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GSM数字移动通信系统是全球第一个对数字调制方式、网络结构和业务种类进行标准化的数字蜂窝移动通信系统。GSM系统在全球得到了迅速发展，已成为全球用户最多的移动通信系统。本章主要介绍GSM通信系统及其演进GPRS、EGPRS相关知识，主要内容如下。第7章GSM数字蜂窝移动通信系统（1）GSM系统结构及相关接口与协议。（2）TDMA帧结构及无线接口的逻辑信道。（3）GSM系统的号码与识别。（4）GSM系统的移动性管理和安全性管理。（5）GPRS网络的特点及业务应用。（6）GPRS网络结构与网元、接口功能。（7）GPRS系统移动性管理。（8）EDGE技术的演进及特点。第7章GSM数字蜂窝移动通信系统GSM系统网络结构7.1GSM网络接口与协议7.2GSM系统主要参数7.3GSM系统网络结构7.4GSM系统网络结构7.5GSM系统主要参数7.6GSM系统主要参数7.77.1GSM系统网络结构7.1.1GSM系统的结构与功能7.1.2基站子系统7.1.3网络子系统7.1.4操作维护子系统7.1.5移动台7.1.1GSM系统的结构与功能一个完整的蜂窝移动通信系统主要由网络子系统（NetworkSubsystem，NSS）、无线基站子系统（BaseStationSubsystem，BSS）、操作维护子系统（OperationSubsystem，OSS）和移动台（MobileStation，MS）四大子系统组成。图7-1GSM蜂窝系统的网络结构7.1.2基站子系统基站子系统（BSS）一般指包含了GSM数字移动通信系统中无线通信部分的所有基础设施，它一端通过无线接口直接与移动台实现通信连接，另一端又连接到网络端的交换机，为移动台（MS）和交换子系统提供传输通路。基站子系统（BSS）是在一定的无线覆盖区中由移动业务交换中心（MSC）控制、与移动台MS进行通信的系统设备，它主要负责完成无线发送、接收和无线资源管理等功能。BSS功能实体包括基站控制器（BaseStationController，BSC）和基站收发信机（BaseTransceiverStation，BTS）。GSM规范规定，一个基站子系统是指一个BSC以及由它所管辖的所有BTS。1．基站收发信机2．基站控制器7.1.3网络子系统网络子系统（NSS）主要包括移动交换中心和相关的数据库。网络子系统（NSS）主要完成交换功能，用户数据与用户移动性管理、安全性管理所需的数据库功能。构成网络子系统（NSS）的一系列实体包括移动业务交换中心（MSC）、访问位置寄存器（VLR）、归属位置寄存器（HLR）、设备识别寄存器（EIR）、鉴权中心（AUC）等。1．移动业务交换中心2．访问位置寄存器3．归属位置寄存器4．鉴权中心5．移动设备识别寄存器7.1.4操作维护子系统1．网络管理网络管理（NetworkManagement）包括所有的网络运行和功能的管理，它存储与控制运行管理和资源使用，从而为用户提供一定质量水平的服务。具体管理功能如下。（1）商务管理（用户登记、终端、账单、统计等）。（2）安全管理（非法入侵检测、授权等级等）。（3）运营和性能管理（通话质量和话务量监测、网络承载的变化、维护移动监测等）。（4）系统控制（软件水平、新设备和新功能的引入等）（见GSM12.06）。（5）维护（故障检测、设备测试等）。2．网管TMN的结构图7-2TMN示意图3．OMC和NMC在GSM网络中所用的设备是多种多样的，主设备收发信机、交换机和数据库的供货商也很多，它们推荐相应的结构和等级。GSM规范（GSM12.00）推荐了以下两种平台。•（1）OMC（OperationsandMaintenanceCentre），操作维护中心。•（2）NMC（NetworkManagementCentre），网络管理中心。7.1.5移动台移动台就是指配有SIM卡的终端设备，如手机等，它是GSM系统的移动客户设备部分，由两部分组成：移动终端（MobileEquipment，ME）和用户识别卡（SubscriberIdentityModule，SIM）。1．移动终端2．SIM卡7.2GSM网络接口与协议为了保证网络运营部门能在充满竞争的市场条件下灵活选择不同供应商提供的数字蜂窝移动通信设备，GSM系统在制定技术规范时就对其子系统之间及各功能实体之间的接口和协议作了比较具体的定义，使不同供应商提供的GSM系统基础设备能够符合统一的GSM技术规范而达到互通、组网的目的。为使GSM系统实现国际漫游功能和在业务上迈入面向ISDN的数据通信业务，必须建立规范和统一的信令网络以传递与移动业务有关的数据和各种信令信息。GSM系统的公用陆地移动通信网的信令系统是以7号信令网络为基础的。7.2GSM网络接口与协议7.2.1GSM系统的主要接口7.2.2网络子系统的内部接口7.2.1GSM系统的主要接口GSM系统的主要接口指A接口、Abis接口和Um接口，如图7-3所示。这3个接口标准使得电信运营部门能够把不同设备纳入同一个GSM数字通信网中。1．A接口2．Abis接口3．Um接口图7-3GSM系统的主要接口7.2.2网络子系统的内部接口图7-4网络子系统内部接口7.2.2网络子系统的内部接口1．移动终端2．SIM卡3．D接口4．E接口5．F接口6．G接口7.3GSM系统主要参数7.3.1频带的划分及使用7.3.2各类空中信道7.3.3帧结构、复帧结构特性GSM900DCS1800（发射类别）业务信道控制信道271KF7W271KF7W271KF7W271KF7W发射频带（MHz）基站移动台935~960890~9151805~18801710~1785双工间隔45MHz95MHz射频带宽200kHz200kHz射频双工信道总数124374基站最大有效发射功率/射频载波峰值（W）30020业务信道平均值（W）37.52.5（小区半径（km））最小最大0.51.350.535接续方式TDMATDMA调制GMSKGMSK传输速率（kbit/s)270.833270.833（全速率语音编译码）比特率（kbit/s)误差保护139.8139.8编码算法RPE-LTPRPE-LTP信道编码具有交织脉冲检错和1/2编码率的卷积码具有交织脉冲检错和1/2编码率的卷积码（控制信道结构）公共控制信道随路控制信道广播控制信道有快速和慢速有有快速和慢速有时延均衡能力（s)2020国际漫游能力有有（每载频信道数）全速率半速率816816表7-1GSM系统主要参数7.3.1频带的划分及使用7.3.2各类空中信道由于GSM系统是TDMA/FDMA的多址接入方式，因此对于每个200kHz的信道，再从时间上划分成若干个4.6l5ms等间隔的帧。每帧又分成8个时隙，每个时隙为15/26ms=0.577ms。GSM的物理信道是指一个载频上的一个TDMA帧的一个时隙，GSM通信系统需要传输不同类型的信息，包括业务信息和各种控制信息，因而要在物理信道上安排相应的逻辑信道。这些逻辑信道有的用于呼叫接续阶段，有的用于通信进行当中，也有的用于系统运行的全部时间内。根据BTS与MS之间传递的消息种类不同而定义的不同逻辑信道，即业务信道和控制信道，逻辑信道通过BTS映射到不同物理信道上进行传送。图7-5为GSM系统空中信道的划分。图7-5GSM系统空中信道（1）频率校正信道（FCCH）（2）同步信道（SCH）（3）广播控制信道（BCCH）（4）寻呼信道（PCH）（5）随机接入信道（RACH）（6）准许接入信道（AGCH）（7）独立专用控制信道（SDCCH）（8）慢速辅助控制信道（SACCH）（9）快速辅助控制信道（FACCH）（10）业务信道（TCH）7.3.3帧结构、复帧结构将逻辑信道映射到物理信道上的方式就叫做信道的组合方式。逻辑信道的组合以复帧为基础，逻辑信道的组合包括控制信道的组合和业务信道的组合。GSM系统中，在每个时隙0.577ms的时长内需要传输156.25bit。我们将一个时隙中的信息格式称为突发脉冲序列（Burst）。GSM中共有5种突发脉冲序列，它们分别是：常规突发脉冲序列、频率校正突发脉冲序列、同步突发脉冲序列、接入突发脉冲序列和空闲突发脉冲序列。其中空闲突发脉冲序列是虚设时隙格式，用于填空，不发送实际信息，结构和常规突发脉冲序列格式相同，区别在于空闲突发脉冲序列只发送固定的比特序列。图7-6给出了GSM各种帧的格式及各种突发脉冲的格式。图中体现了时隙、帧、复帧、超帧、超高帧等概念。图7-6GSM系统帧结构7.4GSM系统的号码与识别在GSM系统中，需对移动用户和数字移动网络各单元部件进行编号定义，以便在移动性管理和接续时迅速准确地识别目标。1．国际移动用户识别码在GSM系统中，给每个移动用户分配一个唯一的国际移动用户识别码（InternationalMobileSubscriberIdentity，IMSI），IMSI永久地属于一个注册用户，该号码在包括漫游区域在内的所有位置都是有效的。IMSI存储在SIM卡、HLR中，也在VLR中作临时登记，用于位置更新、呼叫建立和PLMN的所有信令中。IMSI采用ITU-T的E.212编码方式。由于安全性和保密方面的原因，一般不在无线接口上传输IMSI。（1）IMSI的结构IMSI最多有15位，由以下3部分组成。•①移动国家号码（MobileCountryCode，MCC），由3位数字组成，唯一地识别移动用户所属的国家，例如中国的MCC号是460。•②移动通信网号码（MobileNetworkCode，MNC），由2～3位数字组成，用于识别移动用户所归属的PLMN网，例如中国移动MNC=00或02，中国联通MNC=01。•③移动用户识别号（MobileSubscriberIdentificationNumber，MSIN），是一个最多十位的号码，用来唯一的识别特定网络中的移动设备或用户。图7-7IMSI的组成（2）IMSI的分配原则IMSI最多只能包含15个0～9的数字，MCC由ITU-T管理，在世界范围内统一分配，具体的分配情况请参阅E.212。NMSI的分配由各国的电信监管部门负责，如果在一个国家有不止一个GSMPLMN网络，应该给每个网络分配不同的MNC码。进行IMSI分配时，要遵循国外PLMN最多分析MCC+MNC就可寻址的原则。2．临时移动用户识别码为了对IMSI保密、保证移动用户识别的安全性，VLR可给来访移动用户在位置登记后（包括位置更新）或激活补充业务时，分配一个与移动用户的IMSI唯一对应的TMSI号码，它仅在该VLR所管理的区域使用，为一个4字节的BCD码。在呼叫建立和位置更新时，GSM系统在空中接口传输使用临时移动用户识别码（TemporaryMobileSubscriberIdentity，TMSI）来代替IMSI。2．临时移动用户识别码TMSI分配原则如下。•（1）包含4个字节，可以由8个十六进制数组成，其结构可由各运营部门根据当地情况而定。•（2）TMSI的32比特不能全部为1，因为在SIM卡中全为1的TMSI表示无效的TMSI。•（3）要避免在VLR重新启动后TMSI重复分配，可以采取TMSI的某一部分表示时间或在VLR重启后某一特定位改变的方法。3．移动用户ISDN号码MSISDN号码是呼叫GSM网络中的一个移动用户时，主叫用户所拨的号码，类似于固定网的PSTN号码。移动用户ISDN号码（MobileSubscriberInternationalISDN/PSTNnumber，MSISDN）采用ITU-TE.164编码方式，存储在HLR和VLR中，在MAP接口上传送，其号码结构如图7-8所示。图7-8MSISDN的组成（1）国家码（CountryCode，CC）表示注册用户所属的国家，如中国为86。（2）国内有效ISDN号码包括NDC和SN。①国内接入码（NationalDestinationCode，NDC）由3位数字组成（N