GSM基础知识和移动通信原理

1、2021-11-20GSM基础知识和移动通信原理V2008Page 2课程内容lGSM移动通信概述lGSM系统结构与接口lGSM系统Um接口lGSM移动区域与编号计划lGSM移动通信网组网lGSM通信流程Page 3学习目标l了解移动通信的多址技术，蜂窝技术了解移动通信的多址技术，蜂窝技术l了解了解GSM系统结构、接口、业务系统结构、接口、业务l掌握掌握Um接口的物理信道结构、接口的物理信道结构、Um接口的逻辑信道功能与接口的逻辑信道功能与组合、理解组合、理解GSM话音的处理过程话音的处理过程l掌握掌握GSM移动区域的划分移动区域的划分l掌握掌握GSM编号计划编号计划l了解了解GSM组网方式组

2、网方式l了解了解GSM通信流程通信流程学习完本课程，您应该能够：学习完本课程，您应该能够：Page 4一、一、GSM移动通信概述移动通信概述1 GSM概述与概述与发发展展简简史史2 多址技术多址技术3 功率控制功率控制4 蜂窝技术蜂窝技术Page 5GSM概述与发展简史概述与发展简史1993年我国首先在浙江嘉兴建立了年我国首先在浙江嘉兴建立了GSM实验网实验网目前有中国移动与中国联通两家运营商目前有中国移动与中国联通两家运营商中国电信也在积极酝酿进入移动领域中国电信也在积极酝酿进入移动领域截止截止99年底中国移动用户数已年底中国移动用户数已达达5000万，中国万，中国联通联通超过超过400万，

3、年万，年增长率增长率99%以上以上神州行与如意通移动用户快速增长神州行与如意通移动用户快速增长截止截止99年年8月中国移动已覆盖全国月中国移动已覆盖全国31个省区的个省区的308个地市和个地市和1856个个县市，全国县市，全国交通干线实现无交通干线实现无缝覆盖缝覆盖.地市地市覆盖率为覆盖率为91%，县，县市覆盖率为市覆盖率为86%专家预测，到专家预测，到2000年底，全国年底，全国移动用户移动用户超过超过7500万，到万，到2005年年达达2亿亿.在我国在我国.Page 6GSM概述与发展简史概述与发展简史在我国在我国. 2007年年7月月24日信息产业部宣布，到今年日信息产业部宣布，到今年6

4、月底，全国移动电话用户月底，全国移动电话用户达到达到5.01648亿户，首次突破亿户，首次突破5亿大关。亿大关。 根据信息产业部相关数据显示，截止根据信息产业部相关数据显示，截止6月底，全国固定电话用户较上年月底，全国固定电话用户较上年底增加底增加486.2万户，月均增长万户，月均增长81万户，达到万户，达到3.72673亿户；全国移动电话亿户；全国移动电话用户较上年底增加用户较上年底增加4056.6万户，月均增长万户，月均增长676.1万户，达到万户，达到5.01648亿亿户。户。电信业务收入完成电信业务收入完成3516.2亿元，较上年同期增长亿元，较上年同期增长9.9%。电信固定资产投资。

5、电信固定资产投资完成完成1034.0亿元，较上年同期增长亿元，较上年同期增长21.8%。 在电话普及率方面，移动电话普及率达在电话普及率方面，移动电话普及率达38.3部部/百人，固定电话普及百人，固定电话普及率达率达28.4部部/百人。另外，移动短信业务量已达百人。另外，移动短信业务量已达2790.2亿条，比上年同期亿条，比上年同期增长增长37.5%。Page 7GSM概述与发展简史概述与发展简史在全球在全球. 2007年年8月月20日消息，据全球移动供应商联盟（日消息，据全球移动供应商联盟（GSA）的最新统计，）的最新统计，2007年上半年全球年上半年全球GSM/HSPA/EDGE/WCDM

6、A用户总数到达了用户总数到达了25.4亿之多亿之多，占全球移动用户的，占全球移动用户的85.4%，比去年同期增长了，比去年同期增长了3.2个百分点；其中，个百分点；其中，WCDMA/HSPA用户数达到用户数达到1.37亿。数据显示，在亿。数据显示，在1年内年内GSM用户数增加了用户数增加了5.64亿，而亿，而CDMA受限于全球漫游，用户数同期仅增加受限于全球漫游，用户数同期仅增加5100万，总数达万，总数达3.6亿亿；加上其它技术的；加上其它技术的7500万用户，全球移动通信用户已快突破万用户，全球移动通信用户已快突破30亿大关。亿大关。 从地域分布上来看，亚太地区拥有从地域分布上来看，亚太地

7、区拥有10亿用户，其中亿用户，其中6220万为万为3G用户，最用户，最庞大的中国与印度市场平均每月共新增庞大的中国与印度市场平均每月共新增1120万万GSM用户；西欧地区则突破用户；西欧地区则突破5亿亿的用户总数，的用户总数，1年内新增年内新增4600万，万，3G用户累计达用户累计达6400万；俄罗斯万；俄罗斯1年内新增年内新增2000万万GSM用户；非洲和中南美洲则分别新增用户；非洲和中南美洲则分别新增7200万和万和8100万万GSM用户，用户，增幅分别达到了增幅分别达到了45%和和48%。 在去年年底全球在去年年底全球WCDMA用户则突破了用户则突破了1亿大关。目前已有亿大关。目前已有1

8、74个个WCDMA网络在网络在78个国家部署完成，约占全球个国家部署完成，约占全球3G商用网络的商用网络的69%，其中，其中73.5%都已经升级为都已经升级为HSDPA，现有，现有63个国家推出个国家推出128个个HSDPA商用网络。脚步最快商用网络。脚步最快的欧洲市场中，奥地利与德国已经推出了的欧洲市场中，奥地利与德国已经推出了HSUPA服务。服务。 而而CDMA系的系的3G技术技术CDMA2000 1xEV-DO方面。截至方面。截至2007年年7月底月底，CDMA发展组织（发展组织（CDG）宣布全球已经部署）宣布全球已经部署77个个CDMA2000 1xEV-DO网网络。络。Page 8G

9、SM概述与发展简史概述与发展简史GPRS（General Packet Radio Service）：是：是GSM网网络过渡络过渡3G（第三代移动通讯）的第一步，能够将数据（第三代移动通讯）的第一步，能够将数据传送由今天传送由今天9.6Kbps的速率逐步提升到每秒的速率逐步提升到每秒115Kbps的的速度速度.它还不是真正的第三代移动通信系统它还不是真正的第三代移动通信系统.第三代移动第三代移动通信通信技术技术:GSM系列系列Page 9GSM概述与发展简史概述与发展简史GPRS的特点的特点uGPRS向用户提供向用户提供从从9.6kbps到多于到多于150kbps的接的接入速率入速率.uGPR

10、S支持多用户共享一个信道的机制支持多用户共享一个信道的机制(每个时隙允许最多每个时隙允许最多8个个用户共享用户共享)u提高了无线信道的利用率提高了无线信道的利用率u在技术上提供了按数据量计费的可能在技术上提供了按数据量计费的可能uGPRS支持一个用户占用支持一个用户占用多个信道：提供多个信道：提供较高的接入速率较高的接入速率uGPRS是移动网和是移动网和IP网网的结合：可的结合：可提供固定提供固定IP网支持的所有业网支持的所有业务务Page 10GSM概述与发展简史概述与发展简史EDGE令网络容量及数据传送比令网络容量及数据传送比GPRS更快，足有更快，足有283Kbps.网络网络商只商只需在

11、软硬件上作出少许需在软硬件上作出少许相应改动，便相应改动，便可继续沿用现有可继续沿用现有GSM系统，去系统，去支支持移动持移动多媒体服务，完全多媒体服务，完全符合低成本高效益符合低成本高效益的理念，能够的理念，能够与日后与日后WCDMA制式共存制式共存.由由GSM网络核心繁衍而来的网络核心繁衍而来的WCDMA，数据传送可达到每秒，数据传送可达到每秒2Mbit（室内）及室内）及384Kbps（移动空间）的速率，采用（移动空间）的速率，采用5MHz（区别于窄带（区别于窄带200KHz)的宽频网络的宽频网络. WCDMA（Wideband Code Division Multiple Access）

12、：）：EDGE（Enhanced Data Rates for Global Evolution）：）：Page 11GSM概述与发展简史概述与发展简史u能实现能实现全球漫游：全球漫游：用户可以在整个系统甚至全球范围内漫游 ，且可以在不同的速率、不同的运动状态下获得有服务质量的保证；u能提供能提供多种业务：多种业务：提供话音、可变速率的数据、活动视频，特别是多媒体业务；u能适应能适应多种环境：多种环境：可以综合现有的公众电话交换网（PSTN）、综合业务数字网、无绳系统、地面移动通信系统、卫星通信系统、提供无缝隙的覆盖；u足够的系统容量，强大的多种用户管理能力，高保密性能和服务质量.3G实现实现

13、的目标：的目标：Page 12GSM概述与发展简史概述与发展简史目前3G的标准主要有：cdma2000 朗讯、摩托罗拉、北电、高通、三星等W-CDMA爱立信、诺基亚、西门子等TD-SCDMA中国提出UMTS欧洲标准Page 13多多址技术址技术u多址技术使众多的用户共用公共的通信线路.u常用的使信号多路化的方法基本上有三种，它们分别采用频率、时间或代码分隔的多址连接方式，即人们通常所称的频分多址FDMA、时分多址TDMA和码分多址CDMA三种接入方式.uGSM系统采用了FDMA、TDMA方式.Page 14多多址技术址技术FDMA是以不同的频率信道实现通信的.频分就是把整个可分配的频谱划分成许

14、多单个无线电信道（发射和接收载频），每个信道可以传输一路话音或控制信息.模拟蜂窝系统是FDMA结构的一个典型例子.频分多址频分多址FDMAPage 15多多址技术址技术TDMA是以不同的时隙实现通信时分多址是指在一个宽带的无线载波上，将某一信道按时间加以分割，各信号按一定顺序占用某一时间间隙（时隙）.即多路信号利用同一个信道在不同时间各自独立地传送.时分多址时分多址TDMAPage 16多多址技术址技术CDMA是以不同的代码序列实现通信的码分多址是一种利用扩频技术所形成的不同的码序列实现的多址方式.它不像FDMA、TDMA那样把用户的信息从频率和时间上进行分离，它可在一个信道上同时传输多个用户

15、的信息.其关键是信息在传输以前要进行特殊的编码，编码后的信息混合后不会丢失原来的信息.码分多址码分多址CDMAPage 17功率功率控制控制u当手机在小区内移动时，它的发射功率需要进行变化.当它离基站较近时，需要降低发射功率，减少对其它用户的干扰，当它离基站较远时，就应该增加功率，克服增加了的路径衰耗.u所有的GSM手机都可以以2dB 为一等级来调整它们的发送功率，GSM900 移动台的最大输出功率是8W（规范中最大允许功率是20W，但现在还没有20W的移动台存在）.DCS1800移动台的最大输出功率是1W.相应地，它的小区也要小一些.Page 18蜂窝蜂窝技术技术u移动通信系统是采用一个叫基

16、站的设备来提供无线服务范围的.基站BTS的覆盖范围有大有小，我们把基站BTS的覆盖范围称之为蜂窝，即小区CELL.u采用大功率的基站主要是为了提供比较大的服务范围，但它的频率利用率较低，也就是说基站提供给用户的通信通道比较少，我们也称之为大区制.u采用小功率的基站主要是为了提供大容量的服务范围，同时它采用频率复用技术来提高频率利用率，有限的频率得到多次使用，所以系统的容量比较大，这种方式称之为小区制或微小区制.大区制与小区制大区制与小区制Page 19按无委会规定，我国目前可用频道号为1-124，共124个频点.1-94给移动，96-124给联通.一般采用4/12组频率复用方案.对于有向天线，

17、可采用120度的定向天线，如采用4/12方式复用，4个基站，12个小区.每个小区可用78个频点.对于采用全向天线，一般建议采用其中的7组频率.蜂窝蜂窝技术技术大区制与小区制大区制与小区制Page 20u频率复用指处在不同地理位置（不同的小区）上的用户可以同时使用相同频率的信道.频率复用系统可以极大地提高频谱效率.u 但如果系统设计得不好，将产生严重的干扰.u同频干扰（C/I）： 因频率复用造成的相邻小区相同频率对信道的干扰.GSM要求C/I=9dB.u邻频干扰（C/A）：小区内外相邻频率产生的干扰.GSM要求C/A=-9dB.频率复用基础频率复用基础蜂窝蜂窝技术技术Page 21u频率复用方案

18、：在系统的作用区域内重复使用相同的频率这种频率复用方案使整个频谱分配被划分为K个频率复用的模式.如K可取3、4、7等值.u公式：(D/R)2=3K D：频率复用距离 R：小区半径 K：频率复用模式蜂窝蜂窝技术技术频率复用基础频率复用基础Page 22注意：从理论上来说，K应该大些，但分配的信道总数是固定的.如果K太大，则K个小区中分配给每个小区的信道数将减少，中继效率就会降低.小区复用模式图A 3A 1A 2B 3B 1B 2C 3C 1C 2A 3A 1A 2A 3A 1A 2B 3B 1B 2C 3C 1C 2C 3C 1C 2A 3A 1A 2B 3B 1B 2C 3C 1C 2A 3A

19、 1A 2A 3A 1A 2B 3B 1B 2C 3C 1C 2C 3C 1C 2A 3A 1A 2B 3B 1B 2C 3C 1C 2A 3A 1A 2A 3A 1A 2B 3B 1B 2C 3C 1C 2C 3C 1C 2K =31234123412341K =41111213456711K =7蜂窝蜂窝技术技术频率复用基础频率复用基础Page 237小区频率复用小区频率复用Page 244X3频率复用频率复用Page 25GSM系统频段系统频段GSM900主频段（主频段（P-GSM）w上行：890MHz-915MHz（移动台发，基站收）w下行：935MHz-960MHz（基站发，移动台收

20、）GSM扩展频段（扩展频段（E-GSM）w上行：880MHz-890MHz（移动台发，基站收）w下行：925MHz-935MHz（基站发，移动台收）DCS1800频段频段w上行：1710MHz-1785MHz（移动台发，基站收）w下行：1805MHz-1880MHz（基站发，移动台收）Page 26GSM绝对频道号绝对频道号ARFCNGSM900主频段（主频段（P-GSM）w上行：Fl=890 + 0.2 N（MHz） （1N 124）（两个频点之间的间隔为200K HZ ）w下行：Fu=Fl + 45（MHz）GSM扩展频段（扩展频段（E-GSM）w上行： Fl=890 + 0.2 （N-1

21、024）（MHz）w下行： Fu=Fl + 45（MHz） （975 N 1023）DCS1800频段频段w上行： Fl=1710.2 + 0.2 （N-512）（MHz）w下行： Fu=Fl + 95（MHz） （512N 885）Page 27二、二、GSM系统结构与接口系统结构与接口1. GSM系统结构与功能系统结构与功能2. GSM接口接口3. GSM各接口协议各接口协议4. GSM无线接口无线接口5. 无线逻辑信道无线逻辑信道Page 282.1 GSM系统结构与功能系统结构与功能OSS：操作支持子系统 BSS：基站子系统 NSS：网络子系统 NMC：网络管理中心 DPPS：数据后处

22、理系统 SEMC：安全性管理中心OMC：操作维护中心 PCS：用户识别卡个人化中心 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MSBTSBTSBSCBSSOMCMSC/VLRNMCEIRHLR/AUCDPPSPCSSEMCOSSPSTNISDNPDNNSSPage 29GSM系统结构与功能系统结构与功能一个一个GSM系统可由三个系统可由三个子系统组成，即子系统组成，即操作支持子系统操作支持子

23、系统 (OSS)，基，基站子系统站子系统(BSS)和网路子系统和网路子系统(NSS)三部分三部分.u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.u通过无线接口直接与移动台相连，负责无线发送接收和无线资源的管理.u它与NSS相连，实现移动用户间或移动用户与固定网路用户之间的通信连接，传送系统信息和用户信息等.u与操作支持子系统OSS之间实现互通.Page 30GSM系统结构与功能系统结构与功能u网路子系统网路子系统NSS是整个系统是整个系统的核心，它的核心，它对对GSM移动用户之间及移移动用户之间及移动用户与其它通信网用户之间通信起着交换、连接与管理动用户与其它通信网用

24、户之间通信起着交换、连接与管理的功能的功能.u主要负责完成呼叫处理、通信管理、移动管理、部分无线资源管理主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、安全性管理、用户数据和设备管理、计费记录处理、公共信道、安全性管理、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信令处理和本地运行维护等维护等.Page 31GSM系统结构与功能系统结构与功能操作支持子系统操作支持子系统OSS完成移动用户管理、移完成移动用户管理、移动设备管理、系统的操作动设备管理、系统的操作与维护与维护.Page 32GSM系统结构与功能系统结构与功能 移动台由SIM卡与物理设备组成，二者是分离的

25、.uSIM卡上包含所有与用户有关的无线接口一侧的信息，也含有鉴权和加密实现的信息. 固化数据：IMSI、Ki、安全算法（A3、A8) 临时网络数据：TMSI、LAI、KC、被禁止的PLMN、 PLMN选择预编程 业务相关数据：PIN(个人识别号)u物理设备可以是手持机，车载机或是由移动终端直接与终端设备相连而构成.u移动台的功能移动台的功能Page 33GSM系统结构系统结构与功能与功能u接口管理接口管理uBTS-BSC之间的信道管理之间的信道管理u无线参数及无线资源管理无线参数及无线资源管理 u无线链路的测量无线链路的测量u话务量统计话务量统计u切换切换u支持呼叫控制支持呼叫控制u操作与维护

26、操作与维护 uBSC的功能的功能Page 34GSM系统结构系统结构与功能与功能uBTS主要分为基带单元、载频单元和控主要分为基带单元、载频单元和控 u 制单元制单元三部分三部分.uBTS受控于基站控制器受控于基站控制器(BSC)，服务，服务于某小区的无线于某小区的无线收收发信设备，实现发信设备，实现BTS与移动台与移动台(MS)空中接口空中接口的功能的功能.uBTS的功能的功能Page 35GSM系统结构与功能系统结构与功能uMSC是整个网络是整个网络的核心，协调的核心，协调与控制与控制整个整个GSM网络中网络中BSS、OSS的各个的各个功功能实体能实体.u接口接口管理管理u支持支持一系列业

27、务：电信业务，承载一系列业务：电信业务，承载业业务和补充业务务和补充业务u支持位置登记、越区切换和自动漫游支持位置登记、越区切换和自动漫游等其它等其它网络功能网络功能.uMSC的功能的功能 Page 36GSM系统结构与功能系统结构与功能u访问用户位置寄存器访问用户位置寄存器(VLR)是服务于其是服务于其控制区域内移动控制区域内移动用户的用户的.u它它存储着进入其控制区域内已登记的存储着进入其控制区域内已登记的移动用户移动用户相关信息，为相关信息，为已登记的移动已登记的移动用户提供建立呼叫接续用户提供建立呼叫接续的必要条件的必要条件.uVLR的功能的功能 Page 37GSM系统结构与功能系统

28、结构与功能u归属用户位置寄存器归属用户位置寄存器(HLR)是是GSM系统的系统的中央数中央数据库，存储据库，存储该该HLR控制的所有存在的移动用户的控制的所有存在的移动用户的相关信息相关信息.u所有所有移动用户的重要数据都存储在移动用户的重要数据都存储在HLR中中.包括包括用用户户识别号码，访问识别号码，访问能力、用户类别和补充业务能力、用户类别和补充业务等等数据，数据，HLR也存储部分漫游移动用户所在也存储部分漫游移动用户所在MSC区区域的有关域的有关动态数据动态数据.uHLR的功能的功能 Page 38GSM系统结构系统结构与功能与功能- AUC的功能的功能 uAUC属于属于HLR的一个功

29、能的一个功能单元部分，专用单元部分，专用于于GSM系统系统的的安全性管理安全性管理.u鉴权中心鉴权中心(AUC)存储着存储着鉴权信息和加密密钥鉴权信息和加密密钥，防止无权，防止无权用户接入系统和防止无线接口中数据被窃用户接入系统和防止无线接口中数据被窃.Page 39MSBTSBSCMSCBSCBS接口BTSUm接口Abis接口 A接口GSM接口接口- 主要接口主要接口GSM系统的主要接口指系统的主要接口指A接口、接口、Abis接口和接口和Um接接口口.A接口、接口、Um接口为接口为开放式开放式接口接口.Page 40GSM接口接口- 主要接口（主要接口（A接口）接口）A接口定义为网路子系统（

30、NSS）与基站子系统（BSS）之间的通信接口.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、移动性管理、接续管理等.Page 41GSM接口接口- 主要接口（主要接口（Abis接口）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.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.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.Page 42GSM

31、接口接口- 主要接口（主要接口（Um接口）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.传递的信息包括无线资源管理，移动性管理和接续管理等-即层三LAYER3信令.Page 43GSM接口接口- NSS内部接口内部接口C M S CF 接口E I RH L R / A U CG 接口B 接口V L RD 接口G 接口V L RB 接口M S CE接口Page 44GSM接口接口- NSS内部接口（内部接口（B接口）接口）uB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）

32、之间的内部接口.u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.Page 45GSM接口接口- NSS内部接口（内部接口（C接口）接口）uC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.u用于传递路由选择和管理信息.u在建立一个至移动用户的呼叫时，入口移动业务交换中心（GMSC）应向被叫用户所属的归属用户位置寄存器（HLR）询问被叫移动台的漫游号码.uC接口的物理链接方式是标准的2.048MB/S的PCM数字传输链路.Page 46GSM接口接口

33、 NSS内部接口（内部接口（D接口）接口）uD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.u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.u实用化的GSM系统结构一般把VLR综合于移动业务交换中心（MSC）中，而把归属用户位置寄存器（HLR）与鉴权中心（AUC）综合在同一个物理实体内.uD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.Page 47GSM接口接口-NSS内部接口（内部接口（E接口）接口）uE接

34、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.u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.uE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.Page 48GSM接口接口- NSS内部接口（内部接口（F接口）接口）uF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.u用于交换相关的国际移动设备识别码管理信息.uF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.Page 49GS

35、M接口接口- NSS内部接口（内部接口（G接口）接口）uG接口定义为访问用户位置寄存器（VLR）之间的接口.u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.uG接口的物理链接方式是标准2.048Mbit/s 的PCM 数字传输链路Page 50GSM接口接口- GSM系统与公众电信网的接口系统与公众电信网的接口u公众电信网主要是指公众电话网（PSTN），综合业务数字网（ISDN），分组交换公众数据网（PSPDN）和电路交换公众数据网（CSPDN）.GSM系统通过MSC与这些公众电信网互连.uGSM系统与PSTN

36、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.Page 51GSM各接口协议各接口协议 CM：通信管理 BTSM：BTS的管理部分 MTP：信息传递部分 MM：移动性管理 Um：MS与BTS间接口 MSC：移动业务交换中心RR：无线资源管理 Abis：BTS与BSC间接口 BSC：基站控制器 MS：移动台 SCCP：信令连结控制部分 BTS：基站收发信台L1-L3：信号层1-3 A：BSC与MSC间接口 BSSMAP：基站子系统LAPDm：ISDN的Dm数据链路协议移动应用部分CMMMR

37、RLAPD mSigL 1L3L2L1MSRRBTS MLAPD mSigL 1LAP DSigL 1LAP DSigL 1BT SMRRSCC PMT PBSS MA PCMMMBSSM APSC CPMTPMS CBSCBT SU m 接 口A bis接 口A 接 口Page 52u信号层信号层1 1（物理层）（物理层） 这是无线接口的最低层、提供传送比特流所需的物理链路（例如无线链路）、为高层提供各种不同功能的逻辑信道.u信号层信号层2 2（L2L2） 主要目的是在移动台和基站之间建立可靠的专用数据链路， L2协议基于ISDN的D信道链路接入协议（LAP-D），但作了更 动，因而在Um接

38、口的L2协议称之为LAP-Dm.u信号层信号层3 3（L3L3） 这是实际负责控制和管理的协议层.L3包括三个基本子层： 无线资源管理（RR）、移动性管理（MM）和接续管理（CM）. 其中一个CM子层中含有多个呼叫控制（CC）单元，提供并行呼叫处理.为支持补充业务和短消息业务，CM子层中还包括补充业务管理（SS）单元和短消息业务管理（SMS）单元.GSM各各接口协议接口协议- 协议分层结构协议分层结构Page 53GSM各各接口协议接口协议- NSS内部及内部及GSM与与PSTN之间的协议之间的协议u与非呼叫相关的信令采用移动应用部分（MAP），用于NSS内部接口（B、C、D、E、F、G）之间

39、的通信.u与呼叫相关的信令则采用电话用户部分（TUP）和ISDN用户部分（ISUP），分别用于MSC之间和MSC与PSIN、ISDN之间的通信.Page 54GSM无线接口无线接口uUm接口频率规划接口频率规划GSM无线信道特点GSM系统频点分配uUm接口物理信道接口物理信道物理信道帧结构突发脉冲种类与功能突发脉冲应用实例uUm接口逻辑信道接口逻辑信道为什么引入逻辑信道？逻辑信道的分类逻辑信道的功能逻辑信道的组合逻辑信道应用实例Page 55GSM无线接口无线接口Um接口话音处理接口话音处理u话音在无线信道上的传送u话音编码u信道编码u交织u加密u调制u跳频u时延调整Um接口控制技术接口控制技

40、术u自动功率控制（APC）u非连续发射（DTX）u非连续接收（DRX）u跳频技术u时延调整Page 56无线逻辑信道（一）无线逻辑信道（一）/Um接口上的信息由各种无线逻辑信道承载/无线逻辑信道类型：/控制信道l业务信道上行方向：移动台到基站方向下行方向：基站到移动台方向MSMS基站Um接口Page 57无线逻辑信道（二）无线逻辑信道（二）/控制信道/广播控制信道(BCCH)/公共控制信道(CCCH)/专用控制信道(DCCH)/频率校正信道(FCCH)/同步信道(SCH)/广播信道(BCH)/随机接入信道(RACH)/准许接入信道(AGCH)/寻呼信道(PCH)/独立专用控制信道(SDCCH)

41、/快速随路控制信道(FACCH)/慢速随路控制信道(SACCH)/业务信道(TCH)/小区广播信道(CBCH)Page 58无线逻辑信道（三）无线逻辑信道（三）/频率校正信道（FCCH，下行信道，广播方式，每小区一个） 为了保证移动台和基站能够正确的接收对方的信息，必须保证移动台和基站的频率一致，即移动台的接收频率与基站的发射频率一致，移动台的发射频率和基站的接收频率一致。在GSM系统中，由于一个基站要同时和若干移动台进行通信，因此采用主从同步方式，以基站的频率为基准，基站在频率校正信道上发送频率信息，移动台根据该信息调整自己的频率，保持自己的频率与基站同步。Page 59无线逻辑信道（四）无

42、线逻辑信道（四）/同步信道（SCH，下行信道，广播方式，每小区一个） 由于Um接口采用TDMA方式，为了保证移动台和基站能够正确的接收对方的信息，必须保证移动台和基站的时间基准一致。基站在同步信道上发送定时信息，移动台根据该信息调整自己的时间基准，保持自己的时间基准与基站同步。刚才最后一响，是北京时间一点整。基站的时间基准移动台A的时间基准移动台B的时间基准实际发送的是缩减帧号（RFN）和基站识别号（BSIC）Page 60无线逻辑信道（五）无线逻辑信道（五）/广播信道（BCCH，下行信道，广播方式） 通过在广播信道上广播系统消息1-4，将必要的网络参数通知移动台。/随机接入信道（RACH，上

43、行信道，多点对点方式） 该信道又称争抢信道。移动台首先通过该信道申请接入网络。由于同时可能有多个移动台会通过该信道申请接入网络，因此可能会发生碰撞。在该信道传递的信息有以下三个：1. 接入原因（主叫、被叫、位置更新等）2. 随机参考值3. 发送该消息的时刻（隐含）Page 61无线逻辑信道（六）无线逻辑信道（六）/准许接入信道（AGCH，下行信道，点对多点方式） 网络通过该信道对移动台在RACH上提出的接入申请进行初步确认，若为正确认，则分配一个（独立专用控制）信道给移动台，以便进行进一步确认。在该信道传递的信息有以下两个：1. 接入申请中的接入原因、随机参考值和该消息发送的时刻2. 对独立专

44、用控制信道的描述（该信道所在绝对载频号、时隙号、子信道号等）Page 62无线逻辑信道（七）无线逻辑信道（七）/寻呼信道（PCH，下行信道，点对多点方式） 该信道用于网络发送寻呼消息，以通知被叫移动台启动寻呼流程。在该信道传递的信息有以下三个：1. 被寻呼的移动台身份识别号2. 寻呼模式3. 寻呼流程需要何种信道Page 63无线逻辑信道（八）无线逻辑信道（八）/独立专用控制信道（SDCCH，双向信道，点对点方式） 该信道主要用于在网络和移动台间传送用于呼叫接续所需要的信令。/快速随路控制信道（FACCH，双向信道，点对点方式） 该信道主要用于在通话过程中在网络和移动台间传送信令。该信道实际上

45、是临时借用TCH信道。Page 64无线逻辑信道（九）无线逻辑信道（九）/慢速随路控制信道（SACCH，双向信道，点对点方式） 该信道主要用于传送一些辅助信息。该信道始终与SDCCH或TCH伴随在一起。对于下行信道而言，主要传送：功率控制命令时间调整命令必要的网络参数（通过系统消息如系统消息5和6，由于移动台在非空闲模式下无法接收系统消息，为使移动台及时了解网络参数的改变）。对于上行信道而言，主要传送测量报告（用于提供功率控制和切换所必须的信息）实际使用的发射功率、实际使用的时间调整量Page 65无线逻辑信道（十）无线逻辑信道（十）/业务信道（TCH，双向信道，点对点方式） 该信道主要在网络

46、和移动台间传送业务（包括话音、数据等）。Page 66无线逻辑信道（十一）无线逻辑信道（十一）/移动台使用信道的顺序搜寻网络时，寻找BCCH空闲状态，监听BCH和PCH需要与网络通信时，在RACH上发送信道请求监听AGCH，若收到确认信息，则转入分配的SDCCH+SACCH，当与网络完成接续等信令后，则转入网络分配的TCH+FACCH+SACCH，完成业务通信后，回到空闲状态Page 67话音业务信道话音业务信道u全速率话音业务信道（TCH/F)u半速率话音业务信道（TCH/H)u增强型全速率话音业务信道（Enhanced TCH/F）业务业务信道信道Speech Traffic Type话音

47、编码速率（话音编码速率（Kbit/s）信道编码速率（信道编码速率（Kbit/s）Full-rate Speech1322.8Enhanced Full-rate Speech12.2Half-rate Speech6.511.4Page 68数据业务信道数据业务信道u9.6kbit/s，全速率数据业务信道（TCH/F9.6）u4.8kbit/s，全速率数据业务信道（TCH/F4.8）u4.8kbit/s，半速率数据业务信道（TCH/H4.8）u2.4kbit/s，全速率数据业务信道（TCH/F2.4）u2.4kbit/s，半速率数据业务信道（TCH/H2.4） 业务信道业务信道Page 692

48、04720462101个超高帧2048个超帧012345671个帧8个时隙0252410504911个复帧26个帧1个复帧51个帧0504910252411个超帧51个复帧1个超帧26个复帧Page 70物理信道帧结构物理信道帧结构什么是突发脉冲？什么是突发脉冲？uGSM的每个载频是时分复用的每个载频分给八个全速率用户使用；u每个用户在一个限定的、不连续的时间段内占用载频发送信号；突发脉冲u一个突发脉冲占用的时间缝隙 时隙；Page 71u控制信道帧结构u8时隙TDMA帧u26TDMA帧1复帧u51复帧1超帧u2048超帧1超高帧u业务信道帧结构u8时隙TDMA帧u51TDMA帧1复帧u26复

49、帧1超帧u2048超帧1超高帧 Page 72Um接口突发脉冲种类接口突发脉冲种类u常规突发脉冲序列（NB）u频率校正突发脉冲序列（FB）u同步突发脉冲序列（SB）u接入突发脉冲序列（AB）Page 73信道编码信道编码u为了检测和纠正传输期间引入的误码，在数据流中引入冗余BIT用于纠错；u信道编码器把话音分成“很重要（50bit）、较重要（132bit）和不重要（78bit）三部分.对前两部分分别加入3、4位奇偶校正码（50+3）+（132+4）=189bit，然后做1：2的卷积（189*2=378bit），再加上不重要的78bit，形成了456bit/20ms=22.8kbit/s的信道编

50、码组.结果使20ms段BIT数从260BIT增加到456BIT，相应的话音速率从13K增加到22.8K.Page 74u为什么引入话音交织？为什么引入话音交织？无线传输干扰和误码通常在某个较小时间段内发生，影响连续的几个突发脉冲；如果把话音帧内的BIT顺序按一定的规则错开，使原来连续的BIT分散到若干个突发脉冲中传输，则可分散误码，使连续的长误码变为若干分散的短误码，以便于纠错，提高话音质量便于纠错，提高话音质量.交织交织Page 75交织交织u交织交织处理的处理的两个缺点：两个缺点：1.话音处理的长时延；2.信号处理的复杂程度.u交织处理的两个优点：交织处理的两个优点：1.可以减少一个话音帧

51、内的误码数量；2.通过信道解码，可实现部分误码的纠正. Page 76加密技术加密技术对无线接口上传送的信息（话音或数据）进行加密，防止无线侦听导致失密；GSM系统的加密技术仅仅保护无线接口.Page 77加密技术加密技术+A5A5KcTDMA帧号KcTDMA帧号未加密话音已加密话音无线传播解密话音MS侧BTS侧Page 78u为何需要为何需要APC？可降低手机功耗，延长电池使用时间；可减小系统内的干扰，提高频率利用率，增加系统容量.u如何进行如何进行APC？ MS功率控制：MS接收BTS发射的信号，得到射频信号强度、质量等级参数，进行APC；手机起始发射功率由系统消息决定；可能导向切换、掉话

52、. BTS功率控制：BTS接收MS发射信号，得到射频信号强度、质量等级参数，（BTS预处理）上报BSC，由BSC进行APC自动功率控制技术（自动功率控制技术（APC）Page 79u为何需要为何需要DTX？通话是双向的，对于MS用户/来说，平均的说话时间约在40%以下；可降低手机功耗，延长电池使用时间；可减小系统内的干扰，提高频率利用率，增加系统容量.u如何进行如何进行DTX？采用VAD（话音激活检测）技术：在说话时，正常发射信号；在停止说话时，每隔一段时间发送一个静音帧，由静音帧在BTS产生舒适噪声；使对方不会误以为通话中断.重新开始说话时，由VAD功能检测到话音，重新正常发射信号.非连续发

53、射技术（非连续发射技术（DTX）Page 80u为何需要为何需要DRX？手机绝大部分时间处于空闲状态，此时需要随时准备接收BTS发来的寻呼信号；系统按照IMSI将MS用户分类，不同类别的手机在不同的时刻接收系统寻呼消息，无需连续接收；可降低手机功耗，延长电池使用时间；u如何进行如何进行DRX？系统根据IMSI将MS分类，分时刻接收寻呼消息.非连续接收技术（非连续接收技术（DRX）Page 81跳跳频即：在频即：在不同时隙发射载频不同时隙发射载频在不断地改变在不断地改变u为何为何引入跳频？引入跳频？可减少瑞利衰落，提高每用户的话音质量；可减小系统内的干扰，提高频率利用率，增加系统容量GSM系统的

54、无线接口采用了慢速跳频（SFH）技术，即系统在整个突发序列传输期(BP)，传送频率保持不变跳频主要分为基带跳频BB和射频跳频RF。跳频技术跳频技术Page 82GSM移动区域与编号计划移动区域与编号计划1. GSM区域定义区域定义2. 编号计划编号计划Page 83GSM区域定义区域定义 PLMN区区.服务区服务区 PLMN区区MSC区区.MSC区区.位置区位置区.位置区位置区.基站基站覆盖区覆盖区.基站基站覆盖区覆盖区.小区小区小区小区. Page 84GSM区域定义区域定义- 服务区服务区u服务区是指移动台可获得服务的区域，即不同通信网（如PLMN、PSTN或ISDN）用户无需知道移动台的

55、实际位置而可与之通信的区域.u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，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.Page 85GSM区域定义区域定义- PLMN区区uPLMN是由一个公用陆地移动通信网(PLMN）提供通信业务的地理区域.u一个PLMN区可由一个或若干个移动业务交换中心（MSC）组成.在该区内具有共同的编号制度（比如相同的国内地区号）和共同的路由计划.Page 86GSM区域定义区域定义- MSC区区u一个一个MSC区可以由一个或若区可以由一个或若干个位置干个位置区组成区组成.uMSC是由一个移动业务交是由一个移动业务交换中心所控制的所有小区换

56、中心所控制的所有小区共同覆盖的区域构成共同覆盖的区域构成PLMN网的一部分网的一部分. Page 87GSM区域定义区域定义- 位置区位置区u位置位置区可由一个或若区可由一个或若干个小区（或基站区干个小区（或基站区）组成）组成.为了为了呼叫呼叫移移动台，可动台，可在一个位置在一个位置区内所有基站同时发区内所有基站同时发寻呼信号寻呼信号.u位置区是指移动台可任意移动位置区是指移动台可任意移动不需要进行位置更新的区域不需要进行位置更新的区域.Page 88GSM区域定义区域定义- 基站覆盖区基站覆盖区u由置于同一基站点的一个或数个基站收发信由置于同一基站点的一个或数个基站收发信台（台（BTS）包括

57、的所有小区所覆盖的区域）包括的所有小区所覆盖的区域u它还不是它还不是一个蜂窝一个蜂窝.Page 89GSM区域定义区域定义- 小区小区u采用基站识别码或全球小区识别进行标识采用基站识别码或全球小区识别进行标识的无线的无线覆盖区域覆盖区域.u小区小区CELL是指由一个基站的一个扇型天线是指由一个基站的一个扇型天线(BTS)覆盖覆盖的区域的区域.u在基站采用全向天线在基站采用全向天线结构时，小区结构时，小区即为基即为基站站覆盖区域，基覆盖区域，基站区站区或或CELL.Page 90编号编号计划计划u为了为了确定确定GSM移动用户：移动用户：u永久性编码：永久性编码： IMSI MSISDNu临时性

58、编码：临时性编码： LMSI TMSI MSRN HONu 为了识别为了识别NSS网络组件：网络组件： MSC Number VLR Number HLR Numberu 为了识别位置区：为了识别位置区： LAIu 为了识别为了识别BSS网络组件：网络组件： CGI BSICu 为了识别移动设备：为了识别移动设备： IMEIu 为了识别移动用户的漫游区：为了识别移动用户的漫游区： RSZI在在GSM系统中，出于识别的目的，定义了如下的一些编号：系统中，出于识别的目的，定义了如下的一些编号：Page 91编号计划编号计划- IMSI(International Mobile Subscriber

59、 Identity)MCC：Mobile Country Code，移动国家码，三个数字，如中国为 460.MNC：Mobile Network Code，移动网号，两个数字，如中国邮电的 MNC为00.MSIN：Mobile Subscriber Identification Number，在某一PLMN内MS唯一的 识别码.编码格式为：H1 H2 H3 S XXXXXXNMSI：National Mobile Subscriber Identification，在某一国家内MS唯一的 识别码. N o t m o re th a n 1 5 d ig its3 d ig its2 d ig

60、 itsIM S IM C CM N CM S INN M S IPage 92编号计划编号计划-IMSI (International Mobile Subscriber Identity)uIMSI是GSM系统分配给移动用户(MS)的唯一的识别号.u采取E.212编码方式.u存储在SIM卡、HLR和VLR中，在无线接口及MAP接口上传送.u IMSI分配原则：u最多包含15个数字(0-9).uMCC在世界范围内统一分配，而NMSI的分配则是各国运营者自己的事.u如果在一个国家有不止一个GSM PLMN，则每一个PLMN都要分配唯一的MNC.uIMSI分配时，要遵循在国外PLMN最多分析MC