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1、现代移动通信GSM数字蜂窝移动通信系统 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望5.1 概概 述述 1992年，随着设备的开发和数字蜂窝移动通信网的建立，GSM改名为“Global System for Mobile Communications”，即“全球移动通信系统”的简称。GSM的主要特点可以归纳为：频谱效率高。容量较大。话音质量好。开放的接口。与ISDN，PSTN等互联。在SIM卡基础上实现漫游。5.2 GSM系统的组成及相关的接口系统的组成及相关的
2、接口图5.1 GSM系统的网络结构5.2.1 GSM系统的结构5.2.2 GSM系统的接口5.2.3 GSM系统的业务图图5.1 GSM系统的网络结构系统的网络结构5.2.1 GSM系统的结构系统的结构1.网络子系统(NSS)NSS的主要作用是完成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。NSS由如下一系列功能实体所构成。MSC(移动交换中心)：VLR(访问位置寄存器)：HLR(归属位置寄存器)：AUC(鉴权中心)：EIR(设备识别寄存器)：2.基站子系统 图5.2 典型的BSS组成方式3.移动台子系统 图5.4 移动台原理框图4.操作维护中心图图5.2 典型的典型的BSS组
3、成方式组成方式图图5.4 移动台原理框图移动台原理框图5.2.2 GSM系统的接口系统的接口 GSM系统的各个子系统之间以及子系统内部各功能实体之间存在大量的接口，GSM技术规范对这些接口作了详细的规定，使不同生产厂家的设备能够在同一个网内互联，如 图5.5所示。(1)Um接口：(2)Abis接口：(3)A接口：(4)B接口：(5)C接口：(6)D接口：(7)E接口 (8)F接口：(9)G接口：(10)GSM系统与其他公用电信网接口：图图5.5 GSM系统的接口系统的接口5.2.3 GSM系统的业务系统的业务 GSM中的电信业务可分为两类：基本业务和补充业务。基本业务又可分为两个项目：电信业务
4、和承载业务，如图5.6所示。1.承载业务 表5.1 2.电信业务 表5.2 3.补充业务图图5.6 电信业务和承载业务电信业务和承载业务表表5.1 承载业务承载业务表表5.2 电信业务电信业务5.3 GSM系统中的网络结构与编号计划系统中的网络结构与编号计划5.3.1 无线覆盖的区域划分5.3.2 GSM系统的网络结构5.3.3 编号计划5.3.1 无线覆盖的区域划分无线覆盖的区域划分 从无线覆盖区的划分来看，GSM的网络结构如图5.7所示。GSM网络的最小不可分割的区域是由一个基站(全向天线)或一个基站的一个扇形天线(BTS)所覆盖的区域，称为小区(Cell)。每个小区由全球小区识别码(GC
5、I)来识别。GSM业务区是由全球各个国家的PLMN网络所构成。图图5.7 GSM各种区域之间的关系各种区域之间的关系5.3.2 GSM系统的网络结构系统的网络结构1.全国GSM移动通信网的网络结构图5.8 GSM网络与PSTN网连接示意图2.省内GSM移动通信网的网络结构图5.9 省内GSM数字移动通信网结构示意图3.移动业务本地网的网络结构图5.10 GSM移动业务本地网结构示意图图图5.8 GSM网络与网络与PSTN网连接示意图网连接示意图图图5.9 省内省内GSM数字移动通信网结构数字移动通信网结构示意图示意图图图5.10 GSM移动业务本地网结构示意图移动业务本地网结构示意图5.3.3
6、 编号计划编号计划1.移动台ISDN号码(MSISDN)2.国际移动用户识别码(IMSI)3.临时移动用户识别码(TMSI)4.移动用户漫游号码(MSRN)5.国际移动设备识别码(IMEI)6.位置区和基站识别码(LAI和BSIC)5.4 GSM系统的无线信道与信号传输系统的无线信道与信号传输5.4.1 频率配置5.4.2 GSM系统的无线信道5.4.3 GSM系统中的信号传输5.4.1 频率配置频率配置(1)使用频率(2)多址方式(3)干扰保护比(4)频率复用模式图5.13 采用无方向性天线时的频率配置图图5.13 采用无方向性天线时的频率配置采用无方向性天线时的频率配置5.4.2 GSM系
7、统的无线信道系统的无线信道1.信道的定义与分类2.时隙格式3.TDMA帧结构图5.17 GSM系统帧结构示意图4.逻辑信道到物理信道的映射图5.18 下行链路TS0上映射BCH和CCCH5.基站至移动台的时间调整图图5.17 GSM系统帧结构示意图系统帧结构示意图图图5.18 下行链路下行链路TS0上映射上映射BCH和和CCCH5.4.3 GSM系统中的信号传输系统中的信号传输1.话音信号处理(话音编码、信道编码和交织)图5.23 GSM系统中的话音处理过程2.调制与发射3.间断传输技术图图5.23 GSM系统中的话音处理过程系统中的话音处理过程5.5 GSM系统的安全性管理系统的安全性管理5
8、.5.1 GSM系统中用户三参数组的产生5.5.2 安全管理措施5.5.1 GSM系统中用户三参数组的产生系统中用户三参数组的产生 用户的鉴权和加密是通过系统提供的用户三参数组来完成的，用户三参数组是在GSM系统的AUC中产生的，如图5.24所示。图图5.24 AUC中用户三参数组的提供中用户三参数组的提供5.5.2 安全管理措施安全管理措施1.用户身份的鉴权2.通信信息的加密图5.25 通信信息的加密过程3.用户识别码的保护4.移动设备的识别图图5.25 通信信息的加密过程通信信息的加密过程5.6 GSM系统的移动性管理系统的移动性管理5.6.1 位置管理5.6.2 越区切换5.6.3 呼叫
9、处理5.6.1 位置管理位置管理1.开机进入空闲模式2.位置登记3.位置更新图5.26 不同MSC/VLR业务区之间的位置更新图图5.26 不同不同MSC/VLR业务区之间的位业务区之间的位置更新置更新5.6.2 越区切换越区切换1.同一个BSC控制区内不同小区之间的切换，也包括不同扇区之间的切换。图5.27 同一BSC的两个BTS间的切换2.同一个MSC/VLR业务区，不同BSC间的切换。3.不同MSC/VLR的区间切换。图图5.27 同一同一BSC的两个的两个BTS间的切换间的切换5.6.3 呼叫处理呼叫处理1.移动台被呼图5.30 移动用户被呼过程示意图2.移动台主呼图图5.30 移动用
10、户被呼过程示意图移动用户被呼过程示意图5.7 GPRS技术技术5.7.1 GPRS概况5.7.2 GPRS系统的结构与功能5.7.3 GPRS 系统的安全管理5.7.4 GPRS 系统的移动性管理5.7.5 GPRS的局限性5.7.1 GPRS概况概况 GPRS(General Packet Radio Service)也叫通用分组无线业务，是GSM Phase2+阶段规定实现的内容之一，是GSM网络向第三代移动通信演进的第一步。GPRS作为第二代移动通信向第三代过渡的技术是由英国BT Cellnet公司早在1993年提出的，GPRS是一种基于分组交换传输数据的高效率方式，面向用户提供移动分组
11、的IP或者X.25连接。5.7.2 GPRS系统的结构与功能系统的结构与功能1.GPRS网络总体结构图5.31 GPRS总体结构与接口表5.3 GPRS体系结构中的接口及参考点2.GPRS的功能图图5.31 GPRS总体结构与接口总体结构与接口表表5.3 GPRS体系结构中的接口及参考点体系结构中的接口及参考点5.7.3 GPRS 系统的安全管理系统的安全管理 GPRS网络的鉴权程序和GSM网络中的鉴权完全相同，但对数据信息的加密则稍有不同。网络内的AUC仍然进行原有的操作，产生用户三参数组(KC，RAND，SRES)，并存储在HLR内。1.鉴权2.数据信息的加密5.7.4 GPRS 系统的移动性管理系统的移动性管理1.MS登录GPRS网络图5.32 MS登录GPRS网络时的信令传输过程2.网络连接的建立3.注销GPRS网络图图5.32 MS登录登录GPRS网络时的信令传网络时的信令传输过程输过程5.7.5 GPRS的局限性的局限性l小区总容量有限l实际传输速率和理论值之间存在着较大的差距l支持GPRS MT(GPRS Mobile Terminate)的终端得不到保证lGPRS使用的调制方式还有待改进l存在传输时延