第一二章GSM移动通信系统

1、移动通信系统移动通信系统 柴柴 蓉蓉通信与信息工程学院通信与信息工程学院课程内容课程内容l主要内容主要内容蜂窝移动通信系统蜂窝移动通信系统u 系统架构系统架构u 关键技术关键技术无线局域网技术无线局域网技术l考核方式考核方式40%40%平时成绩（课堂考勤），平时成绩（课堂考勤），60%60%研究报告。研究报告。l任课老师联系方式任课老师联系方式电话：电话：6426022464260224邮箱：邮箱：l基本基本概念概念通信系统分类通信系统分类移动通信移动通信发展史发展史移动通信移动通信系统的系统的组成组成数字蜂窝移动通信数字蜂窝移动通信的基本技术：的基本技术：多址技术、蜂窝多址技术、蜂窝技术技术

2、l蜂窝蜂窝移动通信移动通信系统概述系统概述GSMGSM、3G3G、LTELTE、4G4Gl蜂窝蜂窝移动通信移动通信系统关键技术系统关键技术MIMOMIMO、OFDMOFDM、协作通信技术、认知无线电技术、密集组网、协作通信技术、认知无线电技术、密集组网技术技术l无线局域网架构及关键技术无线局域网架构及关键技术课程内容课程内容l基本基本概念概念通信系统分类通信系统分类移动通信发展历程移动通信发展历程移动通信移动通信系统的基本要求及面临的问题系统的基本要求及面临的问题移动通信移动通信系统的系统的组成组成数字蜂窝移动通信数字蜂窝移动通信的基本的基本技术技术第一章第一章 移动通信系统基本概念移动通信系

3、统基本概念通信系统分类通信系统分类l根据传输媒质分类根据传输媒质分类有线通信系统有线通信系统u 采用有线传输介质（如电缆、光缆等）的通信系统采用有线传输介质（如电缆、光缆等）的通信系统u 常见通信形式：固定电话通信、电话线常见通信形式：固定电话通信、电话线/ /网线接入网线接入互联网、光纤通信等。互联网、光纤通信等。无线通信系统无线通信系统u 采用无线传输介质（如电磁波）的通信系统。采用无线传输介质（如电磁波）的通信系统。u 常见通信形式：短波通信、移动通信、卫星通信、常见通信形式：短波通信、移动通信、卫星通信、激光通信等。激光通信等。通信系统分类通信系统分类l 按信道中传输信号特征分类按信道

4、中传输信号特征分类模拟通信系统（模拟通信系统（1G1G）数字通信系统（数字通信系统（2G2G、3G3G、4G4G，数字电视），数字电视）l 按通信者是否运动分类按通信者是否运动分类移动通信系统：通信双方至少有一方在移动中的通信移动通信系统：通信双方至少有一方在移动中的通信固定通信系统固定通信系统l 按使用范围分类按使用范围分类广域网、城域网、局域网、个域网广域网、城域网、局域网、个域网中长波通信中长波通信 1MHz1MHz短波通信短波通信 1MHz30MHz1MHz30MHz超短波通信超短波通信 30MHz-1GHz30MHz-1GHz微波通信微波通信 1GHz-1GHz-几十几十GHzGHz

5、毫米波通信毫米波通信 几十几十GHzGHz红外光通信红外光通信大气激光通信大气激光通信 l 按通信设备的工作频率分类按通信设备的工作频率分类通信系统分类通信系统分类通信系统分类通信系统分类l 根据传输媒质分类根据传输媒质分类有线通信系统有线通信系统无线通信系统无线通信系统u采用无线传输介质（如电磁波）的通信系统。采用无线传输介质（如电磁波）的通信系统。u常见通信形式：短波通信、常见通信形式：短波通信、移动通信移动通信、卫星通信、激光通信等。、卫星通信、激光通信等。l 按信道中传输信号特征分类按信道中传输信号特征分类 模拟通信系统模拟通信系统 数字通信系统数字通信系统l 按通信者是否运动分类按通

6、信者是否运动分类 移动通信系统移动通信系统 固定通信系统固定通信系统l 早期移动通信早期移动通信莫尔斯电报莫尔斯电报 18951895年无线电发明以后，莫尔斯电报用于船舶通信。年无线电发明以后，莫尔斯电报用于船舶通信。车载无线电车载无线电 19211921年美国底特律警察厅开始使用工作在年美国底特律警察厅开始使用工作在2MHz2MHz频段的车载无线电。频段的车载无线电。公用汽车电话业务公用汽车电话业务 2020世纪世纪4040年代中期到年代中期到6060年代中期，美国等发达国家陆续开通了公年代中期，美国等发达国家陆续开通了公用汽车电话业务，可用频道很少，设备笨重，使用不方便，不容易保用汽车电话

7、业务，可用频道很少，设备笨重，使用不方便，不容易保密，发展缓慢，用户总数只有几百个。密，发展缓慢，用户总数只有几百个。移动通信系统发展史移动通信系统发展史l 大、中区制移动通信大、中区制移动通信 2020世纪世纪6060年代中期到年代中期到7070年代中期，采用了大、中区制，可用频道年代中期，采用了大、中区制，可用频道数增加，频谱利用率有较大的增加，保密性增强，用户日益增多。数增加，频谱利用率有较大的增加，保密性增强，用户日益增多。 大区制：大区制：一个城市仅有一个无线区覆盖，基站的发射功一个城市仅有一个无线区覆盖，基站的发射功率很大，无线区覆盖半径约率很大，无线区覆盖半径约303040km4

8、0km，仅适用于业务量不大，仅适用于业务量不大的情形。其优点是设备简单、投资较小。缺点是难以进行频的情形。其优点是设备简单、投资较小。缺点是难以进行频率复用。率复用。 中区制中区制: :无线区覆盖半径为无线区覆盖半径为20km20km左右，基地站数多，在左右，基地站数多，在相距较远的两个无线区中可以利用频率。网络结构较大区制相距较远的两个无线区中可以利用频率。网络结构较大区制复杂，投资大，但可容纳更多的用户。适用于专用移动通信复杂，投资大，但可容纳更多的用户。适用于专用移动通信网。网。 大区制、中区制系统的频谱利用率仍不高，无法满足大大区制、中区制系统的频谱利用率仍不高，无法满足大量用户的通信

9、需求。量用户的通信需求。大区制、中区制移动通信系统大区制、中区制移动通信系统l提出提出 20世纪世纪70年代中期，美国贝尔实验室提出了小区制大容年代中期，美国贝尔实验室提出了小区制大容量系统。量系统。l概念概念 覆盖半径覆盖半径210 km的多个无线区链接而成整个服务区。的多个无线区链接而成整个服务区。l特点特点采用采用信道频率复用技术：在同一业务区内多次重复使信道频率复用技术：在同一业务区内多次重复使用可用信道组以扩大系统的容量。用可用信道组以扩大系统的容量。设备复杂，但可容纳大量设备复杂，但可容纳大量用户。用户。 目前，大容量公用移动通信系统均采用小区制。目前，大容量公用移动通信系统均采用

10、小区制。小区制移动通信系统小区制移动通信系统 公用移动通信系统从公用移动通信系统从20世纪世纪70年代中期开始至今，年代中期开始至今，共经历五代。共经历五代。l1G：模拟移动通信系统模拟移动通信系统l2G：数字移动通信系统（数字移动通信系统（GSM）l3G：采用采用CDMA技术，移动用户数据速率技术，移动用户数据速率384kbps，固定用，固定用户速率户速率2Mbps。l4G：采用采用MIMO，OFDM等技术，数据速率等技术，数据速率100Mbps，全，全IP组网。组网。l5G：研究中。更高容量，更短时延，支持大量终端。研究中。更高容量，更短时延，支持大量终端。 小区制移动通信系统小区制移动通

11、信系统l 对技术的基本要求对技术的基本要求 高的频谱利用率高的频谱利用率 高质量高质量话音和话音和数据传输数据传输服务服务 具有移动性和便携性具有移动性和便携性 灵活方便的组网灵活方便的组网 抗干扰抗干扰 保密与信息安全保密与信息安全l 面临的核心问题面临的核心问题在满足用户服务质量的前提下，提高频谱利用率，提在满足用户服务质量的前提下，提高频谱利用率，提高系统容量，提供多种服务。高系统容量，提供多种服务。移动通信系统基本要求及面临问题移动通信系统基本要求及面临问题l移动台（移动台（MS，Mobile Station，UE，User Equipment） 蜂窝网络移动终端，由控制单元、收发信机

12、和天线组成。蜂窝网络移动终端，由控制单元、收发信机和天线组成。l基站（基站（BS，Base Station） 分布在每个小区，负责本小区内分布在每个小区，负责本小区内MS与与MSC之间的连接，之间的连接，包括控制单元、收发信机组、天馈系统、电源与数据终端包括控制单元、收发信机组、天馈系统、电源与数据终端等。等。l移动电话交换中心（移动电话交换中心（MSC, Mobile Switching Center） 负责所有负责所有BS、MS的交换控制与管理，负责与本地电话网的交换控制与管理，负责与本地电话网的连接、交换接续，以及对的连接、交换接续，以及对MS的计费。的计费。移动通信系统的组成移动通信系

13、统的组成移动通信系统架构移动通信系统架构l多址技术多址技术l蜂窝技术蜂窝技术 频率频率复用复用 小区小区分裂分裂 移动通信基本技术移动通信基本技术l提出提出 多个用户通过基站与其他用户通信，必须对不同用户多个用户通过基站与其他用户通信，必须对不同用户的信号赋予不同的特征。的信号赋予不同的特征。 （1）上行：基站从用户信号中区分出某用户的信号）上行：基站从用户信号中区分出某用户的信号 （2）下行：用户能从基站发出的信号中识别发送至自身）下行：用户能从基站发出的信号中识别发送至自身的信号的信号。 多址技术用于解决多用户通信问题。多址技术用于解决多用户通信问题。多址技术多址技术l基本类型基本类型频分

14、多址（频分多址（FDMAFDMA）时分多址（时分多址（TDMATDMA）码分多址（码分多址（CDMACDMA）（a） FDMA （b） TDMA 多址技术多址技术（c）CDMA 多址技术多址技术l问题的提出：问题的提出： 移动通信频率资源有限，用户业务需求不断增加，移动通信频率资源有限，用户业务需求不断增加，导致系统资源紧缺，如何满足业务需求？导致系统资源紧缺，如何满足业务需求？ 蜂窝技术蜂窝技术l基本思想：基本思想： 处在不同空间位置（不同小区）相互不干扰的用户可以同处在不同空间位置（不同小区）相互不干扰的用户可以同时使用相同频率的信道。时使用相同频率的信道。l实现方式实现方式4/124/1

15、2复用复用方式方式 将将频率分成频率分成1212组，并轮流分配到组，并轮流分配到4 4个站点（个站点（A A、B B、C C、D D），每个站点可用），每个站点可用3 3个频率组个频率组。3/93/9频率复用方式频率复用方式 频率复用技术频率复用技术4/12频率复用方式频率复用方式l问题提出问题提出 当蜂窝移动通信系统服务区内的部分地区业务量增加时，当蜂窝移动通信系统服务区内的部分地区业务量增加时，分配给该部分小区的信道数量将不足以支持所要求的用户分配给该部分小区的信道数量将不足以支持所要求的用户数。数。 可采用小区分裂的办法来增加信道数，以满足系统增加可采用小区分裂的办法来增加信道数，以满足

16、系统增加容量的要求。容量的要求。l小区分裂概念小区分裂概念 将某小区划分为半径更小的新小区，分裂后的每个新小区将某小区划分为半径更小的新小区，分裂后的每个新小区都有自己的基站，并相应地减低天线高度和减小发射机功都有自己的基站，并相应地减低天线高度和减小发射机功率。率。l目的目的 使得单位面积内的信道数目增加，从而增加系统容量。使得单位面积内的信道数目增加，从而增加系统容量。小区分裂技术小区分裂技术小区分裂技术小区分裂技术l基本基本概念概念l蜂窝蜂窝移动通信系统概述移动通信系统概述GSMGSM3G3GLTELTE4G4Gl蜂窝移动通信系统关键技术蜂窝移动通信系统关键技术MIMOMIMO、OFDM

17、OFDM、协作通信技术、认知无线电技术、密集组网、协作通信技术、认知无线电技术、密集组网技术技术l无线局域网架构及关键技术无线局域网架构及关键技术课程内容课程内容GSM: Global System for Mobile Communicationsl数字蜂窝系统，属于数字蜂窝系统，属于2G2Gl采用时分多址（采用时分多址（TDMATDMA）l由欧洲通信标准化委员会（由欧洲通信标准化委员会（ETSI ETSI ）制定。）制定。 ETSI：European Telecommunications Standards Institute第二章第二章 GSM数字蜂窝移动通信系统数字蜂窝移动通信系统 l

18、 移动台：移动台： MS: MS: Mobile StationMobile Stationl 基基站子系统站子系统 BSSBSS：Base Station Base Station SubsystemSubsysteml 网络网络子系统子系统 NSS NSS：Network Switching Network Switching SubsystemSubsysteml 操作操作维护中心维护中心 OMC OMC：Operation and Maintenance Operation and Maintenance CenterCenterGSM系统架构系统架构 MS: Mobile Stati

19、on，移动台，移动台 BTS: Base Transceiver Station，基站收发信台，基站收发信台 BSC: Base Station Controller，基站控制器，基站控制器GSM系统架构系统架构MSC：Mobile Switching Centre，移动交换中心，移动交换中心VLR：Visitor Location Register，访问用户位置寄存器，访问用户位置寄存器HLR： Home Location Register，归属用户位置寄存器，归属用户位置寄存器AUC ：Authentication Center，鉴权中心，鉴权中心EIR：Equipment Identit

20、y Register，移动设备识别寄存器，移动设备识别寄存器GSM系统架构系统架构 l 移动台：移动台：MSMSl 基基站子系统站子系统 BSSBSS：Base Station Base Station SubsystemSubsysteml 网络网络子系统子系统 NSS NSS：Network Switching Network Switching SubsystemSubsysteml 操作操作维护中心维护中心 OMC OMC：Operation and Maintenance Operation and Maintenance CenterCenterGSM系统架构系统架构l 由由SIM

21、SIM卡与机身设备组成。卡与机身设备组成。l SIMSIM：Subscriber Subscriber Identity Identity ModuleModule客户客户识别模块识别模块 SIMSIM卡存储所有与用户有关的信息，包括鉴权和加卡存储所有与用户有关的信息，包括鉴权和加密信息。密信息。l GSMGSM系统通过系统通过SIMSIM卡来识别移动电话用户。卡来识别移动电话用户。 移动台移动台 BSS由基站收发信台（由基站收发信台（BTS）和基站控制器）和基站控制器（BSC）组成。）组成。BTS （Base Transceiver Station） ：基站子系统：基站子系统的无线部分的无线

22、部分 功能：实现功能：实现BSS与与MS之间通过空中接口的无线传之间通过空中接口的无线传输。输。BTS由基站控制器（由基站控制器（BSC）控制）控制BSC（ Base Station Controller ）：基站子系统：基站子系统的控制部分。的控制部分。 功能：对功能：对BTS进行控制、管理，包括无线信道的进行控制、管理，包括无线信道的分配、释放和越区切换管理，提供分配、释放和越区切换管理，提供MS与网络子与网络子系统（系统（NSS）之间的接口管理。）之间的接口管理。基站子系统（基站子系统（BSS）l组成部分：组成部分：移动交换中心（移动交换中心（MSCMSC，Mobile Switchin

23、g CentreMobile Switching Centre）归属用户位置归属用户位置寄存器寄存器(HLR(HLR：Home Home Location Location Register)Register)访问用户位置访问用户位置寄存器寄存器(VLR(VLR：Visitor Location Visitor Location Register)Register)鉴权中心（鉴权中心（AUCAUC：Authentication Center)Authentication Center)移动设备识别寄存器（移动设备识别寄存器（EIREIR：Equipment Identity Register

24、Equipment Identity Register ）l功能功能 用户数据存储、交换、用户移动性管理、安全性管理所需的用户数据存储、交换、用户移动性管理、安全性管理所需的数据库功能等。数据库功能等。网络子系统（网络子系统（NSS）l移动移动交换中心（交换中心（MSCMSC） MSC负责协调、控制网络中的各功能实体。负责协调、控制网络中的各功能实体。 l归属归属用户位置寄存器（用户位置寄存器（HLRHLR）存储其控制的所有注册移动用户的静态数据：存储其控制的所有注册移动用户的静态数据： 移动用户识别号码、访问能力、漫游能力、用户类别和移动用户识别号码、访问能力、漫游能力、用户类别和补充业务等

25、数据。补充业务等数据。存储移动用户漫游所在的存储移动用户漫游所在的MSC区域相关动态信息数据。区域相关动态信息数据。网络子系统（网络子系统（NSS）l 访问访问用户位置寄存器（用户位置寄存器（VLRVLR）VLR从移动用户的从移动用户的HLR处获取并存储处获取并存储数据数据存储存储进入其控制区域内已注册的移动用户相关信息，并为进入其控制区域内已注册的移动用户相关信息，并为用户提供建立呼叫的必要条件。用户提供建立呼叫的必要条件。一旦一旦移动用户离开某移动用户离开某VLR的控制区域，则重新在另一个的控制区域，则重新在另一个VLR登记，原登记，原VLR将取消临时记录的该移动用户数据将取消临时记录的该

26、移动用户数据。VLR为动态用户数据库，通常为动态用户数据库，通常VLR和和MSC在同一物理实在同一物理实体。体。 网络子系统（网络子系统（NSS）l鉴权中心（鉴权中心（AUCAUC：Authentication Authentication Center Center ）负责管理和提供用户合法性和安全性的保密数据，从而实现负责管理和提供用户合法性和安全性的保密数据，从而实现用户鉴权，保护空中接口，防止非法用户的假冒。用户鉴权，保护空中接口，防止非法用户的假冒。AUC根据根据HLR的请求，产生用户专用的一组鉴权参数，并由的请求，产生用户专用的一组鉴权参数，并由HLR传给传给VLR。l移动移动设备

27、识别寄存器（设备识别寄存器（EIREIR：Equipment Identity Equipment Identity RegisterRegister） 存储移动设备的国际移动设备识别码（存储移动设备的国际移动设备识别码（IMEI）。）。 IMEI是分配给用户手机终端的标识，即通常所说的手机是分配给用户手机终端的标识，即通常所说的手机序列号，存储在手机的序列号，存储在手机的EEPROM（俗称码片）里。（俗称码片）里。 每台手机在组装完成后都将被赋予一个全球唯一的一组号每台手机在组装完成后都将被赋予一个全球唯一的一组号码，正常情况下，只有拥有码，正常情况下，只有拥有IMEI号码的手机才能够通信。

28、号码的手机才能够通信。网络子系统（网络子系统（NSS）IMEI可以用来监控被窃或无效的移动设备。可以用来监控被窃或无效的移动设备。例如：在一部手机具备一个例如：在一部手机具备一个IMEI号码的情况下，如果某个号码的情况下，如果某个用户存在违法行为，警方可通过手机的用户存在违法行为，警方可通过手机的IMEI号码找到通话号码找到通话者。者。此外，如果用户的手机被盗，运营商还可以通过此外，如果用户的手机被盗，运营商还可以通过IMEI号码号码禁用被盗手机。禁用被盗手机。 目前都把目前都把HLR、AUC和和EIR三个设备合并在一起，处于同三个设备合并在一起，处于同一物理实体。一物理实体。特性特性900M

29、Hz1800MHz频率范围频率范围上行频段：上行频段：885 MHz915MHz下行频段：下行频段：935 MHz960MHz上行频段：上行频段：1710 MHz1785MH下行频段：下行频段：1805MHz1880MHz频带宽度频带宽度25MHz75MHz双工间隔双工间隔45MHz95MHz信道带宽信道带宽200KHz200KHz频道序号频道序号n 1124（共（共124个频点）个频点）512885（共（共374个频点）个频点）GSM频率配置频率配置中国移动中国移动GSM900 上行上行/下行：下行：885-909/935-954GSM1800M 上行上行/下行：下行：1710-1725/1

30、805-1820中国联通中国联通GSM900 上行上行/下行：下行：909-915/954-960GSM1800 上行上行/下行：下行：1745-1755/18401850 （1）移动用户号码（即用户的手机号），组成如）移动用户号码（即用户的手机号），组成如下：下：CC： Country Code 国家码，如中国为国家码，如中国为86。NDC：National Destination Code 国内接入号。国内接入号。SN ：Subscriber Number 移动用户号。移动用户号。 CCNDCSNGSM网的编号计划网的编号计划lNDC(NDC(国内接入号，国内接入号，1-31-3位位):)

31、:中国移动中国移动:134-139，150-152，157-159.中国联通中国联通:130-132，153，155，156。lSNSN（移动用户号，（移动用户号，4-114-11位）位）: :HLR识别码（第识别码（第4-第第7位），地区编码，由运营商统一分配。位），地区编码，由运营商统一分配。移动用户号（第移动用户号（第8-第第11位），由各位），由各HLR自行分配。自行分配。号码举例：号码举例：861390477000186：中国：中国139：中国移动：中国移动0477：内蒙古移动：内蒙古移动 全球通卡全球通卡 0001：用户号。：用户号。（2）国际移动用户识别码（）国际移动用户识别码（

32、IMSI：International Mobile Subscriber Identity）作用：是区别移动用户的标志，储存在作用：是区别移动用户的标志，储存在SIM卡中。卡中。组成：组成： MCC： Mobile Country Code，移动国家码，三位数字，如中国为，移动国家码，三位数字，如中国为460。MNC： Mobile Network Code，移动网号，两位数字，如中国移动的，移动网号，两位数字，如中国移动的移动网号为移动网号为00，中国联通的移动网号为，中国联通的移动网号为01。MSIN： Mobile Subscriber Identification Number，在某一

33、，在某一PLMN内内MS唯一的识别码。唯一的识别码。 IMSI最多包含最多包含15个（个（09）的数字。）的数字。 典型的典型的IMSI举例：举例：460-00-4777770001。 IMSI与手机号码存在绑定关系，在与手机号码存在绑定关系，在HLR内定义。内定义。MCCMNCMSIN（3）移动用户漫游号码）移动用户漫游号码MSRN与切换号码与切换号码HON 漫游号码漫游号码MSRN：Mobile Subscriber Roaming-Number 切换号码切换号码HON：Handover-Number（4）临时移动用户识别码）临时移动用户识别码TMSI (Temporary Mobile

34、Subscriber Identity) TMSI是为了加强系统的保密性而在是为了加强系统的保密性而在VLR内分配的临时用户内分配的临时用户识别。识别。 在某一在某一VLR区域内，区域内，TMSI与与IMSI唯一对应。唯一对应。（5）位置区识别码（）位置区识别码（LAI：Location Area Identification） LAI用于移动用户的位置更新。用于移动用户的位置更新。（6）全球小区识别（）全球小区识别（CGI：Cell Global Identification） CGI是所有是所有GSM中小区的唯一标识，它由位置区识别中小区的唯一标识，它由位置区识别LAI加上小区识别加上小区

35、识别CI构成。即构成。即CGI=LAI+CI。（7）基站识别码（）基站识别码（BSIC：Base Station Identity Code） 基站识别码（基站识别码（BSIC）用于识别相邻的、采用相同载频）用于识别相邻的、采用相同载频的、不同基站收发信台（的、不同基站收发信台（BTS）。）。 l 移动移动性管理的目的性管理的目的 确定确定MS当前位置，实现当前位置，实现MS与网络联系的最佳状与网络联系的最佳状态。态。l移动性移动性管理分类（管理分类（根据根据MS当前状态）当前状态）漫游管理：针对空闲模式用户漫游管理：针对空闲模式用户切换管理：针对正在通信的用户切换管理：针对正在通信的用户GS

36、M系统的移动性管理系统的移动性管理问题问题： 处于处于空闲模式的空闲模式的MS如何确定其位置？如何确定其位置？漫游漫游： 空闲空闲模式用户改变与小区和网络联系的状态。模式用户改变与小区和网络联系的状态。位置更新概念位置更新概念： 在在漫游期间改变位置区，以及与新的位置区的确认漫游期间改变位置区，以及与新的位置区的确认过程。过程。位置位置更新主要内容：更新主要内容： 常规位置更新常规位置更新 IMSI分离分离/附着附着 周期性位置登记周期性位置登记GSM系统的移动性管理系统的移动性管理l漫游管理漫游管理l 常规常规位置更新位置更新 指移动台从一个位置区移动到另一位置区时进行的位置更指移动台从一个

37、位置区移动到另一位置区时进行的位置更新过程。新过程。 GSM系统各小区均通过系统消息向位于该小区内的所有移系统各小区均通过系统消息向位于该小区内的所有移动用户发送该小区所属的位置区识别码（动用户发送该小区所属的位置区识别码（LAI） 移动台收到该小区的移动台收到该小区的LAI消息并与其消息并与其SIM卡中存储的卡中存储的LAI进进行比较。行比较。 如果两个如果两个LAI相同，则表示移动台无需进行位置更新；当移相同，则表示移动台无需进行位置更新；当移动台发现两个动台发现两个LAI不同时，说明移动台已移动到新的位置区，不同时，说明移动台已移动到新的位置区，此时移动台向此时移动台向MSC/VLR报告

38、其新的位置区信息，申请位置更报告其新的位置区信息，申请位置更新。新。 漫游管理漫游管理 MSC/VLR接收移动台的位置更新请求后，更新接收移动台的位置更新请求后，更新VLR中该移中该移动用户当前所在位置区的信息。动用户当前所在位置区的信息。 当出现对该移动用户新的呼叫时，当出现对该移动用户新的呼叫时，MSC/VLR可将该呼叫准可将该呼叫准确地传递到移动台所在的新位置区，并在该位置区所属的所有确地传递到移动台所在的新位置区，并在该位置区所属的所有小区基站发起寻呼。小区基站发起寻呼。 漫游管理漫游管理l 常规位置更新常规位置更新当移动台关机或移除当移动台关机或移除SIM卡时，移动台向网络发送卡时，

39、移动台向网络发送IMSI分离操作消息，分离操作消息，MSC/VLR收到该消息后对收到该消息后对VLR中的中的IMSI进行分离标记。进行分离标记。 目的：避免无效寻呼，提高系统接通率。目的：避免无效寻呼，提高系统接通率。 漫游管理漫游管理lIMSI分离分离/附着附着 IMSI分离：也称为关机登记分离：也称为关机登记 IMSI附着：也称为开机登记附着：也称为开机登记当移动台重新开机后，若此时移动台处于分离前相当移动台重新开机后，若此时移动台处于分离前相同的位置区，则将同的位置区，则将MSC/VLR中中VLR的的IMSI做附着做附着标记，可有效地向移动用户传递寻呼消息；若位置标记，可有效地向移动用户

40、传递寻呼消息；若位置区已变，则需进行新的常规位置更新。区已变，则需进行新的常规位置更新。 移动台关机发送移动台关机发送“IMSI分离分离”的消息时，若因无线信令的消息时，若因无线信令链路质量不好，链路质量不好，MSC/VLR无法正确收到无法正确收到“IMSI分离分离”消消息，系统仍会认为息，系统仍会认为“IMSI附着附着” ，或者由于用户移动到，或者由于用户移动到无线覆盖不良的地区，系统可能无法对用户进行有效的寻无线覆盖不良的地区，系统可能无法对用户进行有效的寻呼。呼。 系统可通过广播消息通知移动台按系统消息中指定的时系统可通过广播消息通知移动台按系统消息中指定的时间周期进行定期登记，例如要求

41、移动台间周期进行定期登记，例如要求移动台30分钟周期性登记分钟周期性登记一次，若系统收不到周期登记信息，一次，若系统收不到周期登记信息，MSC/VLR即给移动即给移动台做台做“IMSI分离分离”标记。标记。 漫游管理漫游管理l周期性位置登记周期性位置登记l切换概念，也称越切换概念，也称越区切换区切换 在移动台通话过程中，不中断通话而进入新的服务小区并由在移动台通话过程中，不中断通话而进入新的服务小区并由之提供服务的过程称为切换。之提供服务的过程称为切换。l 切换依据切换依据 信号强度、信号强度、BSS负荷调整、来自负荷调整、来自OMC的请求等。的请求等。 切换管理切换管理 越区切换分类越区切换

42、分类分类依据：分类依据：建立新连接与中断旧连接先后顺序建立新连接与中断旧连接先后顺序l硬切换：硬切换：在新的连接建立前，先中断旧的连接，如在新的连接建立前，先中断旧的连接，如GSM系统。系统。l软切换：软切换：指既维持旧的连接，又同时建立新的连接；在指既维持旧的连接，又同时建立新的连接；在新的连接建立之后，中断旧的连接，如新的连接建立之后，中断旧的连接，如CDMA系统。系统。 越区切换分类越区切换分类分类依据：分类依据：切换前后小区关系切换前后小区关系l同一移动交换中心（同一移动交换中心（MSCMSC）内的越区切换）内的越区切换同一同一BSCBSC内的切换内的切换不同不同BTSBTS之间的切换

43、之间的切换同一同一BTSBTS内不同扇区之间的切换内不同扇区之间的切换不同不同BSCBSC之间的切换之间的切换l不同移动交换中心（不同移动交换中心（MSCMSC）之间的越区切换）之间的越区切换l切换切换准则：切换触发机制准则：切换触发机制 是否是否需执行需执行切换，何时执行切换切换，何时执行切换l切换目标小区选择及资源分配切换目标小区选择及资源分配 切换目标小区选择切换目标小区选择 多多因素综合考虑：信道传输质量、因素综合考虑：信道传输质量、小区资源（负载）、小区资源（负载）、业务需求、用户移动速率、通信费用等业务需求、用户移动速率、通信费用等。资源分配：资源预留机制资源分配：资源预留机制l切

44、换实现切换实现 如何实现切换？切换流程如何实现切换？切换流程 切换相关研究切换相关研究 切换策略的目标切换策略的目标 l切换次数低，切换中断概率低切换次数低，切换中断概率低l切换时延小切换时延小l对新呼叫阻塞影响小（呼叫阻塞率）对新呼叫阻塞影响小（呼叫阻塞率）l小区间负载均衡小区间负载均衡l用户业务性能提升用户业务性能提升 越区切换准则越区切换准则 l决定何时需要进行越区切换决定何时需要进行越区切换l通常根据移动台处接收的平均信号强度，或信噪比、通常根据移动台处接收的平均信号强度，或信噪比、信干比、误比特率等参数。信干比、误比特率等参数。 越区切换准则越区切换准则 l相对信号强度准则相对信号强

45、度准则原理：原理：在任何时间都选择具有最强接收信号的基站，如在任何时间都选择具有最强接收信号的基站，如A点。点。若若，则选择小区，则选择小区1若若，则从小区，则从小区1切换至小区切换至小区2缺点：缺点：在原基站信号强度仍满足要求的情况下，会引发过在原基站信号强度仍满足要求的情况下，会引发过多不必要的越区切换，特别在衰落信道下。多不必要的越区切换，特别在衰落信道下。 越区切换的准则越区切换的准则 越区切换准则越区切换准则 l具有门限规定的相对信号强度准则具有门限规定的相对信号强度准则 实现：实现： （1 1）移动用户在当前基站的信号足够弱（低于某一门）移动用户在当前基站的信号足够弱（低于某一门限

46、），即：限），即： （2 2）新基站的信号强于本基站的信号，即：）新基站的信号强于本基站的信号，即： 仅当仅当（1 1）和（）和（2 2）同时满足）同时满足，才，才从小区从小区1切换至小区切换至小区2。 图中，门限图中，门限Th2Th2，B B点切换。点切换。难点难点选择门限为关键。若门限过低，如选择门限为关键。若门限过低，如Th3Th3，可能导致信号中断。，可能导致信号中断。 越区切换的准则越区切换的准则 越区切换准则越区切换准则 l具有滞后余量的相对信号强度准则具有滞后余量的相对信号强度准则 原理：原理： 仅允许移动用户在新基站的信号强度比原基站信仅允许移动用户在新基站的信号强度比原基站信

47、号强很多（即大于滞后余量）的情况下切换。号强很多（即大于滞后余量）的情况下切换。 若若 ，则从小区，则从小区1 1切换至小区切换至小区2 2 C C点，点，h h为滞后余量。为滞后余量。l结合门限和滞后余量的相对信号强度准则结合门限和滞后余量的相对信号强度准则 同时满足：同时满足： 及及 越区切换准则越区切换准则 接收信号强度测量接收信号强度测量 由于信号有衰落，需取窗口，可对一段由于信号有衰落，需取窗口，可对一段时间内的信号求平均值。时间内的信号求平均值。窗口宽度越大，测量越准确，平均后方窗口宽度越大，测量越准确，平均后方差越小，但时延越大，掉话可能性越大。差越小，但时延越大，掉话可能性越大

48、。 越区切换控制越区切换控制 l控制方式主要包括三类：控制方式主要包括三类： 移动台控制的越区切换移动台控制的越区切换 网络控制的越区切换网络控制的越区切换移动台辅助网络控制的越区切换移动台辅助网络控制的越区切换移动台控制的越区切换移动台控制的越区切换 l实现：实现：移动台连续监测当前基站和几个越区时的候选基站的移动台连续监测当前基站和几个越区时的候选基站的信号强度和质量。信号强度和质量。当满足某种越区切换准则后，移动台选择具有可用业当满足某种越区切换准则后，移动台选择具有可用业务信道的最佳候选基站，并发送越区切换请求。务信道的最佳候选基站，并发送越区切换请求。l应用：应用：DECT等小系统采

49、用，在大系统中容易引起切换冲突。等小系统采用，在大系统中容易引起切换冲突。DECT：数字增强无绳通信系统（：数字增强无绳通信系统（Digital Enhanced Cordless Telecommunications)网络控制的越区切换网络控制的越区切换l实现：实现：基站监测来自移动台的信号强度和质量；基站监测来自移动台的信号强度和质量；当信号低于某个门限后，网络安排用户向另一个基站当信号低于某个门限后，网络安排用户向另一个基站的越区切换。的越区切换。l缺点：缺点：切换时间长，切换中断率较高。切换时间长，切换中断率较高。l应用：应用：第一代模拟系统采用此方法第一代模拟系统采用此方法切换时间长

50、，可达切换时间长，可达10s。 移动台辅助网络控制的越区切换移动台辅助网络控制的越区切换l实现：实现：（1 1）网络要求移动台测量其周围基站的信号）网络要求移动台测量其周围基站的信号并把结果报告给旧基站并把结果报告给旧基站（2 2）网络根据测试结果决定何时进行越区切）网络根据测试结果决定何时进行越区切换以及切换到哪一个基站。换以及切换到哪一个基站。l应用：应用：第二代系统第二代系统GSMGSM、3G3G、4G4G均采用此方法。均采用此方法。l特点：特点：时间快，切换过程时间快，切换过程1s-2s 1s-2s ，信号中断，信号中断1s1s。 l切换切换过程：过程：旧旧BSC将切换请求及切换目的小

51、区标识一起发给将切换请求及切换目的小区标识一起发给MSC。MSC判断目标判断目标BTS的的BSC，并向新，并向新BSC发送切换请求。发送切换请求。新新BSC预订目标预订目标BTS一个业务信道。一个业务信道。新新BSC将包含频率、时隙及发射功率的参数通过将包含频率、时隙及发射功率的参数通过MSC、旧、旧BSC和旧和旧BTS传到传到MS。MS在新频率上发送接入突发脉冲。在新频率上发送接入突发脉冲。新新BTS收到此脉冲后，回送信息至收到此脉冲后，回送信息至MS。MS发送切换成功信息，该消息通过新发送切换成功信息，该消息通过新BSC传至传至MSC。MSC命令旧命令旧BSC释放业务信道。释放业务信道。旧

52、旧BSC转发转发MSC命令至旧命令至旧BTS并执行信道释放。并执行信道释放。 切换管理切换管理 由相同由相同MSC、不同、不同BSC控制的小区间的切换控制的小区间的切换 切换管理切换管理lGSM所提供用户业务：所提供用户业务：电话电话业务业务移动数据业务（包括传真移动数据业务（包括传真、网页浏览等）、短、网页浏览等）、短信息业务等。信息业务等。 GSM系统的通信管理系统的通信管理GSM网络如何实现通信？网络如何实现通信？GSM网络中，每个网络中，每个MSC/VLR、HLR等均有一个自己等均有一个自己的的ID如中国移动网络，如中国移动网络，HLR ID一般为一个普通的手机号一般为一个普通的手机号

53、码格式，如码格式，如8613901000001。MSC/VLR ID一般为一个一般为一个8位手机号码的格式，如位手机号码的格式，如8613443562。GSM通话建立流程（通话建立流程（1） （1）主叫）主叫MS拨被叫号，通过空中接口向基站拨被叫号，通过空中接口向基站BSS请请求随机接入信道，随后与求随机接入信道，随后与MSC/VLR建立信令连接。建立信令连接。（2）主叫）主叫MSC根据被叫号码找到被叫根据被叫号码找到被叫HLR；（3）被叫）被叫HLR向被叫当前所在向被叫当前所在MSC/VLR请求漫游请求漫游号码号码（4）被叫所在）被叫所在MSC/VLR给被叫给被叫MS分配一个漫游号分配一个漫

54、游号码 ： 通 常 为 以码 ： 通 常 为 以 V L R I D 开 头 的 手 机 号 码 ， 如开 头 的 手 机 号 码 ， 如8613443562 999。（5）被叫）被叫HLR将此号码回复给主叫将此号码回复给主叫MSC。（6）主叫）主叫MSC根据该漫游号码找到被叫根据该漫游号码找到被叫MSC，建，建立通话，并向被叫用户振铃。立通话，并向被叫用户振铃。（7）主叫）主叫MSC经基站向主叫经基站向主叫MS回送呼叫证实信号。回送呼叫证实信号。（8） 被叫摘机应答。被叫摘机应答。（9）主叫）主叫BSS向向MS发应答（连接）信号，发应答（连接）信号， 进入通进入通话阶段。话阶段。 GSM系统

55、的通信管理（系统的通信管理（2） 固话连接示意图固话连接示意图 GSM系统语音通信连接建立系统语音通信连接建立 分组交换概述分组交换概述l分组生成分组生成数据被分成一定数据被分成一定长度长度的的数据数据包（分组）包（分组）每个包中包括一个分组头（其中的地址标志指明该分每个包中包括一个分组头（其中的地址标志指明该分组发往何处）和用户数据。组发往何处）和用户数据。l分组传输分组传输/转发转发分组分组到达到达路由器路由器时，根据分组头中的信息（如目的地时，根据分组头中的信息（如目的地址），寻找一个可用的址），寻找一个可用的信道信道资源将该资源将该分组分组报发送出去。报发送出去。l特点特点数据传送数据

56、传送之前不需要预先分配之前不需要预先分配信道信道，建立连接。，建立连接。数据的发送和接收方数据的发送和接收方与信道与信道之间没有固定的占用关系之间没有固定的占用关系信道资源可以看作是由所有用户共享使用信道资源可以看作是由所有用户共享使用，可，可更好地更好地利用信道资源。利用信道资源。 分组交换原理图分组交换原理图lGPRS的概念的概念 GPRS：“通用分组无线业务通用分组无线业务”General Packet Radio Service 在在GSM网络上增加硬件设备和软件升级，形成一网络上增加硬件设备和软件升级，形成一个新的网络逻辑实体。个新的网络逻辑实体。 GPRS技术技术lGPRS的特点的

57、特点（1）GPRS的目的：提供较高速率的分组数据业务。的目的：提供较高速率的分组数据业务。 GPRS是是GSM向向3G系统演进的重要步骤，故称为系统演进的重要步骤，故称为“2.5代技代技术术”。（2）GPRS采用分组交换方式，实际传送或接收数据时才占用采用分组交换方式，实际传送或接收数据时才占用无线资源。无线资源。 可按需分配业务信道；实现多时隙捆绑，提高信道利用率和可按需分配业务信道；实现多时隙捆绑，提高信道利用率和传输速率。传输速率。（3）根据用户传输的数据量计费。）根据用户传输的数据量计费。（4）数据传输与话音传输可同时进行或切换进行的优势。）数据传输与话音传输可同时进行或切换进行的优势

58、。 GPRS技术技术GPRSGPRS在在GSMGSM网络中引入三种逻辑网络实体：网络中引入三种逻辑网络实体： 服务服务GPRSGPRS支持节点（支持节点（SGSNSGSN，Serving GPRS Serving GPRS Support Node Support Node ） 网关支持节点（网关支持节点（GGSNGGSN，Gateway GPRS Support Gateway GPRS Support Node Node ） 分组控制单元（分组控制单元（PCUPCU，Packet Control UnitPacket Control Unit） GPRS网络结构网络结构 GSM网络结构网络

59、结构 GSM网络结构网络结构 GPRS网络结构网络结构l接口及功能接口及功能通过通过GbGb接口与接口与BSCBSC连接，或通过连接，或通过Iu-PSIu-PS接口接口与与UTRANUTRAN网网络络RNCRNC连接，进行移动数据的管理，如用户身份识别，连接，进行移动数据的管理，如用户身份识别，加密，压缩等功能加密，压缩等功能；通过通过GrGr接口与接口与HLRHLR相连，进行用户数据库的访问及接入相连，进行用户数据库的访问及接入控制；控制；通过通过GsGs接口接口与与MSCMSC连接以支持数据业务和电路业务的协连接以支持数据业务和电路业务的协同工作（节省空口信令）同工作（节省空口信令）；通过

60、通过GdGd接口接口与与SMS-GMSCSMS-GMSC连接以支持通过连接以支持通过SGSNSGSN进行短信进行短信收发等功能收发等功能；通过通过GnGn接口与接口与GGSNGGSN，以及同一，以及同一PLMNPLMN的的SGSNSGSN相连，提供相连，提供IPIP数据包到无线单元之间的传输通路和协议变换等功数据包到无线单元之间的传输通路和协议变换等功能能。 SGSN（服务服务GPRSGPRS支持节点）支持节点） SGSN功能（功能（1 1）l用户数据管理：用户数据管理： SGSN与与HLR网元相连接，进行用户数据库的访问及用户网元相连接，进行用户数据库的访问及用户接入控制。接入控制。l移动性