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GSMSYSTEMSURVEY——监控交换中心移动通信的发展GSM系统的基础知识GSM网络结构与话务流程GPRS系统简介移动通信的发展▪第一代：模拟移动通信系统–上世纪80年代中期，随着蜂窝组网技术的完善和大容量系统的出现，陆地移动通信发展进入高峰阶段。–模拟蜂窝移动通信系统首先发展起来。代表是美国的AMPS系统和欧洲的TACS系统。–主要特点是采用频分复用（FDMA）多址方式，语音信号为模拟调制。移动通信的发展▪第二代：数字移动通信系统–80年代后期，欧、美、日都着手开发数字蜂窝系统。与“模拟”系统相比，“数字”系统是指移动台与基站间传送的是无线数字信号。–目前比较成熟的数字移动通信制式主要有泛欧的GSM、美国的ADC和日本的PDC。其中GSM是目前世界上用的最多的一种制式，也是目前最成熟最先进的数字通信技术。–主要特点是采用时分复用（TDMA）多址方式，GSM工作在900MHz，每载频支持8个信道，信号带宽为200KHz。移动通信的发展▪第2.5代：2G向3G过渡的系统–典型代表是GPRS。–引入目的是提供中速率数据业务，为3G培育市场。▪第三代移动通信系统–特征是：能提供多种类型、高质量的多媒体业务，实现全球漫游，大容量，保密性高。–工作在2GHz频段，最高业务速率可达2Mbps。–主要技术体制有WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA。移动通信的发展GSM系统的基础知识GSM网络结构与话务流程GPRS系统简介GSM系统：GlobalSystemforMobileCommunicationGSM系统的技术参数•频段：上行(890-915)MHz移动台发下行(935-960)MHz基站发•频带宽度：25MHz•上、下行频率间隔：45MHz•载频间隔：200KHz•通信方式：全双工•信道分配：每载频8时隙，包含8个全速信道，16个半速信道GSM系统的技术参数•每个时隙信道速率：22.8kbit/s•信道总速率：270kbit/s•调制方式：高斯滤波最小移频键控频率调制技术GMSK•接入方式：TDMA•话音编码：波形编码和声源编码相结合的混合编码技术•分集接收：跳频每秒217跳，交错信道编码，自适应均衡GSM系统的主要特点•高频谱效率•系统容量大•话音质量好•开放的接口•安全性好•业务种类多•在SIM卡基础上实现全球漫游GSM系统的业务功能GSM移动通信系统可提供的业务分为：基本业务和补充业务。▪基本业务包括：基本通话业务、短消息业务、传真业务、数据业务等。▪附加业务包括：主叫显示、呼叫转移、三方通话、呼叫保持、一卡双号、号码隐藏、彩铃、国际自动漫游、呼叫限制等。GSM关键技术-多址技术常见的多址技术有：▪频分多址(FDMA)▪时分多址(TDMA)▪码分多址(CDMA)*GSM系统采用时分、频分混合技术。多址技术的比较时间频率FDMA频率时间TDMA频率时间码字CDMAGSM关键技术-功率控制当手机在小区内移动时，它的发射功率需要进行变化。当它离基站比较近时需要降低手机的发射功率，以减少对其他用户的干扰；当它离基站比较远时需要增加手机的发射功率，克服增加的路径损耗。GSM关键技术-频率复用频率复用是蜂窝移动通信系统中的核心技术，可以很大地提高频率利用率。原因：同一小区内的频点不能太近，否则邻频干扰大；另一方面，相邻小区的频率不能一样，否则同频干扰大，所以这些频率必须合理安排。GSM系统结构和功能介绍GSM系统基本上可分为两部分：交换系统（SS）基站系统（BSS）每一部分包含很多功能单元，用来实现全部系统功能，各功能单元配备在不同设备（硬件）中。交换系统由以下部分组成：•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)•移动业务交换中心（MobileServicesSwitchingCenter)MSC是整个移动通信网的控制中心，具有交换信号处理、呼叫处理、计费、与其他通信网相连接等功能。GMSC是移动网和固定网及联通网的接口，负责移动网和其他网的呼入和呼出。GMSC称为入口移动交换中心（GATEWAY－网关交换局）•拜访位置寄存器(VisitingLocationRegister)VLR是一个动态数据库，通常每个MSC只有一个，用于存储MSC服务区内所有当前用户的数据。当手机漫游时用户访问区被别的网络覆盖，而且HLR批准它可以使用当地网络，它的用户信息将从HLR被拷贝到VLR中暂存。•归属位置寄存器（HomeLocationRegister)HLR是GSM系统的中央数据库，用于存储所有网络注册用户的数据（静态数据）以及实际漫游所在MSC区域的动态信息数据。•鉴权中心（AuthenticationCenter)AUC存储着鉴权信息和加密密钥，防止无权用户进入网络和通过无线接口保证移动用户通信的安全。AUC与HLR相连，是向HLR提供出于安全原因而使用的鉴权参数和密钥。▪设备识别寄存器(EquipmentIdentifyRegister)用户的移动台包括两部分，一部分是用户识别卡（SIM）；另一部分是用户设备。系统配置了EIR，有助于验证当手机遗失时，运营商可以禁止已经报失手机的使用。基站系统由两个部分组成：•基站控制器（BSC）•无线基站（BTS）•基站控制器（BaseStationController)BSC是基站子系统的控制部分，用于执行基站设备的操作和维护，以及处理与移动台的无线链路。•无线基站（BaseTransceiverStation)BTS用来实现与移动台MS间通过空中接口的无线传输及相关控制功能，主要由无线收发信机构成。无线数字信道：无线数字信道，是GSM移动台与基站之间的信息通道。每个载频采用TDMA变成8个信道，或称8个时隙，可同时为8个用户服务。无线信道可分为物理信道和逻辑信道两大类：物理信道是指一个载频上，TDMA帧的一个时隙。用户通过某个载频上的一个信道接入通信系统。用户在该信道上，即该时隙上发出的信息比特流被称为突发脉冲序列。逻辑信道是从信息内容的性质角度定义划分的。通常我们可以把信道上传递的内容分成业务信息和控制信息两大类。并定义与之对应的逻辑信道称业务信道和控制信道。•业务信道（TCH)业务信道用于传递编码后的话音或数据信息。系统内绝大多数的载频及其时隙（信道）将用作业务信道。•控制信道(CCH)控制信道用于传送信令或同步数据。它可分成三类：广播信道、公共控制信道及专用控制信道。广播信道（BCH)又包括▪频率校正信道FCCH▪同步信道SCH▪广播控制信道BCCH*每当移动台进入新的小区时，要通过获得该基站的BCH信息来实现同步。公共控制信道（CCCH)又包括▪寻呼信道PCH▪随机接入信道RACH▪允许接入信道AGCH*公共控制信道主要用于寻呼被叫，以及完成移动台所需专用控制信道的申请和分配。专用控制信道（DCCH)又包括▪独立专用控制信道SDCCH▪慢速随路控制信道SACCH▪快速随路控制信道FACCH*专用控制信道的特点是向特定的呼叫提供专门的信道来传递其专用信令信息，是点对点的双向信道。GSM系统区域定义移动通信网的区域可逐级分为GSM服务区、PLMN区、MSC区、位置区、小区。GSM服务区：是指移动台可获得服务的区域。一个服务区可由一个或若干个PLMN区组成。PLMN区：公用陆地移动通信网(PLMN)由一个或若干个移动业务交换中心(MSC)组成。MSC/VLR服务区：表示由该MSC所覆盖的服务区域，凡在该区的移动台均在该区的拜访位置寄存器（VLR）登记。因此，MSC总与VLR构成同一个节点，写作MSC/VLR。位置区：是指移动台可以任意移动，不需要进行位置更新的组成。一个位置区是广播寻呼消息以便找到某移动用户的寻呼区域。一个位置区只能属于某一个MSC/VLR。利用位置区识别码（LAI），系统能够区别不同的位置区。小区：每个小区具有专用的识别码（CGI），它表示网络中一个基本的无线覆盖区域。利用基站识别码BSIC，移动台本身能区分用同样载频的各个小区。RelationBetweenAreasinGSMGSM系统编号计划3、移动台漫游号码（MSRN）用于一次呼叫的路由选择。MSRN＝CC＋NSC＋SNCC＝国家号NDC＝国内目的地号码(用于识别PLMN）SN＝用户号，用于识别MSC/VLR的地址。4、临时移动用户识别码（TMSI）用于保护IMSI码，该号只在本MSC区域有效，其结构可由各电信部门选择，长度不超过4个字节。5、国际移动台设备识别码（IMEI）是唯一用来识别移动台终端设备的号码，称作系列号。IMEI＝TAC＋FAC＋SNR＋SPTAC＝型号论证码FAC＝最终装配码，用于识别制造厂家。SNR＝序号SP＝备用6、位置区识别码（LAI）LAI代表MSC业务区的不同位置区，用于移动用户的位置更新。LAI＝MCC＋MNC＋LACMCC＝移动国家号，识别一个国家MNC＝移动网号，识别国内的GSM网LAC＝位置区号码，识别一个GSM网中的位置8、基站识别码（BSIC）BSIC＝NCC＋BCCNCC＝国家色码，用于识别GSM移动网BCC＝基站色码，用于识别基站下例是一个秦皇岛的固定电话用户拨打秦皇岛的一个移动用户的呼叫接续过程中各种识别码的应用过程。1、主叫拨号。秦皇岛市话用户A拨打秦皇岛GSM用户B的MSISDN号码，PSTN网络的交换机分析MSISDN号码，得知B用户为移动用户，它把呼叫转到GSM网络上距它最近的一个具有入口功能的移动业务交换中心GMSC。2、GMSC分析被叫号码。GMSC分析该号码为秦皇岛位置寄存器HLR的用户后将MSISDN号码送至秦皇岛HLR，要求查询有关该被叫用户目前所在的位置信息。3、HLR申请漫游号码MSRN。HLR把MSISDN号码转换成IMSI后查出用户目前处于哪个MSC并将该IMSI发至该MSC，向该MSC申请分配一个漫游号码。4、选定漫游号码MSRN。MSC收到IMSI后临时给被叫用户B分配一个漫游号码并将此号码送回HLR，再由HLR发给GMSC使用。5、连接呼叫至被叫所在的MSC。GMSC收到MSRN后，用此号码选择一条出中继路由至MSC。MSC将负责本次呼叫的建立和计费功能。6、令被叫所在位置区内的所有基站发寻呼信息。MSC发出寻呼命令到MS所在位置区内的所有无线基站，再由基站向被叫用户B发呼叫信号。7、基站寻呼被叫用户B。基站收到寻呼命令后，将该寻呼消息（含有MS的IMSI）通过无线控制信道发射。MS接收到寻呼后向基站发回响应信号。8、呼叫连接。MS响应信号经BTS、BSC送回MSC，经鉴权、设备识别后认为合法，则令BSC给该MS分配一条TCH，接通MSC至BSC的路由，并向主叫送回铃音，向被叫振铃。当被叫摘机应答，则系统开始计费。•移动台的状态1、移动台关机这种状态下MS不能应答寻呼消息，网络不能达到MS。同时它也不能通知网络其所处的位置区的变化。此时MS被认为是“分离”状态。2、移动台开机，空闲状态这种状态下，系统可以成功地寻呼MS，MS被认为是“附着”。当MS移动时，能够通过测试检查，MS连接到接收性能最好的BCCH载波上，MS还必须通知网络其位置区的变化，即位置更新。3、移动台忙在这时，网络分配给MS一个业务信道传送话音或数据，当MS移动时它必须有能力进行定位和切换。•几种业务过程漫游：移动中的移动台由于接收质量的原因，通过空中接口不时地改变与网络的连接，这种能力称为漫游。位置更新：移动中的移动台从一个位置区移动至另一个位置区时，需要向系统登记其位置的变化信息，这个过程称为位置更新。切换：在移动台通话期间，移动台从一个小区移动至另一个小区的过程称为切换。•漫游位置更新（LocationUpdating）▪正常位置更新（Normal)▪周期性位置更新（Periodic)▪用户关机（IMSIDetach)▪用户开机（IMSIAttach)•正常位置更新正常位置更新过程:1、MS在新的小区内读到其BCCH上的信息，找到该小