【文章內(nèi)容簡介】 歸屬位置寄存器 AUC：鑒權中心 EIR：移動設備識別寄存器 BSC：基站控制器 BTS：基站收發(fā)信臺 PDN：公用數(shù)據(jù)網(wǎng) PSTN：公用電話網(wǎng) ISDN：綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng) MS：移動臺 清 華 大 學 出 版 第 10章 現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)簡介 移動臺（ MS） 用戶使用的設備，俗稱手機。包括手持臺、車載臺和便攜式臺，它一般由機和卡兩部分組成，即移動終端 (MS)和用戶識別卡 (SIM)。 MS主要完成話音編碼、信道編碼、信息加密、信息的調(diào)制和解調(diào)、信息發(fā)射和接收等功能。 SIM是一張符合 ISO標準的智慧卡，存有認證客戶身份所需的所有信息，也包括某些無線接口信息、鑒權和加密信息。 清 華 大 學 出 版 第 10章 現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)簡介 基站子系統(tǒng)（ BSS） MSB T S ：基站收發(fā)信臺B S C ：基站控制器SM ：子復用設備B T S B IE B IEB S CSM SM TC M S CMS B T SUm 接口 A b is 接口Um 接口 A 接口B IE ：基站接口設備M S C ：移動業(yè)務交換中心TC ：碼變換器圖 一種典型的 BSS組成方式 清 華 大 學 出 版 第 10章 現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)簡介 BSS是在一定的無線覆蓋區(qū)中由移動業(yè)務交換中心(MSC)控制 ， 與 MS進行通信的系統(tǒng)設備 ， 主要負責完成無線發(fā)送接收和無線資源管理等功能 。 包括基站控制器 (BSC)和基站收發(fā)信臺 (BTS)。 BTS是 BSS的無線接口設備，在網(wǎng)絡的固定部分和無線部分提供中繼， MS通過空中接口 Um與 BTS相連。BTS包括收發(fā)信機、天線以及與無線接口有關的信號處理電路等，它也可以看作是一個復雜的無線解調(diào)器。在 GSM系統(tǒng)中，為了保持 BTS盡可能的簡單， BTS往往只包含那些靠近無線接口所必須的功能，主要負責無線傳輸，完成無線與有線的轉(zhuǎn)換、無線分集、無線信道加密、跳頻等功能。 清 華 大 學 出 版 第 10章 現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)簡介 BTS主要分為基帶單元、載頻單元、控制單元和天饋單元四大部分?；鶐卧饕糜诒匾脑捯艉蛿?shù)據(jù)速率適配以及信道編碼等；載頻單元主要用于調(diào)制 /解調(diào)與發(fā)射機 /接收機之間的耦合等；控制單元則用于 BTS的操作與維護；天饋單元包括天線及其饋線，主要實現(xiàn)高頻電流與電磁波之間的轉(zhuǎn)換。 BTS完全由 BSC控制，當 BSC與 BTS不設在同一處需采用Abis接口時，必須增加傳輸單元以實現(xiàn) BSC與 BTS之間的遠端連接方式；如果 BSC與 BTS并置在同一處，只需采用 BS接口時，不需要傳輸單元。 清 華 大 學 出 版 第 10章 現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)簡介 BSC是 BSS的控制部分，可以對一個或多個 BTS進行控制，主要負責無線網(wǎng)絡資源的管理、小區(qū)配置數(shù)據(jù)管理、功率控制、定位和切換等，如無線信道的分配與釋放、越區(qū)信道的切換，它起著 BSS系統(tǒng)中交換設備的作用。 BSC主要由以下部分構(gòu)成：①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；②朝向與 BTS相接的 Abis 接口或BS接口的 BTS控制部分；③公共處理部分，包括與操作維護中心相接的接口控制；④交換部分。 清 華 大 學 出 版 第 10章 現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)簡介 網(wǎng)絡與交換子系統(tǒng)（ NSS） MSBTSBTSBSCBSSOMCMSC/VLRNMCEIRHLR/AUCDPPS PCS SEMCOSSPSTNISDNPDNNSS 主要完成交換功能及客戶數(shù)據(jù)與移動性管理、安全性管理所需的數(shù)據(jù)庫功能，管理 GSM用戶和其它網(wǎng)絡用戶之間的通信，包括信道的管理和分配、呼叫的處理和控制、用戶位置信息的登記與管理、越區(qū)切換和漫游的控制、用戶號碼和移動設備號碼的登記和管理、服務類型的控制、對用戶進行鑒權等。 清 華 大 學 出 版 第 10章 現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)簡介 操作維護子系統(tǒng)（ OSS） MSBTSBTSBSCBSSOMCMSC/VLRNMCEIRHLR/AUCDPPS PCS SEMCOSSPSTNISDNPDNNSS 對 GSM網(wǎng)絡進行管理和監(jiān)控，通過它實現(xiàn)對 GSM網(wǎng)內(nèi)各種部件功能的監(jiān)視、狀態(tài)報告、故障診斷等功能。 OSS是一個相對獨立的管理和服務中心，主要包括網(wǎng)絡管理中心 (NMC)、安全性管理中心 (SEMC)、用于用戶識別卡管理的個人化中心 (PCS)、用于集中計費管理的數(shù)據(jù)后處理系統(tǒng) (DPPS)等功能實體，完成包括移動用戶管理、移動設備管理以及網(wǎng)絡操作和維護等多種任務。 清 華 大 學 出 版 第 10章 現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)簡介 GSM系統(tǒng)接口與協(xié)議 GSM系統(tǒng)主要接口 圖 GSM系統(tǒng)主要接口 清 華 大 學 出 版 第 10章 現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)簡介 網(wǎng)絡子系統(tǒng)內(nèi)部接口 圖 網(wǎng)絡子系統(tǒng)內(nèi)部接口 NSS由 MSC、 VLR、HLR等功能實體組成，GSM技術規(guī)范定義了不同的接口以保證各功能實體之間的接口標準化，包括 D接口、 B接口、 C接口、E接口、 F接口和 G接口。 清 華 大 學 出 版 第 10章 現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)簡介 各接口協(xié)議 圖 系統(tǒng)主要接口的協(xié)議分層示意圖 按照 OSI參考模型， Um接口可分為三層。第一層 L1是物理傳輸層；第二層 L2是數(shù)據(jù)鏈路層；第三層 L3為協(xié)議層，需要實現(xiàn)呼叫管理 (CM)、移動特性管理 (MM)、無線資源管理 (RR)三個子層的功能。 清 華 大 學 出 版 第 10章 現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)簡介 DTAPB SS APSCCPMTPDTAPBS SA PSCCPMTPB S S M A P分配功能BSSMAP分配功能A 接口BSSAP： BSS應用部分 SCCP：信令連接控制部分 DTAP：直接轉(zhuǎn)移應用部分 MTP：消息傳遞部分 BSSMAP： BSS移動應用部分 圖 A接口信令協(xié)議參考模型 清 華 大 學 出 版 第 10章 現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)簡介 B S S A PM A PT C A PIS U PT U PS C C PMT PT U P ：電話用戶部分 B S S A P ： BSS 應用部分I S U P ： I S D N 用戶部分 S C C P ：信令連接控制部分M A P ：移動應用部分 M T P ：消息傳遞部分T C A P ：事務處理應用部分圖 3 8 應用于 G S M 系統(tǒng)的 7 號信令協(xié)議層圖 應用于 GSM系統(tǒng)的 7號信令協(xié)議層 清 華 大 學 出 版 第 10章 現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)簡介 GSM系統(tǒng)技術原理 蜂窩技術與頻率復用 （ 1）大區(qū)、小區(qū)、區(qū)群與蜂窩的概念 大區(qū)制 ：把一個通信服務區(qū)域僅規(guī)劃為一個或少數(shù)幾個無線覆蓋區(qū) , 簡稱無線區(qū)。 ?無線區(qū)半徑 25~45 Km，用戶容量為幾十至數(shù)百個。 ?每個無線區(qū)僅為一個基站所覆蓋 , 基站相互獨立。 ?天線塔一般高于 30m，發(fā)射功率 50W～ 200W。 ?結(jié)構(gòu)簡單，不需要交換。 ?頻道數(shù)量較少，覆蓋范圍有限。 清 華 大 學 出 版 第 10章 現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)簡介 小區(qū)制 ：將給定的服務區(qū)域劃分成多個小區(qū) (cell)，每個小區(qū)中設立一個基站，負責本小區(qū)內(nèi)移動臺的聯(lián)絡和控制，各基站通過 MSC相互聯(lián)系，并與市話局連接。 ?小區(qū)覆蓋的半徑較小，一般為 1Km～ 20 Km 。 ?較小的發(fā)射功率 。 ?每個小區(qū)只需提供較少的幾個無線電信道 (一個信道組 )就可滿足通信的要求，鄰近的小區(qū)使用不同的信道組，相距足夠遠的小區(qū)則可以重復使用這些信道組。 清 華 大 學 出 版 第 10章 現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)簡介 圖 小區(qū)的形狀 正六邊形的形狀最接近圓形，在半徑相同的情況下，其交疊部分最小，面積最大，因而所需的小區(qū)數(shù)目最少，即需要架設的基站數(shù)目最少，系統(tǒng)投資也就最小。 清 華 大 學 出 版 第 10章 現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)簡介 為了減小干擾，相鄰小區(qū)一般應工作在不同的頻率上。但由于移動信道的傳輸損耗隨著距離的增加而不斷增加，因此，如果兩個小區(qū)相距足夠遠，那么它們完全可以工作在相同的頻率上，且相互之間的干擾可以忽略不計，這就是 頻率復用 ，并將相鄰的采用不同工作頻率的若干小區(qū)構(gòu)成的覆蓋區(qū)叫做 區(qū)群 (即單位無線區(qū)群 )。 為了防止同頻干擾，要求每個區(qū)群中的小區(qū)，不得使用相同頻率，只有在不同的無線區(qū)群中，才可使用相同的頻率。 清 華 大 學 出 版 第 10章 現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)簡介 區(qū)群的構(gòu)成應滿足兩個基本條件：若干個單位無線區(qū)群彼此鄰接組成蜂窩式服務區(qū)域；鄰接單位無線區(qū)群中的同頻無線小區(qū)的中心間距相等。 可以證明，如果所有的區(qū)群具有相同的形態(tài)，則區(qū)群中包含的小區(qū)數(shù)目 K應滿足公式： 22 jijiK ??? （ 102） 其中 i、 j為非負整數(shù)，代表兩個同頻小區(qū)所夾 1200角兩條邊上的小區(qū)數(shù)，且不同時為零。 清 華 大 學 出 版 第 10章 現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)簡介 圖 區(qū)群的形狀 由于區(qū)群的結(jié)構(gòu)酷似蜂窩，因此人們將小區(qū)制移動通信系統(tǒng)叫做蜂窩移動通信系統(tǒng)。蜂窩系統(tǒng)通常是先由若干鄰接的無線小區(qū)組成一個無線區(qū)群，一個區(qū)群構(gòu)成一個復用簇，利用頻率復用再將若干無線區(qū)群進行延伸，構(gòu)成整個服務區(qū)。 清 華 大 學 出 版 第 10章 現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)簡介 A3A1A2B3B1B2C3C1C2A3A1A2A3A1A2B3B1B2C3C1C2C3C1C2A3A1A2B3B1B2C3C1C2A3A1A2A3A1A2B3B1B2C3C1C2C3C1C2A3A1A2B3B1B2C3C1C2A3A1A2A3A1A2B3B1B2C3C1C2C3C1C2K= 31234123412341K= 41111 21 3 4 56 7 11K= 7圖 K= 7時的小區(qū)復用模式 清 華 大 學 出 版 第 10章 現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)簡介 （ 2）頻率復用技術 將可用的有限頻率分成 K組，構(gòu)成一個復用簇，其它的區(qū)群再重復使用這一簇頻率。 GSM系統(tǒng)中常采用 1200或 600的定向天線，形成三葉草小區(qū)，即把基站分成三個扇形小區(qū)，從而構(gòu)成 4 3 3的頻率復用方式： 清 華 大 學 出 版 第 10章 現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)簡介 多址技術 頻分多址 ： 可用頻譜的信道化，即把整個可分配頻譜劃分成許多單個無線電信道 (發(fā)射和接收載頻對，間隔 45MHz)，每個信道 (25KHz)可以傳輸一路話音或控制信息。 圖 GSM中 FDMA的信道化原理 清 華 大 學 出 版 第 10章 現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)簡介 時分多址 ： 在一個寬帶的無線載波上按時隙 (Time Slot)劃分為若干時分信道，每一用戶占用一個時隙，只在這一指定的時隙內(nèi)收 (或發(fā) )信號。即一個信道由若干周期性的時隙構(gòu)成，不同用戶信號的能量被分配到不同的時隙里，利用定時選通就可以限制鄰近信道的干擾，從而只讓在規(guī)定時隙中有用的信號通過。 圖 GSM系統(tǒng)中的 FDMA+TDMA及對應信道 清 華 大 學 出 版 第 10章 現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)簡介 碼分多址 ： CDMA技術是建立在正交編碼、相關接收的理論基礎上的一種擴頻通信 (直接序列擴頻 )。它用一個帶寬遠大于信號本身帶寬的高速偽隨機編碼序列去調(diào)制所需傳輸?shù)男盘?，使原信息?shù)據(jù)的帶寬大大擴展，再經(jīng)載波調(diào)制后發(fā)射出去；接收端經(jīng)解凋后，使用與發(fā)送端完全相同的偽隨機碼，與接收的寬帶信號做相