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1、2019/5/25,现代通信网,第四章 公共陆地移动网,2019/5/25,现代通信网,公共陆地移动网（PLMN，Public Land Mobile-communication Network）是目前世界上发展最快、应用最广和最前沿的通信网络之一。近年来，我国移动通信发展迅猛，第二代移动通信（2G）方兴未艾，第三代移动通信（3G）的热潮又滚滚而来。本章主要通过GSM、GPRS介绍移动网络的组成及信令协议等。,2019/5/25,现代通信网,第一节 第二代移动通信网 GSM系统 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。
2、主要采用时分多址技术（TDMA），即每一个频点上分为8个时隙，每个时隙为一个信道供一个用户使用。,2019/5/25,现代通信网,图4.1 GSM系统框图,2019/5/25,现代通信网,PLMNPublic Land Mobile Network Q.1000系列建议对PLMN的结构、接口、功能等及公用电话网的互通作了规定 综合式：MSC，HLR，VLR位于同一物理设备中，即移动交换机具有登记器的功能 部分分离式：NSC，VLR位于同一设备中，HLR单独，较多使用。 完全分离式：MSC，HLR，VLR均为独立物理实体。HLR，VLR为独立的网络数据库，控制移动业务的处理，MSC则完成单纯的话
3、路接续任务，与智能网结构一致，MSP相当于SSP（业务交换点）,2019/5/25,现代通信网,GSM帧结构图,GSM帧结构,2019/5/25,现代通信网,1个帧=8个时隙 ，帧长为4.61ms 1个业务复帧=26个帧，帧长为120ms 1个控制复帧=51个帧，帧长为235.4ms 1个超帧=51个业务复帧=26个控制复帧 帧长为51X26X4.615=6.12s 1个超高帧=2048个超帧=2715648个帧 帧长为2048X6.12=3h28min53.76s,GSM帧结构,2019/5/25,现代通信网,图4 .3 900MHz 频段频率分配,GSM系统参数,2019/5/25,现代通
4、信网,3GSM系统参数 工作频段：移动台发送频段（上行）为890915MHz；基站发送频段（下行）为935960MHz；频段具体分配情况，如图4.3 GSM的双工间隔为93589045MHz。考虑到双工工作方式，实际工作频段为（915890）250MHz。对于两个频率的间隔称为双工间隔，相邻两频道间隔为200kHz，每个频道采用TDMA方式，分为8个时隙，也可以认为每信道占用带宽200kHz/825kHz。,2019/5/25,现代通信网, 频道配置（采用等间隔配置方法），900MHz频段的频道序号（n1124）和频道标称中心频率的关系为： f l(n)890.200MHz(n1)0.200M
5、Hz （移动台发） f h(n)f l(n)45.000MHz （基站发）,2019/5/25,现代通信网, 调制方式：采用高斯滤波的最小频移键控（GMSK）方式。 发射功率：对于基站，每载波为500W，其中每时隙平均功率为62.5（500/8）W；对于移动台每载波（峰值）发射功率。通常，GSM基站的发射功率在42W左右，移动台的发射功率在2W左右。表4.1给出了不同频段MS最大发射功率的典型值。,2019/5/25,现代通信网,表4.1 不同频段MS最大发射功率的典型值,2019/5/25,现代通信网, 小区半径：通常对于农村，最大半径为35km；城市，最小半径为500m。 时间提前量（TA
6、）：是根据对移动台传输时延的测量而设定的，其作用是使远离基站的移动台提前发送其指定的时隙信息，以补偿传输时延，并保证在区内不同位置的移动台在不同时隙发出的信号抵达基站时不会发生交叠和冲撞。,2019/5/25,现代通信网,TA023ms，该值直接影响到小区的无线覆盖，GSM小区的无线覆盖半径最大为35km，这是由GSM时间前提量的编码是在063之间决定的，基站最大覆盖半径为 3.7s/bit63bit（3108）m/s235km 其中，3.7s/bit为每个bit时长；63bit为时间调整的最大比特数；（3108）m/s为光速。如果采用扩展小区技术，基站的最大覆盖半径为 3.7s/bit（63
7、156.25）bit（3108）m/s2120km,2019/5/25,现代通信网,综上，1bit对应的距离是554m，精确度为0.25bit（即138.5m）。表4.2给出了TA值所对应的距离和精确度。由于多经传播和同步精确的影响，两个在同一位置接收同一小区信号的移动台对TA测量的差异，可能会达到3bit左右（1.6km）。,2019/5/25,现代通信网,表4.2 TA值所对应的距离和精确度,2019/5/25,现代通信网,二、CDMA 不分时隙和频段，是用各不相同的编码序列（地址码）来区分的。用时域，频域来观察，CDMA是相互重叠的，接收机可以在多个CDMA信号中选出其中使用预定码型的信
8、号，而其它使用不同码型的信号不能被解调。由于重叠原因，存在多址干扰问题，限制了容量的发展，但与TCMA比具有更大的通信容量。,2019/5/25,现代通信网,图4.4 CDMA网络参考模型,2019/5/25,现代通信网,其中，MSC：移动交换中心、HLR：归属位置寄存器 、VLR：拜访位置寄存器、AC：鉴权中心、MC：短消息中心、SME：短消息实体、PSTN：公用交换电话网、MS：移动、EIR：设备识别寄存器、BS：基站系统、OMC：操作维护中心、IWF：互连功能。,2019/5/25,现代通信网,“软容量”或“软过载”特性。在短时间内可提供更多的信道数。可适当降低系统的的误码性能，提高系统
9、的用户数目。 “软切换”功能。过去切换初始，只止移动台与新基站通信连接后，才与原基站断开。 采用话音激活技术，提高系统通信质量。 以扩频技术为基础，具有扩频的优点，如抗干扰.抗多径衰落和具有保密性等。,CDMA技术,2019/5/25,现代通信网,CDMA系统给每一用户分配一个唯一的码序列（扩频码），并用它对承载信息的信号进行编码。通知该码序列用户的接收机对收到的信号进行解码，并恢复出原始数据。CDMA按照其采用的扩频调制方式的不同，可以分为直接序列（DS）扩频、跳频（FH）扩频、跳时（TH）扩频和复合式扩频。CDMA网络参考模型定义了网中的功能实体和相互间的接口，如图4.4所示。从图中可看出
10、CDMA网络参考模型与GSM网相似。,2019/5/25,现代通信网,功率控制示意图,2019/5/25,现代通信网,2019/5/25,现代通信网,图4.6 PLMN三级网络结构,2019/5/25,现代通信网,三、PLMN 蜂窝小区：r=1几十公里，每个小区分配一个信道。 基站区：一个基站管辖的区域。全向天线：一基站含一小区；扇型天线：一基站含数小区。 位置区：可有若干个基站区组成，在一同位置区移动不必进行登记。 移动交换业务区：一个MSC管辖，一个公共移动网含多个业务区。 服务区：若干个相互连网的PLMN覆盖区组成，此区内，可以漫游。 系统区：同制式的移动通信覆盖区，在此区域Um接口技术
11、完全相同。,2019/5/25,现代通信网,移动网络结构,由移动交换中心（MSC）、基站（BS）和移动台（MS）组成移动通信网络结构 一个系统区由若干个服务区组成 一个服务区由若干个陆地移动通信网（PLMN）组成 一个PLMN由一个或若干个MSC组成 一个MSC由若干个位置区组成 一个位置区由若干个BS组成 一个基站由若干个蜂窝小区组成,2019/5/25,现代通信网,移动通信是在指定的频段上设计而成的，公共陆地移动网大多采用800MHz和900MHz频段，少数采用450MHz频段；欧洲推出DSC的数字系统采用1800Hz频段。 目前大容量移动通信系统均使用900MHz频段，频率分配如图4 .
12、6所示。,2019/5/25,现代通信网,4.6 MS-PSTN示意图,2019/5/25,现代通信网,移动台发号，向基站发出“初试接入”。 基站将移动台试呼叫消息转送给移动交换机。 移动交换机根据IMSI检索用户数据，判断是否有权此类呼叫。 若有权，分配空闲业务信道。 基站开启该波道射频发射机，并向移动台发送“初始业务信道指配”消息。,MS-PSTN,2019/5/25,现代通信网,移动台收到此消息后，即调谐到指定波道，并按要求调整发射电平。 基站确认业务信道建立成功后，将此消息通知移动交换机 移动交换机分析被叫号码，选定路由，建立与PSTN交换局的中继连接。 若被叫空闲，终局回送指示消息（
13、如ACM），同时经话路返送回铃音。 被叫摘机后与移动用户通话。,2019/5/25,现代通信网,例4.2 如果固定电话呼叫移动台（PSTNMS），如图4.8所示，试分析其接续其过程。,图4.8 固定台呼叫移动台示意图,2019/5/25,现代通信网,图4.9 由不同MSC控制的小区间切换示意图,2019/5/25,现代通信网, BSC-A根据MS的测量报告，将切换目标小区标志和切换请求通过BTS-A发至MSC-A。 MSC-A向管辖目标小区属另一个MSC-B发送“无线信道请求”消息。 MSC-B指示BSC-B，分配一个业务信道（TCH），给MS切换使用。 BSC-B向BTS-B发送一个TCH。
14、 MSC-B收到BSC-B发送的“无线信道证实”后，告知MSC-A已分配的信道号。 一个新的连接在MSC-A，MSC-B间建立（建立过程有可能要通过PSTN）。,2019/5/25,现代通信网, MSC-A通过BSC-A向MS发送切换命令，其中包括频率、时隙和发射功率等。 MS切换到新的业务信道上，在新频率上发送信息告知BTS-B（通过FACCH）。 BTS-B收到相关信息后，送时间提前量（TA）信息（通过FACCH）。 MS通过BSC-B和MSC-B向MSC-A发送换成功信息 后，MSC就会通知BSC-A释放原来的业务信道，但MSC-A不会撤出控制，新的连接仍然要经过MSC-A。,2019/
15、5/25,现代通信网,第二节 移动通信协议与信令 移动通信协议与信令是关系到能否正常通信的关键技术。本节主要围绕GSM系统介绍移动信令技术，包括3个部分的信令，即无线接口、基站接口以及网络接口，并涉及到No.7信令应用层的MAP、BSSAP和INAP等部分。对于基站的内部接口A-bis，这里不作重点介绍。,2019/5/25,现代通信网,图4.10 无线链路接口的分层,2019/5/25,现代通信网,图4.11 无线信道的分类,2019/5/25,现代通信网,表4.3列出了GSM无线信道的传输方向，为了节省无线资源，常常将表中的某几个信道进行合并，共占一个物理信道。是常用的3种组合方式：TCH
16、FACCHSACCH、BCHCCCH和SDCCHSACCH。 表4.4列出了不同速率的语音和数据业务信道。 表4.5给出了MS至MSC/VLR所有链路层所采用的协议。,2019/5/25,现代通信网,表4.3 GSM无线信道,2019/5/25,现代通信网,表4.4 业务信道,2019/5/25,现代通信网,表4.5 MS至MSC/VLR所有链路层所采用的协议,2019/5/25,现代通信网,图4.12 信令层消息结构,2019/5/25,现代通信网,表4.6 无线接口上的协议鉴别器,2019/5/25,现代通信网,例4.4 根据图4.13所示，说明去话呼叫信令的建立过程。 解：MS通过RACH向网络侧发“信道请求”消息，
