GSM移动通信系统.ppt

第5章 GSM移动通信系统,知识点 数字移动通信的内容 GSM通信系统的构成及业务功能 GSM的信道配置 难点 GSM各分系统的接口功能 GSM信道配置的关系,要求 掌握：数字移动通信的基本原理、基本内容 理解：GSM采用的有关技术 了解：各逻辑信道和物理信道的配置关系,5.1 从模拟网到数字网 5.2 GSM系统结构与业务功能5.3 GSM信道配置 5.4 GSM系统采用的有关技术,5.1 从模拟网到数字网,5.1.1 数字化的原因 模拟蜂房移动通信系统是指用户的话音信息传输为模拟话音方式，数字蜂房移动通信系统是指用户的话音信息传输为数字方式。数字方式将涉及到语音的数字化以及数字信号的处理，调制，及传输(数字移动信道)等方面的技术。通信的数字化是当代通信技术发展的总趋势。因此，移动通信也不例外，即由第一代的模拟蜂房移动通信向第二代的数字蜂房移动通信过渡。这是因为模拟蜂房移动通信系统存在先天性不足，比如：频谱利用效率不高；提供的服务受限(不能提供高速数据业务)；保密性差等。,数字移动通信系统则有如下显著优点：提高频谱资源的利用率，增大系统通信容量.提供多种通信服务，话音和非话服务用户信息保密数字信号的传输性能优良，提供高质量的通信服务便于网络管理与控制，以及与公众固定通信网(PSTN，PDN，ISDN)兼容可采用数字信号处理技术，VLSI技术，有利于减少功耗、小型化、降低造价,5.1.2 数字化的内容与效果 数字通信技术(1)数字话音编码 在数字移动通信中，话音的数字化，亦即数字话音是其重要标志。而数字话音编码是其重要技术之一。对数字话音编码的要求是：在给定数字话音编码速率下，得到尽可能高的话音质量；在强噪音干扰环境下数字话音编译码能正常工作；数字话音编码的处理时延应尽量的小，在几十毫秒以内；数字话音编码器的硬件结构应便于大规模集成，软件算法应具有抗干扰能力。数字话音编码器的话音质量是保证系统通信质量的重要特性。,(2)数字射频调制/解调 数字射频调制/解调是数字移动通信的关键技术。它具有如下特点：窄的信号功率谱和低的带外辐射，以利于多信道移动通信环境中的通信；在给定载干比条件下具有优良的误码性能。(3)多址接入 多址接人的方式是影响数字移动通信网络结构的极其关键因素。它将对数字移动通信的系统容量作出巨大贡献。,(4)信道编码与数字信号处理 信道编码技术，包括前向纠错、交织编码等，它可使移动通信系统工作在低载干比和高噪声环境。利用数字信号处理技术可以很方便地实现信道自适应均衡、分集和跳频等功能。信道编码与数字信号处理技术将保证移动通信系统在多径和衰落信道条件下正常工作。因此，它们是移动环境下进行通信的必不可少的技术。,（5）数字控制和数字数据信道 数字控制和数字数据信道是移动通信系统的灵活性和新业务引入的关键所在。数字数据信道可为移动用户提供高速的数据传输服务。数字控制信道将为网络管理提供高速率的信令传输服务，并为引人综合业务数字等新的业务服务。便于与地面固定通信网兼容。(6)保密与认证 由于采用数字通信方式，数字加密技术得以应用，保证用户信息的保密。移动用户是否有权进入移动通信网，可以通过对用户身份码进行识别和认证。话音编码和数字控制信道可提供有效的保密和认证。信息保密由数字保密算法来保证，数字信道提供正常的密钥分配。通过数字控制信道和系统的其它资源，可提供对移动用户的正确认证，以保证移动用户正确入网和过网漫游。认证也是蜂房移动通信中的重要技术。,信道技术，包括话音编码，信道编码，数字调制 数字传输技术，包括分集，交织，均衡，扩频 网络技术，包括多址接入，功率控制，越区与漫游，信 令与网管，网络互联,上述移动通信中引人的数字通信技术可归纳为三大类：,2.数字化带来的效果 蜂窝移动通信中采用数字通信技术之后，为提高系统容量改善通信质量，开拓服务业务联系等方面都带来了好处。数字话音编码速率做到低16kbps，可增加系统的有效性，当采用半码率时，具有增加系统容量的潜在能力。采用差错控制技术，可改善通信质量，降低对载干比的要求。窄带数字调制解调技术，可提高频带效率，一般优1bit/s/Hz数字调制和信道编码，使系统对载干比(C/I)的要求下降很多。多址接入技术，特别是时分多址和码分多址技术的应用，将使系统容量大为增加，使网络管理和信道配置更为灵活；并且，有利于越区信道切换和漫游信道切换时操作，使信道切换更加可靠。,1.3 常用移动通信系统 采用数字通信技术，可提高系统在移动环境下的通信可靠性和通信质量。信道自适应均衡、分集和扩频等技术的应用，可使系统具有抗多径衰落和多径扩展的能力。如上所述，数字化带来的效果是非常明显的。数字蜂房移动通信沿袭了模拟蜂房移动通信的蜂房基本概念，继承了蜂房系统的基本结构和网络管理与控制的基本功能。但是，数字蜂房移动通信需要解决数字化带来的一些问题，换句话说，是要付出一定的代价。,主要是：色散信道对数字通信的影响。依据电波传播特性 与 数字话音通信质量的关系采取抗衰落抗多径扩展的技术措施。数字通信系统的定时同步。特别是工作在无线移动通信环境的色散信道中，必须建立系统的定时同步。对话音的数字编码、信道纠错编码、深度交织编码等数字信号的处理过程，均带来明显的延迟(50-l00ms)。由于数字移动通信的总延迟远大于地面数字通信网，当数字移动通信系统接入PSTN/ISDN网时，必须要用回波控制。,5.1.3 移动信道的数字信号传输 模拟通信系统中，信噪比是表征通信质量的重要参数。而信道特性对传输信号幅度的影响将明显反映到话音通信的质量。在移动信道的传播条件下，信道的多径衰落特性将对模拟信号的传输起主要影响。因此，抗幅度衰落性能是模拟移动通信系统所关注的重要技术指标。数字通信系统中，误码率是表征通信质量的重要参数。在移动信道的传播条件下，色散信道特性对数字信号传输的影响不仅表现为幅度衰落，更重要地表现为时域上的多径延迟扩展和频域上的多径频谱扩展。,地面移动通信环境与地形、地物以及移动体的自身运动状态和其周围的动态环境有关。为了取得移动通信环境的电波传播特性，需要进行大量的实际测试，从中获得信道特性的数据，并归纳出具有规律性的传播特性模型。并依据传播特性模型来建立移动通信的色散信道模型。利用信道模型来寻求最佳的系统设计和部件设计。比如，系统的抗多径扩展的能力，编码器、均衡器、调制器等的性能。利用传播特性模型可进行系统的工程设计，如基站站址的选择，基站有效服务区的确定等。,为了能在色散信道中可靠地进行数字信号的传输，需要采用.如下的技术措施：分集技术 差错控制技术 交织技术 利用交织编码将突发性的差错变成随机性差错，可以改善信道衰落对数字信号传输的影响。扩展频谱技术 利用直接序列扩展频谱技术可以抗御多径传播造成的延迟扩展影响，并可利用对多径信号的分离与合并技术化有害的多径干扰为有用的信号成分。利用跳频扩展频谱技术，可起到频率分集的作用。信道均衡技术 对于移动信道的时变色散传播特性，采用信道均衡技术，可减少码间干扰，从而改善数字信号的传输质量。,5.2 GSM系统结构与业务功能 5.2.1 GSM系统结构 1.GSM系统的基本特点 GSM数字蜂窝移动通信系统（简称GSM系统）是完全依据欧洲通信标准化委员会（ETSI）制定的GSM技术规范研制而成的，任何一家厂商提供的GSM数字蜂窝移动通信系统都必须符合GSM技术规范。GSM系统作为一种开放式结构和面向未来设计的系统具有下列主要特点：GSM系统是由几个子系统组成的，并且可与各种公用通信网（PSTN、ISDN、PDN等）互连互通。各子系统之间或各子系统与各种公用通信网之间都明确和详细定义了标准化接口规范，保证任何厂商提供的GSM系统或子系统能互连；,GSM系统能提供穿过国际边界的自动漫游功能，对 于全部GSM移动用户都可进入GSM系统而与国别无关；GSM系统除了可以开放话音业务，还可以开放各种承载业务、补充业务和与ISDN相关的业务；GSM系统具有加密和鉴权功能，能确保用户保密和网络安全；GSM系统具有灵活和方便的组网结构，频率重复利用率高，移动业务交换机的话务承载能力都很强，保证在话音和数据通信两个方面都能满足用户对大容量、高密度业务的要求；GSM系统抗干扰能力强，覆盖区域内的通信质量高；用户终端设备（手持机和车载机）随着大规模集成电路技术的进一步发展能向更小型、轻巧和增强功能趋势发展。,2.GSM系统的结构与功能 GSM系统的典型结构如图5.1所示。由图可见，GSM系统是由若干个子系统或功能实体组成。其中基站子系统（BSS）是GSM系统中与无线蜂窝方面关系最直接的基本组成部分，它通过空中接口直接与移动台相连，在移动台（MS）和网络子系统（NSS）之间提供和管理传输通路，负责无线信号的收发与无线资源管理；同时，它与NSS相连，实现移动用户间或移动用户与固定网络用户间的通信连接；当然也要和操作维护子系统OSS之间互通。网络子系（NSS）是整个网络的核心，它对GSM移动用户之间及移动用户与其它通信网用户之间的通信起着交换、连接与管理的功能；重要负责完成呼叫处理、通信管理、移动管理、部分无线资源管理、安全管理、用户数据和设备管理、计费记录处理、公共信道、信令处理和本地运行维护等；NSS不直接与MS互通，BSS也不直接与公用通信网互通。MS、BSS和NSS组成GSM系统的实体部分。操作支持系统（OSS）则提供运营部门一种手段来控制和维护这些实际运行部分。,OSS：操作支持子系统 BSS：基站子系统 NSS：网路子系统 NMC：网路管理中心 PCS：用户识别卡个人化中心OMC：操作维护中心 MSC：移动业务交换中心 VLR：来访用户位置寄存器HLR：归属用户位置寄存器AUC：鉴权中心 EIR：移动设备识别寄存器 BSC：基站控制器BTS：基站收发信台 PDN：公用数据网 PSTN：公用电话网ISDN：综合业务数字网 MS：移动台图 DPPS：数据后处理系统 SEMC：安全性管理中心,移动台（MS）移动台是公用GSM移动通信网中用户使用的设备。移动台的类型不仅包括手持台，还包括车载台和便携式台。除了通过无线接口接入GSM系统外，移动台必须提供与使用者之间的接口。比如完成通话呼叫所需要的话筒、扬声器、显示屏和按键。或者提供与其它一些终端设备之间的接口。比如与个人计算机或传真机之间的接口，或同时提供这两种接口。因此，根据应用与服务情况，移动台可以是单独的移动终端（MT）、手持机、车载机或者是由移动终端（MT）直接与终端设备（TE）传真机相连接而构成，或者是由移动终端（MT）通过相关终端适配器（TA）与终端设备（TE）相连接而构成，这可参见图5.2，这些都归类为移动台的重要组成部分之一移动设备。,移动台另外一个重要的组成部分是用户识别模块（SIM），它基本上是一张符合ISO标准的“智慧”卡，它 包含所有与用户有关的和某些无线接口的信息，其中也包括鉴权和加密信息。使用GSM标准的移动台都需要插入SIM卡，只有当处理异常的紧急呼叫时，可以在不用SIM卡的情况下操作移动台。GSM系统是通过SIM卡来识别移动电话用户的，这为将来发展个人通信打下了基础。,图5.2 移动台的功能结构,基站子系统（BSS）基站子系统（BSS）是GSM系统中与无线蜂窝方面关系最直接的基本组成部分。它通过无线接口直接与移动台相接，负责无线发送接收和无线资源管理。另一方面，基站子系统与网路子系统（NSS）中的移动业务交换中心（MSC）相连，实现移动用户之间或移动用户与固定网路用户之间的通信连接，传送系统信号和用户信息等。,基站子系统是由基站收发信台（BTS）和基站控制器（BSC）这两部分的功能实体构成。实际上，一个基站控制器根据话务量需要可以控制数十个BTS。BTS可以直接与BSC相连接，也可以通过基站接口设备（BIE）采用远端控制的连接方式与BSC相连接。需要说明的是，基站子系统还应包括码变换器（TC）和相应的子复用设备（SM）。码变换器在更多的实际情况下是置于BSC和MSC之间，在组网的灵活性和减少传输设备配置数量方面具有许多优点。因此，一种具有本地和远端配置BTS的典型BSS组成如图5.3所示。,图5.3 一种典型的BSS组成方式,基站收发信台（BTS）基站收发信台（BTS）属于基站子系统的无线部分，由基站控制器（BSC）控制，服务于某个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与移动台（MS）之间通过空中接口的无线传输及相关的控制功能。BTS主要分为基带单元、载频单元、控制单元三大部分。基带单元主要用于必要的话音和数据速率适配以及信道编码等。载频单元主要用于调制/解调与发射机/接收机之间的耦合等。控制单元则用于BTS的操作与维护。另外，在BSC与BTS不设在同一处需采用Abis 接口时，传输单元是必须增加的，以实现BSC与BTS之间的远端连接方式。如果BSC与BTS并置在同一处，只需采用BS接口时，传输单元不需要。,基站控制器（BSC）基站控制器（BSC）是基站子系统（BSS）的控制部分，起着BSS的变换设备的作用，即各种接口的管理，承担无线资源和无线参数的管理。BSC主要由下列部分构成：朝向与MSC相接的A接口或与码变换器相接的Ater 接口的数字中继控制部分；朝向与BTS相接的Abis 接口或BS接口的BTS控制部分；公共处理部分，包括与操作维护中心相接的接口控制；交换部分。,网路子系统（NSS）网路子系统（NSS）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、安全性管理所需的数据库功能，它对GSM移动用户之间通信和GSM移动用户与其它通信网用户之间通信起着管理作用。NSS由一系列功能实体构成，整个GSM系统内部，即NSS的各功能实体之间和NSS与BSS之间都通过符合CCITT信令系统No.7 协议和GSM规范的7号信令网路互相通信。移动业务交换中心（MSC）移动业务交换中心（MSC）是网路的核心，它提供交换功能及面向系统其它功能实体：基站子系统BSS、归属用户位置寄存器HLR、鉴权中心AUC、移动设备识别寄存器EIR、操作维护中心OMC和面向固定网（公用电话网PSTN、综合业务数字网ISDN、分组交换公用数据网PSPDN、电路交换公用数据网CSPDN）的接口功能，把移动用户与移动用户、移动用户与固定网用户互相连接起来。,移动业务交换中心MSC可从三种数据库，即归属用户位置寄存器（HLR）、访问用户位置寄存器（VLR）和鉴权中心（AUC）获取处理用户位置登记和呼叫请求所需的全部数据。反之，MSC也根据其最新获取的信息请求更新数据库的部分数据。MSC可为移动用户提供一系列业务：电信业务。例如：电话、紧急呼叫、传真和短消息服务等；承载业务。例如：3.1KHz电话，同步数据0.3kbit/s 2.4kbit/s 及分组组合和分解（PAD）等；补充业务。例如：呼叫前转、呼叫限制、呼叫等待、会议电话和计费通知等。当然，作为网路的核心，MSC还支持位置登记、越区切换和自动漫游等移动特征性能和其它网路功能。,对于容量比较大的移动通信网，一个网路子系统NSS可包括若干个MSC、VLR和HLR，为了建立固定网用户与GSM移动用户之间的呼叫，无需知道移动用户所处的位置。此呼叫首先被接入到入口移动业务交换中心，称为GMSC，入口交换机负责获取位置信息，且把呼叫转接到可向该移动用户提供即时服务的MSC，称为被访MSC（VMSC）。因此，GMSC具有与固定网和其它NSS实体互通的接口。目前，GMSC功能就是在MSC中实现的。根据网路的需要，GMSC功能也可以在固定网交换机中综合实现。访问用户位置寄存器（VLR）访问用户位置寄存器（VLR）是服务于其控制区域内移动用户的，存储着进入其控制区域内已登记的移动用户相关信息，为已登记的移动用户提供建立呼叫接续的必要条件。VLR从该移动用户的归属用户位置寄存（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。因此，VLR可看作为一个动态用户数据库。VLR功能总是在每个MSC中综合实现的。,归属用户位置寄存器（HLR）归属用户位置寄存器（HLR）是GSM系统的中央数据库，存储着该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以及整个移动通信网，所有移动用户重要的静态数据都存储在HLR中，这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提供关于移动用户实际漫游所在的MSC区域动态信息数据。这样，任何入局呼叫可以即刻按选择 路径送到被叫的用户。鉴权中心（AUC）鉴权中心（AUC）存储着鉴权信息和加密密钥，用来防止无权用户接入系统和保证通过无线接口的移动用户通信的安全。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。,移动设备识别寄存器（EIR）移动设备识别寄存器（EIR）存储着移动设备的国际移动设备识别码（IMEI），通过检查白色清单、黑色清单或灰色清单这三种表格，在表格中分别列出了准许使用的、出现故障需监视的、失窃不准使用的移动设备的IMEI识别码，使得运营部门对于不管是失窃还是由于技术故障或误操作而危及网路正常运行的MS设备，都能采取及时的防范措施，以确保网路内所使用的移动设备的唯一性和安全性。操作支持子系统（OSS）操作支持子系统（OSS）需完成许多任务，包括移动用户管理、移动设备管理以及网路操作和维护。移动用户管理可包括用户数据管理和呼叫计费。用户数据管理一般由归属用户位置寄存器（HLR）来完成这方面的任务，HLR是NSS功能实体之一。,用户识别卡SIM的管理也可认为是用户数据管理的一部分，但是，作为相对独立的用户识别卡SIM的管理，还必须根据运营部门对SIM的管理要求和模式采用专门的SIM个人化设备来完成。呼叫计费可以由移动用户所访问的各个移动业务交换中心MSC和GMSC分别处理，也可以采用通过HLR或独立的计费设备来集中处理计费数据的方式。移动设备管理是由移动设备识别寄存器（EIR）来完成的，EIR与NSS的功能实体之间是通过SS7信令网路的接口互连，为此，EIR也归入NSS的组成部分之一。,网路操作与维护是完成对GSM系统的BSS和NSS进行操作与维护管理任务的，完成网路操作与维护管理的设施称为操作与维护中心（OMC）。从电信管理网路（TMN）的发展角度考虑，OMC还应具备与高层次的TMN进行通信的接口功能，以保证GSM网路能与其它电信网路一起纳入先进、统一的电信管理网路中进行集中操作与维护管理。直接面向GSM 系统BSS和NSS各个功能实体的操作与维护中心（OMC）归入NSS部分。5.2.2 接口 为了保证网路运营部门能在充满竞争的市场条件下灵活选择不同供应商提供的数字蜂窝移动通信设备，GSM系统在制定技术规范时就对其子系统之间及各功能实体之间的接口和协议作了比较具体的定义，使不同供应商提供的GSM系统基础设备能够符合统一的GSM技术规范而达到互通、组网的目的。为使GSM系统实现国际漫游功能和在业务上迈入面向ISDN的数据通信业务，必须建立规范和统一的信令网路以传递与移动业务有关的数据和各种信令信息，因此，GSM系统引入7号信令系统和信令网路，也就是说GSM系统的公用陆地移动通信网的信令系统是以7号信令网路为基础的。,1.主要接口 GSM系统的主要接口是指A接口、Abis 接口和Um 接口。如图5.4所示。这三种主要接口的定义和标准化能保证不同供应商生产的移动台、基站子系统和网路子系统设备能纳入同一个GSM数字移动通信网运行和使用。A接口 A接口定义为网路子系统（NSS）与基站子系统（BSS）之间的通信接口，从系统的功能实体来说，就是移动业务交换中心（MSC）与基站控制器（BSC）之间的互连接口，其物理链接通过采用标准的2.048Mb/s PCM数字传输链路来实现。此接口传递的信息包括移动台管理、基站管理、接续管理等。,图5.4 GSM系统的主要接口,Abis 接口 Abis 接口定义为基站子系统的两个功能实体基站控制器（BSC）和基站收发信台（BTS）之间的通信接口，用于BTS（不与BSC并置）与BSC之间的远端互连方式，物理链接通过采用标准的2.048Mb/s 或64kbit/s PCM 数字传输链路来实现。图5.4 所示的BS接口作为Abis 接口的一种特例，用于BTS（与BSC并置）与BSC之间的直接互连方式，此时BSC与BTS之间的距离小于10米。此接口支持所有向用户提供的服务，并支持对BTS无线设备的控制和无线频率的分配。Um 接口（空口接口）Um 接口（空中接口）定义为移动台与基站收发信台（BTS）之间的通信接口，用于移动台与GSM系统的固定部分之间的互通，其物理链接通过无线链路实现。,2.网路子系统内部接口 网路子系统由移动业务交换中心（MSC）、访问用户位置寄存器（VLR）、归属用户位置寄存器（HLR）等功能实体组成，因此GSM技术规范定义了不同的接口以保证各功能实体之间的接口标准化。其示意图如图5.5 所示。D接口 D接口定义为归属用户位置寄存器（HLR）与访问用户位置寄存器（VLR）之间的接口。用于交换有关移动台位置和用户管理的信息，为移动用户提供的主要服务是保证移动台在整个服务区内能建立和接收呼叫。D接口的物理链接是通过移动业务交换中心（MSC）与归属用户位置寄存器（HLR）之间的标准2.048Mb/s 的PCM 数字传输链路实现的。,图5.5 网路子系统内部接口示意图,B接口 B接口定义为访问用户位置寄存器（VLR）与移动业务交换中心（MSC）之间的内部接口。用于移动业务交换中心（MSC）向访问用户位置寄存器（VLR）询问有关移动台（MS）当前位置信息或者通知访问用户位置寄存器（VLR）有关移动台（MS）的位置更新信息等。C接口 C接口定义为归属用户位置寄存器（HLR）与移动业务交换中心（MSC）之间的接口。用于传递路由选择和管理信息。,E接口 E接口定义为控制相邻区域的不同移动业务交换中心（MSC）之间的接口。当移动台（MS）在一个呼叫进行过程中，从一个移动业务交换中心（MSC）控制的区域移动到相邻的另一个移动业务交换中心（MSC）控制的区域时，为不中断通信需完成越区信道切换过程，此接口用于切换过程中交换有关切换信息以启动和完成切换。E接口的物理链接方式是通过移动业务交换中心（MSC）之间的标准2.048Mbit/s PCM 数字传输链路实现的。,F接口 F接口定义为移动业务交换中心（MSC）与移动设备识别寄存器（EIR）之间的接口。用于交换相关的国际移动设备识别码管理信息。F接口的物理链接方式是通过移动业务交换中心（MSC）与移动设备识别寄存器（EIR）之间的标准2.048Mbit/s 的PCM 数字传输链路实现的。G 接口 G接口定义为访问用户位置寄存器（VLR）之间的接口。当采用临时移动用户识别码（TMSI）时，此接口用于向分配临时移动用户识别码（TMSI）的访问用户位置寄存器（VLR）询问此移动用户的国际移动用户识别码（IMSI）的信息。,3.GSM系统与其它公用电信网的接口 其它公用电信网主要是指公用电话网（PSTN），综合业务数字网（ISDN），分组交换公用数据网（PSPDN）和电路交换公用数据网（CSPDN）。GSM系统通过MSC与这些公用电信网互连，其接口必须满足CCITT的有关接口和信令标准及各个国家邮电运营部门制定的与这些电信网有关的接口和信令标准。根据我国现有公用电话网（PSTN）的发展现状和综合业务数字网（ISDN）的发展前景，GSM系统与PSTN和ISDN网的互连方式采用7号信令系统接口。其物理链接方式是通过MSC与PSTN或ISDN交换机之间标准2.048Mbit/s 的PCM 数字传输实现的。如果具备ISDN交换机，HLR与ISDN 网之间可建立直接的信令接口，使ISDN 交换机可以通过移动用户的ISDN号码直接向HLR 询问移动台的位置信息，以建立至移动台当前所登记的MSC之间的呼叫路由。,4.GSM系统主要参数 表5.1 频带的划分及使用,（续上表）,5.2.3 业务功能介绍 1.主要电信业务 这里介绍几种主要电信业务，这些业务是GSM系统已经或即将提供的业务，其它业务有待进一步研究。（1)电信业务 电信业务是GSM系统提供的最重要业务，经过GSM网与固定网，为移动用户与移动用户之间或移动用户与固定网电话用户之间提供实时双向会话。,（2）紧急呼叫业务 紧急呼叫业务来源于电话业务，它允许移动用户在紧急情况下通过一种简单的拨号方式即时将紧急呼叫接至离移动用户当时所处基站最近的紧急服务中心。这种简单的拨号方式可以按动某一个紧急服务中心号码（在欧洲统一使用112，我国火警中心为119）。此业务优先于其它业务，在移动台没有插入用户识别卡（SIM）或移动用户处于锁定状态时，也可以接通紧急服务中心。,（3）短消息业务 短消息业务分为三类：包括移动台（MS）起始和移动台（MS）终止的点对点短消息以及小区广播式短消息业务。MS起始的短消息业务能使GSM用户发送短消息给其它点对点移动用户；点对点MS终止的短消息业务，则可使用户接手由其它用户发送的短消息。点对点短消息业务是由短消息中心完成存储和前转功能的，MS至MS的消息传送是将上述两种短消息业务通过短消息中心连接完成的。短消息业务中心是于移动系统相分离的独立实体，不仅可服务于移动用户，也可服务于具备接收短消息业务功能的固定网用户。短消息业务是由控制信道传送的，其信息量限制为160个字符。,小区广播式短消息业务是在陆地移动通信网某一特定区域内有规则的间隔向移动台MS重复广播具有通用意义的短消息，比如道路交通信息、天气预报等。移动台连续不断地监视广播消息，并在移动台上向用户显示广播消息。广播短消息也是在控制信道上传送，移动台只有在空闲状态下才可接收广播消息，其信息量限制为93个字符。（4）可视图文接入 可视图文接入是一种通过网路完成文本、图形信息检索和电子邮件功能的业务。,（5）智能用户电报传送 智能用户电报传送能够提供智能用户电报终端间的文本通信业务。此类终端具有文本信息的编辑、存储处理等能力。（6）传真 交替的语音和3类传真是指与三类传真交替传送的业务。而自动三类传真是指使用户经PLMN网以传真编码信息文件的形式自动交换各种函件的业务。,5.2.4 GSM的区域、号码、地址与识别 1.区域定义 GSM系统属于小区制大容量移动通信网，在它的服务区内，设置很多基站，移动通信网在此服务区内，具有控制、交换功能，以实现位置更新、呼叫接续、过区切换及漫游服务等功能。在由GSM系统组成的移动通信网络结构中，其相应的区域定义如图5.6所示。,（1）GSM服务区。服务区是指移动台可获得服务的区域，即不同通信网（如PSTN或ISDN）用户无需知道移动台的实际位置而可与之通信的区域。一个服务区可由一个或若干个公用陆地移动通信网（PLMN）组成。从地域而言，可以是一个国家或是一个国家的一部分，也可以是若干个国家。（2）公用陆地移动通信网（PLMN）。一个公用陆地移动通信网（PLMN）可由一个或若干个移动交换中心组成。在该区内具有共同的编号制度和共同的路由计划。PLMN与各种固定通信网之间的接口是MSC，由MSC完成呼叫接续。,（3）MSC区。MSC区系指一个移动交换中心所控制的区 域，通常它连接一个或若干个基站控制器，每个基站控制器控制多个基站收发信机。从地理位置来看，MSC包含多个位置区。（4）位置区。位置区一般由若干个小区（或基站区）组成，移动台在位置区内移动无需进行位置更新。通常呼叫移动台时，向一个位置区内的所有基站同时发寻呼信号。（5）基站区。基站区系指基站收、发信机有效的无线覆盖区，简称小区。（6）扇区。当基站收发信天线采用定向天线时,基站区分为若干个扇区。如采用120定向天线时，一个小区分为3个扇区；若采用60定向天线时，一个小区分为6个扇区。,2.号码与识别 GSM网络是比较复杂的，它包含无线、有线信道，并与其它网络如PSTN、ISDN、公用数据网或其它PLMN网互相连接。为了将一次呼叫接续传至某个移动用户，需要调用相应的实体。因此，正确地寻址就非常重要，各种号码就是用于识别不同的移动用户、不同的移动设备以及不同的网络。,各种号码的定义及用途如下：（1）移动用户识别码。在GSM系统中，每个用户均分配一个唯一的国际移动用户识别码（IMSI）。此码在所有位置（包括在漫游区）都是有效的。通常在呼叫建立和位置更新时，需要使用IMSI。MSI的组成如图5.7所示。IMSI的总长不超过15位数字，每位数字仅使用09的数字。,图中：MCC：移动用户所属国家代号，占3位数字，中国 的MCC规定为460。MNC：移动网号码，最多由两位数字组成。用于识别移动用户所归属的移动通信网。MSIN：移动用户识别码，用以识别某一移动通信网（PLMN）中的移动用户。由MNC和MSIN两部分组成为国内移动用户识别码（NMSI）。,（2）临时移动用户识别码。考虑到移动用户识别码的安全性，GSM系统能提供安全保密措施，即空中接口无线传输的识别码采用临时移动用户识别码（TMSI）代替IMSI。两者之间可按一定的算法互相转换。访问位置寄存器（VLR）可给来访的移动用户分配一个TMSI（只限于在该访问服务区使用）。总之，IMSI只在起始入网登记时使用，在后续的呼叫中，使用TMSI，以避免通过无线信道发送其IMSI，从而防止窃听者检测用户的通信内容，或者非法盗用合法用户的IMSI。TMSI总长不超过4个字节，其格式可由各运营部门决定。,（3）国际移动设备识别码。国际移动设备识别码（IMEI）是区别移动台设备的标志，可用于监控被窃或无效的的移动设备。IMEI的格式如图5.8所示。图中：TAC：型号批准码，由欧洲型号标准中心分配。FAC：装配厂家号码。SNR：产品序号，用于区别同一个TAC和FAC中的每 台移动设备。SP：备用。,（4）移动台的号码。移动台的号码类似于PSTN中的电话号码，在呼叫接续时所需拨的号码，其编号规则应与各国的编号规则相一致。移动台的号码有下列两种：,移动台国际ISDN号码（MSISDN）。MSISDN为呼叫GSM系统中的某个移动用户所需拨的号码。一个移动台可分配一个或几个MSISDN号码，其组成的格式如图5.9所示。图中：CC：国家代号，即移动台注册登记的国家代号，中国为86。NDC：国内地区码，每个PLMN有一个NDC。SN：移动用户号码。由NDC和SN两部分组成国内ISDN号码，其长度不超过13位数。,移动台漫游号码（MSRN）。当移动台漫游到一个新的服务区时，由VLR给它分配一个临时性的漫游号码，并通知该移动台的HLR，用于建立通信路由。一旦该移动台离开该服务区，此漫游号码即被收回，并可分配给其它来访的移动台使用。漫游号码的组成格式与移动台国际（或国内）ISDN号码相同。,（5）位置区和基挡的识别码 位置区识别（LAI）码。在检测位置更新和信道切换时，要使用位置区识别标志（LAI），LAI的组成格式如图5.10所示。图中：MCC和MNC均与IMSI的MCC和MNC相同。LAC：位置区码，用于识别GSM移动通信网中的一个位置区，最多不超过两个字节，采用十六进制编码，由各运营部门自定。在LAI后EE加上小区的标志号（CI），还可以组成小区识别码。,基站识别色码（BSIC）。基站识别色码（BSIC）用于移动台识别相同载频的不同基站，特别用于区别在不同国家的边界地区采用相同载频且相邻的基站。BSIC为一个6比特编码，其格式如图5.11所示。图中：NCC：PLMN色码，用来识别相邻的PLMN网。BCC：BTS色码，用来识别相同载频的不同的基站。,5.3 GSM信道配置,5.3.1 物理信道与逻辑信道1.物理信道 由前面的讨论已经知道，GSM系统采用的是频分多址接入(FDMA)和时分多址接入(TDMA)混合技术，具有较高的频率利用率。FDMA是说在GSM 900频段的上行(MS到BTS)890915MHz或下行(BTS到MS)935960MHz频率范围内分配了124个载波频率，简称载频，各个载频之间的间隔为200kHz。上行与下行载频是成对的，即是所谓的双工通信方式。双工收发载频对的间隔为45MHz。TDMA是说在GSM 900的每个载频上按时间分为8个时间段，每一个时间段称为一个时隙(slot)，这样的时隙叫做信道，或物理信道。一个载频上连续的8个时隙组成一个称之为“TDMA Frame”的TDMA帧，也就是说GSM的一个载频上可提供8个物理信道。图5.12为TDMA的原理示意图。,图5.12 TDMA原理示意图,为了更好地理解目前我国正在广泛使用的GSM 900和GSM 1800的频率配置情况，下面给出我国GSM技术体制对频率配置所做的规定。(1)工作频段 GSM网络采用900/1800MHz频段，如表5.2所示。GSM网络总的可用频带为100MHz。中国移动应使用原国家无线电管理委员会分配的频率建设网络，随着业务的不断发展，在频谱资源不能满足用户容量需求时，可通过如下方式扩展频段：,充分利用900MHz的频率资源，尽量挖掘900MHz频段的潜力，根据不同地区的具体情况，可视需要向下扩展900MHz频段，相应地向ETACS频段压缩模拟公用移动电话网的频段。在900MHz频段无法满足用户容量需求时，可启用1800MHz频段。,考虑远期需要，向频率管理单位申请新的1800MHz频段。(2)频道间隔 相邻频道间隔为200kHz。每个频道采用TDMA方式分为8个时隙，即为8个信道。(3)双工收发间隔 在900MHz频段，双工收发间隔为45MHz。在1800MHz频段，双工收发间隔为95MHz。(4)发射标识业务信道发射标识为271kF7W。控制信道发射标识为271KF7W。,GSM的发射标识具体含义如下：,(5)频道配置 采用等间隔频道配置方法。,在900MHz频段，频道序号为1124，共124个频道。频道序号与频道标称中心频率的关系为f1(n)890.200MHz(n-1)0.200MHz 移动台发、基站收fh(n)f1(n)45MHz 基站发、移动台收其中：n1124。在1800MHz频段，频道序号为512885，共374个频道。频道序号与频道标称中心频率的关系为f1(n)1710.200MHz(n-512)0.200MHz 移动台发、基站收fh(n)f1(n)95MHz 基站发、移动台收其中：n512885。,(6)频率复用方式 一般建议在建网初期使用43的复用方式，即N=4，采用定向天线，每基站用3个120或60方向性天线构成3个扇形小区，如图5.13所示。业务量较大的地区，根据设备的能力可采用其他的复用方式，如33、26、13复用方式等。邻省之间的协调时应采用43复用方式。若采用全向天线，建议采用N7的复用方式，为便于频率协调，其7组频率可从43复用方式所分的12组中任选7组，频道不够用的小区可以从剩余频率组中借用频道，但相邻频率组尽量不在相邻小区使用，如图5.14所示。,图5.13 43复用模式,在话务密度高的地区，应根据需要适当采用新技术提高频谱利用率。可采用的技术主要有：同心圆小区覆盖技术、智能双层网技术、微蜂窝技术等等。考虑到微蜂窝的频率复用方式与正常的频率复用方式不同，在频率配置时，可根据需要保留一些频率专门用于微蜂窝。,图5.14 7组复用模式,(7)干扰保护比 无论是采用无方向性天线还是方向性天线，无论采用哪种复用方式，在进行频率配置时，其基本原则是在考虑不同的传播条件、不同的复用方式及多个干扰等因素后还必需满足如表5.3所示的干扰保护比要求。,表5.3 干扰保护比,(8)保护频带 保护频带设置的原则是确保数字蜂窝移动通信系统能满足上面所述的干扰保护比要求。当一个地方GSM 900系统与模拟蜂窝移动电话系统共存时，两系统之间(频道中心频率之间)应有约400kHz的保护带宽。当一个地方GSM 1800系统与其他无线电系统的频率相邻时，应考虑系统间的相互干扰情况，留出足够的保护频带。,2.逻辑信道 如果把TDMA帧