移动通信第7章gsm数字蜂窝移动通信系统

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1、第7章 GSM数字蜂窝移动通信系统,1、教学内容,GSM网络结构、网元及接口功能； GSM的号码管理； GSM的物理信与逻辑信道、信道的组合方式 GSM突发脉冲序列与时隙格式； GSM的信令与协议； GSM的呼叫、安全与移动性管理； GPRS网络的特点，网络结构与网元、接口功能； GPRS传输面和控制面协议结构，GPRS空中接口各层的介绍； GPRS系统移动管理和会话管理； EDGE技术的特点，网络结构和协议变化。,2、教学基本要求,掌握GSM的网络结构、网络单元及各单元间的接口； 熟悉GSM的号码管理； 掌握GSM无线信道的结构及特点； 了解突发脉冲与时隙格式； 了解GSM的信令与协议； 掌

2、握GSM呼叫、安全与移动性管理过程； 掌握GPRS网络的特点及业务应用，GPRS网络结构与网元、接口功能； 了解GPRS传输面和控制面协议结构； 掌握GPRS空中接口各层的功能； 了解GPRS系统移动管理和会话管理； 了解EDGE技术的演进及特点，EGPRS网络结构和协议变化。,3、重点、难点,掌握GSM的网络结构、网络单元及各单元间的接口； 掌握GSM信道的组合方式； 掌握GSM呼叫、安全与移动性管理过程； 掌握GPRS网络的特点及业务应用，GPRS网络结构与网元、接口功能； 掌握GPRS空中接口各层的功能；,7.1 GSM系统网络结构,7.1.1 GSM系统的结构与功能 一个完整的蜂窝移动

3、通信系统主要由网络子系统（NSS）、无线基站子系统（BSS）、操作维护子系统（OSS）和移动台（MS）四大子系 统组成。 GSM系统的典型结构如图7-1所示。,图7-1 GSM蜂窝系统的网络结构,7.1.2 基站子系统,基站子系统（BSS）一般指包含了GSM数字移动通信系统中无线通信部分的所有基础设施，它一端通 过无线接口直接与移动台实现通信连接，另一端又连 接到网络端的交换机，为移动台（MS）和交换子系统 提供传输通路。 基站子系统（BSS）是在一定的无线覆盖区中由移动业务交换中心（MSC）控制、与移动台MS进行通信的系统设备，它主要负责完成无线发送、接收和无线资源管理等功能。 BSS功能实

4、体包括基站控制器和基站收发信机。,1基站收发信机,基站收发信机（BTS）在网络的固定部分和无线部分之间提供中继，移动用户通过空中接口与BTS相连。 BTS包括收发信机和天线以及与无线接口有关的信号处理电路等。,BTS最大容量典型值是16个载频。 在农村用户比较分散的区域，BTS可能减少到一个载频，能支持7个同时通信的用户手机。 在城市等用户密集区域，一般BTS有2到4个载频，可支持1428个用户手机。 每个BTS约覆盖1000m2的面积。,2基站控制器,基站控制器（BSC）是基站收发信机和移动交换中心之间的连接点，是基站子系统（BSS）的智能中心，它主要负责无线网络资源的管理、小区配置数据管理

5、、功率控制、定位和切换等。 BSC的处理能力可在话务量100900Erl（厄兰）之间。,7.1.3 网络子系统,网络子系统（NSS）主要包括移动交换中心和相关的数据库。 网络子系统（NSS）主要完成交换功能，用户数据与用户移动性管理、安全性管理所需的数据库功能。 构成网络子系统（NSS）的一系列实体包括移动业务交换中心（MSC）、访问位置寄存器（VLR）、归属位置寄存器（HLR）、设备识别寄存器（EIR）、鉴权中心（AUC）等。,1移动业务交换中心,MSC提供最基本的交换功能，完成移动用户寻呼接入、信道分配、呼叫接续、话务量控制、计费、基站管理等功能，还完成BSS、MSC之间的切换和辅助性的无

6、线资源管理、移动性管理等，并提供面向其他功能实体和通信网的接口功能。,2访问位置寄存器,访问位置寄存器（Visitor Location Register，VLR）是一个数据库，存储着本地区动态用户的数据。 VLR通常为一个MSC控制区服务，也可以为几个相邻的MSC控制区服务，但一般来说，VLR都只与一个MSC相连。 MSC/VLR可共同管理十万以上的用户，每用户平均话务量约为0.025 Erl。,3归属位置寄存器,归属位置寄存器（Home Location Register，HLR）是一个静态数据库，是GSM系统的中央 数据库，用来存储本地用户的数据信息。 一个HLR能够控制若干个移动交换区

7、域或整个移动通信网，所有用户重要的静态数据如用户的漫游权限、基本业务、补充业务及当前位置信息等都存储在HLR中。,4鉴权中心,鉴权中心（AuC，Authentication Centre）为每个用户设置一个密钥，以便鉴别其服务要求，并将通信数字化。,5移动设备识别寄存器,移动设备识别寄存器（Equipment Identification Register，EIR）存储着移 动设备的国际移动设备识别码（IMEI） 。,7.1.4 操作维护子系统,操作维护子系统（OSS）是操作人员与设备之间的中介，它实现了系统的集中操作与维护，完成包括移动用户管理、移动设备管理及网络操作维护等功能。 它一侧与网

8、络设备相连，另一侧则是作为人机接口的工作站。,1网络管理,网络管理（Network Management）包括所有的网络运行和功能的管理，它存储与控制运行管理和资源使用，从而为用户提供一定质量水平的服务。,具体管理功能如下。 （1）商务管理（用户登记、终端、账单、统计等）。 （2）安全管理（非法入侵检测、授权等级等）。,（3）运营和性能管理（通话质量和话务量监测、网络承载的变化、维护移动监测等）。 （4）系统控制（软件水平、新设备和新功能的引入等）（见GSM 12.06）。 （5）维护（故障检测、设备测试等）。,2网管TMN的结构,图7-2 TMN示意图,3OMC和NMC,GSM规范（GSM

9、12.00）推荐了以下两种平台。 （1）OMC操作维护中心。 （2）NMC网络管理中心。,7.1.5 移动台,移动台就是指配有SIM卡的终端设备，如 手机等，它是GSM系统的移动客户设备部分， 由两部分组成：移动终端（ME）和用户识别 卡（SIM）。 1移动终端 2SIM卡,7.2 GSM网络接口与协议,7.2.1 GSM系统的主要接口 1A接口 A接口定义为网络子系统（NSS）与基站子系统（BSS）间的通信接口。,2Abis接口,Abis接口定义了基站子系统（BSS）中基站控制器（BSC）和基站收发信机（BTS）之间的通信标准，用于远端互连方式。,图7-3 GSM系统的主要接口,3Um接口,

10、Um接口（空中接口）定义为移动台与基站收发信机（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，物理链路是无线链路。,7.2.2 网络子系统的内部接口,1B接口 2C接口 3D接口 4E接口 5F接口 6G接口,图7-4 网络子系统内部接口,7.3 GSM系统主要参数,7.3.1 频带的划分及使用,表7-1 GSM系统主要参数,7.3.2 各类空中信道,图7-5 GSM系统空中信道,（1）频率校正信道（FCCH）。 （2）同步信道（SCH）。 （3）广播控制信道（BCCH）。 （4）寻呼信道（PCH） （5）随机接入信道（RACH） （6）准许接入信道（AGCH）。,（7）

11、独立专用控制信道（SDCCH）。 （8）慢速辅助控制信道（SACCH）。 （9）快速辅助控制信道（FACCH）。 （10）业务信道（TCH）。,7.3.3 帧结构、复帧结构,图7-6 GSM系统帧结构,7.4 GSM系统的号码与识别,1国际移动用户识别码 在GSM系统中，给每个移动用户分配 一个唯一的国际移动用户识别码（IMSI）， IMSI永久地属于一个注册用户，该号码在 包括漫游区域在内的所有位置都是有效的。,（1）IMSI的结构 IMSI最多有15位，由以下3部分组成。 移动国家号码 移动通信网号码 移动用户识别号 （2）IMSI的分配原则,图7-7 IMSI的组成,2临时移动用户识别码

12、,在呼叫建立和位置更新时，GSM系统在空中接口传输使用临时移动用户识别码（Temporary Mobile Subscriber Identity，TMSI）来代替IMSI。,TMSI分配原则如下。 （1）包含4个字节，可以由8个十六进制数组成，其结构可由各运营部门根据当地情况而定。 （2）TMSI的32比特不能全部为1，因为在SIM卡中全为1的TMSI表示无效的TMSI。,（3）要避免在VLR重新启动后TMSI重复分配，可以采取TMSI的某一部分表示时间或在VLR重启后某一特定位改变的方法。,3移动用户ISDN号码,MSISDN号码是呼叫GSM网络中的一个移动用户时，主叫用户所拨的号码，类似

13、于固定网的PSTN号码。 其号码结构如图7-8所示。,图7-8 MSISDN的组成,4移动台漫游号码,移动台漫游号码（Mobile Station Roaming Number，MSRN）是指当MS漫游后，GMSC 寻址VMSC(Visitor MSC)或MSC A寻址MSC B， 为使GSM网络能够进行路由选择，把呼叫转移 到移动台当前所登记的MSC，而由VLR临时分 配给MS一个号码。,5其他号码,（1）本地移动用户识别码（LMSI） （2）切换号码（HON） （3）位置区识别码（LAI） （4）MSC/VLR号码 （5）小区全球识别码（CGI） （6）HLR号码 （7）漫游区域识别码（R

14、SZI） （8）基站识别码（BSIC） （9）国际移动设备识别码（IMEI）,7.5 GSM的漫游、安全和呼叫管理,7.5.1 用户鉴权和加密 1鉴权 就是检查插入的SIM卡与移动台提供的用户标识码是否一致来决定是否允许MS接入和使用网路。,鉴权包括了对用户终端的鉴权和用户身份鉴权。 （1）用户终端的鉴权 （2）用户身份的鉴权 用户身份的鉴权主要是由鉴权中心（AuC）经过A3、A8算法产生鉴权三参数组（RAND、SRES、Kc）来完成的。, 安全数据及其在网络实体中存储的位置 在GSM网络中与鉴权、加密相关的安全性数据如下。 移动用户识别码 用户鉴权键 算法 鉴权三参数组,表7-2 主要安全数

15、据的存储位置, 鉴权中心产生鉴权三参数组 鉴权流程 PIN码,2加密,GSM系统中的加密是指无线路径上的加密，以防止BTS和MS之间交换的用户信息和用户参数被非法个人和团体盗取和窃听，从而保护用户的隐私，提高通信的安全性水平。,3用户身份保护,在可能的情况下，通过使用临时移动用户识别码TMSI替代IMSI，可以使用户身份得到保护。,7.5.2 位置更新和漫游管理,当MS从一个位置区移动到另一个位置区时，发现其存储器中的位置区识别码LAI与接收到的位置区识别码LAI发生了变化，便向网络进行重新登记，这个过程就叫“位置更新”。,1越局位置更新 当移动用户从一个MSC漫游到另一个MSC时，就要进行越

16、局位置更新。 此时，需要HLR参与位置更新过程。 2周期性位置更新,图7-9 不同MSC之间的位置更新,7.5.3 切换,切换（HandOver）是指将一个处于呼叫建立状态或忙状态的MS转换到新的业务信道上的过程，切换功能保持移动用户已经建立的链路不被中断。,小区切换可分为BSS内部切换、同MSC内不同BSS间的小区切换、MSC间小区切换。 其中BSS间的切换和MSC间的切换都需要由MSC控制完成，而BSS内部切换由BSC控制完成。,图7-10是局间MSC切换的流程示意图，这种切换涉及两个MSC，切换前MS所处的MSC为服务交换机（MSC-A），切换后MS所处的MSC为目标交换机（MSC-B）。,图7-10 不同MSC间的切换,图7-11 不同MSC间切换信令流程,7.5.4 呼叫的管理,用户呼叫是GSM系统最基本和最重要的功能之一，一般主叫可分为几个大的阶段：接入阶段、鉴权加密阶段、TCH指配阶段、取被叫用户路由信息阶段。 手机主叫建立流程如图7-12所示。,图7-12 手机主叫建立流程,接入