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GSM基本原理课程1.GSM发展史及系统概述2.GSM体系结构3.系统接口介绍4.GSM系统主要参数5.系统编号方案6.主要业务介绍7.系统分层结构8.空中接口介绍9.主要业务流程举例1/6210/5/什么是移动通信网络?单工、半双工、全双工工作方式.移动通信是指通信双方最少有一方能够在移动中进行信息交换通信方式.信息交换,不但包含双方语音通话,还包含数据、传真、图象等各种业务.移动通信工作方式包含一、GSM系统发展史及系统概述2/6210/5/移动通信发展第一代模拟蜂窝移动通信网：AMPS、TACS系统，采取频分复用方法；第二代数字移动通信网：欧洲GSM系统采取时分复用，北美IS95系统采取码分复用；

GSM是GlobalSystemforMobileCommunications缩写。意思是全球移动通信系统。第三代IMT移动通信网：WCDMA、CDMA，TDSCDMA3/6210/5/GSM技术发展1982年CEPT开启一个新系统GSM.1987年CEPT组员达成谅解备忘录(MoU),进行了频率分配.1991年,世界上第一次使用GSM进行通话.1992年,为GSM1800分配新频率.1996年,已经有120个GSM网络在运行.GSM成功关键原因是它标准工作在1989年创建之后并不停完善.4/6210/5/GSM主要特点:频谱效率高，因为采取了高效调制器、信道编码、交织、均衡和话音编码技术等，使系统含有高频谱效率。话音质量受无线传输质量影响小，在900MHZ频带中，使用TDMA（时分复用多路接入）全数字方式工作。开放接口：GSM标准所提供开放性接口，不但限于空中接口，而且包含网络之间以及网络中各设备实体之间，比如A接口。安全性好：经过鉴权、加密和TMSI号码使用，到达安全目标。与其它网络互连通常利用现有标准，如ISUP或TUP等；能自动选择路由，对一个移动用户发起一次呼叫用户将不需要知道移动用户位置，因为呼叫将被自动选路到适当移动设备；5/6210/5/

1.工作频段我国陆地公用蜂窝数字移动通信网GSM通信系统采取900MHz频段：890～915（移动台发、基站收）935～960（基站发、移动台收）双工间隔为45MHz，工作带宽为25MHz，载频间隔为200kHz。伴随业务发展，可视需要向下扩展，或向1.8GHz频段GSM1800过渡，即1800MHz频段：1710～1785（移动台发、基站收）1805～1880（基站发、移动台收）双工间隔为95MHz，工作带宽为75MHz，载频间隔为200kHz。GSM系统工作频段分配:6/6210/5/2.频道间隔:相邻两频道间隔为200kHz。每个频道采取时分多址接入（TDMA）方式，分为8个时隙，即8个信道（全速率）。每信道占用带宽200kHz/8＝25kHz。未来GSM采取半速率话音编码后，每个频道可容纳16个半速率信道。7/6210/5/3.频道配置:绝对频点号和频道标称中心频率关系为:GSM900MHZ频段:F1(n)=890.2MHZ+(n-1)*0.2MHZ(上行)F2(n)=F1(n)+45MHZ(下行)n∈[1,124];GSM1800MHZ频段:F1(n)=1710.2MHZ+(n-512)*0.2MHZ(上行)F2(n)=F1(n)+95MHZ(下行)∈[512,885];8/6210/5/数字移动通信技术

多址技术功率控制技术蜂窝技术9/6210/5/一、多址技术:FDMA是以不一样频率信道实现通信；TDMA是以不一样时隙实现通信；CDMA是以不一样代码序列实现通信；实现多址方法基本上有三种，它们分别采取频率、时间或代码分隔多址连接方式，即人们通常所称频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）三种接入方式。

10/6210/5/移动通信多址技术：

11/6210/5/频分多址（FDMA）:频分，有时也称之为信道化，就是把整个可分配频谱划分成许多单个无线电信道（发射和接收载频对），每个信道能够传输一路话音或控制信息。在系统控制下，任何一个用户都能够接入这些信道中任何一个。12/6210/5/时分多址（TDMA）:时分多址是在一个宽带无线载波上，按时间（或称为时隙）划分为若干时分信道，每一用户占用一个时隙，只在这一指定时隙内收（或发）信号，故称为时分多址。13/6210/5/码分多址（CDMA）:码分多址是一个利用扩频技术所形成不一样码序列实现多址方式。它不像FDMA、TDMA那样把用户信息从频率和时间上进行分离，它可在一个信道上同时传输多个用户信息，也就是说，允许用户之间相互干扰。其关键是信息在传输以前要进行特殊编码，编码后信息混合后不会丢失原来信息。14/6210/5/二、功率控制技术:功率控制是指在一定范围内,用无线方式来改变移动台或基站(或二者)传输功率,它目标与不连续发射(DTX)目标相同,是为了降低整个系统干扰,提升频谱利用率,并可延长移动台电池寿命.在GSM中,对上行链路和下行链路都可分别使用功率控制,而且可对每个处于专用模式下移动台独立进行.规范要求上行链路移动台功率控制范围为20—30dB.下行链路功率控制范围有设备制造商来决定.15/6210/5/当手机在小区内移动时，它发射功率需要进行改变。当它离基站较近时，需要降低发射功率，降低对其它用户干扰，当它离基站较远时，就应该增加功率，克服增加了路径衰耗。全部GSM手机都能够以2dB为一等级来调整它们发送功率，GSM900移动台最大输出功率是8W（规范中最大允许功率是20W，但现在还没有20W移动台存在）。DCS1800移动台最大输出功率是1W。对应地，它小区也要小一些。16/6210/5/三、蜂窝技术:移动通信系统是采取一个叫基站设备来提供无线服务范围。基站覆盖范围有大有小，我们把基站覆盖范围称之为蜂窝。采取大功率基站主要是为了提供比较大服务范围，但它频率利用率较低，也就是说基站提供给用户通信通道比较少，系统容量也就大不起来，对于话务量不大地方能够采取这种方式，我们也称之为大区制。采取小功率基站主要是为了提供大容量服务范围，同时它采取频率复用技术来提升频率利用率，在相同服务区域内增加了基站数目，有限频率得到屡次使用，所以系统容量比较大，这种方式称之为小区制或微小区制。17/6210/5/二、GSM体系结构18/6210/5/数字公用陆地移动通信网PLMN网络结构

19/6210/5/1.交换网路子系统（NSS）主要完成交换功效和客户数据与移动性管理、安全性管理所需数据库功效。NSS由一系列功效实体所组成，各功效实体介绍：

蜂窝移动通信系统主要是由1.交换网路子系统（NSS）2.无线基站子系统(BSS)3.移动台（MS）三大部分组成20/6210/5/移动交换中心（MSC）MSC：是GSM系统关键，是对位于它所覆盖区域中移动台进行控制和完成话路交换功效实体，也是移动通信系统与其它公用通信网之间接口。它可完成网路接口、公共信道信令系统和计费等功效，还可完成BSS、MSC之间切换和辅助性无线资源管理、移动性管理等。另外，为了建立至移动台呼叫路由，每个MS、还应能完成入口MSC（GMSC）功效，即查询位置信息功效。MSC从三种数据库，造访位置存放器（VLR）、归属位置存放器（HLR）和鉴权中心（AUC）中取得处理用户呼叫请求所需全部数据。反之，MSC依据其最新数据更新数据库。21/6210/5/MSC交换机实物图负责为手机与手机，手机与固定电话之间进行通信提供电路。22/6210/5/造访位置存放器（VLR）VLR通常与MSC合设，其中存放MSC所管辖区域中移动台（称造访客户）相关用户数据，包含：用户号码、移动台位置区信息、用户状态和用户可取得服务等参数。VLR是一个动态用户数据库。VLR从移动用户归属位置存放器（HLR）处获取并存贮必要数据，一旦移动用户离开该VLR控制区域，则重新在另一个VLR登记，原VLR将取消该移动用户数据统计。23/6210/5/归属位置存放器（HLR）HLR存放管理部门用于移动用户管理数据。每个移动用户都应在其归属位置存放器（HLR）注册登记，它主要存放两类信息：一是相关移动用户参数，包含移动用户识别号码、访问能力、用户类别和补充业务等数据；一是相关移动用户当前所处位置信息，方便建立至移动台呼叫路由，比如MSC、VLR地址等。24/6210/5/鉴权中心（AUC）AUC属于HLR一个功效单元部分，专门用于GSM系统安全性管理。鉴权中心产生鉴权三参数组（随机数RAND、符号响应SRES、加密键Kc），用来鉴权用户身份正当性以及对无线接口上话音、数据、信令信号进行加密，预防无权用户接入和确保移动用户通信安全。25/6210/5/设备识别存放器（EIR）EIR存放相关移动台设备参数。完成对移动设备识别、监视、闭锁等功效，以预防非法移动台使用。EIR中存有三种名单：白名单――存贮已分配给可参加运行GSM各国全部设备识别标识IMEI。黑名单――存贮全部应被禁用设备识别标识IMEI。灰名单――存贮有故障以及未经型号认证设备识别标识IMEI，由网路运行者决定。26/6210/5/

基站子系统BSS为PLMN网络固定部分和无线部分提供中继，一方面BSS经过无线接口直接与移动台实现通信连接，其次BSS又连接到移动交换子系统MSS移动交换中心MSC。基站子系统BSS可分为两部分。经过无线接口与移动台相连基站收发信台（BTS）以及与移动交换中心相连基站控制器（BSC），BTS负责无线传输、BSC负责控制与管理。BSS子系统27/6210/5/基站子系统BSS可分为两部分。经过无线接口与移动台相连基站收发信台（BTS）以及与移动交换中心相连基站控制器（BSC），BTS负责无线传输、BSC负责控制与管理。一个BSS系统由一个BSC与一个或多个BTS组成，BSS子系统可由多个BSC和BTS组成。一个基站控制器BSC依据话务量需要能够控制数十个BTS。BTS能够直接与BSC相连，也能够经过基站接口设备BIE与远端BSC相连。基站子系统还应包含码变换器（TC）和子复用设备（SM）。28/6210/5/BSS子系统结构图29/6210/5/基站控制器（BSC）：

BSC是基站系统（BSS）控制部分，在BSS中起交换作用。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，主要负责完成无线网络管理、无线资源管理及无线基站监视管理，控制移动台和BTS无线连接建立、接续和拆除等管理，控制完成移动台定位、切换和寻呼，提供语音编码、码型变换和速率适配等功效，并能完成对基站子系统操作维护功效。BSS中BSC所控制BTS数量随业务量大小而改变。30/6210/5/BSC基站控制器实物图对基站进行管理和控制、分担交换机工作量31/6210/5/基站收发信台（BTS）基站收发信台（BTS）包含基带单元、载频单元和控制单元三部分，属于基站系统无线部分，是由基站控制器控制，服务于某个小区无线收发信设备，完成BSC与无线信道之间转换，实现BTS与MS之间经过空中接口无线传输及相关控制功效。当BTS与BSC为远端配置方式时，则需采取Abis接口，这时，BTS与BSC两侧都需配置BIE设备；而当BSC与BTS之间间隔不超出10米时，可将BSC与BTS直接相连，采取内部BS接口，不需要接口设备BIE。32/6210/5/BTS个部分作用BTS主要分为基带单元、载频单元、控制单元三大部分。基带单元主要用于必要话音和数据速率适配以及信道编码等。载频单元主要用于调制/解调与发射机/接收机之间耦合等。控制单元则用于BTS操作与维护。33/6210/5/BTS普通结构基站接口设备信令处理编码与交织译码与解交织加密加密发信机天线收信机均衡解调解密AbisUm跳频控制时钟功率控制34/6210/5/码型变换器（TC）：

码型变换器TC主要完成16kbit/sRPE-LTP(规则脉冲激励长久预测)编码和64kbit/sA律PCM之间语音变换。在经典实施方案中，ZXG10-TC位于MSC与BSC之间。当TC位于MSC侧时，经过MSC和BSC之间以及BSC和BTS之间传输线路子复用器SM、BIE，能够充分利用在空中接口使用低语音编码传输速率，降低传输线路成本。BSC与TC之间接口称为Ater接口；在TC与MSC之间接口称为A接口。35/6210/5/操作维护中心（OMC）

OMC系统按照功效划分成几大模块，各大模块又分为前台和后台两个子模块，强调各模块独立性以及模块间接口通用性，以适应系统结构改变及功效增加。OMC即操作维护中心，用于对GSM系统交换实体进行管理。它主要含有以下功效：维护测试功效、障碍检测及处理功效、系统状态监视功效、系统实时控制功效、局数据修改、性能管理、用户跟踪、告警、话务统计功效等。OMC功效大部分分布在MSC/VLR、HLR/AUC、BSS等实体中与操作维护相关相关模块中完成，OMC操作台主要实现OMC人机接口。OMC功效与普通维护台功效类似，但需恪守相关规范要求。36/6210/5/三、GSM网络接口结构

PSTNOMCOMCNMCOMSSIMMEMSBTSBTSBSCAUmMSCMSCVLRVLRHLRAUCEIRBCEFGHDNSSBSSNSS37/6210/5/MS-MSC信令平面38/6210/5/GSM网络接口39/6210/5/各接口简单介绍Sm接口为人机接口，是用户与移动网之间接口，在移动台中实现，包含键盘、液晶显示以及用户识别卡等。1.Sm接口:40/6210/5/2.Um接口Um接口是移动台与基站收发信台之间无线接口，包含信令接口和物理接口两方面含义，无线接口不一样是数字移动通信网与模拟移动通信网主要区分之一。Um接口被定义为MS与BTS之间通信接口，我们也可称它为空中接口，在全部GSM系统接口中，Um接口是最主要。首先，它实现了各种制造商移动台与不一样运行者网络间兼容性，从而实现了移动台漫游。其次，它制订处理了蜂窝系统频谱效率，采取了一些抗干扰技术和降低干扰办法。很显著，Um接口实现了MS到GSM系统固定部分物理连接，即无线链路，同时它负责传递了无线资源管理、移动性管理和接续管理等信息。41/6210/5/3.Abis接口:Abis接口是基站系统中基站控制器BSC与基站收发信台BTS之间无线接口，支持全部向用户提供服务，着重支持对BTS无线设备控制和分配无线资源管理。在Abis接口上BSC提供BTS配置、BTS监测、BTS测试及业务控制等信令控制信息。通常采取2Mbit/sPCM链路，符合CCITTG.703和G.704要求。42/6210/5/4.A接口:A接口是基站与移动交换中心之间接口，所传递信息主要是基站管理、呼叫处理和移动性管理，当然还有详细通信信息。BSC与MSC之间接口即A接口，它用于BSC和MSC之间报文和进/出移动台报文（经过CC或MM协议判别器实现）。43/6210/5/移动交换子系统NSS内部接口图

44/6210/5/5.B接口:B接口：MSC与VLR接口，MSC经过该接口向VLR传送漫游用户位置信息，并在呼叫建立时向VLR查询漫游用户相关用户数据，通常MSC与VLR合设，其间采取内部接口。用于移动业务交换中心（MSC）向访问用户位置存放器（VLR）问询相关移动台（MS）当前位置信息或者通知访问用户位置存放器（VLR）相关移动台（MS）位置更新信息等。45/6210/5/C接口定义为归属用户位置存放器（HLR）与移动业务交换中心（MSC）之间接口。用于传递路由选择和管理信息。假如采取归属用户位置存放器（HLR）作为计费中心，呼叫结束后建立或接收此呼叫移动台（MS）所在移动业务交换中心（MSC）应把计费信息传送给该移动用户当前归属归属用户位置存放器（HLR），一旦要建立一个至移动用户呼叫时，入口移动业务交换中心（GMSC）应向被叫用户所属归属用户位置存放器（HLR）问询被叫移动台漫游号码。C接口物理链接方式与D接口相同。6.C接口:46/6210/5/D接口定义为归属用户位置存放器（HLR）与访问用户位置存放器（VLR）之间接口。用于交换相关移动台位置和用户管理信息，为移动用户提供主要服务是确保移动台在整个服务区内能建立和接收呼叫。实用化GSM系统结构普通把VLR综合于移动业务交换中心（MSC）中，而把归属用户位置存放器（HLR）与鉴权中心（AUC）综合在同一个物理实体内。所以D接口物理链接是经过移动业务交换中心（MSC）与归属用户位置存放器（HLR）之间标准2.048Mb/sPCM数字传输链路实现。7.D接口:47/6210/5/E接口定义为控制相邻区域不一样移动业务交换中心（MSC）之间接口。当移动台（MS）在一个呼叫进行过程中，从一个移动业务交换中心（MSC）控制区域移动到相邻另一个移动业务交换中心（MSC）控制区域时，为不中止通信需完成越区信道切换过程，此接口用于切换过程中交换相关切换信息以开启和完成切换。E接口物理链接方式是经过移动业务交换中心（MSC）之间标准2.048Mbit/sPCM数字传输链路实现。8.E接口:48/6210/5/MSC与EIR接口，MSC向EIR查询移动台设备正当性。F接口定义为移动业务交换中心（MSC）与移动设备识别存放器（EIR）之间接口。用于交换相关国际移动设备识别码管理信息。F接口物理链接方式是经过移动业务交换中心（MSC）与移动设备识别存放器（EIR）之间标准2.048Mbit/sPCM数字传输链路实现。9.F接口:49/6210/5/VLR之间接口，当移动台由某一VLR进入另一VLR覆盖区域时，新老VLR经过该接口交换必要信息，仅用于数字移动通信系统。G接口定义为访问用户位置存放器（VLR）之间接口。当采取暂时移动用户识别码（TMSI）时，此接口用于向分配暂时移动用户识别码（TMSI）访问用户位置存放器（VLR）问询此移动用户国际移动用户识别码（IMSI）信息。G接口物理链接方式与E接口相同。10.G接口:50/6210/5/是常规电话网局间信令接口，用于建立移动网至公用电话网话路接续。11.MSC与PSTN接口

:四、GSM系统主要参数51/6210/5/特征GSM900DCS1800发射类别业务信道控制信道271KF7W271KF7W271KF7W271KF7W发射频带(MHZ)基

站移动台935～960890～9151805～18801710～1785双工间隔45MHZ95MHZ射频带宽200KHZ200KHZ射频双工信道总数124374基站最大有效发射功率射频载波峰值（W）30020业务信道平均值（W）37.52.5小区半径（KM）最小最大0.5350.535接续方式TDMATDMA调制GMSKGMSK传输

速率（kbps）270.833270.833全速率话音编译码比特率（kbps）误差保护139.8139.8编码算法RPE-LTPRPE-LTP信道编码含有交织脉冲检错和1/2编码率卷积码含有交织脉冲检错和1/2编码率卷积码控制信道结构

公共控制信道

随路控制信道

广播控制信道有快速和慢速有有快速和慢速有时延均衡能力（us）2020国际漫游能力有有每载频信道数全速率半速率81681652/6210/5/五、信道类型和组合

53/6210/5/信道分类列表54/6210/5/信道分类无线子系统物理信道支撑着逻辑信道。逻辑信道可分为业务信道（TrafficChannel）和控制信道（ControlChannel）两大类，其中后者也称信令信道（SignallingChannel）。55/6210/5/业务信道: 业务信道（TCH）载有编码话音或用户数据，它有全速率业务信道（TCH/F）和半速率业务信道（TCH/H）之分，二者分别载有总速率为22.8和11.4kbit/s信息。使用全速率信道所用时隙二分之一，就可得到半速率信道。所以一个载频可提供8个全速率或16个半速率业务信道（或二者组合）并包含各自所带有随路控制信道。业务信道话音业务信道数据业务信道56/6210/5/话音业务信道:载有编码话音业务信道分为全速率话音业务信道（TCH/FS）和半速率话音业务信道（TCH/HS），二者总速率分别为22.8和11.4kbit/s。对于全速率话音编码，话音帧长20ms，每帧含260比特，提供净速率为13kbit/s。57/6210/5/数据业务信道:在全速率或半速率信道上，经过不一样速率适配、信道编码和交织，支撑着直至9.6kbit/s透明和非透明数据业务。用于不一样用户数据速率业务信道，详细有：9.6kbit/s，全速率数据业务信道（TCH/F9.6）4.8kbit/s，全速率数据业务信道（TCH/F4.8）4.8kbit/s，半速率数据业务信道（TCH/H4.8）≤2.4kbit/s，全速率数据数据业务信道（TCH/F2.4）≤2.4kbit/s，半速率数据数据业务信道（TCH/H2.4）数据业务信道还支撑含有净速率为12kbit/s非限制数字承载业务。在GSM系统中，为了提升系统效率，还引入额外一类信道，即TCH/8，它速率很低，仅用于信令和短消息传输。假如TCH/H可看作为TCH/F二分之一，则TCH/8便可看作为TCH/F八分之一。TCH/8应归于慢速随路控制信道（SACCH）范围。58/6210/5/控制信道分类控制信道广播信道（BCCH）

公共控制信道（CCCH）

专用控制信道（DCCH）

59/6210/5/广播信道仅作为下行信道使用，即BS至MS单向传输。它分为以下三种信道：①频率校正信道（FCCH）载有供移动台频率校正用信息