《移动通信原理》课程_第15章-c

1、 移动网络的概念与特点 GSM/GPRS/WCDMA网络组成 其它移动网络构成主要内容215.1 移动网络的概念与特点路由与交换蜂窝式网络结构移动通信的服务质量(QOS)3路由与交换路由与交换1. 无线网络中的业务路由选择 在无线网络中所传输的业务类型决定了其网络路 由选择的策略，所采用的协议以及呼叫处理技 术。网络常用的路由选择机制有两种：1) 面向连接的选择机制，又称为虚电路路由选择机 制，它在整个传输过程中通信路由是不改变的。2) 虚连接选择机制，又称为数据包选择机制。其路 由选择不用建立一个固定的连接，而采用分组(包) 交换方式，即由若干个数据包组成一个消息，而 每个数据包则独立选择路

2、由，因此一个消息中的 若干个数据包可能是经不同的路由传输，且所用 的时间也不相等。272.电路交换 电路交换就是把两个用户终端通过局站的交换机接通一条专 用的通道，使它们之间能相应通信直至通信结束，而且只有 在通信结束后该信道才能供其它用户终端使用。他提供的是 面向连接的业务。最典型的是电话业务。 在移动通信中，基站和PSTN间的话音信道由移动交换中心 MSC分配给特定的用户，无线信道被移动用户与MSC间双 向通信所独占直至通信结束，因而它是通过电路交换实现面 向连接的话音业务。 电路交换只适合于话音传输或者持续时间长的数据业务，而 对于突发而暂短的数据业务电路交换不大适用。283.分组交换

3、分组交换将一个消息分解为若干个数据分组 (包)，每个分组(包)中由目的(宿)地址、编号和 各种控制比特等组成一个包头，它有点像邮政 信封按地址在各交换点转接与交换。每份消息 的各个分组(包)可以在同一路由上传送，称它 为虚电路方式，也可以经过不同路由传送，称 它为虚连接或数据报，它可以在接收端收到后 按发送编号重新组成这个消息。每个消息包可 进行差错控制；收端可以根据数据分组(包)的 编号检测信息包的丢失。29 一个典型的分组数据格式如下图所示：1) 帧标志是一个特殊的顺序号，代表一帧的开始和结束；2) 地址段包含用于传输消息与接收应答的信源和信宿地 址；控制段含有传输的确认信息、自动请求重发

4、ARQ以 及分组排序的功能；3) 用户信息段包含用户信息且其长度是不确定的；4) 帧序号段包含帧段校验字段或CRC(循环冗余校验)，用 于校验错误。 30 分组交换是无连接(或虚连接)业务中最常用的技术，它 允许许多数据用户与同一物理信道保护虚电路连接， 用户可随时接入网中无需通过呼叫建立专用的独占线 路。 与电路交换相比较，分组交换只有在发送和接收信息 包分组(包)时信道才被占用，虽然每个分组(包)要占用 一定比例的信息头，但是它对突发性强的较短的数据 信息的传输仍具有更高的信道利用率。 数据传输中，采用分组交换的比较多，最主要的有， X.25、帧中继、ATM和IP；在移动通信中有蜂窝数字

5、分组数据CDPD、通用无线分组业务GPRS，以及 CDMA2000 1x数据业务与CDMA2000 1x EV-DO等。3115.1.4蜂窝式网络结构蜂窝式网络结构 上世纪七十年代美国贝尔实验室提出了蜂窝网 概念，使移动通信正式走向商用化 。 移动通信网利用蜂窝小区结构实现了频率的空 间复用，从而大大提高了系统的容量。蜂窝的 概念也真正解决了公用移动通信系统要求容量 大与有限的无线频率资源之间的矛盾。 蜂窝网不仅成功的用于第一代模拟移动通信系 统，第二代、第三代也继续延用了蜂窝网的概 念，并在原有基本蜂窝网基础上进一步改进和 优化，比如多层次的蜂窝网结构等等。39 为了实现无缝隙覆盖，一个个天

6、线辐射源产生的覆盖 圆形必然会产生重叠。在通信中重叠区就是干扰区。 那么在理论上采用什么样的多边形无缝隙结构才能使 实际的天线覆盖圆圈重叠最小呢？ 无缝隙的正多边形来逼近圆形覆盖小区的一些例子与 参数如下： 由此可见，在服务区面积一定的情况下，蜂窝式的正六 边形重叠面积最小，是最佳形式的小区形状 。40小区形状正三角形正方形正六边形(蜂窝)邻区距离r小区面积1.3r22r22.6r2重叠区面积1.2r20.73r20.35r2r2r3l 移动通信网中蜂窝区群结构与组成：在蜂窝移 动通信系统中为了避免干扰，显然相邻近小区 不能采用相同的信道，若想要实现同一信道在 服务区内重复使用，同信道小区之间

7、应有足够 的空间隔离距离。l 区群组成的基本条件：区群之间可以互相邻 接，且无缝隙、无重叠的进行覆盖；相互邻接 的区群应保证各个相邻同信道小区之间的距离 相等注：满足空间隔离距离的区域称为空间复用区。在同一个空间复用区内的小区组成了一个蜂窝区群，且只有在不同的区群间的小区才能实现信道再用。4142可以证明，区群内的小区数应满足下式：22jijiN式中，i，j为正整数。-确定同频(信道)小区的位置N的可能取值：见表14-4， 0123411371321247121928391319273741621283748表15.4区群内小区数N的取值NijN的可能取值相应的区群形状i,j的意义（确定同频(

8、信道)小区的位置区群内小区数不同的情况下：如图5-13所示自某一小区A(如图中1区)出发，先沿边的垂线方向跨j个小区，再向左(或向右)转60统一规则，都为左或右，再跨i个小区，这样就到达同信道小区A。示意图示意图 同信道小区的同信道小区的确定（确定（N=12,j=2,i=2N=12,j=2,i=2）示意图示意图 同信道小区的确定同信道小区的确定（N=7,j=2,i=1N=7,j=2,i=1）示意图示意图 同信道小区的确定（同信道小区的确定（N=19,j=3,i=2N=19,j=3,i=2）示意图示意图 两种激励方式两种激励方式(a)(a)中心激励；中心激励；(b)(b)顶点激励顶点激励区群与基

9、站：区群与基站：实际系统结构：实际系统结构：第一代模拟移动通信网中：经常采用第一代模拟移动通信网中：经常采用7 72121区群区群结构，即每个区群中包含结构，即每个区群中包含7 7个基站，而每个基站覆盖个基站，而每个基站覆盖3 3个小区，每个频率只用一次。在第二代数字式个小区，每个频率只用一次。在第二代数字式GSMGSM系系统中，经常采用统中，经常采用4 41212模式，其结构如图模式，其结构如图15.1515.15所示。所示。图15.15 4基站12小区模式 蜂窝网的概念实质上是一种系统级的概 念，它采用许多小功率的发射机形成的 小覆盖区来代替采用大功率发射机形成 的大覆盖区，并将大覆盖区内

10、较多的用 户分配给不同蜂窝小区的小覆盖区以减 少用户间和基站间的干扰，同时再通过 区群间空间复用的概念满足用户数量不 断增长的需求。4415.1.5移动通信的服务质量移动通信的服务质量(QOS)ITU-T建议E-800对通信服务质量(QOS)作了如下定义：“通信性能的综合效果，决定了用户对其服务的满意程度”。在移动通信中，QOS的需求对网络规划设计以及网络成本均具有很大影响。QOS主要取决于下列四个因素：1) 业务支撑。主要通过辅助性服务(信息、供应和收费等)反映出来；2) 使用便利性；3) 传输的完整性；4) 适用性。它是指网络在需要时建立呼叫和维持通信的能力。 以上四个要素中适用性最为重要

11、。45在移动话音通信网络中，QOS参数主要与话音呼叫过程和通话质量密切相关，它通常与下列四个阶段有关：(1)在开始呼叫阶段与网络能否提供服务有关，或者称为拒呼率，即移动台始终处于“网络寻找”模式，寻找不到登记注册的网络。它与网络覆盖质量和业务容量有关。(2)在网络可用时呼叫失败，或称为呼损率。当移动台开始呼叫并拨号以后，该移动台返回至空闲状态或网络搜索模式，而被叫移动台接收到一个忙音信号。这个参数也与网络覆盖有关。(3)呼叫成功建立后发生中断，语音通信中断并收到忙音或没有声音。这个参数一般与切换和每个小区的容量有关。(4)一次通话完成，但通话质量低劣。46对数字与数据通信系统中一般采用平均误码

12、率 Pe ( BER )来描述QOS性能 ，它又可分为：平均误码率BER，平均误帧率FER或者平均误包(分组)率PER。对数字话音，按前面呼叫通话的四个阶段又可细分为：多信道冲突概率(一般小于20%)，虚、假呼叫(告警)概率，呼叫失败(呼损)概率，错误呼叫(同步丢失)概率，平均误帧率，信号处理时延(一般小于110ms)。其它：与人的主观接受系统的性能有关。话音的最终评判准则一般采用与主观用户评估的MOS得分来度量。对于移动通信，当信干比CI25dB，MoS=4。在移动通信中，QoS的需求对网络规划设计以网络成本均具有很大影响。4715.2 从GSM网络到GSM/GPRS网络 GSM网络结构 G

13、SM/GPRS网络5415.2.1 GSM网络结构网络结构GSM、GPRS的标准基础：均是以欧洲标准为核心研制、开发的国际制式标准。它们在总体制式与网络结构方面是一脉相承的，具有很大的相似性和兼容性，特别是在网络方面更是如此。2G：以语音为主体的电路交换GSM网络。2.5G: 既有电路交换又有分组交换的GSMGPRS网络。5515.2.1 GSM网络结构GSM：是欧洲电信标准委员会（ETSI）为第二代移动通信制定的，可以国际漫游的泛欧数字式蜂窝移动通信系统的标准。GSM900主要性能：GSM900第一、第二两阶段及DCSl800第一、第二两阶段无线接口(空中接口)的主要性能如下表示。55GSM

14、900GSM900( (一阶段一阶段)GSM900GSM900( (二阶段二阶段)DCS1800DCS1800( (一阶段一阶段)DCS1800DCS1800( (二阶段二阶段)上行上行890890915MHz880880915MHz171017101785MH0 171017101785MHz下行下行935935960MHz925925960MHz180518051880MHz 180518051880MHz信道号范围信道号范围1 1至至1241 1至至124和和975至至1023512512至至885512512至至885收、发间隔收、发间隔( (频率频率)45MHz45MHz45MHz4

15、5MHz95MHz95MHz95MHz95MHz收、发间隔收、发间隔( (时间时间)3 3个时隙个时隙3 3个时隙个时隙3 3个时隙个时隙3 3个时隙个时隙调制数据率调制数据率270.833Kbps270.833Kbps270.833Kbps270.833Kbps270.833Kbps270.833Kbps270.833Kbps270.833Kbps帧周期帧周期4.615ms4.615ms4.615ms4.615ms4.615ms4.615ms4.615ms4.615ms时隙周期时隙周期576.9576.9s576.9576.9s576.9576.9s576.9576.9s比特周期比特周期3.

16、6923.692s3.6923.692s3.6923.692s3.6923.692s调制方式调制方式0.3GMSK0.3GMSK0.3GMSK0.3GMSKO.3GMSKO.3GMSK0.3GMSK0.3GMSK信道间隔信道间隔200kHz200kHz200kHz200kHz200kHz200kHz200kHz200kHz时隙数时隙数8 88 88 88 8移动台最大功率移动台最大功率 20W20W20W20W1W1W1W1W移动台最小功率移动台最小功率 13dBm=13dBm=?W?W5dBm5dBm4dBm4dBm0dBm0dBm功控调节次数功控调节次数0 0150 0190 0130 0

17、15语音比特率语音比特率13Kbps13Kbps13Kbps13Kbps13Kbps13Kbps13Kbps13Kbps表15.5 GSM主要性能0.3GMSK=GMSK,归一化带宽BT=0.3DCS1800=GSM系统中的1800MHz系统GSM信道分类：l物理信道：是指实际物理承载的传输信道，l逻辑信道：按信道的功能来划分的。逻辑信道是通过物理信道传送的。1.物理信道与帧结构 GSM是一类数字式移动通信体制，它主要是通过时 分多址TDMA方式来实现的，亦即用户间是以时间 分割的不同时隙方式来传送不同用户信息的。 GSM仅有8个时隙，它不足以满足每个小区内的实 际用户数的需求，因此GSM系统

18、是采用以时分为主 体时分、频分相结合的方式(TDMA/FDMA方式)。57GSM的帧结构：GSM最大特色是时分多址，而时分是利用帧结构来实现的，其结构如右图所示：2. GSM逻辑信道 GSM逻辑信道结构如下所示 ：2. GSM逻辑信道 GSM逻辑信道结构如下所示 ：逻辑信道按照功能划分：主业务信道和为了配合业务正常进行的辅助性控制信道两大类型。(1)业务信道TCHTraffic Channel又可分为语音与数据两类。l语音信道分为全速率语音信道(TCHFS)和半速率语音信道(TCHHS)，分别为13Kbps和6.5Kbps。l 数据信道则可分为以下5种类型：9.6Kbps全速率数据业务(TCH

19、F9.6)；4.8Kbps全速率数据业务(TCHF4.8)；2.4Kbps全速率数据业务(TCHF2.4)；4.8Kbps半速率数据业务(TCHH4.8)；2.4Kbps半速率数据业务(TCHH2.4)。(2)控制信道CCH(Control Channel )：传送信令和同步信号。它可分为3种类型：2. GSM逻辑信道广播信道(下行,BCH)，它包含,l校正信道FCCH(Frequency Correction CH):是一个特定数据突发序列，它允许用户将内部频率标准（本振）和基站的精确频率进行同步。l同步信道SCH(Synchronization CH):调整指定移动用户的定时，使得基站接收

20、到的信号与基站时钟同步。l广播控制信道BCCH(Broadcast CCH):用于广播一些消息（小区和网络识别、小区运行特征当前控制信道结构、信道利用率和阻塞等）公共控制信道CCCH(Common CCH)，它包含，联系呼叫过程telll 下行的寻呼信道PCH：从基站向小区内所有移动用户提供寻呼信号，通知指定的移动台接收发自PSTN的呼叫；也可用来向所有用户提供小区广播的ASCII文本消息。l上行的随机接入信道RACH：用来使移动台发出一个呼叫MS主呼时使用信道first step。2. GSM逻辑信道l上行的随机接入信道RACH：用来使移动台发出一个呼叫MS主呼时使用信道first step

21、。l准予接入信道AGCH：被基站用来向移动台提供前向链路通信，即分配一个独立专用控制信道分配，并向MS发送“立即分配”指令，要求MS切换至专用控制信道DCCH。专用控制信道(上、下行,DCCH= Dedicated CCH)，它包含独立专用控制信道和两类(快、慢)随路控制信道，MS与BS间建立信令链路，有鉴权、业务信道分配、回铃音l独立专用控制信道SDCCH(Stand-alone Dedicated CCH)：用于在分配业务信道前传送有关信令登记、鉴权等信令，确认后，再分配业务信道TCH，l(慢)随路控制信道SACCH(Slow Associated CCH)：载有MS和BTS中间的一般信息

22、（慢速的每个用户传输功率级指令、接收信号长度、TCH的质量等，如不断报告正在服务的基站和邻近基站的信号强度。）。l(快)随路控制信道FACCH(Fast Associated CCH)：载有紧急信息，内容SDCCH相同在没有分配SDCCH时，使用该通道。图中SDCCH置上，ACCH细分为两类3.GSM网络组成GSM移动通信网络: 属于小区制大容量移动通信网（小区半径0.5-20KM），在它的服务区内设置有很多基站，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、越区切换及漫游服务等功能。 GSM总体体系结构图如下所示。GSM网络由三个 面向和四个组成部分构成：面向用户的移

23、动台MS 与基站系统的两个组成部分；面向外部网络(一般 为本地核心网PSTN)的网络子系统NSS部分；面 向运营者的操作支撑系统OSS部分。 GSM的网络结构如下图所示 ：GSM的网络结构由下列四个主要部分组成：MS、BSS、NSS和OSS。l移动台MS(Mobile Station)：两种类型，它们是手机车载台(便携式)结构：包含移动设备ME和用户识别模块SIMSubscriber Identity Module两个部分，而SIM卡中存有每个用户及其服务的所有信息，它是个人身份的特征。l基站子系统BSS(Base Station Subsystem)：有两个部分。是组成蜂窝小区的基本组成部分

24、基站收发信台BTS(Base Transceiver Station)：基站控制器BSC(BS Controller)：一个BSC可以控制数十个BTS。BSC是在第二代移动通信网络中才引入的一个新设备，它的引入使BSC与MSC间数据接口标准化解释引入前后的变化，这样运营商可以使用不同制造商的BSC与MSC设备。62连接方式：BTS可以直接与BSC连接;当距离较远时，也可通过基站接口设备BIE采用远端控制的连接方式。在BSC与移动业务交换中心的MSC之间的BSC一侧，还应包括码变换器TC和相应子复用设备SM。l网络子系统NSS(Network Subsystem)：它主要满足GSM的语音与数据业

25、务的交换功能及相应的辅助控制功能。它主要包含有：移动交换中心MSC与常规交换机的不同之处：MSC为网络的核心。p对位于它所覆盖区域中的移动台进行控制和完成话路交换的功能实体；p是移动通信系统与其它公用通信网之间的接口；p负责移动性管理(包括越区切换、漫游、用户位置登记管理等)和无线资源管理(负载、功率、资源预留、业务QoS保证及分配调度)。62访问位置动态寄存器VLR(Visitor Location Register)：VLR是一个数据库，它存储进入其控制区域内来访移动用户的有关数据（从该移动用户的归属位置寄存器获取并进行暂存），用户离开该VLR控制区域，则临时存储的该用户数据将被删除。p动

26、态用户数据库：如果用户进入和退出该管辖区，它具有写入删除功能，亦即仅负责管辖区内用户临时存储注册数据；p管辖区中MS呼叫所需检索信息的数据库；提供用户号码、所处理的识别号码，并向用户提供本地用户服务等参数。pVLR功能总是在每个MSC中综合实现。p当漫游用户进入某MSC区域中时，必须要向MSC相关的VLR进行登记，并被分配一个移动通信漫游号码(MSRN)，在VLR中建立相关信息这些信息是从相应HLR中传递过来的。一个VLR负责一个或若干个MSC区域。62归属位置静态寄存器HLR(Home Location Register)：是一个数据库，存储该HLR管辖区的所有移动用户的有关数据（号码、访问

27、能力、用户类别等）；HLR还暂存移动用户漫游时的有关动态信息数据。p管理部门用于移动用户管理的静态数据库pGSM系统中央数据库：主要存储两类信息：目前移动用户所处位置的信息，以便于建立至移动台的呼叫路由；用户一切有用的相关信息与参数，如移动用户识别号、用户类别、访问能力和补充业务等。鉴权中心AUC(Authentication Center)：它一般与HLR合设置于一个物理实体中，完成对移动用户的身份认证和产生相应的鉴权参数随机数、符号响应RES和密钥Ki的功能实体62短消息业务中心SMSC(Short Messageng Service Center)：它负责短消息一种电信业务，主要是指长度

28、不超过160字符的简短文本消息处理，它主要是通过控制的信令信道which channel=SDCCH（184bps,240ms），SACCH( 小于每480ms传送168bit)传送，利用手机SIM卡作为用户短消息数据库存储短消息，并可利用手机显示屏直接显示短消息内容。独立专用控制信道和慢随路控制信道,see diagram kkk162(移动)设备识别寄存器EIR(Equipment Identity Register)：是一个数据库，存储有关移动台设备参数移动设备ME的国际移动设备识别码IMEI。通过IMEI鉴别被接入网络的ME的可用和合法性。主要完成对移动设备的识别、监视、闭锁等功能，以

29、防止非法移动台的使用。 黑名单：失窃，禁用的移动设备识别号；白名单：准予使用，合法的移动设备识别号;灰名单：运营商决定是否允许使用，针对有故障或未经型号认证的移动设备识别号。网关(入口)移动业务交换中心GMSC(Gateway MSC)：是移动通信系统与其它公用固定通信网之间的接口。对本MSC覆盖区内的移动台业务完成交换与控制功能；完成本MSC覆盖区内无线资源管理和移动性管理；支持智能网业务；62OMC(Operation Maintenance Center)：为了向运营部门提供方便且高效的操作维护功能而设立的对GSM系统的集中式操作、维护功能实体，并且它支持电信管理网TMN的综合性操作与管

30、理。其主要功能有：网络监视，路由改变；全部网络单元间的平衡及服务质量的保证；支持运营部门网络改造和发展；支持有效的维护等。l操作支持子系统OSS(Operation Support System)：它主要面向运营商，而相对独立于GSM的核心BSS与NSS，设立的一个管理服务中心。它主要包含：网络管理中心NMC安全管理中心SEMC用户识别卡管理中心PCS用于集中计费管理的数据后处理系统DPPS。*5.9*stop*62GSM的区域定义分层结构: (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

31、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)：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：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：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。

32、 (5)基站区：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。若采用120定向天线，一个小区分为3个扇区；若采用60定向天线，则一个小区分为6个扇区。区域的相互关系：nGSM服务区=若干个公用陆地移动通信网(PLMN)；nPLMN=若干个移动交换中心（MSC）；nMSC =多个位置区LA（Loction Area,又称为登记区Register Area）；(与区群的关系？)nLA=若干个小区(或基站区)；n基站区（小区）=若干个扇区（采用定向天线）。示意图示意图 GSM的区域定义的区域定义GSM的号码、地址与识别:GSM网络结构点

33、评：比较复杂，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。号码的意义：正确寻址非常重要，各种号码被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。分为：用户号（固定、临时可变、区别设备以监视、呼叫拨号、漫游号）位置区号基站号SIM卡号。各种号码的定义及用途如下： (1)移动用户识别码IMSIInternational Mobile Subscribler Identity：国际上可以惟一地标识一个移动用户。 MSI的总长不超过15位数字，每位数字使用09的数字。在GSM系统中，每个用户

34、均分配一个惟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进入某个访问区需要进行位置登记时，它向该区的MSC发出“位置登记请求LR”含IMSI时，需要使用IMSI。存储于SIM卡、HLR、VLR中。Kkk2 IMSI的组成如下图所示。IMSI组成说明(作用)：nMCC(Mobile Country Code)：由国际电联管理的，用来标识国家或特定地区的代码，占3位数字，中国的MCC规定为460。nMNC：移动网号码，最多由两位数字组成，用于识别不同运营者的网络。例如中国移动的GSM网为00，中国联通的GSM网为01；nMSIN；移动用户识别

35、码，用以识别某一移动通信网(PLMN)中的移动用户。 由MNC和MSIN两部分组成国内移动用户识别码(NMSI)。例如:460 00 3234577860CHECK CAPACITY(2)临时移动用户识别码TMSI：即空中接口无线传输的移动用户识别码。TMSI总长不超过4个字节，其格式可由各运营部门决定。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(TMSI)代替IMSI。 移动用户识别码IMSI与临时移动用户识别码TMSI的联系：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

36、访问服务区使用)；IMSI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。(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，用于监控被窃或无效的移动设备。MSC/VLR要求MS发送其IMEI，与EIR中的名单核对，以决定是否终止呼叫建立 IMEI的组成如下图所示。nTAC：型号批准码，由欧洲型号标准中心分配。nFAC：装配厂家号码。nSNR：产品序号，用于区别同一个TAC和FAC中的每台移动设备。nSP：备用。(4)移动台的号码：在呼叫接续时所需拨的号码，其编号规

37、则应与各国的编号规则相一致。移动台的号码类似于PSTN中的电话号码， 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。移动台漫游号码MSRN(Mobile Station Roaming Number)：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。 移动台国际ISDN号码组成格式如下图所示。移动台国际ISDN号码组成格式：CC：由国际电联管理的用来标识国家或特定地区的代码，即移

38、动台注册登记的国家代号，中国为86。NDC：又称网号。国内目的地码，标记一个网络的号码，即网络接入号，每个PLMN有一个NDC。例如：中国移动GSM网为139，中国联通GSM网络为130。可扩充，如138，131；SN：移动用户号码。uH0H1H2H3: 为移动本地网的HLR标识码。uABCD: 客户号码。由NDC和SN两部分组成国内ISDN号码，其长度不超过13位数。国际ISDN号码长度不超过15位数字。目前长度为13位。例如： 86 139 0123 4567Do this in class移动台漫游号码MSRN(Mobile Station Roaming Number)：当移动台漫游到

39、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。我国GSM移动通信网技术体制规定：139后第一个为0的MSISDN号码为移动客户漫游号码。例如：1390M1M2M3ABCD，M1M2M3为MSC的号码。(5)位置区和基站的识别码。short位置区识别码(LAI)：在检测位置更新和信道切换时，要使用位置区识别码(LAI)。 位置区识别码(LAI)组成结构：MCC国家代号和MNC网号均与IMSI的MCC和MNC

40、相同；位置区码(LAC)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后面加上小区的标志号(CI=2字节BCD编码)，还可以组成小区识别码（CGI）。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。 基站识别色码(BSIC)组成格式： 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。(6)SIM卡组成格式：长度：20位数字前6位（898600）：中国的代号； 第7位：业务接入号，对应于135、

41、136、137、138、139中的5、6、7、8、9； 第8位：SIM卡的功能位； 第9、10位：各省的编码； 第11、12位：年号； 第13位：供应商代码； 第14-19位：用户识别码； 第20位：校验位。 例如：中国的代号 业务接入号 功能位 省编码 年号898600 5 5 22 03 0 648900 7SIM卡内保存的数据可以归纳为以下四种类型： 生产厂：由SIM卡生产厂商存入的系统原始数据。 运营商：由GSM网络运营部门或者其他经营部门在将卡发放给用户时，注入的网络参数和用户数据。包括：用户鉴权键Ki：个人用户密码或密钥又称用户鉴权密钥。（A8算法输入参数之一密钥号，A3算法输入参

42、数之一）； 国际移动用户识别码（IMSI）；A2：加解密算法。对传至网络侧的IMSI和Ki（第一次接入）进行传输的加解密，以防空中接口失密。为DES算法 A3：鉴权算法。IMSI认证算法Ki与RAND通过A3得出用户侧的识别符号响应SRES，未公开； A5：加密算法。Kc和语音通过A5实现对用户侧的语音/数据加解密； A8：用户密钥Kc生成算法。Ki与RAND通过A8得出用户侧的密钥Kc；(这三种算法均为128位) 用户：用户自己存入的数据。如短消息、固定拨号、缩位拨号、性能参数、话费记数等。 用户在用卡过程中自动存入和更新的网络接续和用户信息类数据。包括最近一次位置登记时的手机所在位置区识别

43、号（LAI），设置的周期性位置更新间隔时间，临时移动用户号（TMSI）等。 。GSM系统主要接口关系如图15.20所示64注：GCR；群呼寄存器。GSM系统特色：设计成一个开放的系统GSM取得成功的最主要因素之一，统一规定了国际上建议的接口标准和协议要求，并对所有国家、地区、厂家开放，以此可实现网络系统中不同功能实体的不同厂家设备的互连互通。GSM系统中主要接口有3个lMS与BSS间的空中接口Um：又称为空中或无线接口，其定义最为复杂，功能也最全。其中除了MS与BTS两个协议栈间L1，L2，L3 (仅RR子层)连接以外，还包括MS与MSC两个协议栈之间的连接，它主要包含L3层的MM与CM两个子

44、层间的连接。lBTS与BSC间的Abis接口：BTS与BSC间的消息传输接口。p对于语音业务，Abis接口支持的速率为64Kbps；p对于数据信令业务，Abis接口支持的速率为16Kbps。lBSS与MSC间的A接口：是二个开放式接口，其物理层采用2Mbps的CCITT连接，采用的通信协议为SS7协议。l其它的接口：主要是NSS内部各功能实体之间的接口。其中，B，C，D，E，F，G已标准化，但需要移动应用部分MAP来交换必要的数据，提供移动业务，而H与I接口目前尚未标准化，其中I接口是MSC与群呼叫寄存器GCR(它为一个管理数据库)间的接口，而GCR供语音群或广播呼叫用。 15.2.2 GSM

45、/GPRS网络网络GPRS(General Packet Radio Service):通用分组无线业务，p标准:欧洲电信标准化协会ETSI从1993开始制订并于1998年完成的。p基础:GPRS 是 从 GSM 系 统 基 础 上 发 展 起 来 的分组无线数据业务。p频率资源：GPRS与GSM共用频段、共用基站并共享GSM系统与网络中的一些设备和设施.p业务: GPRS 大 为 拓 广了GSM业务的服务范围，在GSM原有电路交换的话音与数据业务的基础上提供了一个平行的分组交换的数据与话音业务的网络平台GPRS的主要功能:p在移动蜂窝网中支持分组交换业务，p按时隙，而不是占用整个通路，将无线

46、资源分配给所需的移动用户，p收费亦按占用时隙计算，故能为用户提供更为经济的低价格服务；p利用分组传送实现快速接入、快速建立通信线路大大缩短用户呼叫建立时间，实现了几乎“永远在线”服务，并利用分组交换提高网络效率。p GPRS不仅可应用于GSM系统，还可以用于其它基于X.25与IP的各类分组网络中，为无线因特网业务提供一个简单的网络平台，为第三代3GPP WCDMA提供了过渡性网络演进平台。1. GPRS的物理信道结构GPRS信道：与GSM一样，物理信道逻辑信道。GPRS允许移动用户占用多个时隙，但在GSM中，移动用户一般仅能占用一个时隙，亦即GPRS的MS可根据需要申请一个TDMA帧8个时隙中

47、任意几个时隙。check rate68短消息定义：类似于因特网中对等实体间的立即消息业务。SMS用户可交换160个字符(映射域140Byte)的包括字母和数字的消息，并且消息的提交在几秒内即可完成。通信特点：只要有GSM，就可提供SMS服务。SMS业务在目标MS处于激活状态时，几乎立即传送业务；而在MS关机时，则存储并转发业务。SMS业务：主要有两类业务，小区广播服务：如天气预报、股票价格等，它属于无确认单向服务；点对点PTP服务；它利用MS手机数字键盘、PDA或连接笔记本电脑，或呼叫呼中心将消息发送给另一个MS。近来SMS还可通过拨号服务中心和因特网发送，发送方可请求接收方确认，而接收方亦可

48、发送确认消息。73SMS传输通道：占用GSM的逻辑信道，不管是否有呼叫消息都会被传送并可能得到确认。在空中接口，SMS占用控制信道的时隙来传送，它可分几种情况。若MS处于空闲状态，则在独立专用控制信道SDCCH上传送短消息，其速率为184bps，时间大约为240ms。若MS处于激活状态，这时SDCCH用于呼叫建立和维持，则采用慢速随路控制信道SACCH来传送短消息，每480ms大概传送168bit或更低速率。若SMS在传送过程中，MS状态产生了变化，则报告传送失败，短消息需重传。在小区广播情况下，如发送天气预报或广播其它短消息给多个BSC的MS，它采用小区广播信道CBCH来传CHECK 传输逻

49、辑信道73SMS的网络结构如图15.28所示。SMS的网络协议栈如图15.29所示。SMS传输：采用GSMGPRS网络结构协议和物理层来传送和管理消息，它具有存储转发特征。SMSC存储和传送每条消息，并对消息恰当地分类和路由，消息采用SS7在网中传送。两种方式，u来自移动台MS：来自移动台的短消息SMS，首先进入MSC处理，MSC中有一个专门功能的SMS-互通(SMS-IWMSC)将SM转发至SMSC。u发往移动台MS：移动台接收到的SM是由SMSC转发给MSC中的SMS-网关(SMS-GMSC)，再由MSC送至MS。73图图15.28 SMS的网络结构的网络结构传送： 在GSM中，SM在HL

50、R中排队或直接发送给接收方的本地MSC中的SMS-GMSC，然后SM再转发给恰当的MSC，再由这个MSC将消息传送至MS。而传送是通过查询VLR中MS位置的详细信息和BSC控制的BTS提供的对MS的覆盖等完成。73图图15.29 SMS的网络协议栈的网络协议栈协议过程： SMS协议包含4层：应用层AL、传输层TL、中继层RL和链路层LL。SM-AL显示包含字母、数字和单字的消息；SM-TL为SM-AL提供服务，与SM交换消息并接受接收方SM的确认消息，它在每个方向上都可获得传递报告或发送SM的状态；SM-RL通过SM-LL中继短消息协议数据单元SMSPDU。而SMS有6种不同的PDU，用它们来

51、传送从SMSC到MS的短消息和相反方向的短消息、传送失败的原因、传送状态报告和命令。空中的信道：在空中接口，SMS占用控制信道的时隙来传送。若MS处于空闲状态，则在独立专用控制信道SDCCH上传送短消息，其速率为184bps，时间大约为240ms。若MS处于激活状态，这时SDCCH用于呼叫建立和维持，则采用慢速随路控制信道SACCH来传送短消息，每480ms大概传送168bit或更低速率。若SMS在传送过程中，MS状态产生了变化，则报告传送失败，短消息需重传。在小区广播情况下，如发送天气预报或广播其它短消息给多个BSC的MS，它采用小区广播信道CBCH来传送。 PDU串的结构和编排方式示例。例

52、1 :从手机发出的PDU串可以是 08 91 68 31 08 20 05 05 F0 11 00 0D 91 68 31 58 81 27 64 F8 00 00 00 06 C8 32 9B FD 0E 01 具体分析：规范和数据对比分段 含义 说明08 SMSC地址信息的长度 共8个八位字节(包括91)91 SMSC地址格式(TON/NPI) 用国际格式号码(在前面加+)68 31 08 20 05 05 F0 SMSC地址 8613800250500，补F凑成偶数个11 基本参数(TP-MTI/VFP) 发送，TP-VP用相对格式00 消息基准值(TP-MR) 00D 目标地址数字个数

53、 共13个十进制数(不包括91和F)91 目标地址格式(TON/NPI) 用国际格式号码(在前面加+)68 31 58 81 27 64 F8 目标地址(TP-DA) 8613851872468，补F凑成偶数个00 协议标识(TP-PID) 是普通GSM类型，点到点方式00 用户信息编码方式(TP-DCS) 7-bit编码00 有效期(TP-VP) 5分钟06 用户信息长度(TP-UDL) 实际长度6个字节C8 32 9B FD 0E 01 用户信息(TP-UD) “Hello!”发送：SMSC号码是+8613800250500，对方号码消息内容是“Hello!”。7

54、-bit编码编码: 7-bit编码用于发送普通的ASCII字符，它将一串7-bit的字符(最高位为0)编码成8-bit的数据，每8个字符可“压缩”成7个。示例：示例：(顺序为发送顺序，H先发+低位先发,!olleH)中兴中兴GSM设备简介设备简介- ZXG10-BTS（V2.0） ZXG10-BTS（V2.0）是ZXG10-BSS基站子系统中的一部分，主要完成有关无线接续的功能，一端通过Um接口与MS连接，另一端通过Abis接口与BSC连接。 ZXG10-BTS（V2.0）工作原理框图如下图(控制操作维护单元、基带处理单元、射频单元、天馈处理单元和电源分配单元)控制操作维护单元基带处理单元射频

55、单元BSCAbis接口数据链路系统时钟基带已调信号射频解调信号控制信号系统时钟射频信号电源分配单元-48V或+24VDC天馈处理单元Um接口83下行方向：ZXG10-BTS（V2.0）接收来自BSC的数据，包括语音和信令数据。其中信令数据送至控制操作维护单元进行处理；语音数据送至基带处理单元进行速率变换、加密、交织等处理之后，送至射频单元调制成高频信号，再通过天馈处理单元发送出去。上行方向：天馈处理单元接收来自MS的射频信号，送至射频单元变换成数字信号；送至基带处理单元进行速率变换、解密、解交织等处理后，变换成适合长距离传输的码型通过Abis接口传送给BSC。硬件结构：由控制操作维护模块（CM

56、M）、收发信模块（TRM）、天馈设备模块（AEM）、风机模块（FCM）和电源分配模块（PDM）等组成。 硬件结构框架如下图所示。CMMPDMFCMTRM1TRM2.TRM12AEMUm 接口内部通讯总线ZXG10-BTS （V2）BSCAbis 接口MMI83ZXG10-BTS（V2.0）硬件实物图风机层CMMCMMPDMCDUCDUTRMTRMTRMTRMCDUCDUTRMTRMTRMTRM风机层CDUCDUTRMTRMTRMTRM风机层ZXG10-BTS（V2.0）硬件示意图83各模块的主要功能：1.CMM（Controller & Maintenance Module） CMM完

57、成Abis接口处理、基站操作维护、时钟同步及发生、内外告警采集和处理等功能。2.TRM（Transceiver Module） TRM完成GSM系统中无线信道的控制和处理、无线信道数据的发送与接收、基带信号在无线载波上的调制和解调、无线载波的发送与接收等功能。 TRM模块从功能上划分为3个单元： （1）收发信处理单元TPU（Transceiver Process Unit） TPU完成一个TDMA帧上所有全双工信道基带数据处理的所有功能，完成LapDm与LapD协议的转换。此外还提供了GPRS数据业务功能，支持CS1，CS2，CS3，CS4四种编码方式。 （2）无线载频单元RCU（Radio

58、Carrier Unit） RCU完成基带信号到载波信号的调制和上变频，同时完成接收载波信号的下变频功能，并且根据GSM规范的要求在下行方向上实现静态功率控制和动态功率控制。 83 （3）功放单元PAU（Power Amplifier Unit） PAU主要完成无线载波的功率放大，以满足基站设备所需发射的功率。3AEM（Antenna Equipment Module） AEM完成空中信号的合路和分路等功能，有五种类型的合路分路单元组成： （1）合路分路单元CDU（Combiner Distribution Unit） 支持一个2合1的合路器和一个1分4功分器，并带有2个扩展接收输出的低噪声放

59、大器和一个内置的双工器。 （2）接收分路单元RDU（Receiver Distribution Unit） 支持一个1分4功分器，并带有2个扩展接收输出的低噪声放大器和一个接收滤波器。 （3）合路扩展单元CEU（Combiner Extension Unit） 支持两个1分2的功分器和两个2合1的合路器。 AEM模块通过CDU，DCDU，ECDU，RDU和CEU五种合路分路单元的组合，提供ZXG10-BTS（V2.0）的不同站型的配置。834FCM（Fan Control Module） 在ZXG10-BTS（V2.0）的热设计中，由于载频框是主要的热源，为了保证系统正常工作，在每个载频框的上

60、面设计了一个风机层，装有两个风机。FCM模块对载频框内的温度进行采集监控，同时利用风机把热量散出机柜。5PDM（Power Distribute Module） PDM将直流电源（-48V）分配给各模块，并提供过载断路保护和基础电源输入的滤波等功能。83单机架40W满配置机架图83单机架80W满配置机架图15.3 第三代(3G)移动通信与3GPP网络IMT2000简介WCDMA简介WCDMA的网络结构从第二代(2G)网络向第三代(3G)网络的平滑过渡与演进83l IMT-2000原含义为International Mobile Telecommunications，工作于2000MHz频段，大约于20