【正文】 一——移動(dòng)設(shè)備?；蛘咛峁┡c其它一些終端設(shè)備之間的接口。除了通過(guò)無(wú)線(xiàn)接口接入GSM系統(tǒng)的通常無(wú)線(xiàn)和處理功能外，移動(dòng)臺(tái)必須提供與使用者之間的接口。移動(dòng)臺(tái)的類(lèi)型不僅包括手持臺(tái)，還包括車(chē)載臺(tái)和便攜式臺(tái)。操作支持系統(tǒng)（OSS）則提供運(yùn)營(yíng)部門(mén)一種手段來(lái)控制和維護(hù)這些實(shí)際運(yùn)行部分。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(shuō)NSS不直接與MS互通，BSS也不直接與公用通信網(wǎng)互通。由圖可見(jiàn)，GSM系統(tǒng)是由若干個(gè)子系統(tǒng)或功能實(shí)體組成。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；l GSM系統(tǒng)能提供穿過(guò)國(guó)際邊界的自動(dòng)漫游功能，對(duì)于全部GSM移動(dòng)用戶(hù)都可進(jìn)入GSM系統(tǒng)而與國(guó)別無(wú)關(guān)；l GSM系統(tǒng)除了可以開(kāi)放話(huà)音業(yè)務(wù)，還可以開(kāi)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)；l GSM系統(tǒng)具有加密和鑒權(quán)功能，能確保用戶(hù)保密和網(wǎng)絡(luò)安全；l 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(huà)務(wù)承載能力一般都很強(qiáng)，保證在話(huà)音和數(shù)據(jù)通信兩個(gè)方面都能滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)大容量、高密度業(yè)務(wù)的要求；l 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；l 用戶(hù)終端設(shè)備（手持機(jī)和車(chē)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。圖23 N小區(qū)復(fù)用模式第3章 GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與相關(guān)接口 GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)的基本特點(diǎn)GSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)GSM系統(tǒng)）是完全依據(jù)歐洲通信標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)（ETSI）制定的GSM技術(shù)規(guī)范研制而成的，任何一家廠商提供的GSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)都必須符合GSM技術(shù)規(guī)范。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。同樣道理，如果在同一地區(qū)將一組信道分配給兩個(gè)不同的工作網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)頻率效率也將降低。從理論上來(lái)說(shuō)，K應(yīng)該大些，然而，分配的信道總數(shù)是固定的。則：D= K=4D= K=7如果所有小區(qū)基站發(fā)射相同的功率，則K增加，頻率復(fù)用距離D也增加。 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(lèi)別，每個(gè)小區(qū)基站的天線(xiàn)高度及發(fā)射功率。單位無(wú)線(xiàn)區(qū)群的構(gòu)成應(yīng)滿(mǎn)足兩個(gè)基本條件：l 若干個(gè)單位無(wú)線(xiàn)區(qū)群彼此鄰接組成蜂窩式服務(wù)區(qū)域l 鄰接單位無(wú)線(xiàn)區(qū)群中的同頻無(wú)線(xiàn)小區(qū)的中心間距相等。蜂窩式移動(dòng)電話(huà)網(wǎng)通常是先由若干鄰接的無(wú)線(xiàn)小區(qū)組成一個(gè)無(wú)線(xiàn)區(qū)群，再由若干個(gè)無(wú)線(xiàn)區(qū)群構(gòu)成整個(gè)服務(wù)區(qū)。例如在不同的城市中使用相同頻率的AM或FM廣播電臺(tái)。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）。這種干擾是由于相同信道公共使用造成的，是在頻率復(fù)用概念中必須考慮的重要問(wèn)題。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(hù)可以同時(shí)使用相同頻率的信道（見(jiàn)圖22），頻率復(fù)用系統(tǒng)可以極大地提高頻譜效率。在覆蓋半徑為R的地理區(qū)域C1內(nèi)呼叫一個(gè)小區(qū)使用無(wú)線(xiàn)電信道F1，也可以在另一個(gè)相距D、覆蓋半徑也為R的小區(qū)內(nèi)再次使用F1。下面我們簡(jiǎn)單介紹頻率復(fù)用技術(shù)的原理。采用大功率的基站主要是為了提供比較大的服務(wù)范圍，但它的頻率利用率較低，也就是說(shuō)基站提供給用戶(hù)的通信通道比較少，系統(tǒng)的容量也就大不起來(lái)，對(duì)于話(huà)務(wù)量不大的地方可以采用這種方式，我們也稱(chēng)之為大區(qū)制。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(lái)提供無(wú)線(xiàn)服務(wù)范圍的。 蜂窩技術(shù)移動(dòng)通信的飛速發(fā)展一大原因是發(fā)明了蜂窩技術(shù)。DCS1800移動(dòng)臺(tái)的最大輸出功率是1W。當(dāng)它離基站較近時(shí)，需要降低發(fā)射功率，減少對(duì)其它用戶(hù)的干擾，當(dāng)它離基站較遠(yuǎn)時(shí)，就應(yīng)該增加功率，克服增加了的路徑衰耗。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(lái)的信息碼（這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為解擴(kuò)）。其關(guān)鍵是信息在傳輸以前要進(jìn)行特殊的編碼，編碼后的信息混合后不會(huì)丟失原來(lái)的信息。 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。它的主要優(yōu)點(diǎn)是可以在單一載頻上實(shí)現(xiàn)發(fā)射和接收，而不需要上行和下行兩個(gè)載頻，不需要頻率切換，因而可以降低成本。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。TDMA的一個(gè)變形是在一個(gè)單頻信道上進(jìn)行發(fā)射和接收，稱(chēng)之為時(shí)分雙工（TDD）。同樣，當(dāng)用戶(hù)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(lái)。TDMA中關(guān)鍵部分為用戶(hù)部分，每一個(gè)用戶(hù)分配給一個(gè)時(shí)隙（在呼叫開(kāi)始時(shí)分配），用戶(hù)與基站之間進(jìn)行同步通信，并對(duì)時(shí)隙進(jìn)行計(jì)數(shù)。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。模擬蜂窩系統(tǒng)是FDMA結(jié)構(gòu)的一個(gè)典型例子，數(shù)字蜂窩系統(tǒng)中也同樣可以采用FDMA，只是不會(huì)采用純頻分的方式，比如GSM系統(tǒng)就采用了FDMA。 頻分多址頻分，有時(shí)也稱(chēng)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(wú)線(xiàn)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(huà)音或控制信息。圖21用模型表示了這三種方法簡(jiǎn)單的一個(gè)概念。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(hù)共用公共的通信線(xiàn)路。1991年，GSM系統(tǒng)正式在歐洲問(wèn)世，網(wǎng)路開(kāi)通運(yùn)行。1988年，十八個(gè)歐洲國(guó)家達(dá)成GSM諒解備忘錄(MOU)。1986年，在巴黎，對(duì)歐洲各國(guó)經(jīng)大量研究和實(shí)驗(yàn)后所提出的八個(gè)建議系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。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(guó)的ADC和日本的JDC（現(xiàn)改稱(chēng)PDC）。20年代開(kāi)始在軍事及某些特殊領(lǐng)域使用，40年代才逐步向民用擴(kuò)展；最近十年間才是移動(dòng)通信真正迅猛發(fā)展的時(shí)期，而且由于其許多的優(yōu)點(diǎn)，前景十分廣闊。課程 MA000001GSM數(shù)字移動(dòng)通信原理ISSUE 64 / 71目錄課程說(shuō)明 1課程介紹 1課程目標(biāo) 1相關(guān)資料 1第1章 GSM發(fā)展簡(jiǎn)史 2第2章 數(shù)字移動(dòng)通信技術(shù) 3 多址技術(shù) 3 頻分多址 3 時(shí)分多址 4 碼分多址 4 功率控制 5 蜂窩技術(shù) 5 頻率復(fù)用的概念 5 頻率復(fù)用方案 6 頻率復(fù)用距離 6第3章 GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與相關(guān)接口 8 GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 8 系統(tǒng)的基本特點(diǎn) 8 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能 8 接口和協(xié)議 14 主要接口 14 網(wǎng)路子系統(tǒng)內(nèi)部接口 15 GSM系統(tǒng)與其它公用電信網(wǎng)的接口 17 各接口協(xié)議 17 GSM系統(tǒng)主要參數(shù) 20第4章 移動(dòng)區(qū)域定義與識(shí)別號(hào) 22 區(qū)域定義 22 服務(wù)區(qū) 22 公用陸地移動(dòng)通信網(wǎng)（PLMN） 23 MSC區(qū) 23 位置區(qū) 23 基站區(qū) 23 小區(qū) 23 移動(dòng)識(shí)別號(hào) 23 IMSI (International Mobile Subscriber Identity)： 23 TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity)： 24 LMSI (Local Mobile Subscriber Identity)： 25 MSISDN(Mobile Subscriber International ISDN/PSTN number)： 25 MSCNumber(MSC號(hào)碼)/VLRNumber(VLR號(hào)碼) 26 RoamingNumber(漫游號(hào)碼)與HandoverNumber(切換號(hào)碼) 26 HLRNumber(HLR 號(hào)碼) 27 LAI(Location Area Identification位置區(qū)) 27 CGI(Cell Global Identification全球小區(qū)識(shí)別) 28 RSZI (Regional Subscription Zone Identity) 28 BSIC（基站識(shí)別色碼） 28 IMEI（國(guó)際移動(dòng)設(shè)備識(shí)別碼） 29第5章 GSM系統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)接口與系統(tǒng)消息 30 無(wú)線(xiàn)接口 30 語(yǔ)音編碼 30 信道編碼 31 交織 31 調(diào)制技術(shù) 33 跳頻 34 時(shí)序調(diào)整 35 幀和信道 35 基本術(shù)語(yǔ)簡(jiǎn)介 35 信道類(lèi)型和組合 39 系統(tǒng)消息 43 系統(tǒng)消息的作用 43 系統(tǒng)消息包含種類(lèi)及內(nèi)容 44第6章 系統(tǒng)管理功能介紹 47 GSM系統(tǒng)的安全性管理 47 GSM系統(tǒng)移動(dòng)性管理 49 漫游管理 49 切換管理 49第7章 GSM移動(dòng)通信網(wǎng) 52 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 52 移動(dòng)業(yè)務(wù)本地網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 52 省內(nèi)數(shù)字公用陸地蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 54 全國(guó)數(shù)字公用陸地蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 55 移動(dòng)信令網(wǎng)結(jié)構(gòu) 56總結(jié) 58練習(xí)題 59習(xí)題答案 62插圖目錄圖21 三種多址方式概念示意圖 3圖22 D/R比 6圖23 N小區(qū)復(fù)用模式 7圖31 GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 9圖32 移動(dòng)臺(tái)的功能結(jié)構(gòu) 10圖33 一種典型的BSS組成方式 11圖34 GSM系統(tǒng)的主要接口 15圖35 網(wǎng)路子系統(tǒng)內(nèi)部接口示意圖 16圖36 系統(tǒng)主要接口的協(xié)議分層示意圖 18圖37 A接口信令協(xié)議參考模型 19圖38 應(yīng)用于GSM系統(tǒng)的7號(hào)信令協(xié)議層 20圖41 GSM區(qū)域定義 22圖42 IMSI的組成 24圖43 MSISDN的組成 25圖44 LAI的組成 27圖45 RSZI的組成 28圖46 BSIC的組成 28圖47 IMEI的組成 29圖51 語(yǔ)音在MS中的處理過(guò)程 30圖52 信道編碼過(guò)程 31圖53 456比特交織 32圖54 三個(gè)語(yǔ)音幀 32圖55 突發(fā)脈沖的結(jié)構(gòu) 32圖56 GSM系統(tǒng)調(diào)頻示意圖 34圖57 時(shí)間和頻率中的隙縫 37圖58 幀、時(shí)隙和突法脈沖序列 38圖59 邏輯信道類(lèi)型 42圖510 廣播和公共控制信道的復(fù)幀 43圖511 業(yè)務(wù)信道的復(fù)幀 43圖61 加密過(guò)程 48圖62 相同BSC控制小區(qū)間的切換 50圖63 由相同MSC，不同BSC控制小區(qū)間的切換 50圖64 由不同MSC控制小區(qū)間的切換 51圖71 移動(dòng)業(yè)務(wù)本地網(wǎng)由幾個(gè)長(zhǎng)途編號(hào)組成的示意圖 52圖72 移動(dòng)本地網(wǎng)組網(wǎng)圖（MSC較少） 53圖73 移動(dòng)本地網(wǎng)組網(wǎng)圖（本地未建MSC） 53圖74 移動(dòng)本地網(wǎng)組網(wǎng)圖（大規(guī)模組網(wǎng)） 54圖75 省內(nèi)數(shù)字公用蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 54圖76 全國(guó)數(shù)字蜂窩PLMN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其與PSTN連接的示意圖 55圖77 大區(qū)，省市信令網(wǎng)的轉(zhuǎn)接點(diǎn)結(jié)構(gòu) 56圖62 相同BSC控制小區(qū)間的切換 63圖63 由相同MSC，不同BSC控制小區(qū)間的切換 63圖64 由不同MSC控制小區(qū)間的切換 64課程說(shuō)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(jiǎn)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(wú)線(xiàn)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。課程目標(biāo)l 了解GSM發(fā)展簡(jiǎn)史l 了解數(shù)字移動(dòng)基本技術(shù)l 熟悉GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及相關(guān)接口l 了解TDMA幀結(jié)構(gòu)l 熟悉GSM的區(qū)域定義及識(shí)別號(hào)l 了解GSM的邏輯信道及系統(tǒng)消息l 了解GSM系統(tǒng)的移動(dòng)性管理和安全性管理l 了解GSM移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及信令網(wǎng)結(jié)構(gòu)相關(guān)資料《數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)》 楊留清等著 人民郵電出版社《GSM數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)》[法] Michel Mouly等著 電子工業(yè)出版社《數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)》 陳德榮等著 北京郵電大學(xué)出版社第1章 GSM發(fā)展簡(jiǎn)史移動(dòng)通信系指通信雙方或至少一方是處于移動(dòng)中進(jìn)行信息交流的通信。移動(dòng)通信經(jīng)歷了由模擬通信向數(shù)字化通信的發(fā)展過(guò)程。其中GSM的發(fā)展最引人注目，其發(fā)展歷程如下：1982年，歐洲郵電行政大會(huì)CEPT設(shè)立了“移動(dòng)通信特別小組”即GSM，以開(kāi)發(fā)第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)為目標(biāo)。1987年，GSM成員國(guó)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和論證比較，就數(shù)字系統(tǒng)采用窄帶時(shí)分多址TDMA規(guī)則脈沖激勵(lì)長(zhǎng)期預(yù)測(cè)(RPELTP)話(huà)音編碼和高斯濾波最小頻移鍵控(GMSK)調(diào)制方式達(dá)成一致意見(jiàn)。1989年，GSM標(biāo)準(zhǔn)生效。移動(dòng)通信跨入第二代。為使信號(hào)多路化而實(shí)現(xiàn)多址的方法基本上有三種，它們分別采用頻率、時(shí)間或代碼分隔的多址連接方式，即人們通常所稱(chēng)的頻分多址（FDMA）、時(shí)分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）三種接入方式。圖21 三種多址方式概念示意圖FDMA是以不同的頻率信道實(shí)現(xiàn)通信的，TDMA是以不同的時(shí)隙實(shí)現(xiàn)通信的，CDMA是以不同的代碼序列實(shí)現(xiàn)通信的。在系統(tǒng)的控制下，任何一個(gè)用戶(hù)都可以接入這些信道中的任何一個(gè)。 時(shí)分多址時(shí)分多址是在一個(gè)寬帶的無(wú)線(xiàn)載波上，按時(shí)間（或稱(chēng)為時(shí)隙）劃分為若干時(shí)分信道，每一用戶(hù)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(hào)，故稱(chēng)為時(shí)分多址。TDMA是一種較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，最簡(jiǎn)單的情況是單路載頻被劃分成許多不同的時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙傳輸一路猝發(fā)式信息。當(dāng)自己的時(shí)隙到來(lái)時(shí)，手機(jī)就啟動(dòng)接收和解調(diào)電路，對(duì)基站發(fā)來(lái)的猝發(fā)式信息進(jìn)行解碼。在時(shí)隙開(kāi)始后，再將信息以加倍的速率發(fā)射出去，然后又開(kāi)始積累下一次猝發(fā)式傳輸。其最簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)就是利用兩個(gè)時(shí)隙，一個(gè)發(fā)一個(gè)收。TDD具有TDMA結(jié)構(gòu)的許多優(yōu)點(diǎn)：猝發(fā)式傳輸、不需要天線(xiàn)的收發(fā)共用裝置等等。TDD的主要缺點(diǎn)是滿(mǎn)足不了大規(guī)模系統(tǒng)的容量要求。它不像FDMA、TDMA那樣把用戶(hù)的信息從頻率和時(shí)間上進(jìn)行分離，它可在一個(gè)信道上同時(shí)傳輸多個(gè)用戶(hù)的信息，也就是說(shuō)，允許用戶(hù)之間的相互干擾。有多少個(gè)互為正交的碼序列，就可以有多少個(gè)用戶(hù)同時(shí)在一個(gè)載波上通信。 功率控制當(dāng)手機(jī)在小區(qū)內(nèi)移動(dòng)時(shí)，它的發(fā)射功率