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1、2018/10/14,GSM数字移动通信基础,移动网络基础知识,Page 2,目录,GSM简介及基本概念GSM网络介绍,Page 3,GSM的发展简史,移动通信系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。20年代开始在军事及某些特殊领域使用，40年代才逐步向民用扩展；最近十年间才是移动通信真正迅猛发展的时期，而且由于其许多的优点，前景十分广阔。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（全球移动通信，Globel System For Mobile Communication），美国的ADC和日本的JDC（现改称PDC）。其中G
2、SM的发展最引人注目，其发展历程如下： 1982年，欧洲邮电行政大会CEPT设立了“移动通信特别小组”即GSM，以开发第二代移动通信系统为目标。 1986年，在巴黎，对欧洲各国经大量研究和实验后所提出的八个建议系统进行现场试验。 1987年，GSM成员国经现场测试和论证比较，就数字系统采用窄带时分多址TDMA规则脉冲激励长期预测(RPE-LTP)话音编码和高斯滤波最小频移键控(GMSK)调制方式达成一致意见。 1988年，十八个欧洲国家达成GSM谅解备忘录(MOU)。 1989年，GSM标准生效。 1991年，GSM系统正式在欧洲问世，网路开通运行。移动通信跨入第二代。,Page 4,多址技术
3、,多址技术使众多的用户共用公共的通信线路。可以分为：频分多址(FDMA),时分多址(TDMA),码分多址(CDMA),空分多址(SDMA),包分多址(PDMA)等方式. GSM主要使用两种多址方式，即人们通常所称的频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）两种接入方式,频分多址,时分多址,频分，有时也称之为信道化，就是把整个可分配的频谱划分成许多单个无线电信道（发射和接收载频对），每个信道可以传输一路话音或控制信息。,时分多址是在一个宽带的无线载波上，按时间（或称为时隙）划分为若干时分信道，每一用户占用一个时隙，只在这一指定的时隙内收（或发）信号，故称为时分多址。可分为8个时隙，即8个信道 。
4、,Page 5,功率控制,当手机在小区内移动时，它的发射功率需要进行变化。当它离基站较近时，需要降低发射功率，减少对其它用户的干扰，当它离基站较远时，就应该增加功率，克服增加了的路径衰耗。所有的GSM手机都可以以2dB 为一等级来调整它们的发送功率，GSM900 移动台的最大输出功率是8W（规范中最大允许功率是20W，但现在还没有20W的移动台存在）。DCS1800移动台的最大输出功率是1W。相应地，它的小区也要小一些。,dB是一种比较的值，计算公式为：log B/A,Page 6,蜂窝技术-移动通信飞速发展的一大原因,移动通信系统是采用基站设备来提供无线服务范围的。基站的覆盖范围有大有小，我
5、们把基站的覆盖范围称之为蜂窝。采用大功率的基站主要是为了提供比较大的服务范围，但它的频率利用率较低，也就是说基站提供给用户的通信通道比较少，系统的容量也就大不起来，对于话务量不大的地方可以采用这种方式，我们也称之为大区制。采用小功率的基站主要是为了提供大容量的服务范围，同时它采用频率复用技术来提高频率利用率，在相同的服务区域内增加了基站的数目，有限的频率得到多次使用，所以系统的容量比较大，这种方式称之为小区制或微小区制。,通信的频率是有限的，所以使系统的容量受到了限制，进行频率复用是解决这一问题的关键。那么如何来进行频道复用呢？,Page 7,频率复用原理,什么叫频率复用？在不同地理位置（不同
6、的小区）上的用户同时使用相同频率的信道，就叫频率复用,如何进行频率复用？蜂窝式移动电话网通常是先由若干邻接的无线小区组成一个无线区群，再由若干个无线区群构成整个服务区；为了防止同频干扰，要求每个区群的小区，不得使用相同频率，只有在不同的无线区群中，才可使用相同的频率；单位无线区群的构成应满足两个基本条件：若干个单位无线区群彼此邻接组成蜂窝式服务区域，邻接单位无线区群中的同频无线小区的中心间距相等；一个系统中有许多同信道的小区，整个频谱分配被划分为K个频率复用的模式，即单位无线区群中小区的个数；,Page 8,频率复用模式,频率复用的常用模式有：K=3，K=4，K=7；当然，还有一些是9或者12
7、； K的计算公式为：K= i2 + ij + j2（i、j均为正整数，其中一个可为零，但不能两个同时为零）,频率复用距离D由下式确定:,Page 9,目录,GSM简介及基本概念GSM网络介绍,Page 10,GSM系统结构示意图,Page 11,各个功能模块的功能,操作支持子系统（OSS）需完成许多任务，管理、包括移动用户移动设备管理以及网路操作和维护；网路子系统（SS）主要包含有GSM系统的交换功能和用于用户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能，它对GSM移动用户之间通信和GSM移动用户与其它通信网用户之间通信起着管理作用。SS由一系列功能实体构成，整个GSM系统内部，即NSS的各功
8、能实体之间和SS与BSS之间都通过符合CCITT信令系统No.7 协议和GSM规范的7号信令网路互相通信基站子系统（BSS）是GSM系统中与无线蜂窝方面关系最直接的基本组成部分。它通过无线接口直接与移动台相接，负责无线发送接收和无线资源管理。另一方面，基站子系统与网路子系统（SS）中的移动业务交换中心GSM数字移动通信基础知识（MSC）相连，实现移动用户之间或移动用户与固定网路用户之间的通信连接，传送系统信号和用户信息等。当然，要对BSS部分进行操作维护管理，还要建立BSS与操作支持子系统（OSS）之间的通信连接。,Page 12,移动业务交换中心（MSC）,移动业务交换中心（MSC）是网路的
9、核心，它提供交换功能及面向系统其它功能实体，如：HLR，AUC，EIR，BSC，固定网（PSTN，ISDN等），把移动用户与移动用户、移动用户与固定网用户互相连接起来。移动业务交换中心MSC可从三种数据库，即归属用户位置寄存器（HLR）、访问用户位置寄存器（VLR）和鉴权中心（AUC）获取处理用户位置登记和呼叫请求所需的全部数据。反之，MSC也根据其最新获取的信息请求更新数据库的部分数据。为了建立固定网用户与GMSC移动用户之间的呼叫，无需知道移动用户所处的位置。此呼叫首先被接入到入口移动业务交换中心，称为GMSC，入口交换机负责获取位置信息，且把呼叫转接到可向该移动用户提供即时服务的MSC，
10、称为被访MSC（VMSC）；目前，GMSC功能就是在MSC中实现的。根据网路的需要，GMSC功能也可以在固定网交换机中综合实现。,Page 13,用户位置寄存器,用户位置寄存器分为两种，即：归属用户位置寄存器（HLR）和访问用户位置寄存器（VLR）。,归属用户位置寄存器（HLR）:归属用户位置寄存器（HLR）是GSM系统的中央数据库，存储着该HLR控制的所有存在的移动用户的相关数据。一个HLR能够控制若干个移动交换区域以及整个移动通信网，所有移动用户重要的静态数据都存储在HLR中，这包括移动用户识别号码、访问能力、用户类别和补充业务等数据。HLR还存储且为MSC提供关于移动用户实际漫游所在的M
11、SC区域相关动态信息数据。这样，任何入局呼叫可以即刻按选择 路径送到被叫的用户。,访问用户位置寄存器(VLR)：访问用户位置寄存器（VLR）是服务于其控制区域内移动用户的，存储着进入其控制区域内已登记的移动用户相关信息，为已登记的移动用户提供建立呼叫接续的必要条件。VLR从该移动用户的归属用户位置寄存（HLR）处获取并存储必要的数据。一旦移动用户离开该VLR的控制区域，则重新在另一个VLR登记，原VLR将取消临时记录的该移动用户数据。因此，VLR可看作为一个动态用户数据库。VLR功能总是在每个MSC中综合实现的。,Page 14,鉴权中心和移动设备识别寄存器,鉴权中心（AUC）:GSM系统采取
12、了特别的安全措施，例如用户鉴权、对无线接口上的话音、数据和信号信息进行保密等。因此，鉴权中心（AUC）存储着鉴权信息和加密GSM数字移动通信基础知识密钥，用来防止无权用户接入系统和保证通过无线接口的移动用户通信的安全。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。,移动设备识别寄存器（EIR）:移动设备识别寄存器（EIR） 存储着移动设备的国际移动设备识别码（IMEI），通过检查白色清单、黑色清单或灰色清单这三种表格，在表格中分别记录：1、合法移动设备的IMEI识别码2、禁止使用的移动设备的的IMEI识别码3、有故障的移动设备号或末经型号认证的移动设备的IMEI识别码 使得
13、运营部门对于不管是失窃还是由于技术故障或误操作而危及网路正常运行的MS设备，都能采取及时的防范措施，以确保网路内所使用的移动设备的唯一性和安全性。,Page 15,基站控制器和基站收发信台,基站控制器（BSC）:基站控制器（BSC）是基站子系统（BSS）的控制部分，起着BSS的变换设备的作用，即各种接口的管理，承担无线资源和无线参数的管理。一个基站控制器根据话务量需要可以控制数十个BTS。,基站收发信台（BTS）:基站收发信台（BTS）属于基站子系统的无线部分，由基站控制器（BSC）控制，服务于某个小区的无线收发信设备，完成BSC与无线信道之间的转换，实现BTS与移动台（MS）之间通过空中接口
14、的无线传输及相关的控制功能。BTS主要分为基带单元、载频单元、控制单元三大部分。基带单元主要用于必要的话音和数据速率适配以及信道编码等。载频单元主要用于调制 / 解调与发射机 / 接收机之间的耦合等。控制单元则用于BTS的操作与维护。另外，在BSC与BTS不设在同一处需采用Abis 接口时，传输单元是必须增加的，以实现BSC与BTS之间的远端连接方式。如果BSC与BTS并置在同一处，只需采用BS接口时，传输单元是不需要的。,Page 16,移动台（MS）,移动台是公用GSM移动通信网中用户使用的设备，也是用户能够直接接触的整个GSM系统中的唯一设备。移动台的类型不仅包括手持台，还包括车载台和便
15、携式台。随着GSM标准的数字式手持台进一步小型、轻巧和增加功能的发展趋势，手持台的用户将占整个用户的极大部分。除了通过无线接口接入GSM系统的通常无线和处理功能外，移动台必须提供与使用者之间的接口。比如完成通话呼叫所需要的话筒、扬声器、显示屏和按键。或者提供与其它一些终端设备之间的接口。移动台另外一个重要的组成部分是用户识别模块（SIM），它基本上是一张符合ISO标准的“智慧”卡，它 包含所有与用户有关的和某些无线接口的信息，其中也包括鉴权和加密信息。使用GSM标准的移动台都需要插入SIM卡，只有当处理异常的紧急呼叫时，可以在不用SIM卡的情况下操作移动台。SIM卡的应用使移动台并非固定地缚于
16、一个用户，因此，GSM系统是通过SIM卡来识别移动电话用户的。,Page 17,移动区域定义,在小区制移动通信网中，基站设置很多，移动台又没有固定的位置，移动用户只要在服务区域内，无论移动到何处，移动通信网必须具有交换控制功能，以实现位置更新、越区切换和自动漫游等性能。,GSM服务区,PLMN服务区,MSCVLR服务器,位置区,小区,在由GSM系统组成的移动通信网路结构中，区域的定义如图。,Page 18,移动区域定义,Page 19,编号系统,1、移动台的国际身份号码ISDN（MSISDN）是在公用交换电话网编号计划中唯一地识别移动电话的鉴约号码。CCITT建议结构为：MSISDNCCNDCSNCC国家码即在国际长途电话通信网中的号码（中国+86） NDC国内目的地码 SN用户号码如1392223456139222便是NDC，前三位用于识别网号，后三位用于识别归属区，目前开通的135-138实际上是同一个网。,CC,NDC,SN,3digits,6digits,National MS NO,
