第6章_GSM系统理论(CME20)

2020/1/211移动通信技术第6章GSM系统（CME20系统）2020/1/2126.1GSM数字蜂窝移动通信系统概述6.2GSM数字蜂窝移动通信系统的无线传输方式6.3系统编号6.4路由及接续第6章GSM系统（CME20系统）2020/1/2136.1GSM数字蜂窝移动通信系统概述6.1.1概述6.1.2网络结构及功能6.1.3接口和接口协议2020/1/2146.1.1概述欧洲电信管理部门（CEPT）于1982年成立了一个被称为GSM（移动特别小组）的专题小组，开始制定适用于泛欧各国的一种数字移动通信系统的技术规范。在GSM标准中，未对硬件进行规定，只对功能和接口等进行了详细规定，便于不同公司产品的互联互通。它包括GSM900和DCS1800两个并行的系统。这两个系统功能相同，其差别只是工作频段不同。两个系统均采用TDMA接入方式。2020/1/215GSM数字蜂窝移动通信系统（简称GSM系统）是完全依据欧洲通信标准委员会（ETSI）制定的GSM技术规范研制成的，任何一家厂商提供的GSM数字蜂窝移动通信系统都必须符合GSM技术规范。GSM系统作为一种开放式结构和面向未来设计的系统，具有下列主要特点。•GSM系统是由几个分系统组成的，并且可与各种公用通信网（如PSTN、ISDN、PDN等）互联互通，各分系统之间或各分系统与各种公用通信网之间都明确和详细定义了标准化接口规范，保证任何厂商提供的GSM系统或子系统能互联。6.1.1概述2020/1/216•GSM系统抗干扰能力强，覆盖区域内的通信质量高。•GSM系统终端设备（手持机和车载机），随着大规模集成电路技术的进一步发展，移动机将向更小型、更轻巧和增强功能趋势发展。•CME20系统是爱立信的GSM系统产品（包括GSM900和DCS1800标准）。用于GSM的CME20系统是在AXE10交换机基础上开发设计的，主要用来实现全双工的移动电话业务和各种数据业务。6.1.1概述2020/1/217•第一代模拟网络的缺陷–系统制式混杂，不能实现国际漫游；–不能提供综合业务数字网ISDN业务；–系统设备价格高，手机体积大，电池充电后有效工作时间短；–用户容量受到限制，系统扩容困难；–系统保密性差、安全性差。6.1.1概述2020/1/218•第二代GSM数字移动通信系统的优点–频谱利用率更高，进一步提高了系统容量–GSM提供了一种公共标准，便于实现全自动国际漫游，在GSM系统覆盖到的地区均可提供服务–能提供新型非话业务–信息传输时保密性好，入网信息安全性好–数字无线传输技术抗衰落性能较强，传输质量高、话音质量好–可降低成本费用，减小设备体积，电池有效使用时间较长6.1.1概述2020/1/219•GSM主要技术及参数–频段：下行：935～960MHz（基站发，移动台收）；上行：890～915MHz（移动台发，基站收）；–频带宽度：25MHz；–通信方式：全双工；–载频间隔：200KHz；–信道分配：每载频8时隙；全速信道8个，半速信道16个（TDMA）；6.1.1概述2020/1/2110–信道总速率：270.8kbit/s；–调制方式：GMSK，BT=0.3；–话音编码：RPE-LTP，输出速率为13kbit/s；–数据速率：9.6kbit/s；–跳频速率：217跳/秒；–每时隙信道速率：33.8kbit/s–分集接收，交织信道编码，自适应均衡…6.1.1概述2020/1/2111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表6.1GSM系统与模拟系统的比较表6.1.1概述2020/1/21126.1.2网络结构及功能GSM数字蜂窝通信系统的主要组成部分可分为移动台、基站子系统和交换子系统，如图6-2所示。图6-2GSM数字蜂窝通信系统的网络结构2020/1/2113移动台收发信机基站控制器网络子系统PSTN基站子系统A接口图6-2GSM数字蜂窝通信系统的网络结构6.1.2网络结构及功能GSM系统可对应于一条链路：移动台PSTN网络子系统基站子系统用户2020/1/21141移动台是公用GSM移动通信系统中用户使用的设备，也是用户能够直接接触的整个GSM系统中的唯一设备。2基站子系统（简称基站BS）由基站收发台（BTS）和基站控制器（BSC）组成；3交换子系统由移动交换中心（MSC），操作维护中心（OMC）以及原籍位置寄存器（HLR）、访问位置寄存器（VLR）、鉴权中心（AUC）和设备标志寄存器（EIR）等组成。6.1.2网络结构及功能2020/1/21151．移动台（MS）•根据应用与服务情况，移动台可以是单独的移动终端（MT）、手持机、车载机，或者是由移动终端（MT）直接与终端设备（TE）传真机相连接而构成，或者是由移动终端（MT）通过相关终端适配器（TA）与终端设备（TE）相连接而构成。•移动台另外一个重要的组成部分是用户识别模块（SIM），它基本上是一张符合ISO标准的“智慧”卡，它包含所有与用户有关的被储存在用户无线接口一边的信息，其中也包括鉴权和加密信息，使用GSM标准的移动台都需要插入SIM卡，6.1.2网络结构及功能2020/1/2116只有当处理异常的紧急呼叫时，可以在不用SIM卡的情况下操作移动台。用户的移动台包括两部分，SIM卡和MS。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。6.1.2网络结构及功能2020/1/21172．基站子系统（BaseStationSystem,BSS）•基站子系统是由基站收发信台（BTS）和基站控制器（BSC）这两部分功能实体构成。它通过无线接口直接与移动台相接，负责无线发送、接收和无线资源管理。•另一方面，基站子系统与网络子系统（NSS）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。6.1.2网络结构及功能2020/1/21186.1.2网络结构及功能图6-3一种典型BSS组成方式2020/1/2119（1）基站收发信台(BaseTransceiverstation,BTS)BTS属于基站子系统的无线部分，由基站控制器（BSC）控制，服务于某个小区的无线收发设备，完成BSC与无线信道之间的转换，实现BTS与移动台（MS）之间通过空中接口的无线传输及相关的控制功能，BTS包含天线系统，无线频率功率放大器，所有的数字信号处理设备主要分为基带单元、载频单元、控制单元三大部分。6.1.2网络结构及功能2020/1/2120（2）基站控制器。基站控制器（BSC）是基站子系统（BSS）的控制部分，起着BSS的变换设备的作用，即承担各种接口及无线资源和无线参数管理的任务。BSC主要由下列部分构成：朝向与MSC相接的A接口或与码变换器相接的Ater接口的数字中继控制部分；朝向与BTS相接的Abis接口或BS接口的BTS控制部分；公共处理部分,包括与操作维护中心相接的接口控制。6.1.2网络结构及功能2020/1/21213交换子系统（NSS）•交换子系统（NSS）：主要包含GSM系统的交换功能和用户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能，它对GSM移动用户之间的通信和GSM移动用户与其他通信网用户之间的通信起着管理作用。•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6.1.2网络结构及功能2020/1/2122存器（HLR);鉴权中心（AUC）；设备识别寄存器（EIR）；操作维护中心(OMC)MSC功能与作用：MSC是交换的核心：①呼叫处理：呼叫建立、连接与清除；切换过程；移动性管理；位置更新过程；用户身份识别。从HLR、VLR、AUC中获取位置登记和呼叫请求所需的数据.②操作与维护：数据库管理；测量；人机接口(MMI)6.1.2网络结构及功能2020/1/2123③网间互通。④计费。⑤MSC类型普通MSC网关MSC（GMSC）：网间互通汇接MSC（TMSC）：长途汇接•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。6.1.2网络结构及功能2020/1/2124(2)VLR（VisitorLocationRegister）功能与作用①移动台状态②部分补充业务数据③移动站的位置登记（LAI），服务于其控制区域内移动用户提供建立呼叫接续的必要条件④存储信息：进入其控制区域内已登记的移动用户的相关信息，临时移动用户识别号（TMSI）管理⑤移动用户漫游号MSRN管理，动态用户数据库。6.1.2网络结构及功能2020/1/2125•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。6.1.2网络结构及功能2020/1/2126（3)HLR（HomeLocationRegister）功能与作用①分配给移动用户的两个号码：IMSI、MSISDN②当前用户的VLR（当前位置）位置信息③用户信息：用户的入网信息，注册的有关业务信息等④用户申请的补充业务⑤补充业务信息（例：当前转移的电话号码）⑥用户状态（registered/deregistered）。用于管理移动用户的数据库，静态数据库。6.1.2网络结构及功能2020/1/2127•HLR是管理部门用于管理移动用户呼叫资料的数据库。当一个人购买移动网的移动台时，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。6.1.2网络结构及功能2020/1/2128•HLRMSC/VLRMSC/VLRMSC/VLRMSC/VLR图6.46.1.2网络结构及功能2020/1/2129(4)AUC功能与作用①属于HLR的一个功能单元②用于GSM系统的安全性管理，对无线接口上的话音、数据和信号信息进行保密，防止无权用户接入系统，并保证通过无线接口的移动用户信息的安全③存储信息：鉴权信息和加密密钥-Ki,RAND；A3,A8算法。6.1.2网络结构及功能2020/1/2130(5)EIR(EquipmentIdentityRegister)功能与作用①存储信息：移动设备的国际移动设备识别码（IMEI）②防止非法使用偷窃的、有故障的或未经许可的移动设备•白名单:包含所有经注册登记的合法移动设备包。•黑名单:含所有被禁止使用的移动设备；包含所有要跟踪的移动设备。6.1.2网络结构及功能2020/1/2131•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，可以禁止未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-