【正文】 過(guò)的多址技術(shù)等以外，還發(fā)明了蜂窩技術(shù)?；镜母采w范圍有大有小，我們把基站的覆蓋范圍稱之為蜂窩。采用小功率的基站主要是為了提供大容量的服務(wù)范圍，同時(shí)它采用頻率復(fù)用技術(shù)來(lái)提 高頻率利用率，在相同的服務(wù)區(qū)域內(nèi)增加了基站的數(shù)目，有限的頻率得到多次使用，所以系統(tǒng)的容量比較大，這種方式稱之為小區(qū)制或微小區(qū)制。 頻率復(fù)用的概念 在全雙工工作方式中，一個(gè)無(wú)線電信道包含一對(duì)信道頻率，每個(gè)方向都用一個(gè)頻率作發(fā)射。 頻率復(fù)用是蜂窩移動(dòng)無(wú)線電系統(tǒng)的核心概念。但是，如果系統(tǒng)設(shè)計(jì)得不好，將產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾，這種干擾稱為同信道干擾。 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 6 C 1 C 1f 1P 0f 1P 0R RC /I= γ C /I= γDq = D / R圖 2 2 D / R 比 圖 22 D/R 比 頻率復(fù)用方案 可以在時(shí)域與空間域內(nèi)使用頻率復(fù)用的概念。在空間域上的頻率復(fù)用可分為兩大類： (1) 兩個(gè)不同的地理區(qū)域里配置相同的頻率。 (2) 在一個(gè)系統(tǒng)的作用區(qū)域內(nèi)重復(fù)使用相同的頻率 —— 這種方案用于蜂窩系統(tǒng)中。為了防止同頻干擾，要求每個(gè)區(qū)群（即單位無(wú)線區(qū)群）中的小區(qū)，不得使用相同頻率，只有在不同的無(wú)線區(qū)群中，才可使用相同的頻率。 ? 一個(gè)系統(tǒng)中有許多同信道的小區(qū)，整個(gè)頻譜分配被劃分為 K 個(gè)頻率復(fù)用的模式，即單位無(wú)線區(qū)群中小區(qū) 的個(gè)數(shù)，如 圖 23所示，其中 K= 7，當(dāng)然還有其它復(fù)用方式，如 K= 12 等。 頻率復(fù)用距離 D 由下式確定： D? 3KR 其中， K 是圖 23 中所示的頻率復(fù)用模式。增加了的頻率復(fù)用距離將減小同信道干擾發(fā)生的可能 。如果 K太大，則 K 個(gè)小區(qū)中分配給每個(gè)小區(qū)的信道數(shù)將減少，如果隨著 K 的增加而劃分 K個(gè)小區(qū)中的信道總數(shù)，則中繼效率就會(huì)降低。 因此，現(xiàn)在面臨的問(wèn)題是，在滿足系統(tǒng)性能的條件下如何得到一個(gè)最小的 K值。在滿足條件的情況下，構(gòu)成單位無(wú)線區(qū)群的小區(qū)個(gè)數(shù) K= i2 + ij + j2（ i、 j 均為正整數(shù)，其中一個(gè)可為零 ，但不能兩個(gè)同時(shí)為零），取 i = j = 1，可得到最小的 K 值為 K=3（見 圖 23）。 GSM 系統(tǒng)作為一種開放式結(jié)構(gòu)和面向未來(lái)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有下列主要特點(diǎn)： ? GSM 系統(tǒng)是由幾個(gè)子系統(tǒng)組成的，并且 可與各種公用通信網(wǎng)（ PSTN、ISDN、 PDN 等）互連互通。 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能 GSM 系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)如 圖 31所示。其中基站子系統(tǒng)（ BSS）在移動(dòng)臺(tái)（ MS）和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（ NSS）之間提供和管理傳輸通路，特別是包括了 MS 與 GSM系統(tǒng)的功能實(shí)體 之間的無(wú)線接口管理。 MS、 BSS 和 NSS 組成 GSM 系統(tǒng)的實(shí)體部分。 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 9 MSBTSBTSBSCBSSOMCMSC/VLRNMCEIRHLR/AUCDPPS PCS SEMCOSSPSTNISDNPDNNSS OSS：操作支持子系統(tǒng) BSS：基站子系統(tǒng) NSS：網(wǎng)路子系統(tǒng) NMC：網(wǎng)路管理中心 DPPS：數(shù)據(jù)后處理系統(tǒng) SEMC：安全性管理中心 PCS：用戶識(shí)別卡個(gè)人化中心 OMC：操作維護(hù)中心 MSC：移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心 VLR：來(lái)訪用戶位置寄存器 HLR：歸屬用戶位置寄存器 AUC：鑒權(quán)中心 EIR：移動(dòng)設(shè)備識(shí)別寄存器 BSC：基站控制器 BTS：基站收發(fā)信臺(tái) 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(tái)圖 圖 31 GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1. 移動(dòng)臺(tái)（ MS） 移動(dòng)臺(tái)是公用 GSM移動(dòng)通信網(wǎng)中用戶使用的設(shè)備，也是用戶能夠直接接觸的整個(gè) GSM系統(tǒng)中的唯一設(shè)備。隨著 GSM標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字式手持臺(tái)進(jìn)一步小型、輕巧和增加功能的發(fā)展趨勢(shì)，手持臺(tái)的用戶將占整個(gè)用戶的極 大部分。比如完成通話呼叫所需要的話筒、揚(yáng)聲器、顯示屏和按鍵。比如與個(gè)人計(jì)算機(jī)或傳真機(jī)之間的接口，或同時(shí)提供這兩種接口。 移動(dòng)臺(tái)另外一個(gè)重要的組成部分是用戶識(shí)別模塊（ SIM），它基本上是一張符合 ISO 標(biāo)準(zhǔn)的“智慧”卡，它 包含所有與用戶有關(guān)的和某些無(wú)線接口的信息，其中也包括鑒權(quán)和加密信息。 SIMMA000001 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 10 卡的應(yīng)用使移動(dòng)臺(tái)并非固定地縛于一個(gè)用戶，因此， GSM系統(tǒng)是通過(guò) SIM 卡來(lái)識(shí)別移動(dòng)電話用戶的，這為將來(lái)發(fā)展個(gè)人通信打下了基礎(chǔ)。它通過(guò)無(wú)線接口直接與移動(dòng)臺(tái)相接，負(fù)責(zé)無(wú)線發(fā)送接收和無(wú)線資源管理。當(dāng)然，要對(duì) BSS 部分進(jìn)行操作維護(hù)管理，還要建立BSS 與操作支持子系統(tǒng)（ OSS）之間的通信連接。實(shí)際上，一個(gè)基站控制 器根據(jù)話務(wù)量需要可以控制數(shù)十個(gè) BTS。需要說(shuō)明的是，基站子系統(tǒng)還應(yīng)包括碼變換器（ TC）和相應(yīng)的子復(fù)用設(shè)備（ SM）。因此，一種具有本地和遠(yuǎn)端配置 BTS 的典型 BSS 組成方面如圖 33示。BTS 主要分為基帶單元、載頻單元、控制單元三大部分。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。另外，在BSC 與 BTS 不設(shè)在同一處需采用 Abis 接口時(shí)，傳輸單元是必須增加的，以實(shí)現(xiàn) BSC 與 BTS 之間的遠(yuǎn)端連接方式。 MSB T S ：基站收發(fā)信臺(tái)B S C ：基站控制器SM ：子復(fù)用設(shè)備B T S B I E B I EB S CSM SM TC M S CMS B T SUm 接口 A b is 接口Um 接口 A 接口B I E ：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 33 一種典 型的 BSS組成方式 (2) 基站控制器（ BSC） 基站控制器（ BSC）是基站子系統(tǒng)（ BSS）的控制部分，起著 BSS的變換設(shè)備的作用，即各種接口的管理，承擔(dān)無(wú)線資源和無(wú)線參數(shù)的管理。 3. 網(wǎng)路子系統(tǒng)（ NSS） 網(wǎng)路子系統(tǒng)（ NSS）主要包含有 GSM 系統(tǒng)的交換功能和用于用戶數(shù)據(jù)與移動(dòng)性管理、安全性管 理所需的數(shù)據(jù)庫(kù)功能，它對(duì) GSM移動(dòng)用戶之間通信和 GSMMA000001 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 12 移動(dòng)用戶與其它通信網(wǎng)用戶之間通信起著管理作用。 (1) 移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心（ MSC） 移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心（ MSC）是網(wǎng)路的核心，它提供交換功能及面向系統(tǒng)其它功能實(shí)體：基站子系統(tǒng) BSS、歸屬用戶位置寄存器 HLR、鑒權(quán)中心 AUC、移動(dòng)設(shè)備識(shí)別寄存器 EIR、操作維護(hù)中心 OMC 和面向固定網(wǎng)（公用電話網(wǎng)PSTN、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng) ISDN、分組交換公用數(shù)據(jù)網(wǎng) PSPDN、電路交換公用數(shù)據(jù)網(wǎng) CSPDN）的接口功能，把移動(dòng)用戶與移動(dòng)用戶、移動(dòng)用戶與固定網(wǎng)用戶互相連接起來(lái)。反之， MSC也根據(jù)其最新獲取的信息請(qǐng)求更新數(shù)據(jù)庫(kù)的部分?jǐn)?shù)據(jù)。例如：電話、緊急呼叫、傳真和短消息服務(wù)等； ? 承載業(yè)務(wù)。例如：呼叫前轉(zhuǎn)、呼叫限制、呼叫等待、會(huì)議電話和計(jì)費(fèi)通知等。 對(duì)于容量比較大的移動(dòng)通信網(wǎng)，一個(gè)網(wǎng)路子系統(tǒng) NSS 可包括若干個(gè) MSC、VLR 和 HLR，為了建立固定網(wǎng)用戶與 GSM 移動(dòng)用戶之間的呼叫，無(wú)需知道移動(dòng)用戶所處的位置。因此， GMSC 具有與固定網(wǎng)和其它 NSS實(shí)體互通的接口。根據(jù)網(wǎng)路的需要， GMSC 功能也可以在固定網(wǎng)交換機(jī)中綜合實(shí)現(xiàn)。 VLR 從該移動(dòng)用戶的歸屬用戶位置寄存（ HLR）處獲取并存儲(chǔ)必要的數(shù)據(jù)。因此， VLR 可看作為一個(gè)動(dòng)態(tài)用戶數(shù)據(jù)庫(kù)。 (3) 歸屬用戶位置寄存器（ HLR） 歸屬用戶位置寄存器（ HLR）是 GSM 系統(tǒng)的中央數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)著該 HLR 控制的所有存在的移動(dòng)用戶的相關(guān)數(shù)據(jù)。 HLR 還存儲(chǔ)且為 MSC提供關(guān)于移動(dòng)用戶實(shí)際漫游所在的 MSC區(qū)域相關(guān)動(dòng)態(tài)信息數(shù)據(jù)。 (4) 鑒權(quán)中心（ AUC） GSM 系統(tǒng)采取了特別的安全措施，例如用戶鑒權(quán)、對(duì)無(wú)線接口上的話音、數(shù)據(jù)和信號(hào)信息進(jìn)行保密等。 AUC 屬于 HLR 的一個(gè)功能單元部分，專用于 GSM 系統(tǒng)的安全性管理。 4. 操作支持子系統(tǒng)（ OSS） 操作支持子系統(tǒng)（ OSS）需完成許多任務(wù)，包括移動(dòng)用戶管理、移動(dòng)設(shè)備管理以及網(wǎng)路操作和維護(hù)。用戶數(shù)據(jù)管理一般由歸屬用戶位置寄存器（ HLR）來(lái)完成這方面的任務(wù)， HLR 是 NSS 功能實(shí)體之一。呼叫計(jì)費(fèi)可以由移動(dòng)用戶所訪問(wèn)的各個(gè)移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心 MSC和 GMSC 分別處理，也可以采用通過(guò) HLR或獨(dú)立的計(jì)費(fèi)設(shè)備來(lái)集中處理計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)的方式。 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 14 網(wǎng)路操作與維護(hù)是完成對(duì) GSM系統(tǒng)的 BSS和 NSS進(jìn)行操作與維護(hù)管理任務(wù)的，完 成網(wǎng)路操作與維護(hù)管理的設(shè)施稱為操作與維護(hù)中心（ OMC）。直接面向 GSM 系統(tǒng) BSS 和 NSS 各個(gè)功能實(shí)體的操作與維護(hù)中心（ OMC）歸入 NSS 部分。主要包括網(wǎng)路管理中心（ NMC）、安全性管理中心（ SEMC） 、用于用戶識(shí)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。為使 GSM 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)國(guó)際漫游功能和在業(yè)務(wù)上邁入面向 ISDN 的數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，必須建立規(guī)范和統(tǒng)一的信令網(wǎng)路以傳遞與移動(dòng)業(yè)務(wù)有關(guān)的數(shù)據(jù)和各 種信令信息，因此， GSM 系統(tǒng)引入 7 號(hào)信令系統(tǒng)和信令網(wǎng)路，也就是說(shuō) GSM 系統(tǒng)的公用陸地移動(dòng)通信網(wǎng)的信令系統(tǒng)是以 7 號(hào)信令網(wǎng)路為基礎(chǔ)的。如 圖 34所示。 MSBTS BSCMSCBSCBS接 口BTSUm接 口 Abi s接 口 A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 15 圖 34 GSM系統(tǒng)的主要接口 (1) A接口 A 接口定義為網(wǎng)路子系統(tǒng)（ NSS）與基站子系統(tǒng)（ BSS）之間的通信接口，從系統(tǒng)的功能實(shí) 體來(lái)說(shuō)，就是移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心（ MSC）與基站控制器（ BSC）之間的互連接口，其物理鏈接通過(guò)采用標(biāo)準(zhǔn)的 來(lái)實(shí)現(xiàn)。 (2) Abis 接口 Abis 接口定義為基站子系統(tǒng)的兩個(gè)功能實(shí)體基站控制器（ BSC）和基站收發(fā)信臺(tái)（ BTS）之間的通信接口，用于 BTS（不與 BSC 并置）與 BSC 之間的遠(yuǎn)端互連方式，物理鏈接通過(guò)采用標(biāo)準(zhǔn)的 傳輸鏈路來(lái)實(shí)現(xiàn)。此接口支持所有向用戶提供的服務(wù)，并支持對(duì) BTS 無(wú)線設(shè)備的控制和無(wú)線頻率的分配。此接口傳遞的信息包括無(wú)線資源管理，移動(dòng)性管理和接續(xù)管理等。其示意圖如 圖 35所示。用于交換有關(guān)移動(dòng)臺(tái)位置和用戶管理的信息，為移動(dòng)用戶提供的主要服務(wù)是保證移動(dòng)臺(tái)在整個(gè)服務(wù)區(qū)內(nèi)能建立和接收呼叫。因此 D 接口的物理鏈接是通過(guò)移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心（ MSC）與歸屬用戶位置寄存器（ HLR）之間的標(biāo)準(zhǔn) 。用于移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心（ MSC）向訪問(wèn)用戶位置寄存器（ VLR）詢問(wèn)有關(guān)移動(dòng)臺(tái)（ MS）當(dāng)前位置信息或者通知訪問(wèn)用戶位置寄存器（ VLR）有關(guān)移動(dòng)臺(tái)（ MS）的位置更新信息等。用于傳遞路由選擇和管理信息。 C 接口的物理鏈接方式與 D 接口相同。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)（ MS）在一個(gè)呼叫進(jìn)行過(guò)程中，從一個(gè)移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心（ MSC）控制的區(qū)域移動(dòng)到相鄰的另一個(gè)移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心（ MSC）控制的區(qū)域時(shí)，為不中斷通信需完成越區(qū)信道切換過(guò)程，此接口用于切換過(guò)程中交換有關(guān)切換信息以啟動(dòng)和完成切換。 (5) F 接口 F 接口定義為移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心（ MSC）與移動(dòng)設(shè)備識(shí)別寄存器（ EIR）之間的接口。 F接口的 物理鏈接方式是通過(guò)移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心（ MSC）與移動(dòng)設(shè)備識(shí)別寄存器（ EIR）之間的標(biāo)準(zhǔn) 。當(dāng)采用臨時(shí)移動(dòng)用戶識(shí)別碼（ TMSI）時(shí)，此接口用于向分配臨時(shí)移動(dòng)用戶識(shí)別碼（ TMSI）的訪問(wèn)用戶位置寄存器（ VLR）詢問(wèn)此移動(dòng)用戶的國(guó)際移動(dòng)用戶識(shí)別碼（ IMSI）的信息。 GSM系統(tǒng)與其它公用電信網(wǎng)的接口 其它公用電信網(wǎng)主要是指公用電話網(wǎng)（ PSTN），綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ ISDN） ，分組交換公用數(shù)據(jù)網(wǎng)（ PSPDN）和電路交換公用數(shù)據(jù)網(wǎng)（ CSPDN）。 根據(jù)我國(guó)現(xiàn)有公用電話網(wǎng)（ PSTN）的發(fā)展現(xiàn)狀和綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ ISDN）的發(fā)展前景， GSM 系統(tǒng)與 PSTN 和 ISDN 網(wǎng)的互連方式采用 7 號(hào)信令系統(tǒng)接口。 如果具備 ISDN交換機(jī)， HLR與 ISDN 網(wǎng)之間可建立直接的信令接口，使 ISDN 交換機(jī)可以通過(guò)移動(dòng)用戶的 ISDN 號(hào)碼直接向 HLR 詢問(wèn)移動(dòng)臺(tái)的位置信息，以建立至移動(dòng)臺(tái)當(dāng)前所登記的 MSC 之間的呼叫路由。協(xié)議是各功能實(shí)體之間共同的“語(yǔ)言”，通過(guò)各個(gè)接口互相傳遞有關(guān)的消息，為完成 GSM 系統(tǒng)的全部通信和管理功能建立起有效的信息