第01讲GSM移动通信基础Y

GSM移动通信概述1989年：GSM标准生效11991年，GSM系统在欧洲商用移动通信跨入第二代21994年，GSM进入中国32000年，中国移动用户近4000万居世界第二4用户需求竞争加剧技术发展2009年，中国移动用户近4亿以上5第一页，共五十七页。GSM概述与发展简史移动通信是指通信双方或至少一方是处于移动中进行信息交流的通信.移动体之间的通信只能依靠无线电传输.那什么是无线通信呢？无线通信指利用电磁波的辐射和传播，经过空间传送信息的通信方式.电磁波是它的载体.第二页，共五十七页。电磁波频段与波段(C=L*F)GSM概述与发展简史第三页，共五十七页。移动通信并不是一项很新的技术，但却是一项正在急剧发展的技术.20年代开始在军事及某些特殊领域使用（美国警察的车载无线电系统），40年代才逐步向民用扩展（美国所建第一个公用汽车电话网）.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泛欧的GSM，美国的ADC和日本的JDC（现改称PDC）.GSM概述与发展简史第四页，共五十七页。1982年，欧洲邮电行政大会CEPT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.其中，GSM的发展历程如下：GSM概述与发展简史第五页，共五十七页。已有109个国家239个运营者运营着超过4400万用户的GSM网络1988年十八个欧洲国家达成GSM谅解备忘录(MOU).1989年GSM标准生效.GSM系统正式在欧洲问世，网路开通运行.移动通信跨入第二代.1991年1992年系统命名为：GlobalSystemforMobile（全球通）组织机构：SpecialMobileGroup1993年PhaseII规范1994年全世界范围运行1995年DCS1800商业运行1996年引入微蜂窝的技术，GSM900/1800双网运行1997年GSM概述与发展简史第六页，共五十七页。1993年我国首先在浙江嘉兴建立了GSM实验网目前有中国移动与中国联通两家运营商中国电信也在积极酝酿进入移动领域截止99年底中国移动用户数已达5000万，中国联通超过400万，年增长率99%以上神州行与如意通移动用户快速增长截止99年8月中国移动已覆盖全国31个省区的308个地市和1856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%在我国GSM概述与发展简史第七页，共五十七页。1G2G3G2.5G80s初80s末96年2002年无线通信系统时间GSMPDCD-AMPSW-CDMACDMA2000TD-SCDMAAMPSTACSNMTNTTGPRS无线通信在今天的发展GSM概述与发展简史第八页，共五十七页。GPRS（GeneralPacketRadioService）：是GSM网络过渡3G（第三代移动通讯）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.第三代移动通信技术:GSM系列GSM概述与发展简史第九页，共五十七页。GPRS的特点GSM概述与发展简史GPRS向用户提供从9.6kbps到多于150kbps的接入速率.GPRS支持多用户共享一个信道的机制(每个时隙允许最多8个用户共享)提高了无线信道的利用率在技术上提供了按数据量计费的可能GPRS支持一个用户占用多个信道：提供较高的接入速率GPRS是移动网和IP网的结合：可提供固定IP网支持的所有业务第十页，共五十七页。计费合理——GPRS可以采用以所传输的数据量为依据的计费方法覆盖广泛——依靠GSM广泛的覆盖，GPRS向用户提供无处不在的业务业务丰富——GPRS可向用户提供固定IP网可以提供的所有业务性能优越——GPRS支持更高的接入速率、更短的建立时间可提供更多更优质的增值业务可提高无线资源的利用率运营商将从IP业务的迅猛发展中得到更多的商机.GPRS对于运营商GPRS对于用户GSM概述与发展简史第十一页，共五十七页。EDGE令网络容量及数据传送比GPRS更快，足有283Kbps.网络商只需在软硬件上作出少许相应改动，便可继续沿用现有GSM系统，去支持移动多媒体服务，完全符合低成本高效益的理念，能够与日后WCDMA制式共存.由GSM网络核心繁衍而来的WCDMA，数据传送可达到每秒2Mbit（室内）及384Kbps（移动空间）的速率，采用5MHz（区别于窄带200KHz)的宽频网络.WCDMA（WidebandCodeDivisionMultipleAccess）：EDGE（EnhancedDataRatesforGlobalEvolution）：GSM概述与发展简史第十二页，共五十七页。GSM系统的基本特点GSM由几个系统组成，GSM各分系统之间、与各公用通信网之间都有明确且详细的接口方案。除语音业务之处，还可以开放各种承载业务、补充业务及与ISDN相关的各种业务。GSM系统采用FDMA/TDMA及跳频的利用方式，频率重复利用率较高，灵活的组网结构可以满足不同容量的需求。较强的鉴权和加密功能，能确保用户和网络的安全。GSM系统的软抗干扰能力较强，通信质量较高。第十三页，共五十七页。OSS：操作支持子系统BSS：基站子系统NSS：网络子系统 NMC：网络管理中心 DPPS：数据后处理系统SEMC：安全性管理中心OMC：操作维护中心 PCS：用户识别卡个人化中心MSC：移动业务交换中心VLR：来访用户位置寄存器HLR：归属用户位置寄存器 AUC：鉴权中心 EIR：移动设备识别寄存器BSC：基站控制器 BTS：基站收发信台PDN：公用数据网 PSTN：公用电话网 ISDN：综合业务数字网MS：移动台GSM系统组成第十四页，共五十七页。TAUCBGWSMS-GMSCSMS-IWMSCEIRSCMSCGMSCBSCBTSMSHLRVLRGPRSGGSNBSSSSSGSNIPNetworkOSSInformationTransmissionCallConnectionandInformationCME20系统的结构图固定电话网综合业务数字网公共陆地移动通信网GPRS业务支持节点通用无线分组业务短信网关交换网络子系统鉴权中心短信中心无线基站子系统手机+SIM卡＝移动台无线基站基站控制器移动业务交换中心MSC关口局归属位置寄存器设备识别寄存器拜访位置寄存器操作维护子系统PSTNISDNPLMNGPRS网关业务支持节点计费网关第十五页，共五十七页。一、交换系统（SS）SS是整个移动网的控制中心，与公网中的电话交换设备功能类似，具有话务控制、号码分析、计费、呼叫统计等功能，另外它还具有实现数据业务的功能。交换系统包括下列功能单元：移动业务交换中心（MSC）拜访位置寄存器（VLR）归属位置寄存器（HLR）鉴权中心（AUC）设备识别寄存器（EIR）短信息服务中心（SC）操作维护中心（OMC）

GSM协调工作单元（GIWU)第十六页，共五十七页。1、MSC是GSM网络的核心部分，是对位于其覆盖区域中的MS进行控制和完成话路交换的功能实体，也是移动通信系统与其他公用通信网之间的接口。MSC有如下功能：提供交换功能、完成MS寻呼接入、信道分配、呼叫接续、话务量控制、计费、多个BSC的管理功能。完成BSS、MSC之间的切换和辅助性的无线资源管理RR、移动性管理MM。完成MS位置更新、越区切换、自动漫游、合法性检验、频道转接及补充业务等功能与VLR、HLR、GMSC、DT（GIWU）、SMS-GMSC、

SMS-IWMSC、SGSN（GS）通信。第十七页，共五十七页。2、HLR和VLR：HLR和VLR是与呼叫建立密切相关的两个数据库。HLR是一个静态数据库，用于储存本地用户的资料信息。即运营商管理移动用户呼叫资料的数据库。当用户购买移动号码SIM卡时，号码将被登记在该网络的HLR中，HLR与各营业点的终端相连。它储存两类数据：一是用户的参数，包括:MSISDN、IMSI、用户类别、Ki，补充业务及用户的三参数组等参数。二是用户的位置信息，该MS目前处于哪个MSC/VLR中，即MSC/VLR地址。HLR可与MSC合设，也可单独设置第十八页，共五十七页。VLR用于寄存所有进入本交换机服务区域用户的信息。VLR看成是分布的HLR，VLR与MSC配对合置于一个物理实体中。原因是每次呼叫，它们之间都会有大量的信令传递，若分开，信令链路负荷大，所以将MSC与VLR做成内部接口。

VLR中也寄存两类信息：一是本交换区用户参数，该参数是从HLR中获得的。二是本交换区MS的LAI。第十九页，共五十七页。3、AUC与EIR也是数据库，但与呼叫的建立无关。AUC是向HLR提供出于安全原因而使用的鉴权参数和密钥。AUC是由计算机系统来实现的。EIR用来检验设备的合法性，可以禁止末经批准的话机设备使用。它内存三种名单：白名单合法设备黑名单非法设备灰名单故障设备第二十页，共五十七页。4、GMSC称为入口移动交换局或称关口局。GMSC可以是任意的MSC，也可以单独设置。单独设置时，不处理MS的呼叫，因此不需设VLR，不与BSC相连。第二十一页，共五十七页。二、基站系统（BSS）1、基站控制器（BSC）

处理与MS的连接。通过分配逻辑信道来实现。小区数据的管理，无线信道的管理、分配、监视、释放。传输网络的管理。基站的操作与维护定位与切换话音编码与速率适配话务的集中与扩散

2、基站（BTS）

BTS用来提供移动台与系统的无线接口，主要由无线收发信机组构成。

无线的传输、无线和有线的转换、无线信道处理、发射、接收和跳频测量服务小区的SS和BER，TA。第二十二页，共五十七页。三、操作子系统（OSS/OMC）1、OSS系统的作用蜂窝数字移动通信系统是一个由软硬件构成的复杂系统，用户和网络设备都在不断变化，为进行有效的管理，必须有一个操作维护中心。它主要是对整个GSM网络进行管理和监控。2、OSS的功能提供一个集中的、方便的控制平台，用于小区设计、系统扩展及操作维护，保证高质量的服务，提高操作维护和管理的效率。其功能如下：1）配置管理2）故障管理3）性能管理4）用户和网络管理，蜂窝网络的管理（CNA)和用户签约管理（MSA）第二十三页，共五十七页。四、MS组成：MS=SIM+MEMS的功能:完成话音编码、信道编码、信息加密、信息的调制和解调、信息的发射和接收测量服务小区的SS和BER，测量相邻小区BCCH载波的SS。SIM中存有：固定信息（用户的签约信息，A3、A8）临时信息（LAI）没有SIM卡，MS不能接入GSM网络，但是当用于紧急业务时除外。ME是用户设备（手机），防失窃系统配置了EIR。用户权与用户设备是分开的，用户设备只是一台有权收发信机。SIM卡由运营商进行管理，而设备终端则是用户自行选择。第二十四页，共五十七页。GSM系统提供的业务可分为三大类：承载业务(BEARSERVICES)电信业务(TELESERVICES)附加业务(SUPPLEMENTARYSERVICES)其中承载业务和电信业务也叫作基本电信业务(BASICTELECOMMUNICATIONSERVICES)附加业务可以分为GSM附加业务(GSMBASICTELECOMMUNICATIONSERVICES)和非GSM附加业务(NON-GSMBASICTELECOMMUNICATIONSERVICES)GSM系统的业务第二十五页，共五十七页。承载业务是为了提供数据传送的纯传输业务，它提供GSM网络和其他网络之间的低层交换功能.ETSI为GSM定义的承载业务有：DataCDA--circuitduplexasynchronous

数据电路双工异步传送异步传送速率：300-9600bpsDataCDS--circuitduplexsynchronous

数据电路双工同步传送同步传送速率：1200-9600bpsGSM系统的业务GSM承载业务bearservices第二十六页，共五十七页。PADCDA--packetassembler/disassemblerdedicatedPADaccess

消息包异步传送速率：300-9600bpsAlternatespeech/dataCDA--circuitduplexAsynchronous

语音/数据电路双工异步传送SpeechfollowedbyCDA--circuitduplexsynchronous

语音切换到数据电路双工同步传送GSM承载业务bearservices第二十七页，共五十七页。电信业务使用通信终端之间从高，低层网到通信控制层的功能基本语音/数据电信业务：Telephony

电话业务允许PLMN网与PSTN等他网之间的语音信息传送Emergencycall

紧急呼叫业务用于建立移动台与紧急呼叫中心的连接GSM系统的业务GSM电信业务teleservices第二十八页，共五十七页。Shortmessageservices

短消息业务属于数据业务，允许移动台收发其他移动用户的短消息Automatictelefax

传真业务属于数据业务Alternativespeechandtelefax

传真/语音交替业务允许语音和传真业务中交替传送GSM电信业务teleservices第二十九页，共五十七页。附加业务是GSM基本电信业务的附加业务，它总是和基本电信业务并存的.一、GSMSupplementaryServicesNumberidentificationservicescallinglineidentificationpresentationcallinglineidentificationrestrictionCallofferingservicescallforwardingunconditional(CFU)callforwardingonmobilesubscriberbusy(CFB)callforwardingonnoreply(CFNRy)callforwardingonmobilesubscribernotreachable(CFNRc)CallcompletionservicescallholdcallwaitingMulti-partyservice

最大允许包括多方会议发起者在内的六位用户Adviceofcharge(AOC)AOCinformationlevel(AOIC)AOCcharginglevel(AOCC)GSM系统的业务-附加业务第三十页，共五十七页。Callrestrictionservices*Barringofalloutgoingcalls(BAOC)

紧急呼叫例外*Barringofalloutgoinginternationalcalls(BOIC)*BarringofalloutgoinginternationalcallsexcepthomePLMNcountry(BOIC-exHC)*Barringofallingoingcalls(BAIC)*Barringofallingoingcallswhenroamingoutsidehomecountry(BIC-Roam)Closedusergroup(CUG)

允许若干移动用户组成一个闭和用户群.其成员用户能接收和拨打群内用户，可统一开通其他业务.GSM系统的业务-附加业务第三十一页，共五十七页。二、Non-GSMSupplementaryServicesHotbilling

热线收费允许运营者为某个用户独立于普通计费而建立短期计费显示Callback(calldiversionservices)

遇忙回叫允许临时不能接入PLMN网络的移动用户向网络个人语音邮箱呼叫GSM系统的业务-附加业务第三十二页，共五十七页。CME20系统的网络结构1）入口MSC（GMSC）提供CME20、PLMN网络与其它通信网间的链路。具有为呼叫查询、选接呼叫路由的功能。2）MSC/VLR业务区

MSC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。3）位置区（LA）广播寻呼消息以便找到某移动用户的寻呼区域。4）小区（CELL）一个位置区划分为若干个小区，它是网络中一个基本的无线覆盖的区域。第三十三页，共五十七页。Page34GSM区域定义编号计划GSM移动区域与编号计划第三十四页，共五十七页。

PLMN区服务区

PLMN区MSC区...MSC区...位置区...位置区...基站覆盖区...基站覆盖区...小区小区

GSM区域定义第三十五页，共五十七页。GSM区域定义-服务区服务区是指移动台可获得服务的区域，即不同通信网（如PLMN、PSTN或ISDN）用户无需知道移动台的实际位置而可与之通信的区域.一个服务区可由一个或若干个公用陆地移动通信网（PLMN）组成，可以是一个国家或是一个国家的一部分，也可以是若干个国家.第三十六页，共五十七页。GSM区域定义-PLMN区PLMN是由一个公用陆地移动通信网(PLMN）提供通信业务的地理区域.一个PLMN区可由一个或若干个移动业务交换中心（MSC）组成.在该区内具有共同的编号制度（比如相同的国内地区号）和共同的路由计划.第三十七页，共五十七页。一个MSC区可以由一个或若干个位置区组成.

GSM区域定义-MSC区MSC是由一个移动业务交换中心所控制的所有小区共同覆盖的区域构成PLMN网的一部分.第三十八页，共五十七页。位置区可由一个或若干个小区（或基站区）组成.为了呼叫移动台，可在一个位置区内所有基站同时发寻呼信号.位置区是指移动台可任意移动不需要进行位置更新的区域.GSM区域定义-位置区第三十九页，共五十七页。由置于同一基站点的一个或数个基站收发信台（BTS）包括的所有小区所覆盖的区域它还不是一个蜂窝.GSM区域定义-基站覆盖区第四十页，共五十七页。采用基站识别码或全球小区识别进行标识的无线覆盖区域.小区CELL是指由一个基站的一个扇型天线(BTS)覆盖的区域.在基站采用全向天线结构时，小区即为基站覆盖区域，基站区或CELL.GSM区域定义-小区第四十一页，共五十七页。为了确定GSM移动用户：永久性编码：

IMSIMSISDN临时性编码：

LMSITMSIMSRNHON为了识别NSS网络组件：

MSCNumberVLRNumberHLRNumber为了识别位置区：

LAI为了识别BSS网络组件：

CGIBSIC为了识别移动设备：

IMEI在GSM系统中，出于识别的目的，定义了如下的一些编号：编号计划第四十二页，共五十七页。MCC：MobileCountryCode，移动国家码，三个数字，如中国为460.MNC：MobileNetworkCode，移动网号，两个数字，如中国移动的MNC为00，联通为01.MSIN：MobileSubscriberIdentificationNumber，在某一PLMN内MS唯一的识别码.编码格式为：H1H2H3SXXXXXXNMSI：NationalMobileSubscriberIdentification，在某一国家内MS唯一的识别码.

编号计划-IMSI(InternationalMobileSubscriberIdentity)第四十三页，共五十七页。Page44编号计划-IMSI(InternationalMobileSubscriberIdentity)IMSI是GSM系统分配给移动用户(MS)的唯一的识别号.存储在SIM卡、HLR和VLR中，在无线接口及MAP接口上传送.IMSI分配原则：最多包含15个数字(0-9).MCC在世界范围内统一分配，而NMSI的分配则是各国运营者自己的事.如果在一个国家有不止一个GSMPLMN，则每一个PLMN都要分配唯一的MNC.IMSI分配时，要遵循在国外PLMN最多分析MCC+MNC就可寻址的原则.第四十四页，共五十七页。编号计划-TMSI (TemporaryMobileSubscriberIdentity)TMSI是为了加强系统的保密性而在VLR内分配的临时用户识别，在某一VLR区域内与IMSI唯一对应.TMSI分配原则：包含四个字节，可以由八个十六进制数组成，其结构可由各运营部门根据当地情况而定.TMSI的32比特不能全部为1，因为在SIM卡中比特全为1的TMSI表示无效的TMSI.第四十五页，共五十七页。CC：

CountryCode，国家码，如中国为86.NDC：NationalDestinationCode，国内接入号，如中国移动的NDC目前有139、138、137、136、135.SN：

SubscriberNumberMSISDN的一般格式为86-139(或8-0)-H0H1H2H3ABCD编号计划-MSISDN(MobileSubscriber

InternationalISDN/PSTNnumber)第四十六页，共五十七页。MSISDN是指主叫用户为呼叫GSMPLMN中的一个移动用户所需拨的号码，作用同于固定网PSTN号码存储在HLR和VLR中，在MAP接口上传送编号计划-MSISDN(MobileSubscriberInternationalISDN/PSTNnumber)第四十七页，共五十七页。

移动用户漫游号码（MSRN）用于一次呼叫的路由选择。是在MS呼叫接续时由VLR临时分配给MS的一个号码

MSRN＝CC＋NDC＋SNCC＝国家号

NDC＝国内目的地号码(用于识别PLMN）

SN＝用户号，用于识别MSC/VLR的地址。编号计划-MSRN(MobileStationRoamingNumber)第四十八页，共五十七页。在检测位置更新时，要使用位置区识别LAIMCC：MobileCountryCode，移动国家码，三个数字，如中国为460.MNC：MobileNetworkCode，移动网号，两个数字，如中国移动的MNC为00.LAC：LocationAreaCode，是2个字节长的十六进制BCD码，

0000与FFFE不能使用.编号计划-LAI(LocationAreaIdentification）第四十九页，共五十七页。编号计划-CGI(CellGlobalIdentification）CGI是所有GSMPLMN中小区的唯一标识，是在位置区识别LAI的基础上再加上小区识别CI构成的.编码格式为LAI+CICI：CellIdentity，是2个字节长的十六进制BCD码，可由运营部门自定第五十页，共五十七页。NCCPLMN色码.用来唯一地识别相邻国家不同的PLMN.

相邻国家要具体协调NCC的配置.BCCBTS色码.用来唯一地识别采用相同载频、相邻的、不同的BTS用于移动台识别相邻的、采用相同载频的、不同的基站收发信台（BTS），特别用于区别在不同国家的边界地区采用相同载频的相邻BTS.编号计划-BSIC（BaseStationIdentificationColorCode)第五十一页，共五十七页。TAC型号批准码，由欧洲型号批准中心分配.FAC最后装配码，表示生产厂家或最后装配所在地，由厂家进行编码SNR序号码.这个数字的独立序号码唯一地识别每个移动设备的TAC和FAC的.SP备用IMEI唯一地识别一个移动台设备，用于监控被窃或无效的移动设备编号计划-IMEI(InternationalMobileStationEquipmentIdentification)第五十二页，共五十七页。各种号码的应用

在呼叫过程中各种号码的应用如下图所示：PSTNMSISDNGMSCMSISDNMSRNMSRNIMSIVLRMSCIMSI