【正文】 .......................................................................... 64 MA000001 GSM數(shù)字移動(dòng)通信原理 課程說明 華為技術(shù)有限公司 版權(quán)所有 , 未經(jīng)許可不得擴(kuò)散 1 課程說明 課程介紹 本章主要介紹 GSM有關(guān)的基礎(chǔ) 知識(shí)，諸如 ： GSM 發(fā)展簡史、數(shù)字移動(dòng)通信技術(shù)、 GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及相關(guān)接口、 TDMA幀結(jié)構(gòu)、 GSM 的區(qū)域定義及 GSM識(shí)別號(hào)、無線接口的邏輯信道及系統(tǒng)消息、 GSM系統(tǒng)的移動(dòng)性管理和安全性管理以及 GSM 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和信令網(wǎng)等。目前，比較成熟的數(shù)字移動(dòng)通信制式主要有泛歐的 GSM，美國的 ADC 和日本的 JDC（ 現(xiàn)改稱PDC）。 1988 年，十八個(gè)歐洲國家達(dá)成 GSM 諒解備忘錄 (MOU)。 MA000001 GSM 數(shù)字移動(dòng)通信原理 第 2 章 數(shù)字移動(dòng)通信技術(shù) 華為技術(shù)有限公司 版權(quán)所有 , 未經(jīng)許可不得擴(kuò)散 3 第 2章 數(shù)字移動(dòng)通信技術(shù) 多址技術(shù) 多址技術(shù)使眾多的用戶共用公共的通信線路。 頻分多址 頻分，有時(shí)也稱之為信道化，就是把整個(gè)可分配的頻譜劃分成許多單個(gè)無線電信道（發(fā)射和接收載頻對(duì)），每個(gè)信道可以傳輸一路話音或控制信息。此多址方式在數(shù)字蜂窩系統(tǒng)中采用， GSM 系統(tǒng)也采用了此種方式。同樣，當(dāng)用戶要發(fā)送信息時(shí)，首先將信息進(jìn)行緩存，等到自己時(shí)隙的到來。當(dāng)手機(jī)發(fā)射時(shí)基站接收，基站發(fā)射時(shí)手機(jī)接收，交替進(jìn)行。 碼 分多址 碼分多址是一種利用擴(kuò)頻技術(shù)所形成的不同 的碼序列實(shí)現(xiàn)的多址方式。每個(gè)發(fā)射機(jī)都有自己唯一的代碼（偽隨機(jī)碼），同時(shí)接收機(jī)也知道要接收的代碼，用這個(gè)代碼作為信號(hào)的濾波器，接收機(jī)就能從所有其他信號(hào)的背景中恢復(fù)成原來的信息碼（這個(gè)過程稱為解擴(kuò)）。 DCS1800移動(dòng)臺(tái)的最大輸出功率是 1W。 那么什么是蜂窩技術(shù)呢？ 移動(dòng)通信系統(tǒng)是采用一個(gè)叫基站的設(shè)備來提供無線服務(wù)范圍的。下面我們簡單介紹頻率復(fù)用技術(shù)的原理。在頻率復(fù)用系統(tǒng)中，處在不同地理位置（不同的小區(qū)）上的用戶可以同時(shí)使用相同頻率的信道（見 圖 22），頻率復(fù)用系統(tǒng)可以極大地提高頻譜效率。在時(shí)域內(nèi)的頻率復(fù)用是指在不同的時(shí)隙里占用相同的工作頻率，叫做時(shí)分多路（ TDM）。蜂窩式移動(dòng)電話網(wǎng)通常是先由若干鄰接的無線小區(qū)組成一個(gè)無線區(qū)群，再由若干個(gè)無線區(qū)群構(gòu)成整個(gè)服務(wù)區(qū)。 頻率復(fù)用距離 允許同頻率重復(fù)使用的最小距離取決于許多因素，如中心小區(qū)附近的同信道小區(qū)數(shù)，地理地形類別，每個(gè)小區(qū)基站的天線高度及發(fā)射功率。 從理論上來說， K應(yīng)該大些，然而，分配的信道總數(shù)是固定的。解決它必須估算同信道干擾，并選擇最小的頻率復(fù)用距離 D 以減小同信道干擾。各子系統(tǒng)之間或各子系統(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)能互連； ? GSM 系統(tǒng)能提供穿過國際邊界的自動(dòng)漫游功能，對(duì)于全部 GSM 移動(dòng)用戶都可進(jìn)入 GSM 系統(tǒng)而與國別無關(guān)； ? GSM 系統(tǒng)除了可以開放話音業(yè)務(wù)，還可以開放各種承載業(yè)務(wù)、補(bǔ)充業(yè)務(wù)和與 ISDN 相關(guān)的業(yè)務(wù)； ? 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； ? 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，移動(dòng)業(yè)務(wù)交換機(jī)的話務(wù)承載能力 一般都很強(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(duì)大容量、高密度業(yè)務(wù)的要求； ? 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； ? 用戶終端設(shè)備（手持機(jī)和車載機(jī)）隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展能向更小型、輕巧和增強(qiáng)功能趨勢(shì)發(fā)展。 NSS 必須管理通信業(yè)務(wù)，保證 MS 與相關(guān)的公用通信網(wǎng)或與其它 MS之間建立通信，也就是說 NSS 不直接與 MS 互通， BSS 也不直接與公用通信網(wǎng)互通。移動(dòng)臺(tái)的類型不僅包括手持臺(tái)，還包括車載臺(tái)和便攜式臺(tái)?；蛘咛峁┡c其它一些終端設(shè)備之間的接口。使用 GSM 標(biāo)準(zhǔn)的移動(dòng)臺(tái)都需要插入 SIM 卡，只有當(dāng)處理異常的緊急呼叫時(shí)，可以在不用 SIM 卡的情況下操作移動(dòng)臺(tái)。另一方面，基站子系統(tǒng)與網(wǎng)路子系統(tǒng)（ NSS）中的移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心（ MSC）相連，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)用戶之間或移動(dòng)用戶與固定網(wǎng)路用戶之間的通信連接，傳送系統(tǒng)信號(hào)和用戶信息等。BTS 可以直接與 BSC 相連接，也可以通過基站接口設(shè)備（ BIE）采用遠(yuǎn)端控制的連接方式與 BSC 相連接。 (1) 基站收發(fā)信臺(tái)（ BTS） MA000001 GSM 數(shù)字移動(dòng)通信原理 第 3 章 GSM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與相關(guān)接口 華為技術(shù)有限公司 版權(quán)所有 , 未經(jīng)許可不得擴(kuò)散 11 基站收發(fā)信臺(tái)（ BTS）屬于基站子系統(tǒng)的無線部分，由基站控制器（ BSC）控制，服務(wù)于某個(gè)小區(qū)的無線收 發(fā)信設(shè)備，完成 BSC 與無線信道之間的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn) BTS與移動(dòng)臺(tái)（ MS）之間通過空中接口的無線傳輸及相關(guān)的控制功能?？刂茊卧?jiǎng)t用于 BTS 的操作與維護(hù)。 BSC 主要由下列部分構(gòu)成： ? 朝向與 MSC 相接的 A接口或與碼變換器相接的 Ater 接口的數(shù)字中繼控制部分； ? 朝向與 BTS 相接的 Abis 接口或 BS 接口的 BTS 控制部分； ? 公共處理部分，包括與操作維護(hù)中心相接的接口控制； ? 交換部分。 移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心 MSC可從三種數(shù)據(jù)庫，即歸屬用戶位置寄存器（ HLR）、訪問用戶位置寄存器（ VLR）和鑒權(quán)中心（ AUC）獲取處理用戶位置登記和呼叫請(qǐng)求所需的全部數(shù)據(jù)。例如： ，同步數(shù) 據(jù) ～ 合和分解（ PAD）等； ? 補(bǔ)充業(yè)務(wù)。此呼叫首先被接入到入口移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心，稱為GMSC，入口交換機(jī)負(fù)責(zé)獲取位置信息，且把呼叫轉(zhuǎn)接到可向該移動(dòng)用戶提供即 時(shí)服務(wù)的 MSC，稱為被訪 MSC（ VMSC）。 (2) 訪問用戶位置寄存器（ VLR） 訪問用戶位置寄存器（ VLR）是服務(wù)于其控制區(qū)域內(nèi)移動(dòng)用戶的，存儲(chǔ)著進(jìn)入其控制區(qū)域內(nèi)已登記的移動(dòng)用戶相關(guān)信息，為已登記的移動(dòng)用戶提供建立呼叫接續(xù)的必要條件。 MA000001 GSM 數(shù)字移動(dòng)通信原理 第 3 章 GSM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與相關(guān)接口 華為技術(shù)有限公司 版權(quán)所有 , 未經(jīng)許可不得擴(kuò)散 13 VLR 功能總是在每個(gè) MSC 中綜合實(shí)現(xiàn)的。這樣，任何 入局呼叫可以即刻按選擇 路徑送到被叫的用戶。 (5) 移動(dòng)設(shè)備識(shí)別寄存器（ EIR） 移動(dòng)設(shè)備識(shí)別寄存器（ EIR）存儲(chǔ)著移動(dòng)設(shè)備的國際移動(dòng)設(shè)備識(shí)別碼（ IMEI），通過檢查白色清單、黑色清單或灰色清單這三種表格，在表格中分別列出 了準(zhǔn)許使用的、出現(xiàn)故障需監(jiān)視的、失竊不準(zhǔn)使用的移動(dòng)設(shè)備的 IMEI識(shí)別碼，使得運(yùn)營部門對(duì)于不管是失竊還是由于技術(shù)故障或誤操作而危及網(wǎng)路正常運(yùn)行的 MS 設(shè)備，都能采取及時(shí)的防范措施，以確保網(wǎng)路內(nèi)所使用的移動(dòng)設(shè)備的唯一性和安全性。用戶識(shí)別卡 SIM 的管理也可認(rèn)為是用 戶數(shù)據(jù)管理的一部分，但是，作為相對(duì)獨(dú)立的用戶識(shí)別卡 SIM 的管理，還必須根據(jù)運(yùn)營部門對(duì) SIM 的管理要求和模式采用專門的 SIM 個(gè)人化設(shè)備來完成。從電信管理網(wǎng)路（ TMN）的發(fā)展角度考慮， OMC 還應(yīng)具備與高層次的 TMN 進(jìn)行通信的接口功能，以保證 GSM網(wǎng)路能與其它電信網(wǎng)路一起納入先進(jìn)、統(tǒng)一的電信管理網(wǎng)路中進(jìn)行集中操作與維護(hù)管理。 接口和協(xié)議 為了保證網(wǎng)路運(yùn)營部門能在充滿競(jìng)爭的市場(chǎng)條件下靈活選擇不同供應(yīng)商提供的數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信設(shè)備， GSM 系統(tǒng)在制定技術(shù)規(guī)范時(shí)就對(duì)其子系統(tǒng)之間及各功能實(shí)體之間的接口和協(xié)議作了比較具體的定義，使不同供應(yīng)商提供的GSM 系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)備能夠符合統(tǒng)一的 GSM 技術(shù)規(guī)范而達(dá)到互通、組網(wǎng)的目的。這三種主要接口的定義和標(biāo)準(zhǔn)化能保證不同供應(yīng)商生產(chǎn)的移動(dòng)臺(tái)、基站子系統(tǒng)和網(wǎng)路子系統(tǒng)設(shè)備能納入同一個(gè) GSM數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)運(yùn)行和使用。 圖 34所示的 BS接口作為 Abis 接口的一種特例，用于 BTS（與 BSC 并置）與 BSC 之間的直接互連方式，此時(shí) BSC 與 BTS 之間的距離小于 10 米。 網(wǎng)路子系統(tǒng)內(nèi)部接口 網(wǎng)路子系統(tǒng)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）等功能實(shí)體組成，因此 GSM技術(shù)規(guī)范定義了不同的接口以保證各功能實(shí)體之間的接口標(biāo)準(zhǔn)化。實(shí)用化的 GSM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一般把 VLR 綜合于移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中 心（ MSC）中，而把歸屬用戶位置寄存器（ HLR）與鑒權(quán)中心（ AUC）綜合在同一個(gè)物理實(shí)體內(nèi)。 (3) C 接口 C 接口定 義為歸屬用戶位置寄存器（ HLR）與移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心（ MSC）之間的接口。 (4) E 接口 MA000001 GSM 數(shù)字移動(dòng)通信原理 第 3 章 GSM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與相關(guān)接口 華為技術(shù)有限公司 版權(quán)所有 , 未經(jīng)許可不得擴(kuò)散 17 E 接口定義為控制相鄰區(qū)域的不同移動(dòng)業(yè)務(wù) 交換中心（ MSC）之間的接口。用于交換相關(guān)的國際移動(dòng)設(shè)備識(shí)別碼管理信息。 G 接口的物理鏈接方式與 E 接口相同。其物理鏈接方式是通過 MSC 與 PSTN 或 ISDN 交換機(jī)之間標(biāo)準(zhǔn)。不同的接口可能采用不同形式的物理鏈路，完成MA000001 GSM 數(shù)字移動(dòng)通信原理 第 3 章 GSM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與相關(guān)接口 華為技術(shù)有限公司 版權(quán)所有 , 未經(jīng)許可不得擴(kuò)散 18 各自特定的功能，傳遞各自特定的消息，這些都由。 各接口協(xié)議 GSM 系統(tǒng)各功能實(shí)體之間的接口定義明確，同樣 GSM 規(guī)范對(duì)各接口所使用的分層協(xié)議也作了詳細(xì)的定義。 GSM系統(tǒng)通過 MSC 與這些公用電信網(wǎng)互連，其接口必須滿足 CCITT 的有關(guān)接口和信令標(biāo)準(zhǔn)及各個(gè)國家郵電運(yùn)營部門制定的與這些電信網(wǎng)有關(guān)的接口和信令標(biāo)準(zhǔn)。 (6) G 接口 G 接口定義為訪問用戶位置寄存器（ VLR）之間的接口。 E 接口的物理鏈接方式是通過移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心（ MSC）之間的標(biāo)準(zhǔn) 。如果采用歸屬用戶位置寄存器（ HLR）作為計(jì)費(fèi)中心，呼叫結(jié)束后建立或接收此呼叫的移動(dòng)臺(tái)（ MS）所在的移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心（ MSC）應(yīng)把計(jì)費(fèi)信息傳送給該移動(dòng)用戶當(dāng)前歸屬的歸屬用戶位置寄存器（ HLR），一旦要建立一個(gè)至移動(dòng)用戶的呼叫時(shí)，入口移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心（ GMSC）應(yīng)向被叫用戶所屬的歸屬用戶位置寄存器（ HLR）詢問被叫移動(dòng)臺(tái)的漫游號(hào)碼。 (2) B 接口 B 接口定義為訪問用戶位置寄存器（ VLR）與移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心（ MSC）之間的內(nèi)部接口。 MA000001 GSM 數(shù)字移動(dòng)通信原理 第 3 章 GSM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與相關(guān)接口 華為技術(shù)有限公司 版權(quán)所有 , 未經(jīng)許可不得擴(kuò)散 16 MSCEIRH L R /A U CC 接口 ║B 接口 ║V L RD 接口 ║G 接口 ║V L RB 接口 ║MSCE接口F 接口 圖 35 網(wǎng)路子系統(tǒng)內(nèi)部接口示意圖 (1) D 接口 D 接口定義為歸屬用戶位置寄存器（ HLR）與訪問用戶位置寄存器（ VLR）之間的接口。 (3) Um接口（空口接口） Um 接口（空中接口）定義為移動(dòng)臺(tái)與基站收發(fā)信臺(tái)（ BTS）之間的通信接口，用于移動(dòng)臺(tái)與 GSM系統(tǒng)的固定部分之間的互通，其物理鏈接通過無線鏈路實(shí)現(xiàn)。此接口傳遞的信息包括移動(dòng)臺(tái)管理、基站管理、移動(dòng)性管理、接續(xù)管理等。 主要接口 GSM 系統(tǒng)的主要接口是指 A接口、 Abis 接口和 Um 接口。 可以認(rèn)為，操作支持子系統(tǒng)（ OSS）已不包括與 GSM 系統(tǒng)的 NSS 和 BSS部分密切相關(guān)的功能實(shí)體，而成為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的管理和服務(wù)中心。 移動(dòng)設(shè)備管理是由移動(dòng)設(shè)備識(shí)別寄存器（ EIR）來完成的， EIR 與 NSS 的功能實(shí)體之間是通過 SS7信令網(wǎng)路的接口互連，為此， EIR 也歸入 NSS 的組成部分之一。 移動(dòng)用戶管理可包括用戶數(shù)據(jù)管理和呼叫計(jì)費(fèi)。因此，鑒權(quán)中心（ AUC）存儲(chǔ)著鑒權(quán)信息和加密密鑰，用來防止無權(quán)用戶接入系統(tǒng)和保證通過無線接口的移動(dòng)用戶通信的安全。一個(gè) HLR能夠控制若干個(gè)移動(dòng)交換區(qū)域以及整個(gè)移動(dòng)通信網(wǎng)，所有移動(dòng)用戶重要的靜態(tài)數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在 HLR 中，這包括移動(dòng)用戶識(shí)別號(hào)碼、訪問能力、用戶類別和補(bǔ)充業(yè)務(wù)等數(shù)據(jù)。一旦移動(dòng)用戶離開該 VLR 的控制區(qū)域，則重新在另一個(gè)VLR 登 記，原 VLR 將取消臨時(shí)記錄的該移動(dòng)用戶數(shù)據(jù)。目前， GMSC功能就是在 MSC 中實(shí)現(xiàn)的。 當(dāng)然，作為網(wǎng)路的核心， MSC還支持位置登記、越區(qū)切換和自動(dòng)漫游等移動(dòng)特征性能和其它網(wǎng)路功能。 MSC 可為移動(dòng)用戶提供一系列業(yè)務(wù)： ? 電信業(yè)務(wù)。 NSS 由一系列功能實(shí)體構(gòu)成，整個(gè) GSM 系統(tǒng)內(nèi)部，即 NSS 的各功能實(shí)體之間和 NSS 與 BSS 之間都通過符合 CCITT信令系統(tǒng) GSM規(guī)范的 7號(hào)信令網(wǎng)路互相通信。如果 BSC 與 BTS 并置在同一處，只需采用 BS 接口時(shí)，傳輸單元是不需要的。基帶單元主要用于必要的話音和數(shù)據(jù)速率適配以及信道編碼等。碼變換器在更多的實(shí)際情況下是置于BSC 和 MSC 之間，在組網(wǎng)的靈活性和減少傳輸設(shè)備配置數(shù)量方面具有許多優(yōu)點(diǎn)。 基站子系統(tǒng)是由基站收發(fā)信臺(tái)（ BTS）和基站控制器（ BSC）這兩部分的功能實(shí)體構(gòu)成。