第7章GSM移动通信系统

1、移动通信第 7 章GSM移动通信系统前 言 第二代移动通信是以GSM、IS-95 CDMA两大移动通信系统为代表的。GSM移动通信系统（简称GSM系统）是基于TDMA的数字蜂窝移动通信系统，它是世界上第一个对数字调制、网络层结构和业务作了规定的蜂窝系统。如今GSM系统已经遍及全世界（即所谓“全球通”）。 GPRS即通用分组无线业务，是GSM网络向第三代移动通信系统（3G）WCDMA和TD-SCDMA演进的重要一步，所以被称为2.5G。我国在2002年已经全面开通了GPRS网，而且各种数据业务也相继开通，目前GPRS已相当成熟。 本章着重讨论GSM系统的网络组成、空中接口、网络控制和管理等内容。

2、内 容 介 绍7.1 GSM系统概述7.2 GSM系统的无线接口7.3 GSM系统的控制与管理7.4 GPRS7.1 GSM系统概述 蜂窝系统的概念和理论早在20世纪60年代就由美国贝尔实验室提出来了，但是由于复杂的控制系统，尤其是实现移动台的控制，直到70年代随着半导体技术的成熟，大规模集成电路器件和微处理器技术的发展以及表面贴装工艺的广泛应用，才为蜂窝移动通信的实现提供了技术基础。 直到1979年美国在芝加哥开通了第一个AMPS（先进的移动电话业务）模拟蜂窝系统。n 1G模拟系统有4大缺点各系统间没有公共接口，无法漫游；很难开展数据承载业务；频谱利用率低，无法适应大容量的需求；安全保密性差

3、，易被窃听，易做“假机”。7.1 GSM系统概述7.1 GSM系统概述 GSM系统的历史可以追溯到20世纪80年代初期，当时，五六种不同制式的模拟蜂窝移动通信系统在欧洲得到应用，结果呈现出四分五裂的市场，难以快速形成市场所需的规模经济。欧洲电信运营部门发现他们的移动电话远不如高速公路那么畅通，于是，欧洲电信管理部门（CEPT）在1982年成立了欧洲移动通信特别小组，简称GSM（Group Special Mobile），开始制定适用于泛欧各国的一种数字移动通信系统的技术规范。7.1 GSM系统概述 经过6年的研究、实验和比较，于1988年确定了包括TDMA技术在内的技术规范，并制定出实施计划。

4、从1990年开始，这个系统在德国、英国和北欧许多国家投入试用，取得了意想不到的成功，并走向全球，GSM也演变为Global System for Mobile Communication的缩写，在某种程度上实现了“全球通”。在GSM标准中，未对硬件进行规定，只对功能和接口等进行了详细规定，便于不同公司产品的互联互通。GSM包括两个并行的系统：GSM 900和DCS 1800。这两个系统功能相同，主要的差异是频段不同。n 2G数字系统的4大目标采用数字调制，提高频谱效率；解决漫游问题，实现“全球通”；数字加密、鉴权，提高安全性；SIM卡技术，实现终端机卡分离。7.1 GSM系统概述nGSM欧洲电

5、信管理部门（CEPT）主推，并最终成为国际标准的第一个数字蜂窝移动通信系统。 （TDMA）nIS-95由美国高通公司设计，由美国TIA推出的第一个窄带CDMA标准， 也 成 为 国 际 标 准 。（CDMA）典型的2G系统nPDC日本推出的国家标准，并在其本土成功应用的窄带数字蜂窝移动通信系统。（TDMA）nD-AMPS美国TIA推出的窄带TDMA数字蜂窝移动通信系统，也称IS-54规范。北美地区标准。（TDMA）典型的2G系统n GSM的含义（欧洲）移动通信特别小组（Group Special Mobile），简称GSM。全球移动通信系统（Global System for Mobile C

6、ommunications ），简称GSM。GSM系统概述编号编号内容内容01概述02业务方面03网络方面04MS-BS接口与协议05无线路径上的物理层06话音编码规范07MS的终端适配器08BS-MSC接口09网络互通10业务互通11设备和型号认可规范12操作和维护GSM系统的技术规范7.1.1 网络结构 数字蜂窝移动通信是在模拟蜂窝移动通信的基础上发展起来的，在网络组成、设备配置、网络功能和工作方式上，二者都有相同之处。但因数字蜂窝网采用全数字传输，因而在实现技术和管理控制等方面，均与模拟蜂窝网有较大的差异。简单说来，数字蜂窝网技术更先进、功能更完备且通信更可靠，并更能适应于其他数字通信网

7、（如综合业务数字网ISDN、公用数据网PDN）的互联。7.1.1 网络结构 GSM系统的网络结构如图7-1所示。由图可见，GSM系统的主要组成部分可分为移动台（MS，Mobile Station ）、基站子系统（BSS ，Base Station Subsystem）和网络子系统（NSS，Network Switching Subsystem）。 基站子系统（简称基站BS）由基站收发信机（BTS）和基站控制器（BSC）组成；网络子系统（NSS）包括：移动交换中心（MSC）、操作维护中心（OMC）、原籍位置寄存器（HLR）、访问位置寄存器（VLR）、鉴权中心（AUC）和设备标志寄存器（EIR）等

8、组成。一个MSC可管理多达几十个基站控制器，一个基站控制器最多可控制256个BTS。MS、BS和网络子系统构成了公用陆地移动通信网，该网络由MSC与公用交换电话网（PSTN）、综合业务数字网（ISDN）和公用数据网（PDN）进行互连。7.1.1 网络结构图图7-1 GSM系统的网络结构系统的网络结构1. 移动台(MS) 移动台是GSM移动通信网中用户使用的设备。移动台可分为车载台、便携台和手机。其中，手机本身小型、轻巧，而且功能也较强，因此手机的用户占移动用户的绝大多数。 移动台通过无线接口接入GSM系统，具有无线传输与处理功能。此外，移动台必须提供与使用者之间的接口，例如，为完成通话呼叫需要

9、的传声器、扬声器、显示屏和各种按键；或者提供与其他一些终端设备（TE）之间的接口，如与个人计算机或传真机之间的接口。1. 移动台(MS) 移动台的另外一个重要组成部分是用户识别模块（SIM），亦称SIM卡。它是一张符合OSI（开放系统互连）标准的、带有微处理器的智能芯片卡，主要由CPU、存储器、串行通信单元组成。该卡包含有与用户有关的无线接口的信息，也包括鉴权和加密的信息。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。SIM卡的引入是GSM系统的一大特色，它使一部移动台可以为不同用户服务，这为今后发展个人通信打下了基础。SIM卡 S

10、IM卡产生的初衷：将用户信息从手机中分离开来。SIM卡的作用 无线传输比固定传输更易被窃听，如果不提供特别的保护措施，很容易被窃听或被假冒一个注册用户。八十年代的模拟系统令用户深受其害。因此，GSM首先引入了SIM卡技术，它通过鉴权来防止未授权的接入，这样保护了网络运营者和用户不被假冒的利益；通过对传输加密可以防止在无线信道上被窃听，从而保护了用户的隐私。nSIM卡的特点1. 客户与设备分离； 2. 通信安全可靠； 3. 成本低。nSIM卡的寿命 SIM卡的平均寿命约为4年左右。 SIM卡的特点和寿命2. 基站子系统(BSS) 基站子系统是GSM系统的基本组成部分，它通过无线接口与移动台相连，

11、进行无线发送、接收及无线资源管理。另一方面，基站子系统与网络子系统中的移动交换中心（MSC）相连，实现移动用户与固定网络用户之间或移动用户之间的通信连接。 基站子系统主要由基站收发信机（BTS）和基站控制器（BSC）构成。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。此外，基站子系统为了适应无线与有线系统使用不同传输速率进行传输的要求，在BSC与MSC之间增加了码转换器及相应的复用设备。 基站收发信机、天线共用器和天线是基站子系统的无线部分，它由基站控制器实施控制。基站控制器承担无线资源及各种接口的控制与管理。3. 网络子系统(NSS) 网

12、络子系统对GSM移动用户之间的通信和移动用户与其他通信网用户之间的通信起着管理作用。其主要功能包括交换、移动性管理与安全性管理等。 NSS由很多功能实体构成，它们之间的信令传输都符合CCITT信令系统NO.7协议（7号信令）。下面分别讨论各功能实体的主要功能。(1) 移动交换中心(MSC) MSC是网络的核心，它提供交换功能并面向下列功能实体：基站子系统（BSS）、原籍位置寄存器（HLR）、鉴权中心（AUC）、移动设备识别寄存器（EIR）、操作维护中心（OMC）和固定网（公用电话网、综合业务数字网），从而把移动用户与固定网用户、移动用户与移动用户之间互相连接起来。 移动交换中心可以从三种数据库

13、（即HLR、VLR和AUC）获取有关处理用户位置登记和呼叫请求等所需的全部数据。作为网络的核心，MSC还支持位置登记和更新、越区切换和漫游服务等功能。 对于容量比较大的移动通信网，一个网络子系统可包括若干个MSC、VLR和HLR。为了建立固定网用户与GSM移动用户之间的呼叫，固定用户呼叫首先被接入到入口移动交换中心，称为GMSC，由它负责获取移动用户的位置信息，且把呼叫转接到可向该移动用户提供即时服务的MSC，该MSC称为被访MSC（VMSC）。作为网络的核心，配合其他功能实体完成移动性管理和合法性检验配合BSC完成跨BSC的切换提供面向系统其他功能实体和面向固定网的接口功能(1) 移动交换中

14、心(MSC)(2)原籍位置寄存器(HLR) 为了方便用户信息管理，需要有个数据库存储用户资料（如位置信息，业务信息等），这样就有了寄存器。 考虑到漫游，为了方便提取用户信息，不过多占用系统资源，寄存器又分为了原籍位置寄存器（HLR）和访问位置寄存器（VLR）。 当用户办卡时，运营商把用户资料输入HLR。HLR可以看做是GSM系统的中央数据库，存储该HLR管辖区的所有移动用户的有关数据。其中，静态数据有移动用户码、访问能力、用户类别和补充业务等。此外，HLR还暂存移动用户漫游时的有关动态信息数据。(3)访问位置寄存器(VLR) VLR存储进入其控制区域内来访移动用户的有关数据，这些数据是从该移动

15、用户的HLR获取并进行暂存的，一旦移动用户离开该VLR的控制区域，则临时存储的该移动用户的数据就会被消除。因此，VLR可看做是一个动态用户的数据库。 实际情况下，VLR功能总是在每个MSC中综合实现的。(4) 鉴权中心(AUC) GSM系统采取了特别的通信安全措施，包括对移动用户鉴权，对无线链路上的话音、数据和信令信息进行保密等。为了方便安全性管理，确定用户的身份和对呼叫进行加密，这样就有了鉴权中心（AUC）。鉴权中心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无线通信安全。由于AUC也是针对用户的，所以它是属于HLR的一个功能单元。(5) 移动设备识别寄存器(EIR) 为了防止非

16、法移动台的使用，需要有个数据库来存储有关移动台设备的参数，完成对移动设备的识别、监视、闭锁等功能，这就是移动设备识别寄存器（EIR）。 EIR存储着移动设备的国际移动设备识别码（IMEI），通过核查白色、黑色和灰色三种清单，运营部门就可判断出移动设备是属于准许使用的，还是失窃而不准使用的，还是由于技术故障或误操作而危及网络正常运行的MS设备，以确保网络内所使用的移动设备的唯一性和安全性。(6) 操作维护中心(OMC) OMC负责对全网进行监控与操作。例如，系统的自检、报警与备用设备的激活，系统的故障诊断与处理，话务量的统计和计费数据的记录与传递，以及与网络参数有关的各种参数的收集、分析与显示等

17、。4. GSM网络接口 在实际的GSM通信网络中，由于网络规模的不同、运营环境的不同和设备生产厂商的不同，上述的各个部分可以有不同的配置方法。例如，把MSC和VLR合并在一起，或者把HLR、EIR和AUC合并为一个实体。为了各厂家所生产的设备可以通用，GSM网络中各组成部分的连接都必须严格符合规定的接口标准，采用同样的分层协议。 GSM系统各部分之间的接口如图7-2所示。4. GSM网络接口图图7-2 GSM系统的接口系统的接口(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。这三种主要接口的定义和标准化可保证不同厂商生产的移动台、基站子系统和网络子系统设备能够纳入同一

18、个GSM移动通信网运行和使用。1) A接口。A接口定义为网络子系统（NSS）与基站子系统（BSS）之间的通信接口。从系统的功能实体而言，就是移动交换中心（MSC）与基站控制器（BSC）之间的互联接口，其物理连接是通过采用标准的2.048Mbps PCM数字传输链路来实现的。此接口传送的信息包括对移动台及基站的管理、移动性及呼叫接续管理等。(1) 主要接口2) Abis接口。Abis接口定义为基站子系统的BSC与BTS两个功能实体之间的通信接口，用于BTS（不与BSC放在一处）与BSC之间的远端互连方式。它是通过采用标准的2.048Mbps或64kbps PCM数字传输链路来实现的。此接口支持所

19、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。3) Um接口（空中接口）。Um接口定义为MS与BTS之间的无线通信接口，它是GSM系统中最重要、最复杂的接口。此接口传递的信息包括无线资源管理、移动性管理和接续管理等，其内容将在7.2节中详细讨论。(2) 网络子系统内部接口 它包括B、C、D、E、F、G接口。 B接口。B接口定义为MSC与VLR之间的内部接口。用于MSC向VLR询问有关移动台当前位置信息或者通知VLR有关MS的位置更新信息等。 C接口。C接口定义为MSC与HLR之间的接口，用于传递路由选择和管理信息。两者之间是采用标准的2.048Mbps PCM数字传输链路实

20、现连接的。1) D接口。D接口定义为HLR与VLR之间的接口，用于交换移动台位置和用户管理的信息，保证移动台在整个服务区内能建立和接受呼叫。由于VLR综合于MSC中，因此D接口的物理链路与C接口相同。(2) 网络子系统内部接口E接口。E接口为相邻区域的不同移动交换中心之间的接口。用于移动台从一个MSC控制区移动到另一个MSC控制区时交换有关信息，以完成越区切换。此接口的物理链接方式是采用标准的2.048Mbps PCM数字传输链路实现连接的。F接口。F接口定义为MSC与EIR之间的接口，用于交换相关的管理信息。此接口的物理链接方式也是采用标准的2.048Mbps PCM数字传输链路实现的。G接

21、口。G接口定义为两个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TMSI的VLR询问此移动用户的国际移动用户识别码（IMSI）的信息。G接口的物理连接方式与E接口相同。(3) GSM系统与其他公用电信网接口 GSM系统通过MSC与公用电信网互联。一般采用7号信令系统接口。其物理链接方式是MSC与PSTN或ISDN交换机之间采用2.048Mbps PCM数字传输链路实现的。n这里需要提到的是，GSM规范中对Abis接口的协议并没有作详细的规定，导致了不同厂商生产的BSC和BTS不能混用。n这导致了有趣的“跑马圈地”现象。 全世界主流的设备商在运营商一期、二期购买无线

22、设备时采用的策略是类似的：低价抢地盘。目标是先追求最大的市场份额。一旦圈地完成，一个地市采用了某个设备商的BSC和BTS，其他厂家的基站就再也无法插足其中。前期圈地的成本可以通过后期的升级、扩容、维护等长期收益来获得。其他关于GSM网络接口的说明n“免费搬迁”策略。 华为和中兴崛起后实施的“免费搬迁”策略，即免费全网替换。既然不能从Abis接口入手分一杯羹，那就直接一锅端了。“免费搬迁”策略被多个新兴设备商所采用。其他关于GSM网络接口的说明nAbis接口的非开放特性，阻碍了产业链的发展。n3GPP在制定WCDMA标准时就注意到了对Abis接口的开放。其他关于GSM网络接口的说明7.1.2 G

23、SM的区域、号码、地址与识别1. 区域定义区域定义 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、越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，其相应的无线覆盖区域划分示例可用图7-3来说明。7.1.2 GSM的区域、号码、地址与识别图图7-3 GSM的区域划分示意图的区域划分示意图PLMN区区MSC区区位置区位置区位置区位置区基站区基站区基站区基站区扇区扇区.(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

24、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，也可以是使用GSM的全球成员国。(2) PLMN区 PLMN区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。一个PLMN区可由一个或若干个移动交换中心MSC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区是指一个移动交换中心MSC所控制的区域，通常它连接一个或若干个基站控制器BSC，每个BSC控制多个基站收发信机BTS。从地理位置来看，一个MSC区由一个或若干个位置区组成，包含由

25、一个MSC所控制的所有小区共同覆盖的区域。(4) 位置区 位置区一般由一个或若干个小区（或基站区）组成，是移动台可任意移动而不需要进行位置更新的区域。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。基站区和扇区(5) 基站区基站区 基站区是指基站收发信机有效的无线覆盖区，简称小区。(6) 扇区扇区 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 管理一个庞大的系统需要科学的方法，而对这个系统中的每一个元素都进行编号管理就是方法之一。 GSM网络是比较复杂的，它包含天线、无

26、线信道，并与其他网络如PSTN、ISDN、公用数据网或其他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的。 好的编码计划要满足唯一性和便于检索性。(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），用于通信设备识别用户，保存在SIM卡、HLR和VLR中。 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。 IMSI的组成如图7-4所示。IMSI的总长不超过15位数字。u MCC：移动用户所属

27、国家代号，占3位数字，中国的MCC规定为460。u 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。中国移动的MNC为00，中国联通的MNC为01。u MSIN：移动用户识别码，用于识别某一移动通信网（PLMN）中的移动用户。u 由MNC和MSIN两部分组成国内移动用户识别码（NMSI）。(1) 移动用户识别码图图7-4 国际移动用户识别码国际移动用户识别码(IMSI)的格式的格式(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

28、转换。访问位置寄存器（VLR）可给在其覆盖区内漫游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，或者非法窃用合法用户的IMSI。 TMSI总长不超过4B，其格式可由各运营部门决定。(3) 国际移动设备识别码 国际移动台设备识别码（IMEI）用于唯一识别某个移动台设备，可用于监控被窃或无效的移动设备。在用户不用SIM卡作紧急呼叫时，IMEI可以用作用户识别码。IMEI的格式如图7-5所示。u TAC：型号批准码，由欧洲型号标准中心分配。u FAC：装

29、配厂家号码，如Motorola 杭州通信为92。u SNR：产品序号，用于区别同一个TAC和FAC中的每台移动设备。u SP：备用。(3) 国际移动设备识别码图图7-5 国际移动设备识别码国际移动设备识别码(IMEI)的格式的格式(4) 移动台的号码 移动台的号码类似于PSTN中的电话号码，是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：1) 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7-6所示。uCC：国家代号，即移动台注册登记的国家代号

30、，中国为86。u NDC：国内地区码，每个PLMN有一个NDC，如中国移动的138、中国联通的130。u SN：移动用户号码。u 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。国家码：国际长途用的，中国是86。国内目的码：即网络接入号，也就是手机号前3位。用户号码：8位，前4位用于识别归属地，呼叫时可以通过它找到用户所在的HLR，调取用户信息。(4) 移动台的号码图图7-6 移动台国际移动台国际ISDN的格式的格式(4) 移动台的号码2)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

31、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，并可分配给其他来访的移动台使用。 漫游号码的组成格式与移动台国际（或国内）ISDN号码相同。(5) 位置区和基站的识别码1)位置区识别码（LAI）。在检测位置更新和信道切换时，要使用位置区识别标志（LAI），LAI的组成格式如图7-7所示。u MCC和MNC均与IMSI的MCC和MNC相同。u 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后面加上小区的标志号（CI），还可以组成小区识别码。移动国家号码移动网号：2位位置区号码(5) 位

32、置区和基站的识别码图图7-7 位置区识别码的格式位置区识别码的格式(5) 位置区和基站的识别码2)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（在国内用于区别不同的省份）。BSIC为一个6bit编码，其格式如图7-8所示。u NCC：PLMN色码，用来识别相邻的PLMN网。u BCC：BTS色码，用来识别相同载频的不同基站，由运营商确定。网络色码(3 bit)基站色码(3 bit)(5) 位置区和基站的识别码图图7-8 基站识别色码的格式基站识别色码的格式移动国家号码移动网号：2位位置区号码小区识别

33、代码(5) 位置区和基站的识别码3) 全球小区识别码（CGI）。全球小区识别码（CGI）用于识别某个位置区下的一个小区，用于移动用户的位置更新。7.1.3 主要业务 GSM系统定义的所有业务是建立在综合业务数字网（ISDN）概念基础上的，并考虑移动特点作了必要修改。GSM系统可提供的业务分为基本通信业务和补充业务。补充业务只是对基本业务的扩充，它不能单独向用户提供，这些补充业务也不是专用于GSM系统的，大部分补充业务是从固定网所能提供的补充业务中继承过来的。因此对补充业务不作详细讨论，下面着重讨论基本通信业务的分类及定义。1. 通信业务分类 GSM系统能提供6类10种电信业务，其编号、名称、业

34、务类型及实现阶段见表7-1。2. 业务定义(1) 电话业务电话业务 电话业务是GSM系统提供的最主要的业务。GSM移动通信网与固定网连接，可提供移动用户与固定网电话用户之间实时双向会话，也可提供任两个移动用户之间的实时双向会话。(2) 紧急呼叫业务紧急呼叫业务 在紧急情况下，移动用户通过一种简单的拨号方式可即时拨通紧急服务中心。这种简单的拨号可以是拨打紧急服务中心号码（在欧洲统一使用112，在我国统一使用火警特殊号119）。有些GSM移动台具有“SOS”键，一按此键就可接通紧急服务中心。紧急呼叫业务优先于其他业务，在移动台没有插入用户识别卡的情况下，也可按键后接通紧急服务中心。2. 业务定义(

35、3) 短消息业务短消息业务 短消息业务包括移动台之间点对点短消息业务，以及小区广播式短消息业务。 点对点短消息业务是由短消息业务中心完成存储和转发功能的。短消息业务中心是与GSM系统相分离的独立实体，不仅可服务于GSM用户，也可服务于具备接收短消息业务功能的固定网用户。点对点消息的发送或接收应在呼叫状态或空闲状态下进行，由控制信道传送短消息业务，其消息量限制为160个字符。2. 业务定义 小区广播式短消息业务是GSM移动通信网以有规则的间隔向移动台广播具有通用意义的短消息，例如道路交通信息等。移动台连续不断地监视广播消息，并能在显示器上显示广播消息。此短消息也是在控制信道上传送的，移动台只有在

36、空闲状态下才可接收广播消息，其消息量限制为93个字符。2. 业务定义(4) 可视图文接入可视图文接入 可视图文接入是一种通过网络完成文本、图形信息检索和电子函件功能的业务。(5) 智能用户电报传送智能用户电报传送 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) 传真传真 语言和三类传真交替传送的业务。自动三类传真是指能使用户经PLMN以传真编码信息文件的形式自动交换各种函件的业务。7.17.2 GSM系统的无线接口 GSM的数字蜂窝网的无线接口（即Um接口），是系统的最重要的接口，也就是通常所说的空中接口。 频率资源是运营商最宝贵的

37、战略资源。需要精打细算、加强管理，这一点在GSM空中接口物理层的设计上体现得淋漓尽致。空中接口的种种信道设计，就其本质而言，都是为了提高频谱资源的利用效率。n GSM物理信道：无线信号传输的实际信道。TDMA帧分配给MS一个时隙，该时隙就称为GSM物理信道。突发脉冲序列都在时隙上传送，也就是在物理信道上传送。n GSM逻辑信道：当同一个物理信道承载不同的突发脉冲时，它就成了不同的逻辑信道。例如，当承载TCH脉冲时，它就是业务信道；当承载BCCH脉冲时，它就是广播信道；当承载SCH脉冲时，它就是同步信道。7.2 GSM系统的无线接口7.2.1 GSM系统无线传输特征 表7-2给出了GSM系统的主

38、要参数，为便于比较，表中还列出了另外两种时分多址数字蜂窝网的对应参数。1. TDMA/FDMA接入方式 GSM系统中，由若干个小区（3个，4个或7个）构成一个区群，区群内不能使用相同频道，同频道距离保持相等，每个小区含有多个载频，每个载频上含有8个时隙，即每个载频有8个物理信道，因此GSM系统是时分多址/频分多址的接入方式，如下图所示。2. 频率与频道序号 上行890-915 MHz 下行935-960 MHz信道间隔：200kHz有效信道总数为124对，每个信道分8个时隙，共992对物理信道 。双工方式：FDD。900 MHz GSM系统工作在以下射频频段：n目前我国给联通的GSM网络分配了

39、6MHz频段，给移动分配了19MHz频段。上行链路：移动890MHz909MHz，联通909MHz915MHz。下行链路：移动935MHz954MHz，联通954MHz960MHz。2. 频率与频道序号3. 调制方式 GSM的调制方式是高斯型最小移频键控（GMSK）方式。矩形脉冲在调制器之前先通过一个高斯滤波器。这一调制方案由于改善了频谱特性，从而能满足CCIR（国际无线电咨询委员会）提出的邻道功率电平比载频功率低60dB以上的要求。高斯滤波器的归一化带宽BT=0.3。基于200kHz的载频间隔及270.833kbps的信道传输速率，其频谱利用率为1.35bit/(sHz)。4. 载频复用与区

40、群结构 GSM系统中，基站发射功率为每载波500W，平均每个时隙为500/8=62.5W。移动台发射功率分为0.8W、2W、5W、8W和20W五种，可供用户选择。小区覆盖半径最大为35km，最小为500m，前者适用于农村地区，后者适用于市区。由于系统采取了多种抗干扰措施（如自适应均衡、跳频和纠错编码等），同频道射频防护比可降到C/I=9 dB，因此在业务密集区，可采用3小区（9扇区）的区群结构。7.2.2 信道类型 物理信道是无线信号传输的实际信道，而逻辑信道则是根据物理信道上传递信息种类的不同而定义的信道。对于TDMA系统而言，一个载频上的TDMA帧的一个时隙称为一个物理信道，它相当于FDM

41、A系统中的一个频道。蜂窝通信系统要传输不同类型的信息，按逻辑功能而言，可分为业务信息和控制信息。因而在时分、频分复用的物理信道上要安排相应的逻辑信道。在时分多址的物理信道中，帧的结构或组成是基础，为此下面先讨论GSM的帧结构。1. 帧结构 每一个TDMA帧分为8个时隙，帧长度为120/26 ms=4.615ms，不同帧用不同帧号标志。每个时隙含156.25个码元，占15/26 ms=0.577ms。 由若干个TDMA帧构成复帧，其结构有两种：一种是由26帧组成的复帧，这种复帧长120ms，主要用于业务信息的传输，也称业务复帧；另一种是由51帧组成的复帧，这种复帧长235.385ms，专用于传输

42、控制信息，也称控制复帧。 由51个业务复帧或26个控制复帧均可组成一个超帧，超帧的周期为5126=1326 TDMA帧，超帧长6.12秒。1. 帧结构 由2048个超帧组成超高帧，超高帧的周期为20481326=2715648个TDMA帧，相当于3小时28分53秒760毫秒。 帧的编号（FN）以超高帧为周期，从02715647。每当一个新的超高帧开始，加密和跳频算法也重新开始。 GSM系统上行传输所用的帧号和下行传输所用的帧号相同，但上行帧相对于下行帧来说，在时间上推后3个时隙，如图7-11所示。每个TDMA帧分07共8个时隙1. 帧结构图图7-10 GSM系统各种帧及时隙的格式系统各种帧及时

43、隙的格式1. 帧结构 从微观上看，手机并不是工作在全双工模式，它只有一套收发设备，所以在特定的时隙只能收或发。除非给手机添加一个双工器，同时发射和接收，但是成本较高。为了解决这个问题，规定上行和下行有3个时隙的偏移量，允许移动台在这3个时隙的时间内，进行帧调整以及对收发信机的调谐和转换。图图7-11 上行帧号和下行帧号所对应的时间关系上行帧号和下行帧号所对应的时间关系2. 信道分类 图7-12示出了GSM系统的信道分类。从图7-10和7-12看，GSM系统的帧结构和信道结构是很复杂的。人们当初之所以这么设计，是因为需要更好地进行资源控制和管理，以确保系统资源的高使用效率，这正像铁路运输一样，为

44、了使列车高效运行，仅有承载列车的铁路（相当于业务信道）是远远不够的，还需要配套许多监控措施和管理调度措施，以及货物的合理装配等。下面具体介绍业务信道和控制信道。2. 信道分类图图7-12 GSM系统的信道分类系统的信道分类(1) 业务信道 业务信道TCH主要传输数字话音或数据，其次还有少量的随路控制信令。业务信道有全速率业务信道（TCH/F）和半速率业务信道（ TCH/H）之分。半速率业务信道所用时隙是全速率业务信道所用时隙的一半。目前使用的是全速率业务信道，将来采用低比特率话音编码器后可使用半速率业务信道，从而在信道传输速率不变的情况下，时隙数目可加倍。1）话音业务信道。）话音业务信道。载有

45、编码话音的业务信道分为全速率业务信道（TCH/FS）和半速率业务信道（ TCH/HS） ，两者的总速率分别为22.8kbps和11.4kbps。对于全速率话音编码，话音帧长20ms，每帧含260bit话音信息，提供的净速率为13kbps。(1) 业务信道2）数据业务信道。）数据业务信道。在全速率或半速率信道上，通过不同的速率适配和信道编码，用户可使用下列各种不同的数据业务：u 9.6 kbps，全速率数据业务信道（TCH/F9.6）。u 4.8 kbps，全速率数据业务信道（TCH/F4.8）。u 4.8 kbps，半速率数据业务信道（TCH/H4.8）。u 2.4kbps，全速率数据业务信道

46、（TCH/F2.4）。u 2.4kbps，半速率数据业务信道（TCH/H2.4）。 此外，在业务信道中还可安排慢速辅助控制信道或快速辅助控制信道，它们与业务信道的连接在图7-12中用虚线表示。(2) 控制信道 凡是有资源的地方就得有控制，要不然大家抢资源就会没了规矩，乱了套，最终会降低资源的使用效率。 控制信道（CCH）用于传送信令和同步信号。它主要有三种：广播信道（BCH）、公共控制信道（CCCH）和专用控制信道（DCCH）。1）广播信道（）广播信道（BCH）。）。广播信道是一种“一点对多点”的单方向控制信道，用于基站向移动台广播公用的信息，其传输的内容主要是移动台入网和呼叫建立所需要的有关信息，具体又分为：候车厅的大喇叭FCCH FCCH（频率校正信道）：下发一个长达142位全0比特，以保证MS校正自己的振荡器的频率并锁定到该BTS的频率。只有锁定了该载频，MS才能收听到跟随在FCCH之后的同步信息（SCH）和广播控制信息（BCCH ）。广播信道（BCH）现在是北京时间八点整SCH SCH（同步信道）：报时。携带MS帧同步信息（TDMA帧号）和BTS的识别码，在BCCH（广播控制信道）的下行链路的0号时隙发送。前者用