移动通信手机的系统介绍.ppt

GSM数字移动通信系统介绍 目录 第一部分移动通信系统的概述第二部分GSM系统结构与接口第三部分GSM系统业务流程第四部分短消息业务介绍第五部分无线应用协议WAP第六部分通用分组无线业务GPRS 第一部分移动通信系统的概述 一 移动通信的发展与现状二 GSM移动通信系统主要性能简介 一 移动通信的发展与现状 第一阶段 从上世纪20年代至40年代早期 短波无线通信 第二阶段 从40年代中期至60年代初期 移动无线通信开始问世 第三阶段 从60年代中期至70年代中期 大区制移动电话 第四阶段 从70年代中期至80年代中期 是移动通信蓬勃发展时期 1978年底 美国贝尔实验室研制成功先进的移动电话系统 AMPS 建成了蜂窝状移动通信网 第五阶段 从80年代中期开始 欧洲推出GSM体系 美国和日本也制定了各自的数字移动通信体制 移动通信迅速发展的原因 市场驱动 中国大陆 移动电话用户1999年超过4000万用户 移动电话业务量占整个电信业务量的50 据信息产业部副部长娄勤俭说 到六月底 中国内地移动电话用户将达到1 16亿户 比去年年底净增3000多万户 全球移动电话用户到2000年已达到5亿 目前 全球约每10人拥有一部手机 而未来五年内 每五人就拥有一部手机 移动通信迅速发展的原因 续 技术发展 微电子技术长足发展 如DSP VLSI超大规模集成电路 天线技术 形成移动通信新体制 蜂窝网 微处理技术及计算机技术 政府调节 颁布有利于移动通信发展的政策 分配或拍卖频段 移动通信系统的演进 1G2G2G 3GAMPSGSM900GSMWCDMATACSDCS1800 HSCSDCDMA2000NMT450PCS1900 GPRSTD SCDMANMT900PDC EDGEIS95A CDMAIS95B CDMA80S90S2001 各类主要蜂窝系统概况 二 GSM系统主要性能简介 1 发射频率 上行890 915MHz下行935 960MHz2 多址方式 TDMA3 双工方式 FDD4 双工间隔 45MHz5 载波频道间隔 200KHz 共124载频 6 语音编码 规则脉冲激励长期预测编码 RPE LPC 语音编码速率13kbps GSM系统主要性能简介 续 7 信道编码 采用循环冗余码 1 2卷积码及交织编码 8 跳频速率 217跳 秒9 调制方式 高斯滤波最小移频键控 GMSK 调制速率270 833kbps 10 时隙和TDMA帧 物理信道 时隙 时隙周期577us 8时隙 帧 9 小区结构 在农村地区可采用宏小区 小区半径可达35km 城市地区小区半径一般为10 20km 市中心等业务密集地区可采用微小区 半径0 5km 第二部分GSM系统结构与接口 一 GSM系统结构二 GSM系统的各类接口三 GSM系统的控制与管理四 GSM系统的接续和移动管理过程 一 GSM系统结构 GSM系统设备 1 移动台MS2 基站子系统BSS基站控制台BSC基站收发信台BTS4 操作维护子系统OMCOMC BOMC S 3 网络交换子系统移动交换中心MSC归属位置寄存器HLR访问位置寄存器VLR设备标志寄存器EIR认证中心AUC 移动台语音处理的过程 基站子系统BSS 基站系统是在小区内建立无线电覆盖的设备 负责管理无线资源 建立移动台与网络之间的无线信道 传送网络的各种信令及用户信息等 一个基站系统BSS包含一个基站控制器BSC以及一个或多个基站收发信台BTS 一个BTS在一个小区内建立无线电覆盖 故一个基站系统的覆盖区域包含若干个小区 基站系统包含两类逻辑信道 业务信道 全速率信道和半速率信道控制信道 广播信道 公共控制信道 专用控制信道 基站子系统的功能 无线信道管理 信道配置管理 独立专用控制信道和业务信道管理 广播控制信道和公共控制信道管理 随机接入 信道编码解码 定时超前 无线资源指示 寻呼 越区切换 网络交换子系统 MSC 作为交换设备 具有完成呼叫接续与控制的功能 作为移动交换中心 具有无线资源管理和移动特性管理等功能 GMSC 信关MSC 提供所有入网呼叫的查询和转接能力 HLR 用于移动用户管理的数据库 包含的用户信息分为两类 一类是有关用户参数的信息 另一类是有关用户当前位置的信息 VLR 存储用户位置信息的动态数据库 EIR 存储有关移动台设备参数的数据库 AUC 存储有关移动用户的身份以及产生相应认证参数的功能实体 操作维护分系统 1 OMC S对交换分系统的操作维护操作功能 系统控制 移动用户管理 服务管理 业务管理 计费 路由和网络管理 维护功能 移动用户线维护 局间中继线维护 系统软硬件维护 2 OMC R对基站分系统的操作维护包括 人机接口管理 保密管理 配置管理 运行管理 出错管理 二 GSM系统中的各类接口 1 Um无线接口 规定信道结构和接入能力定义MS BS通信协议完成呼叫控制处理实现移动性 安全管理完成功率控制等业务功能 信道的帧结构 GSM逻辑信道类型 业务信道TCH 全速率TCH全速率语音信道全速率9600bps数据信道全速率4800bps数据信道全速率2400bps数据信道半速率TCH半速率语音信道半速率4800bps数据信道半速率2400bps数据信道 GSM逻辑信道类型 续 控制信道 广播信道 公共控制信道 专用控制信道广播控制信道 BCH 频率校正信道 FCCH 移动台频率校正同步信道 SCH 移动台的帧同步和基站识别广播控制信道 BCCH 发送一般消息公共控制信道 CCCH 寻呼信道 PCH 基站寻呼移动台随机接入信道 RACH 移动台随机接入网络准予接入信道 AGCH 给成功的接续分配专用控制信道专用控制信道 DCCH 独立专用控制信道 SDCCH 传送移动台与基站连接及分配信道的信令快速辅助控制信道 FACCH 传送功率控制 测量数据等特定信息慢速辅助控制信道 SACCH 所携带信令与FACCH相同 但速率较慢 时隙和突发 时隙 为576 9us的时间片 含156 25bit 突发序列 在一个时隙中 被发送的无线载波所携带的信息比特串 根据功能不同 共有4种突发形式 普通突发序列 携带业务信道和除FCCH SCH RACH外的控制信道信息 频率校正突发序列 用于移动台频率同步 同步突发序列 用于移动台定时同步 接入突发序列 用于移动台随机接入 突发脉冲序列 无线资源分配 小区配置 将无线频率信道的一个子集分配给某特定的小区使用 移动配置 将小区配置的无线频率信道中的若干个动态分配给某个移动用户 时隙的分配 在上下行链路上成对进行 在BTS一侧 上行TDMA帧比相应下行TDMA帧固定延迟3个时隙 在移动台一侧也存在相应的延迟 慢跳频 每个移动台在每个TDMA帧的发送时隙改变一次频率 2 A接口功能 地面信道功能 地面信道分配 地面信道阻塞 测试呼叫 无线信道管理 信道配置管理 无线业务信道管理 无线信道指配 无线业务信道监视 跳频管理 空闲无线业务监视 业务信道功率控制 业务信道释放 广播 公共控制信道管理 随机接入 寻呼消息 专用信道管理 链路监视 信道释放 功率控制 无线信道指配 A接口功能 续 资源指示 BSS向MSC汇报空闲无线信道状态 信道编码解码 码型转换 速率适配 互通功能 对其他网络数据呼叫的互通功能由MSC完成 测量信息 空中链路 业务流量测试 MS报告 BSS接收和预处理 传送给MSC处理 切换 小区内 小区间 外部切换 移动管理 由MSC HLR VLR和MS共同完成 呼叫控制 由MSC VLR HLR完成 安全特性 用户数据密钥管理 用户识别 信令信息保密 用户鉴权 三 GSM系统的控制与管理 1 GSM识别码2 位置区划分3 位置登记 删除4 用户管理5 鉴权与加密6 呼叫处理过程7 越区切换 漫游 1 GSM识别码 1 移动用户号码MSISDN CC NDC SNCC 国家码 中国86NDC 国内目标码SN 用户码2 移动用户识别码IMSI MCC MNC MSINMCC 移动国家号 中国460MNC 移动网号 中移动00 联通01MSIN 移动用户识别号3 移动设备识别码IMEI TAC FAC SNR SPTAC 型号批准编码FAC 装配厂家编号SNR 序号编码SP 备用 GSM识别码 续 4 移动台漫游号码MSRN CC NSC SN用于一次呼叫的路由选择 CC 国家号NDC 国内目的地号码 用于识别MSC VLR SN 用户号 对应于用户的IMSI号码5 临时移动用户识别码 TMSI 用于保护IMSI码 该号只在本MSC区域有效 其结构可由各电信部门选择 长度不超过4个字节 GSM识别码 续 6 位置区识别码LA MCC MNC LACMCC 移动国家号 识别一个国家MNC 移动网号 识别国内的GSM网LAC 位置区号码 识别一个GSM网中的位置区7 小区全球识别码CGI MCC MNC LAC CI用于识别一个位置区内的小区 8 基站识别码 BSIC NCC BCC 6bit NCC 国家色码 用于识别GSM移动网 3bit BCC 基站色码 用于识别基站 3bit 2 位置区划分 1 MSC VLR业务区 MSC VLR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 2 位置区 LA 广播寻呼消息以便找到某移动用户的寻呼区域 利用位置区识别码 LAI 系统能够区别不同的位置区 3 小区 CELL 一个位置区划分为若干个小区 它是一个BTS的无线覆盖区域 一个小区具有一个全球识别码 CGI 的 同时 利用基站识别码BSIC 移动台本身能区分使用同样的载频的各个小区 MSC业务区 P L M N 服 务 区 M S C V L R 服 务 区 位 置 区 小 区 3 位置登记 删除 移动台的几种状态 1 移动台关机系统启动IMSI分离进程 再有关的VLR和HLR中设置标志 MS不能应答寻呼消息 网络不能达到MS 同时它也不能通知网络其所处的位置区的变化 IMSI 分离 状态 2 移动台开机 空闲状态系统可以成功地寻呼MS IMSI 附着 状态 3 移动台忙网络分配给MS一个业务信道传送话音或数据 当MS移动时它必须有能力进行定位和切换 首次入网位置登记 由于MS第一次被使用 所以MSC VLR没有此MS的任何信息 若MS发现当前的LA码与原来的不同 MS接入系统要求登记 MSC VLR登记该MS的位置信息并将该请求往HLR记录 MSC VLR对该MS作 附着 标记 这时这个MS被激活 正常位置更新 BTS 1 2 2 3 3 4 4 正常位置更新过程 1 MS在新的小区内读到其BCCH上的信息 找到该小区的LAC 该LAC与MS内所存的LAC进行比较 当两者不一致时 需进行位置更新 2 MS通过RACH向系统发出接入申请 通过申请到的SDCCH建立与网络的联系 3 MS经SDCCH向系统发出位置更新请示 4 新的LAC与旧的LAC属于同一MSC VLR时 位置更新在该MSC内完成 MSC需在VLR中对该MS的位置信息进行修改 5 位置更新被系统认可 MS RBS被通知释放所占用的信令信道 周期性位置登记 当MS向网络发送 IMSI分离 消息时 无线链路质量差 系统有可能不能正确译出信息 由于没有证实消息发送给MS 之后MS也没有再发分离信号 因此系统仍认为MS处于附着状态 为解决这一问题 系统采取了强制登记措施 要求MS每过一定周期要登记一次 若系统没有接收到某MS的周期性登记信息 它所处的VLR就以 分离 在此MS上做标记 定程序称 隐分离 不同MSC VLR区间漫游时的位置更新过程 BSC MSC VLR HLR BSC MSC VLR 1 2 3 4 5 6 位置更新请求 位置更新请求 请求位置更新接受 位置更新证实 位置删除 位置删除接受 小区2 小区1 位置删除 当移动台进入一个新的VLR区域并进行位置登记后 HLR应向前一个VLR发送取消位置消息来删除该VLR中有关数据 4 用户管理 用户注册发放用户识别卡SIM和在网络端的数据库中为该用户建立相应的档案 即在HLR和AUC中为用户开户头 分配IMSI SIM卡 SIM卡生产厂商存入的系统原始数据 网络运营商注入的参数 IMSI 鉴权密钥Ki A3算法 A8算法 5 鉴权与加密 下列情况需先经过鉴权 移动台呼出及呼入 移动台位置登记 位置更新 移动台补充业务的登记 使用 删除 AUC Kc SRES RAND Kc SRES RAND 加密算法 8 鉴权算法 3 结果 结果 数据库IMSI和鉴权 产生随机数 HLR 鉴权过程 6 呼叫处理过程 7 越区切换 越区切换 当移动台在通话期间从一个小区移动到另一个小区时 要进行无线信道的转换而不中断正在进行的通话 在呼叫过程中 移动台不断测量它所在小区的基站及相邻小区基站发射无线信号的射频和信号质量 并周期的将测量结果报告给BSS并送给MSC 切换类型包括 同一BSC内小区间的切换同一MSC内不同BSC小区间切换不同MSC VLR间小区切换 同一BSC内区间的切换 1 命令新BTS激活新的TCH2 向MS发新的信道信息3 MS调谐后发RACH4 基站收到后在FACCH上发动态信息5 MS收到后发切换完成6 释放原TCH BSC BTS1 BTS2 1 2 2 3 4 5 5 6 同一MSC内不同BSC小区间切换 4 发送新频道 信道信息5 用RACH发切换接入6 发功率控制等级等信息7 收到信息后发切换完成信息8 9 释放原信道TCH 老FACCH RACH 新FACCH 激活新的TCH 1 发新小区基站号2 查出新的BSC并发请求3 激活新的TCH 10 5 6 6 GSMPLMNPSTN 1 发送切换请求信息2 发送切换协助请求信息3 分配切换号 发送切换请求信息4 要求激活新TCH 送给BSC5 将切换号 TCH信息送回 6 MSCA与MSCB建立局间中继路由7 经FACCH发送有关切换的信息8 经RACH发切换接入9 发送功率控制等信息10 发送切换完成信息 MSCA将掌握总的呼叫控制直至呼叫结束 7 计费 对话音计费 各节点MSC将用户的详细通话记录通过送到计费网关 由计费网关进行详细通话记录统计并送到计费中心根据费率进行结算 四 短消息业务介绍 1 短消息业务原理及流程2 移动梦网介绍 1 短消息业务原理 短消息业务分类 移动台接收 发送点对点短消息短消息的传递总是在移动台和某个短消息中心之间进行 接收短消息的短消息关口站称为SMS GMSC 发短消息的短消息关口站称为SMS IWMSC 小区广播型短消息 如交通流量状况 气象状况 短消息业务流程 2 移动梦网 掌中的超市 移动梦网 中国移动与众多SP合作 向移动客户提供数据应用服务 包括 WAP 短消息 移动游戏 信息点播 掌上理财 旅行服务 移动办公 移动银行 移动电子商务等等各种各样的业务 移动梦网现状 目前与中国移动进行合作的SP已近500家 包括新浪 搜狐 网易 263等一些知名的门户网站 也包括一些有很强创新性和特色的网站 如腾讯QQ 灵通网及168WAP等 使用移动梦网业务的方法 到相关的网站定制用手机直接点播通过手机浏览器获取 第五部分无线应用协议WAP 1 WAP的原理2 WAP应用 WAP的定义 WAP WirelessApplicationProtocolWAP是一种向移动终端提供互联网应用和先进增值服务的全球性开放标准面向移动终端提供数据服务是个开放的标准 为什么需要WAP 无线信道的带宽窄 稳定性差 TCP IP的性能将受严重影响移动终端的处理能力和内存有限 难以处理现有的因特网协议族移动终端的显示和输入方式与计算机不同 现有因特网应用服务不能被移动终端使用结论 在现有条件下 需要为移动终端制定新的协议 WAP的设计原则 基于现有因特网 对现有的因特网标准进行简化 尽量利用现有的因特网资源独立于无线网络 能在各种无线承载网络上使用独立于无线设备 能运行在从手机到PDA等移动终端上保证交互操作 遵循WAP标准 不同厂家的设备就可以互操作 WAP提供的业务 信息服务 新闻 天气 体育 交通 股票行情消息服务 Email 语音信箱 短消息 传真电子商务 在线定票 股票交易 手机银行 无线承载信道 短消息SMS GSM CDMA电路交换数据 GSM IS 136 CDMA分组交换数据 GPRS IS 136 CDMA WAP系统的结构 因特网 WAP终端 无线网 WAP网关 WAP服务器 WWW服务器 WAPoverGSMSMS实例 第六部分通用分组无线业务GPRS 1 GPRS的原理2 GPRS的实现 1 GPRS的原理 GPRS GeneralPacketRadioServiceGPRS是一种基于GSM的移动分组数据承载业务 在移动用户和远程数据网之间提供数据连接 基于GSM分组交换模式用于承载数据业务 发展GPRS的原因 移动通信网上数据业务量增加GSM缺乏高速的数据承载业务SMS 基于信令信道CSD 独占信道 数据率只有9 6kbps GPRS的特点 采用分组交换技术提供较高得数据速率可实现非对称链路一次连接永远在线同时支持话音和数据提供了与IP网络的互通功能 分组的统计复用 多个用户共用一个时隙 四种编码方案 编码方式级别越高 速率越高 前向纠错能力越弱CS 4的码率将近1 1 几乎没有冗余信息 也就没有纠错能力 GPRS的速率 使用CS 4 GPRS可提供高达171 2Kbps的传输速率 这只是理论上和理想条件下的值由于基站传输 无线干扰等因素 近期可用的编码方案是CS 1和CS 2目前GPRS可提供的最大理论速率为 13 4 8 107 2Kbps2下行 最大26 8Kbps4下行 最大53 6Kbps GPRS提供的业务 Internet业务Web浏览 Email F