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1、第5章 GSM數字蜂窩移動通信系統(tǒng)5.1 概 述 5.2 GSM系統(tǒng)的組成及相關的接口5.3 GSM系統(tǒng)中的網絡結構與編號計劃5.4 GSM系統(tǒng)的無線信道與信號傳輸5.5 GSM系統(tǒng)的安全性管理5.6 GSM系統(tǒng)的移動性管理 5.7 GPRS技術5.1 概概 述述 1992年，隨著設備的開發(fā)和數字蜂窩移動通信網的建立，GSM改名為“Global System for Mobile Communications”，即“全球移動通信系統(tǒng)”的簡稱。GSM的主要特點可以歸納為：頻譜效率高。容量較大。話音質量好。開放的接口。與ISDN，PSTN等互聯。在SIM卡基礎上實現漫游。5.2 GSM系統(tǒng)的組成及
2、相關的接口系統(tǒng)的組成及相關的接口圖5.1 GSM系統(tǒng)的網絡結構5.2.1 GSM系統(tǒng)的結構5.2.2 GSM系統(tǒng)的接口5.2.3 GSM系統(tǒng)的業(yè)務圖圖5.1 GSM系統(tǒng)的網絡結構系統(tǒng)的網絡結構網絡子系統(tǒng)基站子系統(tǒng)PSTNISDNPDNBTSBTSBSCMSCVLRHLRAUCEIROMCBSCTEMSIWF5.2.1 GSM系統(tǒng)的結構系統(tǒng)的結構1.網絡子系統(tǒng)(NSS)NSS的主要作用是完成交換功能和用戶數據與移動性管理、安全性管理所需的數據庫功能。NSS由如下一系列功能實體所構成。MSC(移動交換中心)：VLR(訪問位置寄存器)：HLR(歸屬位置寄存器)：AUC(鑒權中心)：EIR(設備識別寄
3、存器)：2.基站子系統(tǒng) 圖5.2 典型的BSS組成方式3.移動臺子系統(tǒng) 圖5.4 移動臺原理框圖4.操作維護中心圖圖5.2 典型的典型的BSS組成方式組成方式MSSMSMTCMSCBSCBIEBTSBIEBIEBIEBIEBTSBTSBTSBTSBIEOMCAUmAbisAbisTRAU圖圖5.4 移動臺原理框圖移動臺原理框圖接收解調均衡信道分離發(fā)送調制TDMA幀形成加密信道編碼解密信道解碼D/AA/D天線轉換VCO頻率合成器跳頻單元控制器控制器話音解碼話音編碼終端適配數據終端鍵盤、顯示5.2.2 GSM系統(tǒng)的接口系統(tǒng)的接口 GSM系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)之間以及子系統(tǒng)內部各功能實體之間存在大量的接口
4、，GSM技術規(guī)范對這些接口作了詳細的規(guī)定，使不同生產廠家的設備能夠在同一個網內互聯，如 圖5.5所示。(1)Um接口：(2)Abis接口：(3)A接口：(4)B接口：(5)C接口：(6)D接口：(7)E接口 (8)F接口：(9)G接口：(10)GSM系統(tǒng)與其他公用電信網接口：圖圖5.5 GSM系統(tǒng)的接口系統(tǒng)的接口MSBSCBTSMSCEIRMSCHLRVLRVLRAbisGUmFDBCAE5.2.3 GSM系統(tǒng)的業(yè)務系統(tǒng)的業(yè)務 GSM中的電信業(yè)務可分為兩類：基本業(yè)務和補充業(yè)務。基本業(yè)務又可分為兩個項目：電信業(yè)務和承載業(yè)務，如圖5.6所示。1.承載業(yè)務 表5.1 2.電信業(yè)務 表5.2 3.補充
5、業(yè)務圖圖5.6 電信業(yè)務和承載業(yè)務電信業(yè)務和承載業(yè)務用戶終端用戶終端GSM端網傳輸網電信業(yè)務承載業(yè)務表表5.1 承載業(yè)務承載業(yè)務業(yè) 務內 容異步數據300bit/s9600bit/s同步數據1200bit/s9600bit/sPAD 接入300bit/s9600bit/s，分組打包和拆包，為 GSM 用戶接入分組網提供一個異步連接，該業(yè)務只能由移動臺主叫發(fā)起分組接入2400bit/s9600bit/s，為 GSM 用戶接入分組網提供一個同步連接，該業(yè)務只能由移動臺主叫發(fā)起話音/數據交替在呼叫過程中，提供話音和數據的交替先話音后數據先話音連接，后進入數據連接表表5.2 電信業(yè)務電信業(yè)務業(yè) 務內
6、容話 音 服 務全 速(13K bit/s)，半 速(6.5K bit/s)。提 供 語 音 信 息和 語 音 信 號 到 網 絡 的 傳 輸緊 急 呼 叫在 緊 急 情 況 下，通 過 簡 單 撥 號 即 可 撥 通 緊 急 呼叫 中 心，具 有 優(yōu) 先 權短 消 息 服 務 1用 于 消 息 處 理 系 統(tǒng) 提 供 短 消 息 給 移 動 用 戶短 消 息 服 務 2用 于 移 動 用 戶 給 消 息 處 理 中 心 提 供 短 消 息短 消 息 傳 輸用 于 傳 輸 給 小 區(qū) 范 圍 內 的 所 有 移 動 用 戶，是 一點 對 多 點 的 服 務自 動 傳 真自 動 提 供 第 3
7、類 呼 叫 和 被 呼 模 式 傳 真5.3 GSM系統(tǒng)中的網絡結構與編號計劃系統(tǒng)中的網絡結構與編號計劃5.3.1 無線覆蓋的區(qū)域劃分5.3.2 GSM系統(tǒng)的網絡結構5.3.3 編號計劃5.3.1 無線覆蓋的區(qū)域劃分無線覆蓋的區(qū)域劃分 從無線覆蓋區(qū)的劃分來看，GSM的網絡結構如圖5.7所示。GSM網絡的最小不可分割的區(qū)域是由一個基站(全向天線)或一個基站的一個扇形天線(BTS)所覆蓋的區(qū)域，稱為小區(qū)(Cell)。每個小區(qū)由全球小區(qū)識別碼(GCI)來識別。GSM業(yè)務區(qū)是由全球各個國家的PLMN網絡所構成。圖圖5.7 GSM各種區(qū)域之間的關系各種區(qū)域之間的關系GSM 業(yè)務區(qū)(全球成員國)PLMN
8、業(yè)務區(qū)(每個國家一個或多個)MSC 業(yè)務區(qū)(一個MSC 控制的區(qū)域)位置區(qū)(定位和尋呼區(qū))小 區(qū)(特定 BTS的覆蓋的區(qū))5.3.2 GSM系統(tǒng)的網絡結構系統(tǒng)的網絡結構1.全國GSM移動通信網的網絡結構圖5.8 GSM網絡與PSTN網連接示意圖2.省內GSM移動通信網的網絡結構圖5.9 省內GSM數字移動通信網結構示意圖3.移動業(yè)務本地網的網絡結構圖5.10 GSM移動業(yè)務本地網結構示意圖圖圖5.8 GSM網絡與網絡與PSTN網連接示意圖網連接示意圖一級移動業(yè)務中心二級移動業(yè)務中心移動端局基站C1C2C3C4PSTNPSTNPLMNC5國際局圖圖5.9 省內省內GSM數字移動通信網結構數字移動
9、通信網結構示意圖示意圖TMSCTMSC/VLRTMSC/VLRMSC/VLRMSC/VLRMSC/VLRMSC/VLRHLRHLRHLR圖圖5.10 GSM移動業(yè)務本地網結構示意圖移動業(yè)務本地網結構示意圖CABMSC/VLRTSTSLSLSTSLSHLRMSC/VLRMSC/VLR5.3.3 編號計劃編號計劃1.移動臺ISDN號碼(MSISDN)2.國際移動用戶識別碼(IMSI)3.臨時移動用戶識別碼(TMSI)4.移動用戶漫游號碼(MSRN)5.國際移動設備識別碼(IMEI)6.位置區(qū)和基站識別碼(LAI和BSIC)5.4 GSM系統(tǒng)的無線信道與信號傳輸系統(tǒng)的無線信道與信號傳輸5.4.1 頻
10、率配置5.4.2 GSM系統(tǒng)的無線信道5.4.3 GSM系統(tǒng)中的信號傳輸5.4.1 頻率配置頻率配置(1)使用頻率(2)多址方式(3)干擾保護比(4)頻率復用模式圖5.13 采用無方向性天線時的頻率配置圖圖5.13 采用無方向性天線時的頻率配置采用無方向性天線時的頻率配置13793196375667511955.4.2 GSM系統(tǒng)的無線信道系統(tǒng)的無線信道1.信道的定義與分類2.時隙格式3.TDMA幀結構圖5.17 GSM系統(tǒng)幀結構示意圖4.邏輯信道到物理信道的映射圖5.18 下行鏈路TS0上映射BCH和CCCH5.基站至移動臺的時間調整圖圖5.17 GSM系統(tǒng)幀結構示意圖系統(tǒng)幀結構示意圖021
11、3 45 6 72102145 6 7 0213 4 5 67002134 5 67 02134 5 67 0213 4 5 6 7012242550001122345049250123204520462047TDMA 幀(4.615ms,共 8 個時隙，每時隙 0.577ms,含 156.25 個碼元)0121 業(yè)務復幀26 個 TDMA 幀，含 120ms1 控制復幀51 個 TDMA 幀，含 235.385ms1 超幀1326 個 TDMA 幀，含 6.12s。2651 或 51261 超高幀2048 個超幀2715648 個 TDMA 幀，含 3 小時 28 分 53 秒 760 毫秒
12、243圖圖5.18 下行鏈路下行鏈路TS0上映射上映射BCH和和CCCHBCH+CCCH 下行鏈路F SSBCCCCCCCCFFFFSSSCITDMA 幀0 1 2 3 4 5 67 011 34 5 67 01 25.4.3 GSM系統(tǒng)中的信號傳輸系統(tǒng)中的信號傳輸1.話音信號處理(話音編碼、信道編碼和交織)圖5.23 GSM系統(tǒng)中的話音處理過程2.調制與發(fā)射3.間斷傳輸技術圖圖5.23 GSM系統(tǒng)中的話音處理過程系統(tǒng)中的話音處理過程話音編碼信道編碼Burst形成交織加密調制話音解碼信道解碼Burst分離去交織解密解調均衡13kbit/s22.8Kbit/s話音輸入話音輸出5.5 GSM系統(tǒng)的
13、安全性管理系統(tǒng)的安全性管理5.5.1 GSM系統(tǒng)中用戶三參數組的產生5.5.2 安全管理措施5.5.1 GSM系統(tǒng)中用戶三參數組的產生系統(tǒng)中用戶三參數組的產生 用戶的鑒權和加密是通過系統(tǒng)提供的用戶三參數組來完成的，用戶三參數組是在GSM系統(tǒng)的AUC中產生的，如圖5.24所示。圖圖5.24 AUC中用戶三參數組的提供中用戶三參數組的提供RAND發(fā)生器KiA3A8SRESKCRAND鑒權鍵三參數組HLRMSC/VLR請求傳送鑒權中心(AUC)5.5.2 安全管理措施安全管理措施1.用戶身份的鑒權2.通信信息的加密圖5.25 通信信息的加密過程3.用戶識別碼的保護4.移動設備的識別圖圖5.25 通信
14、信息的加密過程通信信息的加密過程MSC/VLR加密消息“加密模式完成”解密消息“解密模式完成”加密模式完成加密成功A5A5KCKCRAND幀號幀號A8Ki加密命令MBTS側MS側5.6 GSM系統(tǒng)的移動性管理系統(tǒng)的移動性管理5.6.1 位置管理5.6.2 越區(qū)切換5.6.3 呼叫處理5.6.1 位置管理位置管理1.開機進入空閑模式2.位置登記3.位置更新圖5.26 不同MSC/VLR業(yè)務區(qū)之間的位置更新圖圖5.26 不同不同MSC/VLR業(yè)務區(qū)之間的位業(yè)務區(qū)之間的位置更新置更新圖526不同MSCVLR業(yè)務區(qū)之間的位置更新VLRMSCMSCVLRHLRBTSBTSBTS5.6.2 越區(qū)切換越區(qū)切
15、換1.同一個BSC控制區(qū)內不同小區(qū)之間的切換，也包括不同扇區(qū)之間的切換。圖5.27 同一BSC的兩個BTS間的切換2.同一個MSC/VLR業(yè)務區(qū)，不同BSC間的切換。3.不同MSC/VLR的區(qū)間切換。圖圖5.27 同一同一BSC的兩個的兩個BTS間的切換間的切換BSCMSC/VLR原鏈路新鏈路BTSBTSBTS圖5-27 同一BSC的兩個BTS間的切換5.6.3 呼叫處理呼叫處理1.移動臺被呼圖5.30 移動用戶被呼過程示意圖2.移動臺主呼圖圖5.30 移動用戶被呼過程示意圖移動用戶被呼過程示意圖PSTNGMSCVLRVMSCHLRBSBSBS位置區(qū)域圖 530移動用戶被呼過程示意圖11115
16、.7 GPRS技術技術5.7.1 GPRS概況5.7.2 GPRS系統(tǒng)的結構與功能5.7.3 GPRS 系統(tǒng)的安全管理5.7.4 GPRS 系統(tǒng)的移動性管理5.7.5 GPRS的局限性5.7.1 GPRS概況概況 GPRS(General Packet Radio Service)也叫通用分組無線業(yè)務，是GSM Phase2+階段規(guī)定實現的內容之一，是GSM網絡向第三代移動通信演進的第一步。GPRS作為第二代移動通信向第三代過渡的技術是由英國BT Cellnet公司早在1993年提出的，GPRS是一種基于分組交換傳輸數據的高效率方式，面向用戶提供移動分組的IP或者X.25連接。5.7.2 GP
17、RS系統(tǒng)的結構與功能系統(tǒng)的結構與功能1.GPRS網絡總體結構圖5.31 GPRS總體結構與接口表5.3 GPRS體系結構中的接口及參考點2.GPRS的功能圖圖5.31 GPRS總體結構與接口總體結構與接口InternetMSCBSSPCUVLRHLREIRSGSNGGSNGpGbGcGrGfGnGiAX.25ATM其他 GPRS網絡或其他PLMNMTSC-SMGdTERUmSMS-GMSCSMS-IWMSCGs表表5.3 GPRS體系結構中的接口及參考點體系結構中的接口及參考點接口或參考點描 述R非 ISDN 終端與移動終端之間的參考節(jié)點GbSGSN 與 BSS 之間的接口GcGGSN 與 H
18、LR 之間的接口GdSMS-GMSC 與 SGSN 之間的接口，SMS-IWMSC 與 SGSN 之間的接口GiGPRS 與外部分組數據網之間的參考點Gn同一 PLMN 中兩個 GSN 之間的接口Gp不同 PLMN 中兩個 GSN 之間的接口GrSGSN 與 HLR 之間的接口GsSGSN 與 MSC/VLR 之間的接口GfSGSN 與 EIR 之間的接口UmMS 與 GPRS 固定網之間的無線接口5.7.3 GPRS 系統(tǒng)的安全管理系統(tǒng)的安全管理 GPRS網絡的鑒權程序和GSM網絡中的鑒權完全相同，但對數據信息的加密則稍有不同。網絡內的AUC仍然進行原有的操作，產生用戶三參數組(KC，RAN
19、D，SRES)，并存儲在HLR內。1.鑒權2.數據信息的加密5.7.4 GPRS 系統(tǒng)的移動性管理系統(tǒng)的移動性管理1.MS登錄GPRS網絡圖5.32 MS登錄GPRS網絡時的信令傳輸過程2.網絡連接的建立3.注銷GPRS網絡圖圖5.32 MS登錄登錄GPRS網絡時的信令傳網絡時的信令傳輸過程輸過程MSBSSSGSNGGSNHLR登錄請求登錄接受MS鑒權和加密重新得到鑒權信息登錄完成更新位置5.7.5 GPRS的局限性的局限性小區(qū)總容量有限實際傳輸速率和理論值之間存在著較大的差距支持GPRS MT(GPRS Mobile Terminate)的終端得不到保證GPRS使用的調制方式還有待改進存在傳輸時延謝謝觀看/歡迎下載BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH
《現代移動通信》第5章：GSM數字蜂窩移動通信系統(tǒng)
