第一节GSM基础

1、GSM 基础基础Co-exceed北京协力超越学习目标 学习完此课程，您将会： 了解GSM的系统结构及功能 理解GSM无线系统常见事件 了解基本呼叫流程课程内容 GSM系统概述 GSM常见事件 基本呼叫流程AMPSTACSNMT其它其它第一代第一代 80年代年代模拟模拟模拟技术GSMCDMA IS95TDMAIS-136PDC第二代第二代 90年代年代数字数字需求驱动数字技术语音业务第三代第三代 IMT-2000UMTSWCDMACDMA2000需求驱动宽带业务TD-SCDMA移动通信技术的演进GSM系统概述系统概述GSM发展简史1989年：GSM标准生效11991年，GSM系统在欧洲商用移动

2、通信跨入第二代21994年，GSM进入中国32008年底，中国移动用户超过6亿居世界第一4用户需求竞争加剧技术发展GSM系统概述系统概述GSM系统优点 由由GSM系统标准得到的优点如下：系统标准得到的优点如下： 系统能容许更多的区间干扰。系统能容许更多的区间干扰。 可获得较之模拟蜂窝系统更好的平均话音质量。可获得较之模拟蜂窝系统更好的平均话音质量。 全网支持数据传输。全网支持数据传输。 话音加密和用户信息安全性得到保证。话音加密和用户信息安全性得到保证。 由于与由于与ISDN的兼容性，较之模拟系统可提供新的业务。的兼容性，较之模拟系统可提供新的业务。 在采用在采用GSM系统的所有国家范围内，国

3、际漫游在技术上系统的所有国家范围内，国际漫游在技术上成为可能。成为可能。 巨大的市场加剧竞争，降低投资及使用价格。巨大的市场加剧竞争，降低投资及使用价格。GSM系统概述系统概述移动通信的发展GSM系统概述系统概述1 k1 M2 MBit/sMessagingSMSVoiceGraphicstextMedium qualityHigh qualityMobile OfficeVideoUMTSUMTSGPRSGPRS20022000GSMGSM10 k199956 kEDGEEDGE2001115 k384 kAlways-onGSM的定义 GSM: Group Special Mobile G

4、SM: Global System for MobileGSM系统概述系统概述GSM系统提供的业务GSM系统概述系统概述GSM提供的基本业务承载业务电信业务基本承载业务补充业务补充业务短消息业务话音业务数据业务most importantGSM规范 01系列：系统概述系列：系统概述 02系列：业务系列：业务 03系列：网络结构和网络功能系列：网络结构和网络功能 04系列：无线接口信令（系列：无线接口信令（L2、L3） 05系列：无线接口物理层系列：无线接口物理层 06系列：语音编码（系列：语音编码（FR、EFR、HR）GSM系统概述系统概述GSM规范 07系列：移动台终端适配功能系列：移动台终

5、端适配功能 08系列：系列：A接口和接口和Abis接口接口 09系列：网络互连（系列：网络互连（ISDN、PSTN、PSPDN） 10系列：系列：PH2新功能新功能 11系列：测试系列：测试 12系列：网管（操作维护、用户和终端业系列：网管（操作维护、用户和终端业务数据监视、性能、设备管理）务数据监视、性能、设备管理）GSM系统概述系统概述GSM网络结构GSM系统概述系统概述ACEIRBTSOMCMSCVLRHLRBSCBTSBTSBTSBTSBSCBSS - Base StationSubsystemNSS - Network SubsystemNMS - Network Managemen

6、t SystemMSAbisAirAIWFSCPSPDNPSTNISDNTranscoderGSM系统各模块功能GSM系统概述系统概述GSM系统各模块功能GSM系统概述系统概述GSM系统各模块功能GSM系统概述系统概述GSM网络服务区GSM系统概述系统概述小区(一BTS覆盖的区域)位置区(定位和寻呼)MSC业务区(由一个MSC控制的区域)PLMN业务区(每国一个或多个)GSM业务区(全部成员国)GSM系统的各种接口GSM系统概述系统概述 MSBTS BSCMSCVLRVLRHLRMSCEIRSmUmAbisABDCEFGGSM系统的各种接口 人机接口 Sm 无线接口 Um Abis接口 A接口

7、 NSS内部接口问题：那些是标准接口问题：那些是标准接口? ?问题：上下行频率可以对调吗问题：上下行频率可以对调吗?GSM使用的频率GSM系统概述系统概述GSM系统系统上行上行/ MHz下行下行/ MHz带宽带宽/ MHz双工间隔双工间隔/ MHz双工信道数双工信道数GSM900890 915935 9602 2545124GSM900E880 890925 9352 3545174GSM18001710 17851805 18802 7595374GSM190018501910193019902 6080299工作频段工作频段绝对射频频道号（ARFCN）GSM900系统频道编号为： Fu (

8、n) = 890 + 0.2n MHzFd (n) = Fu(n) + 45 MHz，01 n 124GSM1800系统的频道编号为：Fu (n) = 1710.2 + 0.2(n-512) MHz Fd (n) = Fu(n) + 95 MHz，512 n 885GSM系统概述系统概述多址技术 多址技术： 众多的用户共用公共通信线路而相互不干扰众多的用户共用公共通信线路而相互不干扰多址技术多址技术GSM技术技术FDMATDMACDMAGSM系统概述系统概述多址技术-FDMA FDMA： 以不同的频率信道来实现通信以不同的频率信道来实现通信时间频率FDMAGSM系统概述系统概述多址技术-TDM

9、A TDMA： 以不同的时隙来以不同的时隙来实现通信实现通信GSM系统概述系统概述多址技术-CDMA CDMA： 以不同的代码序列来以不同的代码序列来实现通信实现通信时间频率CDMA码GSM系统概述系统概述课程内容 GSM系统概述 GSM常见事件 基本呼叫流程移动用户状态 IMSI 附着 IMSI 分离 MS 忙GSM常见事件常见事件 IMSI附着 MS第一次开机 MS关机后再开机 （1）位于不同的MSC服务区 （2）位于同一MSC服务区，不同的LAI （3）位于同一LAI IMSI分离 MS忙 周期性登记移动用户状态位置更新 位置更新由手机发起位置更新由手机发起 当前位置信息存储于当前位置信

10、息存储于SIM卡中卡中 手机时时监听网络信息手机时时监听网络信息，一旦发现当前位置信，一旦发现当前位置信息与息与SIM卡中存储的信卡中存储的信息不一致，则发起位置息不一致，则发起位置更新。更新。HLRVLRMSC (old)VLRMSC (new)LocationUpdateGSM常见事件常见事件位置更新GSM常见事件常见事件 位置更新的种类 开关机（开关机（IMSI附着）附着） IMSI ATTACH/DETACH 位置登记位置登记 MS开关机开关机 一般位置更新一般位置更新 MS改变所在位置区改变所在位置区 周期性位置更新周期性位置更新 运营商设定周期运营商设定周期 当两次位置更新间隔超过

11、当两次位置更新间隔超过该周期，发起位置更新该周期，发起位置更新VLRMSCLA 2LA 1ON切换Why 切换？在移动中保持通话的连续在移动中保持通话的连续提高网络服务质量提高网络服务质量降低掉话率降低掉话率降低拥塞率降低拥塞率Who 参与切换？MS、BTS、BSC、MSCMS：测量无线子系统下行链路性能和从周围小区中接收的信号强度：测量无线子系统下行链路性能和从周围小区中接收的信号强度BTS：监视每个被服务的：监视每个被服务的MS上行接收电平和质量，监视干扰电平，结果送往上行接收电平和质量，监视干扰电平，结果送往BSCBSC：最初判决由：最初判决由BSC完成完成MSC：对从其它：对从其它BS

12、S和和MSC发来的信息，测量结果的判决由发来的信息，测量结果的判决由MSC完成完成切换切换: 就是将一个正在处于呼叫或忙状态的MS转换到新的业务信道上的过程GSM常见事件常见事件切换分类GSM常见事件常见事件按触发条件分按触发条件分l功率预算切换l救援性电平切换l救援性质量切换l距离切换l话务切换按定时提前分按定时提前分l同步切换l异步切换按交换点位置分按交换点位置分l小区内切换l小区间切换lBSC内切换lBSC间切换lMSC间切换小区选择和重选 当移动台开机后将选择一个合适的小区，并从中提取控制信道的系统参数。这种选择过程称为小区选择。 小区重选就是移动台在空闲模式（IDLE）下改变主服务小

13、区的过程。 GSM常见事件常见事件鉴权和加密 三参数组：GSM系统的所有保密及鉴权措施都是由伪随机数(RAND)、密钥（i）和响应数（SRES）这三参数组通过相应的加密算法来完成的。GSM常见事件常见事件鉴权目的和方法 鉴权的目的是保护网络，防止非法盗用，同时通过拒绝假冒合法客户的“入侵”从而保护GSM移动网络的客户。 采用A3算法 在每次登记、呼叫建立尝试、位置更新以及在补充业务的激活、去活、登记或删除之前均须鉴权。 鉴权是可选项。GSM常见事件常见事件加密的目的和方法 加密的目的是指在BTS和MS之间交换客户信息和客户参数时不被非法个人或团体所得或监听。加密在无线信道上进行。 启用A8 算

14、法得出Kc。由Kc、TDMA帧号和加密命令一起经A5 算法，得到一个加密序列，该加密序列与突发脉冲中的114bit数据进行异或操作，就完成了对客户数据流进行加密（也叫扰码）。 语音及数据的加密是可选项。GSM常见事件常见事件课程内容 GSM系统概述 GSM常见事件 基本呼叫流程初始化初始化过程是一个随机接入过程 基本呼叫流程基本呼叫流程信道请求 (RACH)TA, 接入原因信道激活立即分配SDCCH（AGCH）初始消息（SDCCH）立即分配SDCCH（AGCH）信道激活响应MSBSCMSC位置更新流程（1）MS移动到另一个位置区（2）MS收到新的位置区识别（3）（4）MS发送位置更新请求。（5

15、）位置更新消息送给HLR（6）HLR发回用户数据。（7）（8）用户数据登记（9）位置更新响应（10）删除用户数据基本呼叫流程基本呼叫流程移动用户至固定用户出局呼叫（1）MS请求随机接入信道。（2）建立信令连接。（3）鉴权、加密，呼叫建立。（4）分配TCH。 （5）与固定网（ISDN/PSTN）建立至被叫用户的通路，并向被叫用户振铃，向移动台回送呼叫接通证实信号。（6）被叫用户取机应答。 基本呼叫流程基本呼叫流程固定用户至移动用户入局呼叫（1） GMSC接受来自ISDN/PSTN的呼叫（2） GMSC向HLR询问被叫的MSC地址（即MSRN）（3） HLR请求VLR分配MSRN，（4） GMSC根据MSRN，建立至被访MSC的通路。（5）（6）被访MSC从VLR获取用户数据。 （7）（8）MSC通过BS向移动台发送寻呼消息。（9）（10）被叫移动用户的移动台发回寻呼响应消息，然后执行与前述的出局呼叫流程中的（1）、（2）、（3）、（4）相同的过程，直到移动台振铃，向主叫用户回送呼叫接通证实信号（11）移动用户取机应答，向固定网发送应答（连接）消息，最后进入通话阶段。 基本呼叫流程基本呼叫流程移动用户呼叫移动用户(1) 主叫MS1拨叫MS2电话号码，通知MSC1(2) MSC1找到MS2所属的HLR，向HLR发送路由申请；(3) HLR查询MS2的当前位置信息，获得