MA000001 GSM 移动通信原理

1. MA000001 GSM移动通信原理

2. 课程内容 • GSM移动通信概述 • GSM系统结构与接口 • GSM系统Um接口 • GSM移动区域与编号计划 • GSM移动通信网组网 • GSM通信流程

3. 课程目标 1.了解移动通信的多址技术，蜂窝技术 2.了解GSM系统结构、接口、业务 3.掌握Um接口的物理信道结构、Um接口的逻辑信道功能与组合、理解GSM话音的处理过程 4.掌握GSM移动区域的划分 5.掌握GSM编号计划 6.了解GSM组网方式 7.了解GSM通信流程

4. 课程重点 1.移动通信的发展历程，多址技术，蜂窝技术 2.GSM系统结构，接口及业务 3.Um接口 4.GSM移动区域的划分 5.GSM编号计划 6.GSM组网方式 7.GSM通信流程（安全性管理和移 动性管理）

5. 1.GSM移动通信概述 1.1 GSM概述与发展简史 1.2 多址技术 1.3 功率控制 1.4 蜂窝技术 1.5 GSM主要参数

6. 1.1 GSM概述与发展简史 • 移动通信的定义 • GSM的发展历程及现状 • 移动通信发展展望 • 第三代移动通信系统介绍

7. 1.1 GSM概述与发展简史 • 移动通信是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. • 移动体之间的通信只能依靠无线电传输. • 那什么是无线通信呢？无线通信指利用电磁波的辐射和传播，经过空间传送信息的通信方式.电磁波是它的载体.

8. 1.1 GSM概述与发展简史 • 移动通信并不是一项很新的技术，但却是一项正在急剧发展的技术. • 20年代开始在军事及某些特殊领域使用（美国警察的车载无线电系统），40年代才逐步向民用扩展（美国所建第一个公用汽车电话网）.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，美国的ADC和日本的JDC（现改称PDC）. • 目前GSM制式的销售额占34%，CDMA制式占28%，TDMA占18%，WLL占7%

9. 1.1 GSM概述与发展简史 无线通信在今天的发展 无线 通信 系统 GSM PDC D-AMPS IS-95A 3G AMPS TACS NMT NTT W-CDMA CDMA2000 TD-SCDMA 2.5G GPRS IS-95B 2G 1G 96年 80s初 2002年 时间 80s末

10. 1.1 GSM概述与发展简史 3G实现的目标： • 能实现全球漫游：用户可以在整个系统甚至全球范围内漫游 ，且可以在不同的速率、不同的运动状态下获得有服务质量的保证； • 能提供多种业务：提供话音、可变速率的数据、活动视频，特别是多媒体业务； • 能适应多种环境：可以综合现有的公众电话交换网（PSTN）、综合业务数字网、无绳系统、地面移动通信系统、卫星通信系统、提供无缝隙的覆盖； • 足够的系统容量，强大的多种用户管理能力，高保密性能和服务质量.

11. 1.1 GSM概述与发展简史 • 为实现上述目标，对3G无线传输技术 • 提出了以下要求： • 高速传输以支持多媒体业务； • 室内环境至少2Mbit/s； • 室内外步行环境至少384kbit/s； • 室外车辆运动中至少144kbit/s； • 卫星移动环境至少9.6kbit/s. • 传输速率能够按需分配. • 上下行链路能适应不对称需求.

12. 1.1 GSM概述与发展简史 目前3G的标准主要有： cdma2000 朗讯、摩托罗拉、北电、高通、三星等 W-CDMA 爱立信、诺基亚、西门子等 TD-SCDMA 中国提出 UMTS 欧洲标准

13. 1.2 多址技术 • 多址技术使众多的用户共用公共的通信线路. • 常用的使信号多路化的方法基本上有三种，它们分别采用频率、时间或代码分隔的多址连接方式，即人们通常所称的频分多址FDMA、时分多址TDMA和码分多址CDMA三种接入方式. • GSM系统采用了FDMA、TDMA方式.

14. 1.2 多址技术 1.2.1 频分多址FDMA • FDMA是以不同的频率信道实现通信的. • 频分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），每个信道可以传输一路话音或控制信息.模拟蜂窝系统是FDMA结构的一个典型例子，但GSM系统也采用了FDMA.

15. 1.2 多址技术 1.2.2 时分多址TDMA • TDMA是以不同的时隙实现通信 • 时分多址是指在一个宽带的无线载波上，将某一信道按时间加以分割，各信号按一定顺序占用某一时间间隙（时隙）.即多路信号利用同一个信道在不同时间各自独立地传送.

16. 1.2 多址技术 1.2.3 码分多址CDMA • CDMA是以不同的代码序列实现通信的 • 码分多址是一种利用扩频技术所形成的不同的码序列实现的多址方式.它不像FDMA、TDMA那样把用户的信息从频率和时间上进行分离，它可在一个信道上同时传输多个用户的信息.其关键是信息在传输以前要进行特殊的编码，编码后的信息混合后不会丢失原来的信息.

17. 1.3 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.

18. 1.5 GSM主要参数 移动通信1.8GHz频段的分配情况 在1800MHz频段，移动通信只用了低部45MHz，45MHz中已占用10MHz，尚余35MHz带宽.另有30MHz带宽可供发展！

19. 2. GSM系统结构与接口 2.1 GSM系统结构与功能 2.2 GSM系统的业务 2.3 GSM接口 2.4 GSM各接口协议 2.5 GSM无线接口

20. 2.1 GSM系统结构与功能 OSS：操作支持子系统 BSS：基站子系统 NSS：网络子系统 NMC：网络管理中心 DPPS：数据后处理系统 SEMC：安全性管理中心 OMC：操作维护中心 PCS：用户识别卡个人化中心 MSC：移动业务交换中心 VLR：来访用户位置寄存器 HLR：归属用户位置寄存器 AUC：鉴权中心 EIR：移动设备识别寄存器 BSC：基站控制器 BTS：基站收发信台 PDN：公用数据网 PSTN：公用电话网 ISDN：综合业务数字网 MS：移动台

21. 2.1 GSM系统结构与功能 • 一个GSM系统可由三个子系统组成，即操作支持子系统 (OSS)，基站子系统(BSS)和网路子系统(NSS)三部分. • 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. • 通过无线接口直接与移动台相连，负责无线发送接收和无线资源的管理. • 它与NSS相连，实现移动用户间或移动用户与固定网路用户之间的通信连接，传送系统信息和用户信息等. • 与操作支持子系统OSS之间实现互通.

22. 2.1 GSM系统结构与功能 • 网路子系统NSS是整个系统的核心，它对GSM移动用户之间及移动用户与其它通信网用户之间通信起着交换、连接与管理的功能. • 主要负责完成呼叫处理、通信管理、移动管理、部分无线资源管理、安全性管理、用户数据和设备管理、计费记录处理、公共信道、信令处理和本地运行维护等.

23. 2.1 GSM系统结构与功能 操作支持子系统OSS完成移动用户管理、移动设备管理、系统的操作与维护.

24. 2.1 GSM系统结构与功能 2.1.1 移动台的功能 • 移动台由SIM卡与物理设备组成，二者是分离的. • SIM卡上包含所有与用户有关的无线接口一侧的信息，也含有鉴权和加密实现的信息. 固化数据：IMSI、Ki、安全算法（A3、A8) 临时网络数据：TMSI、LAI、KC、被禁止的PLMN、 PLMN选择预编程 业务相关数据：PIN(个人识别号) • 物理设备可以是手持机，车载机或是由移动终端直接与终端设备相连而构成.

25. 2.1 GSM系统结构与功能 2.1.2 BSC的功能 • 接口管理 • BTS-BSC之间的信道管理 • 无线参数及无线资源管理 • 无线链路的测量 • 话务量统计 • 切换 • 支持呼叫控制 • 操作与维护

26. 2.1 GSM系统结构与功能 2.1.3 BTS的功能 • BTS主要分为基带单元、载频单元和控 • 制单元三部分. • BTS受控于基站控制器(BSC)，服务于某小区的无线收发信设备，实现BTS与移动台(MS)空中接口的功能.

27. 2.1 GSM系统结构与功能 2.1.4 MSC的功能 • MSC是整个网络的核心，协调与控制整个GSM网络中BSS、OSS的各个功能实体. • 接口管理 • 支持一系列业务：电信业务，承载业务和补充业务 • 支持位置登记、越区切换和自动漫游等其它网络功能.

28. 2.1 GSM系统结构与功能 2.1.5 VLR的功能 • 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. • 它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.

29. 2.1 GSM系统结构与功能 2.1.6 HLR的功能 • 归属用户位置寄存器(HLR)是GSM系统的中央数据库，存储该HLR控制的所有存在的移动用户的相关信息. • 所有移动用户的重要数据都存储在HLR中.包括用户识别号码，访问能力、用户类别和补充业务等数据，HLR也存储部分漫游移动用户所在MSC区域的有关动态数据.

30. 2.1 GSM系统结构与功能 2.1.7 AUC的功能 • 鉴权中心(AUC)存储着鉴权信息和加密密钥，防止无权用户接入系统和防止无线接口中数据被窃. • 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.

31. 2.1 GSM系统结构与功能 2.1.8 EIR的功能 • 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)，通过核查三种表格（白名单、灰名单、黑名单）使得网络具有防止无权用户接入、监视故障设备的运行和保障网络运行安全的功能. • 在三种表格中分别列出了准许使用的、出现故障需监视的、失窃不准使用的移动设备的IMEI识别码.

32. 2.2 GSM系统的业务 GSM系统提供的业务可分为三大类： 承载业务(BEAR SERVICES) 电信业务(TELESERVICES) 附加业务(SUPPLEMENTARY SERVICES) 其中承载业务和电信业务也叫作基本电信业务(BASIC TELECOMMUNICATION SERVICES) 附加业务可以分为GSM附加业务(GSM BASIC TELECOMMUNICATION SERVICES)和非GSM附加业务(NON-GSM BASIC TELECOMMUNICATION SERVICES)

33. 2.2 GSM系统的业务 2.2.1 GSM承载业务bear services • 承载业务是为了提供数据传送的纯传输业务，它提供GSM网络和其他网络之间的低层交换功能. • ETSI为GSM定义的承载业务有： • Data CDA--circuit duplex asynchronous • 数据电路双工异步传送 • 异步传送速率：300-9600bps • 业务号：BS21，BS22，BS23，BS24，BS25，BS26 • Data CDS--circuit duplex synchronous • 数据电路双工同步传送 • 同步传送速率：1200-9600bps • 业务号：BS31，BS32，BS33，BS34

34. 2.2 GSM系统的业务 2.2.1 GSM承载业务bear services • PAD CDA--packet assembler/disassembler dedicated PAD access 消息包异步传送速率：300-9600bps 业务号：BS41，BS42，BS44，BS45，BS46 • Alternate speech/data CDA--circuit duplex Asynchronous 语音/数据电路双工异步传送 业务号：BS61 • Speech followed by CDA--circuit duplex synchronous 语音切换到数据电路双工同步传送 业务号：BS81

35. 2.2 GSM系统的业务 2.2.2 GSM电信业务teleservices • 电信业务使用通信终端之间从高，低层网到通信控制层的功能 • 基本语音/数据电信业务： • Telephony • 电话业务允许PLMN网与PSTN等他网之间的 • 语音信息传送 • 业务号：TS11 • Emergency call • 紧急呼叫业务用于建立移动台与紧急呼叫 • 中心的连接 • 业务号：TS12

36. 2.2 GSM系统的业务 2.2.2 GSM电信业务teleservices • Short message services • 短消息业务属于数据业务，允许移动台收发 • 其他移动用户的短消息 • 业务号：移动接受TS21，移动始发TS22 • Automatic telefax • 传真业务属于数据业务 • 业务号：TS62 • Alternative speech and telefax • 传真/语音交替业务允许语音和传真业务中 • 交替传送 • 业务号：TS61

37. 2.2 GSM系统的业务 2.2.3 附加业务 • 附加业务是GSM基本电信业务的附加业务，它总是和基本电信业务并存的. • 一、GSM Supplementary Services • Number identification services • calling line identification presentation • calling line identification restriction • Call offering services • call forwarding unconditional(CFU) • call forwarding on mobile subscriber busy(CFB) • call forwarding on no reply(CFNRy) • call forwarding on mobile subscriber not reachable(CFNRc)

38. 2.2 GSM系统的业务 2.2.3 附加业务 • Call completion services call hold call waiting • Multi-party service 最大允许包括多方会议发起者在内的六位 用户 • Advice of charge(AOC) • AOC information level(AOIC) • AOC charging level(AOCC)

39. 2.2 GSM系统的业务 2.2.3 附加业务 • Call restriction services • *Barring of all outgoing calls(BAOC) • 紧急呼叫例外 • *Barring of all outgoing • international calls(BOIC) • *Barring of all outgoing international • calls except home PLMN country(BOIC-exHC) • *Barring of all ingoing calls(BAIC) • *Barring of all ingoing calls when • roaming outside home country(BIC-Roam)

40. 2.2 GSM系统的业务 2.2.3 附加业务 • Closed user group(CUG) • 允许若干移动用户组成一个闭和用户群.其成员用户能接收和拨打群内用户，可统一开通其他业务.

41. 2.2 GSM系统的业务 2.2.3 附加业务 • 二、Non-GSM Supplementary Services • Hot billing • 热线收费允许运营者为某个用户独立于普通计费而建立短期计费显示 • Call back(call diversion services) • 遇忙回叫允许临时不能接入PLMN网络的移动用户向网络个人语音邮箱呼叫

42. 2.3 GSM接口 2.3.1 主要接口 • GSM系统的主要接口指A接口、Abis接口和Um接口. • A接口、Um接口为开放式接口.

43. 2.3 GSM接口 2.3.2 主要接口（A接口） • A接口定义为网路子系统（NSS）与基站子系统（BSS）之间的通信接口. • 其物理链接通过采用标准的2.048Mb/s PCM数字传输链路来实现. • 此接口传递的信息包括移动台管理、基站管理、移动性管理、接续管理等.

44. 2.3 GSM接口 2.3.3 主要接口（Abis接口） • Abis 接口定义为基站子系统的两个功能实体基站控制器（BSC）和基站收发信台（BTS）之间的通信接口. • 物理链接通过采用标准的2.048Mb/s 或64kbit/s PCM 数字传输链路来实现. • BS接口作为Abis 接口的一种特例，用于BTS（与BSC并置）与BSC之间的直接互连方式，此时BSC与BTS之间的距离小于10米.

45. 2.3 GSM接口 2.3.4 主要接口（Um接口） • Um 接口（空中接口）定义为移动台与基站收发信台（BTS）之间的通信接口，用于移动台与GSM系统的固定部分之间的互通. • 其物理链接通过无线链路实现. • 传递的信息包括无线资源管理，移动性管理和接续管理等.

46. 2.3 GSM接口 2.3.5 NSS内部接口 C

47. 2.3 GSM接口 2.3.5 NSS内部接口（B接口） • B接口定义为访问用户位置寄存器（VLR）与移动业务交换中心（MSC）之间的内部接口. • 用于移动业务交换中心（MSC）向访问用户位置寄存器（VLR）询问有关移动台（MS）当前位置信息或者通知访问用户位置寄存器（VLR）有关移动台（MS）的位置更新信息.

48. 2.3 GSM接口 2.3.5 NSS内部接口（C接口） • C接口定义为归属用户位置寄存器（HLR）与移动业务交换中心（MSC）之间的接口. • 用于传递路由选择和管理信息. • 在建立一个至移动用户的呼叫时，入口移动业务交换中心（GMSC）应向被叫用户所属的归属用户位置寄存器（HLR）询问被叫移动台的漫游号码. • C接口的物理链接方式是标准的2.048MB/S的PCM数字传输链路.

49. 2.3 GSM接口 2.3.5 NSS内部接口（D接口） • D接口定义为归属用户位置寄存器（HLR）与访问用户位置寄存器（VLR）之间的接口. • 用于交换有关移动台位置和用户管理的信息，为移动用户提供的主要服务是保证移动台在整个服务区内能建立和接收呼叫. • 实用化的GSM系统结构一般把VLR综合于移动业务交换中心（MSC）中，而把归属用户位置寄存器（HLR）与鉴权中心（AUC）综合在同一个物理实体内. • D接口的物理链接是通过移动业务交换中心（MSC）与归属用户位置寄存器（HLR）之间的标准2.048Mb/s 的PCM 数字传输链路实现的.

50. 2.3 GSM接口 2.3.5 NSS内部接口（E接口） • E接口定义为控制相邻区域的不同移动业务交换中心（MSC）之间的接口. • 此接口用于切换过程中交换有关切换信息以启动和完成切换. • E接口的物理链接方式是通过移动业务交换中心（MSC）之间的标准2.048Mbit/s PCM 数字传输链路实现的.