第01讲GSM移动通信基础Y.ppt

GSM移动通信概述 用户需求 竞争加剧 技术发展 GSM概述与发展简史 移动通信是指通信双方或至少一方是处于移动中进行信息交流的通信 移动体之间的通信只能依靠无线电传输 那什么是无线通信呢 无线通信指利用电磁波的辐射和传播 经过空间传送信息的通信方式 电磁波是它的载体 电磁波频段与波段 C L F GSM概述与发展简史 移动通信并不是一项很新的技术 但却是一项正在急剧发展的技术 20年代开始在军事及某些特殊领域使用 美国警察的车载无线电系统 40年代才逐步向民用扩展 美国所建第一个公用汽车电话网 移动通信经历了由模拟通信向数字化通信的发展过程 目前 比较成熟的数字移动通信制式主要有泛欧的GSM 美国的ADC和日本的JDC 现改称PDC GSM概述与发展简史 1982年 欧洲邮电行政大会CEPT设立了 移动通信特别小组 即GSM 以开发第二代移动通信系统为目标 1986年 在巴黎 对欧洲各国经大量研究和实验后所提出的八个建议系统进行现场试验 1987年 GSM成员国经现场测试和论证比较 就数字系统采用窄带时分多址TDMA 规则脉冲激励长期预测 RPE LTP 话音编码和高斯滤波最小频移键控 GMSK 调制方式达成一致意见 其中 GSM的发展历程如下 GSM概述与发展简史 已有109个国家239个运营者运营着超过4400万用户的GSM网络 1988年 十八个欧洲国家达成GSM谅解备忘录 MOU 1989年 GSM标准生效 GSM系统正式在欧洲问世 网路开通运行 移动通信跨入第二代 1991年 1992年 系统命名为 GlobalSystemforMobile 全球通 组织机构 SpecialMobileGroup 1993年 PhaseII规范 1994年 全世界范围运行 1995年 DCS1800商业运行 1996年 引入微蜂窝的技术 GSM900 1800双网运行 1997年 GSM概述与发展简史 1993年我国首先在浙江嘉兴建立了GSM实验网目前有中国移动与中国联通两家运营商中国电信也在积极酝酿进入移动领域截止99年底中国移动用户数已达5000万 中国联通超过400万 年增长率99 以上神州行与如意通移动用户快速增长截止99年8月中国移动已覆盖全国31个省区的308个地市和1856个县市 全国交通干线实现无缝覆盖 地市覆盖率为91 县市覆盖率为86 在我国 GSM概述与发展简史 1G 2G 3G 2 5G 80s初 80s末 96年 2002年 无线通信系统 时间 GSMPDCD AMPS W CDMACDMA2000TD SCDMA AMPSTACSNMTNTT GPRS 无线通信在今天的发展 GSM概述与发展简史 GPRS GeneralPacketRadioService 是GSM网络过渡3G 第三代移动通讯 的第一步 能够将数据传送由今天9 6Kbps的速率逐步提升到每秒115Kbps的速度 它还不是真正的第三代移动通信系统 第三代移动通信技术 GSM系列 GSM概述与发展简史 GPRS的特点 GSM概述与发展简史 GPRS向用户提供从9 6kbps到多于150kbps的接入速率 GPRS支持多用户共享一个信道的机制 每个时隙允许最多8个用户共享 提高了无线信道的利用率在技术上提供了按数据量计费的可能GPRS支持一个用户占用多个信道 提供较高的接入速率GPRS是移动网和IP网的结合 可提供固定IP网支持的所有业务 计费合理 GPRS可以采用以所传输的数据量为依据的计费方法覆盖广泛 依靠GSM广泛的覆盖 GPRS向用户提供无处不在的业务业务丰富 GPRS可向用户提供固定IP网可以提供的所有业务性能优越 GPRS支持更高的接入速率 更短的建立时间 可提供更多更优质的增值业务可提高无线资源的利用率运营商将从IP业务的迅猛发展中得到更多的商机 GPRS对于运营商 GPRS对于用户 GSM概述与发展简史 EDGE令网络容量及数据传送比GPRS更快 足有283Kbps 网络商只需在软硬件上作出少许相应改动 便可继续沿用现有GSM系统 去支持移动多媒体服务 完全符合低成本高效益的理念 能够与日后WCDMA制式共存 由GSM网络核心繁衍而来的WCDMA 数据传送可达到每秒2Mbit 室内 及384Kbps 移动空间 的速率 采用5MHz 区别于窄带200KHz 的宽频网络 WCDMA WidebandCodeDivisionMultipleAccess EDGE EnhancedDataRatesforGlobalEvolution GSM概述与发展简史 GSM系统的基本特点 GSM由几个系统组成 GSM各分系统之间 与各公用通信网之间都有明确且详细的接口方案 除语音业务之处 还可以开放各种承载业务 补充业务及与ISDN相关的各种业务 GSM系统采用FDMA TDMA及跳频的利用方式 频率重复利用率较高 灵活的组网结构可以满足不同容量的需求 较强的鉴权和加密功能 能确保用户和网络的安全 GSM系统的软抗干扰能力较强 通信质量较高 OSS 操作支持子系统BSS 基站子系统NSS 网络子系统NMC 网络管理中心DPPS 数据后处理系统SEMC 安全性管理中心OMC 操作维护中心PCS 用户识别卡个人化中心MSC 移动业务交换中心VLR 来访用户位置寄存器HLR 归属用户位置寄存器AUC 鉴权中心EIR 移动设备识别寄存器BSC 基站控制器BTS 基站收发信台PDN 公用数据网PSTN 公用电话网ISDN 综合业务数字网MS 移动台 GSM系统组成 T AUC BGW SMS GMSCSMS IWMSC EIR SC MSC GMSC BSC BTS MS HLR VLR GPRS GGSN BSS SS SGSN IPNetwork OSS InformationTransmission CallConnectionandInformation CME20系统的结构图 固定电话网 综合业务数字网 公共陆地移动通信网 GPRS业务支持节点 通用无线分组业务 短信网关 交换网络子系统 鉴权中心 短信中心 无线基站子系统 手机 SIM卡 移动台 无线基站 基站控制器 移动业务交换中心 MSC关口局 归属位置寄存器 设备识别寄存器 拜访位置寄存器 操作维护子系统 PSTN ISDN PLMN GPRS网关业务支持节点 计费网关 一 交换系统 SS SS是整个移动网的控制中心 与公网中的电话交换设备功能类似 具有话务控制 号码分析 计费 呼叫统计等功能 另外它还具有实现数据业务的功能 交换系统包括下列功能单元 移动业务交换中心 MSC 拜访位置寄存器 VLR 归属位置寄存器 HLR 鉴权中心 AUC 设备识别寄存器 EIR 短信息服务中心 SC 操作维护中心 OMC GSM协调工作单元 GIWU 1 MSC是GSM网络的核心部分 是对位于其覆盖区域中的MS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 MSC有如下功能 提供交换功能 完成MS寻呼接入 信道分配 呼叫接续 话务量控制 计费 多个BSC的管理功能 完成BSS MSC之间的切换和辅助性的无线资源管理RR 移动性管理MM 完成MS位置更新 越区切换 自动漫游 合法性检验 频道转接及补充业务等功能 与VLR HLR GMSC DT GIWU SMS GMSC SMS IWMSC SGSN GS 通信 2 HLR和VLR HLR和VLR是与呼叫建立密切相关的两个数据库 HLR是一个静态数据库 用于储存本地用户的资料信息 即运营商管理移动用户呼叫资料的数据库 当用户购买移动号码SIM卡时 号码将被登记在该网络的HLR中 HLR与各营业点的终端相连 它储存两类数据 一是用户的参数 包括 MSISDN IMSI 用户类别 Ki 补充业务及用户的三参数组等参数 二是用户的位置信息 该MS目前处于哪个MSC VLR中 即MSC VLR地址 HLR可与MSC合设 也可单独设置 VLR用于寄存所有进入本交换机服务区域用户的信息 VLR看成是分布的HLR VLR与MSC配对合置于一个物理实体中 原因是每次呼叫 它们之间都会有大量的信令传递 若分开 信令链路负荷大 所以将MSC与VLR做成内部接口 VLR中也寄存两类信息 一是本交换区用户参数 该参数是从HLR中获得的 二是本交换区MS的LAI 3 AUC与EIR也是数据库 但与呼叫的建立无关 AUC是向HLR提供出于安全原因而使用的鉴权参数和密钥 AUC是由计算机系统来实现的 EIR用来检验设备的合法性 可以禁止末经批准的话机设备使用 它内存三种名单 白名单 合法设备黑名单 非法设备灰名单 故障设备 4 GMSC称为入口移动交换局或称关口局 GMSC可以是任意的MSC 也可以单独设置 单独设置时 不处理MS的呼叫 因此不需设VLR 不与BSC相连 二 基站系统 BSS 1 基站控制器 BSC 处理与MS的连接 通过分配逻辑信道来实现 小区数据的管理 无线信道的管理 分配 监视 释放 传输网络的管理 基站的操作与维护 定位与切换 话音编码与速率适配 话务的集中与扩散2 基站 BTS BTS用来提供移动台与系统的无线接口 主要由无线收发信机组构成 无线的传输 无线和有线的转换 无线信道处理 发射 接收和跳频 测量服务小区的SS和BER TA 三 操作子系统 OSS OMC 1 OSS系统的作用蜂窝数字移动通信系统是一个由软硬件构成的复杂系统 用户和网络设备都在不断变化 为进行有效的管理 必须有一个操作维护中心 它主要是对整个GSM网络进行管理和监控 2 OSS的功能提供一个集中的 方便的控制平台 用于小区设计 系统扩展及操作维护 保证高质量的服务 提高操作维护和管理的效率 其功能如下 1 配置管理2 故障管理3 性能管理4 用户和网络管理 蜂窝网络的管理 CNA 和用户签约管理 MSA 四 MS 组成 MS SIM MEMS的功能 完成话音编码 信道编码 信息加密 信息的调制和解调 信息的发射和接收 测量服务小区的SS和BER 测量相邻小区BCCH载波的SS SIM中存有 固定信息 用户的签约信息 A3 A8 临时信息 LAI 没有SIM卡 MS不能接入GSM网络 但是当用于紧急业务时除外 ME是用户设备 手机 防失窃系统配置了EIR 用户权与用户设备是分开的 用户设备只是一台有权收发信机 SIM卡由运营商进行管理 而设备终端则是用户自行选择 GSM系统提供的业务可分为三大类 承载业务 BEARSERVICES 电信业务 TELESERVICES 附加业务 SUPPLEMENTARYSERVICES 其中承载业务和电信业务也叫作基本电信业务 BASICTELECOMMUNICATIONSERVICES 附加业务可以分为GSM附加业务 GSMBASICTELECOMMUNICATIONSERVICES 和非GSM附加业务 NON GSMBASICTELECOMMUNICATIONSERVICES GSM系统的业务 承载业务是为了提供数据传送的纯传输业务 它提供GSM网络和其他网络之间的低层交换功能 ETSI为GSM定义的承载业务有 DataCDA circuitduplexasynchronous数据电路双工异步传送异步传送速率 300 9600bpsDataCDS circuitduplexsynchronous数据电路双工同步传送同步传送速率 1200 9600bps GSM系统的业务 GSM承载业务bearservices PADCDA packetassembler disassemblerdedicatedPADaccess消息包异步传送速率 300 9600bpsAlternatespeech dataCDA circuitduplexAsynchronous语音 数据电路双工异步传送SpeechfollowedbyCDA circuitduplexsynchronous语音切换到数据电路双工同步传送 GSM承载业务bearservices 电信业务使用通信终端之间从高 低层网到通信控制层的功能基本语音 数据电信业务 Telephony电话业务允许PLMN网与PSTN等他网之间的语音信息传送Emergencycall紧急呼叫业务用于建立移动台与紧急呼叫中心的连接 GSM系统的业务 GSM电信业务teleservices Shortmessageservices短消息业务属于数据业务 允许移动台收发其他移动用户的短消息Automatictelefax传真业务属于数据业务Alternativespeechandtelefax传真 语音交替业务允许语音和传真业务中交替传送 GSM电信业务teleservices 附加业务是GSM基本电信业务的附加业务 它总是和基本电信业务并存的 一 GSMSupplementaryServicesNumberidentificationservicescallinglineidentificationpresentationcallinglineidentificationrestrictionCallofferingservicescallforwardingunconditional CFU callforwardingonmobilesubscriberbusy CFB callforwardingonnoreply CFNRy callforwardingonmobilesubscribernotreachable CFNRc CallcompletionservicescallholdcallwaitingMulti partyservice最大允许包括多方会议发起者在内的六位用户Adviceofcharge AOC AOCinformationlevel AOIC AOCcharginglevel AOCC GSM系统的业务 附加业务 Callrestrictionservices Barringofalloutgoingcalls BAOC 紧急呼叫例外 Barringofalloutgoinginternationalcalls BOIC BarringofalloutgoinginternationalcallsexcepthomePLMNcountry BOIC exHC Barringofallingoingcalls BAIC Barringofallingoingcallswhenroamingoutsidehomecountry BIC Roam Closedusergroup CUG 允许若干移动用户组成一个闭和用户群 其成员用户能接收和拨打群内用户 可统一开通其他业务 GSM系统的业务 附加业务 二 Non GSMSupplementaryServicesHotbilling热线收费允许运营者为某个用户独立于普通计费而建立短期计费显示Callback calldiversionservices 遇忙回叫允许临时不能接入PLMN网络的移动用户向网络个人语音邮箱呼叫 GSM系统的业务 附加业务 CME20系统的网络结构 1 入口MSC GMSC 提供CME20 PLMN网络与其它通信网间的链路 具有为呼叫查询 选接呼叫路由的功能 2 MSC VLR业务区MSC所覆盖的服务区域 凡在该区的移动台均在该区的拜访位置寄存器 VLR 登记 3 位置区 LA 广播寻呼消息以便找到某移动用户的寻呼区域 4 小区 CELL 一个位置区划分为若干个小区 它是网络中一个基本的无线覆盖的区域 Page34 GSM区域定义编号计划 GSM移动区域与编号计划 GSM区域定义 GSM区域定义 服务区 服务区是指移动台可获得服务的区域 即不同通信网 如PLMN PSTN或ISDN 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 可以是一个国家或是一个国家的一部分 也可以是若干个国家 GSM区域定义 PLMN区 PLMN是由一个公用陆地移动通信网 PLMN 提供通信业务的地理区域 一个PLMN区可由一个或若干个移动业务交换中心 MSC 组成 在该区内具有共同的编号制度 比如相同的国内地区号 和共同的路由计划 一个MSC区可以由一个或若干个位置区组成 GSM区域定义 MSC区 MSC是由一个移动业务交换中心所控制的所有小区共同覆盖的区域构成PLMN网的一部分 位置区可由一个或若干个小区 或基站区 组成 为了呼叫移动台 可在一个位置区内所有基站同时发寻呼信号 位置区是指移动台可任意移动不需要进行位置更新的区域 GSM区域定义 位置区 由置于同一基站点的一个或数个基站收发信台 BTS 包括的所有小区所覆盖的区域它还不是一个蜂窝 GSM区域定义 基站覆盖区 采用基站识别码或全球小区识别进行标识的无线覆盖区域 小区CELL是指由一个基站的一个扇型天线 BTS 覆盖的区域 在基站采用全向天线结构时 小区即为基站覆盖区域 基站区或CELL GSM区域定义 小区 为了确定GSM移动用户 永久性编码 IMSIMSISDN临时性编码 LMSITMSIMSRNHON为了识别NSS网络组件 MSCNumberVLRNumberHLRNumber为了识别位置区 LAI为了识别BSS网络组件 CGIBSIC为了识别移动设备 IMEI 在GSM系统中 出于识别的目的 定义了如下的一些编号 编号计划 MCC MobileCountryCode 移动国家码 三个数字 如中国为460 MNC MobileNetworkCode 移动网号 两个数字 如中国移动的MNC为00 联通为01 MSIN MobileSubscriberIdentificationNumber 在某一PLMN内MS唯一的识别码 编码格式为 H1H2H3SXXXXXXNMSI NationalMobileSubscriberIdentification 在某一国家内MS唯一的识别码 编号计划 IMSI InternationalMobileSubscriberIdentity Page44 编号计划 IMSI InternationalMobileSubscriberIdentity IMSI是GSM系统分配给移动用户 MS 的唯一的识别号 存储在SIM卡 HLR和VLR中 在无线接口及MAP接口上传送 IMSI分配原则 最多包含15个数字 0 9 MCC在世界范围内统一分配 而NMSI的分配则是各国运营者自己的事 如果在一个国家有不止一个GSMPLMN 则每一个PLMN都要分配唯一的MNC IMSI分配时 要遵循在国外PLMN最多分析MCC MNC就可寻址的原则 编号计划 TMSI TemporaryMobileSubscriberIdentity TMSI是为了加强系统的保密性而在VLR内分配的临时用户识别 在某一VLR区域内与IMSI唯一对应 TMSI分配原则 包含四个字节 可以由八个十六进制数组成 其结构可由各运营部门根据当地情况而定 TMSI的32比特不能全部为1 因为在SIM卡中比特全为1的TMSI表示无效的TMSI CC CountryCode 国家码 如中国为86 NDC NationalDestinationCode 国内接入号 如中国移动的NDC目前有139 138 137 136 135 SN SubscriberNumberMSISDN的一般格式为86 139 或8 0 H0H1H2H3ABCD 编号计划 MSISDN MobileSubscriberInternationalISDN PSTNnumber MSISDN是指主叫用户为呼叫GSMPLMN中的一个移动用户所需拨的号码 作用同于固定网PSTN号码存储在HLR和VLR中 在MAP接口上传送 编号计划 MSISDN MobileSubscriberInternationalISDN PSTNnumber 移动用户漫游号码 MSRN 用于一次呼叫的路由选择 是在MS呼叫接续时由VLR临时分配给MS的一个号码MSRN CC NDC SNCC 国家号NDC 国内目的地号码 用于识别PLMN SN 用户号 用于识别MSC VLR的地址 编号计划 MSRN MobileStationRoamingNumber 在检测位置更新时 要使用位置区识别LAI MCC MobileCountryCode 移动国家码 三个数字 如中国为460 MNC MobileNetworkCode 移动网号 两个数字 如中国移动的MNC为00 LAC LocationAreaCode 是2个字节长的十六进制BCD码 0000与FFFE不能使用 编号计划 LAI LocationAreaIdentification 编号计划 CGI CellGlobalIdentification CGI是所有GSMPLMN中小区的唯一标识 是在位置区识别LAI的基础上再加上小区识别CI构成的 编码格式为LAI CICI CellIdentity 是2个字节长的十六进制BCD码 可由运营部门自定 NCC PLMN色码 用来唯一地识别相邻国家不同的PLMN 相邻国家要具体协调NCC的配置 BCC BTS色码 用来唯一地识别采用相同载频 相邻的 不同的BTS 用于移动台识别相邻的 采用相同载频的 不同的基站收发信台 BTS 特别用于区别在不同国家的边界地区采用相同载频的相邻BTS 编号计划 BSIC BaseStationIdentificationColorCode TAC 型号批准码 由欧洲型号批准中心分配 FAC 最后装配码 表示