GSM无线基本概念简介

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1、第三章 GSM无 线基本概念简介主要内容 GSM网络系统结构 蜂窝小区 无线电波传播 频率资源 载干比 信道概念 GSM空中控制技术网络系统结构移动通信网主要分为交换传输部分和无线部分，交换 传输部分与PSTN网类似，而无线网络是特有的，无线比 有线存在很多不确定的因素，而移动无线电波比固定无线 通信由于其移动性和传播条件的恶劣显得特别复杂。无线网络的优劣常常成为决定移动通信网络好坏的决 定因素之一，也是我网络优化的重点。网络系统结构一套完整的蜂窝移动通信系统主要是由交换网络子系 统（SS）、无线基站子系统（BSS）、移动台（MS）及 操作维护子系统（OMC）四大子系统设备组成。由于GSM规范

2、是由北欧一些运营公司制定出来的，为 了照顾各运营公司的利益，因此GSM规范对系统的各个 接口都有明确的规定。也就是说，各接口都是开放式的接 口。网络系统结构网络系统结构GSM系统结构如图所示，SS系统包括有 移动业务交换中心（MSC）、拜访位置寄存器（VLR） 、归属位置寄存器（HLR）、鉴权中心（AUC）和移 动设备识别寄存器（EIR）；BSS系统包括有基站控制器（BSC）和基站收发信台（ BTS）。网络系统结构为了各个厂家所生产的设备可以通用，上述各组成部分的连接都必须严 格地符合规定的接口标准。GSM系统遵循CCITT建议的公用陆地移动通 信网（PLMN）接口标准，采用7号信令支持PLM

3、N接口进行所需的数据 传输。网络系统结构交换网络资系统（SS）主要完成交换功能和客户数据与移动性管理 、安全性管理所需的数据库功能。SS由一系列功能实体所构成，各 功能实体介绍如下：移动交换中心（MSC） 它是GSM网络系统的核心部分，是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，也是移动通信系统与其它公用通 信网之间的接口。 MSC提供交换功能，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，还可以完成BSS、MSC之间的 切换和辅助性的无线资源管理、移动性管理等。 作为网络的核心，MSC与网络其他部件协同工作，完成移动用户位置 登记、越区切

4、换和自动漫游、合法性检验及频道转接等功能。网络系统结构归属位置寄存器（HLR） HLR是一个静态数据库，用来存储本地用户数据信息的数据库。一个HLR能 够控制若干个移动交换区域或整个移动通信网，所有用户重要的静态数据都 存贮在HLR中，在GSM通信网中，通常设置若干个HLR，每个用户都必须在 某个HLR（相当于该用户的原籍）中登记。登记的内容分为两类：一种是永 久性的参数，如用户号码、移动设备号码、接入的优先等级、预定的业务类 型以及保密参数等；另一种是暂时性的需要随时更新的参数，即用户当前所 处位置的有关参数，即使用户漫游到HLR所服务的区域外，HLR也要登记由 该区传送来的位置信息。这样做

5、的目的是保证当呼叫任一个不知处于哪个地 区的移动用户时，均可由该移动用户的原地位置寄存器获知它当时处于哪一 个地区，进而建立起通信链路。 HLR储存两类数据： 一是用户的参数，包括MSISDN、IMSI、用户类别、Ki、补充业务等。 二是用户的位置信息，即该MS目前处于哪个MSC/VLR中的MSC/VLR地址。网络系统结构拜访位置寄存器（VLR） VLR是一种用于存储来访用户位置信息的数据库。一个VLR通常 为一个MSC控制区服务，也可以为几个相邻MSC控制区服务。当 移动用户漫游到新的MSC控制区时，它必须向该地区的VLR申请 登记。VLR要从该用户的HLR查询有关的参数，要给该用户分配 一

6、个新的漫游号码（MSRN），并通知其HLR修改该用户的位置 信息，准备为其他用户呼叫此移动用户时提供路由信息。如果移 动用户由一个VLR服务区移动到另一个VLR服务区时，HLR在修 改该用户的位置信息后，还要通知原来的VLR，删除此移动用户 的位置信息。因此，VLR可看作是一个动态数据库。 VLR中也寄存两类信息： 一是本交换区用户参数，该参数是从HLR中获得的。 二是本交换区MS的LAI。网络系统结构 鉴权中心（AUC） AUC属于HLR的一个功能单元部分，专用于GSM系统的 安全性管理。它产生为确定移动客户的身份和对呼叫保密 所需鉴权和加密都需通过系统提供的用户三参数组参与来 完成。 三参

7、数组：RANDom number（RAND）、Signed RESponse（SRES）、Ciphering Key（Kc） AUC存储着鉴权信息与加密密钥，用来进行用户鉴权及对 无线接口上的语音、数据、信令信号进行加密，防止无权 用户接入和保证移动用户通信安全。网络系统结构 设备设别寄存器（EIR） EIR也是一个数据库，存储有关移动台设备参数。主要 完成对移动设备的识别、监视、闭锁等功能，以防止 非法移动台的使用。 EIR存贮着移动设备的国际移动设备识别号（IMEI）， 通过核查白色清单、黑色清单、灰色清单这三种表格 ，分别列出准许使用、出现故障需监视、失窃不准使 用的移动设备识别号（IM

8、EI）。运营部门可据此确定 被盗移动台的位置并将其阻断，对故障移动台能采取 及时的防范措施。但在我国，基本上没有采用EIR进行设备识别。网络系统结构BSS系统是在一定的无线覆盖区中由MSC控制，与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。功能实体可分为基站控制器（BSC）和 基站收发信台（BTS）。 基站子系统BSS在GSM网络的固定部分和无线部分之间 提供中继，一方面BSS通过无线接口直接与移动台实现通 信连接，另一方面BSS又连接到网络端的移动交换机。网络系统结构 基站控制器（BSC） 基站控制器（BSC）是基站收发信台和移动交换 中心之间的连接点，也为基

9、站收发信台和操作维 护中心之间交换信息提供接口。一个基站控制器 通常控制多个基站收发台，其主要功能是进行无 线信道管理、实施呼叫和通信链路建立与拆除， 并为本控制区内移动台的过区切换进行控制，控 制完成移动台的定位、切换及寻呼等，是一个很 强的业务控制点。网络系统结构 基站收发信台（BTS） 基站收发信台（BTS）包括无线传输所需要的各种硬件和 软件，如发射机、接收机、支持各种小区结构（如全向、 扇形、星状和链状）所需要的天线，连接基站控制器的接 口电路以及收发信台本身所需要的检测和控制装置等。 BTS完全由BSC控制，主要负责无线传输，完成无线与有 线的转换、无线分集、无线信道加密、跳频等功

10、能。 BTS包括无线收发信机和天线，此外还有与无线接口相关 的信号处理电路。信号处理电路将实现多址服用所需的帧 和时隙的形成和管理，以及为改善无线传输所需的信道编 码、信道解码和加密、解密，速率适配等功能网络系统结构 移动台（MS）移动台就是常说的“手机”，它是GSM系统的移动客户设备部分，它由 两部分组成，移动终端（MS）和客户识别卡（SIM）。MS可完成语 音编码、信道编码、信息加密、信息的调制和解调、信息发送和接收 。 SIM卡就是“身份卡”，它类似于现在所用的IC卡，因此也称为智能卡 ，存有认证客户身份所需的所有信息，并能执行一些与安全保密有关 的重要信息，以防止非法客户进入网络。SI

11、M卡还存储与网络和客户 有关的管理数据，只有插入SIM后移动终端才能接入网络进行正常通 信。网络系统结构 操作维护子系统（OMC） 它主要是对整个GSM网络进行管理和监控 。通过它实现对GSM网内各种部件功能的 监视、系统的自荐、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，以及各种资 料的收集、分析与显示等功能。网络系统结构GSM网络区域组成 GSM服务区：由一个或者几个服务区组成，这些服务区具有完全一致的MS-BS 接口 PLMN：是指由一家公司负责经营的移动通信业务区域，一般由若干个业务区（ 移动本地网）组成（此服务区是逻辑上的区域），对于网内存在的

12、若干个 MSC，也采用编号方式进行识别和管理。 MSC/VLR业务区：MSC所覆盖的服务区域，凡在该区的移动台均在该区的拜访 位置寄存器（VLR）登记。一个移动业务交换中心（MSC）所覆盖的网络部 分，可由N个位置区组成。MSC亦由编号方法来识别管理，通常一个或几个 MSC对应一个HLR。 位置区（LA）：移动台可在其中自由移动而不需要进行位置登记的区域，一个 位置区可包含若干小区，在MSC中采用位置区域识别码（LAI）对其进行管 理。 基站区：由一个基站提供服务的所有小区所覆盖的区域。 小区：一个基站划分为若干个小区，它是网络中的一个基本无线覆盖区域。网络系统结构蜂窝小区目前的移动通信系统一

13、般采 用小区制，即将整个网络服 务区域划分为若干小区，每 个小区用以负责本小区移动 通信的联络和控制等功能。 因此移动网络的覆盖区可以 看成是由若干正六边形的无 线小区相互邻接而构成的面 状服务区。由于这种服务区 的形状很像蜂窝，便将这种 系统称之为蜂窝式移动通信 系统，与之相对应的网络称 之为蜂窝式网络。D3D1 C1B3 B2C2 B1A2D2A1 C3A3D3D1 C1B3 B2C2 B1A2D2A1 C3A3D3D1 C1B3 B2C2 B1A2D2A1 C3A3D3D1 C1B3 B2C2 B1A2D2A1 C3A3D3D1 C1B3 B2C2 B1A2D2A1 C3A3同频小区蜂窝

14、小区蜂窝小区可分为以下几种： 宏蜂窝小区：每小区的覆盖半径大多为1km-25km，发射 功率较强，一般在10W以上，是GSM小区的主要组成部 分。 微蜂窝小区：是在宏蜂窝基站的基础上发展起来的一种小 型化基站。它的覆盖半径大约为30m-300m，发射功率较 小，一般在1W以下，用于解决GSM系统中的盲点和热点 。 微微蜂窝：实质就是微蜂窝的一种，只是他的覆盖半径更 小，一般只有10m-30m，基站发射功率更小，大约在几十 毫瓦左右，它主要解决城内的室内覆盖。蜂窝小区蜂窝小区系统有以下三个特点： 1、无线频率资源复用。由系统所选用的调制方式、带宽确 定载干比，在满足这个载干比要求的前提下考虑到多

15、经衰 落等因素确定同频复用保护距离。 2、越区自动切换。当一个移动用户从某小区移动到另一个 小区时，为使通话不被中断需要自动切换信道，用户不会 察觉到这个过程。 3、漫游。漫游是GSM的一大优点。所谓漫游功能，是指 PLMN网络始终能够跟踪移动用户的实际位置，从而可以 方便地将呼叫终接至该用户。移动用户可自由地漫游至另 一地，只要开机，就可收发呼叫，而不需作任何事先登记 。另外，用户自由漫游也意味着当它跨越位置区边界时， 进行中的呼叫不被中断。无线电波传播移动通信是指通信双方或至少一方是处于移动中进行信息 交流的通信，而移动体之间的通信只能依靠无线电传输， 因此无线通信是指利用电磁波的辐射和传

16、播，经过空间传 送信息的通信方式。电磁波是无线通信的载体。无线电波传播陆地移动通信（PLMN）环境的特点 MS的天线比较低 MS的移动性 信号电平随机变化 在城市环境中存在着波导效应 由于街道两旁有高大的建筑物，导致波导效应。结果使得沿着传播方 向的街道信号增强，垂直于传播方向的街道上信号减弱，两者相差达 10dB以上。不过这种现象在离基站距离越远，减弱程度就越小。 人为噪声现象严重 干扰现象严重无线电波传播无线传播环境十分复杂，传播方式多种多样，几乎包括了电波传播的 所有过程，如：直射、绕射、反射、散射。 直射：无线电波在自由空间传播的基本方式。自由空间是一个理想的 无限大的空间，是为了简化问题的研究而提出的一种科学抽象。 反射：当电磁波遇到比波长大得多的物体时，发生发射。反射发生在 地球表面、建筑物和墙壁表面。 绕射：当发射机和接收机之间的传播路由被尖锐的边缘阻挡时，发生 绕射。 散射：当电磁波的传播路由上存在小于波长的物体、并且单位体积内 这种障碍物体的数目非常巨大时，发生散射。散射发生在粗糙表面