ch5 GSM GPRS数字蜂窝移动通信系统

1第五章GSM/GPRS数字蜂窝移动通信系统5.1引言5.2GSM的特点和业务5.2.1GSM的基本特点5.2.2GSM的业务功能5.3GSM系统结构与接口5.3.1移动台（MS）5.3.2基站子系统（BSS）5.3.3网络与交换子系统（NSS）5.3.4操作与维护子系统（OMS）5.3.5网络接口25.4GSM无线接口5.4.1频率配置5.4.2信道和帧结构5.4.3定时前置5.4.4功率控制与不连续发射（DTX）5.4.5跳频技术5.5GSM语音/数据的无线传输5.5.1语音编码5.5.2信道编码5.5.3交织5.5.4突发脉冲的形成5.5.5加密5.5.6调制35.6GSM的移动性管理与呼叫接续5.6.1GSM区域、编号方式5.6.2小区的选择与重选5.6.3鉴权与加密5.6.4位置更新5.6.5鉴权、加密5.6.6切换5.7GPRS系统5.7.1GPRS的特点及业务5.7.2GPRS网络结构、主要实体及接口5.7.3GPRS空中接口5.7.4GPRS的移动性管理与会话管理45.1引言2G主流标准有：泛欧GSM900、美国ADC（IS-54,latercalledIS-136）、日本PDC1982年，GroupeSpécialeMobile“移动通信特别组”在欧洲邮政与电信大会(CEPT)内成立。现在称为GlobalSystemforMobileCommunicationGSM可用在不同的频段（900、1800、1900MHz），其标准化工作由ETSI制定，1991年首次进入欧洲市场GPRS（通用分组无线业务）是GSM向3G的过渡技术，欧洲在1993年提出的，它能提供比现有GSM网更高的数据率55.2GSM的特点和业务5.2.1GSM的特点具有开放的接口和通用的接口标准用户权利的保护和传输信息的加密支持多种业务具有跨国漫游能力GSM系统抗干扰能力较强频谱效率较高6业务基本业务附加业务电信业务承载业务用户终端GSM网可能的传输网端网用户终端承载业务电信业务5.2.2GSM的业务功能71、电信业务业务内容话音服务全速（13kb/s），半速（6.5kb/s）。这项服务提供语音信息和语音信号到网络的传输紧急呼叫典型的是，紧急电话在一些受限的情况下，更具有优先权。一般只提供移动用户主叫发起短消息服务（到移动电话终端，MT/PP）短字符消息，小于160个字符。这项服务用于消息处理系统（服务中心）提供短消息给移动用户短消息服务（移动电话发起，MO/PP）短字符消息，小于160个字符。这项服务用于移动用户给消息处理系统（服务中心）提供短消息。以下由移动用户发起的呼叫可以进行传输：一个在存储器中预先存储的消息；从拨号盘上发起的一串数字；从另外的键盘或设备终端与移动台相连的信息短消息传输（小区广播）短字符消息，小于93个字符。这项服务用于传输对小区范围内的所有的移动用户。这是一点对多点的服务自动传真第3类传真。这项服务自动提供第3类呼叫和被呼模式传真82、补充业务业务内容号码识别主叫号码显示(CLIP)主叫线号码限制(CLIR)连接线显示(CoLP)连接线限制(CoLR)呼叫服务前向呼叫无条件转移（CFU）移动台忙时前向呼叫（CFB）无应答前向呼叫（CFNRy）移动用户未能达到前向呼叫呼叫完成呼叫保持（HOLD）呼叫等待（CW）9业务内容多方多方业务(MPTY)兴趣群体密切用户群计费计费信息提示(AoCI)计费费用提示(AoCC)呼叫限制所有呼叫禁止(BAOC)国际呼出禁止(BOIC)除拨向归属国家的国际呼出禁止(BOIC-exHC)所有呼入禁止(BAIC)漫游出归属国家呼入禁止(BIC-Roam)无结构化无结构化补充业务数据营运者确定限制由营运者确定的不同呼叫/业务限制105.3GSM系统结构与接口GSM整个系统可分为四个相互独立的子系统，即移动台（MS）、基站子系统（BSS）、网络与交换子系统（NSS）和操作与维护管理子系统（OMS）。BSCBTSBSCHLR/AUCBTSBTSBTSUm接口A接口EIRAbis接口MSMSC/VLRBSSIWFPSTNISDNPDNOMSNSSSC11功率级移动台最大功率120W28W35W42W50.8WGSM900系统的移动台功率等级功率级移动台最大功率11W20.25WDCS1800系统的移动台功率等级5.3.1移动台（MS）功能:具有无线传输和处理功能、提供与使用者间的接口频率类型:车载台、手持台12移动台(MobileStation)组成移动台物理设备MESIM卡:基本上是一张符合ISO标准的“智慧卡”，它包含所有与用户有关的无线接口的信息。GSM系统是通过SIM卡来识别移动用户的，这为发展个人通信打下了基础MSSIMME135.3.2基站子系统（BSS）功能:（1）通过无线接口与MS相接，负责无线收/发和无线资源管理（2）基站子系统与网络子系统中的移动业务交换中心（MSC）相连，实现移动用户之间或移动用户与固定网络用户之间的通信连接，传送系统信号和用户信息等14组成:BSS主要是由基站收发信机（BTS）和基站控制器（BSC）两部分组成。此外，BSS还应包括码型转换和速率适配单元（TRAU）BTSBTSBSCBTSBTSTRAU15BTS、BSC、TRAU功能FunctionsBTSBSCManagementofradiochannelsXFrequencyhopping(FH)XXManagementofterrestrialchannelsXMappingofterrestrialontoradiochannelsXChannelcodinganddecodingXRateadaptationXEncryptionanddecryptionXXPagingXXUplinksignalmeasurementsXTrafficmeasurementXAuthenticationXLocationregistry,locationupdateXHandovermanagementX64Kbit/s16Kbit/sPCMMSCBSCTRAUGMSK16BTS的组成基带单元：话音和数据速率适配以及信道编码等载频单元：完成调制/解调、与发射机/接收机之间的耦合等控制单元：用于BTS的操作与维护171819基站的功率等级功率级GSM900基站的最大功率DCS1800基站的最大功率1320W20W2160W10W380W5W440W2.5W520W610W75W82.5W20NSSEIRHLR/AUCIWFMSC/VLR5.3.3网络与交换子系统（NSS）功能:对GSM移动用户之间通信和移动用户和其他通信网用户之间通信起管理作用。其主要功能包括：交换、移动性管理、安全管理等组成：21MSC(移动业务交换中心)信道的管理和分配呼叫的处理和控制越区切换和漫游的控制用户位置信息的登记与管理用户号码和移动设备号码的登记和管理服务类型的控制计费对用户实施鉴权互连功能22HLR(归属位置寄存器)它可以看作是GSM系统的中央数据库，存储该HLR管辖区的所有移动用户的有关数据用户号码（IMSI和MSISDN）当前用户VLR（当前位置）预定的附加业务附加的业务信息（如：当前转移号码）用户状态（已登记/已取消登记）鉴权键和AUC功能移动用户漫游号码等23VLR(访问位置寄存器)通常与MSC合设，它存储进入其控制区域内来访移动用户的有关数据，VLR可看作是一个动态用户的数据库。移动台状态位置区域识别码（LAI）临时移动用户识别码（TMSI）移动台漫游码（MSRN）等24AUC(鉴权中心)通常与HLR合设，认证移动用户的身份以及产生相应认证参数（随机数RAND、符号响应SRES、密匙Kc），同时对无线链路上的话音、数据和信令信息进行保密可靠地识别用户，与HLR一般处于同一位置25EIR(设备识别寄存器)存储有关移动台设备参数的数据库。EIR实现对移动设备的识别、监视、闭锁等功能，以防止非法移动台使用。存储移动台设备参数(如IMEI号码)的数据库26IWF（互联功能）提供GSM网络与其它固定网络的互连。在互连时，IWF还能提供速率适配的功能。IWF通常与MSC在同一物理设备中实现27SC(短消息中心)提供在GSM网络中移动用户和固定用户之间或移动用户之间发送产度较短的信息。其功能：接收、存储和转发用户的短消息285.3.4操作与维护子系统（OMS）功能:对GSM系统的交换实体进行管理。即维护测试、障碍检测及处理、系统状态监视、话务统计等功能用于操作维护的设备被称为操作维护中心（OMC），OMC由两个功能单元构成，即OMC-S和OMC-ROMC-S用于MSC、HLR、VLR等交换子系统各功能实体的维护与操作。OMC-R用于实现整个BSS系统的操作与维护。295.3.5GSM网络接口VLRHLRAUCEIRTRAUBGEDCFAbisUmBTSMSMSCMSCVLRBSCAECECPSTN301、主要接口GSM系统的主要接口是指A接口、Abis接口和Um接口A接口：网络与交换子系统(NSS)与基站子系统(BSS)之间的通信接口。Abis接口：基站子系统的基站控制器(BSC)与基站收发信机(BTS)之间的接口Um接口：移动台与基站收发信机之间的无线接口31CMMMRRMMLAPDmradioLAPDmradioLAPDPCMRR’BTSMCMLAPDPCMRR’BTSM16/64kbit/sUmAbisASS7PCMSS7PCM64kbit/s/2.048Mbit/sMSBTSBSCMSCBSSAPBSSAPL1L2L332信令层1（L1）:也称物理层，提供传输比特流所需的物理链路，为高层提供各种不同功能的逻辑信道信令层2（L2）:称数据链路层，在移动台和基站之间建立可靠的专用数据链路信令层3（L3）:负责控制和管理。包括三个子层，即无线资源管理（RM）、移动性管理（MM）、接续管理（CM）332、网络子系统NSS内部接口它包括B、C、D、E、F、G接口，各接口均采用7号信令系统B接口:MSC与VLR之间的接口C接口:MSC与HLR之间的接口D接口:HLR与VLR之间的接口E接口:移动交换中心之间的接口F接口:MSC与EIR之间的接口G接口:VLR之间的接口34TCAPSCCPB,C,D,E,FMAP接口MTP3MTP2MTP1MSCMSCD接口VLRAUCEIRVLRHLRB接口去PSTNE接口C接口F接口353、GSM系统与其它公用电信网接口GSM系统通过MSC与公用电信网互连，一般采用7号信令系统接口。其物理链接方式是通过在MSC与PSTN或ISDN交换机之间采用2.048Mb/s的PCM数字传输链路来实现的。365.4GSM无线接口375.4.1频率配置GSM相邻载频间隔为200kHz，则序号为n的载频和其中心频率的关系为：上行频段：fl(n)=890.2+(n-1)×0.2MHz下行频段：fh(n)=fl(n)+45MHz式中，n=1~124。GSM的信道总数为124×8=992个双向物理信道制式上行频段下行频段带宽双工间隔双工信道数GSM900890-915935-9602x2545124E-GSM(900)880-915925-9602x3545174GSM-R(900)885-889930-9342x44519GSM18001710-17851805-18802x7595374GSM19001850-19101930-19902x608029938频率复用与区群结构同频干扰防护比只要求大于等于9dB～12dB若使用无方向性天线建议采用N=7的区群复用方式；若使用定向天线建议采用4×3复用方式（即N=4，每基站3个120o扇形小区），业务密集区，可以采用3×3复用方式。395.4.2信道