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1、蜂窝移动通信技术蜂窝移动通信技术基础知识和基本概念基础知识和基本概念移动通信技术的发展移动通信技术的发展2G2G蜂窝移动通信技术蜂窝移动通信技术课后复习题课后复习题 基础知识和基本概念基础知识和基本概念标准化组织标准化组织多址方式多址方式通信工作方式通信工作方式蜂窝通信概念蜂窝通信概念标准化组织标准化组织标准的重要性标准的重要性国际标准化组织国际标准化组织地区性标准化组织地区性标准化组织标准的重要性标准的重要性DVD专利风波专利风波6C联盟：联盟：13.8美元美元/台；台；3C联盟：联盟：5美元美元/台专台专利费合计：利费合计：20美元美元/台左右台左右CDMA90%的的3G无线通信技术专利都
2、与无线通信技术专利都与Qualcomm（高通高通）相关相关入门费约一亿元，必须购买高通芯片，销售入门费约一亿元，必须购买高通芯片，销售额额5%8%提成，安全无保障提成，安全无保障标准的重要性标准的重要性一流企业卖标准一流企业卖标准二流企业卖服务二流企业卖服务三流企业卖技术三流企业卖技术四流企业卖产品四流企业卖产品五流企业卖力气五流企业卖力气国际标准化组织国际标准化组织ISO（International Organization for Standardization）国际标准化）国际标准化组织组织ITU（International Telecommunications Union）国际国际电信
3、联盟电信联盟地区性标准化组织地区性标准化组织ANSI（American National Standards Institute）美国国家标准学会美国国家标准学会ARIB（Association of Radio Industries and Businesses）日本无线工业及商贸联合会）日本无线工业及商贸联合会CCSA（China Communications Standards Association）中国通信标准化协会）中国通信标准化协会CWTS（China Wireless Telecommunications Standards group）中国无线电讯标准组）中国无线电讯标准组
4、地区性标准化组织地区性标准化组织EIA（Electronic Industries Alliance）美国电子）美国电子工业协会工业协会ETSI（European Telecommunications Standards Institute）欧洲电信标准化协会）欧洲电信标准化协会/欧洲欧洲电信标准化组织电信标准化组织FCC（Federal Communications Commission）美国联邦通信委员会。美国联邦通信委员会。TTA（Telecommunications Technology Association）韩国电信技术协会）韩国电信技术协会多址方式多址方式电信资源是有限的！电信资
5、源是有限的！FDMA（频分多址）（频分多址）TDMA（时分多址）（时分多址）CDMA（码分多址）（码分多址）SDMA（空分多址）（空分多址）FDMA（频分多址）（频分多址）Frequency Division Multiple Access不同用户使用不同的频段发送信号不同用户使用不同的频段发送信号FDMA系统为每位用户在可用频段内分系统为每位用户在可用频段内分配一小部分频率或频道，且在相邻的一配一小部分频率或频道，且在相邻的一对频道之间留出一小部分频谱作为保护对频道之间留出一小部分频谱作为保护带，以减少来自相邻频道的干扰带，以减少来自相邻频道的干扰无争用协议无争用协议TDMA（时分多址）（时
6、分多址）Time Division Multiple Access不同用户使用整个频段的不同时间段发送信号不同用户使用整个频段的不同时间段发送信号每个时间周期分为多个时间段，称为时隙。每每个时间周期分为多个时间段，称为时隙。每对相邻的时隙都被一小段时间段（作为保护时对相邻的时隙都被一小段时间段（作为保护时间）分隔开，以减少来自相邻信道的干扰间）分隔开，以减少来自相邻信道的干扰基于奈奎斯特抽样定理基于奈奎斯特抽样定理无争用协议无争用协议CDMA（码分多址）（码分多址）Code Division Multiple Access不同用户使用整个频段的不同不同用户使用整个频段的不同特定码字特定码字发送
7、信号发送信号在在CDMACDMA系统中，每个用户信号在整个传系统中，每个用户信号在整个传输过程中都使用一个宽带信道，使用相输过程中都使用一个宽带信道，使用相同的载频，占用相同的带宽同的载频，占用相同的带宽根据分配给每个用户的特定码字来区分根据分配给每个用户的特定码字来区分不同用户的信号不同用户的信号CDMA（码分多址）（码分多址）根据信道情况，根据信道情况，CDMACDMA可被认为是无争用协议或可被认为是无争用协议或争用协议争用协议如果信道中同时传输的用户数或者多址干扰值低于如果信道中同时传输的用户数或者多址干扰值低于某一给定的阈值，系统可成功处理所有的传输，那某一给定的阈值，系统可成功处理所
8、有的传输，那么么CDMACDMA就是无争用协议就是无争用协议如果干扰值大于该阈值，将会在传输中丢失所有同如果干扰值大于该阈值，将会在传输中丢失所有同时传输的分组，那么时传输的分组，那么CDMACDMA就是争用协议就是争用协议因此，我们将因此，我们将CDMACDMA视为一个功率受限系统，受视为一个功率受限系统，受限于来自其他用户的全部干扰功率限于来自其他用户的全部干扰功率SDMA（空分多址）（空分多址）Spatial Division Multiple Access利用空间分割构成不同的信道利用空间分割构成不同的信道是一种信道增容方式，与其他多址方式是一种信道增容方式，与其他多址方式完全兼容，从
9、而可实现组合的多址方式，完全兼容，从而可实现组合的多址方式，例如空分例如空分-码分多址（码分多址（SD-CDMA）实现的关键是智能天线技术实现的关键是智能天线技术通信工作方式通信工作方式单工通信单工通信只能有一个方向的通信而没有反只能有一个方向的通信而没有反方向的交互方向的交互半双工通信半双工通信通信的双方都可以发送信息，通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送但不能双方同时发送(当然也就不能同时接收当然也就不能同时接收)全双工通信全双工通信通信的双方可以同时发送和接通信的双方可以同时发送和接收信息。收信息。TDD：Time Division Duplex 时分双工时分双工FDD：Freq
10、uency Division Duplex频分双工频分双工蜂窝通信蜂窝通信概念概念 蜂窝移动通信蜂窝移动通信宏蜂窝小区宏蜂窝小区微蜂窝小区微蜂窝小区分级蜂窝结构分级蜂窝结构微微蜂窝小区微微蜂窝小区三层分级蜂窝结构三层分级蜂窝结构智能蜂窝智能蜂窝一个蜂窝组一个蜂窝组ACDEFGB一个字母代表一个字母代表一组频率，不一组频率，不同的字母代表同的字母代表不同组的频率。不同组的频率。蜂窝式无线电话网蜂窝式无线电话网ACDEFGBACDEFGBACDEFGBACDEFGBACDEFGB蜂窝移动通信蜂窝移动通信FCC的定义的定义:一个一个高容量高容量的陆上移动通信系统，的陆上移动通信系统，分配给系统中的分
11、配给系统中的频谱频谱被划分为独立的信被划分为独立的信道，这些信道按组分配给各个地理道，这些信道按组分配给各个地理小区小区，这些小区覆盖了一个蜂窝地理服务区。这些小区覆盖了一个蜂窝地理服务区。独立的信道能够被服务区内的不同小区独立的信道能够被服务区内的不同小区复用复用。蜂窝移动通信蜂窝移动通信蜂窝概念可用于蜂窝概念可用于FDMA系统，使同样的系统，使同样的子频段可在距离足够远的蜂窝群中多次子频段可在距离足够远的蜂窝群中多次使用使用也可用于也可用于CDMA系统，降低干扰，提高系统，降低干扰，提高系统容量系统容量同样可用于同样可用于TDMA系统，通过系统，通过TDMA与与FDMA技术的结合提供较高的
12、系统容量，技术的结合提供较高的系统容量，容纳更多用户容纳更多用户宏蜂窝小区宏蜂窝小区(macrocell)每小区的覆盖半径较大，大多为每小区的覆盖半径较大，大多为1km25km。宏蜂窝小区基站的发射功率较强，一般宏蜂窝小区基站的发射功率较强，一般在在10W以上，天线也做得较高。以上，天线也做得较高。宏蜂窝小区宏蜂窝小区每个小区中有一个基站，与处于其服务每个小区中有一个基站，与处于其服务区内的移动台建立无线通信链路。区内的移动台建立无线通信链路。各个小区的基站可通过电缆、光缆或微各个小区的基站可通过电缆、光缆或微波链路与移动交换中心波链路与移动交换中心(MSC)相连。相连。移动交换中心通过移动交
13、换中心通过PCM电路与市话交换电路与市话交换局相连接。局相连接。宏蜂窝小区存在的问题宏蜂窝小区存在的问题“盲点盲点”：由于网络漏覆盖或电波在传：由于网络漏覆盖或电波在传播过程中遇到障碍物而造成阴影区域等播过程中遇到障碍物而造成阴影区域等原因，使得该区域的信号强度极弱，通原因，使得该区域的信号强度极弱，通信质量低劣信质量低劣“热点热点”：由于客观存在商业中心或交：由于客观存在商业中心或交通要道等业务繁忙区域，造成空间业务通要道等业务繁忙区域，造成空间业务负荷的不均匀分布负荷的不均匀分布微蜂窝小区微蜂窝小区(microcell)微蜂窝小区是在宏蜂窝小区的基础上发展微蜂窝小区是在宏蜂窝小区的基础上发
14、展起来的一门技术。起来的一门技术。覆盖半径大约为覆盖半径大约为30m300m；发射功率较小，一般在发射功率较小，一般在1W以下；以下；基站天线置于相对低的地方，如屋顶下基站天线置于相对低的地方，如屋顶下方，高于地面方，高于地面5m10m；传播主要沿着街道的视线进行，信号在传播主要沿着街道的视线进行，信号在楼顶的泄露小。楼顶的泄露小。微蜂窝小区微蜂窝小区最初被用来加大无线电覆盖，消除宏蜂最初被用来加大无线电覆盖，消除宏蜂窝中的窝中的“盲点盲点”。由于低发射功率的微蜂窝基站允许较小由于低发射功率的微蜂窝基站允许较小的频率复用距离，每个单元区域的信道的频率复用距离，每个单元区域的信道数量较多，因此业
15、务密度得到了巨大的数量较多，因此业务密度得到了巨大的增长，且增长，且RF干扰很低，将它安置在宏蜂干扰很低，将它安置在宏蜂窝的窝的“热点热点”上，可满足该微小区域质上，可满足该微小区域质量与容量两方面的要求。量与容量两方面的要求。分级蜂窝结构分级蜂窝结构 相邻微蜂窝的切换都回到所在的宏蜂窝相邻微蜂窝的切换都回到所在的宏蜂窝上，宏蜂窝的广域大功率覆盖可看成是上，宏蜂窝的广域大功率覆盖可看成是宏蜂窝上层网络，并作为移动用户在两宏蜂窝上层网络，并作为移动用户在两个微蜂窝区间移动时的个微蜂窝区间移动时的“安全网安全网”大量的微蜂窝构成微蜂窝下层网络。大量的微蜂窝构成微蜂窝下层网络。微微蜂窝小区微微蜂窝小
16、区(picocell)(picocell)随着容量需求进一步增长，运营者可按同随着容量需求进一步增长，运营者可按同一规则安装第三或第四层网络，即微微一规则安装第三或第四层网络，即微微蜂窝小区蜂窝小区覆盖半径更小，一般只有覆盖半径更小，一般只有10m10m30m30m；基站发射功率更小，大约在几十毫瓦左基站发射功率更小，大约在几十毫瓦左右；右；天线一般装于建筑物内，业务集中地点天线一般装于建筑物内，业务集中地点微微蜂窝小区微微蜂窝小区微微蜂窝实质就是微蜂窝的一种，作为微微蜂窝实质就是微蜂窝的一种，作为网络覆盖的一种补充形式而存在网络覆盖的一种补充形式而存在主要用来解决商业中心、会议中心等室主要用
17、来解决商业中心、会议中心等室内内“热点热点”的通信问题。的通信问题。三层分级蜂窝结构三层分级蜂窝结构 宏蜂窝用于处理快速移动车辆的业务；宏蜂窝用于处理快速移动车辆的业务；微蜂窝处理慢速移动，集中于步行或交微蜂窝处理慢速移动，集中于步行或交通阻塞车辆的业务；通阻塞车辆的业务；微微蜂窝用于覆盖商场和办公区等室内微微蜂窝用于覆盖商场和办公区等室内区域。区域。用户接入时，系统根据所测得的信号强度用户接入时，系统根据所测得的信号强度和各蜂窝的容量为某一呼叫选择最恰当和各蜂窝的容量为某一呼叫选择最恰当的蜂窝。的蜂窝。智能蜂窝智能蜂窝是相对于智能天线而言的，指基站采用是相对于智能天线而言的，指基站采用具有高
18、分辨阵列信号处理能力的自适应具有高分辨阵列信号处理能力的自适应天线系统，智能地监测移动台所处的位天线系统，智能地监测移动台所处的位置，并以一定的方式将确定的信号功率置，并以一定的方式将确定的信号功率传递给移动台的蜂窝小区。传递给移动台的蜂窝小区。智能蜂窝智能蜂窝智能天线利用数字信号处理技术，产生智能天线利用数字信号处理技术，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向，旁瓣或零陷对准干扰信信号到达方向，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分高效利用移动用号到达方向，达到充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的。户信号并删除或抑制干扰信号的目的
19、。智能蜂窝既可以是宏蜂窝，也可以是微智能蜂窝既可以是宏蜂窝，也可以是微蜂窝和微微蜂窝。蜂窝和微微蜂窝。这项技术正在研制过程中。这项技术正在研制过程中。智能蜂窝智能蜂窝提高未来移动通信系统性能的几个方面：提高未来移动通信系统性能的几个方面：扩大系统覆盖区域；扩大系统覆盖区域；提高频谱利用率，增加系统容量；提高频谱利用率，增加系统容量；降低基站发射功率，减少信号间干扰；降低基站发射功率，减少信号间干扰；减少电磁环境污染；减少电磁环境污染；节省系统成本。节省系统成本。移动通信技术的的发展移动通信技术的的发展移动通信技术的的发展史移动通信技术的的发展史 移动通信技术的历史发展趋势移动通信技术的历史发展
20、趋势移动通信技术的分代移动通信技术的分代移动通信技术在我国的发展移动通信技术在我国的发展移动通信技术的的发展史移动通信技术的的发展史 移动通信可以说从无线电通信发明之日移动通信可以说从无线电通信发明之日就产生了。就产生了。标志：标志：1897年，年，M.G.马可尼完成在固定马可尼完成在固定站与一艘拖船之间进行的的无线通信试站与一艘拖船之间进行的的无线通信试验，距离为验，距离为18海里。海里。现代移动通信技术的发展始于现代移动通信技术的发展始于20世纪世纪20年代，大致经历了五个发展阶段年代，大致经历了五个发展阶段 移动通信技术的发展史移动通信技术的发展史 1.1.时间：时间：2020世纪世纪2
21、0年代至年代至40年代年代特点：特点：专用系统开发专用系统开发工作频率较低。工作频率从最初工作频率较低。工作频率从最初2MHz，到到40年代提高到年代提高到3040MHz。代表：美国底特律市警察使用的车载无代表：美国底特律市警察使用的车载无线电系统。线电系统。移动通信技术的发展史移动通信技术的发展史 2.2.时间：时间：2020世纪世纪4040年代中期至年代中期至6060年代初期年代初期 特点：特点：从专用移动网向从专用移动网向公用公用移动网过渡移动网过渡接续方式为人工接续方式为人工网的容量较小。网的容量较小。代表：代表：20世纪世纪40年代，美国建立了世界年代，美国建立了世界上首个公用移动通
22、信系统上首个公用移动通信系统公用汽车公用汽车电话网电话网 移动通信技术的发展史移动通信技术的发展史 3.3.时间：时间：2020世纪世纪6060年代中期至年代中期至7070年代中期年代中期 特点：特点：采用大区制、中小容量采用大区制、中小容量开拓了开拓了150MHz150MHz和和450MHz450MHz频段频段实现了实现了自动选频与自动拨号接续自动选频与自动拨号接续形成了移动通信的无线传输、信道管理形成了移动通信的无线传输、信道管理及移动交换的基本技术及移动交换的基本技术移动通信技术的发展史移动通信技术的发展史 4.4.时间：时间：2020世纪世纪7070年代中期至年代中期至8080年代中期
23、年代中期 特点：建成了特点：建成了蜂窝蜂窝状移动通信网状移动通信网 代表：代表：19781978年底，美国贝尔试验室研制年底，美国贝尔试验室研制成功先进移动电话系统成功先进移动电话系统(AMPS)(AMPS)移动通信技术的发展史移动通信技术的发展史 5.5.时间：时间：2020世纪世纪8080年代中期开始年代中期开始 特点：开发了新一代特点：开发了新一代数字数字蜂窝移动通信蜂窝移动通信系统。系统。数字无线传输的频谱利用率高，可大大提高数字无线传输的频谱利用率高，可大大提高系统容量。系统容量。数字网能提供语音、数据多种业务服务，并数字网能提供语音、数据多种业务服务，并与与ISDNISDN等兼容。
24、等兼容。移动通信技术的发展史移动通信技术的发展史 代表：代表：1988年，欧洲提出主要建议和投标方案年，欧洲提出主要建议和投标方案GSM900，频段，频段900MHz；1989年，英国发放个人通信网年，英国发放个人通信网PCN的许的许可证，工作在可证，工作在1800MHz的的150MHz带宽，带宽，并采用并采用GSM标准，将标准，将GSM推广到新的频推广到新的频段。称为段。称为DCS1800（数字蜂窝系统数字蜂窝系统1800）。）。移动通信技术的历史发展趋势移动通信技术的历史发展趋势从军用、专用到民用、公用从军用、专用到民用、公用从低频段到高频段从低频段到高频段从单基站的大区制到多基站小区制的
25、蜂从单基站的大区制到多基站小区制的蜂窝结构窝结构从模拟系统到数字系统从模拟系统到数字系统第一代模拟系统，第一代模拟系统，20世纪世纪80年代开始年代开始第二代数字系统，第二代数字系统，20世纪世纪90年代开始，主要制年代开始，主要制式有：式有：GSM、IS-95CDMA、IS136、TDMA/CDMA数字无绳电话、数字无绳电话、WLL等等第三代多媒体系统，即第三代多媒体系统，即3G，21世纪开始，主要世纪开始，主要制式有：制式有：WCDMA，cdma2000，TD-SCDMA，WiMAX第四代？第四代？System Beyond IMT-2000，B3G，超，超3G移动通信技术的分代移动通信技
26、术的分代移动通信技术在我国的发展移动通信技术在我国的发展1987年，决定以年，决定以900 MHz频段频段TACS体制为我国公众蜂体制为我国公众蜂窝移动通信体制；窝移动通信体制；1987年年11月月18日，广州开通了国内第一个模拟蜂窝移日，广州开通了国内第一个模拟蜂窝移动通信系统；（动通信系统；（2001年年12月月31日我国关闭了模拟移动日我国关闭了模拟移动网络网络）1994年年12月底，广东首先开通了月底，广东首先开通了GSM数字移动电话网；数字移动电话网；1995年年7月月 中国联通中国联通GSM 130数字移动电话网在北京、数字移动电话网在北京、天津、上海、广州建成开放天津、上海、广州
27、建成开放1997年以后，国产第二代通信设备少量进入运营网络。年以后，国产第二代通信设备少量进入运营网络。移动通信技术在我国的发展移动通信技术在我国的发展2001年年1月，原部队所有的月，原部队所有的133CDMA网在经过网在经过资产清算后，正式移交中国联通。资产清算后，正式移交中国联通。2002年年4月月8日，联通新时空日，联通新时空CDMA网络正式运网络正式运行行2002年年5月，中国移动、中国联通实现短信互月，中国移动、中国联通实现短信互通互发通互发 2002年年5月月17日，中国移动通信日，中国移动通信GPRS业务正式业务正式投入商用。投入商用。2002年年10月月1日日 中国移动通信彩
28、信中国移动通信彩信(MMS)业务业务正式商用正式商用移动通信技术在我国的发展移动通信技术在我国的发展2003年年1月月28日日 上海联通率先开通上海联通率先开通CDMA 1X网络网络2008年年4月月1日，中国移动正式面向北京、上海、日，中国移动正式面向北京、上海、天津、沈阳、广州、深圳、厦门和秦皇岛天津、沈阳、广州、深圳、厦门和秦皇岛8个个城市，启动城市，启动TDSCDMA社会化业务测试和试社会化业务测试和试商用工作商用工作2009年年1月月7日下午日下午14：30分，工业和信息化部分，工业和信息化部举行了一个低调的举行了一个低调的3G牌照发放仪式，为中国移牌照发放仪式，为中国移动、中国电信
29、和中国联通发放动、中国电信和中国联通发放3张第三代移动张第三代移动通信通信(3G)牌照。此刻开始，我国真正开始进入牌照。此刻开始，我国真正开始进入了了3G的时代。的时代。2G2G蜂窝移动通信技术蜂窝移动通信技术GSM系统系统CDMA系统系统GSM系统系统GSM简介简介GSM系统组成系统组成GSM系统的说明系统的说明GSM关键关键技术技术GSM系统特点系统特点GSM简介简介1982年，北欧国家为方便全欧洲统一使用移动年，北欧国家为方便全欧洲统一使用移动电话，向电话，向CEPT（欧洲邮电行政大会）提交了（欧洲邮电行政大会）提交了一份建议书，要求制定一份建议书，要求制定900MHz频段的公共欧频段的
30、公共欧洲电信业务规范。洲电信业务规范。在这次大会上成立了一个在在这次大会上成立了一个在ETSI技术委员会下技术委员会下的的“Group Special Mobile（移动特别小组（移动特别小组）”简称简称“GSM”，来制定有关的标准和建议书。，来制定有关的标准和建议书。GSM简介简介1987年年5月，月，GSM成员国就以下方面达成一致成员国就以下方面达成一致意见意见数字系统数字系统采用窄带时分多址采用窄带时分多址TDMA规则脉冲激励线性预测规则脉冲激励线性预测RPE一一LTP话音编码话音编码高斯滤波最小移频键控高斯滤波最小移频键控GMSK调制方式调制方式1991年，在欧洲开通了第一个系统，并将
31、年，在欧洲开通了第一个系统，并将GSM更名为更名为Globa1 system for Mobile communications 全球移动通信系统全球移动通信系统，俗称，俗称“全球通全球通”GSM系统组成系统组成 移动终端部分移动终端部分MS 基站子系统基站子系统BSS网络子系统网络子系统NSS 其中其中MS与与BSS之间的接口为之间的接口为Um接口，接口，BSS与与NSS之间的接口为之间的接口为A接口。接口。GSM规范对系统的规范对系统的A接口和接口和Um接口都有明确的规定，也就是说，接口都有明确的规定，也就是说，A接口和接口和Um接口是开放的接口。接口是开放的接口。参见下页参见下页GSM系
32、统的总体框图系统的总体框图GSM系统的总体框图系统的总体框图MSBSSNSSUm接口接口A接口接口移动终端部分移动终端部分MS一般称为移动台，是一般称为移动台，是GSM网络中用户使网络中用户使用的设备用的设备由两部分组成：由两部分组成：移动终端移动终端客户识别卡（客户识别卡（SIM卡）卡）由它所漫游到的地理区域的一个由它所漫游到的地理区域的一个VLR（访问用户位置寄存器）（访问用户位置寄存器）管理。管理。移动终端移动终端完成话音编码、信道编码、信息加密、完成话音编码、信道编码、信息加密、信息的调制和解调、信息发射和接收。信息的调制和解调、信息发射和接收。客户识别卡（客户识别卡（SIM卡）卡）存
33、有认证客户身份所需的所有信息，并存有认证客户身份所需的所有信息，并能执行一些与安全保密有关的重要信息，能执行一些与安全保密有关的重要信息，以防止非法客户进入网路。以防止非法客户进入网路。还存储与网路和客户有关的管理数据，还存储与网路和客户有关的管理数据，只有插入只有插入SIM卡后移动终端才能接入进卡后移动终端才能接入进网。网。基站子系统基站子系统BSS组成组成基站收发信台（基站收发信台（BTS）：）：每个小区有一每个小区有一或多个或多个BTS基站控制器（基站控制器（BSC）：）：控制、管理多个控制、管理多个BTS，与一个与一个MSC（移动业务交换中心）（移动业务交换中心）相连相连基站子系统基站
34、子系统BSS功能功能通过无线接口与移动台连接，负责无线通过无线接口与移动台连接，负责无线资源管理和收发信息。资源管理和收发信息。与网络子系统与网络子系统NSS中的移动交换中心中的移动交换中心MSC相连，实现移动用户之间或与固定相连，实现移动用户之间或与固定网用户之间的通信。网用户之间的通信。网络子系统网络子系统NSS移动业务交换中心移动业务交换中心MSC访问用户位置寄存器访问用户位置寄存器VLR归属用户位置寄存器归属用户位置寄存器HLR鉴权中心鉴权中心AUC移动设备识别器移动设备识别器EIR操作维护中心操作维护中心OMC移动业务交换中心移动业务交换中心MSC网络的中心，主要执行交换功能，控制网
35、络的中心，主要执行交换功能，控制一或多个一或多个BSS。这种交换功能包括移动用户之间的呼叫，这种交换功能包括移动用户之间的呼叫，移动用户与固定用户（移动用户与固定用户（PSTN和和ISDN）及分组交换网用户之间的呼叫。及分组交换网用户之间的呼叫。一般一个一般一个MSC对应一个对应一个VLR访问用户位置寄存器访问用户位置寄存器VLR动态用户数据库，存储进入其控制区内动态用户数据库，存储进入其控制区内已登记的移动用户相关信息，并从已登记的移动用户相关信息，并从HLR获取必要的数据获取必要的数据可以服务一或多个位置区可以服务一或多个位置区归属用户位置寄存器归属用户位置寄存器HLRGSM的中央数据库。
36、存储其控制区内的的中央数据库。存储其控制区内的所有移动用户的所有移动用户的注册信息注册信息移动用户的静态数据，移动用户的静态数据，包括用包括用户的接入能力，申请的业务和补充业务。户的接入能力，申请的业务和补充业务。一个可用的三元组（一个可用的三元组（RAND/SRES/Kc），），依依照照MSC/VLR的请求提供使用；的请求提供使用；当前正管理当前正管理MS的的VLR信息，并随信息，并随MS位置改位置改变而更新，并向呼叫变而更新，并向呼叫MSC提供。提供。鉴权中心鉴权中心AUCGSM系统的安全中心。系统的安全中心。对用户鉴权对用户鉴权 对无线接口上的话音、数据信号信息加对无线接口上的话音、数据
37、信号信息加密密移动设备识别器移动设备识别器EIR存储、识别移动设备的国际移动设备识存储、识别移动设备的国际移动设备识别码别码IMEI。注：另一种识别码是国际移动用户识别码注：另一种识别码是国际移动用户识别码IMSI，与设备无关，存储在与设备无关，存储在SIM卡中，直接计费。卡中，直接计费。操作维护中心操作维护中心OMC对对GSM系统进行集中维护与操作系统进行集中维护与操作允许实施远程集中操作维护管理允许实施远程集中操作维护管理支持高层维护管理中心（支持高层维护管理中心（NMC）的接口的接口GSM系统的说明系统的说明无线覆盖区域结构无线覆盖区域结构识别码识别码信令信令 位置更新位置更新 固定网用
38、户呼叫移动台固定网用户呼叫移动台 越区切换越区切换 鉴权和加密鉴权和加密 无线覆盖区域结构无线覆盖区域结构 国际移动用户识别码国际移动用户识别码IMSI 用于在国际上唯一识别移动用户用于在国际上唯一识别移动用户结构（结构（15位），如图所示，其中：位），如图所示，其中：我国我国MCC为为460MNC的值中国移动的的值中国移动的GSM网为网为00、中国联通的、中国联通的GSM网为网为01 区域识别区域识别位置区识别码位置区识别码LAI结构：结构：MCC+MNC+LACLAC用于识别移动网中的一个位置区用于识别移动网中的一个位置区 全球小区识别码全球小区识别码GCI结构：结构：MCC+MNC+LA
39、C+CI CI用于小区识别用于小区识别 基站小区识别码基站小区识别码BSIC用于识别相邻国家、地区或相邻的不同用于识别相邻国家、地区或相邻的不同运营商运营商结构：结构：NCC+BCCNCC为网络色码，用于识别不同国家（国内为网络色码，用于识别不同国家（国内区别不同的省）及不同运营商区别不同的省）及不同运营商BCC为基站色码，由运营部门设定为基站色码，由运营部门设定 临时移动用户识别码临时移动用户识别码TMSI 为了对为了对IMSI保密，保密，IMSI仅在空中传送一仅在空中传送一次，便由次，便由VLR临时给来访移动用户分配临时给来访移动用户分配一个惟一的一个惟一的TMSI号码替代号码替代 仅在本
40、地有效仅在本地有效，当用户离开此，当用户离开此VLR服务服务区后释放区后释放 TMSI的更新的更新 国际移动设备识别码国际移动设备识别码IMEI用于在国际上惟一地识别一个移动设备，监控被窃用于在国际上惟一地识别一个移动设备，监控被窃或无效的移动设备。或无效的移动设备。结构（结构（15位）：位）：TAC(6)+FAC(2)+SNR(6)+SP(1)TAC为型号批准码，由欧洲型号中心分配；为型号批准码，由欧洲型号中心分配；FAC为工厂装配码，由厂家编码，表示生产厂家及装配为工厂装配码，由厂家编码，表示生产厂家及装配地；地；SNR为序号码，由厂家分配；为序号码，由厂家分配；SP为备用为备用 IMEI
41、可在待机状态下按可在待机状态下按“*#06#”读取，读取的读取，读取的IMEI码与手机后盖板上的条码标签、外包装上的码与手机后盖板上的条码标签、外包装上的条码标签应一致条码标签应一致 信令信令移动台与网络系统之间交换的控制信息移动台与网络系统之间交换的控制信息信令通路与话音通路完全分开，移动台信令通路与话音通路完全分开，移动台MS处于空闲状态时也要向系统更新位置处于空闲状态时也要向系统更新位置信息。信息。位置更新位置更新1.当移动台开机时，将自己存储的位置区当移动台开机时，将自己存储的位置区识别码与当前所在小区广播的位置区识识别码与当前所在小区广播的位置区识别码比较。如果一致，已正确定位；如别
42、码比较。如果一致，已正确定位；如果不一致，移动台发送自己的果不一致，移动台发送自己的IMSI及原及原先和当前位置区的识别码；先和当前位置区的识别码；2.BSC将收到的信息传给相应的将收到的信息传给相应的VLR；位置更新位置更新3.一个一个VLR服务一个或多个位置区。如果服务一个或多个位置区。如果当前和原先的位置区由同一个当前和原先的位置区由同一个VLR服务，服务，移动台得到一个新的临时移动用户识别移动台得到一个新的临时移动用户识别码码TMSI，VLR存储器更新；如果移动台存储器更新；如果移动台进入一个新的进入一个新的VLR区，区，HLR存储器更新、存储器更新、旧的旧的VLR删除数据、新的删除数
43、据、新的VLR增加数据。增加数据。固定网用户呼叫移动台固定网用户呼叫移动台1.呼叫者拨号，呼叫送到呼叫者拨号，呼叫送到MSC2.MSC在在HLR中查询移动用户当前所在区域的中查询移动用户当前所在区域的MSC；3.当前所在区域的当前所在区域的MSC从从VLR中查询用户的位置中查询用户的位置4.用户位置不十分明确时，当前所在区域的用户位置不十分明确时，当前所在区域的MSC管理的所有管理的所有BSS寻呼此移动台；寻呼是通过公寻呼此移动台；寻呼是通过公共控制信道发出共控制信道发出TMSI实现实现5.移动台收到寻呼向基站发出响应；移动台收到寻呼向基站发出响应；固定网用户呼叫移动台固定网用户呼叫移动台6.
44、基站向基站向MSC提供响应信息；提供响应信息；7.VLR对被叫的移动台鉴权，并准备业务对被叫的移动台鉴权，并准备业务信道编码；信道编码；8.移动台发出振铃，同时呼叫者也得到回移动台发出振铃，同时呼叫者也得到回铃；铃；9.被叫移动台回答时，一个业务信道准备被叫移动台回答时，一个业务信道准备好并建立呼入电路的连接。好并建立呼入电路的连接。越区切换越区切换1.移动台不断测量本小区及移动台不断测量本小区及16个邻近小区个邻近小区的信号强度的信号强度2.当测量结果表明当前连接的基站的信号当测量结果表明当前连接的基站的信号变弱时，变弱时，MSC、BSC、BTS协同移动台协同移动台选择信号好的小区建立新的通
45、信链路，选择信号好的小区建立新的通信链路，同时释放旧的链路。同时释放旧的链路。鉴权和加密鉴权和加密鉴权是确认移动台鉴权是确认移动台MS是否合法；是否合法；加密是通过密钥将业务信道的话音和数加密是通过密钥将业务信道的话音和数据信息都进行编码，来防止第三者监听。据信息都进行编码，来防止第三者监听。鉴权和加密的流程鉴权和加密的流程1.移动台请求呼出，移动台请求呼出，MSC向向VLR通知移动通知移动台的请求，台的请求，VLR接管鉴权进程。接管鉴权进程。2.MSC询问移动台的询问移动台的IMSI并将它传给并将它传给VLR。VLR确定移动台的确定移动台的HLR，然后将然后将IMSI和和自己与当前自己与当前
46、MSC的识别码传给的识别码传给HLR。HLR收到用户的收到用户的IMSI后，向鉴权中心请后，向鉴权中心请求用户的密钥求用户的密钥Ki，此密钥保存在移动台此密钥保存在移动台和鉴权中心。和鉴权中心。鉴权和加密的流程鉴权和加密的流程3.鉴权中心产生随机数鉴权中心产生随机数RAND，利用存储的利用存储的Ki通通过算法过算法A3和和A8生成符号响应生成符号响应SERS及用于业务及用于业务信道编码的密钥信道编码的密钥Kc。RAND、SERS、Kc构成构成移动台的一个三元组，用于以后的加密。这个移动台的一个三元组，用于以后的加密。这个三元组仅在通信中使用一次，之后便被毁掉。三元组仅在通信中使用一次，之后便被
47、毁掉。鉴权中心应鉴权中心应MSC/VLR请求，计算出若干个三请求，计算出若干个三元组，并把它们送往元组，并把它们送往HLR存储及送往相关的存储及送往相关的VLR。VLR又把它们传送给移动台当前的又把它们传送给移动台当前的MSC。鉴权和加密的流程鉴权和加密的流程4.MSC/VLR向移动台发送鉴权的随机数向移动台发送鉴权的随机数RAND，移动台用该随机数计算出响应移动台用该随机数计算出响应SRES，回送给回送给MSC/VLR。移动台同时用算法移动台同时用算法A5和和Kc进行话进行话音编码。音编码。VLR比较移动台的响应比较移动台的响应SRES和鉴权和鉴权中心的中心的SRES，如果一致，鉴权结束。如
48、果一致，鉴权结束。VLR分分配一个配一个TMSI给移动台。移动台接收并记录下给移动台。移动台接收并记录下此此TMSI。移动台保持在同一移动台保持在同一VLR区中时，所区中时，所有的传输都使用同一个有的传输都使用同一个TMSI。基站用基站用A5算法算法进行话音解码，并将解码的话音和数据信号传进行话音解码，并将解码的话音和数据信号传送给送给MSC。鉴权原理图鉴权原理图 加密原理图加密原理图 GSM关键关键技术技术频段和带宽分配频段和带宽分配业务和控制信道业务和控制信道编码技术编码技术调制和解调调制和解调时延要求时延要求数据交织数据交织跳频跳频间断传输间断传输DTXRF功率控制功率控制频段和频段和带
49、宽分配带宽分配GSM系列主要有系列主要有 GSM900、DCS1800和和PCS1900，主要区别是工作频段的差异。，主要区别是工作频段的差异。目前我国主要的两大目前我国主要的两大GSM系统为系统为GSM 900及及DCS1800：每信道频宽每信道频宽200kHz；每个载波频道在同一小区内对不同用户进行每个载波频道在同一小区内对不同用户进行TDMA，按每帧长，按每帧长4.165ms分为分为8个时隙；个时隙；每个时隙是一个用户占用的一个物理信道；每个时隙是一个用户占用的一个物理信道；上行（移动台发、基站收）和下行（基站发、移动上行（移动台发、基站收）和下行（基站发、移动台收）组成一频率对，供一个
50、用户使用台收）组成一频率对，供一个用户使用频段和频段和带宽分配带宽分配GSM900系统系统频谱较低，波长较长，穿透力较差，但传送的频谱较低，波长较长，穿透力较差，但传送的距离较远，小区半径距离较远，小区半径35km移动台发射功率较强（最大功率是移动台发射功率较强（最大功率是8W，一般，一般的手机最大功率是的手机最大功率是2W），耗电量较大，因此），耗电量较大，因此待机时间较短待机时间较短使用两个使用两个25MHz频段，分别频段，分别124个个(1 124)可用可用的上行和下行载波，双工间隔的上行和下行载波，双工间隔45MHz：上行链路上行链路890 915MHz下行链路下行链路935 960M