GSM系統(tǒng)介紹--無線通信技術(shù).ppt

第八章GSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)介紹 主講人 楊莘 主要內(nèi)容 8 1概述8 2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)8 3號(hào)碼與識(shí)別8 4GSM系統(tǒng)的安全性管理8 5GSM的數(shù)字無線接口8 6移動(dòng)用戶的接續(xù)過程8 7GSM系統(tǒng)的移動(dòng)性管理8 8DCS1800介紹8 9GSM系統(tǒng)向3G系統(tǒng)的過渡 GSM系統(tǒng) 8 1概述 一 發(fā)展歷史1 1982年歐洲成立 移動(dòng)通信特別小組 GroupofSpecialMobile 簡稱GSM 提出開發(fā)數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 2 1986年 該小組對(duì)歐洲各國及各公司經(jīng)大量研究和實(shí)驗(yàn)后提出的8個(gè)建議系統(tǒng)進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn) 并于1988年公布 3 1990年完成規(guī)范 4 1991年在歐洲開通了第一個(gè)GSM系統(tǒng) 并將GSM更名為 全球通信系統(tǒng) GlobalSystemforMobileCommunication GSM系統(tǒng) 5 同年 還制定了1800MHz頻段的GSM規(guī)范 名為DCS1800系統(tǒng) 該系統(tǒng)與GSM900具有相同的基本功能特性 二系統(tǒng)可以通稱為GSM系統(tǒng) 6 1993年 GSM系統(tǒng)已覆蓋泛歐及澳大利亞等地區(qū) 67個(gè)國家成為它的成員 7 1995年 DCS1800開始推廣應(yīng)用 GSM系統(tǒng) 8 1概述 8 1概述 二 基本特點(diǎn)GSM系統(tǒng)作為一種開放式結(jié)構(gòu)和面向未來設(shè)計(jì)的系統(tǒng) 具有下列主要特點(diǎn) 1 由幾個(gè)分系統(tǒng)組成 且可與各種公用通信網(wǎng)互聯(lián)互通 各分系統(tǒng)之間和各分系統(tǒng)與其它通信網(wǎng)之間都明確地定義了標(biāo)準(zhǔn)化接口規(guī)范 保證任何廠商提供的GSM系統(tǒng)或子系統(tǒng)能互聯(lián) 2 GSM系統(tǒng)能提供穿過國際邊界的自動(dòng)漫游功能 3 GSM系統(tǒng)除了可以開放語音業(yè)務(wù)外 還可以開放各種承載業(yè)務(wù) 補(bǔ)充業(yè)務(wù)與ISDN相關(guān)的業(yè)務(wù) GSM系統(tǒng) 8 1概述 二 基本特點(diǎn)GSM系統(tǒng)作為一種開放式結(jié)構(gòu)和面向未來設(shè)計(jì)的系統(tǒng) 具有下列主要特點(diǎn) 4 GSM系統(tǒng)具有加密和鑒權(quán)功能 能確保用戶保密和網(wǎng)絡(luò)安全 5 GSM系統(tǒng)具有靈活 方便的組網(wǎng)結(jié)構(gòu) 6 GSM系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng) 覆蓋區(qū)域內(nèi)的通信質(zhì)量高 7 GSM系統(tǒng)終端設(shè)備功能強(qiáng) 小巧 GSM系統(tǒng) 1 移動(dòng)臺(tái)發(fā)送頻段為890 915MHz 基站發(fā)送頻段為935 960MHz 收發(fā)雙工頻率間隔為45MHz 相鄰頻道間隔為200kHz TDMA FDD 2 每個(gè)頻道采用TDMA方式 分為8個(gè)時(shí)隙 即8個(gè)信道 全速率 為一幀 將來采用半速率語音編碼后 每個(gè)頻道可容納16個(gè)信道 3 我國GSM系統(tǒng)由兩個(gè)運(yùn)營部門經(jīng)營 頻率使用情況如下 中國移動(dòng) 890 909MHz 935 954MHz 中國聯(lián)通 909 915MHz 954 960MHz GSM系統(tǒng) 三 頻率配置 四 頻率分配方法 GSM系統(tǒng) 頻道序號(hào)和頻點(diǎn)標(biāo)稱中心頻率的關(guān)系 下頻段 fl n 890 n 0 2 MHzn 1 124上頻段 fh n 935 n 0 2 MHzn 1 124 對(duì)于全向天線的建議復(fù)用方式 7組頻率復(fù)用方式 其7組頻率可從12組中任選 GSM系統(tǒng) 四 頻率分配方法 對(duì)于有向天線 天線可采用1200或600定向天線 形成 三葉草 小區(qū) 即把基站分成三個(gè)或6個(gè)扇形小區(qū) GSM系統(tǒng) 4 33 3 四 頻率分配方法 8 2GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)交換子系統(tǒng) NSS 無線基站子系統(tǒng) BSS 移動(dòng)臺(tái) MS GSM系統(tǒng) MS GSM移動(dòng)通信網(wǎng)中用戶使用的設(shè)備 也是用戶能夠直接接觸的GSM系統(tǒng)中的唯一設(shè)備 分為車載臺(tái) 便攜臺(tái)和手機(jī) 包括移動(dòng)臺(tái)物理設(shè)備和智慧部件SIM卡兩部分 物理設(shè)備 無線傳輸與處理功能 無線接口 與使用者之間的接口 與其他終端設(shè)備的接口 SIM卡 用戶信息 移動(dòng)臺(tái)非專用 GSM系統(tǒng) MS MS TE BTS BSC BTS BSC VLR MSC OMC HLR AUC EIR PSTNISDN BSS NSS 8 2GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu) BSS 系統(tǒng)中與無線蜂窩方面關(guān)系最直接的基本組成部分 在一定的無線區(qū)域中由MSC控制 與MS進(jìn)行通信的系統(tǒng)設(shè)備 完成無線發(fā)送 接收與無線資源管理等功能 由BSC和BTS組成 GSM系統(tǒng) MS MS TE BTS BSC BTS BSC VLR MSC OMC HLR AUC EIR PSTNISDN BSS NSS 8 2GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu) BSC 基站控制器 具有對(duì)一個(gè)或多個(gè)BTS進(jìn)行控制的功能 主要負(fù)責(zé)無線網(wǎng)絡(luò)資源的管理 小區(qū)配置數(shù)據(jù)管理 功率控制 定位和切換等 是一個(gè)很強(qiáng)的業(yè)務(wù)控制點(diǎn) BTS 基站收發(fā)信機(jī) 是基站分系統(tǒng)的無線部分 由BSC控制 主要負(fù)責(zé)無線傳輸 完成無線與有線的轉(zhuǎn)換 無線分集 無線信道加密 跳頻等功能 GSM系統(tǒng) MS MS TE BTS BSC BTS BSC VLR MSC OMC HLR AUC EIR PSTNISDN BSS NSS 8 2GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 功能 交換 移動(dòng)性管理與安全性管理由一系列功能實(shí)體構(gòu)成 GSM系統(tǒng) MS MS TE BTS BSC BTS BSC VLR MSC OMC HLR AUC EIR PSTNISDN BSS NSS 8 2GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu) MSC 移動(dòng)交換中心 GSM系統(tǒng)的核心 是對(duì)它所覆蓋區(qū)域中的移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行控制和完成話路交換的功能實(shí)體 也是移動(dòng)通信系統(tǒng)與其他公用通信網(wǎng)之間的接口 GSM系統(tǒng) MS MS TE BTS BSC BTS BSC VLR MSC OMC HLR AUC EIR PSTNISDN BSS NSS 8 2GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu) HLR 原籍地址寄存器 GSM系統(tǒng)的中央數(shù)據(jù)庫 存儲(chǔ)該HLR管轄區(qū)內(nèi)的所有移動(dòng)用戶的相關(guān)數(shù)據(jù) 包括靜態(tài)數(shù)據(jù) 移動(dòng)用戶的識(shí)別號(hào)碼 訪問能力 用戶類別和補(bǔ)充業(yè)務(wù)等 以及歸屬用戶有關(guān)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù) GSM系統(tǒng) MS MS TE BTS BSC BTS BSC VLR MSC OMC HLR AUC EIR PSTNISDN BSS NSS 8 2GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu) VLR 訪問用戶位置寄存器 存儲(chǔ)進(jìn)入其控制區(qū)域的來訪移動(dòng)用戶的有關(guān)數(shù)據(jù) 這些數(shù)據(jù)從該用戶的HLR獲取并進(jìn)行暫存 一旦用戶離開 臨時(shí)存儲(chǔ)的有關(guān)該用戶的數(shù)據(jù)將被刪除 動(dòng)態(tài)用戶數(shù)據(jù)庫 GSM系統(tǒng) MS MS TE BTS BSC BTS BSC VLR MSC OMC HLR AUC EIR PSTNISDN BSS NSS 8 2GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu) AUC 鑒權(quán)中心 存儲(chǔ)鑒權(quán)信息和加密密鑰 用來防止無權(quán)用戶接入系統(tǒng)和保證無線通信的安全 他對(duì)任何試圖入網(wǎng)的用戶進(jìn)行身份認(rèn)證 只有合法用戶才能接入網(wǎng)中并得到服務(wù) GSM系統(tǒng) MS MS TE BTS BSC BTS BSC VLR MSC OMC HLR AUC EIR PSTNISDN BSS NSS 8 2GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu) EIR 移動(dòng)設(shè)備識(shí)別寄存器 存儲(chǔ)移動(dòng)設(shè)備的國際設(shè)備識(shí)別碼 通過核查白色 黑色和灰色三種清單 運(yùn)營部門就可判斷出移動(dòng)設(shè)備是屬于準(zhǔn)許使用的 還是失竊而不準(zhǔn)使用的 或是由于技術(shù)故障或誤操作而危及網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行的MS設(shè)備 以確保網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所使用的移動(dòng)設(shè)備的唯一性和安全性 GSM系統(tǒng) MS MS TE BTS BSC BTS BSC VLR MSC OMC HLR AUC EIR PSTNISDN BSS NSS 8 2GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu) OMC 操作與維護(hù)中心 負(fù)責(zé)對(duì)全網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控與操作 如 系統(tǒng)的自檢 報(bào)警與備用設(shè)備的激活 系統(tǒng)的故障診斷與處理 話務(wù)量的統(tǒng)計(jì)與計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)的記錄與傳遞 以及與網(wǎng)絡(luò)參數(shù)有關(guān)的各種參數(shù)的收集 分析與顯示等 GSM系統(tǒng) MS MS TE BTS BSC BTS BSC VLR MSC OMC HLR AUC EIR PSTNISDN BSS NSS 8 2GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu) A接口 NSS與BSS之間的通信接口 其物理鏈路通過采用標(biāo)準(zhǔn)的2 048Mbit sPCM數(shù)字傳輸鏈路來實(shí)現(xiàn) 傳遞的信息包括移動(dòng)臺(tái)管理 基站管理 移動(dòng)性管理和接續(xù)管理等 GSM系統(tǒng) 8 2GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu) GSM的接口與協(xié)議 Abis接口 BSC與BTS之間的通信接口 用于二者之間的遠(yuǎn)端互連方式 其物理鏈路通過標(biāo)準(zhǔn)的2 048Mb s或64kb sPCM數(shù)字傳輸鏈路來實(shí)現(xiàn) BS接口是Abis接口的特例 支持所有向用戶提供的服務(wù) 并支持對(duì)BTS無線設(shè)備的控制和無線頻率的分配 GSM系統(tǒng) 8 2GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu) GSM的接口與協(xié)議 Um接口 空中接口 移動(dòng)臺(tái)與BTS之間的通信接口 用于移動(dòng)臺(tái)與GSM系統(tǒng)的固定部分之間的互通 其物理鏈路通過無線鏈路實(shí)現(xiàn) 該接口傳遞的信息包括無線資源管理 移動(dòng)性管理和接續(xù)管理等 GSM系統(tǒng) 8 2GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu) GSM的接口與協(xié)議 GSM系統(tǒng) VLR MSC HLR AUC EIR NSS內(nèi)部接口 8 2GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu) GSM的接口與協(xié)議 VLR MSC F接口 C接口 D接口 B接口 B接口 E接口 G接口 GSM的區(qū)域 GSM系統(tǒng) GSM服務(wù)區(qū) PLMN區(qū) MSC區(qū) MSC區(qū) 位置區(qū) 基站區(qū) 扇區(qū) 扇區(qū) 基站區(qū) 扇區(qū) 扇區(qū) 位置區(qū) 基站區(qū) 扇區(qū) 扇區(qū) 基站區(qū) 扇區(qū) 扇區(qū) 8 2GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu) GSM的區(qū)域的定義 1 GSM服務(wù)區(qū) 指移動(dòng)臺(tái)可獲得服務(wù)的區(qū)域 即不同通信網(wǎng)用戶無需知道移動(dòng)臺(tái)的實(shí)際位置而可與之通信的區(qū)域 一個(gè)服務(wù)區(qū)可由一個(gè)或若干個(gè)公用陸地移動(dòng)通信網(wǎng) PLMN 組成 從地域而言 可以是一個(gè)國家或是一個(gè)國家的一部份 也可以使若干個(gè)國家 2 公用陸地移動(dòng)通信網(wǎng)PLMN 可由一個(gè)或若干個(gè)移動(dòng)交換中心組成 在該區(qū)內(nèi)具有共同的編號(hào)制度和共同的路由計(jì)劃 PLMN與各種固定通信網(wǎng)之間的接口是MSC 由MSC完成呼叫接續(xù) GSM系統(tǒng) 8 2GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 區(qū)域的定義 3 MSC區(qū) MSC區(qū)系指一個(gè)移動(dòng)交換中心所控制的區(qū)域 通常它連接一個(gè)或若干個(gè)基站控制器 每個(gè)基站控制器控制多個(gè)基站收發(fā)信機(jī) 從地理位置來看 MSC包含多個(gè)位置區(qū) 4 位置區(qū) 一般由若干個(gè)小區(qū)組成 移動(dòng)臺(tái)在位置區(qū)內(nèi)移動(dòng)無需進(jìn)行位置更新 通常呼叫移動(dòng)臺(tái)時(shí) 向一個(gè)位置區(qū)內(nèi)的所有基站同時(shí)發(fā)送尋呼信號(hào) 5 基站區(qū) 指基站收 發(fā)信機(jī)有效的無線覆蓋區(qū) 簡稱小區(qū) 6 扇區(qū) 當(dāng)基站收發(fā)信天線采用定向天線時(shí) 基站區(qū)分為若干個(gè)扇區(qū) GSM系統(tǒng) 8 2GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 8 3GSM的號(hào)碼 移動(dòng)臺(tái)ISDN號(hào)碼 MSISDN 呼叫GSM系統(tǒng)中的某個(gè)移動(dòng)用戶時(shí)所撥的號(hào)碼 結(jié)構(gòu) CCNDCSNCC為國家碼 中國86 NDC為國內(nèi)目的地址碼 即網(wǎng)絡(luò)接入號(hào) 如中國移動(dòng) 134 135 136 137 138 139 150 151 152 158 159 187 188 中國聯(lián)通 130 131 132 155 156 185 186 中國電信 133 153 189 SN為用戶號(hào)碼 采用等長8位編號(hào)H0H1H2H3ABCD 其中H0H1H2H3為每個(gè)移動(dòng)業(yè)務(wù)本地網(wǎng)的HLR號(hào)碼 ABCD為移動(dòng)用戶碼 國內(nèi)ISDN不超過13位 國際ISDN不超過15位 GSM系統(tǒng) 移動(dòng)臺(tái)國內(nèi)ISDN 移動(dòng)臺(tái)國際ISDN 2 國際移動(dòng)用戶識(shí)別碼 IMSI 在GSM系統(tǒng)中唯一識(shí)別移動(dòng)用戶 結(jié)構(gòu) MCCMNCMSINMCC為移動(dòng)國家號(hào)碼 中國460 MNC為移動(dòng)網(wǎng)號(hào) 用戶識(shí)別移動(dòng)用戶所歸屬的移動(dòng)網(wǎng) 中國移動(dòng)TD網(wǎng)為00 中國聯(lián)通GSM網(wǎng)為01 中國移動(dòng)GSM為02 中國電信CDMA網(wǎng)為03 MSIN為移動(dòng)用戶識(shí)別碼 用以唯一地識(shí)別國內(nèi)某一網(wǎng)內(nèi)的移動(dòng)用戶 IMSI總長不超過15位數(shù)字 GSM系統(tǒng) 國內(nèi)移動(dòng)用戶識(shí)別 國際移動(dòng)用戶識(shí)別 8 3GSM的號(hào)碼 3 臨時(shí)移動(dòng)用戶識(shí)別碼 TMSI 為了對(duì)IMSI保密 IMSI只在起始入網(wǎng)登記時(shí)使用 在后續(xù)的呼叫中 使用經(jīng)一定算法轉(zhuǎn)換而來的TMSI 以避免通過無線信道發(fā)送IMSI 從而防止竊聽者檢測用戶的通信內(nèi)容 或非法盜用合法用戶的IMSI TMSI總長不超過4個(gè)字節(jié) 格式由運(yùn)營部門決定 GSM系統(tǒng) 8 3GSM的號(hào)碼 4 移動(dòng)用戶漫游號(hào)碼 MSRN 當(dāng)移動(dòng)用戶漫游到一個(gè)新的MSC VLR業(yè)務(wù)區(qū)時(shí) 由VLR給他分配一個(gè)臨時(shí)性的漫游號(hào)碼 并通知該移動(dòng)臺(tái)的HLR 用于建立通信路由 一旦該移動(dòng)臺(tái)離開該業(yè)務(wù)區(qū) 此漫游號(hào)碼即被收回 并可分配給其他來訪用戶使用 MSRN的結(jié)構(gòu)與ISDN相同 GSM系統(tǒng) 8 3GSM的號(hào)碼 5 國際移動(dòng)設(shè)備識(shí)別碼 IMEI 在國際上唯一地識(shí)別一臺(tái)移動(dòng)臺(tái)設(shè)備 可用于監(jiān)控被竊或無效的移動(dòng)臺(tái)設(shè)備 結(jié)構(gòu) TACFACSNRSP6位2位6位1位TAC為型號(hào)批準(zhǔn)碼 由歐洲型號(hào)認(rèn)證中心分配 FAC為工人裝配碼 由廠家編碼 表示生產(chǎn)廠家及其裝配地 SNR為序號(hào)碼 由廠家分配 用于區(qū)別同一個(gè)TAC和FAC中的每臺(tái)移動(dòng)設(shè)備 SP為備用 GSM系統(tǒng) 8 3GSM的號(hào)碼 6 位置區(qū)與基站識(shí)別碼 LAI與BSIC 位置區(qū)識(shí)別碼LAI 在檢測位置更新和信道切換時(shí) 要使用位置區(qū)識(shí)別標(biāo)志 MCC 4位數(shù)字 MNC 2位數(shù)字 LAC 最大16bit MCC和MNC與IMSI碼中的相同 LAC為位置區(qū)碼 用于識(shí)別GSM網(wǎng)中的某個(gè)位置區(qū) 基站識(shí)別碼BSIC 用于移動(dòng)臺(tái)識(shí)別相同載頻的不同基站 特別用于區(qū)別在不同國家的邊界地區(qū)采用相同載頻且相鄰的基站 NCC 3bit BCC 3bit NCC為網(wǎng)絡(luò)色碼 用來識(shí)別相鄰的移動(dòng)網(wǎng) BCC為BTS色碼 用來識(shí)別相同載頻的不同基站 GSM系統(tǒng) 8 3GSM的號(hào)碼 8 4GSM的安全性管理 一 安全性管理工作1 接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)采用了對(duì)用戶鑒權(quán) 2 無線路徑上采用對(duì)通信信息加密 3 對(duì)用戶識(shí)別碼 IMSI 采用臨時(shí)用戶識(shí)別碼 TMSI 4 對(duì)移動(dòng)設(shè)備采用識(shí)別碼進(jìn)行識(shí)別 GSM系統(tǒng) GSM系統(tǒng) IMSI SIM AUC Ki RAND 響應(yīng)數(shù)SRES A3算法 密鑰Kc A8算法 用戶三參數(shù)組是網(wǎng)絡(luò)對(duì)用戶實(shí)施鑒權(quán)和信息加密所必需的參數(shù) RAND SRES和Kc為用戶三參數(shù)組 AUC應(yīng)MSC VLR請(qǐng)求 每次生成若干個(gè)三參數(shù)組 傳送給HLR HLR自動(dòng)存儲(chǔ) 二 三參數(shù)組 用戶鑒權(quán)鍵 32位16進(jìn)制數(shù) MSC VLR確認(rèn)移動(dòng)臺(tái)通過無線空間傳送的IMSI是否簽約的IMSI的過程稱為鑒權(quán) 實(shí)質(zhì)上是鑒別用戶SIM卡的真實(shí)性 GSM系統(tǒng) 移動(dòng)臺(tái)在每次位置登記 呼叫建立 位置更新 補(bǔ)充業(yè)務(wù)激活與去活及登記與刪除前均需要鑒權(quán) 三 鑒權(quán) 四 通信信息的加密 無線路徑上的加密 即保證BTS和MS之間交換的用戶信息和用戶參數(shù)不被截獲或監(jiān)聽 GSM系統(tǒng) 移動(dòng)臺(tái) 網(wǎng)絡(luò)側(cè) 算法A8 隨機(jī)數(shù)發(fā)生器 算法A8 Ki Ki RAND 向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送用戶身份 用戶身份確認(rèn) TMSI 存儲(chǔ)密鑰 Kc 存儲(chǔ)密鑰 Kc 發(fā)送端 接收端 算法A5 密鑰 幀號(hào) 數(shù)據(jù)流 模二加 未加密數(shù)據(jù) 算法A5 密鑰 幀號(hào) 數(shù)據(jù)流 模二加 解密數(shù)據(jù) 密文 五 用戶識(shí)別碼的保密 1 為了防止非法監(jiān)聽IMSI 用臨時(shí)移動(dòng)用戶識(shí)別碼 TMSI 代替IMSI在無線路徑上傳輸 2 MS每次向系統(tǒng)請(qǐng)求一種程序 如位置更新 呼叫嘗試等 MSC VLR將給MS分配一個(gè)新的TMSI 3 TMSI和IMSI的對(duì)應(yīng)關(guān)系是變動(dòng)的 TMSI僅在一個(gè)VLR區(qū)域內(nèi)有效 GSM系統(tǒng) 六 設(shè)備識(shí)別 1 目的 防止盜用或非法設(shè)備入網(wǎng)使用 2 設(shè)備識(shí)別在GSM系統(tǒng)的設(shè)備識(shí)別寄存器 EIR 中完成 3 EIR中存在三種名單 白名單 包括正常的所有設(shè)備識(shí)別序列號(hào)碼黑名單 包括所有被禁止使用的設(shè)備識(shí)別碼灰名單 由運(yùn)營者決定 如有故障的或未經(jīng)型號(hào)認(rèn)證的移動(dòng)設(shè)備識(shí)別號(hào) 4 設(shè)備識(shí)別在呼叫建立嘗試階段進(jìn)行 GSM系統(tǒng) 鑒權(quán)與加密 設(shè)備識(shí)別 8 5GSM的數(shù)字無線接口 GSM系統(tǒng)的數(shù)字無線接口Um是移動(dòng)臺(tái)與基站收發(fā)信臺(tái)之間接口的總稱 是一個(gè)開放性的接口 它使用了每個(gè)載頻TDMA幀的時(shí)分多址的概念 每幀包括8個(gè)時(shí)隙 TS 從BTS到MS的方向定為下行 相反的方向定為上行 GSM系統(tǒng) GSM系統(tǒng)的發(fā)射功率 GSM系統(tǒng) GSM系統(tǒng)中 基站發(fā)射功率為每載波500W 每時(shí)隙平均為500 8 62 5W 移動(dòng)臺(tái)發(fā)射功率分為0 8W 2W 5W 8W和20W五種 可供用戶選擇 小區(qū)覆蓋半徑最大為35km 最小為500m 前者適用于農(nóng)村地區(qū) 后者適用于市區(qū) 一 信道的定義 物理信道 一個(gè)載頻上的TDMA幀的一個(gè)時(shí)隙 每個(gè)用戶通過一系列頻率的一個(gè)物理信道接入系統(tǒng) GSM中每個(gè)載頻有8個(gè)物理信道 即信道0 7 時(shí)隙0 7 在一個(gè)時(shí)隙中發(fā)出的信息稱為一個(gè)突發(fā)脈沖序列 邏輯信道 根據(jù)BTS和MS之間傳遞的信息的種類不同而定義的信道 邏輯信道在傳輸過程中要被放在某個(gè)物理信道即時(shí)隙上 邏輯信道可分為兩類 業(yè)務(wù)信道和控制信道 在時(shí)分多址的物理信道中 幀的結(jié)構(gòu)或組成是基礎(chǔ) 為此下面先討論GSM的幀結(jié)構(gòu) GSM系統(tǒng) 信道類型及其組合 信道類型及其組合 幀結(jié)構(gòu) 信道類型及其組合 幀結(jié)構(gòu) 每一個(gè)TDMA幀分0 7共8個(gè)時(shí)隙 幀長度為120 26 4 615ms 每個(gè)時(shí)隙含156 25個(gè)碼元 占15 26 0 577ms 由若干個(gè)TDMA幀構(gòu)成復(fù)幀 其結(jié)構(gòu)有兩種 一種是由26幀組成的復(fù)幀 這種復(fù)幀長120ms 主要用于業(yè)務(wù)信息的傳輸 也稱為業(yè)務(wù)復(fù)幀 另一種是由51幀組成的復(fù)幀 這種復(fù)幀長235 385ms 專用于傳輸控制信息 也稱為控制復(fù)幀 由51個(gè)業(yè)務(wù)復(fù)幀或26個(gè)控制復(fù)幀均可組成一個(gè)超幀 超幀的周期為1326個(gè)TDMA幀 超幀長51 26 4 615 10 3 6 12s 由2048個(gè)超幀組成超高幀 超高幀的周期為2048 1326 2715648個(gè)TDMA幀 即12533 76秒 即3小時(shí)28分53秒760毫秒 幀的編號(hào) FN 以超高幀為周期 從0到2715647 GSM系統(tǒng)上行傳輸所需的幀號(hào)和下行傳輸所用的幀號(hào)相同 但上行幀相對(duì)于下行幀來說 在時(shí)間上推后3個(gè)時(shí)隙 這樣安排 允許移動(dòng)臺(tái)在這3個(gè)時(shí)隙的時(shí)間內(nèi) 進(jìn)行幀調(diào)整及對(duì)收發(fā)信機(jī)的調(diào)諧和轉(zhuǎn)換 信道類型及其組合 幀結(jié)構(gòu) 信道類型及其組合 信道分類 信道類型及其組合 信道分類 業(yè)務(wù)信道TCH 主要傳輸數(shù)字語音或數(shù)據(jù) 其次還有少量的隨路控制信令 業(yè)務(wù)信道有全速率業(yè)務(wù)信道 TCH F 和半速率業(yè)務(wù)信道 TCH H 之分 半速率業(yè)務(wù)信道所用時(shí)隙是全速率業(yè)務(wù)信道所用時(shí)隙的一半 語音業(yè)務(wù)信道 分為全速率語音業(yè)務(wù)信道 TCH FS 和半速率語音業(yè)務(wù)信道 TCH HS 兩者的總速率分別為22 8Kb s和11 4Kb s 信道類型及其組合 信道分類 業(yè)務(wù)信道TCH 主要傳輸數(shù)字語音或數(shù)據(jù) 其次還有少量的隨路控制信令 業(yè)務(wù)信道有全速率業(yè)務(wù)信道 TCH F 和半速率業(yè)務(wù)信道 TCH H 之分 半速率業(yè)務(wù)信道所用時(shí)隙是全速率業(yè)務(wù)信道所用時(shí)隙的一半 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道 在全速率或半速率信道上 通過不同的速率適配和信道編碼 用戶可使用下列各種不同的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) 9 6Kb s 全速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道 TCH F9 6 4 8Kb s 全速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道 TCH F4 8 4 8Kb s 半速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道 TCH H4 8 2 4Kb s 全速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道 TCH F2 4 2 4Kb s 半速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道 TCH H2 4 此外 在業(yè)務(wù)信道中還可安排慢速輔助控制信道或快速輔助控制信道 它們與業(yè)務(wù)信道的連接在圖8 7中用虛線表示 信道類型及其組合 信道分類 控制信道 CCH 用于傳送信令和同步信號(hào) 它主要有三種 廣播信道 BCH 公共控制信道 CCCH 和專用控制信道 DCCH 廣播信道 一種 一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn) 的單方向控制信道 用于基站向移動(dòng)臺(tái)廣播公用的信息 傳輸?shù)膬?nèi)容主要是移動(dòng)臺(tái)入網(wǎng)和呼叫建立所需要的有關(guān)信息 包括 頻率校正信道 FCCH 傳輸供移動(dòng)臺(tái)校正其工作頻率的信息 同步信道 SCH 傳輸供移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行同步和對(duì)基站進(jìn)行識(shí)別的信息 因?yàn)榛咀R(shí)別碼是在同步信道上傳輸?shù)?廣播控制信道 BCCH 傳輸系統(tǒng)公用控制信息 例如公共控制信道 CCCH 號(hào)碼及是否與獨(dú)立專用控制信道 SDCCH 相組合等信息 信道類型及其組合 信道分類 控制信道 CCH 用于傳送信令和同步信號(hào) 它主要有三種 廣播信道 BCH 公共控制信道 CCCH 和專用控制信道 DCCH 公用控制信道 CCCH是一種雙向控制信道 用于呼叫接續(xù)階段傳輸鏈路連接所需要的控制信令 其中又分為 尋呼信道 PCH 傳輸基站尋呼移動(dòng)臺(tái)的信息 隨機(jī)接入信道 RACH 這是一個(gè)上行信道 用于移動(dòng)臺(tái)隨機(jī)提出的入網(wǎng)申請(qǐng) 即請(qǐng)求分配一個(gè)獨(dú)立專用控制信道 SDCCH 準(zhǔn)許接入信道 AGCH 這是一個(gè)下行信道 用于基站對(duì)移動(dòng)臺(tái)的入網(wǎng)申請(qǐng)作出應(yīng)答 即分配一個(gè)獨(dú)立專用控制信道 信道類型及其組合 信道分類 專用控制信道 這是一種 點(diǎn)對(duì)點(diǎn) 的雙向控制信道 其用途是在呼叫接續(xù)階段及在通信進(jìn)行當(dāng)中 在移動(dòng)臺(tái)和基站之間傳輸必要的控制信息 其中又分為 獨(dú)立專用控制信道 SDCCH 用于在分配業(yè)務(wù)信道之前傳送有關(guān)信令 慢速輔助信道 SACCH 在移動(dòng)臺(tái)和基站之間 需要周期性地傳輸一些信息 SACCH可與一個(gè)業(yè)務(wù)信道或一個(gè)獨(dú)立專用控制信道聯(lián)用 SACCH安排在業(yè)務(wù)信道時(shí) 以SACCH T表示 安排在控制信道時(shí) 以SACCH C表示 快速輔助控制信道 FACCH 傳送與SDCCH相同的信息 只有在沒有分配SDCCH的情況下 才使用這種控制信道 使用時(shí)要中斷業(yè)務(wù)信息 把FACCH插入業(yè)務(wù)信道 每次占用的時(shí)間很短 約18 5ms 8 6移動(dòng)用戶的接續(xù)過程 開機(jī)進(jìn)入空閑模式位置登記移動(dòng)臺(tái)被呼移動(dòng)臺(tái)主呼 GSM系統(tǒng) 一 開機(jī)進(jìn)入空閑模式 移動(dòng)臺(tái)開機(jī)后搜索最強(qiáng)的廣播控制信道BCCH的載頻 讀取頻率校正信道FCCH信息 使移動(dòng)臺(tái)的頻率與之同步 移動(dòng)臺(tái)讀取同步信道SCH信息 找出基站識(shí)別碼BSIC和幀同步信息 并且同步到超高幀TDMA幀號(hào)上 移動(dòng)臺(tái)讀取系統(tǒng)信息 如 鄰近小區(qū)情況 現(xiàn)所處小區(qū)使用頻率及小區(qū)是否可用 移動(dòng)系統(tǒng)的國家號(hào)碼和網(wǎng)絡(luò)號(hào)碼等 這些信息都在BCCH上得到 GSM系統(tǒng) 二 位置登記 1 常規(guī)登記 移動(dòng)臺(tái)開機(jī)后 接收廣播信息LAI 位置區(qū)域識(shí)別碼 更新位置存儲(chǔ)器的內(nèi)容 接著向MSC VLR發(fā)送位置登記報(bào)文 MSC VLR接收并存儲(chǔ)該移動(dòng)臺(tái)的位置信息 這時(shí) MSC VLR認(rèn)為此MS被激活 在其IMSI號(hào)碼上做 附著 標(biāo)記 GSM系統(tǒng) MSC HLR VLR MS LR 位置登記請(qǐng)求 更新位置登記 IMSI 相關(guān)資料 分配MSRN MSRN 二 位置登記 1 常規(guī)登記 移動(dòng)臺(tái)開機(jī)后 接收廣播信息LAI 位置區(qū)域識(shí)別碼 更新位置存儲(chǔ)器的內(nèi)容 接著向MSC VLR發(fā)送位置登記報(bào)文 MSC VLR接收并存儲(chǔ)該移動(dòng)臺(tái)的位置信息 這時(shí) MSC VLR認(rèn)為此MS被激活 在其IMSI號(hào)碼上做 附著 標(biāo)記 GSM系統(tǒng) MSC HLR VLR1 MS LR 位置登記請(qǐng)求 更新位置登記 IMSI 相關(guān)資料 分配MSRN MSRN VLR0 TMSI IMSI 二 位置登記 1 常規(guī)登記 MS的兩種狀態(tài) 激活 開機(jī) IMSI附著非激活 關(guān)機(jī) IMSI分離 GSM系統(tǒng) 二 位置登記 2 周期性登記 若系統(tǒng)沒有接收到周期性登記信息 VLR就以 分離 做標(biāo)記 稱作 隱分離 GSM系統(tǒng) 系統(tǒng)未收到關(guān)機(jī)通知MS進(jìn)入盲區(qū) 要求MS每隔一段時(shí)間 如30分鐘 登記一次 三 移動(dòng)臺(tái)被呼 1 以固定用戶呼叫MS為例 GSM系統(tǒng) PSTN GMSC HLR VMSC VLR BS BS BS 1 2 3 6 4 5 7 8 9 10 13 11 12 四 移動(dòng)臺(tái)主呼 MS呼叫固定用戶為例 MS在隨機(jī)接入信道RACH上發(fā)送呼叫請(qǐng)求 系統(tǒng)通過允許接入信道AGCH為MS分配一個(gè)獨(dú)立專用控制信道SDCCH MSC VLR與MS經(jīng)SDCCH交換必需的信息 如鑒權(quán) 加密模式 TMSI再分配等 系統(tǒng)通過SDCCH為移動(dòng)臺(tái)分配一個(gè)業(yè)務(wù)信道TCH 并建立與PSTN ISDN的連接信道 被叫用戶摘機(jī) 進(jìn)入通話狀態(tài) GSM系統(tǒng) 呼叫接續(xù) 移動(dòng)用戶主呼 8 7GSM的移動(dòng)性管理 位置管理越區(qū)切換漫游 GSM系統(tǒng) 一 位置管理 目的 用戶在系統(tǒng)覆蓋范圍內(nèi)任意移動(dòng)時(shí) 能把一個(gè)呼叫傳送到 因而需要一個(gè)高效的位置管理系統(tǒng)來跟蹤用戶的位置變化 GSM系統(tǒng) 雙層數(shù)據(jù)庫 HLR VLR 一 位置管理 目的 用戶在系統(tǒng)覆蓋范圍內(nèi)任意移動(dòng)時(shí) 能把一個(gè)呼叫傳送到 因而需要一個(gè)高效的位置管理系統(tǒng)來跟蹤用戶的位置變化 GSM系統(tǒng) 主要任務(wù) 位置登記 在移動(dòng)臺(tái)的實(shí)時(shí)位置信息已知的情況下 更新位置數(shù)據(jù)庫 HLR和VLR 和認(rèn)證移動(dòng)臺(tái) 呼叫傳遞 在有呼叫給移動(dòng)臺(tái)的情況下 根據(jù)HLR和VLR中可用的位置信息來定位移動(dòng)臺(tái) 1 位置登記和呼叫傳遞 1 位置登記在GSM中 覆蓋區(qū)域分為若干個(gè)位置區(qū)LA 當(dāng)一個(gè)以動(dòng)終端MT進(jìn)入一個(gè)新的LA LocationArea 位置登記過程分為三個(gè)步驟 在管理新LA的新VLR中登記MT 修改HLR中記錄服務(wù)該MT的新VLR的ID 在舊VLR和MSC中注銷該MT GSM系統(tǒng) 一 位置管理 1 位置登記和呼叫傳遞 2 呼叫傳遞確定為被呼MT服務(wù)的VLR 確定被呼移動(dòng)臺(tái)正在訪問哪個(gè)小區(qū) GSM系統(tǒng) 一 位置管理 2 位置更新和尋呼 位置更新解決的問題是移動(dòng)臺(tái)如何發(fā)現(xiàn)位置變化及何時(shí)報(bào)告它的當(dāng)前位置 尋呼解決的問題是如何有效地確定移動(dòng)臺(tái)當(dāng)前處于哪一個(gè)小區(qū) 當(dāng)用戶進(jìn)入一個(gè)新的LA 他將進(jìn)行位置更新 當(dāng)有呼叫要到達(dá)該用戶時(shí) 將在該LA內(nèi)進(jìn)行尋呼 以確定出移動(dòng)用戶在哪一個(gè)小區(qū)范圍內(nèi) 位置更新和尋呼信息都是在無線接口中的控制信道上傳輸?shù)?因此必須盡量減少這方面的開銷 在實(shí)際系統(tǒng)中 位置登記區(qū)越大 位置更新的頻率越低 但每次呼叫尋呼的基站數(shù)目就越多 GSM系統(tǒng) 一 位置管理 2 位置更新和尋呼 三種動(dòng)態(tài)位置更新策略 1 基于時(shí)間的位置更新策略每個(gè)用戶每隔 T秒周期性地更新位置 T由系統(tǒng)根據(jù)呼叫到達(dá)間隔的概率分布動(dòng)態(tài)確定 2 基于運(yùn)動(dòng)的位置更新策略當(dāng)移動(dòng)臺(tái)跨越一定數(shù)量的小區(qū)邊界 運(yùn)動(dòng)門限 以后 移動(dòng)臺(tái)就進(jìn)行一次位置更新 3 基于距離的位置更新策略當(dāng)移動(dòng)臺(tái)離開上次位置更新時(shí)所在小區(qū)的距離超過一定的值 距離門限 時(shí) 移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行一次位置更新 GSM系統(tǒng) 一 位置管理 二 越區(qū)切換 定義當(dāng)一個(gè)移動(dòng)臺(tái)在通話的過程中從一個(gè)基站移動(dòng)到另一個(gè)基站時(shí) MSC自動(dòng)地將呼叫轉(zhuǎn)移到新基站的信道上 或 MS在通話期間跨越小區(qū)或扇區(qū)時(shí) 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制 使維持通信連續(xù)性的系統(tǒng)功能稱為切換 越區(qū)切換包括三個(gè)方面的問題 1 越區(qū)切換準(zhǔn)則 2 越區(qū)切換如何控制 3 越區(qū)切換時(shí)信道分配 GSM系統(tǒng) 二 越區(qū)切換 定義 GSM系統(tǒng) 硬切換 軟切換 過區(qū)切換 同一個(gè)BSC控制區(qū)內(nèi)不同小區(qū)之間的切換 也包括不同扇區(qū)之間的切換 過區(qū)切換 同一個(gè)MSC VLR業(yè)務(wù)區(qū) 不同BSC間的切換 過區(qū)切換 不同MSC VLR的區(qū)間切換 2 切換準(zhǔn)則依據(jù)參數(shù) 信號(hào)強(qiáng)度的變化指定某個(gè)特定的信號(hào)強(qiáng)度為基站接收機(jī)中可接受話音質(zhì)量的最小可用信號(hào) 稍微強(qiáng)一點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度就可以作為啟動(dòng)切換的門限 其間隔用 表示 不能太大也不能太小 太大 可能發(fā)生不需要的切換 增加MSN的負(fù)擔(dān) 太小 則可能會(huì)因?yàn)樾盘?hào)太弱而掉話 沒有足夠的時(shí)間來完成切換過程 GSM系統(tǒng) 二 越區(qū)切換 GSM系統(tǒng) 切換圖解 BS1 BS2 A點(diǎn)強(qiáng)度 切換門限 維持通話的最小可接收信號(hào) B點(diǎn)強(qiáng)度 通信中斷 切換強(qiáng)度 成功切換 A B 不正確的切換情況 正確的切換情況 8 7GSM的移動(dòng)性管理 3 切換控制策略保證檢測到的信號(hào)電平的下降不是因?yàn)樗查g的衰減 而是由于移動(dòng)臺(tái)正在離開當(dāng)前服務(wù)的基站 準(zhǔn)備切換前 先對(duì)信號(hào)監(jiān)視一段時(shí)間 觀察信號(hào)的連續(xù)變化 決定切換進(jìn)行的時(shí)間長短取決于移動(dòng)終端移動(dòng)的速度 如果監(jiān)控到信號(hào)強(qiáng)度快速衰落 則進(jìn)行快速切換 GSM系統(tǒng) 8 7GSM的移動(dòng)性管理 3 切換控制策略第一代模擬蜂窩系統(tǒng)中 信號(hào)強(qiáng)度的測量是在MSC的管理下由基站來完成的 基站使用備用的接收機(jī) 即定位接收機(jī) 來測量小區(qū)中正在進(jìn)行呼叫的接收信號(hào)強(qiáng)度指示 RSSI 定位接收機(jī)由MSC控制 用來監(jiān)視相鄰基站中有切換可能的移動(dòng)用戶的信號(hào)強(qiáng)度 并將RSSI值傳給MSC 由MSC做出是否切換的決定 第二代蜂窩系統(tǒng)中 切換的決定由移動(dòng)臺(tái) MS 輔助完成 在MS輔助切換 MOHO 中 每個(gè)MS測量從周圍基站中接收到的信號(hào)功率 并且將測量的結(jié)果連續(xù)地報(bào)告給為它服務(wù)的基站 當(dāng)從一個(gè)相鄰小區(qū)的基站中接收到的信號(hào)強(qiáng)度比當(dāng)前基站高出一定的電平或是維持了一定的時(shí)間時(shí) 就準(zhǔn)備進(jìn)行切換 切換的測量由每個(gè)移動(dòng)臺(tái)來完成 因此MOHO方法比第一代的要快得多 GSM系統(tǒng) 8 7GSM的移動(dòng)性管理 4 切換時(shí)的信道分配準(zhǔn)則 優(yōu)先切換第二代蜂窩系統(tǒng)中 切換的決定由移動(dòng)臺(tái) MS 輔助完成 在MS輔助切換 MOHO 中 每個(gè)MS測量從周圍基站中接收到的信號(hào)功率 并且將測量的結(jié)果連續(xù)地報(bào)告給為它服務(wù)的基站 當(dāng)從一個(gè)相鄰小區(qū)的基站中接收到的信號(hào)強(qiáng)度比當(dāng)前基站高出一定的電平或是維持了一定的時(shí)間時(shí) 就準(zhǔn)備進(jìn)行切換 切換的測量由每個(gè)移動(dòng)臺(tái)來完成 因此MOHO方法比第一代的要快得多 GSM系統(tǒng) 8 7GSM的移動(dòng)性管理 5 切換時(shí)出現(xiàn)的實(shí)際問題問題一 移動(dòng)速度變化范圍太大 高速用戶在小區(qū)之間的穿行會(huì)使MSC不堪重負(fù) 解決辦法 1 減小MSC介入切換的次數(shù) 2 采用傘狀小區(qū)方法 為高速移動(dòng)的用戶提供大面積的覆蓋 同時(shí)為低速移動(dòng)的用戶提供小面積的覆蓋 GSM系統(tǒng) 8 7GSM的移動(dòng)性管理 5 切換時(shí)出現(xiàn)的實(shí)際問題問題一 移動(dòng)速度變化范圍太大 高速用戶在小區(qū)之間的穿行會(huì)使MSC不堪重負(fù) 解決辦法 1 減小MSC介入切換的次數(shù) 2 采用傘狀小區(qū)方法 為高速移動(dòng)的用戶提供大面積的覆蓋 同時(shí)為低速移動(dòng)的用戶提供小面積的覆蓋 GSM系統(tǒng) 8 7GSM的移動(dòng)性管理 三 漫游 GSM移動(dòng)通信網(wǎng)中 移動(dòng)用戶由歸屬局 MSC R 控制區(qū)進(jìn)入被訪局 MSC V 控制區(qū)后 仍能獲得移動(dòng)業(yè)務(wù)服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)功能稱為漫游 漫游包括三個(gè)步驟 位置更新 呼叫轉(zhuǎn)移 呼叫建立 GSM系統(tǒng) 8 8DCS1800系統(tǒng)簡介 一 簡介1 由GSM標(biāo)準(zhǔn)演變而來并且能與GSM900系統(tǒng)相兼容的微蜂窩系統(tǒng) 2 DCS1800采用時(shí)分多址方式 移動(dòng)臺(tái)輔助切換 話音激活檢測 非連續(xù)發(fā)射 跳頻等技術(shù) 并與ISDN兼容 采用7號(hào)信令 提供國際漫游 用戶身份鑒別等功能 其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 語音編碼 調(diào)制技術(shù) 信令等技術(shù)規(guī)范基本都與GSM900相同 但其網(wǎng)絡(luò)能力又比GSM900有新的提高 GSM系統(tǒng) 二 其網(wǎng)絡(luò)能力與GSM900的比較1 無線發(fā)射頻段 基站1805 1880MHz 移動(dòng)臺(tái)1710 1785MHz 雙工間隔為95MHz 我國分配給DCS1800的無線發(fā)射頻段為基站1805 1850MHz 移動(dòng)臺(tái)1710 1755MHz 為分配給GSM900的3倍 2 既能提供0 5 8km的宏小區(qū)服務(wù) 又能提供0 1 0 5km的微小區(qū) 甚至0 1km以下的微微小區(qū)服務(wù) 以滿足高密度用戶分布區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì) 3 可與GSM系統(tǒng)重疊覆蓋或部分重疊覆蓋運(yùn)行 GSM系統(tǒng) 8 8DCS1800系統(tǒng)簡介 例 GSM900 DCS1800雙頻網(wǎng)絡(luò) GSM系統(tǒng) 宏小區(qū) 微小區(qū) 一般說來 宏小區(qū)運(yùn)作于900MHz 用于處理快速移動(dòng)提的話務(wù)量 微小區(qū)或微微小區(qū)運(yùn)作于1800MHZ