【正文】 GSM數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng) 碼分多址 (CDMA)蜂窩移動通信系統(tǒng) 衛(wèi)星通信系統(tǒng) 第 12 章典型通信系統(tǒng)介紹 返回主目錄 第 12 章 典型通信系統(tǒng)介紹 GSM 移動通信系統(tǒng)出現(xiàn)在半個世紀以前 ， 80年代以后得到了迅速發(fā)展 。 數(shù)字程控交換技術的采用 ， 綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)（ ISDN） 的開發(fā)成功 ， 智能網(wǎng)研究的新進展 ， 為實現(xiàn)個人通信打下了網(wǎng)絡基礎 。 特別是隨著蜂窩組網(wǎng)技術的完善和大容量系統(tǒng)的出現(xiàn) ， 移動通信已經(jīng)成為發(fā)展速度最快 、 最受歡迎 、 最靈活方便的通信技術之一 。 數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)是將通信范圍分為若干相距一定距離的小區(qū) ， 移動用戶可以從一個小區(qū)運動到另一個小區(qū) ， 依靠終端對基站的跟蹤 ， 從而使通信不中斷 。 移動用戶還可以從一個城市漫游到另一個城市 ， 甚至到另一個國家與原注冊地的用戶終端通話 。 數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)的組成原理如圖 12 1 所示 ， 主要由三部分組成：控制交換中心 、 若干基地臺和諸多移動終端 ， 通過控制交換中心進入公用有線電話網(wǎng) ， 從而實現(xiàn)移動電話與固定電話 、 移動電話與移動電話之間的通信 。 從基站到移動臺的傳輸方向稱為下行鏈路 (或前向鏈路 )， 從移動臺到基站的傳輸方向稱為上行鏈路 (或反向鏈路 )。 目前廣泛應用的是第二代移動通信系統(tǒng) ， 采用窄帶時分多址 (TDMA)和窄帶碼分多址 (CDMA)數(shù)字接入技術 ， 已形成的國家和地區(qū)標準有歐洲的 GSM系統(tǒng) 、 美國的 IS54系統(tǒng)和 IS95系統(tǒng) 、 日本的 PDC系統(tǒng) 。 我國主要采用歐洲的 GSM系統(tǒng) 。 圖 12 – 1 數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)組成原理圖 市話局市話用戶有線電話網(wǎng)控制交換中心中繼線M S CM B S基地站 1陸上移動電話網(wǎng)中繼 線中繼線基地站 3基地站 2M B SM B S中繼線無線區(qū) 1MS車載臺無線區(qū) 2無線區(qū) 3MS固定臺MS手持機手持機 MS車載臺 MS GSM系統(tǒng)的主要性能如下所述 。 1. 工作頻率 GSM900系統(tǒng)：上行鏈路頻率 890～ 915MHz， 下行鏈路頻率 935～ 960 MHz， 雙工間隔為 45 MHz， 工作帶寬為 25 MHz， 載頻間隔 200 kHz。 GSM1800系統(tǒng)：上行鏈路頻率 1710～ 1785 MHz， 下行鏈路頻率 1805～ 1880 MHz， 雙工間隔為 95 MHz， 工作帶寬為 75 MHz， 載頻間隔為 200 kHz； EGSM900系統(tǒng)： 上行鏈路頻率 880～ 915 MHz， 下行鏈路頻率 925～ 960 MHz。 EGSM900比 GSM900在上 /下行頻段向下擴展了 10 MHz工作帶寬 ， 以解決目前 GSM900系統(tǒng)頻道擁擠問題 。 2. 271kF7W， 即 8個基本物理信道采用時分多址 (TDMA)方式和高斯濾波最小移頻鍵控 (GMSK， BT=)調制 ， 每載波信息速率為 kb/s。 3. 小區(qū)結構和頻率再用 農(nóng)村地區(qū)可采用宏小區(qū) ， 小區(qū)半徑可達 35 km；城市地區(qū)的小區(qū)半徑為 10～ 20 km；市中心等業(yè)務量密集地區(qū)可采用微小區(qū) ， 半徑 km左右 。 地域覆蓋模式為 9小區(qū)的區(qū)群 ， 同頻保護比為 =9 dB。 Ic 4. 語音編碼器的基本速率為 kb/s， 加糾錯保護后的總速率為 kb/s； 透明數(shù)據(jù)速率 kb/s、 kb/s和 kb/s；非透明數(shù)據(jù)基本速率 kb/s。 5. 由移動臺進行小區(qū)選擇 ， 小區(qū)選擇的條件是以路徑損耗測量結果為依據(jù) 。 如果傳輸質量不滿足指標要求或者不能對基站發(fā)射的尋呼塊進行譯碼或者不能接入上行線路 ， 則移動臺就開始重新選擇小區(qū) 。 GSM系統(tǒng)具有下列主要特點： (1) GSM系統(tǒng)是由幾個分系統(tǒng)組成的 ， 并且可與各種公用通信網(wǎng) (PSTN、 ISDN、 PDN等 )互連互通 。 各分系統(tǒng)之間或各分系統(tǒng)與各種公用通信網(wǎng)之間都明確和詳細定義了標準化接口規(guī)范 ， 保證任何廠商提供的 GSM系統(tǒng)或子系統(tǒng)都能互連； (2) GSM系統(tǒng)能提供國際間的自動漫游功能 ， 所有 GSM移動用戶都可進入 GSM系統(tǒng)而與國別無關； (3) GSM系統(tǒng)除了可以提供話音業(yè)務外 ， 還可以提供各種數(shù)字業(yè)務； (4) GSM系統(tǒng)具有加密和鑒權功能 ， 能確保用戶保密和網(wǎng)絡安全； (5) GSM系統(tǒng)具有靈活和方便的組網(wǎng)結構 ， 頻率重復利用率高 ， 業(yè)務承擔能力強 ， 保證在話音和數(shù)據(jù)通信兩個方面都能滿足用戶對大容量 、 高密度業(yè)務的要求； (6) GSM系統(tǒng)抗干擾能力強， 覆蓋區(qū)域內的通信質量高等。 GSM系統(tǒng)的典型結構如圖 12 2所示 ， 主要由三個相關的子系統(tǒng)組成 ， 它們是網(wǎng)絡子系統(tǒng) (NSS) 、 操作支持子系統(tǒng)(OSS)和基站子系統(tǒng) (BSS)。 移動臺 (MS)也是一個子系統(tǒng) ， 但通常被認為是基站子系統(tǒng)的一部分 。 這些子系統(tǒng)通過一定的網(wǎng)絡接口互相連接 ， 并與用戶相連 。 基站子系統(tǒng)也叫無線子系統(tǒng) ， 提供并管理著移動臺和網(wǎng)絡子系統(tǒng)之間的無線傳輸通道 ， 同時也管理著移動臺與所有其他 GSM子系統(tǒng)的無線接口 。 基站子系統(tǒng)不直接與公用通信網(wǎng)互通 。 網(wǎng)絡子系統(tǒng)管理著系統(tǒng)的交換功能 ， 保證移動臺與相關的公用通信網(wǎng)或與其他移動臺之間建立通信 。 網(wǎng)絡子系統(tǒng)不直接與移動臺互通 。 操作支持子系統(tǒng)提供給運營部門一種手段來控制和維護系統(tǒng)的正常運行 。 圖 12 – 2 GSM系統(tǒng)結構 N M C D P P S P C S S E M CO S SM S CV L RB S CB T SB S SB T SH L RA U CO M CE I R P S T N I S D N P D NN S SA 接口MS 1. 基站子系統(tǒng) (BSS) 基站子系統(tǒng)由多個基站收發(fā)信臺 (BTS)和基站控制器 (BSC)組成 。 基站控制器是基站子系統(tǒng)的控制部分 ， 承擔各種接口的管理 、 無線資源的管理和無線參數(shù)的管理 。 基站收發(fā)信臺是基站子系統(tǒng)的無線部分 ， 由基站控制器控制 ， 完成基站控制器與無線信道之間的轉換 ， 實現(xiàn)基站收發(fā)信臺與移動臺之間通過空中接口的無線傳輸和相關的控制 。 基站子系統(tǒng)是 GSM系統(tǒng)中最基本的組成部分 ， 它通過無線空中接口與移動臺連接 ， 負責無線發(fā)送 、 接收和無線資源管理 。 另一方面 ， 通過 A接口 ， 基站子系統(tǒng)與網(wǎng)絡子系統(tǒng)中的移動業(yè)務交換中心 (MSC)相連接 ， 實現(xiàn)移動用戶之間或移動用戶和固定網(wǎng)絡用戶之間的通信連接 ， 傳送系統(tǒng)控制信息和用戶信息等 。 移動臺屬于基站子系統(tǒng)的一部分 ， 它是 GSM系統(tǒng)中用戶使用的設備 ， 包括：手持臺 、 便攜臺和車載臺 。 移動臺通過無線空中接口與基站收發(fā)信臺連接 。 移動臺另外一個重要組成部分是用戶識別卡 (SIM)。 SIM卡是一種存儲裝置 ， 可存儲用戶識別卡 ， 為用戶提供服務的網(wǎng)絡 、 地區(qū) 、 專用鍵 ， 以及其他特定用戶信息等 。 沒有 SIM裝置 ， GSM移動臺不會工作 。 正是 SIM使 GSM用戶能識別自己的身份 。 2. 網(wǎng)絡子系統(tǒng) (NSS) 網(wǎng)絡子系統(tǒng)主要由移動業(yè)務交換中心 (MSC)、 訪問用戶位置寄存器 (VLR)、 歸屬用戶位置寄存器 (HLR)、 移動設備識別寄存器 (EIR)和鑒權中心 (AUC)等組成 。 網(wǎng)絡子系統(tǒng)通過GSM規(guī)范的 7號信令實現(xiàn)內部各功能塊及與基站子系統(tǒng)的連接 ， 承擔 GSM系統(tǒng)的交換功能和提供對用戶管理和數(shù)據(jù)庫 。 移動業(yè)務交換中心是網(wǎng)絡的核心 (MSC)， 它提供基站子系統(tǒng) 、 歸屬用戶位置寄存器 、 移動設備識別寄存器 、 鑒權中心 、 操作維護中心 (OMC)、 面向固定網(wǎng)絡的接口等的交換 。 把移動用戶之間或移動用戶和固定網(wǎng)絡用戶之間相互連接起來 。 MSC為移動用戶提供電信業(yè)務 、 承載業(yè)務和補充業(yè)務 ， 同時還支持位置登記 、 越區(qū)切換 、 自動漫游等其他網(wǎng)絡功能 。 訪問用戶位置寄存器 (VLR)是為其控制區(qū)域內的移動用戶服務的 。 對其控制區(qū)域內的移動用戶進行登記 ， 并為已登記的移動用戶提供建立呼叫接續(xù)的必要條件 。 訪問用戶位置寄存器是一個動態(tài)數(shù)據(jù)庫 ， 其從已登記移動用戶的歸屬用戶位置寄存器獲取或存儲相關數(shù)據(jù) 。 當移動用戶離開該 VLR的控制區(qū)域 ， 進入到另一個 VLR的控制區(qū)域 ， 則移動用戶在新的 VLR進行登記 ， 而原 VLR將刪除該移動用戶數(shù)據(jù) 。 歸屬用戶位置寄存器 (HLR)是 GSM系統(tǒng)的中央數(shù)據(jù)庫 ， 存儲該 HLR控制區(qū)域內所有移動用戶的數(shù)據(jù) 。 這些數(shù)據(jù)包括： 移動用戶識別號碼 、 用戶類型 、 訪問能力 、 補充業(yè)務等 。 另外 ， HLR還存儲移動用戶實際漫游所在 MSC區(qū)域的有關動態(tài)數(shù)據(jù) 。 鑒權中心 (AUC)是歸屬用戶位置寄存器的一個功能單元 ， 它存儲著用戶鑒權信息和加密密鑰 ， 保證移動用戶通信安全 ， 防止無權用戶接入系統(tǒng) 。 移動設備識別寄存器 (EIR)存儲每個移動用戶的國際移動用戶識別號碼 (IMSI), 通過白色清單 、 黑色清單或灰色清單這三種表格 ， 確保網(wǎng)絡內各移動用戶的惟一性和安全性 。 IMSI由移動國家碼 、 移動網(wǎng)號和移動用戶識別號三部分組成 ， 其結構如圖 12 3所示 。 圖 12 3 IMSI結構 M C C M S I NM N CN M S II M S I 移動國家碼 (MCC)由三位數(shù)字組成 ， 惟一地識別移動用戶所屬的國家；移動網(wǎng)號 (MNC)最多由兩位數(shù)字組成 ， 用來識別移動用戶歸屬的 GSM移動通信網(wǎng)；移動用戶識別號 (MSIN)惟一地識別某個 GSM網(wǎng)中的移動用戶 。 IMSI總長度不超過 15位十進制數(shù) ， MNC和 MSIN合起來構成國內移動用戶標識 。 3. 操作支持子系統(tǒng) (OSS) 操作支持子系統(tǒng)是管理和服務中心 ， 主要包括：網(wǎng)絡管理中心 (NMC)、 安全性管理中心 (SEMC)、 用戶識別卡管理的個人化中心 (PCS)、 計費管理的數(shù)據(jù)后處理系統(tǒng) (DPPS)等 。 其主要實現(xiàn)對移動用戶管理 、 移動設備管理及網(wǎng)絡操作和維護等功能 。 GSM系統(tǒng)各子系統(tǒng)之間通過相應的接口來連接 ， 其原理如圖 12 4所示 。 主要接口包括： Um接口 (無線空中接口 )、 Abis接口和 A接口 。 這三種主要接口的標準化能保證不同廠商生產(chǎn)的GSM設備和系統(tǒng)互連 。 圖 12 4 GSM系統(tǒng)中的各類接口 B T S移動臺B T SB T SB S C M S C P S T NA 接口（標準化）A b i s 接口（標準化）SS7U m ( G S M 無線空中 ) 接口（標準化）移動臺 連接移動臺和基站收發(fā)信臺之間的接口稱為 Um接口 ， 它用于移動臺和基站子系統(tǒng)之間的互通 ， 其傳遞的信息有：無限資源管理 、 移動性管理和接續(xù)管理 。 連接基站收發(fā)信臺(BTS)和基站控制器 (BSC)之間的接口稱為 Abis接口 ， 它是通過標準的 64 kb/s或 Mb/s PCM數(shù)字傳輸鏈路來實現(xiàn) BTS與BSC之間的互連的 。 此接口支持所有向用戶提供的服務 ， 并支持對 BTS無線設備的控制和無線頻率的分配 。 連接基站控制器和移動業(yè)務交換中心 (MSC)之間的接口稱為 A接口 ， 它是通過標準的 Mb/s PCM數(shù)字傳輸鏈路來實現(xiàn) BSC與 MSC之間的連接的 。 此接口傳遞的信息有：移動臺管理 、 基站管理 、 移動性管理和接續(xù)管理 。 GSM邏輯信道可以分為業(yè)務信道 （ TCH） 和控制信道（ CCH） 。 業(yè)務信道攜帶的是用戶的數(shù)字化語音或數(shù)據(jù) ， 無論是上行還是下行鏈路都有同樣的功能和格式 。 控制信道在移動站和基站之間傳輸信令和同步信息 ， 在上下行鏈路之間有著不同的信道 。 在 GSM中有 6種類型的業(yè)務信道和很多類型的控制信道 。 1. GSM中的業(yè)務信道 （ TCH） GSM的業(yè)務信道攜帶用戶數(shù)字化語音或數(shù)據(jù)信息 ， 可分為全速率或半速率兩種類型 。 全速率傳送時 ，