【正文】 GSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 碼分多址 (CDMA)蜂窩移動(dòng)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(dòng)通信系統(tǒng)出現(xiàn)在半個(gè)世紀(jì)以前 ， 80年代以后得到了迅速發(fā)展 。 數(shù)字程控交換技術(shù)的采用 ， 綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ ISDN） 的開發(fā)成功 ， 智能網(wǎng)研究的新進(jìn)展 ， 為實(shí)現(xiàn)個(gè)人通信打下了網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 。 特別是隨著蜂窩組網(wǎng)技術(shù)的完善和大容量系統(tǒng)的出現(xiàn) ， 移動(dòng)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(shù)之一 。 數(shù)字蜂窩移動(dòng)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(dòng)用戶可以從一個(gè)小區(qū)運(yùn)動(dòng)到另一個(gè)小區(qū) ， 依靠終端對基站的跟蹤 ， 從而使通信不中斷 。 移動(dòng)用戶還可以從一個(gè)城市漫游到另一個(gè)城市 ， 甚至到另一個(gè)國家與原注冊地的用戶終端通話 。 數(shù)字蜂窩移動(dòng)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(tái)和諸多移動(dòng)終端 ， 通過控制交換中心進(jìn)入公用有線電話網(wǎng) ， 從而實(shí)現(xiàn)移動(dòng)電話與固定電話 、 移動(dòng)電話與移動(dòng)電話之間的通信 。 從基站到移動(dòng)臺(tái)的傳輸方向稱為下行鏈路 (或前向鏈路 )， 從移動(dòng)臺(tái)到基站的傳輸方向稱為上行鏈路 (或反向鏈路 )。 目前廣泛應(yīng)用的是第二代移動(dòng)通信系統(tǒng) ， 采用窄帶時(shí)分多址 (TDMA)和窄帶碼分多址 (CDMA)數(shù)字接入技術(shù) ， 已形成的國家和地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)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(dòng)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(tái)無線區(qū) 2無線區(qū) 3MS固定臺(tái)MS手持機(jī)手持機(jī) MS車載臺(tái) 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(kuò)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(gè)基本物理信道采用時(shí)分多址 (TDMA)方式和高斯濾波最小移頻鍵控 (GMSK， BT=)調(diào)制 ， 每載波信息速率為 kb/s。 3. 小區(qū)結(jié)構(gòu)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(dá) 35 km；城市地區(qū)的小區(qū)半徑為 10～ 20 km；市中心等業(yè)務(wù)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(hù)比為 =9 dB。 Ic 4. 語音編碼器的基本速率為 kb/s， 加糾錯(cuò)保護(hù)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(dòng)臺(tái)進(jìn)行小區(qū)選擇 ， 小區(qū)選擇的條件是以路徑損耗測量結(jié)果為依據(jù) 。 如果傳輸質(zhì)量不滿足指標(biāo)要求或者不能對基站發(fā)射的尋呼塊進(jìn)行譯碼或者不能接入上行線路 ， 則移動(dòng)臺(tái)就開始重新選擇小區(qū) 。 GSM系統(tǒng)具有下列主要特點(diǎn)： (1) GSM系統(tǒng)是由幾個(gè)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(xì)定義了標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)漫游功能 ， 所有 GSM移動(dòng)用戶都可進(jìn)入 GSM系統(tǒng)而與國別無關(guān)； (3) GSM系統(tǒng)除了可以提供話音業(yè)務(wù)外 ， 還可以提供各種數(shù)字業(yè)務(wù)； (4) GSM系統(tǒng)具有加密和鑒權(quán)功能 ， 能確保用戶保密和網(wǎng)絡(luò)安全； (5) GSM系統(tǒng)具有靈活和方便的組網(wǎng)結(jié)構(gòu) ， 頻率重復(fù)利用率高 ， 業(yè)務(wù)承擔(dān)能力強(qiáng) ， 保證在話音和數(shù)據(jù)通信兩個(gè)方面都能滿足用戶對大容量 、 高密度業(yè)務(wù)的要求； (6) GSM系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)， 覆蓋區(qū)域內(nèi)的通信質(zhì)量高等。 GSM系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)如圖 12 2所示 ， 主要由三個(gè)相關(guān)的子系統(tǒng)組成 ， 它們是網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng) (NSS) 、 操作支持子系統(tǒng)(OSS)和基站子系統(tǒng) (BSS)。 移動(dòng)臺(tái) (MS)也是一個(gè)子系統(tǒng) ， 但通常被認(rèn)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(luò)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(dòng)臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)之間的無線傳輸通道 ， 同時(shí)也管理著移動(dòng)臺(tái)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(luò)子系統(tǒng)管理著系統(tǒng)的交換功能 ， 保證移動(dòng)臺(tái)與相關(guān)的公用通信網(wǎng)或與其他移動(dòng)臺(tái)之間建立通信 。 網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)不直接與移動(dòng)臺(tái)互通 。 操作支持子系統(tǒng)提供給運(yùn)營部門一種手段來控制和維護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行 。 圖 12 – 2 GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 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(gè)基站收發(fā)信臺(tái) (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(dān)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(tái)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(zhuǎn)換 ， 實(shí)現(xiàn)基站收發(fā)信臺(tái)與移動(dòng)臺(tái)之間通過空中接口的無線傳輸和相關(guān)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(dòng)臺(tái)連接 ， 負(fù)責(zé)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(luò)子系統(tǒng)中的移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心 (MSC)相連接 ， 實(shí)現(xiàn)移動(dòng)用戶之間或移動(dòng)用戶和固定網(wǎng)絡(luò)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(dòng)臺(tái)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(shè)備 ， 包括：手持臺(tái) 、 便攜臺(tái)和車載臺(tái) 。 移動(dòng)臺(tái)通過無線空中接口與基站收發(fā)信臺(tái)連接 。 移動(dòng)臺(tái)另外一個(gè)重要組成部分是用戶識(shí)別卡 (SIM)。 SIM卡是一種存儲(chǔ)裝置 ， 可存儲(chǔ)用戶識(shí)別卡 ， 為用戶提供服務(wù)的網(wǎng)絡(luò) 、 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(dòng)臺(tái)不會(huì)工作 。 正是 SIM使 GSM用戶能識(shí)別自己的身份 。 2. 網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng) (NSS) 網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)主要由移動(dòng)業(yè)務(wù)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(dòng)設(shè)備識(shí)別寄存器 (EIR)和鑒權(quán)中心 (AUC)等組成 。 網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)通過GSM規(guī)范的 7號(hào)信令實(shí)現(xiàn)內(nèi)部各功能塊及與基站子系統(tǒng)的連接 ， 承擔(dān) 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(dòng)業(yè)務(wù)交換中心是網(wǎng)絡(luò)的核心 (MSC)， 它提供基站子系統(tǒng) 、 歸屬用戶位置寄存器 、 移動(dòng)設(shè)備識(shí)別寄存器 、 鑒權(quán)中心 、 操作維護(hù)中心 (OMC)、 面向固定網(wǎng)絡(luò)的接口等的交換 。 把移動(dòng)用戶之間或移動(dòng)用戶和固定網(wǎng)絡(luò)用戶之間相互連接起來 。 MSC為移動(dòng)用戶提供電信業(yè)務(wù) 、 承載業(yè)務(wù)和補(bǔ)充業(yè)務(wù) ， 同時(shí)還支持位置登記 、 越區(qū)切換 、 自動(dòng)漫游等其他網(wǎng)絡(luò)功能 。 訪問用戶位置寄存器 (VLR)是為其控制區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)用戶服務(wù)的 。 對其控制區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)用戶進(jìn)行登記 ， 并為已登記的移動(dòng)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(gè)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫 ， 其從已登記移動(dòng)用戶的歸屬用戶位置寄存器獲取或存儲(chǔ)相關(guān)數(shù)據(jù) 。 當(dāng)移動(dòng)用戶離開該 VLR的控制區(qū)域 ， 進(jìn)入到另一個(gè) VLR的控制區(qū)域 ， 則移動(dòng)用戶在新的 VLR進(jìn)行登記 ， 而原 VLR將刪除該移動(dòng)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(chǔ)該 HLR控制區(qū)域內(nèi)所有移動(dòng)用戶的數(shù)據(jù) 。 這些數(shù)據(jù)包括： 移動(dòng)用戶識(shí)別號(hào)碼 、 用戶類型 、 訪問能力 、 補(bǔ)充業(yè)務(wù)等 。 另外 ， HLR還存儲(chǔ)移動(dòng)用戶實(shí)際漫游所在 MSC區(qū)域的有關(guān)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù) 。 鑒權(quán)中心 (AUC)是歸屬用戶位置寄存器的一個(gè)功能單元 ， 它存儲(chǔ)著用戶鑒權(quán)信息和加密密鑰 ， 保證移動(dòng)用戶通信安全 ， 防止無權(quán)用戶接入系統(tǒng) 。 移動(dòng)設(shè)備識(shí)別寄存器 (EIR)存儲(chǔ)每個(gè)移動(dòng)用戶的國際移動(dòng)用戶識(shí)別號(hào)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(luò)內(nèi)各移動(dòng)用戶的惟一性和安全性 。 IMSI由移動(dòng)國家碼 、 移動(dòng)網(wǎng)號(hào)和移動(dòng)用戶識(shí)別號(hào)三部分組成 ， 其結(jié)構(gòu)如圖 12 3所示 。 圖 12 3 IMSI結(jié)構(gòu) M C C M S I NM N CN M S II M S I 移動(dòng)國家碼 (MCC)由三位數(shù)字組成 ， 惟一地識(shí)別移動(dòng)用戶所屬的國家；移動(dòng)網(wǎng)號(hào) (MNC)最多由兩位數(shù)字組成 ， 用來識(shí)別移動(dòng)用戶歸屬的 GSM移動(dòng)通信網(wǎng)；移動(dòng)用戶識(shí)別號(hào) (MSIN)惟一地識(shí)別某個(gè) GSM網(wǎng)中的移動(dòng)用戶 。 IMSI總長度不超過 15位十進(jìn)制數(shù) ， MNC和 MSIN合起來構(gòu)成國內(nèi)移動(dòng)用戶標(biāo)識(shí) 。 3. 操作支持子系統(tǒng) (OSS) 操作支持子系統(tǒng)是管理和服務(wù)中心 ， 主要包括：網(wǎng)絡(luò)管理中心 (NMC)、 安全性管理中心 (SEMC)、 用戶識(shí)別卡管理的個(gè)人化中心 (PCS)、 計(jì)費(fèi)管理的數(shù)據(jù)后處理系統(tǒng) (DPPS)等 。 其主要實(shí)現(xiàn)對移動(dòng)用戶管理 、 移動(dòng)設(shè)備管理及網(wǎng)絡(luò)操作和維護(hù)等功能 。 GSM系統(tǒng)各子系統(tǒng)之間通過相應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)化能保證不同廠商生產(chǎn)的GSM設(shè)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(dòng)臺(tái)B T SB T SB S C M S C P S T NA 接口（標(biāo)準(zhǔn)化）A b i s 接口（標(biāo)準(zhǔn)化）SS7U m ( G S M 無線空中 ) 接口（標(biāo)準(zhǔn)化）移動(dòng)臺(tái) 連接移動(dòng)臺(tái)和基站收發(fā)信臺(tái)之間的接口稱為 Um接口 ， 它用于移動(dòng)臺(tái)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(dòng)性管理和接續(xù)管理 。 連接基站收發(fā)信臺(tái)(BTS)和基站控制器 (BSC)之間的接口稱為 Abis接口 ， 它是通過標(biāo)準(zhǔn)的 64 kb/s或 Mb/s PCM數(shù)字傳輸鏈路來實(shí)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(wù) ， 并支持對 BTS無線設(shè)備的控制和無線頻率的分配 。 連接基站控制器和移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心 (MSC)之間的接口稱為 A接口 ， 它是通過標(biāo)準(zhǔn)的 Mb/s PCM數(shù)字傳輸鏈路來實(shí)現(xiàn) BSC與 MSC之間的連接的 。 此接口傳遞的信息有：移動(dòng)臺(tái)管理 、 基站管理 、 移動(dòng)性管理和接續(xù)管理 。 GSM邏輯信道可以分為業(yè)務(wù)信道 （ TCH） 和控制信道（ CCH） 。 業(yè)務(wù)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(dòng)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(wù)信道和很多類型的控制信道 。 1. GSM中的業(yè)務(wù)信道 （ TCH） GSM的業(yè)務(wù)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(shí) ，