第5章 GSM数字蜂窝网

1、第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS 第第5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS 第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS 5.1 GSM系统总体系统总体 GSM的历史可以追溯到的历史可以追溯到 1982 年，年， 当时，当时， 北欧四北欧四国向欧洲邮电行政大会国向欧洲邮电行政大会CEPT(Conference Europe of Post and Telecommunications)提交了一份建议书，提交了一份建议书， 要要求制定求制定 900 MHz频段的欧洲公共电信业务规范，频段的欧洲公

2、共电信业务规范， 建立建立全欧统一的蜂窝网移动通信系统，全欧统一的蜂窝网移动通信系统， 以解决欧洲各国由以解决欧洲各国由于采用多种不同模拟蜂窝系统造成的互不兼容，于采用多种不同模拟蜂窝系统造成的互不兼容， 无法无法提供漫游服务的问题。提供漫游服务的问题。 第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS 同年成立了欧洲移动通信特别小组，同年成立了欧洲移动通信特别小组， 简称简称GSM(Group Special Mobile)。 在在19821985年期间，年期间， 讨论焦点是讨论焦点是制定模拟蜂窝网还是数字蜂窝网的标准，制定模拟蜂窝网还是数字蜂窝网的标准， 直到直到

3、 1985年年才决定制定数字蜂窝网标准。才决定制定数字蜂窝网标准。 1986 年，年， 在巴黎对欧在巴黎对欧洲各国经大量研究和实验后所提出的洲各国经大量研究和实验后所提出的8个数字蜂窝系统个数字蜂窝系统进行了现场试验。进行了现场试验。 1987年年 5月，月， GSM成员国经现场测成员国经现场测试和论证比较，试和论证比较， 选定窄带选定窄带TDMA方案。方案。 第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS 1988 年，年，18 个欧洲国家达成个欧洲国家达成GSM谅解备忘录，谅解备忘录， 颁布颁布了了GSM标准，标准， 即泛欧数字蜂窝网通信标准。即泛欧数字蜂窝网通

4、信标准。 它包括它包括两个并行的系统：两个并行的系统： GSM 900 和和DCS 1800， 这两个系这两个系统功能相同，统功能相同， 主要的差异是频段不同。主要的差异是频段不同。 在在GSM标准标准中，中， 未对硬件作出规定，未对硬件作出规定， 只对功能、只对功能、 接口等作了详接口等作了详细规定，细规定， 便于不同公司的产品可以互连互通。便于不同公司的产品可以互连互通。第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS 5.1.1 网络结构网络结构 数字蜂窝移动通信是在模拟蜂窝移动通信的基础数字蜂窝移动通信是在模拟蜂窝移动通信的基础上发展起来的，上发展起来的， 在

5、网络组成、在网络组成、 设备配置、网络功能和设备配置、网络功能和工作方式上，工作方式上， 二者都有相同之处。二者都有相同之处。 但因数字蜂窝网采但因数字蜂窝网采用全数字传输，用全数字传输， 因而在实现技术和管理控制等方面，因而在实现技术和管理控制等方面， 均与模拟蜂窝网有较大的差异。均与模拟蜂窝网有较大的差异。 简单说来，简单说来， 数字蜂窝数字蜂窝网技术更先进，网技术更先进， 功能更完备且通信更可靠，功能更完备且通信更可靠， 并能适应并能适应方便地与其它数字通信网方便地与其它数字通信网(如综合业务数字网如综合业务数字网ISDN、 公用数据网公用数据网PDN)的互连。的互连。第第5 5章章 G

6、SM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS GSM蜂窝系统的网络结构如图蜂窝系统的网络结构如图 5 - 1 所示。所示。 由图由图可见，可见， GSM蜂窝系统的主要组成部分可分为蜂窝系统的主要组成部分可分为移动台移动台、 基站子系统基站子系统和和网络子系统网络子系统。 基站子系统基站子系统(简称基站简称基站BS)由由基站收发台基站收发台(BTS)和和基站控制器基站控制器(BSC)组成；组成； 网络子网络子系统由系统由移动交换中心移动交换中心(MSC)、 操作维护中心操作维护中心(OMC)、 原籍位置寄存器原籍位置寄存器(HLR)、 访问位置寄存器访问位置寄存器(VLR)、 鉴鉴权

7、中心权中心(AUC)和和移动设备识别寄存器移动设备识别寄存器(EIR)等组成。等组成。 一一个个MSC可管理多达几十个基站控制器，可管理多达几十个基站控制器， 一个基站控制一个基站控制器最多可控制器最多可控制256个个BTS。 由由MS、 BS和网络子系统构和网络子系统构成公用陆地移动通信网（成公用陆地移动通信网（PLMN），）， 该网络由该网络由MSC与与公用交换电话网公用交换电话网(PSTN)、 综合业务数字网综合业务数字网(ISDN)和公和公用数据网用数据网(PDN)进行互连。进行互连。第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS 图 5 - 1 GSM蜂窝

8、系统的网络结构 BTSBSCVLRMSCOMCHLRAUCEIRBTSBSCMSMSTE基站子系统网络子系统PSTNISDNPDN第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS 1. 移动台移动台(MS) 移动台是移动台是GSM移动通信网中用户使用的设备。移动通信网中用户使用的设备。 移移动台类型可分为车载台、动台类型可分为车载台、 便携台和手机。便携台和手机。 其中，其中， 手手机小巧、机小巧、 轻便，轻便， 而且功能也较强，而且功能也较强， 因此使用手机的因此使用手机的用户占移动用户的绝大多数。用户占移动用户的绝大多数。第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统

9、与数字蜂窝移动通信系统与GPRS 移动台通过无线接口接入移动台通过无线接口接入GSM系统，系统， 具有无线传具有无线传输与处理功能。输与处理功能。 此外，此外， 移动台必须提供与使用者之间移动台必须提供与使用者之间的接口，的接口， 比如，比如， 为完成通话呼叫所需要的话筒、为完成通话呼叫所需要的话筒、 扬扬声器、声器、 显示屏和各种按键；显示屏和各种按键； 或者提供与其它一些终端或者提供与其它一些终端设备设备(TE)之间的接口，之间的接口， 如与个人计算机或传真机之间如与个人计算机或传真机之间的接口。的接口。第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS 移动台的另

10、外一个重要组成部分是移动台的另外一个重要组成部分是用户识别模块用户识别模块(SIM)， 亦称亦称SIM卡。卡。 它基本上是一张符合它基本上是一张符合ISO(开放开放系统互连系统互连)标准的标准的“智慧智慧”磁卡，磁卡， 其中包含与用户有关其中包含与用户有关的无线接口的信息，的无线接口的信息， 也包括鉴权和加密的信息。也包括鉴权和加密的信息。 使用使用GSM标准的移动台都需要插入标准的移动台都需要插入SIM卡，卡， 只有当处理异只有当处理异常的紧急呼叫时，常的紧急呼叫时， 才可以在不用才可以在不用SIM卡的情况下操作卡的情况下操作移动台。移动台。 SIM卡的应用使一部移动台可以为不同用户卡的应用

11、使一部移动台可以为不同用户服务，服务， 因为因为GSM系统是通过系统是通过SIM卡来识别移动用户的，卡来识别移动用户的， 这为今后发展个人通信打下了基础。这为今后发展个人通信打下了基础。第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS 2. 基站子系统基站子系统(BSS) 基站子系统基站子系统(BSS)是是GSM系统的基本组成部分。系统的基本组成部分。 它通过无线接口与移动台相接，它通过无线接口与移动台相接， 进行无线发送、进行无线发送、 接收接收及无线资源管理。及无线资源管理。 另一方面，另一方面， 基站子系统与网络子系基站子系统与网络子系统统(NSS)中的移动交换

12、中心中的移动交换中心(MSC)相连，相连， 实现移动用户实现移动用户与固定网络用户之间或移动用户之间的通信连接。与固定网络用户之间或移动用户之间的通信连接。 基站子系统主要由基站收发信机基站子系统主要由基站收发信机(BTS)和基站控制和基站控制器器(BSC)构成。构成。 BTS可以直接与可以直接与BSC相连接，相连接， 也可以也可以通过基站接口设备通过基站接口设备(BIE)采用远端控制的连接方式与采用远端控制的连接方式与BSC相连接。相连接。 第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS 基站基站(BS)及基站收发信机（及基站收发信机（BTS） 移动台到网络的接口

13、是基站收发信机（移动台到网络的接口是基站收发信机（BTS）。）。一个一个BTS由无线收发信机及多块用于无线电接口的信号处理模块组成。由无线收发信机及多块用于无线电接口的信号处理模块组成。BTS位置通常在小区中心。位置通常在小区中心。BTS的发射功率决定小区的尺寸。一个典的发射功率决定小区的尺寸。一个典型的型的BTS通常具有通常具有1到到24个收发信机（个收发信机（TRX），每个），每个TRX代表一个单代表一个单独的独的RF信道。信道。 功能：在朝功能：在朝BSC侧，侧，BTS区分与移动台有关的话音和控制信令，并通区分与移动台有关的话音和控制信令，并通过各自信道传给过各自信道传给BSC。在朝。在

14、朝MS侧，侧，BTS将信令和语音合在一个载波上。将信令和语音合在一个载波上。 第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS 功率级GSM900基站的最大功率DCS1800基站的最大功率1320W20W2160W10W380W5W440W2.5W520W610W75W82.5W表5-7 基站的功率等级 第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS 基站控制器（基站控制器（BSC） 一个基站控制器（一个基站控制器（BSC）监视和控制几个基站。）监视和控制几个基站。 功能：频率管理、功能：频率管理、BTS的控制和交换的控制和交换 。主要有无

15、线信。主要有无线信道安排和释放、切换的安排。道安排和释放、切换的安排。 BSC向下连接一系列向下连接一系列BTS，向上连接移动交换中心，向上连接移动交换中心（MSC）。一个）。一个BSC及它相应的及它相应的BTS看成是基站子系看成是基站子系统（统（BSS）。）。 第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS 3. 网络子系统网络子系统(NSS) 网络子系统对网络子系统对GSM移动用户之间通信和移动用户移动用户之间通信和移动用户与其它通信网用户之间通信起着与其它通信网用户之间通信起着管理管理作用。作用。 其主要功其主要功能包括：能包括： 交换、交换、 移动性管理与安

16、全性管理移动性管理与安全性管理等。等。 NSS由由很多功能实体构成，很多功能实体构成， 它们之间的信令传输都符合它们之间的信令传输都符合CCITT信令系统信令系统7 号协议。号协议。 下面分别讨论各功能实体下面分别讨论各功能实体的主要功能。的主要功能。 第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS (1) 移动交换中心移动交换中心(MSC)。 移动交换中心移动交换中心(MSC)是是网络的网络的核心核心，它提供交换功能并面向下列功能实体：，它提供交换功能并面向下列功能实体： 基站子系统基站子系统(BSS)、 原籍位置寄存器原籍位置寄存器(HLR)、 访问位访问位置寄

17、存器置寄存器(VLR)、 鉴权中心鉴权中心(AUC)、 移动设备识别寄移动设备识别寄存器存器(EIR)、 操作维护中心操作维护中心(OMC)和固定网和固定网(公用电话公用电话网、综合业务数字网等网、综合业务数字网等)， 从而把移动用户与固定网用从而把移动用户与固定网用户、户、 移动用户与移动用户之间互相连接起来。移动用户与移动用户之间互相连接起来。第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS (2) 原籍位置寄存器。原籍位置寄存器。 原籍位置寄存器简称原籍位置寄存器简称HLR。 它可以看作是它可以看作是GSM系统的中央数据库，系统的中央数据库， 存储该存储该HLR

18、管管辖区的所有移动用户的有关数据。辖区的所有移动用户的有关数据。 其中，其中， 静态数据静态数据有有移动用户号码、访问能力、移动用户号码、访问能力、 用户类别和补充业务等。用户类别和补充业务等。 此外，此外， HLR还暂存移动用户漫游时的有关还暂存移动用户漫游时的有关动态信息数动态信息数据据。第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS 具体功能：具体功能：(1)用户数据的存储用户数据的存储(2)用户数据的检索用户数据的检索(3)提供移动用户漫游号（提供移动用户漫游号（MSRN)(4)鉴权鉴权 (5)登记登记 (6)移动台去话移动台去话 (7)HLR的恢复的恢复

19、第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS (3) 访问位置寄存器。访问位置寄存器。 访问位置寄存器简称访问位置寄存器简称VLR。 它存储进入其控制区域内来访移动用户的有关数据，它存储进入其控制区域内来访移动用户的有关数据， 这些数据是从该移动用户的原籍位置寄存器获取并进这些数据是从该移动用户的原籍位置寄存器获取并进行行暂存暂存的，一旦移动用户离开该的，一旦移动用户离开该VLR的控制区域，的控制区域， 则则临时存储的该移动用户的数据就会被删除。临时存储的该移动用户的数据就会被删除。 因此，因此， VLR可看作是一个可看作是一个动态动态用户的数据库。用户的数据库。

20、第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS 具体功能：具体功能：(1)用户数据的存储用户数据的存储(2)用户数据的检索用户数据的检索(3)登记登记(4)移动台去话移动台去话(5)鉴权鉴权(6)提供提供MSRN(7)VLR的恢复的恢复第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS (4) 鉴权中心。鉴权中心。 GSM系统采取了特别的通信安全系统采取了特别的通信安全措施，包括对移动用户鉴权，对无线链路上的话音、措施，包括对移动用户鉴权，对无线链路上的话音、 数据和信令信息进行保密等。数据和信令信息进行保密等。 AuC鉴权中心是认证移动用户

21、的身份以及产生相应认鉴权中心是认证移动用户的身份以及产生相应认证参数的功能实体。证参数的功能实体。AuC对任何试图入网的用户进行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。身份认证，只有合法用户才能接入网中并得到服务。 AuC存储鉴权存储鉴权(A3)和加密和加密(A8)算法。算法。AuC只与只与HLR通通信。信。 第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS (5) 移动设备识别寄存器。移动设备识别寄存器。 移动设备识别寄存器移动设备识别寄存器(EIR)存储着移动设备的存储着移动设备的国际移动设备识别码国际移动设备识别码(IMEI)， 通

22、过核查白色、通过核查白色、 黑色和灰色三种清单，黑色和灰色三种清单， 运营部门就可运营部门就可判断出移动设备是属于准许使用的，判断出移动设备是属于准许使用的， 还是失窃而不准还是失窃而不准使用的，使用的， 还是由于技术故障或误操作而危及网络正常还是由于技术故障或误操作而危及网络正常运行的运行的MS设备，设备， 以确保网络内所使用的移动设备的以确保网络内所使用的移动设备的惟一性和安全性。惟一性和安全性。 第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS (6) 操作维护中心。操作维护中心。 网络操作维护中心网络操作维护中心(OMC)负责对全网负责对全网进行监控与操作。进

23、行监控与操作。 OMC操作维护中心是网络操作维护人员对全网进行监操作维护中心是网络操作维护人员对全网进行监控和操作的功能实体。控和操作的功能实体。 功能：接入功能：接入MSC和和BSC,处理来自网络的错误报告处理来自网络的错误报告,控制控制BSC和和BTS的业务负载。的业务负载。OMC通过通过BSC对对BTS进行设进行设置并允许操作者检查系统的相连部分。置并允许操作者检查系统的相连部分。 第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS 4. GSM网络接口网络接口 在实际的在实际的GSM通信网络中，通信网络中， 由于网络规模不同、由于网络规模不同、 运营环境不同和设

24、备生产厂家的不同，运营环境不同和设备生产厂家的不同， 上述的各个部上述的各个部分可以有不同的配置方法。分可以有不同的配置方法。 比如，比如， 把把MSC和和VLR合合并在一起，并在一起， 或者把或者把HLR、 EIR和和AUC合并为一个实体。合并为一个实体。 不过，不过， 为了各个厂家所生产的设备可以通用，为了各个厂家所生产的设备可以通用， 上述各上述各部分的连接都必须严格符合规定的接口标准及相应的部分的连接都必须严格符合规定的接口标准及相应的协议。协议。 第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS 5.4 GSM较模拟网的优势较模拟网的优势5.4 .1 GSM

25、系统在抗瑞利衰落及干扰方面均优于系统在抗瑞利衰落及干扰方面均优于TACS系统系统1、GSM系统具有较为完善的对抗瑞利衰落及符号间干系统具有较为完善的对抗瑞利衰落及符号间干扰的措施扰的措施 （1）天线（空间）分集）天线（空间）分集 （2）跳频）跳频:使载频在几个频率点上变化（跳频），可减使载频在几个频率点上变化（跳频），可减少信息损失。少信息损失。 （3）均衡：均衡是消除时间色散引起的符号间干扰的）均衡：均衡是消除时间色散引起的符号间干扰的有效措施有效措施 。 第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS 2、要求干扰保护比低、要求干扰保护比低 TACS系统要求同频

26、道干扰系统要求同频道干扰C/I大于大于17-18 dB，GSM系统在系统在无跳频时要求无跳频时要求C/I12 dB，有跳频时要求，有跳频时要求C/I9 dB。GSM系系统对邻道干扰保护比只要求统对邻道干扰保护比只要求C/I-9 dB，载波偏离，载波偏离400kHz时，时，要求要求C/I-4 dB。由于同频干扰保护比只要求由于同频干扰保护比只要求9-12dB，因此在，因此在GSM系统中可系统中可以以采用采用TACS系统中可以用的频率复用方式系统中可以用的频率复用方式例如例如43方式方式，如果有跳频功能而且网络规划考虑周全，也可采用如果有跳频功能而且网络规划考虑周全，也可采用33或或26方式方式。

27、 第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS 5.4 .2 GSM系统在提高网络容量、业务种类、系统在提高网络容量、业务种类、系统互连和安全保密性方面均优于系统互连和安全保密性方面均优于TACS系统系统 频率利用率高、系统容量高频率利用率高、系统容量高以以10MHz可用频带为例可用频带为例 ：TACS系统系统 10MHz共有共有400个频道，按个频道，按73复用方式复用方式计算，每个小区只有计算，每个小区只有18个话音频道可用（为啥？个话音频道可用（为啥？400/21-1）。按）。按5%的频道呼损率和每个用户忙时话的频道呼损率和每个用户忙时话务量务量0.027e

28、rl计算，一个计算，一个3小区的基站可负荷小区的基站可负荷13.3853=40.155erl的话务量或可容的话务量或可容1487个用户。个用户。第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS GSM系统系统 10MHz共有共有50个载波个载波400个信道，按个信道，按TACS的的43（载波数（载波数小区数）复用方式计算，每个小区有小区数）复用方式计算，每个小区有31个话音信道个话音信道（400/12=33，考虑到，考虑到GSM一个载波一个载波8个信道，应为个信道，应为32个信道，个信道，去掉去掉1个控制信道，应为个控制信道，应为31个），同样按个），同样按5%的频道

29、呼损率和每的频道呼损率和每个用户忙时话务量个用户忙时话务量0.027erl计算，一个计算，一个3小区的基站可负荷小区的基站可负荷25.7733=77.319erl的话务量或可容的话务量或可容2863个用户。如果按个用户。如果按TACS的的33复用方式，则每个小区有复用方式，则每个小区有39个话音信道个话音信道（400/9=44，考虑到，考虑到GSM一个载波一个载波8个信道，应为个信道，应为40个信道，个信道，去掉去掉1个控制信道，应为个控制信道，应为39个），一个个），一个3小区的基站可负荷小区的基站可负荷33.6093=100.827erl的话务量或可容的话务量或可容3734用户。以上按目前

30、用户。以上按目前采用的全速率（采用的全速率（FR）计算所得结果。）计算所得结果。如按半速率（如按半速率（HR）考虑，则有：）考虑，则有：43复用方式可容复用方式可容177.82erl的话务量或可容的话务量或可容6586个用户；个用户；33复用方式可容复用方式可容244.83erl的话务量或可容的话务量或可容9067个用户。个用户。第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS 频率复用方式频谱利用率系统容量GSM（FR）/TACSGSM（HR）/TACSGSM（FR）/TACSGSM（HR）/TACSGSM 43174359195443TACS 73GSM 3323

31、548127661TACS 73表表5-8 GSM与与TACS的频谱利用率及容量比较的频谱利用率及容量比较第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS 具有开放的接口和通用的接口标准具有开放的接口和通用的接口标准GSM标准以标准以ITU的规定为基础，与的规定为基础，与PSTN、ISDN及及BISDN等公众电信网有完备的互通能力。等公众电信网有完备的互通能力。支持更多的电信业务、承载业务和补充业务支持更多的电信业务、承载业务和补充业务GSM系统提供的业务较模拟系统提供的业务较模拟TACS系统多得多。并具有系统多得多。并具有国际漫游能力。国际漫游能力。保密性和安全性大

32、大提高保密性和安全性大大提高由于采用数字传输，因此可以对全部消息进行加密。由于采用数字传输，因此可以对全部消息进行加密。利用用户识别鉴权可以防止无权用户使用利用用户识别鉴权可以防止无权用户使用GSM系统。系统。利用用户识别保密则可使窃听者不能确定在无线路径利用用户识别保密则可使窃听者不能确定在无线路径上使用资源的是哪一个用户，以保证用户识别系统。上使用资源的是哪一个用户，以保证用户识别系统。 第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS (1) 主要接口。主要接口。 GSM系统的主要接口是指系统的主要接口是指A接口、接口、 Abis接口和接口和Um接口。接口。 这

33、三种主要接口的定义和标准这三种主要接口的定义和标准化可保证不同厂家生产的移动台、化可保证不同厂家生产的移动台、 基站子系统和网络基站子系统和网络子系统设备能够纳入同一个子系统设备能够纳入同一个GSM移动通信网运行和使移动通信网运行和使用。用。5.5 GSM网络接口网络接口第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS A接口。接口。 A接口定义为网络子系统接口定义为网络子系统(NSS)与基站子与基站子系统系统(BSS)之间的通信接口。之间的通信接口。 Abis接口。接口。 Abis接口定义为基站子系统的基站控接口定义为基站子系统的基站控制器制器(BSC)与基站收发信

34、机两个功能实体之间的通信接与基站收发信机两个功能实体之间的通信接口，口， 用于用于BTS(不与不与BSC放在一处放在一处)与与BSC之间的远端互之间的远端互连方式。连方式。 Um接口接口(空中接口空中接口)。 Um接口接口(空中接口空中接口)定义为定义为移动台移动台(MS)与基站收发信机与基站收发信机(BTS)之间的无线通信接之间的无线通信接口，口， 它是它是GSM系统中系统中最重要、最重要、 最复杂最复杂的接口。的接口。 第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS (2) 网络子系统内部接口。网络子系统内部接口。 它包括它包括B、 C、 D、 E、 F、 G接

35、口。接口。 B接口，接口， B接口定义为移动交换中心接口定义为移动交换中心(MSC)与访问与访问位置寄存器位置寄存器(VLR)之间的内部接口，之间的内部接口， 用于用于MSC向向VLR询问有关移动台询问有关移动台(MS)当前位置信息或者通知当前位置信息或者通知VLR有关有关MS的位置更新信息等。的位置更新信息等。第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS C接口。接口。 C接口定义为接口定义为MSC与与HLR之间的接口，之间的接口， 用于传递路由选择和管理信息，用于传递路由选择和管理信息， 两者之间是采用标准两者之间是采用标准的的 2.048 Mb/s PCM数

36、字传输链路实现的。数字传输链路实现的。 D接口。接口。 D接口定义为接口定义为HLR与与VLR之间的接口，之间的接口， 用于交换移动台位置和用户管理的信息，用于交换移动台位置和用户管理的信息， 保证移动台保证移动台在整个服务区内能建立和接收呼叫。在整个服务区内能建立和接收呼叫。 由于由于VLR综合于综合于MSC中，中， 因此因此D接口的物理链路与接口的物理链路与C接口相同。接口相同。第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS E接口。接口。 E接口为相邻区域的不同移动交换中心接口为相邻区域的不同移动交换中心之间的接口，之间的接口， 用于移动台从一个用于移动台从一

37、个MSC控制区到另一个控制区到另一个MSC控制区时交换有关信息，控制区时交换有关信息， 以完成越区切换。以完成越区切换。 F接口。接口。 F接口定义为接口定义为MSC与移动设备识别寄存与移动设备识别寄存器器(EIR)之间的接口，之间的接口， 用于交换相关的管理信息。用于交换相关的管理信息。 G接口。接口。 G接口定义为两个接口定义为两个VLR之间的接口。之间的接口。 第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS (3) GSM系统与其它公用电信网接口。系统与其它公用电信网接口。 GSM系统系统通过通过MSC与公用电信网互连，与公用电信网互连， 一般采用一般采用 7

38、 号信令系统号信令系统接口。接口。 其物理链接方式是通过在其物理链接方式是通过在MSC与与 PSTN或或ISDN交换机之间采用交换机之间采用 2.048 Mb/s 的的PCM数字传输链路来实数字传输链路来实现的。现的。第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS 5.5.2 GSM的区域、的区域、 号码、号码、 地址与识别地址与识别 1. 区域定义区域定义 GSM系统属于小区制大容量移动通信网，系统属于小区制大容量移动通信网， 在它的在它的服务区内设置有很多基站，服务区内设置有很多基站， 移动通信网在此服务区内，移动通信网在此服务区内， 具有控制、具有控制、 交换

39、功能，交换功能， 以实现位置更新、以实现位置更新、 呼叫接续、呼叫接续、 越区切换及漫游服务等功能。越区切换及漫游服务等功能。 在由在由GSM系统组成的移动通信网络结构中，系统组成的移动通信网络结构中， 其相其相应的区域定义如图应的区域定义如图 5 - 3 所示。所示。第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS 图图 5 - 3 GSM的区域定义的区域定义 扇区扇区基站区扇区扇区基站区位置区扇区扇区基站区扇区扇区基站区位置区MSC区扇区扇区基站区扇区扇区基站区位置区扇区扇区基站区扇区扇区基站区位置区MSC区PLMN区GSM 服务区第第5 5章章 GSM数字蜂窝移

40、动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS (1) GSM服务区。服务区。 服务区是指移动台可获得服务的服务区是指移动台可获得服务的区域，区域， 即不同通信网即不同通信网(如如PSTN或或ISDN)用户无需知道移用户无需知道移动台的实际位置而可与之通信的区域。动台的实际位置而可与之通信的区域。 (2) 公用陆地移动通信网公用陆地移动通信网(PLMN)。 一个公用陆地移一个公用陆地移动通信网动通信网(PLMN)可由一个或若干个移动交换中心组成。可由一个或若干个移动交换中心组成。 (3) MSC区。区。 MSC区系指一个移动交换中心所控制区系指一个移动交换中心所控制的区域，的区域， 通常它连接一个

41、或若干个基站控制器，通常它连接一个或若干个基站控制器， 每个每个基站控制器控制多个基站收发信机。基站控制器控制多个基站收发信机。 第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS (4) 位置区。位置区。 位置区一般由若干个小区位置区一般由若干个小区(或基站区或基站区)组成，组成， 移动台在位置区内移动无需进行位置更新。移动台在位置区内移动无需进行位置更新。 通通常呼叫移动台时，常呼叫移动台时， 向一个位置区内的所有基站同时发向一个位置区内的所有基站同时发寻呼信号。寻呼信号。 (5) 基站区。基站区。 基站区系指基站收发信机有效的无线基站区系指基站收发信机有效的无线覆

42、盖区，覆盖区， 简称小区。简称小区。 (6) 扇区。扇区。 当基站收发信天线采用定向天线时，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。基站区分为若干个扇区。 第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS 2. 号码与识别号码与识别 各种号码的定义及用途如下：各种号码的定义及用途如下： (1) 移动用户识别码。移动用户识别码。 在在GSM系统中，系统中， 每个用户每个用户均分配一个惟一的国际移动用户识别码均分配一个惟一的国际移动用户识别码(IMSI)。 此码此码在所有位置在所有位置(包括在漫游区包括在漫游区)都是有效的。都是有效的。 通常在呼叫通常在呼

43、叫建立和位置更新时，建立和位置更新时， 需要使用需要使用IMSI。 第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS IMSI的总长不超过的总长不超过 15 位数字，位数字， 每位数字仅使用每位数字仅使用 09 的数字。的数字。 由以下部分组成：由以下部分组成： MCC: 移动用户所属国家代号，移动用户所属国家代号， 占占 3 位数字，位数字， 中中国的国的MCC规定为规定为 460。 MNC： 移动网号码，移动网号码， 最多由两位数字组成，最多由两位数字组成， 用用于识别移动用户所归属的移动通信网。于识别移动用户所归属的移动通信网。 MSIN: 移动用户识别码，移动

44、用户识别码， 用以识别某一移动通信用以识别某一移动通信网网(PLMN)中的移动用户。中的移动用户。 由由MNC和和MSIN两部分组成国内移动用户识别码两部分组成国内移动用户识别码(NMSI)。第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS (2) 临时移动用户临时移动用户识别码识别码(TMSI) 。 考虑到移动用考虑到移动用户识别码的安全性，户识别码的安全性， GSM系统能提供安全保密措施，系统能提供安全保密措施， 即空中接口无线传输的识别码采用临时移动用户识别即空中接口无线传输的识别码采用临时移动用户识别码码(TMSI)代替代替IMSI。 两者之间可按一定的算法互

45、相两者之间可按一定的算法互相转换。转换。 访问位置寄存器访问位置寄存器(VLR)可给来访的移动用户分可给来访的移动用户分配一个配一个TMSI(只限于在该访问服务区使用只限于在该访问服务区使用)。 IMSI只在起始入网登记时使用，只在起始入网登记时使用， 在后续的呼叫中，在后续的呼叫中， 使用使用TMSI， 以避免通过无线信道发送其以避免通过无线信道发送其IMSI， 从而从而防止窃听者检测用户的通信内容，防止窃听者检测用户的通信内容， 或者非法盗用合法或者非法盗用合法用户的用户的IMSI。第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS (3) 国际移动设备识别码。国际

46、移动设备识别码。 国际移动设备识别码国际移动设备识别码(IMEI)是区别移动台设备的标志，是区别移动台设备的标志， 可用于监控被窃或可用于监控被窃或无效的移动设备。无效的移动设备。 IMEI的格式如图的格式如图 5 - 5 所示。所示。 图中：图中： TAC: 型号批准码，型号批准码， 由欧洲型号标准中心分配。由欧洲型号标准中心分配。 FAC: 装配厂家号码。装配厂家号码。 SNR: 产品序号，产品序号， 用于区别同一个用于区别同一个TAC和和FAC中中的每台移动设备。的每台移动设备。 SP: 备用。备用。第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS 图 5 -

47、5 国际移动设备识别码(IMEI)的格式 TACFACSNRSPIMEI（ 15位数字)6位数字2位数字6位数字1位数字第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS (4) 移动台的号码。移动台的号码。 移动台的号码类似于移动台的号码类似于PSTN中中的电话号码，的电话号码， 是在呼叫接续时所需拨的号码，是在呼叫接续时所需拨的号码， 其编号其编号规则应与各国的编号规则相一致。规则应与各国的编号规则相一致。 移动台的号码有下移动台的号码有下列两种：列两种： 移动台国际移动台国际ISDN号码号码(MSISDN)。 MSISDN为为呼叫呼叫GSM系统中的某个移动用户所需

48、拨的号码。系统中的某个移动用户所需拨的号码。 一个一个移动台可分配一个或几个移动台可分配一个或几个MSISDN号码，号码， 其组成格式其组成格式如图如图 5 - 6 所示。所示。 图中：图中：第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS 图 5 - 6 移动台国际ISDN的格式 CCNDCSN移动台国内有效ISDN 号码移动台国际 ISDN 号码第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS CC: 国家代号，国家代号， 即移动台注册登记的国家代号，即移动台注册登记的国家代号， 中国为中国为 86。 NDC: 国内地区码，国内地区码，

49、每个每个PLMN有一个有一个NDC。 SN: 移动用户号码。移动用户号码。 由由NDC和和SN两部分组成国内两部分组成国内ISDN号码，号码， 其长度不其长度不超过超过 13 位数。位数。 国际国际ISDN号码长度不超过号码长度不超过 15 位数字。位数字。第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS 移动台漫游号码移动台漫游号码(MSRN)。 当移动台漫游到一当移动台漫游到一个新的服务区时，个新的服务区时， 由由VLR给它分配一个给它分配一个临时性临时性的漫游的漫游号码，号码， 并通知该移动台的并通知该移动台的HLR， 用于建立通信路由。用于建立通信路由。 一旦

50、该移动台离开该服务区，一旦该移动台离开该服务区， 此漫游号码即被收回，此漫游号码即被收回， 并可分配给其它来访的移动台使用。并可分配给其它来访的移动台使用。漫游漫游号码的组成格式与移动台国际号码的组成格式与移动台国际(或国内或国内)ISDN号码相同号码相同。MSISDN只在网络中关联，只在被呼时有效，它只与用户只在网络中关联，只在被呼时有效，它只与用户发生作用，在于它提供用户可以接受呼叫的号码。本质上发生作用，在于它提供用户可以接受呼叫的号码。本质上它是一个目录号码，它不用于空中接口。它是一个目录号码，它不用于空中接口。 MSRN的使用是非常严格的，它只用在网络实体之间，没的使用是非常严格的，

51、它只用在网络实体之间，没有用户可以访问它，更进一步说，与有用户可以访问它，更进一步说，与MSISDN不同，它不不同，它不是在性能上与一个用户有关是在性能上与一个用户有关,而只与特殊呼叫有明显相关。而只与特殊呼叫有明显相关。第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS 漫游号码与临时移动用户识别码的区别：漫游号码与临时移动用户识别码的区别： 临时移动用户识别码替代移动用户识别码，为了保密临时移动用户识别码替代移动用户识别码，为了保密和安全性，在所有位置有效，包括漫游区。和安全性，在所有位置有效，包括漫游区。 漫游号码用于建立路由，仅在漫游时使用，离开漫游漫游号码用于

52、建立路由，仅在漫游时使用，离开漫游区即收回。区即收回。第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS (5) 位置区和基站的识别码。位置区和基站的识别码。 位置区识别码位置区识别码(LAI)。 在检测位置更新和信道在检测位置更新和信道切换时，切换时， 要使用位置区识别码要使用位置区识别码(LAI)。 位置区和位置区和TMSI存在存在SIM卡中。卡中。 在在GSM中，移动台能够自动发起位置更新也可由网络中，移动台能够自动发起位置更新也可由网络发起（周期性位置更新）。位置区通过位置识别码发起（周期性位置更新）。位置区通过位置识别码（LAI）来识别。每个位置区中的小区有它

53、自己的小）来识别。每个位置区中的小区有它自己的小区识别码区识别码(CI)。一个。一个LAI和一个和一个CI唯一确认网络中的每唯一确认网络中的每个小区。个小区。 第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS 基站识别色码基站识别色码(BSIC)。 基站识别色码基站识别色码(BSIC)用于用于移动台识别相同载频的不同基站，移动台识别相同载频的不同基站， 特别用于区别在不同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。国家的边界地区采用相同载频且相邻的基站。 BSIC为一为一个个 6 比特编码。比特编码。 NCC（3bit）: PLMN色码，色码， 用来识别

54、相邻的用来识别相邻的PLMN网。网。 BCC（3bit）：）： BTS色码，色码， 用来识别相同载频的不用来识别相同载频的不同的基站。同的基站。 第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS 位置识别码（位置识别码（LAI）和小区识别码）和小区识别码(CI) MCCMNCLAC位置区识别码（LAI）MCC=3bits MNC=2bits LACGPRS服务支持结点服务支持结点(SGSN, Serving GPRS Supporting Node) 对移动终端进行定位和跟踪对移动终端进行定位和跟踪,实现和移动终端之间的分组发送和实现和移动终端之间的分组发送和接收。接

55、收。 GPRS网关支持结点网关支持结点(GGSN, Gateway GPRS Support Node)将来自将来自SGSN的分组按照其他分组协议的分组按照其他分组协议(如如IP,X.25)发送到其他非发送到其他非GPRS网络网络,或者将来自其他网络的分组转发相应的或者将来自其他网络的分组转发相应的SGSN。 分组控制单元分组控制单元(PCU) 用于分组数据的信道管理和信道接入控制。用于分组数据的信道管理和信道接入控制。第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS GPRS网络结构网络结构PCUGPRS服务支持结点:对移动终端进行定位和跟踪,实现和移动终端之间的分

56、组发送和接收.GPRS网关支持结点分组控制单元第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS GPRS网络结构网络结构2、GSM中需要进行改造的设备中需要进行改造的设备 BTS：需软件升级支持新的逻辑信道结构和编码方式。：需软件升级支持新的逻辑信道结构和编码方式。 BSC：需要增加新的分组数据处理单元：需要增加新的分组数据处理单元PCU，PCU可以作为可以作为BSC中的一个单元，也可以是一台单独的设备。中的一个单元，也可以是一台单独的设备。 HLR：需要软件升级支持：需要软件升级支持GPRS的用户数据和路由信息以及与的用户数据和路由信息以及与SGSN的的Gr接口。接

57、口。 MSC/VLR：软件升级支持：软件升级支持MSC与与SGSN的的Gs接口。接口。 OMC：需要增加对新的网络单元进行网络管理的功能。：需要增加对新的网络单元进行网络管理的功能。 计费系统：软件升级支持按流量计费。计费系统：软件升级支持按流量计费。 终端：终端：GPRS和和GSM采用不同的数据类型，需要采用支持采用不同的数据类型，需要采用支持GPRS的终端。的终端。第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS GPRS逻辑体系结构逻辑体系结构 从逻辑上来说，从逻辑上来说，GPRS通过在通过在GSM网络结构中网络结构中增添增添SGSN和和GGSN两个新的两个新的

58、网络节点来实现。网络节点来实现。由于增加了这两由于增加了这两个网络节点，需个网络节点，需要命名新的接口。要命名新的接口。第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与GPRS GPRS逻辑体系结构逻辑体系结构GPRS体系结构中的接口及参考点体系结构中的接口及参考点lR：非：非ISDN终端与移动终端之间的参考点；终端与移动终端之间的参考点；lGb：SGSN与与BSS之间的接口；之间的接口；lGc：GGSN与与HLR之间的接口；之间的接口；lGd：SMS-GMSC（支持短消息服务的网关（支持短消息服务的网关MSC）之间的接口，）之间的接口， SMS-IWMSC（支持短消息服务的

59、互连（支持短消息服务的互连MSC ）与）与SGSN之间的接口；之间的接口；lGi：GPRS与外部分组数据之间的参考点；与外部分组数据之间的参考点；lGn：同一：同一GSM网络中两个网络中两个SGSN之间的接口；之间的接口；lGp：不同：不同GSM网络中两个网络中两个SGSN之间的接口；之间的接口；lGr：SGSN与与HLR之间的接口；之间的接口；lGs：SGSN与与MSC/VLR之间的接口；之间的接口；lGf：SGSN与与EIR之间的接口；之间的接口；lUm：MS与与GPRS固定网部分之间的无线接口。固定网部分之间的无线接口。第第5 5章章 GSM数字蜂窝移动通信系统与数字蜂窝移动通信系统与G

60、PRS 分组数据链路逻辑信道分组数据链路逻辑信道(1) 分组公共控制信道分组公共控制信道(PCCCH, Packet Common Control Channel) l分组随机接入信道分组随机接入信道(PRACH, Packet Randem Access Channel)：只存在于上行链路，只存在于上行链路，MS用来发起上行传输数据和信令信息。分组用来发起上行传输数据和信令信息。分组接入突发和扩展分组接入突发使用该信道。接入突发和扩展分组接入突发使用该信道。l分组寻呼信道分组寻呼信道(PPCH, Packet Paging Channe1)：只存在于下行链路。在下行数据传输之前用于寻呼只存在