GSM系统原理解析

1GSM系统培训教程上海大唐移动通信设备有限公司GSM移动通信系统原理2内容提要•总述业务系统结构和功能无线信道主要技术组网移动通信发展蜂窝通信原理GSM的发展进程•GSM移动通信系统原理3一、总述•移动通信发展•蜂窝通信原理•GSM的发展进程4移动通信的发展历史NMTAMPSTACSGSMD-AMPSIS-136cdmaOneIS-95PDCIMT-20001980199020005模拟移动通信的缺陷•各个系统之间没有公共接口，难于实现漫游•无法与固定网向数字化推进相适应•频谱利用率比较低•安全保密性比较差•业务种类受限•移动设备成本高、体积大•网络的管理控制存在问题6数字移动通信的优点•抗干扰能力强•频谱利用率高•可方便实现数据业务•易于加密•便于网络的管理和控制•便于设备的集成7频谱利用率不够高—容量问题传输速率较低—业务单一存在多个标准—无法实现全球漫游现有第二代数字移动通信系统的不足个人通信的目标—“任何人，在任何地点、任何时间与其他任何人进行任何方式的通信。”为什么要发展第三代？8~1997年底1323万~1998年底2357万~1999年底5000万~2000年底6500万~2002年底1~1.2亿~2005年底2亿~2010年底3亿中国移动用户发展9•Internet到2000年，将有10亿Email用户，5亿Web用户•图象传输人们通过眼睛获得80%的信息•到2010年，欧洲将有9千万移动多媒体用户，占业务总量的60%。非话业务的发展10全球统一频段，统一标准，全球无缝覆盖高频谱效率高服务质量，高保密性能提供多媒体业务，速率最高到2Mb/s易于第二代系统的过渡和演进多频多模手机，单一通信号码车速环境：144kb/s步行环境：384kb/s室内环境：2Mb/sIMT－2000目标11移动通信发展的技术基础•集成电路的发展•数字程控交换技术的发展•蜂窝结构的出现•信道与信源编码的技术革新12一、总述•移动通信发展•蜂窝通信原理•GSM的发展历程13蜂窝通信原理移动通信特点电波传播环境十分恶劣多普勒频移产生附加调频噪声移动台受干扰和噪声骚扰移动设备要求有很大的动态范围频谱拥挤建网技术复杂14大区制一个基站覆盖整个城市通信质量差频率利用率低系统容量小蜂窝通信原理15蜂窝通信原理PSTN另一有线网另一有线网MSCMSCBSCBSCBSCBSCBTSBTSBTSBTSBTSBTSBTSBTSBTSBTSBTSBTSBTSBSCBSCBSC167小区频率重复再用3751632435617524361277425131417基站扇区化cellsitecellsitecellsite全向小区（OMNICELLSITE）3扇区/小区（120ºSECTOR/CELLS）6扇区/小区（60ºSECTOR/CELLS）=1ANTENNA=3ANTENNA=6ANTENNA18GSM常用频率复用模式43标准复用模式（GSM体制推荐）紧密复用模式3313（NORTEL）26（MOTOROLA）多重复用MAP（ERICSSON）19无线频谱分配45MHz双工间隔基站发射频率基站接收频率2MHz保护频带960905890880872950935925917915GSMTACS/GSMEGSMETACS20DCS1800频谱分配基站发射频率基站接收频率2MHz保护频带18801805178590MHz双工间隔1710DCS180021GSM系统频段GSM900主频段（P-GSM）上行：890MHz-915MHz（移动台发，基站收）下行：935MHz-960MHz（基站发，移动台收）GSM扩展频段（E-GSM）上行：880MHz-890MHz（移动台发，基站收）下行：925MHz-935MHz（基站发，移动台收）DCS1800频段上行：1710MHz-1785MHz（移动台发，基站收）下行：1805MHz-1880MHz（基站发，移动台收）22GSM绝对频道号GSM900主频段（P-GSM）上行：Fl=890+0.2N（MHz）（1N124）下行：Fu=Fl+45（MHz）GSM扩展频段（E-GSM）上行：Fl=890+0.2（N-1024）（MHz）下行：Fu=Fl+45（MHz）（975N1023）DCS1800频段上行：Fl=1710.2+0.2（N-512）（MHz）下行：Fu=Fl+95（MHz）（512N885）23一、总述•移动通信发展•蜂窝通信原理•GSM的发展进程24GSM标准制定委员会委员会名称标准分工SMG1DefinitionofServiceSMG2SpecificationofRadioTransmissionSMG3NetworkArchitetureSignallingProtocols，OperinterfaceSMG4DataServiceSMG5UMTS技术规范01,0203,05,0603,04,08,0907-SMG6OperationandMaintenace11SeriesTestSpecification121125发展进程（一）•1979年，世界无线电管理委员会(WARC)划定了今后欧洲用于蜂窝移动通信系统的频段；•1982年，欧洲邮政与电信委员会（CEPT）内建立了特别移动组（GroupeSpecialMobile)；•1986年，在巴黎建立了GSM永久核心；•1988年，欧洲电信标准协会（ETSI）成立，并接管了GSM委员会；26•1990年，GSM规范Phase1被冻结；•1991年，DCS1800规范Phase1被冻结；GSM委员会开始考虑下一代无线通信系统；•1992年，GSM委员会更名为“SpecialMobileGroup”,GSM系统更名为“GlobalSystemforMobileCommunication”,DCS1800规范Phase2被冻结；•1992年，GSM开始商业运营；发展进程（二）271993年，GSM规范Phase2被冻结；1994年，GSM商用运营远超出GSM委员会的范围（中国、印度、中东、远东、俄罗斯等国家和地区）1996年，ETSI推出GSM规范Phase2＋1995年，DCS1800商用系统开始在泰国、卡塔尔、英国等国家和地区运营；发展进程（三）2801系列：系统概述02系列：业务03系列：网络结构和网络功能04系列：无线接口信令（L2、L3）05系列：无线接口物理层06系列：语音编码（FR、EFR、HR）GSM规范（一）2907系列：移动台终端适配功能08系列：A接口和Abis接口09系列：网络互连（ISDN、PSTN、PSPDN）10系列：PH2＋新功能11系列：测试12系列：网管（操作维护、用户和终端业务数据监视、性能、设备管理）GSM规范（二）30总述－小结•三类技术制式•蜂窝通信原理•GSM发展进程–进程、规范内容31二、GSM系统原理•业务•系统结构和功能•无线信道•主要技术•组网32GSM系统提供的业务电信业务用户终端业务承载业务基本业务基本业务基本业务＋补充业务基本业务＋补充业务33承载业务：它在某个接入点上提供用户所需的传送相应信号的能力。•双向异步数据电路（300～9600bps）•双向同步数据电路（1200～9600bps）•异步分组数据接入电路（300～9600bps）•双向同步分组数据（2400～9600bps）•交替语音和数据•数据后接语音业务•GPRS业务承载业务34用户终端业务：是一种电信业务，它提供给用户包括终端设备功能在内的各种必须功能，使之能与其他用户通信。用户终端业务（一）35•电话业务•紧急呼叫业务•数据通信•短消息业务•移动被叫点对点短消息业务•移动主叫点对点短消息业务•广播型短消息业务•语音和三类传真交替业务•自动三类传真业务用户终端业务（二）36•用于补充或修改基本业务，以提供用户完整的业务•补充业务不能独立存在补充业务（一）37•呼叫偏转（有被叫，实时前转）•呼叫前转（无条件、遇忙、无应答、不可及）•主叫号码识别•呼叫等待（被叫忙时，接收新业务）•呼叫保持（保持当前呼叫，发起新呼叫）•呼入呼出限制•其它补充业务（二）38•语音群呼叫（VGCS）•话音广播业务（VBS）•多用户特征（MSP）•移动定位业务增强型补充业务39业务－小结•承载业务–语音、数据•用户终端业务–基本、补充、增强40二、GSM系统原理•业务•系统结构和功能•无线信道•主要技术•组网41GSM网络结构PSTNOMCOMCNMCOMSSIMMEMSBTSBTSBSCAUmMSCMSCVLRVLRHLRAUCEIRBCEFGHDNSSBSSNSS42系统接口A接口：MSC与BSC间的接口Abis接口：BSC与BTS间的接口Um接口：BTS与MS间的接口B接口：MSC与VLR间的接口C接口：MSC与HLR间的接口D接口：HLR与VLR间的接口E接口：MSC与MSC间的接口F接口：MSC与EIR间的接口G接口：VLR与VLR间的接口H接口：HLR与AUC间的接口43MSC/VLR业务区域MSC/VLR业务区域VLRMSCLocationAreaVLRMSC44位置区（LocationArea）MSCVLRLA1LA2LA3LA4LA5LA6cell11cell12cell7cell8cell9cell4cell6cell5cell3cell2cell145GSM各区域间的关系GSM业务区PLMN业务区MSC业务区位置区LAC小区Cell46MSC功能与作用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移动设备识别操作与维护数据库管理测量人机接口（MMI）网间互通计费MSC为其服务区内的移动用户提供交换和信令功能47HLR功能与作用HLR:HomeLocationRegister用户识别号（IMSI,MSISDN）当前用户的VLR（当前位置）业务能力、业务限制信息用户申请的补充业务补充业务信息（例：当前转移的电话号码）用户状态（registered/deregistered）移动用户漫游号（MSRN）传递HLR48VLR功能与作用VLR:VisitorLocationRegister移动台状态部分补充业务数据移动站的位置登记(LAI)临时移动用户识别号(TMSI)管理MSRN管理VLR49AUC功能与作用鉴权和加密数据Ki,RANDA3,A8算法Kc,SresMSCMSCBTSBTSBTSACDHEF50鉴权（Authentication）SIMKiA8A3VLRSresKcRANDKcSres=?SresKcRANDA8A3KiAUC51加密（Ciphering)MSSIMKiA8A3KcSresA5Speech,DataVLR无线通路BTSSpeech,DataSresKcRANDA552EIR功能与作用EIR：EquipmentIdentityRegister存储移动设备分类表(IMEI)•用来管理所有移动台设备的国际移动用户识（IMSI）号码以及检查每个移动台设备是否为合法设备。•它包括一个数据库，存储着所有签约用户所使用的移动台设备的IMEI号码等。白名单、黑名单、灰名单53EIR功能与作用白名单灰名单黑名单合法用户和允许漫游用户的IMEI有故障未经型号认证淘汰的IMEI报失被盗或非法使用的IMEI54国际移动设备识别号(IMEI)•国际移动台设备识别码(IMEI)•型号批准码(TAC)：由认证中心分配•工厂装配码(FAC)：由厂家编码，表示制造厂家及最后装配地。•序列号(SNR)：由厂家分配•版本级别(VL)：由认证中心确定，与TAC关联。FACVLSNRTAC6个数字2个数字6个数字1个数字55IMEI查询流程呼叫建立请求IMEI传送MS发送IMEI在EIR查