移动通信基础.

广东五邑大学电子系移动通信基础一、概述二、CME20系统简介三、GSM无线接入原理四、GSM系统的识别五、业务过程广东五邑大学电子系一、概述一、概述1.移动通信的特点1）电波传播条件恶劣多径衰落引起信号的衰落（瑞利衰落），接收点接收到的信号的合成场强随着接收点的位置不同而异。MS在移动中接收信号的电平起伏不定，最大的可相差30dB以上。这种衰落将严重影响通话质量。2)强干扰情况下工作对移动通信系统而言，燥声主要是认为干扰，如汽车点火等。干扰主要有：互调干扰、邻道干扰、同频干扰和多址干扰（MAI）等。互调干扰主要是设备内部器件的非线性特性引起的；邻道干扰是指相邻频（信）道之间的干扰。为了解决邻道干扰，GSM中采用了自动功率控制（APC）技术。图1-1BSMS广东五邑大学电子系3)多谱勒效应多谱勒：当波源和接收者相对运动时，接收的频率和波源的频率不同，产生频移。两者相互接近时，接收到的频率升高，反之则频率降低。当MS移动时，会产生多谱勒效应频移量频移量与MS的移动速度V和工作波长（C/f）以及波的到达角度有关。4）具有跟踪技术GSM系统中，由于MS在通信区域内随机移动，其发射机在不通话时处于关闭状态，为实现可靠通信，要求MS应具有位置登记(LA)、越区切换(Handover)以及漫游（Roaming）等。cosdvf广东五邑大学电子系2.移动通信系统的组成1）移动通信系统的工作方式A.单工通信单工通信方式下，通信双方的操作采用“按——讲”方式进行，平时双方的接收机都处于侯听状态，需要讲话时，按下通话键，通话结束则松开通话键。TxRxMICSPTxRxMICSP图2单工通信1f2f2f1f广东五邑大学电子系B.半双工通信通信双方有一方使用双工通信（收发信机同时处于工作状态），且使用两个不同频率和，如汽车调度通信系统等。1f2fTxRxMICSPTxRxMICSP图3半双工通信1f2f2f1f天线共用器广东五邑大学电子系C.全双工通信通信双方都采用双工方式，收、发信机同时工作。为了节省电能，可通过控制电路，使发射机只在送话时才工作，这种方式称为准双工方式，在移动通信中普遍采用。TxRxMICSPTxRxMICSP图4全双工通信1f2f2f1f天线共用器天线共用器广东五邑大学电子系2）GSM移动通信系统的组成蜂窝移动通信系统主要由交换网络子系统（NSS）、无线基站子系统（RBSS)和移动台（MS）三大部分组成。（见图5）GSM移动通信系统框图如图6所示RBSSNSSMS图5蜂窝移动通信系统的组成MSMSBTSBTSBSCMSC/VLROMCHLR/AUCEIRSCMSC/VLRPLMNPSTNISDNPSPDNNo.7MAP.TUPNo.7TUPX.25/No.7X.25No.7MPAAbisUmUmMS：移动台BTS：基站系统BSC：基站控制器OMC：操作维护中心MSC：移动业务交换中心HLR：归属区位置寄存器VLR：拜访区位置寄存器AUC：鉴权中心EIR：设备识别寄存器SC：短消息中心图6GSM系统框图广东五邑大学电子系二、CME20系统介绍GSM/CME20----GSM是一种通信规范,而CME20是一种系统产品,由ERICSSON公司开发,附图示出81年以来ERICSSON公司开发的产品和支持的通信规范。作为一种规范主要是指使用的频率范围和处理技术，具体见附图。广东五邑大学电子系ERICNSSON的主要产品YearStandardMobileTelephoneSystemEricssonimplement1981NMT450NordicMobileTelephonyCMS451983AMPSAdvancedMobilePhoneSystemCMS88001985TACSTotalAccessCommunicationSystemCMS88101986NMT900NordicMobileTelephoneCMS891991GSMGlobalSystemforMobileCommunicationCME201991D-AMPSDigital-AMPSCMS8800-D1992DCS1800DigitalCellularSystemCME201994PDCPersonalDigitalCellularCMS301995PCS1900PersonalCommunicationServicesCMS40广东五邑大学电子系CME20系统概述2.1CME20系统的技术特点2.2CME20系统的构成2.3CME20系统的网络结构广东五邑大学电子系2.1CEM20系统的技术特点2.1.1CME20系统具有下列的几种技术特点：1)采用AXE-10交换系统的技术。CME20系统实际上是AXE的一个应用系统，是通过在AXE-10交换机基础上增加和减少相应的子系统、功能块来实现的，这样做的好处是移动通信系统可共享AXE技术的成熟和进步。2)采用TDMA时分多址调制技术。可使不同的移动台分时占用同一频率来实现同时通话，目前可以做到8个用户同时使用同一频率。采用TDMA方式，基站设备中的多个信道可共用一套收发信机，有利于降低成本，增加系统配置的灵活性。3)采用高斯滤波最小移频键控频率调制技术（GMSK）。数字调制是用基带数字信号，改变高频载波信号的广东五邑大学电子系GSM系统与模拟系统的比较表制式比较内容模拟系统GSM系统频段900MHZ900MHZ频率利用率低高容量较小较大覆盖范围制式多、互不兼容制式统一漫游功能限于某一区域内可全球漫游保密性有限较强安全性差好业务种类少，基本仅用于电话多，可与ISDN兼容配合个人通信差好广东五邑大学电子系CME20的主要功能(1)电信服务与模拟蜂窝系统相似，但由于采用数字信号传输，抗干扰能力强。(2)国际漫游用户在所有GSM服务区内漫游，与运营公司无关。(3)具有用户识别码和用户数据保密性。(4)补充服务可进行呼叫转移和呼叫阻止。(5)承载服务为用户提供不同的数据业务，数据速率可达9.6kbit/s的全双工数据传输和互连功能。(6)具有紧急呼叫处理功能(7)用户离开网络覆盖区后可不被寻呼。(8)可采用跳频（FH）及不连续传输（DTX）(9)MSC之间的越区切换可保持话音连续。(10)具有多用户识别、多方服务、呼叫等待和呼叫保持功能。(11)短信息服务。广东五邑大学电子系2.2CME20系统的构成CME20系统是爱立信的GSM系统产品（包括GSM900和DCS1800标准），由以下几部分组成：交换系统（SS）基站系统（BSS）操作支持系统（OSS)和其他网络节点广东五邑大学电子系AUCGMSCVLREIROMCMSCBSCBTSMSISDNPSPDNCSPDNPSTNPLMNSSBSS交换系统基站系统基站系统信息传输基站系统呼叫连接和信息传输HLR图9PSPDN公用分组交换数据CSPDN公用电路交换数据广东五邑大学电子系2.2.1交换系统（SS）SS是整个移动网的控制中心，与公网中的电话交换设备功能类似，具有话务控制、号码分析、计费、呼叫统计等功能，另外它还具有实现数据业务的功能。交换系统包括下列功能单元：移动业务交换中心（MSC）拜访位置寄存器（VLR）归属位置寄存器（HLR）鉴权中心（AUC）设备识别寄存器（EIR）短信息服务中心（SC）操作维护中心（OMC）GSM协调工作单元（GIWU广东五邑大学电子系MSC:一个MSC控制多个基站控制器，它控制移动用户自、至PSTN、ISDN、PLMN、公用数据网的呼叫。移动汇接和网络入口功能都由MSC来实现。HLR和VLR：由于MS位置的移动性，因此要建立至MS的终接呼叫，需在网络中设置一些数据库，用来保存MS的位置信息。HLR和VLR是与呼叫建立密切相关的两个数据库。HLR是管理部门用于管理移动用户呼叫资料的数据库。当一个人购买电信网的移动台时，他将被登记在该网络的HLR中，HLR与各营业点的终端相连。它储存两类数据：一是用户的参数，包括:MSISDN、IMSI、用户类别、Ki，补充业务等参数。二是用户的位置信息，该MS目前处于哪个MSC/VLR中，即MSC/VLR地址。HLR与MSC/VLR之间的信令遵循No.7的移动应用部分的规则。*KcCommunicationKey通信密钥*KiIdentityKey鉴权键广东五邑大学电子系交换系统中MSC/VLR总是结合在一起并位于同一节点中，因为每次呼叫建立时，在这两者之间有大量的信令流通，因此MSC和VLR完全在AXE系统中。HLRMSC/VLRMSC/VLRMSC/VLRMSC/VLR图10广东五邑大学电子系VLR用于寄存所有进入本交换机服务区域用户的信息。VLR看成是分布的HLR，VLR与MSC配对合置于一个物理实体中。（因为每次呼叫，它们之间有大量的信令传递，若分开，信令链路负荷大，所以将MSC与VLR接口做成AXE的内部接口。）VLR中也寄存两类信息：一是本交换区用户参数，该参数是从HLR中获得的。二是本交换区MS的LAI。AUC与EIR也是数据库，但与呼叫的建立无关。AUC是向HLR提供出于安全原因而使用的鉴权参数和密钥。即三参数组。AUC是由计算机系统（PC或VAX）实现的。EIR用来检验设备的合法性，可以禁止末经批准的话机设备使用。它内存三种名单：白名单---合法设备黑名单---非法设备灰名单---故障设备*LAI；LocationAreaIdentification定位区识别码广东五邑大学电子系交换系统功能实体中，还有一个互通功能器（IWF）。TA它由三部分组成：（1）基础互连单元它通过一个2Mbit/s的接口与MSC连接，完成各种速率的自适应及第二数据协议的业务。（2）调制解调器群需要通过调制解调器的数据业务，由IWU呼叫路由送到调制解调器解调后，再将这些数据呼叫经MSC送回用户。（3）包处理处理有包交换数据的呼叫。CME20的整个交换系统是以爱立信AXE-10交换技术为基础的。*TA:TerminalAdaptor终端适配器广东五邑大学电子系GMSC称为入口移动交换局或称门道局。它具有从HLR查询得到被叫MS目前的位置信息，并根据此信息选择路由。GMSC可以是任意的MSC，也可以单独设置。单独设置时，不处理MS的呼叫，因此不需设VLR，不与BSC相连。GIWU是传真及数据通信的格式转换与速率适配。用户的移动台包括两部分，SIM卡和ME。SIM卡寄存用户的鉴约信息，与HLR中的鉴约信息相同。没有SIM卡，MS不能接入GSM网络，但是当用于紧急业务时除外。ME是用户设备（即话机，也可以使用另一个话机），这样为防失窃，系统配置了EIR，。用户权与用户设备是分开的，用户设备只是一台有权收发信机，用户可以买卡租机，这也是一种新的业务。广东五邑大学电子系2.2.2基站系统（BSS）基站系统由以下两个部分组成1）基站控制器（BSC）BSC由一个独立的AXE应用系统来实现，它控制一组基站，其任务是管理无线网络，即管理无线小区及其无线信道并提供基站至MSC之间的接口。无线设备的操作和维护，移动台的业务过程。BSC包括：.TAS（收发信机管理子系统）.RCS（无线控制子系统）.STS（统计与业务测量子系统）.LHS（链路处置子系统）.GSS（群交换子系统）.CSS（公共信道信令子系统）SSOSSBSCBTSBTSBTS图11CME20基站系统框图BSS广东五邑大学电子系2）无线基站（RBS）RBS（又叫基地收发信基站BTS）用来提供移动台与系统的无线接口，主要由无线收发信机构成。每个BSC可控制多个RBS（BTS）。BTC包括：.TRI(传输的无线接口).TRS（收发信机子系统）TRS可进一步划分为：一个或数个收发信机群（TGS）每群最多可以有16个收发信机（BRX）连到同一发射天线。.LMT（本地维护终端）可经TRI直接连到每个收发信机群和BSC。TG收发信机组TPILMTTGTGTRSBSC图12RBS200功能框图广东五邑大学电子系在GSM系统中通常称为OMC，用于整个CME20系统的集中操作与