时分多址tdma数字蜂窝网

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1、第7章 时分多址(TDMA) 数字蜂窝网,7.1 GSM系统总体 7.2 GSM系统的无线接口 7.3 GSM系统的控制与管理 7.4 三种TDMA蜂窝系统分析比较 7.5 GPRS通用分组无线业务 思考题与习题,7.1 GSM系统总体,GSM的历史可以追溯到 1982 年， 当时， 北欧四国向欧洲邮电行政大会CEPT(Conference Europe of Post and Telecommunications)提交了一份建议书， 要求制定 900 MHz频段的欧洲公共电信业务规范， 建立全欧统一的蜂窝网移动通信系统， 以解决欧洲各国由于采用多种不同模拟蜂窝系统造成的互不兼容， 无法提供漫

2、游服务的问题。,同年成立了欧洲移动通信特别小组， 简称GSM(Group Special Mobile)。 在19821985年期间， 讨论焦点是制定模拟蜂窝网还是数字蜂窝网的标准， 直到 1985年才决定制定数字蜂窝网标准。 1986 年， 在巴黎对欧洲各国经大量研究和实验后所提出的8个数字蜂窝系统进行了现场试验。 1987年 5月， GSM成员国经现场测试和论证比较， 选定窄带TDMA方案。,1988 年， 18 个欧洲国家达成GSM谅解备忘录， 颁布了GSM标准， 即泛欧数字蜂窝网通信标准。 它包括两个并行的系统： GSM 900 和DCS 1800， 这两个系统功能相同， 主要的差异是

3、频段不同。 在GSM标准中， 未对硬件作出规定， 只对功能、 接口等作了详细规定， 便于不同公司的产品可以互连互通。 GSM标准共有 12 项内容， 如表 7 - 1 所示。,表 7 - 1 GSM 标 准,7.1.1 网络结构 数字蜂窝移动通信是在模拟蜂窝移动通信的基础上发展起来的， 在网络组成、 设备配置、网络功能和工作方式上， 二者都有相同之处。 但因数字蜂窝网采用全数字传输， 因而在实现技术和管理控制等方面， 均与模拟蜂窝网有较大的差异。 简单说来， 数字蜂窝网技术更先进， 功能更完备且通信更可靠， 并能适应方便地与其它数字通信网(如综合业务数字网ISDN、 公用数据网PDN)的互连。

4、,GSM蜂窝系统的网络结构如图 7 - 1 所示。 由图可见， GSM蜂窝系统的主要组成部分可分为移动台、 基站子系统和网络子系统。 基站子系统(简称基站BS)由基站收发台(BTS)和基站控制器(BSC)组成； 网络子系统由移动交换中心(MSC)、 操作维护中心(OMC)、 原籍位置寄存器(HLR)、 访问位置寄存器(VLR)、 鉴权中心(AUC)和移动设备识别寄存器(EIR)等组成。 一个MSC可管理多达几十个基站控制器， 一个基站控制器最多可控制256个BTS。 由MS、 BS和网络子系统构成公用陆地移动通信网， 该网络由MSC与公用交换电话网(PSTN)、 综合业务数字网(ISDN)和公

5、用数据网(PDN)进行互连。,图 7 - 1 GSM蜂窝系统的网络结构,1. 移动台(MS) 移动台是GSM移动通信网中用户使用的设备。 移动台类型可分为车载台、 便携台和手机。 其中， 手机小巧、 轻便， 而且功能也较强， 因此使用手机的用户占移动用户的绝大多数。,移动台通过无线接口接入GSM系统， 具有无线传输与处理功能。 此外， 移动台必须提供与使用者之间的接口， 比如， 为完成通话呼叫所需要的话筒、 扬声器、 显示屏和各种按键； 或者提供与其它一些终端设备(TE)之间的接口， 如与个人计算机或传真机之间的接口。,移动台的另外一个重要组成部分是用户识别模块(SIM)， 亦称SIM卡。 它

6、基本上是一张符合ISO(开放系统互连)标准的“智慧”磁卡， 其中包含与用户有关的无线接口的信息， 也包括鉴权和加密的信息。 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， 才可以在不用SIM卡的情况下操作移动台。 SIM卡的应用使一部移动台可以为不同用户服务， 因为GSM系统是通过SIM卡来识别移动用户的， 这为今后发展个人通信打下了基础。,2. 基站子系统(BSS) 基站子系统(BSS)是GSM系统的基本组成部分。 它通过无线接口与移动台相接， 进行无线发送、 接收及无线资源管理。 另一方面， 基站子系统与网络子系统(NSS)中的移动交换中心(MSC)相连， 实现移

7、动用户与固定网络用户之间或移动用户之间的通信连接。 基站子系统主要由基站收发信机(BTS)和基站控制器(BSC)构成。 BTS可以直接与BSC相连接， 也可以通过基站接口设备(BIE)采用远端控制的连接方式与BSC相连接。,3. 网络子系统(NSS) 网络子系统对GSM移动用户之间通信和移动用户与其它通信网用户之间通信起着管理作用。 其主要功能包括： 交换、 移动性管理与安全性管理等。 NSS由很多功能实体构成， 它们之间的信令传输都符合CCITT信令系统7 号协议。 下面分别讨论各功能实体的主要功能。,(1) 移动交换中心(MSC)。 移动交换中心(MSC)是网络的核心，它提供交换功能并面向

8、下列功能实体： 基站子系统(BSS)、 原籍位置寄存器(HLR)、 访问位置寄存器(VLR)、 鉴权中心(AUC)、 移动设备识别寄存器(EIR)、 操作维护中心(OMC)和固定网(公用电话网、综合业务数字网等)， 从而把移动用户与固定网用户、 移动用户与移动用户之间互相连接起来。,(2) 原籍位置寄存器。 原籍位置寄存器简称HLR。 它可以看作是GSM系统的中央数据库， 存储该HLR管辖区的所有移动用户的有关数据。 其中， 静态数据有移动用户号码、访问能力、 用户类别和补充业务等。 此外， HLR还暂存移动用户漫游时的有关动态信息数据。,(3) 访问位置寄存器。 访问位置寄存器简称VLR。

9、它存储进入其控制区域内来访移动用户的有关数据， 这些数据是从该移动用户的原籍位置寄存器获取并进行暂存的，一旦移动用户离开该VLR的控制区域， 则临时存储的该移动用户的数据就会被删除。 因此， VLR可看作是一个动态用户的数据库。,(4) 鉴权中心。 GSM系统采取了特别的通信安全措施， 包括对移动用户鉴权， 对无线链路上的话音、 数据和信令信息进行保密等。,(5) 移动设备识别寄存器。 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)， 通过核查白色、 黑色和灰色三种清单， 运营部门就可判断出移动设备是属于准许使用的， 还是失窃而不准使用的， 还是由于技术故障或误操作

10、而危及网络正常运行的MS设备， 以确保网络内所使用的移动设备的惟一性和安全性。 (6) 操作维护中心。 网络操作维护中心(OMC)负责对全网进行监控与操作。,4. GSM网络接口 在实际的GSM通信网络中， 由于网络规模不同、 运营环境不同和设备生产厂家的不同， 上述的各个部分可以有不同的配置方法。 比如， 把MSC和VLR合并在一起， 或者把HLR、 EIR和AUC合并为一个实体。 不过， 为了各个厂家所生产的设备可以通用， 上述各部分的连接都必须严格符合规定的接口标准及相应的协议。 GSM系统各部分之间的接口如图 7 - 2 所示。,图 7 - 2 GSM系统的接口,(1) 主要接口。 G

11、SM系统的主要接口是指A接口、 Abis接口和Um接口。 这三种主要接口的定义和标准化可保证不同厂家生产的移动台、 基站子系统和网络子系统设备能够纳入同一个GSM移动通信网运行和使用。,A接口。 A接口定义为网络子系统(NSS)与基站子系统(BSS)之间的通信接口。 Abis接口。 Abis接口定义为基站子系统的基站控制器(BSC)与基站收发信机两个功能实体之间的通信接口， 用于BTS(不与BSC放在一处)与BSC之间的远端互连方式。 Um接口(空中接口)。 Um接口(空中接口)定义为移动台(MS)与基站收发信机(BTS)之间的无线通信接口， 它是GSM系统中最重要、 最复杂的接口。,(2)

12、网络子系统内部接口。 它包括B、 C、 D、 E、 F、 G接口。 B接口， B接口定义为移动交换中心(MSC)与访问位置寄存器(VLR)之间的内部接口， 用于MSC向VLR询问有关移动台(MS)当前位置信息或者通知VLR有关MS的位置更新信息等。,C接口。 C接口定义为MSC与HLR之间的接口， 用于传递路由选择和管理信息， 两者之间是采用标准的 2.048 Mb/s PCM数字传输链路实现的。 D接口。 D接口定义为HLR与VLR之间的接口， 用于交换移动台位置和用户管理的信息， 保证移动台在整个服务区内能建立和接收呼叫。 由于VLR综合于MSC中， 因此D接口的物理链路与C接口相同。,E

13、接口。 E接口为相邻区域的不同移动交换中心之间的接口， 用于移动台从一个MSC控制区到另一个MSC控制区时交换有关信息， 以完成越区切换。 F接口。 F接口定义为MSC与移动设备识别寄存器(EIR)之间的接口， 用于交换相关的管理信息。 G接口。 G接口定义为两个VLR之间的接口。,(3) GSM系统与其它公用电信网接口。 GSM系统通过MSC与公用电信网互连， 一般采用 7 号信令系统接口。 其物理链接方式是通过在MSC与 PSTN或ISDN交换机之间采用 2.048 Mb/s 的PCM数字传输链路来实现的。,7.1.2 GSM的区域、 号码、 地址与识别 1. 区域定义 GSM系统属于小区

14、制大容量移动通信网， 在它的服务区内设置有很多基站， 移动通信网在此服务区内， 具有控制、 交换功能， 以实现位置更新、 呼叫接续、 越区切换及漫游服务等功能。 在由GSM系统组成的移动通信网络结构中， 其相应的区域定义如图 7 - 3 所示。,图 7 - 3 GSM的区域定义,(1) GSM服务区。 服务区是指移动台可获得服务的区域， 即不同通信网(如PSTN或ISDN)用户无需知道移动台的实际位置而可与之通信的区域。 (2) 公用陆地移动通信网(PLMN)。 一个公用陆地移动通信网(PLMN)可由一个或若干个移动交换中心组成。 (3) MSC区。 MSC区系指一个移动交换中心所控制的区域，

15、 通常它连接一个或若干个基站控制器， 每个基站控制器控制多个基站收发信机。,(4) 位置区。 位置区一般由若干个小区(或基站区)组成， 移动台在位置区内移动无需进行位置更新。 通常呼叫移动台时， 向一个位置区内的所有基站同时发寻呼信号。 (5) 基站区。 基站区系指基站收发信机有效的无线覆盖区， 简称小区。 (6) 扇区。 当基站收发信天线采用定向天线时， 基站区分为若干个扇区。,2. 号码与识别 各种号码的定义及用途如下： (1) 移动用户识别码。 在GSM系统中， 每个用户均分配一个惟一的国际移动用户识别码(IMSI)。 此码在所有位置(包括在漫游区)都是有效的。 通常在呼叫建立和位置更新

16、时， 需要使用IMSI。 IMSI的组成如图 7 - 4 所示。,IMSI的总长不超过 15 位数字， 每位数字仅使用 09 的数字。 图中： MCC: 移动用户所属国家代号， 占 3 位数字， 中国的MCC规定为 460。 MNC： 移动网号码， 最多由两位数字组成， 用于识别移动用户所归属的移动通信网。 MSIN: 移动用户识别码， 用以识别某一移动通信网(PLMN)中的移动用户。 由MNC和MSIN两部分组成国内移动用户识别码(NMSI)。,图 7 - 4 国际移动用户识别码(IMSI)的格式,(2) 临时移动用户识别码。 考虑到移动用户识别码的安全性， GSM系统能提供安全保密措施， 即空中接口无线传输的识别码采用临时移动用户识别码(TMSI)代替IMSI。 两者之间可按一定的算法互相转换。 访问位置寄存器(VLR)可给来访的移动用户分配一个TMSI(只限于在该访问服务区使用)。,图 7 - 5 国际移动设备识别码(IMEI)的格式,(3) 国际移动设备识别码。 国际移动设备识别码(IMEI)是区别移动台设备的标志， 可用于监控被窃或无效的移动设备。 IMEI的格式如