GSM蜂窝移动通信系统

《GSM蜂窝移动通信系统》由会员分享，可在线阅读，更多相关《GSM蜂窝移动通信系统（91页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、 GSM 蜂窝移动通信系统第一讲 GSM 的发展历史1.1 GSM 系统历史背景 GSM 数字移 动通信系统是由欧洲主要电信运营者和制造厂家组成的标准化委员会设计出来的，它是在蜂 窝系统的基础上发展而成。 蜂窝系统的概念和理论二十世纪六十年代就由美国贝尔实验室等单位提了出来，但其复杂的控制系统，尤其是实现 移动台的控制直到七十年代随着半 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，而北欧也于 1981 年 9 月在瑞典开通了 NM

2、T(Nordic 移动电话)系统，接着欧洲先后在英国开通 TACS 系统，德国开通 C450 系统等。见表 1-1。 表 1-1 1991 年欧洲主要蜂窝系统国家 系统 频带 建立日期 用户数( 千) 英国 TACS 900 1985 1200瑞典、挪威芬 兰、丹麦NMT 450900198119861300法国 Radiocom2000NMT450,9004501985198930090意大利 RTMSTACS4509001985199060560德国 C-450 450 1985 600瑞士 NMT 900 1987 180荷兰 NMT 45090019851989130奥地利 NMTTA

3、CS450900198419906060西班牙 NMTTACS450900198219906060蜂窝移动通信的出现可以说是移动通信的一次革命。其 频 率复用大大提高了频率利用率并增大系统容量，网络的智能化 实现了越区转接和漫游功能，扩大了客户的服务范围，但上述模拟系统有四大缺点：1. 各系统间没有公共接口；2. 很难开展数据承载业务；3. 频谱利用率低无法适应大容量的需求；4. 安全保密性差，易被窃听，易做“ 假机”。尤其是在欧洲系统间没有公共接口相互之间不能漫游， 对 客户之间造成很大的不便。 GSM 数字移 动通信系统史源于欧洲。早在 1982 年，欧洲已有几大模拟蜂窝移动系统在运营，例

4、如北欧多国的 NMT（北欧移 动电话）和英国的 TACS（全接入通信系统），西欧其它各国也提供移动业务。当 时这些系统是国内系统，不可能在国外使用。为了方便全欧洲统一使用移动电话，需要一种公共的系统， 1982 年北欧国家向 CEPT（欧洲邮电行政大）提交了一份建议书，要求制定 900MHz 频 段的公共欧洲电信业务规范。在这次大会上就成立了一个在欧洲电信标准学会（ETSI）技术 委员会下的“移动特别小组 Group SpecialMobile）简称“GSM”，来制定有关的 标准和建议书 。 1986 年在巴黎，该小组对 欧洲各国及各公司经大量研究和 实验后所提出的 8 个建议系统进行了现场实

5、验。 1987 年 5 月 GSM 成员国就数字系统采用窄带时分多址 TDMA、规则脉冲激励线性预测 RPE 一 LTP 话音编码和高斯 滤波最小移频键控 GMSK 调制方式达成一致意见。同年，欧洲 17 个国家的运营者和管理者签署了谅解备忘录（MoU），相互达成履行规范的协议。与此同时还成立了 MoU 组织，致力于 GSM 标准的发展。 1990 年完成了 GSM900 的规范，共产生大约 130 项的全面建议书，不同建议书经分组而成为一套 12 系列。 1991 年在欧洲开通了第一个系统，同 时 MoU 组织为该系统设计和注册了市场商标，将 GSM 更名为“ 全球移动通信系统” （Glob

6、a1 system for Mobile communications）。从此移动通信跨入了第二代数字移动通信系统。同年，移动特别小组还完成了制定 1800MHz 频段的公共欧洲电信业务的规范，名 为 DCSI800 系统。 该系统 与 GSM900 具有同样的基本功能特性，因而该规范只占 GSM 建议的很小一部分， 仅将 GSM900 和 DCSI800 之间的差别加以描述，绝大部分二者是通用的，二系统均可通称为 GSM 系统。 1992 年大多数欧洲 GSM 运营者开始商用业务。到 1994 年 5 月已有 50 个 GSM 网在世界上运营，10 月总客户数已超 过 400 万，国 际漫游

7、客户每月呼叫次数超 过 500 万，客户平均增长超过 50。 1993 年欧洲第一个 DCSI800 系统投入运营。到 1994 年已有 6 个运营者采用了该系统。 1.2 GSM 系统技术规范 GSM 系 统技术规范中只对功能和接口制定了详细规范，未对硬件做出规定。这样做目的是尽可能减少对设计者限制，又使各运 营者有可能购买 不同厂家的设备。 GSM 系统技术规范共分 12 章： 系列 01 概述 02 业务方面 03 网路方面 04 MS-BS 接口与协议 05 无线路径上的物理层 06 话音编码规范 07 MS 的终端适配器 08 BS-MSC 接口 09 网路互通 10 业务互通 11

8、 设备和型号认可规范12 操作和维护 这些系列规范都是由 ETSI 组建的不同工作组和专家组编写而成的。1988 年春天完成第一阶段标准的第一个版本，以支撑当 时的投标活动。后来修改过几次，1990 年以后除了传真方面的规范外，其它很少作改 动， 1992 年底基本冻结。第二阶段标准到 1993 年底也基本完成了主要部分，并与 1994 年底 冻结， 为了提高系统的性能，从 1994 年 6 月又开始考虑第2阶段的有关标准的定义，后并入第二 阶段标准，并宣布还会有第三阶段的标准。实际上由于第三代移动通信系统的提出，已中止第三 阶段标准。 为了保证 GSM 网路内现有的和将来的业务开展，在制定标

9、准时必须考虑兼容性的要求。第二讲 GSM 通信系统2.1 系统的组成 蜂窝移动通信系统主要是由交换网路子系统（NSS）、无线基站子系统(BSS)和移 动台（ MS）三大部分 组成，如 图 21 所示。其中 NSS 与 BSS 之间的接口为“A”接口，BSS 与 MS 之间的接口为“Um” 接口。在模 拟移动通信系统中，TACS 规范只对 Um 接口进行了规定，而未 对 A 接口做任何的限制。因此，各设备生产厂家对 A 接口都采用各自的接口协议，对 Um 接口遵循 TACS 规范。也就是说，NSS 系统和 BSS 系统只能采用一个厂家的设备，而 MS 可用不同厂家的设备。 图 21 蜂窝移动通信

10、系统的组成 由于 GSM 规范是由北欧一些运营公司“炒” 出的规范，运营公司当然喜欢花最少的投资，用最好的设备来建最优良的通信网，因此 GSM 规范对系统的各个接口都有明确的规定。也就是说，各接口都是开放式接口。 GSM 系 统框图如图 2-2，A 接口往右是 NSS 系统，它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），A 接口往左 Um 接口是 BSS 系统，它包括有基站控制器（BSC ）和基站收发信台（BTS）。Um 接口往左是移 动 台部分（MS ），其中包括移动终端（MS）和客户识别卡（SI

11、M）。 图 22 GSM 系统框图 在 GSM 网上还配有短信息业务中心（SC），即可开放点 对点的短信息业务，类似数字寻呼业务，实现全国联网，又可开放广播式公共信息 业务。另外配有语音信箱，可开放语音留言业务，当移动被叫客户暂不能接通 时，可接到 语音信箱留言，提高网路接通率，给运营部门增加收入。 2.2 交换网路子系统 交换网路子系统（NSS）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。 NSS 由一系列功能实体所构成，各功能 实 体介绍如下： MSC：是 GSM 系统的核心，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

12、公用通信网之间 的接口。它可完成网路接口、公共信道信令系统和计费等功能， 还可完成 BSS、MSC 之间的切 换和辅助性的无线资源管理、移动性管理等。另外，为了建立至移动台的呼叫路由，每个 MS、还应能完成入口 MSC（GMSC）的功能，即查询位置信息的功能。 VLR：是一个数据库，是存储 MSC 为了处理所管辖区域中 MS（统称拜访客户）的来话、去话呼叫所需检索的信息，例如客 户的号码，所 处位置区域的 识别，向客户提供的服务等参数。 HLR：也是一个数据库，是存储 管理部门用于移动客户管理的数据。每个移动客户都应在其归属位置寄存器（HLR）注册登记，它主要存 储两类信息：一是有关客 户的参

13、数；二是有关客户目前所处位置的信息，以便建立至移 动台的呼叫路由，例如 MSC、VLR 地址等。 AUC：用于产生为确定移动客户的身份和对呼叫保密所需鉴权、加密的三参数（随机号码 RAND，符合响应 SRES，密 钥 Kc）的功能实体。 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。 2.3 无线基站子系统 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 ）。 BSC：具有对一个

14、或多个 BTS 进行控制的功能，它主要 负责无线网路资源的管理、小区配置数据管理、功率控制、定位和切换等，是个很强的业务控制点。 BTS：无线接口设备，它完全由 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、跳频等功能。 2.4 移动台 移动台就是移动客户设备部分，它由两部分 组成，移 动终端 (MS)和客户识别卡（SIM）。 移动终端就是“机” ，它可完成话音编码、信道 编码、信息加密、信息的调制和解调、信息发射和接收。 SIM 卡就是“身份卡” ，它类似于我们现在所用的 IC 卡，因此也称作智能卡，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

15、关的重要信息，以防止非法客户进入网路。SIM 卡还存 储与网路和客 户有关的管理数据，只有插入 SIM 后移动终端才能接入进网，但 SIM 卡本身不是代金卡。 2.5 操作维护子系统 GSM 系 统还有个操作维护子系统（OMC），它主要是 对整个 GSM 网路进行管理和监控。通过它实现对 GSM 网内各种部件功能的监视、状态报告、故障诊断等功能。 OMC 与 MSC之间的接口目前还未开放，因 为 CCITT 对电信网路管理的 Q3 接口标准化工作尚未完成。 第三讲 GSM 关键技术3.1 工作频段的分配 （1）工作频段 见图 3-1。我国陆地公用蜂窝数字移动通信网 GSM 通信系统采用 900MHz 频段： 905915（移动台发、基站收） 950960（基站发、移动台收） 随着业务的发展，可视需要向下 扩展，或向 1.8GHz 频段的 DCSI800 过渡，即1800MHz 频段： 17101785（移动台发、基站收） 18051880（基站发、移动台收） 图 3-1 我国 陆地蜂窝移动体系系统频段分配图 （2）频道间隔 相邻两频道间隔为 200kHz，每个频道采用时分多址接入（TDMA ）方式，分 为 8 个时隙，即 8 个信道（全速率）。每信道占用 带宽 200kHz8=25kHz