移动通信及GSM网络基础

第一章移动通信简介1.1移动通信的基本知识1.1.1移动通信的概念所谓移动通信，是指通信双方或至少有一方处于运动中进行信息交换的通信方式。移动通信几乎集中了有线和无线通信的最新技术成就，其所能交换的信息，已不仅限于语音，一些非语音服务（如传真、数据、图像等）也已逐步纳入移动通信的服务范围。移动通信无论是在公用通信领域还是专业通信领域都有很广阔的发展前景。1.1.2移动通信的特点移动通信与固定通信相比，具有以下主要特点：通信系统复杂，诸如频率和功率控制、位置更新、越区切换、漫游以及入网和计费方式等都较固定网复杂的多。移动通信必须使用无线电波传播，且传播环境复杂。移动台的不断运动产生多普勒效应，造成附加调频噪声，出现失真。移动台受噪声的骚扰并在强干扰情况下工作。组网方式多样灵活。对移动台要求更为苛刻。用户量大而频率有限。1.1.3移动通信的分类移动通信有多种分类方法。【1】按使用对象可分为民用设备和军用设备；【2】按使用环境可分为陆地通信、海上通信和空中通信；【3】按服务范围可以分为公用网和专用网；【4】按组网方式可分为大区制和小区制；【5】按信号方式可以分为模拟网和数字网；【6】按多址方式可分为频分多址、时分多址和码分多址；【7】按工作方式分可分为同频单工、异频单工、异频双工和半双工。【8】按业务类型可分为电话网、数据网和综合业务网；1.1.4移动通信的频率频谱是宝贵的资源。原邮电部根据国家无线电委员会规定现阶段取160MHz频段、450MHz频段、900MHz频段作为移动通信工作频段，即：160MHz频段：138~149.9MHz150.05~167MHz450MHz频段：403~420MHz450~470MHz900MHz频段：890~915MHz（移动台发、基站收）935~960MHz（基站发、移动台收）1.1.5移动通信系统的组网原则和网络组成移动通信的组网原则：蜂窝式组网理论是移动通信组网原则的基础，即将一个移动通信服务区划分成许多以正六边形为基本几何图形的覆盖区域，称为蜂窝小区（Cell），若干Cell组成一个位置区域（LAC）。若干LAC组成公共陆地移动网（PLMN）。移动通信的网络组成：由于移动通信系统是移动体之间、移动体和固定用户之间，以及固定用户与移动体之间，能够建立许多信息传输通道的通信系统。因此，移动通信的网络组成包括移动台、基站、移动业务交换中心以及与市话网的中继接口等设备。1.1.6移动通信的发展移动通信经过了第一代模拟移动通信系统、第二代数字移动通信系统的发展历程。第三代移动通信系统属于移动和个人通信系统，除了可以传送语言和数据外，还能传送高质量的活动图像，真正实现“任何人（Whoever）在任何地点（Wherever）、任何时间（Whenever）可以同任何人（Whomever）进行任何形式（Whatever）的通信”这个目标。移动通信的发展趋势为：未来通信技术和计算机技术将更加融合，语音业务和数据业务也将更加融合，移动通信将向IP化的大方向演进。1.2移动通信网络结构1.2.1通信网络等级结构及网络组织通信网络一般结构图1.1为通信网络的几种常见组网方式。星形网星形网：中央的节点相当于汇接局，周边的节点相当于端局。优点：节省传输线路设备。

缺点：可靠性差。网状网：节点是个个相连的。优点：可靠性很高。

缺点：线路投资很高，不适合节点较多的网络。环行网：节点组成环路。在计算机通信网中使用较多。图1.1通信网络的常见组网方式四级长途通信网图1.2为四级长途通信网络结构,我国长途通信网络曾长期采用这种四级辐射汇接的结构。近年来开始向两级制过渡。基干路由低呼损直达路由高效直达路由C4：县级交换中心。C3：地区交换中心。C2：省级交换中心。C1：大区中心。图1.2长途通信网络基干路由低呼损直达路由高效直达路由C4：县级交换中心。C3：地区交换中心。C2：省级交换中心。C1：大区中心。两级长途通信网络结构近年来,长途通信网络逐渐向两级长途通信网络结构转换,图1.3为两级长途通信网络的结构示意图。DC1：省级交换中心。主要汇接所在省的省际长途来去话务和所在本地网的长途话务。DC1之间以基干路由成网状相连。若话务量较高，可在同一城市设置多个DC1。DC2：地市级交换中心。主要汇接所在本地网的长途终端话务。DC2与本省的DC1之间设置直达电路，也可与非从属DC1间建立直达电路。若话务量较大时，相邻省间的DC2也可以设置直达路由。A省A省B省图1.3两级通信网络结构两级网络结构简化了网络的等级结构，使得长途路由选择得到简化，但是也应该遵守尽量减少路由转接次数和少占用长途电路的原则。1.2.2NO.7信令网结构1.我国信令网三级结构图1.4为我国信令网结构示意图。图1.4我国信令网结构示意图在上图给出的信令网结构中，可以看到信令网由三要素组成：信令点（SP）：是信令消息的起源点和目的点，通常就是通信网中的交换和处理节点。信令点编码有两种：14位和24位。源信令点编码记为OPC，目的信令点编码记为DPC。

信令转接点（STP）：具有转接信令的功能，它可以将一条信令链路的信令消息转发至另一条信令链路。

信令链路（SignallingLink）：连接各个信令点，信令转接点，传送信令消息的物理链路称为信令链路。HSTPSPLSTP图1.4我国信令网结构示意图在上图给出的信令网结构中，可以看到信令网由三要素组成：信令点（SP）：是信令消息的起源点和目的点，通常就是通信网中的交换和处理节点。信令点编码有两种：14位和24位。源信令点编码记为OPC，目的信令点编码记为DPC。

信令转接点（STP）：具有转接信令的功能，它可以将一条信令链路的信令消息转发至另一条信令链路。

信令链路（SignallingLink）：连接各个信令点，信令转接点，传送信令消息的物理链路称为信令链路。HSTPSPLSTP2.信令传送方式信令的传送方式可以有两种方式：直联方式和准直联方式，如图1.5所示：两个信令点之间通过预先设定的多个串接的信令链路传递消息，中间经过一个或多个信令转接点，但传送消息的通路在一定时间内是预先确定和固定的。两个信令点之间通过直达信令链路传递消息；此时话路和信令是平行的。直联方式链路话路SPSP预先设定链路链路话路准直联方式STPSPSP图1.5两种信令传送方式两个信令点之间通过预先设定的多个串接的信令链路传递消息，中间经过一个或多个信令转接点，但传送消息的通路在一定时间内是预先确定和固定的。两个信令点之间通过直达信令链路传递消息；此时话路和信令是平行的。直联方式链路话路SPSP预先设定链路链路话路准直联方式STPSPSP第二章GSM数字移动通信系统介绍移动通信经历了由模拟通信向数字化通信的发展过程。目前比较成熟的数字移动通信制式主要有泛欧的GSM、美国的ADC和日本的JDC也即PDC。其中GSM是目前世界上用的最多的一种制式，也是目前最成熟最先进的数字通信技术。GSM的英文全称是GlobalSystemofMobile，即全球移动通信系统。根据GSM的意义，将该网定名为“全球通”网络。2.1GSM通信系统2.1.1GSM系统特点相对模拟移动电话而言，数字移动通信GSM具有以下特点：【1】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。【2】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。【3】GSM业务种类多，系统出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。【4】GSM系统具有加密和鉴权功能，能确保用户保密和网络安全，安全性能好。【5】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一般都很强，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。【6】GSM系统抗干扰能力强，覆盖区内的通信质量高。【7】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。2.1.2GSM系统区域定义和识别号区域定义移动通信网的区域可逐级分为服务区、PLMN区、MSC区、位置区、基站区、小区。服务区：是指移动台可获得服务的区域。一个服务区可由一个或若干个PLMN区组成。PLMN区：公用陆地移动通信网（PLMN）由一个或若干个移动业务交换中心（MSC）组成。MSC区：移动业务交换中心（MSC）由一个或若干个位置区组成。位置区：是指移动台可以任意移动，不需要进行位置更新的组成。由一个或若干个小区（或基站区）组成。基站区：由基站收发信台（BTS）包括的所有小区组成。小区：采用基站识别码或全球小区识别进行标识的无线覆盖区域。移动识别号MSISDN：移动用户ISDN号码。是指移动用户的电话号码，存储在HLR和VLR中。其格式为：8613903100000。IMSI：国际移动用户识别号码。是GSM系统分配给移动用户的唯一识别号，此号码在所有位置包括漫游区都是有效的。它存储在SIM卡、HLR以及VLR中。其格式为：460003109001000。MSRN：移动用户漫游号码。是移动用户做被叫时由被叫用户所在的MSC临时分配的，接续完成后便释放掉，对用户而言是不可见的。其格式为：8613900XXXXXX、8613740XXXXXX等。2.1.3GSM系统结构PSTN、ISDN、PDNGSM系统是由网络子系统NSS、基站子系统BSS和操作维护PSTN、ISDN、PDNMSC/VLRHLR/AUCBSCBTSMSC/VLRHLR/AUCBSCBTSMSEIRBTSMSEIRBTSBSSBSSOSSNSSOMC-ROMC-SOSSNSSOMC-ROMC-S图2.1GSM系统结构图2.1GSM系统结构子系统OSS几部分组成。BSS在移动台(MS)和NSS之间提供和管理传输通路。NSS管理通信业务，保证MS与相关的功用通信网或与其他MS之间建立通信。OSS提供控制和维护这些设备的手段。GSM系统的典型结构如图2.1所示.在图2.1中各个功能实体列举如下，其具体功能在以后的章节中详细解释。BSS：基站子系统 NSS：网络子系统OSS：操作维护子系统 MS：移动台BTS：基站收发信台 BSC：基站控制器MSC：移动业务交换中心 VLR：来访用户位置寄存器HLR：归属位置寄存器 AUC：鉴权中心EIR：移动设备识别寄存器 OMC-R：无线操作管理中心OMC-S：交换操作管理中心 PSTN：公用电话网ISDN：综合业务数字网 PDN：公用数据网其中PSTN、ISDN、PDN属于其它通信网络。2.1.4GSM业务功能GSM移动通信系统可提供的业务分为基本业务和补充业务。基本业务包括：基本通话业务：网络向用户提供实时双向会话。短消息业务：网络可提供手机收发短消息功能，短消息业务是指利用手机自有功能，通过手机直接编辑、接受/发送及转发中/英文信息。全球通用户需要在手机的“短消息中心设置”中输入：＋8613800311500；神州行用户需要输入：＋8613800311502。传真业务：自动三类传真。数据业务：各种有关上网的功能附加业务包括：主叫显示主叫显示是向被叫客户提供主叫方电话号码显示的一种新业务。呼叫转移呼叫转移是指“全球通”数字移动电话，可根据不同情况将来电转移到预先设定的固定电话、移动电话、BP机等通讯工具上（注：也可以转移到全球呼服务中心1258），从而避免来话丢失的一种功能。呼叫转移功能有四类转移方式，分别为无条件前转、遇忙前转、不可及前转、无应答前转一卡双号一卡双号是指客户拥有一张SIM卡的同时，拥有两个电话号码。客户可以根据需要，在不同的情况下使用不同的号码。需要使用一卡双号的SIM卡，并获得与两个号码相对应的PIN码和PUK码。三方通话三方通话是呼叫等待功能的进一步延伸。手机在等待的基础上，使原来处于保持状态的客户，能够加入通话，从而实现三方实时交谈。呼叫限制有闭锁所有出局呼叫、闭锁所有入局呼叫、闭锁所有国际出局呼叫、闭锁漫呼叫等。呼叫等待与呼叫保持业务一同使用，可实现同时与两用户切换通话。2.2GSM关键技术2.2.1多址技术常见的多址技术有：频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）。频分多址(FDMA)：是以不同的频率实现通信的。时分多址(TDMA)：是以不同的时隙实现通信的。码分多址(CDMA)：是以不同的代码实现通信的。GSM系统采用时分、频分混合技术。2.2.2功