUC:鑒權(quán)中心EIR:移動設(shè)備識別寄存器? BSC:基站控制器? ?BTS:基站收發(fā)信臺PDN:公用數(shù)據(jù)網(wǎng)???PSTN:公用電話網(wǎng) ?ISDN:綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng) MS:移動臺圖GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)移動臺(MS)移動臺是公用GSM移動通信網(wǎng)中用戶使用的設(shè)備,也是用戶能夠直接接觸的整個GSM系統(tǒng)中的唯一設(shè)備。移動臺的類型不僅包括手持臺,還包括車載臺和便攜式臺。隨著GSM標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字式手持臺進(jìn)一步小型、輕巧和增加功能的發(fā)展趨勢,手持臺的用戶將占整個用戶的極大部分。除了通過無線接口接入GSM系統(tǒng)的通常無線和處理功能外,移動臺必須提供與使用者之間的接口。比如完成通話呼叫所需要的話筒、揚聲器、顯示屏和按鍵。或者提供與其它一些終端設(shè)備之間的接口.比如與個人計算機或傳真機之間的接口,或同時提供這兩種接口。因此,根據(jù)應(yīng)用與服務(wù)情況,移動臺可以是單獨的移動終端(MT)、手持機、車載機或者是由移動終端(MT)直接與終端設(shè)備(TE)傳真機相連接而構(gòu)成,或者是由移動終端(MT)通過相關(guān)終端適配器(TA)與終端設(shè)備(TE)相連接而構(gòu)成,這可參見REF_Ref38250522\r圖3—2,這些都?xì)w類為移動臺的重要組成部分之一——移動設(shè)備。移動臺另外一個重要的組成部分是用戶識別模塊(SIM),它基本上是一張符合ISO標(biāo)準(zhǔn)的“智慧”卡,它包含所有與用戶有關(guān)的和某些無線接口的信息,其中也包括鑒權(quán)和加密信息.使用GSM標(biāo)準(zhǔn)的移動臺都需要插入SIM卡,只有當(dāng)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卡的應(yīng)用使移動臺并非固定地縛于一個用戶,因此,GSM系統(tǒng)是通過SIM卡來識別移動電話用戶的,這為將來發(fā)展個人通信打下了基礎(chǔ)。移動臺的功能結(jié)構(gòu)基站子系統(tǒng)(BSS)基站子系統(tǒng)(BSS)是GSM系統(tǒng)中與無線蜂窩方面關(guān)系最直接的基本組成部分。它通過無線接口直接與移動臺相接,負(fù)責(zé)無線發(fā)送接收和無線資源管理。另一方面,基站子系統(tǒng)與網(wǎng)路子系統(tǒng)(NSS)中的移動業(yè)務(wù)交換中心(MSC)相連,實現(xiàn)移動用戶之間或移動用戶與固定網(wǎng)路用戶之間的通信連接,傳送系統(tǒng)信號和用戶信息等。當(dāng)然,要對BSS部分進(jìn)行操作維護(hù)管理,還要建立BSS與操作支持子系統(tǒng)(OSS)之間的通信連接.基站子系統(tǒng)是由基站收發(fā)信臺(BTS)和基站控制器(BSC)這兩部分的功能實體構(gòu)成。實際上,一個基站控制器根據(jù)話務(wù)量需要可以控制數(shù)十個BTS。BTS可以直接與BSC相連接,也可以通過基站接口設(shè)備(BIE)采用遠(yuǎn)端控制的連接方式與BSC相連接。需要說明的是,基站子系統(tǒng)還應(yīng)包括碼變換器(TC)和相應(yīng)的子復(fù)用設(shè)備(SM)。碼變換器在更多的實際情況下是置于BSC和MSC之間,在組網(wǎng)的靈活性和減少傳輸設(shè)備配置數(shù)量方面具有許多優(yōu)點。因此,一種具有本地和遠(yuǎn)端配置BTS的典型BSS組成方面如圖3—3示。基站收發(fā)信臺(BTS)基站收發(fā)信臺(BTS)屬于基站子系統(tǒng)的無線部分,由基站控制器(BSC)控制,服務(wù)于某個小區(qū)的無線收發(fā)信設(shè)備,完成BSC與無線信道之間的轉(zhuǎn)換,實現(xiàn)BTS與移動臺(MS)之間通過空中接口的無線傳輸及相關(guān)的控制功能。BTS主要分為基帶單元、載頻單元、控制單元三大部分。基帶單元主要用于必要的話音和數(shù)據(jù)速率適配以及信道編碼等.載頻單元主要用于調(diào)制/解調(diào)與發(fā)射機/接收機之間的耦合等.控制單元則用于BTS的操作與維護(hù)。另外,在BSC與BTS不設(shè)在同一處需采用Abis接口時,傳輸單元是必須增加的,以實現(xiàn)BSC與BTS之間的遠(yuǎn)端連接方式。如果BSC與BTS并置在同一處,只需采用BS接口時,傳輸單元是不需要的。一種典型的BSS組成方式基站控制器(BSC)基站控制器(BSC)是基站子系統(tǒng)(BSS)的控制部分,起著BSS的變換設(shè)備的作用,即各種接口的管理,承擔(dān)無線資源和無線參數(shù)的管理。BSC主要由下列部分構(gòu)成:朝向與MSC相接的A接口或與碼變換器相接的Ater接口的數(shù)字中繼控制部分;朝向與BTS相接的Abis接口或BS接口的BTS控制部分;公共處理部分,包括與操作維護(hù)中心相接的接口控制;交換部分。網(wǎng)路子系統(tǒng)(NSS)網(wǎng)路子系統(tǒng)(NSS)主要包含有GSM系統(tǒng)的交換功能和用于用戶數(shù)據(jù)與移動性管理、安全性管理所需的數(shù)據(jù)庫功能,它對GSM移動用戶之間通信和GSM移動用戶與其它通信網(wǎng)用戶之間通信起著管理作用。NSS由一系列功能實體構(gòu)成,整個GSM系統(tǒng)內(nèi)部,即NSS的各功能實體之間和NSS與BSS之間都通過符合CCITT信令系統(tǒng)No.7協(xié)議和GSM規(guī)范的7號信令網(wǎng)路互相通信。移動業(yè)務(wù)交換中心(MSC)移動業(yè)務(wù)交換中心(MSC)是網(wǎng)路的核心,它提供交換功能及面向系統(tǒng)其它功能實體:基站子系統(tǒng)BSS、歸屬用戶位置寄存器HLR、鑒權(quán)中心AUC、移動設(shè)備識別寄存器EIR、操作維護(hù)中心OMC和面向固定網(wǎng)(公用電話網(wǎng)PSTN、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)ISDN、分組交換公用數(shù)據(jù)網(wǎng)PSPDN、電路交換公用數(shù)據(jù)網(wǎng)CSPDN)的接口功能,把移動用戶與移動用戶、移動用戶與固定網(wǎng)用戶互相連接起來。移動業(yè)務(wù)交換中心MSC可從三種數(shù)據(jù)庫,即歸屬用戶位置寄存器(HLR)、訪問用戶位置寄存器(VLR)和鑒權(quán)中心(AUC)獲取處理用戶位置登記和呼叫請求所需的全部數(shù)據(jù)。反之,MSC也根據(jù)其最新獲取的信息請求更新數(shù)據(jù)庫的部分?jǐn)?shù)據(jù)。MSC可為移動用戶提供一系列業(yè)務(wù):電信業(yè)務(wù)。例如:電話、緊急呼叫、傳真和短消息服務(wù)等;承載業(yè)務(wù).例如:3。1KHz電話,同步數(shù)據(jù)0.3kbit/s~2。4kbit/s及分組組合和分解(PAD)等;補充業(yè)務(wù).例如:呼叫前轉(zhuǎn)、呼叫限制、呼叫等待、會議電話和計費通知等。當(dāng)然,作為網(wǎng)路的核心,MSC還支持位置登記、越區(qū)切換和自動漫游等移動特征性能和其它網(wǎng)路功能。對于容量比較大的移動通信網(wǎng),一個網(wǎng)路子系統(tǒng)NSS可包括若干個MSC、VLR和HLR,為了建立固定網(wǎng)用戶與GSM移動用戶之間的呼叫,無需知道移動用戶所處的位置。此呼叫首先被接入到入口移動業(yè)務(wù)交換中心,稱為GMSC,入口交換機負(fù)責(zé)獲取位置信息,且把呼叫轉(zhuǎn)接到可向該移動用戶提供即時服務(wù)的MSC,稱為被訪MSC(VMSC)。因此,GMSC具有與固定網(wǎng)和其它NSS實體互通的接口。目前,GMSC功能就是在MSC中實現(xiàn)的。根據(jù)網(wǎng)路的需要,GMSC功能也可以在固定網(wǎng)交換機中綜合實現(xiàn).訪問用戶位置寄存器(VLR)訪問用戶位置寄存器(VLR)是服務(wù)于其控制區(qū)域內(nèi)移動用戶的,存儲著進(jìn)入其控制區(qū)域內(nèi)已登記的移動用戶相關(guān)信息,為已登記的移動用戶提供建立呼叫接續(xù)的必要條件。VLR從該移動用戶的歸屬用戶位置寄存(HLR)處獲取并存儲必要的數(shù)據(jù)。一旦移動用戶離開該VLR的控制區(qū)域,則重新在另一個VLR登記,原VLR將取消臨時記錄的該移動用戶數(shù)據(jù)。因此,VLR可看作為一個動態(tài)用戶數(shù)據(jù)庫。VLR功能總是在每個MSC中綜合實現(xiàn)的。歸屬用戶位置寄存器(HLR)歸屬用戶位置寄存器(HLR)是GSM系統(tǒng)的中央數(shù)據(jù)庫,存儲著該HLR控制的所有存在的移動用戶的相關(guān)數(shù)據(jù)。一個HLR能夠控制若干個移動交換區(qū)域以及整個移動通信網(wǎng),所有移動用戶重要的靜態(tài)數(shù)據(jù)都存儲在HLR中,這包括移動用戶識別號碼、訪問能力、用戶類別和補充業(yè)務(wù)等數(shù)據(jù)。HLR還存儲且為MSC提供關(guān)于移動用戶實際漫游所在的MSC區(qū)域相關(guān)動態(tài)信息數(shù)據(jù)。這樣,任何入局呼叫可以即刻按選擇路徑送到被叫的用戶.鑒權(quán)中心(AUC)GSM系統(tǒng)采取了特別的安全措施,例如用戶鑒權(quán)、對無線接口上的話音、數(shù)據(jù)和信號信息進(jìn)行保密等。因此,鑒權(quán)中心(AUC)存儲著鑒權(quán)信息和加密密鑰,用來防止無權(quán)用戶接入系統(tǒng)和保證通過無線接口的移動用戶通信的安全.AUC屬于HLR的一個功能單元部分,專用于GSM系統(tǒng)的安全性管理。移動設(shè)備識別寄存器(EIR)移動設(shè)備識別寄存器(EIR)存儲著移動設(shè)備的國際移動設(shè)備識別碼(IMEI),通過檢查白色清單、黑色清單或灰色清單這三種表格,在表格中分別列出了準(zhǔn)許使用的、出現(xiàn)故障需監(jiān)視的、失竊不準(zhǔn)使用的移動設(shè)備的IMEI識別碼,使得運營部門對于不管是失竊還是由于技術(shù)故障或誤操作而危及網(wǎng)路正常運行的MS設(shè)備,都能采取及時的防范措施,以確保網(wǎng)路內(nèi)所使用的移動設(shè)備的唯一性和安全性.操作支持子系統(tǒng)(OSS)操作支持子系統(tǒng)(OSS)需完成許多任務(wù),包括移動用戶管理、移動設(shè)備管理以及網(wǎng)路操作和維護(hù)。移動用戶管理可包括用戶數(shù)據(jù)管理和呼叫計費。用戶數(shù)據(jù)管理一般由歸屬用戶位置寄存器(HLR)來完成這方面的任務(wù),HLR是NSS功能實體之一。用戶識別卡SIM的管理也可認(rèn)為是用戶數(shù)據(jù)管理的一部分,但是,作為相對獨立的用戶識別卡SIM的管理,還必須根據(jù)運營部門對SIM的管理要求和模式采用專門的SIM個人化設(shè)備來完成。呼叫計費可以由移動用戶所訪問的各個移動業(yè)務(wù)交換中心MSC和GMSC分別處理,也可以采用通過HLR或獨立的計費設(shè)備來集中處理計費數(shù)據(jù)的方式。移動設(shè)備管理是由移動設(shè)備識別寄存器(EIR)來完成的,EIR與NSS的功能實體之間是通過SS7信令網(wǎng)路的接口互連,為此,EIR也歸入NSS的組成部分之一.網(wǎng)路操作與維護(hù)是完成對GSM系統(tǒng)的BSS和NSS進(jìn)行操作與維護(hù)管理任務(wù)的,完成網(wǎng)路操作與維護(hù)管理的設(shè)施稱為操作與維護(hù)中心(OMC)。從電信管理網(wǎng)路(TMN)的發(fā)展角度考慮,OMC還應(yīng)具備與高層次的TMN進(jìn)行通信的接口功能,以保證GSM網(wǎng)路能與其它電信網(wǎng)路一起納入先進(jìn)、統(tǒng)一的電信管理網(wǎng)路中進(jìn)行集中操作與維護(hù)管理。直接面向GSM系統(tǒng)BSS和NSS各個功能實體的操作與維護(hù)中心(OMC)歸入NSS部分.可以認(rèn)為,操作支持子系統(tǒng)(OSS)已不包括與GSM系統(tǒng)的NSS和BSS部分密切相關(guān)的功能實體,而成為一個相對獨立的管理和服務(wù)中心。主要包括網(wǎng)路管理中心(NMC)、安全性管理中心(SEMC)、用于用戶識別卡管理的個人化中心(PCS)、用于集中計費管理的數(shù)據(jù)后處理系統(tǒng)(DPPS)等功能實體。接口和協(xié)議為了保證網(wǎng)路運營部門能在充滿競爭的市場條件下靈活選擇不同供應(yīng)商提供的數(shù)字蜂窩移動通信設(shè)備,GSM系統(tǒng)在制定技術(shù)規(guī)范時就對其子系統(tǒng)之間及各功能實體之間的接口和協(xié)議作了比較具體的定義,使不同供應(yīng)商提供的GSM系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)備能夠符合統(tǒng)一的GSM技術(shù)規(guī)范而達(dá)到互通、組網(wǎng)的目的.為使GSM系統(tǒng)實現(xiàn)國際漫游功能和在業(yè)務(wù)上邁入面向ISDN的數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù),必須建立規(guī)范和統(tǒng)一的信令網(wǎng)路以傳遞與移動業(yè)務(wù)有關(guān)的數(shù)據(jù)和各種信令信息,因此,GSM系統(tǒng)引入7號信令系統(tǒng)和信令網(wǎng)路,也就是說GSM系統(tǒng)的公用陸地移動通信網(wǎng)的信令系統(tǒng)是以7號信令網(wǎng)路為基礎(chǔ)的。主要接口GSM系統(tǒng)的主要接口是指A接口、Abis接口和Um接口。如REF_Ref38250703\r圖3-4所示。這三種主要接口的定義和標(biāo)準(zhǔn)化能保證不同供應(yīng)商生產(chǎn)的移動臺、基站子系統(tǒng)和網(wǎng)路子系統(tǒng)設(shè)備能納入同一個GSM數(shù)字移動通信網(wǎng)運行和使用。GSM系統(tǒng)的主要接口A接口A接口定義為網(wǎng)路子系統(tǒng)(NSS)與基站子系統(tǒng)(BSS)之間的通信接口,從系統(tǒng)的功能實體來說,就是移動業(yè)務(wù)交換中心(MSC)與基站控制器(BSC)之間的互連接口,其物理鏈接通過采用標(biāo)準(zhǔn)的2.048Mb/sPCM數(shù)字傳輸鏈路來實現(xiàn)。此接口傳遞的信息包括移動臺管理、基站管理、移動性管理、接續(xù)管理等。Abis接口Abis接口定義為基站子系統(tǒng)的兩個功能實體基站控制器(BSC)和基站收發(fā)信臺(BTS)之間的通信接口,用于BTS(不與BSC并置)與BSC之間的遠(yuǎn)端互連方式,物理鏈接通過采用標(biāo)準(zhǔn)的2.048Mb/s或64kbit/sPCM數(shù)字傳輸鏈路來實現(xiàn)。REF_Ref38250703\r圖3-4所示的BS接口作為Abis接口的一種特例,用于BTS(與BSC并置)與BSC之間的直接互連方式,此時BSC與BTS之間的距離小于10米。此接口支持所有向用戶提供的服務(wù),并支持對BTS無線設(shè)備的控制和無線頻率的分配。Um接口(空口接口)Um接口(空中接口)定義為移動臺與基站收發(fā)信臺(BTS)之間的通信接口,用于移動臺與GSM系統(tǒng)的固定部分之間的互通,其物理鏈接通過無線鏈路實現(xiàn)。此接口傳遞的信息包括無線資源管理,移動性管理和接續(xù)管理等。網(wǎng)路子系統(tǒng)內(nèi)部接口網(wǎng)路子系統(tǒng)由移動業(yè)務(wù)交換中心(MSC)、訪問用戶位置寄存器(VLR)、歸屬用戶位置寄存器(HLR)等功能實體組成,因此GSM技術(shù)規(guī)范定義了不同的接口以保證各功能實體之間的接口標(biāo)準(zhǔn)化。其示意圖如REF_Ref38250754\r圖3-5所示。網(wǎng)路子系統(tǒng)內(nèi)部接口示意圖D接口D接口定義為歸屬用戶位置寄存器(HLR)與訪問用戶位置寄存器(VLR)之間的接口。用于交換有關(guān)移動臺位置和用戶管理的信息,為移動用戶提供的主要服務(wù)是保證移動臺在整個服務(wù)區(qū)內(nèi)能建立和接收呼叫.實用化的GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一般把VLR綜合于移動業(yè)務(wù)交換中心(MSC)中,而把歸屬用戶位置寄存器(HLR)與鑒權(quán)中心(AUC)綜合在同一個物理實體內(nèi)。因此D接口的物理鏈接是通過移動業(yè)務(wù)交換中心(MSC)與歸屬用戶位置寄存器(HLR)之間的標(biāo)準(zhǔn)2.048Mb/s的PCM數(shù)字傳輸鏈路實現(xiàn)的。B接口B接口定義為訪問用戶位置寄存器(VLR)與移動業(yè)務(wù)交換中心(MSC)之間的內(nèi)部接口。用于移動業(yè)務(wù)交換中心(MSC)向訪問用戶位置寄存器(VLR)詢問有關(guān)移動臺(MS)當(dāng)前位置信息或者通知訪問用戶位置寄存器(VLR)有關(guān)移動臺(MS)的位置更新信息等。C接口C接口定義為歸屬用戶位置寄存器(HLR)與移動業(yè)務(wù)交換中心(MSC)之間的接口.用于傳遞路由選擇和管理信息.如果采用歸屬用戶位置寄存器(HLR)作為計費中心,呼叫結(jié)束后建立或接收此呼叫的移動臺(MS)所在的移動業(yè)務(wù)交換中心(MSC)應(yīng)把計費信息傳送給該移動用戶當(dāng)前歸屬的歸屬用戶位置寄存器(HLR),一旦要建立一個至移動用戶的呼叫時,入口移動業(yè)務(wù)交換中心(GMSC)應(yīng)向被叫用戶所屬的歸屬用戶位置寄存器(HLR)詢問被叫移動臺的漫游號碼。C接口的物理鏈接方式與D接口相同。E接口E接口定義為控制相鄰區(qū)域的不同移動業(yè)務(wù)交換中心(MSC)之間的接口。當(dāng)移動臺(MS)在一個呼叫進(jìn)行過程中,從一個移動業(yè)務(wù)交換中心(MSC)控制的區(qū)域移動到相鄰的另一個移動業(yè)務(wù)交換中心(MSC)控制的區(qū)域時,為不中斷通信需完成越區(qū)信道切換過程,此接口用于切換過程中交換有關(guān)切換信息以啟動和完成切換.E接口的物理鏈接方式是通過移動業(yè)務(wù)交換中心(MSC)之間的標(biāo)準(zhǔn)2。048Mbit/sPCM數(shù)字傳輸鏈路實現(xiàn)的。F接口F接口定義為移動業(yè)務(wù)交換中心(MSC)與移動設(shè)備識別寄存器(EIR)之間的接口。用于交換相關(guān)的國際移動設(shè)備識別碼管理信息。F接口的物理鏈接方式是通過移動業(yè)務(wù)交換中心(MSC)與移動設(shè)備識別寄存器(EIR)之間的標(biāo)準(zhǔn)2.048Mbit/s的PCM數(shù)字傳輸鏈路實現(xiàn)的。G接口G接口定義為訪問用戶位置寄存器(VLR)之間的接口。當(dāng)采用臨時移動用戶識別碼(TMSI)時,此接口用于向分配臨時移動用戶識別碼(TMSI)的訪問用戶位置寄存器(VLR)詢問此移動用戶的國際移動用戶識別碼(IMSI)的信息。G接口的物理鏈接方式與E接口相同.GSM系統(tǒng)與其它公用電信網(wǎng)的接口其它公用電信網(wǎng)主要是指公用電話網(wǎng)(PSTN),綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN),分組交換公用數(shù)據(jù)網(wǎng)(PSPDN)和電路交換公用數(shù)據(jù)網(wǎng)(CSPDN)。GSM系統(tǒng)通過MSC與這些公用電信網(wǎng)互連,其接口必須滿足CCITT的有關(guān)接口和信令標(biāo)準(zhǔn)及各個國家郵電運營部門制定的與這些電信網(wǎng)有關(guān)的接口和信令標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)我國現(xiàn)有公用電話網(wǎng)(PSTN)的發(fā)展現(xiàn)狀和綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN)的發(fā)展前景,GSM系統(tǒng)與PSTN和ISDN網(wǎng)的互連方式采用7號信令系統(tǒng)接口。其物理鏈接方式是通過MSC與PSTN或ISDN交換機之間標(biāo)準(zhǔn)2.048Mbit/s的PCM數(shù)字傳輸實現(xiàn)的。如果具備ISDN交換機,HLR與ISDN網(wǎng)之間可建立直接的信令接口,使ISDN交換機可以通過移動用戶的ISDN號碼直接向HLR詢問移動臺的位置信息,以建立至移動臺當(dāng)前所登記的MSC之間的呼叫路由。各接口協(xié)議GSM系統(tǒng)各功能實體之間的接口定義明確,同樣GSM規(guī)范對各接口所使用的分層協(xié)議也作了詳細(xì)的定義。協(xié)議是各功能實體之間共同的“語言”,通過各個接口互相傳遞有關(guān)的消息,為完成GSM系統(tǒng)的全部通信和管理功能建立起有效的信息傳送通道。不同的接口可能采用不同形式的物理鏈路,完成各自特定的功能,傳遞各自特定的消息,這些都由相應(yīng)的信令協(xié)議來實現(xiàn)。GSM系統(tǒng)各接口采用的分層協(xié)議結(jié)構(gòu)是符合開放系統(tǒng)互連(OSI)參考模型的。分層的目的是允許隔離各組信令協(xié)議功能,按連續(xù)的獨立層描述協(xié)議,每層協(xié)議在明確的服務(wù)接入點對上層協(xié)議提供它自己特定的通信服務(wù)。REF_Ref38250851\r圖3-6給出了GSM系統(tǒng)主要接口所采用的協(xié)議分層示意圖。系統(tǒng)主要接口的協(xié)議分層示意圖協(xié)議分層結(jié)構(gòu)信號層1(也稱物理層)這是無線接口的最低層、提供傳送比特流所需的物理鏈路(例如無線鏈路)、為高層提供各種不同功能的邏輯信道,包括業(yè)務(wù)信道和邏輯信道,每個邏輯信道有它自己的服務(wù)接入點.信號層2主要目的是在移動臺和基站之間建立可靠的專用數(shù)據(jù)鏈路,L2協(xié)議基于ISDN的D信道鏈路接入?yún)f(xié)議(LAP-D),但作了更動,因而在Um接口的L2協(xié)議稱之為LAP—Dm。信號層3這是實際負(fù)責(zé)控制和管理的協(xié)議層,把用戶和系統(tǒng)控制過程中的特定信息按一定的協(xié)議分組安排在指定的邏輯信道上。L3包括三個基本子層:無線資源管理(RR)、移動性管理(MM)和接續(xù)管理(CM)。其中一個接續(xù)管理子層中含有多個呼叫控制(CC)單元,提供并行呼叫處理.為支持補充業(yè)務(wù)和短消息業(yè)務(wù),在CM子層中還包括補充業(yè)務(wù)管理(SS)單元和短消息業(yè)務(wù)管理(SMS)單元。信號層3的互通在A接口,信令協(xié)議的參考模型如REF_Ref38250888\r圖3—7所示.由于基站需完成蜂窩控制這一無線特殊功能,這是在基站自行控制或在MSC的控制下完成的,所以子層(RR)在基站子系統(tǒng)(BSS)中終止,無線資源管理(RR)消息在BSS中進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)譯,映射成BSS移動應(yīng)用部分(BSSMAP)的消息在A接口中傳遞。BSSAP:BSS應(yīng)用部分 SCCP:信令連接控制部分DTAP:直接轉(zhuǎn)移應(yīng)用部分 MTP:消息傳遞部分BSSMAP:BSS移動應(yīng)用部分A接口信令協(xié)議參考模型子層移動性管理(MM)和接續(xù)管理(CM)都至MSC終止,MM和CM消息在A接口中是采用直接轉(zhuǎn)移應(yīng)用部分(DTAP)傳遞,基站子系統(tǒng)(BSS)則透明傳遞MM和CM消息,這樣就保證L3子層協(xié)議在各接口之間的互通.NSS內(nèi)部及GSM系統(tǒng)與PSTN之間的協(xié)議在網(wǎng)路子系統(tǒng)(NSS)內(nèi)部各功能實體之間已定義了B、C、D、E、F和G接口,這些接口的通信(包括MSC與BSS之間的通信)全部由7號信令系統(tǒng)支持,GSM系統(tǒng)與PSTN之間的通信優(yōu)先采用7號信令系統(tǒng)。支持GSM系統(tǒng)的7號信令系統(tǒng)協(xié)議層簡單地用REF_Ref38251182\r圖3-8表示。與非呼叫相關(guān)的信令是采用移動應(yīng)用部分(MAP),用于NSS內(nèi)部接口之間的通信;與呼叫相關(guān)的信令則采用電話用戶部分(TUP)和ISDN用戶部分(ISUP),分別用于MSC之間和MSC與PSTN、ISDN之間的通信。應(yīng)指出的是,TUP和ISUP信令必須符合各國家制定的相應(yīng)技術(shù)規(guī)范,MAP信令則必須符合GSM技術(shù)規(guī)范。應(yīng)用于GSM系統(tǒng)的7號信令協(xié)議層GSM系統(tǒng)主要參數(shù)頻帶的劃分及使用特性GSM900DCS1800發(fā)射類別業(yè)務(wù)信道控制信道271KF7W271KF7W271KF7W271KF7W發(fā)射頻帶(MHZ)基站移動臺935~960890~9151805~18801710~1785雙工間隔45MHZ95MHZ射頻帶寬200KHZ200KHZ射頻雙工信道總數(shù)124374基站最大有效發(fā)射功率射頻載波峰值(W)30020業(yè)務(wù)信道平均值(W)37.52。5小區(qū)半徑(KM)最小最大0。5350.535接續(xù)方式TDMATDMA調(diào)制GMSKGMSK傳輸速率(kbps)270.833270。833全速率話音編譯碼比特率(kbps)誤差保護(hù)139.8139.8編碼算法RPE-LTPRPE-LTP信道編碼具有交織脈沖檢錯和1/2編碼率卷積碼具有交織脈沖檢錯和1/2編碼率卷積碼控制信道結(jié)構(gòu)公共控制信道隨路控制信道廣播控制信道有快速和慢速有有快速和慢速有時延均衡能力(us)2020國際漫游能力有有每載頻信道數(shù)全速率半速率816816移動區(qū)域定義與識別號區(qū)域定義在小區(qū)制移動通信網(wǎng)中,基站設(shè)置很多,移動臺又沒有固定的位置,移動用戶只要在服務(wù)區(qū)域內(nèi),無論移動到何處,移動通信網(wǎng)必須具有交換控制功能,以實現(xiàn)位置更新、越區(qū)切換和自動漫游等性能。在由GSM系統(tǒng)組成的移動通信網(wǎng)路結(jié)構(gòu)中,區(qū)域的定義如REF_Ref38251353\r圖4—1所示。GSM區(qū)域定義服務(wù)區(qū)服務(wù)區(qū)是指移動臺可獲得服務(wù)的區(qū)域,即不同通信網(wǎng)(如PLMN、PSTN或ISDN)用戶無需知道移動臺的實際位置而可與之通信的區(qū)域.一個服務(wù)區(qū)可由一個或若干個公用陸地移動通信網(wǎng)(PLMN)組成,可以是一個國家或是一個國家的一部分,也可以是若干個國家.公用陸地移動通信網(wǎng)(PLMN)PLMN是由一個公用陸地移動通信網(wǎng)(PLMN)提供通信業(yè)務(wù)的地理區(qū)域。PLMN可以認(rèn)為是網(wǎng)路(如ISDN網(wǎng)或PSTN網(wǎng))的擴(kuò)展,一個PLMN區(qū)可由一個或若干個移動業(yè)務(wù)交換中心(MSC)組成。在該區(qū)內(nèi)具有共同的編號制度(比如相同的國內(nèi)地區(qū)號)和共同的路由計劃。MSC構(gòu)成固定網(wǎng)與PLMN之間的功能接口,用于呼叫接續(xù)等。MSC區(qū)MSC是由一個移動業(yè)務(wù)交換中心所控制的所有小區(qū)共同覆蓋的區(qū)域構(gòu)成PLMN網(wǎng)的一部分。一個MSC區(qū)可以由一個或若干個位置區(qū)組成。位置區(qū)位置區(qū)是指移動臺可任意移動不需要進(jìn)行位置更新的區(qū)域。位置區(qū)可由一個或若干個小區(qū)(或基站區(qū))組成。為了呼叫移動臺,可在一個位置區(qū)內(nèi)所有基站同時發(fā)尋呼信號.基站區(qū)由置于同一基站點的一個或數(shù)個基站收發(fā)信臺(BTS)包括的所有小區(qū)所覆蓋的區(qū)域。小區(qū)采用基站識別碼或全球小區(qū)識別進(jìn)行標(biāo)識的無線覆蓋區(qū)域。在采用全向天線結(jié)構(gòu)時,小區(qū)即為基站區(qū)。移動識別號IMSI(InternationalMobileSubscriberIdentity):IMSI是GSM系統(tǒng)分配給移動用戶(MS)的唯一的識別號,此碼在所有位置,包括在漫游區(qū)都是有效的.采取E.212編碼方式。存儲在SIM卡、HLR和VLR中,在無線接口及MAP接口上傳送。結(jié)構(gòu)說明:IMSI的組成其中:MCC:MobileCountryCode,移動國家碼,三個數(shù)字,如中國為460。MNC:MobileNetworkCode,移動網(wǎng)號,兩個數(shù)字,如中國移動的MNC為00。MSIN:MobileSubscriberIdentificationNumber,在某一PLMN內(nèi)MS唯一的識別碼。編碼格式為:H1H2H3SXXXXXXNMSI:NationalMobileSubscriberIdentification,在某一國家內(nèi)MS唯一的識別碼.典型的IMSI舉例:460—00—4777770001IMSI分配原則:最多包含15個數(shù)字(0-9).MCC在世界范圍內(nèi)統(tǒng)一分配,而NMSI的分配則是各國運營者自己的事。如果在一個國家有不止一個GSMPLMN,則每一個PLMN都要分配唯一的MNC.IMSI分配時,要遵循在國外PLMN最多分析MCC+MNC就可尋址的原則。UpdateLocation、PurgeMS、SendAuthenticationInfo必需用IMSI尋址RestoreData一般用IMSI尋址,目前所有到HLR的補充業(yè)務(wù)的操作都是用IMSI尋址。TMSI(TemporaryMobileSubscriberIdentity):TMSI是為了加強系統(tǒng)的保密性而在VLR內(nèi)分配的臨時用戶識別,它在某一VLR區(qū)域內(nèi)與IMSI唯一對應(yīng)。TMSI分配原則:包含四個字節(jié),可以由八個十六進(jìn)制數(shù)組成,其結(jié)構(gòu)可由各運營部門根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r而定.TMSI的32比特不能全部為1,因為在SIM卡中比特全為1的TMSI表示無效的TMSI。要避免在VLR重新啟動后TMSI重復(fù)分配,可以采取TMSI的某一部分表示時間或在VLR重起后某一特定位改變的方法。LMSI(LocalMobileSubscriberIdentity):LMSI是為了加快VLR用戶數(shù)據(jù)的查詢速度而由VLR在位置更新時分配,然后與IMSI一起發(fā)送往HLR保存,HLR不會對它做任何處理,但是會在任何包含IMSI的消息中發(fā)送往VLR.LMSI的長度是四個字節(jié),沒有具體的分配原則要求,其結(jié)構(gòu)由各運營部門自定。MSISDN(MobileSubscriberInternationalISDN/PSTNnumber):MSISDN是指主叫用戶為呼叫GSMPLMN中的一個移動用戶所需撥的號碼,作用同于固定網(wǎng)PSTN號碼采取E。164編碼方式存儲在HLR和VLR中,在MAP接口上傳送結(jié)構(gòu)說明:MSISDN的組成其中:CC:CountryCode,國家碼,如中國為86。NDC:NationalDestinationCode,國內(nèi)接入號,如中國移動的NDC目前有139、138、137、136、135。SN:SubscriberNumberMSISDN的一般格式為86-139(或8-0)-H1H2H3ABCD典型的MSISDN舉例:861394770001SendRoutingInfo與SendIMSI都是用MSISDN尋址的在中國,移動用戶號碼升位為11位,在H1H2H3前面加了一個H0(0~9),其一般格式變?yōu)椋?-139(或8-0)-H0H1H2H3ABCD,典型的號碼舉例:86MSC-Number(MSC號碼)/VLR—Number(VLR號碼)采取E.164編碼方式編碼格式為CC+NDC+LSP其中CC、NDC含義同MSISDN的規(guī)定,LSP(lacallysignificantpart)由運營者自己決定。典型的MSC—Number為86—139—0477PerformHandover與PrepareHandover都是用MSC-Number?qū)ぶ返哪壳霸诰W(wǎng)上MSC與VLR都是合一的,所以MSC—Number與VLR—Number基本上都是一樣的在中國,MSC號碼和VLR號碼均已升位,在M1M2M3前面加了一個0,典型的號碼舉例:8613900477SendIdentification、CancelLocation、InsertSubscriberDat(yī)a、DeleteSubscriberData、Reset、ProvideRoamingNumber等操作都必需用VLR—Number尋址,而SendParameters操作則可以用VLR-Number尋址.Roaming-Number(漫游號碼)與Handover-Number(切換號碼)Roaming—Number簡稱MSRN,Handover-Number簡稱HON在移動被叫或切換過程中臨時分配,用于GMSC尋址VMSC或MSCA尋址MSCB所用,在接續(xù)完成后立即釋放。它對用戶而言是不可見的。采取E.164編碼方式編碼格式為:在MSC-Number的后面增加幾個字節(jié)典型的Roaming-Number或Handover-Number為86-139-0477XXX因MSISDN號碼、MSC號碼、VLR號碼均已升位,MSRN和HON也隨之升位,典型的升位后的MSRN和HON號碼為86-139-00477ABC對于MSRN的分配有兩種:在起始登記或位置更新時,由VLR分配MSRN后傳送給HLR。當(dāng)移動臺離開該地后,在VLR和HLR中都要刪除MSRN,使此號碼能再分配給其它漫游用戶使用。在每次移動臺有來話呼叫時,根據(jù)HLR的請求,臨時由VLR分配一個MSRN,此號碼只能在某一時間范圍(比如90秒)內(nèi)有效.對于HON,它是用于兩移動交換區(qū)(MSC區(qū))間進(jìn)行切換時,為建立MSC之間通話鏈路而臨時使用的號碼。HLR-Number(HLR號碼)采取E.164編碼方式編碼格式為CC+NDC+H1H2H30000;升位后變?yōu)?CC+NDC+H0H1H2H3000其中CC,NDC含義同MSISDN的規(guī)定。典型的HLR—Number為86—139—4770000;升位后為861390477000用IMSI尋址的操作,除了必需用的之外,都可轉(zhuǎn)換為用HLR-Number尋址LAI(Locat(yī)ionAreaIdentification—-位置區(qū))在檢測位置更新時,要使用位置區(qū)識別LAI。編碼格式為LAI的組成其中,MCC與MNC與IMSI中的相同.LAC:LocationA(yù)reaCode,是2個字節(jié)長的十六進(jìn)制BCD碼,0000與FFFE不能使用。CGI(CellGlobalIdentification--全球小區(qū)識別)CGI是所有GSMPLMN中小區(qū)的唯一標(biāo)識,是在位置區(qū)識別LAI的基礎(chǔ)上再加上小區(qū)識別CI構(gòu)成的。編碼格式為LAI+CICI:CellIdentity,是2個字節(jié)長的十六進(jìn)制BCD碼,可由運營部門自定.RSZI(RegionalSubscriptionZoneIdentity)RSZI明確地定義了用戶可以漫游的區(qū)域編碼格式為RSZI的組成其中:CC與NDC同MSISDN中的含義相同。ZC(ZoneCode)在某一PLMN內(nèi)唯一地識別允許漫游的區(qū)域,它是由運營者設(shè)定,在VLR內(nèi)存儲.RSZI并不在HLR與VLR之間傳送,而只有ZC在位置更新時,從HLR傳送到VLR,用于VLR判斷某用戶是否允許在該VLR區(qū)域內(nèi)漫游.BSIC(基站識別色碼)用于移動臺識別相鄰的、采用相同載頻的、不同的基站收發(fā)信臺(BTS),特別用于區(qū)別在不同國家的邊界地區(qū)采用相同載頻的相鄰BTS。BSIC為一個6比特編碼,其組成如REF_Ref38251643\r圖4-6所示.BSIC的組成其中:NCC--——PLMN色碼。用來唯一地識別相鄰國家不同的PLMN。相鄰國家要具體協(xié)調(diào)NCC的配置。BCC—BTS色碼。用來唯一地識別采用相同載頻、相鄰的、不同的BTS。IMEI(國際移動設(shè)備識別碼)IMEI唯一地識別一個移動臺設(shè)備,用于監(jiān)控被竊或無效的移動設(shè)備.IMEI的組成如REF_Ref38251682\r圖4-7所示:IMEI的組成TAC---—型號批準(zhǔn)碼,由歐洲型號批準(zhǔn)中心分配。FAC-—--最后裝配碼,表示生產(chǎn)廠家或最后裝配所在地,由廠家進(jìn)行編碼。SNR—序號碼。這個數(shù)字的獨立序號碼唯一地識別每個TAC和FAC的每個移動設(shè)備。SP-—--——-備用。GSM系統(tǒng)的無線接口與系統(tǒng)消息無線接口話音信號在無線接口路徑的處理過程如REF_Ref38251740\r圖5-1。語音在MS中的處理過程首先,語音通過一個模/數(shù)轉(zhuǎn)換器,實際上是經(jīng)過8KHZ抽樣、量化后變?yōu)槊?25US含有13bit的碼流;每20ms為一段,再經(jīng)語音編碼后降低傳碼率為──13bit/s;經(jīng)信道編碼變?yōu)?2.8Kbit/s;再經(jīng)碼字交織、加密和突發(fā)脈沖格式化后變?yōu)椋?。8kbit/s的碼流,經(jīng)調(diào)制后發(fā)送出去。接收端的處理過程相反.語音編碼此編碼方式稱為規(guī)則脈沖激勵──長期預(yù)測編碼(RPE—LTP),其處理過程是先進(jìn)行8KHZ抽樣,調(diào)整每20ms為一幀,每幀長為4個子幀,每個子幀長5ms,純比特率為13kbit/s。現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)往往采用話音壓縮編碼技術(shù),GSM也不例外。它利用語聲編碼器為人體喉嚨所發(fā)出的音調(diào)和噪聲,以及人的口和舌的聲學(xué)濾波效應(yīng)建立模型,這些模型參數(shù)將通過TCH信道進(jìn)行傳送。語音編碼器是建立在殘余激勵線性預(yù)測編碼器(REIP)的基礎(chǔ)上的,并通過長期預(yù)測器(LTP)增強壓縮效果。LTP通過去除話音的元音部分,使得殘余數(shù)據(jù)的編碼更為有利。語音編碼器以20ms為單位,經(jīng)壓縮編碼后輸出260bits,因此碼速率為13kbps。根據(jù)重要性不同,輸出的比特分成182bits和78bits兩類。較重要的182bits又可以進(jìn)一步細(xì)分出50個最重要的比特。與傳統(tǒng)的PCM線路上語聲的直接編碼傳輸相比,GSM的13kbps的話音速率要低得多.未來的更加先進(jìn)的話音編碼器可以將速率進(jìn)一步降低到6.5kbps(半速率編碼)。信道編碼為了檢測和糾正傳輸期間引入的差錯,在數(shù)據(jù)流中引入冗余通過加入從信源數(shù)據(jù)計算得到的信息來提高其速率,信道編碼的結(jié)果一個碼字流;對話音來說,這些碼字長456比特。由語音編碼器中輸出的碼流為13Kbit/s,被分為20ms的連續(xù)段,每段中含有260比特,其中特細(xì)分為:50個非常重要
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