（通信与信息系统专业论文）基于gsm建立公众集群移动通信网（gsmt）的关键技术研究.pdf

北京交通大学硕士论文摘要 摘要 y 5 台 6 2 8 3 基于 g s m 建立公众集群移动通信网 ( g s m- t )是公众集群通信 新的发展方向，而语音组呼 ( v g c s ) 和广播 ( v b s )是实现 g s m - t 集群调度通信功能的关键技术，本论文抓住这个关键技术进行深入的 理论研究以及应用方案的探讨，指出语音组呼和广播通信业务完全可 以满足调度通信的要求，从而为g s m- t进一步的发展提供依据。 第一章引言概述了移动通信发展的历程和现状，着重说明了公众 集群移动通信网新的发展趋势 g s m- t ，给出了语音组呼和广播的基本 概念; 第二章介绍了g s m- t网络， 然后描述了语音组呼和广播呼叫业务 以及相关的规范，并说明其对g s m- t的影响; 第三章详细分析了语音组呼和广播通信的功能原理并着重说明其 中的关键技术; 第四章从协议的角度描述了语音组呼和广播呼叫的控制过程: 第五章介绍在移动终端上进行语音组呼和广播通信功能开发的方 法和控制程序流程设计; 第六章举例说明了在 g s m- t网络中应用语音组呼和广播通信的 具体方案; 第七章对全文进行总结， 提出本论文以后应继续研究的重点内容。 【 关键词】 g s m- t 公众集群移动通信网语音组呼语音广播 未 经作fi t 勿 全 文 公 布 导 帅间念 北京交通大学硕 1 : 论文abs tract abs tract e s t a b l i s h i n g t h e p u b l i c t r u n k e d mo b i l e c o m m u n i c a t i o n n e t w o r k b a s e d o n g s m i s a n e w d i r e c t i o n f o r d e v e l o p m e n t , w h ic h i s c a l l e d g s m- t . t h e v o i c e g r o u p c a l l s e r v i c e s ( v g c s ) a n d v o i c e b r o a d c a s t s e r v i c e s ( v b s ) s u p p o rt p o i n t t o m u l t i - p o i n t t r u n k e d c o m m u n ic a t i o n , t h u s a r e t h e k e y t e c h n o l o g y f o r f u t u r e a p p l i c a t i o n o f t h e g s m- t . t h i s d i s s e rt a t i o n g i v e s d e e p t h e o r e t i c a l l y r e s e a r c h t o s u c h k e y t e c h n o lo g y a n d a l s o d i s c u s s e s h o w t o p u t t h e m i n t o r e a l u s e . a s a c o n c l u s i o n , t h e v g c s a n d v b s s a t i s f y r e q u i r e m e n t o f t h e p u b l i c t r u n k e d mo b i l e c o m m u n i c a t i o n n e tw o r k , t h e r e f o r e t h e g s m - t s h o u l d h a v e a b r i g h t p r o s p e c t . t h e f i r s t c h a p t e r g i v e s a n o v e r v i e w o f t h e h i s t o ry f o r m o b i l e c o m m u n i c a t i o n , p o i n t i n g o u t t h e n e w d e v e l o p i n g t r e n d o f p u b l i c t r u n k e d mo b i l e c o m mu n i c a t i o n n e t w o r k , w h i c h i s g s m- t . i n t h e s e c o n d c h a p t e r , a r c h i t e c t u r e , f e a t u r e s a n d s e r v i c e s o f t h e g s m- t a r e in t r o d u c e d , p l u s d e s c r i p t i o n o f t h e v g c s a n d v b s , i n c l u d i n g t h e i r d e f i n i t i o n , r e l a t e d s p e c i f i c a t i o n s a n d in fl u e n c e t o t h e g s m- t . t h e t h i r d a n d t h e f o u rt h c h a p t e r g i v e a t h o r o u g h in s p e c t o f t h e v g c s a n d v b s p r i n c i p l e s , a n d d e s c r i b e t h e i r c o n t r o l l i n g p r o c e d u r e s i n c o n c e r n o f t h e p r o t o c o l t h e f i ft h c h a p t e r p r o v i d e s a n i n t r o d u c t i o n o n h o w t o d e v e l o p t h e vgcs a n d vbs fu n c t i o n s o n mo b i l e t e r mi n a l s . t h e s i x t h c h a p t e r d e m o n s t r a t e s a n e x a m p l e o f u s in g v g c s a n d v b s i n g s m- t a n d t h e l a s t c h a p t e r d r a w s a c o n c l u s i o n a n d p o i n t s o u t t h e f i e l d s f o r f u rt h e r s t u d y . i k e y wo r d s gs m- t p u b l i c t r u n k e d mo b i l e c o mmu n i c a t i o n ne t wo r k vg cs vbs 北京交通大学硕一 卜 论文第_奄 引言 第一章 引言 1 . 1 1 . 1 . 1 综述 移动通信的发展历程 移动通信是指通信双方或至少其中一方在运动状态中进行信息传 递的通信方式。 早在 2 0世纪 2 0年代初，美国底特律警察局第一次在汽车上使用 无线电台，开创移动通信的先例。这个时期移动通信主要应用于船舶、 飞机和汽车等专用和军事系统，使用的频段是短波，设备是电子管的， 采用人工交换和人工切换频率的控制和接续方式，其话音质量差，自 动化程度低。 从4 0 年代到6 0 年代， 移动通信主要使用 1 5 0 mh z v h f 频段和4 0 0 mh z频段，晶体管的出现使移动台向小型化方面前进了一大步。专用 无线电话系统大量涌现，广泛应用于公安、消防、出租汽车、新闻和 调度等方面。这个阶段的交换系统已由人工发展为用户直接拨号的专 用自 动交换系统。1 9 4 6年出现以基站为中心，覆盖半径为 70-801m 并能与市话网相连的大区制移动电话网。 随着集成电路技术、微型计算机和微处理器的发展以及美国贝尔 实验室推出的蜂窝组网理论的应用，在 1 9 7 9 年实现了小区制通信的模 拟蜂窝通信系统，世界各国的运营商开始向大众提供移动通信服务， 具有代表性的有美国的a mp s 、英国的t a c s 、北欧的n mt以及日 本 的 n a mt s等陆地移动电话系统，这些系统的主要技术是模拟调频和 频分多址，采用小区 ( 蜂窝) 结构， 使用频段为8 0 0 / 9 0 0 m h z ，也称作 第一代移动通信系统。 8 0 年代末期，由于数字技术的发展， 人们开始研制数字蜂窝系统， 采用的技术包括数字话音、 数字调制/ 解调、 信道编码与数字信号处理、 保密与认证等，并且采用了t d ma, c d ma多址接入技术，频谱资源 北京交通大学硕 卜 论文 第_帝 引台 利用率大为提高，系统容量成倍增长。国际上己经商用的系统包括日 本的j d c 、美国的d - a m p s 、 泛欧的g s m和英国的p c s 。与模拟系统 相比，这些系统更能满足大容量、高质量、智能化和综合化的要求， 因此叫做第二代移动通信系统，也是目前应用最广泛、用户数量最多 的移动通信系统。根据国际电联的统计，到2 0 0 2 年底，全世界移动电 话用户数己达到 1 1 4 3 6 4 . 7 2 万，占总电话用户数的5 1 %，已有 9 5 个国 家移动电话用户数超过固定电话用户数。其中中国移动电话用户增长 迅猛，截至 2 0 0 3 年 1 2月底，移动电话用户己达 2 6 8 6 9 . 3 万户，成为全 球最大的移动电话市场，移动通信网络的规模和用户总量均居世界第 为了提供更加丰富的个人移动业务尤其是数据业务， 1 9 8 5 年， i t u 开始规划工作于 2 g h z频段上的第三代移动通信系统，当时称为 f p l mt s ，即未来公用陆地移动通信系统，并于 1 9 % 年更名为 i mt 2 0 0 0 。 目 前比较成熟的无线传输技术候选方案有欧洲的wc d ma , 美国的c d ma 2 0 0 0以及中国提出的t d - s c d ma . 另一方面，为了满足某些特定的人群如企事业单位和公共服务部 门调度通信的需求，产生了另外一种移动通信技术，叫做专用移动通 信技术。它的起步相对要晚，是在早期的无线对讲系统上发展起来的， 进入8 0 年代之后才成为比较完整的体系。它采用多频道共享技术，具 备调度指挥和通信功能，可以实现全呼、组呼、选呼以及呼叫多优先 级等业务，也叫模拟集群移动通信系统。 9 0年代后，集群通信也从模拟向数字化迈进，发展成为数字集群 移动通信系统。其调制方式变成数字，多址方式由 f d ma 发展成 t d ma ， 通信业务由话音发展为数据和话音， 组网方式更加灵活， 并能 与公众电话网 p s t n 互联。目 前，主要的集群移动通信技术有泛欧的 t e t r a系统、mo t o r o l a的i d e n系统。 t e t r a是欧洲电信标准协会 ( e t s i ) 于 1 9 9 5 年确定的数字集群标 准，1 9 9 7年全面推广。可提供的业务有:全双工电话、电路方式的数 据、短数据报文、分组数据、群呼和组呼调度电话等。 i d e n是一个调度通信/ 双工电话组合系统。 它在传统的调度通信的 基础上，增加了交换功能，并采用小区复用蜂窝结构提高网络覆盖能 北京交通人学硕 卜 论文 第一章 引言 力，实现调度通信的漫游。可提供的业务有:调度通信、双工电话通 信、分组数据、电路数据、短消息等。 集群移动通信的最大特点是可以分组进行呼叫，实现调度指挥功 能，主要用于各种专用移动通信网络。这种网络通常由专业单位自 行 投资建设，面向本部门，以专业用户为服务对象，其目的是为内部工 作的需求向用户提供必要的电信服务，保证本部门的正常运转。但是， 由于建设这样的专用网络往往需要大量的投资，且运营维护费用也很 高，因此出现了一种面向为公众团体用户提供调度通信服务的移动通 信网络，叫做公众集群移动通信网。 1 . 1 . 2 公众集群移动通信网 公众集群移动通信网采用统一规划， 统一标准， 统一管理的方式进 行建设，可以避免人力、财力等资源的极大浪费，整合国家紧缺的频 率资源，面向社会各界包括政府机关、城市建设、市政管理、公用事 业、物流、快递、金融、安保、会展和物业等提供调度通信服务，其 主要特点为: ( 1 )共用频率统一指配频率，集中供各家共用，从而提高频 谱使用的效率: ( 2 )共用设施网络的控制中心和基站等基础设施为各用户共 同服务，大大降低网络建设投资; ( 3 )共享覆盖网络所覆盖的区域中各用户都可获得服务; ( 4 )共享业务可提供公共信息如交通状况、气象预报等为各 家服务; ( 5 )分担费用可以降低建网投资，节约运营维护人员，各用 户根据使用情况分担通信费用; ( 6 )改善服务集中加强网络管理、维修，提高服务质量，增 强系统功能。 公众集群移动通信网一般采用集群通信技术如t e t r a , i d e n等， 例如联通国脉为了满足上海地区集群用户的通信需求建立了 me n 公 众集群通信网。 北京交通人学硕 论文 第-帝 引言 但是，随着g s m技术的发展和进步，所提供的业务功能也更加丰 富，公众集群移动通信网的技术体制也出现了新的发展趋势，就是采 用 g s m技术。 这中间其实有着深刻的原因， 那就是各种移动通信技术 相互渗透融合，从而导致应用领域限制的减弱。 1 . 1 . 2 . 1技术相互渗透融合 首先，集群移动通信技术本身就大量的采用了g s m 网络的结构和 交换管理的思路， 例如t e t r a就借鉴g s m的概念， 采用t d ma多址 方式和类似的逻辑信道， 在网络结构中也有h l r nl r ， 至于信道共享、 与公众电话网的接续和频率复用等则几乎完全相同，它们之间的技术 界限十分模糊。而 g s m 通过引入支持集群通信的高级语音呼叫项目 ( a s c i ) ， 包括组呼、 广播呼叫、 多优先级和强拆等， 从而也具有了集 群调度通信的功能。这样，它不再是只服务于个体用户的通信技术， 而是兼具集群通信功能的综合通信技术。 1 . 1 .2 .2应用领域的限制减弱 随着各种移动通信技术上的相互融合， 应用领域的格局也开始发生 变化，原来传统意义上的限制逐渐减弱和消失。由于g s m跟目前的集 群通信技术如 丁 e t r a , me n 本来就没有什么本质上的区别，而且也 具备语音组呼、广播、多优先级等调度通信功能，因此开始应用于公 众集群移动通信网和专用网络。 g s m应用于专用网络的典型例子是g s m- r 。 它基于g s m 的技术 体制，增加了强大的专用移动通信的调度功能而构成一个综合的移动 通信系统，以满足铁路专用移动通信的要求。我国目前己经决定采用 g s m- r作为铁路专用移动通信系统的技术体制。 由于g s m通信技术在专用领域的成功应用， 我国也计划采用g s m 技术建立公众集群移动通信网并进行实验网的试验。 以上的发展趋势说明， 各种移动通信技术不存在绝对的界限， 不同 的应用领域可以根据实际的需求灵活的采用各种技术，只是根据服务 对象的不同，在具体的网络规划、系统配置、工程实施等方面进行相 应的设计，使其适合特定的应用要求。正是本着这种思路，我们采用 北京交通大学顾十论义第一章 引 含 g s m建立公众集群移动通信网也完全具有可行性和发展前景。 1 . 1 .3 g s m公众集群移动通信网 ( g s m- t ) 及其关键技术 g s m - t就是“ g s m f o r t r u n k i n g ， 是指在g s m技术的基础之上建 立公众集群移动通信网络。 这样可以充分利用 g s m 良 好的大范围网络 覆盖特性和强大的移动性管理等优点，为航空、航海，高速公路、旅 游及武警等部门提供统一、灵活的调度通信手段，发展前景十分广阔口 建立基于g s m的公众集群移动通信网 ( g s m- t )的关键是实现各 种集群调度通信的功能，尤其是语音组呼和广播， 它们在g s m标准中 被定 义为高 级语音呼叫 项目 即a s c i ( a d v a n c e d s p e e c h c a l l i t e m ) : 1 ,语音组呼 语 音组呼业务( v o i c e g r o u p c a l l s e r v i c e , v g c s ) 是一种多 个用 户 以半双工模式进行相互通话的语音通信方式，这些用户同在一组，其 中一 人讲话，多方聆听。在通话过程中，如果讲话的用户停止讲话， 则其他组成员可以使用p t t来申请讲话。 语音组呼业务突破了g s m网 络点对点通信的局限性，能够以简捷的方式建立组呼叫，实现调度指 挥、紧急通知等特定功能。 2 、语音广播呼叫 语音广播业务 ( v o i c e b roa d c a s t s e r v i c e v b s )同组呼十分相似， 只是它工作于单工模式下，讲话者不能像组呼一样进行角色转换，就 是说，只有发起者可以讲话。其他组成员只能接听，因而可以看作是 v g c s 的最简单形式。语音广播呼叫也提供了点对多点呼叫的能力。 语音组呼和广播呼叫是g s m p h a s e 2 标准中新引入的实现点对多 点语音通信的业务，由于它可以实现一呼百应的功能，便于群体用户 的集中控制，并且具备移动通信灵活便捷的优点，从而满足调度指挥 以及应急通信群防联动的需求，是建立g s m- t的关键技术， 本论文主 要对这个技术进行研究。 北京交通人学硕 论文第一章 引舌 1 . 2本课题研究的意义 一直以来，公众集群移动通信网的技术体制局限于传统的集群技 术如 t e t r a和 me n，而随着 g s m 推出语音组呼和广播呼叫的通信 业务，从而也具备了调度通信的功能，不再仅对个体用户服务，向着 综合化的通信技术发展， 其应用领域也相应扩展， 建立 g s m 公众集群 移动通信网络 ( g s m- t ) 成为新的发展方向。 正是在这样的背景之下，g s m 的组呼和广播呼叫集群通信技术将 直接关系到g s m- t的应用前景， 并且深刻影响公众集群移动通信技术 体制的发展方向。 本论文深入研究了g s m 实现语音组呼和广播通信的 这个关键技术， 并探讨了应用方案的规划，为推动g s m- t的进一步发 展提供依据。 1 . 3本论文的主要工作与贡献 本论文主要研究了g s m- t的关键技术即语音组呼和广播呼叫， 着 重分析了它们的功能原理、实现方式，并提出了应用的实施方案。具 体工作包括; 深入分析g s m实现语音组呼和广播呼叫的原理及相关规范 研究组呼和广播呼叫的控制协议 进行移动终端组呼和广播呼叫功能的开发 分析了语音组呼和广播在 g s m- t网络中的应用方案 分析了组呼和广播呼叫技术的发展 通过以上问题的讨论分析，本论文主要在以下几个方面对该课题 的发展做出了贡献: 指出采用g s m技术是公众集群移动通信网发展的新方向 详细得出g s m组呼及广播呼叫的原理及协议控制过程 研究得出进行移动台组呼和广播呼叫功能开发的方法技巧 提出在g s m- t中组呼和广播呼叫的应用方案规划 北京交通大学6 y 十论文第二童 g s m- t公众生群移动通信网及语音组呼和广播业务 第二章g s m- t公众集群移动通信网及语音组呼 和广播业务 本章系统的介绍了 在g s m通信技术体系下发展起来的g s m - t公 众集群移动通信网，包括系统组成、功能业务、接口协议、主要的管 理功能以及s i m卡等方面，然后描述其实现调度通信的关键技术，包 括语音组呼 ( v g c s )和广播呼叫 ( v b s ) ，给出该业务的定义，说明 相关标准、规范化过程以及对g s m- t网络产生的影响。 2 . 1 g s m概述 g s m全称是g l o b a l s y s t e m f o r m o b i l e c o m m u n i c a t i o n ， 意为 全球移 动通信系统。1 9 8 2 年，欧洲邮电管理委员会 ( c e p t )成立了一个新的 标准化实体 g s m ( g r o u p s p e c i a l m o b i l e ) ，目 的是指定欧洲 9 0 0 m h z 数字t d ma蜂窝移动通信系统的技术规范。1 9 8 8 年，欧洲电信标准委 员会 ( e t s i ) 成立，1 8 个欧洲国家达成 g s m谅解备忘录 ( mo u ) ，承 诺实施g s m规范，建立泛欧统一的数字蜂窝移动通信系统。1 9 9 0 年， g s m 第一期规范确定，系统试运行。1 9 9 1 年底，g s m系统在欧洲开 通运行。1 9 9 2 年，g s m系统重新命名为全球移动通信系统。 目 前，世界上已 经有一百多个运营商在使用g s m系统。g s m全 球贸易组织 ( g s ma)发布消息称，截止到2 0 0 3 年底，全球 g s m用 户己 经突破1 0 亿。并且在所有g s m运营商中，中国移动的客户数超 过 1 . 7 7 亿，成为世界上客户规模、网络容量最大的移动通信运营商。 g s m蜂窝移动通信系统是完全按照欧洲通信标准化委员会( e t s d 制定的g s m规范研制而成的， 它是一种典型的开放式结构， 具有以下 主要特点: ( 1 ) g s m系统由几个分系统组成， 各分系统之间都有定义明确且 详细的标准化接口方案， 以保证任何厂商提供的g s m系统设备可以互 北京交通大学硕士论文第二簪g s m t 公众集群移动通信网及语音组呼和广播业务 联。同时，g s m 系统与其它各种公众通信网之间也都定义了标准的接 口规范，使g s m 系统可以与各种公用网实现互联互通； ( 2 ) g s m 系统除了可以开放基本的话音业务外，还可以开放各种 承载业务、补充业务以及与i s d n 相关的各种业务； ( 3 ) g s m 系统采用f d m 觚d m a 及跳频的复用方式，同时具有 灵活方便的组网结构，可满足用户的不同容量需求； ( 4 ) g s m 系统具有鉴权和加密功能，确保用户和网络的安全； ( 5 ) 抗干扰能力较强，系统的通信质量较高。 2 2g s m t 公众集群移动通信网 g s m - t 是g s mf o rt r u n k i n g 的缩写，也就是应用于公众集群的移 动通信网，它以g s m 的基本结构和电信业务为基础，针对调度指挥的 特殊功能需要而设计，为公众事业的管理、企事业单位的协调合作、 大型活动的组织指挥等提供服务。 g s m t 提供g s m 所支持的所有业务，包括a s i c ( 高级语音呼叫 项目) 功能，也即话音组呼( v g c s ) 、话音广播呼叫( v b s ) 和增强 多优先级与强占( e m l p p ) 。并且，在g s m 的基础设施及其提供的电 信业务之上，g s m t 还可以针对集群调度的应用进行增强功能的二次 开发，例如功能寻址、功能号表示以及基于位置的寻址等。图2 - 1 为 g s m t 的系统功能模型。 二巫二 困 亘 幽2 - 1g s m t 系统功能模型 由图中可以看出，g s m t 的应用服务完全是在g s m 移动通信技 术体系之上实现的，g s m 所提供的业务和功能是实现g s m t 系统功 能的基础。尤其是其中的a s c i 特性实现了组呼和语音广播等点对多点 e 寐交通大学硕i 论文 第一章g s m t 公众集群移动通信网及语音组呼和广播业务 语音通信功能，能够满足公众调度指挥的需求，是g s m t 推广应用的 根基和关键。 阻下从系统组成、功能业务、接口协议和用户终端等几个方面对 g s m t 进行介绍。 2 2 1g s m t 系统的组成 g s m t 系统的组成与g s m 系统十分类似，如图2 2 所示。同时为 了增强集群调度的通信功能，g s m t 还可以增加一些附加的功能节点， 例如用于功能寻址的寄存器f f n 和用于高优先级呼叫确认的a c 等， 这些都是服务于集群调度特殊功能需求的设备。 图2 - 2 g s m - t 系统组成 b t s 基站收发信机s m s c 短消息中心m s c 移动交换中心 b s c基站控制器h l r 归属位置寄存器p s t n公众电话交换网 a u c认证中心v l r 访问位置寄存器 i s d n 综合业务数字网 e i r 设备标识寄存器p l m n 公众陆地移动网g c r组呼寄存器 g s m - t 系统包括交换子系统( s s s ) 、基站子系统( b s s ) 、移动终 端( m t ) 、运j 亍维护子系统( o m s ) 、计费子系统( c a s s ) 和调度应 北京交通大学徊。i ：论文第二章g s m t 公众集群移动通信嘲驶语青纽呼和广播业务 用子系统( d a s s ) ，下面分别说明。 2 2 1 1 、交换子系统( s s s ) 交换子系统由下列网络成员组成：移动业务交换中心( m s c ) ，访 问位置寄存器( v l r ) ，归属位置寄存器( h l r ) ，认证中心( a u c ) ， 设备识别寄存器( e i r ) 和组呼寄存器( g c r ) 。 交换子系统提供所有的交换功能，包括专用于移动台的功能， g s m t 网络独立运行时所必需的固定网络功能，以及g s m t 网络与 固定网络或另外的无线网络互联互通时所需要的功能。另外，它也能 够在其它交换节点之间，起着信令传送点( s t p ) 的作用。 交换子系统中的组呼寄存器( g c r ) 是g s m t 为了支持语音组呼 和广播通信业务而增加的新数据库，用来存储与语音组呼和广播呼叫 相关的数据和属性。 2 2 1 2 、基站子系统( b s s ) 基站子系统( b s s ) 提供必要的发送和控制功能，用于服务区域的 电波覆盖。它由基站控制器( b s c ) 、基站收发信机( b t s ) 组成。 2 2 1 3 、移动终端( m t ) 移动终端是用户使用的设备，在g s m t 系统中，物理设备与移动 用户是相互独立的，也就是说，用户的所有信息都存储在s i m 卡( 用 户识别卡) 上，系统中的任何一个移动台都可以利用s i m 卡来识别移 动用户。 2 2 14 运行与维护子系统( o m s ) 该子系统用于远程和本地管理g s m t 网络的b s s 和n s s ，以及记 录g s m t 的系统性能信息。o m s 包括无线网络管理子系统( o m c r ) 和交换网络管理子系统( o m c s ) 。 2 2 15 计费子系统( c a s s ) 计费子系统负责计算单个用户的通信费用以及集团用户的租用费 等。 o 汜京交通大学顺l 论立第一二章g s m t 公乐集群移动通信网及语音组呼和广播业务 2 2 1 6 、调度应用子系统( d a s s ) 调度应用子系统出调度应用服务器和调度台组成，采用客户一服务器 结构。调度服务器和m s c 相连，负责各个调度台的接入、认证等：调 度台则通过专用线路或者公共网络接入到服务器上并提供人机接口， 调度员可咀进行各种操作包括单呼、组呼、紧急呼叫和数据通信，并 且可以对管辖的用户进行分组、授权、监视以及记录查询。此外，用 户也可以将自己特殊的应用集成到调度台中，实现各种定制业务。 2 2 2g s m t 系统的业务 g s m t 所提供的基本业务和g s m 相同，分为承载业务和终端业务。 随着用户需求的发展，标准化组织对基本的电信业务进行修改和补充， 从而形成补充业务。 g s m t 提供的终端业务主要有点对点语音通话业务、短消息业务 ( s m s ) 、传真业务、语音组呼业务和语音广播业务，其中组呼业务和 广播业务是g s m t 系统实现集群功能的关键业务， 2 2 3g s m t 系统的接口与协议 g s m t 系统是由多个功能单元通过接口互联构成的，接口就是各 组成单元之间物理上和逻辑上遵守相应协议的连接。g s m t 系统的主 要接口包括：a 接口、a b i s 接口和无线( u r n ) 接口，如图2 3 所示： u m 接口 r l i 。一! a b i s 接口a 接口 圈 圈 困 移功台( m s ) i 基站子系统( b s s ) 变换于系统( s s s ) 图2 - 3g s m t 系统的主要接口 a 接口定义为交换子系统( s s s ) 与基站子系统( b s s ) 之间的通 比 京交通大学硕 f 一 论文第二章 g s m 一 丁公众集群移动通信网及语音 组呼和广播业务 2 . 2 . 1 . 6 、调度应用子系统 ( d a s s ) 调度应用子系统由调度应用服务器和调度台组成， 采用客户一 服务器 结构。调度服务器和 ms c相连，负责各个调度台的接入、认证等:调 度台则通过专用线路或者公共网络接入到服务器上，并提供人机接口， 调度员可以进行各种操作包括单呼、组呼、紧急呼叫和数据通信，并 且可以对管辖的用户进行分组、授权、监视以及记录查询。此外，用 户也可以将自己特殊的应用集成到调度台中，实现各种定制业务。 2 . 2 . 2 g s m- t系统的业务 g s m- t 所提供的基本业务和g s m相同， 分为承载业务和终端业务。 随着用户需求的发展，标准化组织对基本的电信业务进行修改和补充， 从而形成补充业务。 g s m- t提供的终端业务主要有点对点语音通话业务、短消息业务 ( s ms ) 、传真业务、语音组呼业务和语音广播业务，其中组呼业务和 广播业务是g s m- t系统实现集群功能的关键业务， 2 .2 .3 g s m- t系统的接口与协议 g s m- t系统是由多个功能单元通过接口 互联构成的，接口 就是各 组成单元之间物理上和逻辑上遵守相应协议的连接。g s m- t系统的主 要接口包括:a接口、 a b i s 接口和无线 ( u m)接口，如图2 - 3 所示: u m接口a b i s 接口a接口 图2 - 3 g s m- t系统的主要接口 a接口定义为交换子系统 ( s s s )与基站子系统 ( b s s )之间的通 北京交通大学硕 1 论文第二章 g s m - t公众集群移动通信网及it, 音组呼和广播业务 信接口，从系统的功能实体来说，就是移动业务交换中心 ( ms c )与 基站控制器 ( b s c )之间的互连接口，其物理链接通过采用标准的 2 . 0 4 8 m b / s p c m数字传输链路来实现。 此接口传递的信息包括移动台管 理、基站管理、移动性管理、接续管理等。 a b i s 接口定义为基站子系统的两个功能实体基站控制器 ( b s c ) 和 基站收发信台 ( b t s )之间的通信接口，物理链接通过采用标准的 2 .0 4 8 mb / s 或6 4 k b i c / s p c m数字传输链路来实现。 此接口支持所有向用 户提供的服务，并支持对b t s无线设备的控制和无线频率的分配。 u m接口 ( 空中接口)定义为移动台与基站收发信台 ( b t s )之间 的通信接口，用于移动台与 g s m- t系统的固定部分之间的互通，其物 理链接通过无线链路实现。此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。 协议是各功能实体间的共同语言，通过各个接口传递有关的信息， 为完成 g s m- t系统的全部通信和管理功能建立起有效的信息传送通 道。g s m- t系统各接口采用符合开放系统互连 ( o s i )参考模型的分 层协议结构，分层的目的是隔离各层信令协议的功能，使得每层协议 在明确的服务接入点对上层提供特定的通信服务。以下着重介绍 g s m- t空中接口。 2 .2 . 3 . 1空中 接口 协议体系 空中接口是无线通信的核心问题之一， 它主要研究在各种无线环境 条件下，如何在移动用户和固定网络之间有效地传输各种速率的业务， 以实现高的用户容量和频谱效率以及业务质量。空中接口上的协议对 应于o s i 模型的低三层，分为物理层、 数据链路层和网络层，如图2 - 4 所示。 ( 1 )第一层:物理层 这是无线接口的最低层， 提供传送比特流所需的物理链路， 它规定 无线电参数，如频率、功率、调制解调等。 ( 2 )第二层:数据链路层 这一层的主要目的是在移动台和基站之间建立可靠的专用数据链 路，其协议是l a p d m，主要功能是规定帧格式、纠错编码和交织等。 北京交通大学硕十论文第_章 g s m 一 丁公众集群移动通信网及语音 组呼和广播业务 ( 3 )第三层:网络层 n3r 连接; t 理c m 移动性管理m m 无线资源管理 r r 二二1 二 二 二仁二，卫 巴 巴 ，公二翻二 刁 第 2尼 =l ap d m逻翅信透 a p c ha g c h 歹一 py acch y 目 c- c- 第 ，层物理信道 ( 举例) t c 1 1! s a c c h t c1 3 价 ! t c 2 4i d l e 图2 一 空中接口协议 这是实际负责控制和管理的协议层， 它规定用于链路控制、 呼叫控 制、附加业务、短消息业务和移动性管理的各种功能。包括三个基本 子层:无线资源管理 ( r r ) 、 移动性管理 ( m m ) 和连接管理 ( c m) . 2 . 2 .3 . 2 物理信道和逻辑信道 1 、物理信道 g s m- t的多址方式为时分多址 ( t d ma ) 和频分多址 ( f d ma) 相 结合的方式，物理信道是指频率和时间域上的时一 频隙，载波间隔为 2 0 0 k h z ，每个载波有8 个基本的物理信道。 2 、逻辑信道 逻辑信道采用时分复用的方式， 不同的逻辑信道用于基站和移动台 间传送不同类型的信息。逻辑信道分为业务信道 ( t c h )和控制信道 ( c c h)两大类。 ( 1 )业务信道 业务信道是用于传送用户的话音和数据业务的信道， 按照交换方式 北京交通大学硕士论文第二章 g s m - t公众集群移动通信网及语音组呼和广播业务 可分为电路交换信道和分组交换信道，按照传输速率可分为全速率信 道和半速率信道。 ( 2 )控制信道 拉制信道( c c h ) 专用控制信道 ( o c c h ) 公共控制信道 ( c c c h) 广播信道 ( b c h ) s dcch i i ac ch 旧chm ch b cc h i i s ch p achi agch f ac ch i i s a c chs ych i i f cch 图2 - 5控制信道的类型 控制信道是用于传送信令信息和短的分组数据的信道。 根据信道的 功能不同， 控制信道可分为公共控制信道、专用控制信道和广播信道， 图2 - 5 示出了控制信道的类型。 . 广播信道 ( b c h) 广播信道是从基站到移动台的单向信道，包括频率校正信道 ( f c c h) 、同步信道 ( s y c h)和广播控制信道 ( b c c h) o . 公共控制信道 ( c c c h) 公共控制信道是基站与移动台间一点对多点的双向信道， 包括接 入许可信道 ( a g c h) 、寻呼信道 ( p a c h ) , 通知信道 ( n c h) 、小区 广播控制信道 ( c b c h ) 和随机接人信道 ( r a c h) ， 这些信道不是供 一个 ms 专用的， 而是面向这个小区内所有的移动台。 在下行方向上， 由p c h , a g c h和c b c h来广播寻呼请求、专用信道的指配和广播 短消息;在上行方向上由 r a c h信道来传达移动台请求专用信道的 消息。 其中n c h是c c c h为广播语音组呼和广播呼叫通知消息所保 留的下行信道部分。 . 专用控制信道 ( d c c h) 北京交通人学p p _ 论文第_章 g s m - t公众集群移动通信网及语音 组呼和 广播业务 专用控制信道是基站与移动台间的点对点的双向信道。 它包括独 立专用信道 ( s d c c h) 、慢速随路控制信道 ( s a c c h )和快速随路 控制信道 f a c c h ) ，这些信道都用于某个专门的移动台。 2 . 2 . 4 g s m- t的管理功能 2 .2 .4 . 1用户数据管理 用户数据是指与用户有关的信息，包括业务提供，身份识别，鉴 权，呼叫处理，操作和维护等。用户数据按照用途可以分为两类:主 要用于管理的永久数据和主要用于操作的临时数据。 在 g s m- t网络中，用户数据的主要载体是 h l r , v l r , a u c和 e i r四大数据库。 h l r主要存储永久用户信息和与之相关的临时信息; v l r主要存储呼叫处理和与位置有关的临时信息; 在鉴权中心 ( a u c ) 中存储的是用户鉴权和加密参数等;e i r中存储移动设备信息。 另外，为支持语音组呼和广播业务而引入的组呼寄存器 ( g c r) 也可以作为用户数据的存储单元，它主要存储语音组呼和语音广播的 配置和呼叫建立信息。 2 . 2 . 4 . 2无线资源管理 无线资源管理 ( r r )的目的是建立、维护和释放网络和 ms之间 点到点的无线链路。它主要包括小区选择和重选、功率控制等过程。 小区选择/ 重选过程是指处于空闲模式的移动台选择网络中合适的 小区，记 录网络发出的数据，做好接入网络的准备并把自己的移动情 况报告给网络的过程。一旦移动台选择了某个小区作为服务小区，就 可以在该小区上与网络进行通信。小区选择是移动台在刚开机时进行 的过程，而小区重选是在移动台已经选择了小区后进行的过程。 由于增加了语音组呼和广播业务，无线资源管理还要包括接收组 呼和广播呼叫信道、 组接收模式下ms的自 动小区重选、 抢占和释放语 音组呼上行信道等功能。 r r向上层提供的业务有空闲模式、专用模式、组接收和组发送模 式。其中空闲模式下没有为ms 分配任何专用信道，不存在无线连接; 北京交通大学硕 卜 论文 第二章 g s m一 丁公众集群移动通信网及语音组呼和广播业务 而专用模式下为 ms至少分配两个专用信道， 存在物理上点对点的双向 连接。 至于组接收模式和组发送模式只适用于具有语音组呼或广播功能 的移动台。在组接收模式下，没有为ms 分配与网络连接的专用信道， 它接收分配给小区的语音广播信道或者语音组呼信道下行链路的消 息;而在组发送模式下，为语音组呼的ms分配两个专用信道。 2 .2 .4 .3 移动 性管 理 移动性管理 ( mm)的主要功能是支持用户终端的移动性，例如向 网络通知它当前的位置和为用户提供身份验证，包括位置更新、越区 切换和漫游、t ms i 重新分配、i ms i 附着和分离以及鉴权加密等过程。 1 、位置更新 为了确认移动台的位置， 每个g s m- t的覆盖区都被分为许多个位 置区，一个位置区可以包含一个或多个小区。网络将存储每个移动台 的位置区，并作为将来寻呼该移动台的位置信息。当移动台从一个位 置区移到另一位置区时，必须在新的位置区进行登记，也就是说一旦 移动台发现其存储器中的位置区识别码 ( l a i ) 与接收到的当前小区的 l a i发生了变化，就必须通知网络来更改它所存储的移动台的位置信 息，这个过程就叫位置更新。 根据网络对位置更新的标识不同，位置更新可分为三种:常规位 置更新、周期性位置更新和 i ms i 附着。常规更新过程是用来对ms 在 网络中实际位置区域注册的更新;周期性位置可以用做移动台向网络 实时的周期性通知:i ms i附着过程对应于用户开机，它向网络指示 i ms i 己经激活。 2 、越区切换 越区切换是指移动台在呼叫进行中，从一个服务小区移动到另一 个服务小区时，维持呼叫继续进行的过程。 切换的产生是 b t s首先要通知 ms对其周围小区的有关信息及 b c c h载频、信号强度进行测量，同时还要测量它所占用的t c h的信 号强度和传输质量，再将测量结果发送给 b s c , b s c将这些信息和周 围小区进行比较，并决定是否需要切换。另外，b s c还要判断在什么 北京交通大学r ay ; : 论文第二章 g s m - t公众集群移动通信网及语音组呼和广播业务 时候进行切换以及切换到哪个b t s o 由于语音组呼和广播通信业务的引进， 越区切换还要考虑在组呼和 广播呼叫情况下进行的切换过程，这将在下一章详细讨论。 2 . 2 . 4 . 4连接管理 连接管理功能 ( c m)是 g s m- t协议模型中最高层的管理功能， 主要提供呼叫及短消息的连接管理。它包括几个独立的协议实体，如 1呼叫控制 ( c c ) 、补充业务 ( s s )和短消息 ( s ms ) 。另外还包括组呼 和广播呼叫控制 ( g c c和 b c c ) ，这是连接管理新增加的子层，用来 支持语音组呼和广播呼叫业务。 2 . 2 . 4 .5安全管理 移动通信中最重要的通路是空中接口，由 于它的开放性使g s m - t 系统的安全性管理功能显得尤为重要。g s m- t系统在安全性管理方面