GSM系统介绍--无线通信技术.ppt

,第八章 GSM数字蜂窝移动系统介绍,主讲人：杨莘,主要内容,8.1 概述 8.2 系统结构 8.3 号码与识别 8.4 GSM系统的安全性管理 8.5 GSM的数字无线接口 8.6 移动用户的接续过程 8.7 GSM系统的移动性管理 8.8 DCS1800介绍 8.9 GSM系统向3G系统的过渡,GSM系统,8.1 概述,一、发展历史 1. 1982年欧洲成立“移动通信特别小组”(Group of Special Mobile)，简称GSM，提出开发数字蜂窝移动通信系统。 2. 1986年，该小组对欧洲各国及各公司经大量研究和实验后提出的8个建议系统进行了现场试验，并于1988年公布。 3. 1990年完成规范。 4. 1991年在欧洲开通了第一个GSM系统，并将GSM更名为“全球通信系统”(Global System for Mobile Communication)。,GSM系统,5. 同年，还制定了1800MHz频段的GSM规范，名为DCS1800系统，该系统与GSM900具有相同的基本功能特性，二系统可以通称为GSM系统。 6. 1993年，GSM系统已覆盖泛欧及澳大利亚等地区，67个国家成为它的成员。 7. 1995年，DCS1800开始推广应用。,GSM系统,8.1 概述,8.1 概述,二、基本特点 GSM系统作为一种开放式结构和面向未来设计的系统，具有下列主要特点： 1. 由几个分系统组成，且可与各种公用通信网互联互通，各分系统之间和各分系统与其它通信网之间都明确地定义了标准化接口规范，保证任何厂商提供的GSM系统或子系统能互联。 2. GSM系统能提供穿过国际边界的自动漫游功能。 3. GSM系统除了可以开放语音业务外，还可以开放各种承载业务、补充业务与ISDN相关的业务。,GSM系统,8.1 概述,二、基本特点 GSM系统作为一种开放式结构和面向未来设计的系统，具有下列主要特点： 4. GSM系统具有加密和鉴权功能，能确保用户保密和网络安全。 5. GSM系统具有灵活、方便的组网结构。 6. GSM系统抗干扰能力强，覆盖区域内的通信质量高。 7. GSM系统终端设备功能强、小巧。,GSM系统,1. 移动台发送频段为890915MHz，基站发送频段为935960MHz，收发双工频率间隔为45MHz，相邻频道间隔为200kHz。（TDMA/FDD） 2. 每个频道采用TDMA方式，分为8个时隙，即8个信道（全速率）为一帧，将来采用半速率语音编码后，每个频道可容纳16个信道。 3. 我国GSM系统由两个运营部门经营，频率使用情况如下： 中国移动：890909MHz，935954MHz； 中国联通：909915MHz，954960MHz。,GSM系统,三、频率配置,四、频率分配方法,GSM系统,频道序号和频点标称中心频率的关系： 下频段： fl(n) = (890+n*0.2) MHz n = 1124 上频段： fh(n) = (935+n*0.2) MHz n = 1124,对于全向天线的建议复用方式： 7组频率复用方式，其7组频率可从12组中任选。,GSM系统,四、频率分配方法,对于有向天线，天线可采用1200或600定向天线，形成“三叶草”小区，即把基站分成三个或6个扇形小区。,GSM系统,4*3 3*3,四、频率分配方法,8.2 GSM系统结构,网络交换子系统(NSS) 无线基站子系统(BSS) 移动台(MS),GSM系统,MS：GSM移动通信网中用户使用的设备，也是用户能够直接接触的GSM系统中的唯一设备。分为车载台、便携台和手机。包括移动台物理设备和智慧部件SIM卡两部分。 物理设备：无线传输与处理功能（无线接口）；与使用者之间的接口；与其他终端设备的接口。 SIM卡：用户信息；移动台非专用。,GSM系统,MS,MS,TE,BTS,BSC,BTS,BSC,VLR,MSC,OMC,HLR,AUC,EIR,PSTN ISDN,BSS,NSS,8.2 GSM系统结构,BSS：系统中与无线蜂窝方面关系最直接的基本组成部分。在一定的无线区域中由MSC控制，与MS进行通信的系统设备，完成无线发送、接收与无线资源管理等功能。由BSC和BTS组成。,GSM系统,MS,MS,TE,BTS,BSC,BTS,BSC,VLR,MSC,OMC,HLR,AUC,EIR,PSTN ISDN,BSS,NSS,8.2 GSM系统结构,BSC：基站控制器，具有对一个或多个BTS进行控制的功能。主要负责无线网络资源的管理、小区配置数据管理、功率控制、定位和切换等，是一个很强的业务控制点。 BTS：基站收发信机，是基站分系统的无线部分，由BSC控制。主要负责无线传输，完成无线与有线的转换、无线分集、无线信道加密、跳频等功能。,GSM系统,MS,MS,TE,BTS,BSC,BTS,BSC,VLR,MSC,OMC,HLR,AUC,EIR,PSTN ISDN,BSS,NSS,8.2 GSM系统结构,功能：交换、移动性管理与安全性管理 由一系列功能实体构成。,GSM系统,MS,MS,TE,BTS,BSC,BTS,BSC,VLR,MSC,OMC,HLR,EIR,PSTN ISDN,BSS,NSS,8.2 GSM系统结构,MSC：移动交换中心，GSM系统的核心，是对它所覆盖区域中的移动台进行控制和完成话路交换的功能实体，也是移动通信系统与其他公用通信网之间的接口。,GSM系统,MS,MS,TE,BTS,BSC,BTS,BSC,VLR,MSC,OMC,HLR,AUC,EIR,PSTN ISDN,BSS,NSS,8.2 GSM系统结构,HLR：原籍地址寄存器，GSM系统的中央数据库，存储该HLR管辖区内的所有移动用户的相关数据，包括静态数据：移动用户的识别号码、访问能力、用户类别和补充业务等，以及归属用户有关的动态数据。,GSM系统,MS,MS,TE,BTS,BSC,BTS,BSC,VLR,MSC,OMC,HLR,AUC,EIR,PSTN ISDN,BSS,NSS,8.2 GSM系统结构,VLR：访问用户位置寄存器，存储进入其控制区域的来访移动用户的有关数据。这些数据从该用户的HLR获取并进行暂存，一旦用户离开，临时存储的有关该用户的数据将被删除，动态用户数据库。,GSM系统,MS,MS,TE,BTS,BSC,BTS,BSC,VLR,MSC,OMC,HLR,AUC,EIR,PSTN ISDN,BSS,NSS,8.2 GSM系统结构,AUC：鉴权中心，存储鉴权信息和加密密钥，用来防止无权用户接入系统和保证无线通信的安全。他对任何试图入网的用户进行身份认证，只有合法用户才能接入网中并得到服务。,GSM系统,MS,MS,TE,BTS,BSC,BTS,BSC,VLR,MSC,OMC,HLR,AUC,EIR,PSTN ISDN,BSS,NSS,8.2 GSM系统结构,EIR：移动设备识别寄存器，存储移动设备的国际设备识别码，通过核查白色、黑色和灰色三种清单，运营部门就可判断出移动设备是属于准许使用的，还是失窃而不准使用的，或是由于技术故障或误操作而危及网络正常运行的MS设备，以确保网络内所使用的移动设备的唯一性和安全性。,GSM系统,MS,MS,TE,BTS,BSC,BTS,BSC,VLR,MSC,OMC,HLR,AUC,EIR,PSTN ISDN,BSS,NSS,8.2 GSM系统结构,OMC：操作与维护中心，负责对全网进行监控与操作。如：系统的自检、报警与备用设备的激活、系统的故障诊断与处理、话务量的统计与计费数据的记录与传递、以及与网络参数有关的各种参数的收集、分析与显示等。,GSM系统,MS,MS,TE,BTS,BSC,BTS,BSC,VLR,MSC,OMC,HLR,AUC,EIR,PSTN ISDN,BSS,NSS,8.2 GSM系统结构,A接口：NSS与BSS之间的通信接口，其物理链路通过采用标准的2.048Mbit/sPCM数字传输链路来实现。传递的信息包括移动台管理、基站管理、移动性管理和接续管理等。,GSM系统,8.2 GSM系统结构,GSM的接口与协议,Abis接口：BSC与BTS之间的通信接口，用于二者之间的远端互连方式，其物理链路通过标准的2.048Mb/s或64kb/sPCM数字传输链路来实现。BS接口是Abis接口的特例。支持所有向用户提供的服务，并支持对BTS无线设备的控制和无线频率的分配。,GSM系统,8.2 GSM系统结构,GSM的接口与协议,Um接口：空中接口，移动台与BTS之间的通信接口，用于移动台与GSM系统的固定部分之间的互通，其物理链路通过无线链路实现。该接口传递的信息包括无线资源管理、移动性管理和接续管理等。,GSM系统,8.2 GSM系统结构,GSM的接口与协议,GSM系统,VLR,MSC,HLR/AUC,EIR,NSS内部接口,8.2 GSM系统结构,GSM的接口与协议,VLR,MSC,F接口,C接口,D接口,B接口,B接口,E接口,G接口,GSM的区域,GSM系统,GSM服务区,PLMN区,MSC区,MSC区,位置区,基站区,扇区,扇区,基站区,扇区,扇区,位置区,基站区,扇区,扇区,基站区,扇区,扇区,8.2 GSM系统结构,GSM的区域的定义,1. GSM服务区：指移动台可获得服务的区域，即不同通信网用户无需知道移动台的实际位置而可与之通信的区域。一个服务区可由一个或若干个公用陆地移动通信网（PLMN）组成，从地域而言，可以是一个国家或是一个国家的一部份，也可以使若干个国家。 2. 公用陆地移动通信网PLMN：可由一个或若干个移动交换中心组成，在该区内具有共同的编号制度和共同的路由计划，PLMN与各种固定通信网之间的接口是MSC，由MSC完成呼叫接续。,GSM系统,8.2 GSM系统结构,区域的定义： 3. MSC区：MSC区系指一个移动交换中心所控制的区域，通常它连接一个或若干个基站控制器，每个基站控制器控制多个基站收发信机，从地理位置来看，MSC包含多个位置区。 4. 位置区：一般由若干个小区组成，移动台在位置区内移动无需进行位置更新，通常呼叫移动台时，向一个位置区内的所有基站同时发送寻呼信号。 5. 基站区：指基站收、发信机有效的无线覆盖区，简称小区。 6. 扇区：当基站收发信天线采用定向天线时，基站区分为若干个扇区。,GSM系统,8.2 GSM系统结构,8.3 GSM的号码,移动台ISDN号码（MSISDN） 呼叫GSM系统中的某个移动用户时所拨的号码。 结构：CC NDC SN CC为国家码，中国86，NDC为国内目的地址码，即网络接入号，如中国移动：134135136137138139150151152 158159187188，中国联通：130131132155156185 186，中国电信：133153189，SN为用户号码，采用等长8位编号H0H1H2H3ABCD，其中H0H1H2H3为每个移动业务本地网的HLR号码，ABCD为移动用户码。 国内ISDN不超过13位，国际ISDN不超过15位。,GSM系统,移动台国内ISDN,移动台国际ISDN,2.国际移动用户识别码（IMSI） 在GSM系统中唯一识别移动用户。 结构：MCC MNC MSIN MCC为移动国家号码，中国460；MNC为移动网号，用户识别移动用户所归属的移动网，中国移动TD网为00，中国联通GSM网为01，中国移动GSM为02，中国电信CDMA网为03；MSIN为移动用户识别码，用以唯一地识别国内某一网内的移动用户。 IMSI总长不超过15位数字。,GSM系统,国内移动用户识别,国际移动用户识别,8.3 GSM的号码,3.临时移动用户识别码（TMSI） 为了对IMSI保密，IMSI只在起始入网登记时使用，在后续的呼叫中，使用经一定算法转换而来的TMSI，以避免通过无线信道发送IMSI，从而防止窃听者检测用户的通信内容，或非法盗用合法用户的IMSI。 TMSI总长不超过4个字节，格式由运营部门决定。,GSM系统,8.3 GSM的号码,4.移动用户漫游号码（MSRN） 当移动用户漫游到一个新的MSC/VLR业务区时，由VLR给他分配一个临时性的漫游号码，并通知该移动台的HLR，用于建立通信路由。 一旦该移动台离开该业务区，此漫游号码即被收回，并可分配给其他来访用户使用。 MSRN的结构与ISDN相同。,GSM系统,8.3 GSM的号码,5.国际移动设备识别码（IMEI） 在国际上唯一地识别一台移动台设备，可用于监控被窃或无效的移动台设备。 结构：TAC FAC SNR SP 6位 2位 6位 1位 TAC为型号批准码，由欧洲型号认证中心分配；FAC为工人装配码，由厂家编码，表示生产厂家及其装配地；SNR为序号码，由厂家分配，用于区别同一个TAC和FAC中的每台移动设备；SP为备用。,GSM系统,8.3 GSM的号码,6.位置区与基站识别码（LAI与BSIC） 位置区识别码LAI：在检测位置更新和信道切换时，要使用位置区识别标志。 MCC(4位数字) MNC(2位数字) LAC(最大16bit) MCC和MNC与IMSI码中的相同；LAC为位置区码，用于识别GSM网中的某个位置区。 基站识别码BSIC：用于移动台识别相同载频的不同基站，特别用于区别在不同国家的边界地区采用相同载频且相邻的基站。 NCC(3bit) BCC(3bit) NCC为网络色码，用来识别相邻的移动网；BCC为BTS色码，用来识别相同载频的不同基站。,GSM系统,8.3 GSM的号码,8.4 GSM的安全性管理,一、安全性管理工作 1. 接入网络时采用了对用户鉴权； 2. 无线路径上采用对通信信息加密； 3. 对用户识别码( IMSI )采用临时用户识别码( TMSI )； 4. 对移动设备采用识别码进行识别。,GSM系统,GSM系统,IMSI,SIM,AUC,Ki,RAND,响应数 SRES,A3 算法,密钥Kc,A8算法,用户三参数组是网络对用户实施鉴权和信息加密所必需的参数。 RAND、SRES和Kc为用户三参数组，AUC应MSC/VLR请求，每次生成若干个三参数组，传送给HLR，HLR自动存储。,二、三参数组,用户鉴权键32位16进制数,MSC/VLR确认移动台通过无线空间传送的IMSI是否签约的IMSI的过程称为鉴权。实质上是鉴别用户SIM卡的真实性。,GSM系统,移动台在每次位置登记、呼叫建立、位置更新、补充业务激活与去活及登记与删除前均需要鉴权。,三、鉴权,四、通信信息的加密,无线路径上的加密，即保证BTS和MS之间交换的用户信息和用户参数不被截获或监听。,GSM系统,移动台,网络侧,算法A8,随机数发生器,算法A8,Ki,Ki,RAND,向网络发送 用户身份,用户身份确认,TMSI,存储密钥,Kc,存储密钥,Kc,发送端,接收端,算法A5,密钥,帧号,数据流,模二加,未加密数据,算法A5,密钥,帧号,数据流,模二加,解密数据,密文,五、用户识别码的保密,1. 为了防止非法监听IMSI，用临时移动用户识别码（TMSI）代替IMSI在无线路径上传输； 2. MS每次向系统请求一种程序，如位置更新、呼叫尝试等，MSC/VLR将给MS分配一个新的TMSI； 3. TMSI和IMSI的对应关系是变动的，TMSI仅在一个VLR区域内有效。,GSM系统,六、设备识别,1. 目的：防止盗用或非法设备入网使用。 2. 设备识别在GSM系统的设备识别寄存器(EIR)中完成。 3. EIR中存在三种名单： 白名单：包括正常的所有设备识别序列号码 黑名单：包括所有被禁止使用的设备识别码 灰名单：由运营者决定，如有故障的或未经型号认证的移动设备识别号。 4. 设备识别在呼叫建立尝试阶段进行。,GSM系统,鉴权与加密设备识别,8.5 GSM的数字无线接口,GSM系统的数字无线接口Um是移动台与基站收发信台之间接口的总称，是一个开放性的接口。它使用了每个载频TDMA帧的时分多址的概念，每帧包括8个时隙（TS），从BTS到MS的方向定为下行，相反的方向定为上行。,GSM系统,GSM系统的发射功率,GSM系统,GSM系统中，基站发射功率为每载波500 W，每时隙平均为500/8=62.5 W。移动台发射功率分为0.8 W、2 W、5 W、8 W和20 W五种，可供用户选择。小区覆盖半径最大为35 km，最小为500 m，前者适用于农村地区，后者适用于市区。,一、信道的定义,物理信道：一个载频上的TDMA帧的一个时隙，每个用户通过一系列频率的一个物理信道接入系统，GSM中每个载频有8个物理信道，即信道07（时隙07），在一个时隙中发出的信息称为一个突发脉冲序列。 逻辑信道：根据BTS和MS之间传递的信息的种类不同而定义的信道，逻辑信道在传输过程中要被放在某个物理信道即时隙上。逻辑信道可分为两类：业务信道和控制信道。 在时分多址的物理信道中，帧的结构或组成是基础，为此下面先讨论GSM的帧结构。,GSM系统,信道类型及其组合,信道类型及其组合帧结构,信道类型及其组合帧结构,每一个TDMA帧分07共8个时隙，帧长度为120/264.615 ms。每个时隙含156.25个码元，占15/260.577 ms。由若干个TDMA帧构成复帧，其结构有两种：一种是由26帧组成的复帧，这种复帧长120 ms，主要用于业务信息的传输，也称为业务复帧；另一种是由51帧组成的复帧，这种复帧长235.385 ms，专用于传输控制信息，也称为控制复帧。 由51个业务复帧或26个控制复帧均可组成一个超帧，超帧的周期为1326个TDMA帧，超帧长51264.61510-3 6.12 s。由2048个超帧组成超高帧，超高帧的周期为20481326=2715648个TDMA帧，即12533.76秒，即3小时28分53秒760毫秒。帧的编号（FN）以超高帧为周期，从0到2715647。 GSM系统上行传输所需的帧号和下行传输所用的帧号相同，但上行帧相对于下行帧来说，在时间上推后3个时隙。这样安排，允许移动台在这3个时隙的时间内，进行帧调整及对收发信机的调谐和转换。,信道类型及其组合帧结构,信道类型及其组合信道分类,信道类型及其组合信道分类,业务信道TCH：主要传输数字语音或数据，其次还有少量的随路控制信令。业务信道有全速率业务信道（TCH/F）和半速率业务信道（TCH/H）之分。半速率业务信道所用时隙是全速率业务信道所用时隙的一半。 语音业务信道：分为全速率语音业务信道（TCH/FS）和半速率语音业务信道（TCH/HS），两者的总速率分别为22.8 Kb/s和11.4 Kb/s。,信道类型及其组合信道分类,业务信道TCH：主要传输数字语音或数据，其次还有少量的随路控制信令。业务信道有全速率业务信道（TCH/F）和半速率业务信道（TCH/H）之分。半速率业务信道所用时隙是全速率业务信道所用时隙的一半。 数据业务信道：在全速率或半速率信道上，通过不同的速率适配和信道编码，用户可使用下列各种不同的数据业务： 9.6 Kb/s，全速率数据业务信道（TCH/F9.6） 4.8 Kb/s，全速率数据业务信道（TCH/F4.8） 4.8 Kb/s，半速率数据业务信道（TCH/H4.8） 2.4 Kb/s，全速率数据业务信道（TCH/F2.4） 2.4 Kb/s，半速率数据业务信道（TCH/H2.4） 此外，在业务信道中还可安排慢速辅助控制信道或快速辅助控制信道，它们与业务信道的连接在图8-7中用虚线表示。,信道类型及其组合信道分类,控制信道（CCH）：用于传送信令和同步信号。它主要有三种：广播信道（BCH）、公共控制信道（CCCH）和专用控制信道（DCCH）。 广播信道：一种“一点对多点”的单方向控制信道，用于基站向移动台广播公用的信息。传输的内容主要是移动台入网和呼叫建立所需要的有关信息。包括： 频率校正信道（FCCH）：传输供移动台校正其工作频率的信息； 同步信道（SCH）：传输供移动台进行同步和对基站进行识别的信息，因为基站识别码是在同步信道上传输的； 广播控制信道（BCCH）：传输系统公用控制信息，例如公共控制信道（CCCH）号码及是否与独立专用控制信道（SDCCH）相组合等信息。,信道类型及其组合信道分类,控制信道（CCH）：用于传送信令和同步信号。它主要有三种：广播信道（BCH）、公共控制信道（CCCH）和专用控制信道（DCCH）。 公用控制信道。CCCH是一种双向控制信道，用于呼叫接续阶段传输链路连接所需要的控制信令。其中又分为： 寻呼信道（PCH）：传输基站寻呼移动台的信息； 随机接入信道（RACH）：这是一个上行信道，用于移动台随机提出的入网申请，即请求分配一个独立专用控制信道（SDCCH）； 准许接入信道（AGCH）：这是一个下行信道，用于基站对移动台的入网申请作出应答，即分配一个独立专用控制信道。,信道类型及其组合信道分类,专用控制信道。这是一种“点对点”的双向控制信道，其用途是在呼叫接续阶段及在通信进行当中，在移动台和基站之间传输必要的控制信息。其中又分为： 独立专用控制信道（SDCCH）：用于在分配业务信道之前传送有关信令。 慢速辅助信道（SACCH）：在移动台和基站之间，需要周期性地传输一些信息。SACCH可与一个业务信道或一个独立专用控制信道联用。SACCH安排在业务信道时，以SACCH/T表示；安排在控制信道时，以SACCH/C表示。 快速辅助控制信道（FACCH）：传送与SDCCH相同的信息，只有在没有分配SDCCH的情况下，才使用这种控制信道。使用时要中断业务信息，把FACCH插入业务信道，每次占用的时间很短，约18.5 ms。,8.6 移动用户的接续过程,开机进入空闲模式 位置登记 移动台被呼 移动台主呼,GSM系统,一、开机进入空闲模式,移动台开机后搜索最强的广播控制信道BCCH的载频，读取频率校正信道FCCH信息，使移动台的频率与之同步。 移动台读取同步信道SCH信息，找出基站识别码BSIC和帧同步信息，并且同步到超高帧TDMA帧号上。 移动台读取系统信息，如：邻近小区情况，现所处小区使用频率及小区是否可用，移动系统的国家号码和网络号码等，这些信息都在BCCH上得到。,GSM系统,二、位置登记,1. 常规登记：移动台开机后，接收广播信息LAI(位置区域识别码)，更新位置存储器的内容；接着向MSC/VLR发送位置登记报文，MSC/VLR接收并存储该移动台的位置信息，这时，MSC/VLR认为此MS被激活，在其IMSI号码上做“附着”标记。,GSM系统,MSC,HLR,VLR,MS,LR,位置登记请求,更新位 置登记,IMSI,相关资料,分配 MSRN,MSRN,二、位置登记,1. 常规登记：移动台开机后，接收广播信息LAI(位置区域识别码)，更新位置存储器的内容；接着向MSC/VLR发送位置登记报文，MSC/VLR接收并存储该移动台的位置信息，这时，MSC/VLR认为此MS被激活，在其IMSI号码上做“附着”标记。,GSM系统,MSC,HLR,VLR1,MS,LR,位置登记请求,更新位 置登记,IMSI,相关资料,分配 MSRN,MSRN,VLR0,TMSI,IMSI,二、位置登记,1. 常规登记： MS的两种状态： 激活（开机） IMSI附着 非激活（关机） IMSI分离,GSM系统,二、位置登记,2. 周期性登记： 若系统没有接收到周期性登记信息，VLR就以“分离”做标记，称作“隐分离”。,GSM系统,系统未收到关机通知 MS进入盲区,要求MS每隔一段时间（如30分钟）登记一次,三、移动台被呼,1. 以固定用户呼叫MS为例：,GSM系统,PSTN,GMSC,HLR,VMSC,VLR,BS,BS,BS,(1),(2),(3),(6),(4),(5),(7),(8),(9),(10),(13),(11),(12),四、移动台主呼,MS呼叫固定用户为例： MS在随机接入信道RACH上发送呼叫请求； 系统通过允许接入信道AGCH为MS分配一个独立专用控制信道SDCCH； MSC/VLR与MS经SDCCH交换必需的信息，如鉴权、加密模式、TMSI再分配等； 系统通过SDCCH为移动台分配一个业务信道TCH，并建立与PSTN/ISDN的连接信道； 被叫用户摘机，进入通话状态。,GSM系统,呼叫接续移动用户主呼,8.7 GSM的移动性管理,位置管理 越区切换 漫游,GSM系统,一、位置管理,目的：用户在系统覆盖范围内任意移动时，能把一个呼叫传送到，因而需要一个高效的位置管理系统来跟踪用户的位置变化。,GSM系统,双层数据库,HLR,VLR,一、位置管理,目的：用户在系统覆盖范围内任意移动时，能把一个呼叫传送到，因而需要一个高效的位置管理系统来跟踪用户的位置变化。,GSM系统,主要任务,位置登记： 在移动台的实时位置信息已知的情况下，更新 位置数据库（HLR和VLR）和认证移动台。,呼叫传递： 在有呼叫给移动台的情况下，根据HLR和VLR 中可用的位置信息来定位移动台。,1.位置登记和呼叫传递,(1) 位置登记 在GSM中，覆盖区域分为若干个位置区LA，当一个以动终端MT进入一个新的LA（Location Area），位置登记过程分为三个步骤：在管理新LA的新VLR中登记MT，修改HLR中记录服务该MT的新VLR的ID，在旧VLR和MSC中注销该MT。,GSM系统,一、位置管理,1.位置登记和呼叫传递,(2) 呼叫传递 确定为被呼MT服务的VLR； 确定被呼移动台正在访问哪个小区。,GSM系统,一、位置管理,2.位置更新和寻呼,位置更新解决的问题是移动台如何发现位置变化及何时报告它的当前位置。 寻呼解决的问题是如何有效地确定移动台当前处于哪一个小区。 当用户进入一个新的LA，他将进行位置更新。当有呼叫要到达该用户时，将在该LA内进行寻呼，以确定出移动用户在哪一个小区范围内。位置更新和寻呼信息都是在无线接口中的控制信道上传输的，因此必须尽量减少这方面的开销。 在实际系统中，位置登记区越大，位置更新的频率越低，但每次呼叫寻呼的基站数目就越多。,GSM系统,一、位置管理,2.位置更新和寻呼,三种动态位置更新策略： (1) 基于时间的位置更新策略 每个用户每隔T秒周期性地更新位置， T由系统根据呼叫到达间隔的概率分布动态确定。 (2)基于运动的位置更新策略 当移动台跨越一定数量的小区边界（运动门限）以后，移动台就进行一次位置更新。 (3)基于距离的位置更新策略 当移动台离开上次位置更新时所在小区的距离超过一定的值（距离门限）时，移动台进行一次位置更新。,GSM系统,一、位置管理,二、越区切换,定义 当一个移动台在通话的过程中从一个基站移动到另一个基站时，MSC自动地将呼叫转移到新基站的信道上，或， MS在通话期间跨越小区或扇区时，网络进行实时控制，使维持通信连续性的系统功能称为切换。 越区切换包括三个方面的问题： （1）越区切换准则； （2）越区切换如何控制； （3）越区切换时信道分配。,GSM系统,二、越区切换,定义,GSM系统,硬切换,软切换,过区切换,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,过区切换,同一个MSC/VLR业务区，不同BSC间的切换,过区切换,不同MSC/VLR的区间切换,2. 切换准则 依据参数：信号强度的变化 指定某个特定的信号强度为基站接收机中可接受话音质量的最小可用信号，稍微强一点的信号强度就可以作为启动切换的门限，其间隔用表示； 不能太大也不能太小，太大，可能发生不需要的切换，增加MSN的负担，太小，则可能会因为信号太弱而掉话，没有足够的时间来完成切换过程。,GSM系统,二、越区切换,GSM系统,切换图解,BS1,BS2,A点强度,切换门限,维持通话的最小可接收信号,B点强度，通信中断,切换强度，成功切换,A,B,不正确的 切换情况,正确的 切换情况,8.7 GSM的移动性管理,3. 切换控制策略 保证检测到的信号电平的下降不是因为瞬间的衰减，而是由于移动台正在离开当前服务的基站 ； 准备切换前，先对信号监视一段时间，观察信号的连续变化； 决定切换进行的时间长短取决于移动终端移动的速度，如果监控到信号强度快速衰落，则进行快速切换。,GSM系统,8.7 GSM的移动性管理,3. 切换控制策略 第一代模拟蜂窝系统中，信号强度的测量是在MSC的管理下由基站来完成的，基站使用备用的接收机（即定位接收机）来测量小区中正在进行呼叫的接收信号强度指示（RSSI）。定位接收机由MSC控制，用来监视相邻基站中有切换可能的移动用户的信号强度，并将RSSI值传给MSC，由MSC做出是否切换的决定。 第二代蜂窝系统中，切换的决定由移动台（MS）辅助完成。在MS辅助切换（MOHO）中，每个MS测量从周围基站中接收到的信号功率，并且将测量的结果连续地报告给为它服务的基站，当从一个相邻小区的基站中接收到的信号强度比当前基站高出一定的电平或是维持了一定的时间时，就准备进行切换。切换的测量由每个移动台来完成，因此MOHO方法比第一代的要快得多。,GSM系统,8.7 GSM的移动性管理,4. 切换时的信道分配 准则：优先切换 第二代蜂窝系统中，切换的决定由移动台（MS）辅助完成。在MS辅助切换（MOHO）中，每个MS测量从周围基站中接收到的信号功率，并且将测量的结果连续地报告给为它服务的基站，当从一个相邻小区的基站中接收到的信号强度比当前基站高出一定的电平或是维持了一定的时间时，就准备进行切换。切换的测量由每个移动台来完成，因此MOHO方法比第一代的要快得多。,GSM系统,8.7 GSM的移动性管理,5. 切换时出现的实际问题 问题一：移动速度变化范围太大，高速用户在小区之间的穿行会使MSC不堪重负。 解决办法： (1) 减小MSC介入切换的次数； (2)采用伞状小区方法，为高速移动的用户提供大面积的覆盖，同时为低速移动的用户提供小面积的覆盖。,GSM系统,8.7 GSM的移动性管理,5. 切换时出现的实际问题 问题一：移动速度变化范围太大，高速用户在小区之间的穿行会使MSC不堪重负。 解决办法： (1) 减小MSC介入切换的次数； (2)采用伞状小区方法，为高速移动的用户提供大面积的覆盖，同时为低速移动的用户提供小面积的覆盖。,GSM系统,8.7 GSM的移动性管理,三、漫游,GSM移动通信网中，移动用户由归属局(MSC-R)控制区进入被访局(MSC-V)控制区后，仍能获得移动业务服务的网络功能称为漫游。 漫游包括三个步骤：位置更新、呼叫转移、呼叫建立。,GSM系统,8.8 DCS1800系统简介,一、简介 1. 由GSM标准演变而来并且能与GSM900系统相兼容的微蜂窝系统。 2. DCS1800采用时分多址方式、移动台辅助切换、话音激活检测、非连续发射、跳频等技术，并与ISDN兼容，采用7号信令，提供国际漫游、用户身份鉴别等功能，其网络结构、语音编码、调制技术、信令等技术规范基本都与GSM900相同，但其网络能力又比GSM900有新的提高。,GSM系统,二、其网络能力与GSM900的比较 1. 无线发射频段：基站1805-1880MHz，移动台1710-1785MHz，双工间隔为95MHz，我国分配给DCS1800的无线发射频段为基站1805-1850MHz，移动台1710-1755MHz，为分配给GSM900的3倍 ； 2. 既能提供0.58km的宏小区服务，又能提供0.10.5km的微小区，甚至0.1km以下的微微小区服务，以满足高密度用户分布区域的网络设计； 3. 可与GSM系统重叠覆盖或部分重叠覆盖运行。,GSM系统,8.8 DCS1800系统简介,例： GSM900/DCS1800双频网络,GSM系统,宏小区,微小区,一般说来，宏小区运作于900MHz，用于处理快速移动提的话务量；微小区或微微小区运作于1800MHZ，用于处理移动速度较慢、较集中的话务量。