GSM数字蜂窝移动通信系统

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1、 GSM历史 1979年，世界无线电管理委员会(WARC)划定了今后欧 洲用于蜂窝移动通信系统的频段；1982年，欧洲邮政与电信委员会（CEPT）内建立了 特别移动组（Group Special Mobile)； 1986年，在巴黎建立了GSM永久核心； 1988年，欧洲电信标准协会（ETSI）成立，并接管了 GSM委员会；GSM历史1990年，GSM规范Phase 1 被冻结； 1991年，DCS1800 规范Phase 1被冻结；GSM委员会 开始考虑下一代无线通信系统； 1992年，GSM委员会更名为“ Special Mobile Group”,GSM系统更名为“Global Syst

2、em for Mobile Communication”, DCS1800规范 Phase 2被冻结；1992年，GSM开始商业运营；GSM历史1993年，GSM规范 Phase 2被冻结；1994年，GSM商用运营远超出GSM委员会的范围（中 国、印度、中东、远东、俄罗斯等国家和地区）1996年，ETSI推出GSM规范Phase 21995年，DCS1800商用系统开始在泰国、卡塔尔、英国 等国家和地区运营； 01系列：系统概述 02系列：业务 03系列：网络结构和网络功能 04系列：无线接口信令 05系列：无线接口物理层 06系列：语音编码 07系列：移动台终端适配功能 08系列：A接口和

3、Abis接口 09系列：Interwork 和MAP等 11系列：测试 12系列：网管GSM规范体系GSM系统简介uGSM系统的业务uGSM系统的结构uGSM系统的功能电信业务用户终端业务承载业务基本业务基本业务基本业务补充业务基本业务补充业务GSM系统的业务 业务分类GSM PLMN其它网络终端网络终端 设备终端 设备承载业务用户终端业务用户终端业务用户终端业务是一种电信业务，它提供给用户包括终端设 备功能在内的各种必须功能，使之能与其他 用户通信。 电话业务 紧急呼叫业务 短消息业务 移动被叫点对点短消息业务 移动主叫点对点短消息业务 广播型短消息业务 语音和三类传真交替业务 自动的三类传

4、真业务 话音群呼叫业务 话音广播业务承载业务承载业务是一种电信业务，它在某个接入点上提供 用户所需的传送相应信号的能力。双向异步数据电路（3009600bps） 双向同步数据电路（12009600bps） 异步分组数据接入电路（3009600bps） 双向同步分组数据（24009600bps） 交替语音和数据 数据后接语音业务基本业务和补充业务补充业务用于补充或修饰基本业务，以提供用户完整的业务补充业务不能独立存在例如：主叫号码显示、呼叫转移等。 网络物理结构 网络信令结构 网络各部分功能GSM系统结构和功能网络物理结构MSMSBSSBSSMSCMSCOMC HLRVLRAUCEIRPDN P

5、STN ISDNUm接口A接口GCRNSSBTSBTSBSCAUmMSCMSCVLRVLRHLRAUCEIRBCEFGHDNSSBSSMSMSBSCBTSA 接口Um 接口BTSOMC_RTRAU Abis 接口Asub接口BSS系统接口 A接口：MSC与BSC间的接口 Abis接口：BSC与BTS间的接口 B接口：MSC与VLR间的接口 C接口：MSC与HLR间的接口 D接口：HLR与VLR间的接口 E接口：MSC与MSC间的接口 F接口：MSC与EIR间的接口 G接口：VLR与VLR间的接口 H接口：HLR与AUC间的接口 I接口：MSC与GCR间的接口 Um接口：BTS与MS间的接口网络

6、信令结构CMMMRRLAPDmTDMARRBTSM LAPDmLAPDTDMAPCMRRBTSM LAPDPCMBSSMAPSCCPMTPMAPSCCP MTPMMCMUmAbisAMSBTSBSCMSC归属位置登记处HLR用于储存归属移动用户信息，包括： 国际移动用户身份（IMSI） 移动台ISDN号码（MSISDN） 用于呼叫接续和计费的位置信息，如MS漫游号、VLR地址 和MSC地址等等 业务能力信息 业务限制信息 语音群业务信息 补充业务能力信息，等等拜访位置登记处VLR用于储存其管辖区内的移动用户信息，包括： 国际移动用户身份（IMSI） 移动台ISDN号码（MSISDN） MS漫游

7、号 临时移动用户身份（TMSI） 用户位置区等必要时，VLR需从HLR提取有关用户信息鉴权中心AUC用于储存相关HLR中所有用户的加密键，包括： 用于用户身份鉴别的加密键（A3、A8算法） 用于无线接口加密的加密键（A5算法）鉴权SIMVLRHLRKiA3A8SresKcRANDSres=?KcSresKcRANDKiA3A8加密SIMVLRKiA3A8SresKcRANDSresKcBTSSpeech,DataSpeech,DataA5MSA5Um设备身份登记处EIR用于储存移动台设备身份（IMEI）移动业务交换中心MSC为其服务区内的移动用户提供交换和信令功能 与普通交换机相比，MSC至少

8、附加下列二个功能： 移动用户的位置登记过程 切换过程移动业务交换中心MSCBTSBTSBSCMSC/VLRHLR/AUC/EIRMSC/VLRCFFCE GAUmB，H为内部接口基站分系统BSS实现无线通信所需的各种功能，BSS由下列功能实体组成： 一个基站控制器（BSC） 一个或多个基站收发信台（BTS） 语音压缩与速率适配单元（TRAU）操作维护中心OMC实现GSM系统的操作和维护，一般包括下列功能： PLMN的管理 用户管理 终端管理 计费 统计，等 安全管理 操作与性能管理 系统控制 设备维护，等等BSS分系统简介 BSS分系统的功能实体 BSS分系统的一般结构 BSS分系统的接口 B

9、SS分系统的信令结构 BSS的功能实体 基站控制器BSC 基站收发信机BTS 无线子系统操作维护中心OMC_R 码变换器和速率适配单元TRAUMSMSBSCBTSA 接口Um 接口BTSOMC_RTCBSS的一般结构Abis 接口BSC的一般结构和功能1BSC的一般结构交换网络数字 中继数字 中继处理器网络A接口Abis接口BSC的一般结构和功能2BSC的功能 实现A接口物理层规定（PCM/E1） 实现A接口No7号信令功能（SP） 实现Abis接口物理层规定（PCM/E1） 实现Abis接口数据链路层（LAPD） 实现A接口与Abis接口间业务信道交换功能 实现部分网络层的功能 实现无线资源

10、管理（RR） 实现BSS管理应用部分的功能 实现切换功能等等BSC的交换功能BSC的交换功能用于实现A接口与Abis接口间物理信 道的交叉连接 Abis上的业务信道速率为16K， BSC与TRAU之间的业务 信道速率为16K，因此BSC需实现16K的子速率交换功能 Abis接口的信道安排与BTS的无线信道具有固定的对应 关系，其分配由BSC控制；A接口信道由MSC分配，因此 ，BSC中必须有交换网络实现它们之间的交叉连接Abis信道分配举例CH0CH1CH2CH3 CH4CH5CH6CH7 CH0CH1CH2CH3CH4CH5CH6CH7同步信息空闲时隙空闲时隙 信令时隙OM信道空闲时隙时隙号

11、TS0 TS1 TS2 TS3TS4TS5 TS15TS16TS30TS31TS1729载频1载频2BSC的交换功能的实现BSC的交换功能通常由下列模块实现： 数字中继：用于实现A接口和Abis接口物理层上ITU的有 关E1协议（G703、G704等等） 交换电路模块 若交换电路采用64K全速率交换，则在交换网络的前后 需有复用与反复用设备BSC的交换时钟GSM系统设备一般要求BSC的时钟同步于MSC 的时钟，而BTS的时钟同步于BSC的时钟，因此 必须注意在系统中传输网络的时钟问题BSC的信令功能1uAbis接口数据链路层协议：D信道链 路接入协议LAPDuA接口No.7号信令低层协议：MT

12、P、 SCCPBSC的信令功能2A接口与Abis接口间的协议转换，如加 密过程、信道指配过程等。BSC的信令功能3无线资源管理： 无线资源分配 无线资源释放 无线资源的性能管理，等等切换 实现BSC内的所有切换过程 对于BSC间（或MSC间）的切换，产 生切换候选小区表关于切换完成BTS的一般结构和功能1BTS的功能模块编码与 交织译码与 反交织调制均衡 解调加密解密天馈发信机收信机跳频控制时钟信 令 处 理基 站 接 口 设 备UmAbisBTS的一般结构和功能2BTS的功能 实现Abis接口物理层规定（PCM/E1） 实现Abis接口数据链路层（LAPD） 实现BTS管理功能 实现部分无线

13、资源管理功能（RR） 实现Um接口数据链路层（LAPDm） 实现Um接口物理层规定（TDMA） 实现跳频功能 实现信道加密、解密 实现信道编译码、交织与反交织 实现调制与解调功能信道编码GSM系统中采用由块码与卷积码组成的结联码 对无线信道实现前向的纠错功能 实现坏帧的检测 可用于话音质量检测 可用于无线链路状态的监视 区分不同小区的信道请求消息，等等交织与反交织将需在无线信道上传送的数据流按一定的规则进行 重新排序，以避免在无线信道上引入突发性的误 码段，提高信道编码的功效。实际上，交织与反 交织是减小快衰落影响的有效手段。加密与解密实现GSM规定的有关A5算法，对用户身份数据和用户 业务数

14、据提供保密功能调制解调采用GSM规范规定的规一化带宽为0.3的GMSK调制与 解调信道均衡用于克服时延弥散tt发信机实现用户基带数据到射频信号的转换 上变频 信号激励 功率放大 功率控制收信机实现射频信号到用户基带数据的转换 低噪声放大 下变频 信号激励 自动增益控制（AGC） 信号场强提取（RSSI）天馈系统实现射频信号的合路与分路，控制带外的杂散，实 现网络设计规定的扇区分布等。 在需要时，实现上下行信号的双工功能，抑制收发 信干扰。跳频跳频的实现一般有基带跳频和射频跳频两种收发信1基带处理1收发信2基带处理2收发信n基带处理n交换网络基带跳频BTS的信令 Um接口数据链路层：Dm信道链路

15、接入协议LAPDm Abis接口数据链路层：D信道链路接入协议LAPD Abis接口与Um接口间信令协议转换 无线信道管理BTS的其它功能 信道测量：信号电平、信号质量 预处理 切换功能 TRAU帧形成、提取和管理BSS接口 BSS与MSC之间的接口A接口 BSC与BTS之间的接口Abis接口 BTS与移动台接口Um接口A接口 GSM规范08系列 物理层：PCM/E1 信令传输机制：No.7公共信令 高层：BSSMAPAbis接口连接方式BSCBTSBTSBSCBTSBTSBSCBTSBTS星状连接链状连接环状连接Abis接口信令协议 GSM规范08系列 物理层（PCM/E1） 数据链路层（LAPD） 第三层（BTSM） 无线链路层管理消息 专用信道管理消息 公共信道管理消息 TRX管理消息Um接口 GSM规范04和05系列 物理层：TDMA 数据链路层：LAPDm 网络层：RR、MM、CM20472046210厖1个超高帧2048个超帧012345671个帧8个时隙025241厖050491厖1个复帧26个帧1个复帧51个帧050491厖025241厖1个超帧51个复帧1个超帧26个复帧TDMA帧结构FDMA、TDMA和CDMAF