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1、GSM数字移动通信系统介绍,目 录,第一部分 移动通信系统的概述 第二部分 GSM系统结构与接口 第三部分 GSM系统业务流程 第四部分 短消息业务介绍 第五部分 无线应用协议WAP 第六部分 通用分组无线业务GPRS,第一部分 移动通信系统的概述,一、移动通信的发展与现状 二、 GSM移动通信系统主要性能简介,一、移动通信的发展与现状,第一阶段:从上世纪20年代至40年代早期,短波无线通信。 第二阶段:从40年代中期至60年代初期,移动无线通信开始问世。 第三阶段:从60年代中期至70年代中期,大区制移动电话。 第四阶段:从70年代中期至80年代中期,是移动通信蓬勃 发展时期。1978年底,
2、美国贝尔实验室研制成功先进的移动电话系统(AMPS),建成了蜂窝状移动通信网。 第五阶段:从80年代中期开始,欧洲推出GSM体系,美国和日本也制定了各自的数字移动通信体制。,移动通信迅速发展的原因,市场驱动 -中国大陆:移动电话用户1999年超过4000万用户,移动电话业务量占整个电信业务量的50%。据信息产业部副部长娄勤俭说,到六月底,中国内地移动电话用户将达到1.16亿户,比去年年底净增3000多万户。 -全球移动电话用户到2000年已达到5亿。目前,全球约每10人拥有一部手机,而未来五年内,每五人就拥有一部手机。,移动通信迅速发展的原因(续),技术发展 -微电子技术长足发展,如DSP、V
3、LSI、天线技术 -形成移动通信新体制,蜂窝网。 -微处理技术及计算机技术 政府调节 -颁布有利于移动通信发展的政策 -分配或拍卖频段,移动通信系统的演进,1G 2G 2G+ 3G AMPS GSM900 GSM WCDMA TACS DCS1800 -HSCSD CDMA2000 NMT450 PCS1900 -GPRS TD-SCDMA NMT900 PDC -EDGE IS95A-CDMA IS95B-CDMA 80S 90S 2001,各类主要蜂窝系统概况,二、 GSM系统主要性能简介,1、发射频率:上行890-915MHz 下行935-960MHz 2、多址方式:TDMA 3、双工方
4、式:FDD 4、双工间隔:45MHz 5、载波频道间隔:200KHz,共124载频。 6、语音编码:规则脉冲激励长期预测编码 (RPE-LPC),语音编码速率13kbps。,GSM系统主要性能简介(续),7、信道编码:采用循环冗余码、1/2卷积码及交织编码。 8、跳频速率:217跳/秒 9、调制方式:高斯滤波最小移频键控(GMSK),调制速率270.833kbps。 10、时隙和TDMA帧:物理信道/时隙,时隙周期577us,8时隙/帧。 9、小区结构:在农村地区可采用宏小区,小区半径可达35km;城市地区小区半径一般为10-20km;市中心等业务密集地区可采用微小区,半径0.5km。,第二部
5、分 GSM系统结构与接口,一、GSM系统结构 二、GSM系统的各类接口 三、GSM系统的控制与管理 四、GSM系统的接续和移动管理过程,一、GSM系统结构,GSM系统设备,1、移动台MS 2、基站子系统BSS 基站控制台BSC 基站收发信台BTS 4、操作维护子系统OMC OMC-B OMC-S,3、网络交换子系统 移动交换中心MSC 归属位置寄存器HLR 访问位置寄存器VLR 设备标志寄存器EIR 认证中心AUC,移动音处理的过程,基站子系统BSS,基站系统是在小区内建立无线电覆盖的设备,负责管理无线资源,建立移动台与网络之间的无线信道,传送网络的各种信令及用户信息等。 一个基站系统BSS包
6、含一个基站控制器BSC以及一个或多个基站收发信台BTS。一个BTS在一个小区内建立无线电覆盖,故一个基站系统的覆盖区域包含若干个小区。 基站系统包含两类逻辑信道: 业务信道:全速率信道和半速率信道 控制信道:广播信道、公共控制信道、 专用控制信道,基站子系统的功能,无线信道管理 *信道配置管理 * 独立专用控制信道和业务信道管理 *广播控制信道和公共控制信道管理 *随机接入 *信道编码解码 *定时超前 *无线资源指示 *寻呼 *越区切换,网络交换子系统,MSC:作为交换设备,具有完成呼叫接续与控制的功能;作为移动交换中心,具有无线资源管理和移动特性管理等功能。 GMSC:信关MSC,提供所有入
7、网呼叫的查询和转接能力。 HLR:用于移动用户管理的数据库。包含的用户信息分为两类:一类是有关用户参数的信息,另一类是有关用户当前位置的信息。 VLR:存储用户位置信息的动态数据库。 EIR:存储有关移动台设备参数的数据库。 AUC:存储有关移动用户的身份以及产生相应认证参数的功能实体。,操作维护分系统,1、OMC-S对交换分系统的操作维护 操作功能:系统控制、移动用户管理、服务管理、业务管理、计费、路由和网络管理。 维护功能:移动用户线维护、局间中继线维护、系统软硬件维护。 2、OMC-R对基站分系统的操作维护 包括:人机接口管理、保密管理、配置管理、运行管理、出错管理,二、GSM系统中的各
8、类接口,1、Um 无线接口,规定信道结构和接入能力 定义MS-BS通信协议 完成呼叫控制处理 实现移动性、安全管理 完成功率控制等业务功能,信道的帧结构,GSM逻辑信道类型,业务信道TCH: 全速率TCH 全速率语音信道 全速率9600bps数据信道 全速率4800bps数据信道 全速率2400bps数据信道 半速率TCH 半速率语音信道 半速率4800bps数据信道 半速率2400bps数据信道,GSM逻辑信道类型(续),控制信道:广播信道、公共控制信道、专用控制信道 广播控制信道(BCH) 频率校正信道(FCCH):移动台频率校正 同步信道(SCH):移动台的帧同步和基站识别 广播控制信道
9、(BCCH):发送一般消息 公共控制信道(CCCH) 寻呼信道(PCH):基站寻呼移动台 随机接入信道(RACH):移动台随机接入网络 准予接入信道(AGCH):给成功的接续分配专用控制信道 专用控制信道(DCCH) 独立专用控制信道(SDCCH):传送移动台与基站连接及分配信道的信令 快速辅助控制信道(FACCH):传送功率控制、测量数据等特定信息 慢速辅助控制信道(SACCH):所携带信令与FACCH相同,但速率较慢。,时隙和突发,时隙:为576.9us的时间片,含156.25bit。 突发序列:在一个时隙中,被发送的无线载波所携带的信息比特串。 根据功能不同,共有4种突发形式: 普通突发
10、序列:携带业务信道和除FCCH、SCH、RACH外的控制信道信息。 频率校正突发序列:用于移动台频率同步。 同步突发序列:用于移动台定时同步。 接入突发序列:用于移动台随机接入。,突发脉冲序列,无线资源分配,小区配置:将无线频率信道的一个子集分配给某特定的小区使用。 移动配置:将小区配置的无线频率信道中的若干个动态分配给某个移动用户。 时隙的分配:在上下行链路上成对进行。在BTS一侧,上行TDMA帧比相应下行 TDMA帧固定延迟3个时隙。在移动台一侧也存在相应的延迟。 慢跳频:每个移动台在每个TDMA帧的发送时隙改变一次频率。,2、A接口功能,*地面信道功能 -地面信道分配、地面信道阻塞、测试
11、呼叫 *无线信道管理 -信道配置管理 -无线业务信道管理:无线信道指配、无线业务信道监视、跳频管理、空闲无线业务监视、业务信道功率控制、业务信道释放、 -广播、公共控制信道管理:随机接入、寻呼消息 -专用信道管理:链路监视、信道释放、功率控制、无线信道指配,A接口功能(续),*资源指示:BSS向MSC汇报空闲无线信道状态 *信道编码解码 *码型转换/速率适配 *互通功能:对其他网络数据呼叫的互通功能由MSC完成 *测量信息:空中链路、业务流量测试,MS报告,BSS接收和预处理,传送给MSC处理。 *切换:小区内、小区间、外部切换 *移动管理:由MSC/HLR/VLR和MS共同完成 *呼叫控制:
12、由MSC/VLR/HLR完成 *安全特性:用户数据密钥管理、用户识别、信令信息保密、用户鉴权,三、GSM系统的控制与管理,1、GSM识别码 2、 位置区划分 3、位置登记/删除 4、用户管理 5、鉴权与加密 6、呼叫处理过程 7、越区切换/漫游,1、GSM识别码,1、移动用户号码MSISDN:CC+NDC+SN CC:国家码,中国86 NDC:国内目标码 SN:用户码 2、移动用户识别码IMSI:MCC+MNC+MSIN MCC: 移动国家号,中国460 MNC:移动网号,中移动00,联通01 MSIN:移动用户识别号 3、移动设备识别码IMEI:TAC+FAC+SNR+SP TAC: 型号批
13、准编码 FAC:装配厂家编号 SNR:序号编码 SP:备用,GSM识别码(续),4、移动台漫游号码 MSRNCCNSCSN 用于一次呼叫的路由选择。 CC国家号 NDC国内目的地号码(用于识别MSC/VLR) SN用户号,对应于用户的IMSI号码 5、临时移动用户识别码(TMSI) 用于保护IMSI码,该号只在本MSC区域有效,其结构可 由各电信部门选择,长度不超过4个字节。,GSM识别码(续),6、位置区识别码LA =MCCMNCLAC MCC移动国家号,识别一个国家 MNC移动网号,识别国内的GSM网 LAC位置区号码,识别一个GSM网中的位置区 7、小区全球识别码CGI MCCMNCLA
14、CCI 用于识别一个位置区内的小区。 8、基站识别码(BSIC NCCBCC )(6bit) NCC国家色码,用于识别GSM移动网(3bit) BCC基站色码,用于识别基站(3bit),2、位置区划分,1、MSC/VLR业务区: MSC/VLR所覆盖的服务区域,凡在该区的移动台均在该区的拜访位置寄存器(VLR)登记。 2、位置区(LA) 广播寻呼消息以便找到某移动用户的寻呼区域。利用位置区识别码(LAI),系统能够区别不同的位置区。 3、小区(CELL) 一个位置区划分为若干个小区,它是一个BTS的无线覆盖区域。一个小区具有一个全球识别码(CGI)的。同时,利用基站识别码BSIC),移动台本身
15、能区分使用同样的载频的各个小区。,MSC业务区,P,L,M,N,服,务,区,M,S,C,V,L,R,服,务,区,位,置,区,小,区,3、位置登记/删除,移动台的几种状态: 1、移动台关机 系统启动IMSI分离进程,再有关的VLR和HLR中设置标志。MS不能应答寻呼消息,网络不能达到MS。同时它也不能通知网络其所处的位置区的变化。IMSI“分离”状态。 2、移动台开机,空闲状态 系统可以成功地寻呼MS,IMSI“附着”状态。 3、移动台忙 网络分配给MS一个业务信道传送话音或数据,当MS移动时它必须有能力进行定位和切换。,*首次入网位置登记,由于MS第一次被使用,所以MSC/VLR没有此MS的任
16、何信息,若MS发现当前的LA码与原来的不同,MS接入系统要求登记,MSC/VLR登记该MS的位置信息并将该请求往HLR记录,MSC/VLR对该MS作“附着”标记,这时这个MS被激活。,*正常位置更新,BTS,1.,2.,2.,3.,3.,4.,4.,正常位置更新过程,1、MS在新的小区内读到其BCCH上的信息,找到该小区的LAC,该LAC与MS内所存的LAC进行比较,当两者不一致时,需进行位置更新。 2、MS通过RACH向系统发出接入申请,通过申请到的SDCCH建立与网络的联系。 3、MS经SDCCH向系统发出位置更新请示。 4、新的LAC与旧的LAC属于同一MSC/VLR时,位置更新在该MSC内完成,MSC需在VLR中对该MS的位置信息进