【文章內(nèi)容簡介】 歸屬位置寄存器 AUC：鑒權(quán)中心 EIR：移動(dòng)設(shè)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(wù)數(shù)字網(wǎng) MS：移動(dòng)臺 清 華 大 學(xué) 出 版 第 10章 現(xiàn)代移動(dòng)通信系統(tǒng)簡介 移動(dòng)臺（ MS） 用戶使用的設(shè)備，俗稱手機(jī)。包括手持臺、車載臺和便攜式臺，它一般由機(jī)和卡兩部分組成，即移動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)的智慧卡，存有認(rèn)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(quán)和加密信息。 清 華 大 學(xué) 出 版 第 10章 現(xiàn)代移動(dòng)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(fù)用設(shè)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(shè)備M S C ：移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心TC ：碼變換器圖 一種典型的 BSS組成方式 清 華 大 學(xué) 出 版 第 10章 現(xiàn)代移動(dòng)通信系統(tǒng)簡介 BSS是在一定的無線覆蓋區(qū)中由移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心(MSC)控制 ， 與 MS進(jìn)行通信的系統(tǒng)設(shè)備 ， 主要負(fù)責(zé)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(shè)備，在網(wǎng)絡(luò)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(jī)、天線以及與無線接口有關(guān)的信號處理電路等，它也可以看作是一個(gè)復(fù)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(fù)責(zé)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(xué) 出 版 第 10章 現(xiàn)代移動(dòng)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(jī) /接收機(jī)之間的耦合等；控制單元?jiǎng)t用于 BTS的操作與維護(hù)；天饋單元包括天線及其饋線，主要實(shí)現(xiàn)高頻電流與電磁波之間的轉(zhuǎn)換。 BTS完全由 BSC控制，當(dāng) BSC與 BTS不設(shè)在同一處需采用Abis接口時(shí)，必須增加傳輸單元以實(shí)現(xiàn) BSC與 BTS之間的遠(yuǎn)端連接方式；如果 BSC與 BTS并置在同一處，只需采用 BS接口時(shí)，不需要傳輸單元。 清 華 大 學(xué) 出 版 第 10章 現(xiàn)代移動(dòng)通信系統(tǒng)簡介 BSC是 BSS的控制部分，可以對一個(gè)或多個(gè) BTS進(jìn)行控制，主要負(fù)責(zé)無線網(wǎng)絡(luò)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(shè)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(hù)中心相接的接口控制；④交換部分。 清 華 大 學(xué) 出 版 第 10章 現(xiàn)代移動(dòng)通信系統(tǒng)簡介 網(wǎng)絡(luò)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(dòng)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(luò)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(dòng)設(shè)備號碼的登記和管理、服務(wù)類型的控制、對用戶進(jìn)行鑒權(quán)等。 清 華 大 學(xué) 出 版 第 10章 現(xiàn)代移動(dòng)通信系統(tǒng)簡介 操作維護(hù)子系統(tǒng)（ OSS） MSBTSBTSBSCBSSOMCMSC/VLRNMCEIRHLR/AUCDPPS PCS SEMCOSSPSTNISDNPDNNSS 對 GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理和監(jiān)控，通過它實(shí)現(xiàn)對 GSM網(wǎng)內(nèi)各種部件功能的監(jiān)視、狀態(tài)報(bào)告、故障診斷等功能。 OSS是一個(gè)相對獨(dú)立的管理和服務(wù)中心，主要包括網(wǎng)絡(luò)管理中心 (NMC)、安全性管理中心 (SEMC)、用于用戶識別卡管理的個(gè)人化中心 (PCS)、用于集中計(jì)費(fèi)管理的數(shù)據(jù)后處理系統(tǒng) (DPPS)等功能實(shí)體，完成包括移動(dòng)用戶管理、移動(dòng)設(shè)備管理以及網(wǎng)絡(luò)操作和維護(hù)等多種任務(wù)。 清 華 大 學(xué) 出 版 第 10章 現(xiàn)代移動(dòng)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(xué) 出 版 第 10章 現(xiàn)代移動(dòng)通信系統(tǒng)簡介 網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)內(nèi)部接口 圖 網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)內(nèi)部接口 NSS由 MSC、 VLR、HLR等功能實(shí)體組成，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，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(xué) 出 版 第 10章 現(xiàn)代移動(dòng)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(shí)現(xiàn)呼叫管理 (CM)、移動(dòng)特性管理 (MM)、無線資源管理 (RR)三個(gè)子層的功能。 清 華 大 學(xué) 出 版 第 10章 現(xiàn)代移動(dòng)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(yīng)用部分 SCCP：信令連接控制部分 DTAP：直接轉(zhuǎn)移應(yīng)用部分 MTP：消息傳遞部分 BSSMAP： BSS移動(dòng)應(yīng)用部分 圖 A接口信令協(xié)議參考模型 清 華 大 學(xué) 出 版 第 10章 現(xiàn)代移動(dòng)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(yīng)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(dòng)應(yīng)用部分 M T P ：消息傳遞部分T C A P ：事務(wù)處理應(yīng)用部分圖 3 8 應(yīng)用于 G S M 系統(tǒng)的 7 號信令協(xié)議層圖 應(yīng)用于 GSM系統(tǒng)的 7號信令協(xié)議層 清 華 大 學(xué) 出 版 第 10章 現(xiàn)代移動(dòng)通信系統(tǒng)簡介 GSM系統(tǒng)技術(shù)原理 蜂窩技術(shù)與頻率復(fù)用 （ 1）大區(qū)、小區(qū)、區(qū)群與蜂窩的概念 大區(qū)制 ：把一個(gè)通信服務(wù)區(qū)域僅規(guī)劃為一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)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(gè)。 ?每個(gè)無線區(qū)僅為一個(gè)基站所覆蓋 , 基站相互獨(dú)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(xué) 出 版 第 10章 現(xiàn)代移動(dòng)通信系統(tǒng)簡介 小區(qū)制 ：將給定的服務(wù)區(qū)域劃分成多個(gè)小區(qū) (cell)，每個(gè)小區(qū)中設(shè)立一個(gè)基站，負(fù)責(zé)本小區(qū)內(nèi)移動(dòng)臺的聯(lián)絡(luò)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(gè)小區(qū)只需提供較少的幾個(gè)無線電信道 (一個(gè)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(yuǎn)的小區(qū)則可以重復(fù)使用這些信道組。 清 華 大 學(xué) 出 版 第 10章 現(xiàn)代移動(dòng)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(shè)的基站數(shù)目最少，系統(tǒng)投資也就最小。 清 華 大 學(xué) 出 版 第 10章 現(xiàn)代移動(dòng)通信系統(tǒng)簡介 為了減小干擾，相鄰小區(qū)一般應(yīng)工作在不同的頻率上。但由于移動(dòng)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(gè)小區(qū)相距足夠遠(yuǎn)，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(jì)，這就是 頻率復(fù)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(gè)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(xué) 出 版 第 10章 現(xiàn)代移動(dòng)通信系統(tǒng)簡介 區(qū)群的構(gòu)成應(yīng)滿足兩個(gè)基本條件：若干個(gè)單位無線區(qū)群彼此鄰接組成蜂窩式服務(wù)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(yīng)滿足公式： 22 jijiK ??? （ 102） 其中 i、 j為非負(fù)整數(shù)，代表兩個(gè)同頻小區(qū)所夾 1200角兩條邊上的小區(qū)數(shù)，且不同時(shí)為零。 清 華 大 學(xué) 出 版 第 10章 現(xiàn)代移動(dòng)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(dòng)通信系統(tǒng)叫做蜂窩移動(dòng)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(gè)無線區(qū)群，一個(gè)區(qū)群構(gòu)成一個(gè)復(fù)用簇，利用頻率復(fù)用再將若干無線區(qū)群進(jìn)行延伸，構(gòu)成整個(gè)服務(wù)區(qū)。 清 華 大 學(xué) 出 版 第 10章 現(xiàn)代移動(dòng)通信系統(tǒng)簡介 A3A1A2B3B1B2C3C1C2A3A1A2A3A1A2B3B1B2C3C1C2C3C1C2A3A1A2B3B1B2C3C1C2A3A1A2A3A1A2B3B1B2C3C1C2C3C1C2A3A1A2B3B1B2C3C1C2A3A1A2A3A1A2B3B1B2C3C1C2C3C1C2K= 31234123412341K= 41111 21 3 4 56 7 11K= 7圖 K= 7時(shí)的小區(qū)復(fù)用模式 清 華 大 學(xué) 出 版 第 10章 現(xiàn)代移動(dòng)通信系統(tǒng)簡介 （ 2）頻率復(fù)用技術(shù) 將可用的有限頻率分成 K組，構(gòu)成一個(gè)復(fù)用簇，其它的區(qū)群再重復(fù)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(gè)扇形小區(qū)，從而構(gòu)成 4 3 3的頻率復(fù)用方式： 清 華 大 學(xué) 出 版 第 10章 現(xiàn)代移動(dòng)通信系統(tǒng)簡介 多址技術(shù) 頻分多址 ： 可用頻譜的信道化，即把整個(gè)可分配頻譜劃分成許多單個(gè)無線電信道 (發(fā)射和接收載頻對，間隔 45MHz)，每個(gè)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(xué) 出 版 第 10章 現(xiàn)代移動(dòng)通信系統(tǒng)簡介 時(shí)分多址 ： 在一個(gè)寬帶的無線載波上按時(shí)隙 (Time Slot)劃分為若干時(shí)分信道，每一用戶占用一個(gè)時(shí)隙，只在這一指定的時(shí)隙內(nèi)收 (或發(fā) )信號。即一個(gè)信道由若干周期性的時(shí)隙構(gòu)成，不同用戶信號的能量被分配到不同的時(shí)隙里，利用定時(shí)選通就可以限制鄰近信道的干擾，從而只讓在規(guī)定時(shí)隙中有用的信號通過。 圖 GSM系統(tǒng)中的 FDMA+TDMA及對應(yīng)信道 清 華 大 學(xué) 出 版 第 10章 現(xiàn)代移動(dòng)通信系統(tǒng)簡介 碼分多址 ： CDMA技術(shù)是建立在正交編碼、相關(guān)接收的理論基礎(chǔ)上的一種擴(kuò)頻通信 (直接序列擴(kuò)頻 )。它用一個(gè)帶寬遠(yuǎn)大于信號本身帶寬的高速偽隨機(jī)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(kuò)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(jī)碼，與接收的寬帶信號做相