第三章-GSM数字蜂窝移动通信系统PPT课件

.,1,第三章GSM数字蜂窝移动通信系统,了解GSM系统结构、接口、业务掌握Um接口的物理信道结构、Um接口的逻辑信道功能与组合掌握GSM移动区域的划分掌握GSM编号计划了解GSM通信流程了解GSM系统基站设备,.,2,3.1GSM系统的频率配置3.2GSM系统的组成与网络结构3.3GSM系统的编号3.4GSM的接口与无线信道3.5GSM系统的接续与移动管理3.6GSM系统的安全性管理3.7GSM系统的几种基本技术3.8GSM系统的业务3.9GSM系统基站设备的简介,.,3,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GSM，ADC(美国)，JDC日本（PDC）其中GSM的发展最引人注目。,.,4,所谓GSM系统，即全球移动通信系统（GlobalSystemForCommunicationgs）,是泛欧蜂窝移动通信系统标准，它采用数字无线传输和无线蜂窝之间先进的切换方法，具有比模拟蜂窝系统更高的频率利用率。,.,5,数字蜂窝移动通信系统,.,6,GSM的发展历程如下：1982年，欧洲邮电会议上ETSI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。,.,7,GSM的发展历程及现状,1987年十八个欧洲国家达成GSM谅解备忘录（MOU）1989年GSM标准生效1991年GSM系统正式在欧洲问世，网络开通运行，移动通信跨入第二代，制定900MHz频段（GSM900）1991年GSM正式命名为“全球通”（GlobalSystemforMobile）,同时，制定1800MHz频段（DCS1800）DCS1800与GSM900具有相同的基本功能特性，该规范只占GSM建议的很小一部分。1992年GSM开始商用1993年DCS1800也投入运营1996年引入微蜂窝的技术，GSM900/1800双网运行1997年已有109个国家239个运营者运营超过4400万用户的GSM网络,.,8,在我国,1992年首先在浙江嘉兴建立了GSM实验网1994年全面建设GSM网络目前有中国移动，中国联通、中国电信三家运营商截止08年6月，全球GSM用户近30亿，中国移动GSM用户达到4.15亿，中国联通GSM用户达到1.26亿。截止08年8月中国移动已覆盖全国31个省区的各个县市，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%,.,9,GSM系列,GPRS(GeneralPacketRadioService):是GSM网络过渡3G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基于GSM的移动分组数据业务，在GSM网络上叠加一个基于IP的分组交换网络,.,10,3.1GSM系统的频率配置和规划,信道中传输的是无线电波无线电波的传播方式地波（表面波传播）-长波、中波、中短波天波-短波直射波（空间传播）-超短波、微波散射波-适宜功率高的远距离传输,.,11,无线电波波段,.,12,GSM系统频率配置和规划,GSM系统所使用频段：GSM900MHzDCS1800MHzGSM系统为FDD/TDMA(频分双工/时分多址)的接入方式TDMA:在一个载波频率中，每一用户占用一个时间段（时隙）FDD:当上下行信号分别采用不同的频率。,.,13,.,14,GSM系统频率配置和规划,GSM工作在900MHz，共25MHz带宽，载频间隔200KHz,双工间隔45MHz频道序号为1124，中国移动占用194（890909/935-954）中国联通占用95124（909915/954-960）频道配置,.,15,GSM工作在1800MHz，共45MHz带宽，载频间隔200KHz,双工间隔95MHz频道序号为512885，中国移动占用前10MHz（512559）（1710-1720/1805-1815）中国联通占用后10MHz（687-736）(17451755/1840-1850)频道配置,.,16,.,17,GSM系统频率规划,频率复用是蜂窝移动通信的核心概念提高频率利用率的典型方式之一。,.,18,可在时域与空间域内使用频率复用的概念。在时域内的频率复用指在不同的时隙里占用相同的工作频率-时分多路（TDM）在空间域上的频率复用两个不同的地理区域里配置相同的频率，（不同的城市使用相同的频率AM或FM广播电台。在一个系统的作用区域内重复使用相同的频率-用于蜂窝系统,.,19,同频复用：为提高频率利用率，在相隔一定距离后，信号较弱的地理区域重新使用相同的频率或频率组。若系统设计不好，将产生严重的干扰,.,20,同频干扰（C/I）:当不同小区使用相同频率时，当前服务小区受到其他同频小区所来的干扰信号之比为第K个同频干扰信号。GSM规范中要求同频C/I大于9dB工程中一般增加余量，要求C/I大于12dB频率复用度越高，C/I值越大,.,21,邻频干扰(C/A):小区内外相邻频率产生的干扰。GSM要求C/A=-9dB工程中加3dB的余量，即C/A=-6dB,.,22,为避免系统内同频干扰，覆盖区通常规划最基本的同频复用结构，即单位无线区群，由若干个单位无线区群邻接而成覆盖区，单位无线区群中频率不再复用。GSM体制推广通常采用4*3结构标准复用模式紧密复用模式(业务量较大的地区)3*3结构、1*3结构、2*3结构、2*6结构、1*1结构，多层频率复用及同心圆技术,.,23,4*3复用结构模型,.,24,3*3复用方式,.,25,GSM900和DCS1800双频组网的方式,在原来GSM900MHz覆盖的基础上，在话务量较大的地区新建基站，双频手机在两个频段之间切换，覆盖没有本质区别，解决容量问题，增加了切换次数1800MHz连续覆盖，与900MHz并行，频段间的切换减少，容量大，投资大。,.,26,3.2GSM系统的组成与网络结构,3.2.1GSM系统结构GSM移动通信系统包括以下四个部分网络交换子系统（NSS)基站子系统（BSS）移动台（MS）操作维护中心（OMC）,.,27,GSM系统组成图,.,28,PSTN公众电话交换网ISDN综合业务数字网PLMN公众陆地移动网PDN公众数据网NSS网络交换子网络BSS基站子系统MS移动台OMC操作维护中心MSC移动交换中心VLR拜访位置登记器EIR设备识别登记器HLR归属位置登记器AUC鉴权中心BSC基站控制器BTS基站收发信台SIM用户识别模块ME移动设备OMC-R无线操作维护中心OMC-R交换操作维护中心,.,29,网络交换子系统（NSS）,功能：完成交换功能、用户数据与移动性管理和安全性管理所需的数据库功能。五个功能单元：移动业务交换中心（MSC）归属位置登记器（HLR）拜访位置登记器（VLR）鉴权中心（AUC）设备识别登记器（EIR）,.,30,移动业务交换中心（MSC）,MSC是网络的核心。它提供交换功能，把移动用户与固定用户连接起来，或把移动用户互相连接起来。提供到固定网（PSTN/ISDN/PLMN）的接口，及与其它MSC互连的接口。MSC从三种数据库（HLR、VLR和AUC）中取得处理用户呼叫请求所需的全部数据。反之，MSC根据其最新数据更新数据库。,.,31,类型普通MSC网关MSC(GMSC):网间互通汇接MSC(TMSC):长途汇接,.,32,MSC可为用户提供一系列服务：电信业务-电话、传真、紧急呼叫等承载业务-数据业务（WAP服务）等补充业务-呼叫转移、呼叫限制、会议电话等,.,33,归属位置登记器（HLR）,HLR是GSM系统的中央数据库。存储归属地用户数据信息的静态数据库。一个HLR能控制若干个移动交换区域或整个移动通信网。,.,34,HLR存储两类信息：用户的永久性参数（用户号码（MSISDN）、移动用户识别码(IMSI)、接入的优先级、预定的业务类型）暂时性的需要随时更新的参数（用户当前所处位置MSC/VLR）-为MSC提供移动台实际漫游所在MSC区域的信息（动态数据），使任何入局呼叫能立即按选择的路径送往被叫用户。,.,35,HLR,.,36,拜访位置登记器（VLR）,用于存储当前位于MSC服务区域内所有移动用户（归属用户+漫游用户）信息的动态数据库。MSC能对进入覆盖区的移动用户建立呼入/呼出呼叫VLR从移动用户的归属位置登记器（HLR）处获取并存储必要的数据，一旦移动用户离开该VLR的控制区域，则重新再另一个VLR登记，原VLR将取消临时纪录的改移动用户数据VLR、MSC、EIR常合设于一个物理实体中,.,37,VLR,.,38,.,39,设备识别登记器（EIR）,存储移动台设备参数的数据库。每个移动设备（ME）有一个国际移动设备识别号（IMEI）.IMEI要在EIR中登记。EIR列出3中数据清单：白名单-准许使用的IMEI黑名单-出现故障需监视的IMEI灰名单-失窃但不准使用的IMEI,.,40,移动台使用时就可以查询EIR是否允许使用IMEI查询流程,.,41,运营商可据此确定被盗移动台的位置并将其阻断，对故障移动台能采取及时的防范措施。在我国，基本上没有采用EIR进行设备识别。,.,42,鉴权中心（AUC）,鉴权中心（AUC）属于HLR的功能单元部分，通常与HLR连在一起，专用于GSM系统的安全性管理AUC存储着鉴权信息与加密密钥，用来进行用户鉴权及对无线接口上的话音、数据、信令信号进行加密，防止无权用户接入和保证移动用户通信安全。,.,43,产生鉴权、加密的3个参数-随机号码（RAND）响应数（SRES）密钥（Kc）,.,44,鉴权（Authentication）,.,45,加密(Ciphering),.,46,基站子系统（BSS）,在一定的无线覆盖区中由MSC控制，与MS进行通信的系统设备，它主要负责完成无线发送接收和无线资源管理等功能。,.,47,包括基站收发信台（BTS）和基站控制台（BSC）,.,48,基站控制器（BSC）,BSC一端可与多个BTS相连，另一端与MSC和操作维护中心（OMC）相连。BSC面向无线网络，主要负责无线信道管理、实施呼叫和通信链路的建立拆除，完成小区配置数据管理、功率控制、定位和切换等。,.,49,BSC,.,50,基站收发信台（BTS）,包括基带子系统、射频子系统、电源子系统和天馈子系统四部分为小区提供服务的无线收发信设备，由BSC控制，主要负责提供与MS的接口及无线链路，由BSC控制并服务于某小区的无线收发设备，完成信道转接，与MS间无线传输及相关控制,.,51,BTS,.,52,移动台（MS）,能够接入PLMN，并得到通信服务的用户设备,.,53,移动终端设备（ME）：每个移动台有自己的识别码，即国际移动设备识别号（IMEI）.IMEI主要由型号许可代码和与厂家有关的产品号构成。,.,54,用户识别模块（SIM）SIM卡存储内容主要4类：移动用户识别码（IMSI）用户密钥（Ki）保密算法个人识别码（PIN）SIM卡解锁密码（PUK）用户使用的存储空间每个移动用户有自己的国际移动用户识别号（IMSI）,存储在SIM卡。个人识别码（PIN）：防止SIM卡未经授权而被使用,.,55,操作维护中心（OMC）,对整个GSM网络进行管理和监控，操作维护人员与系统设备之间的中介，它实现了系统的集中操作与维护。分类OMC-R-无线部分操作维护OMC-S-交换部分操作维护,.,56,3.2.2GSM网络结构,我国GSM数字移动通信网采用独立组网的方式。具有接入网络的网号如中国移动网络的接入号为“135-139”中国联通网络的接入号为“130-132”,.,57,GSM网络结构的组成部分：业务网（话路网）支撑网支撑网分为：信令网同步网网管网,.,58,GSM业务网,GSM业务网三级网络结构大区一级移动汇接中心TMSC1省内二级移动汇接中心TMSC2移动本地网MSC实际是由全国网、省内网和本地网三级结构组成,.,59,GSM国内三级网络结构,.,60,移动网与固定网之间的连接,三级网络结构组成了一个完全独立的数字移动通信网络。而GSM数字移动通信网缺无国际出口局，国际间的通信还需借助公用电话网（PSTN/ISDN）的国际局。,.,61,.,62,GSM信令网,GSM信令网的结构：第一级最高级高级信令转接点（HSTP）第二级低级信令转接点（LSTP）第三级信令点（SP）,.,63,GSM信令网采用NO.7信令。第一级HSTP采用AB平面方式连接，AB平面内部各个HSTP网状相连，AB平面成对的HSTP相连每个LSTP与一对HSTP间设置直达信令链路，每个SP连至LSTP若连至HSTP时，分别固定连至AB面内成对的HSTP上。,.,64,数字移动通信网的信令网结构,.,65,GSM同步网,在数字通信网中，各设备需要相同速率的时标基准去识别和处理信号（时钟同步），否则出现误码GSM网络采用主从同步的方式。BSC同步时钟从所在MSC提取等级为三级HLR/AUC/VLR/MSC同步时钟从BITS提取，要求BITS时钟等级为二级TMSC2/TMSC1同步时钟从BITS提取，要求BITS时钟等级为二级A类,.,66,GSM网管网,我国移动通信网采用三级网管管理结构本地网管中心省网管中心全国网管中心,.,67,.,68,3.3GSM系统的编号,为什么要编号？GSM系统为将一个呼叫接至某个移动客户，需调用相应的多个功能实体，一个移动用户拥有多个编号，有的是固定，有的是临时的。要正确寻址，移动通信网中用来识别身份的各种号码的编号计划就非常重要,.,69,各类移动台识别码,移动用户ISDN号(MSISDN)国际移动用户识别码(IMSI)移动用户漫游码(MSRN)移动用户设备识别码（IMEI）临时移动用户识别码（TMSI）切换号码（HONR）位置区识别码(LAI)小区全球识别码(CGI)基站识别码(BSIC),.,70,3.3.1GSM系统中的编号,移动用户ISDN(MSISDN):GSM系统中标识移动用户的签约号码，是呼叫移动用户时所拨的号码。（主叫客户为呼叫数字公用陆地蜂窝移动通信网中客户所需拨的号码）,.,71,号码的结构为：CC国家码，中国为86NDC-国内目的地码，即网络接入号，如中国移动135-139、中国联通G网130-131SN客户号码，采用等长8为编号由+ABCD两部分构成,.,72,：移动业务本地网的HLR标识号码=区号由全国和省级网管中心统一分配H0H1H2全国统一分配H3省内分配ABCD:每个HLR中移动用户码例：手机号码为8613981080008。86：国家码139：网络接入号8108：识别归属区的HLR号码0008：用户码,.,73,国际移动用户识别码（IMSI）,目的：为了再无线路径和整个GSM移动通信网上正确识别某个移动用户，给移动用户分配一个特定识别码国际移动用户识别码（它不是呼叫号码），在呼叫建立和位置更新时使用。IMSI是GSM网中唯一的标识移动用户的号码。用于GSM移动通信网所有信令中，存储SIM、HLR、VLR内,.,74,组成结构移动国家码（MCC）-由3位数字组成，中国为460移动网络号（MNC）-中国移动为00，中国联通01移动用户识别码（MSIN）-由+ABCD组成：移动业务本地网的HLR标识号码ABCD：移动用户码,.,75,移动用户漫游码（MSRN）,为了网络进行路由选择，由用户当前所在的VLR分配的一个临时漫游号码。与该MSC所属HLR有一定联系在VLR中与IMSI一一对应一旦离开该服务区，此漫游号码即被收回,.,76,MSRN号码组成,.,77,移动用户设备识别码（IMEI）,IMEI（移动台系列号）:GSM系统中唯一识别一个移动台设备的编码，为一个15位的十进制数字和ME相对应，IMEI在制造商生产出厂时以电子序号的方式存在移动台物理设备中,.,78,组成结构：型号批准码（TAC）:由欧洲型号认证中心分配工厂装备码（FAC）：由厂家编码，表制造厂家及最后装配地序号码（SNR）:由厂家分配的设备流水号SP:备用，备作将来使用,.,79,临时移动用户识别码（TMSI）,提高IMSI(国际移动用户识