第7章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网.ppt

1、第七章时分多址数字蜂窝网络，7.1全球移动通信系统总体7.2全球移动通信系统无线接口7.3全球移动通信系统控制和管理7.4三个时分多址蜂窝系统分析和比较7.5全球移动通信系统通用分组无线业务思想和实践，7.1全球移动通信系统总体，全球移动通信系统的历史可以追溯到1982年，当时，四个北欧国家向欧洲邮电会议(CEPT)提交了一份提案， 该标准要求制定900兆赫波段的欧洲公共电信服务标准，并在全欧洲建立统一的蜂窝网络移动通信系统，以解决欧洲国家之间互不兼容以及由于采用各种模拟蜂窝系统而无法提供漫游服务的问题。 同年，集团专用移动成立。从1982年到1985年，讨论的焦点是制定模拟蜂窝网或数字蜂窝网

2、的标准，直到1985年才决定制定数字蜂窝网的标准。1986年，欧洲国家经过广泛研究和实验后提出的八个数字蜂窝系统在巴黎进行了测试。1987年5月，全球移动通信系统成员国经过现场测试、论证和比较，选择了窄带时分多址方案。1988年，18个欧洲国家达成了关于全球移动通信系统的谅解备忘录，并颁布了全球移动通信系统标准，即泛欧数字蜂窝网络的通信标准。它包括两个并行系统：GSM 900和DCS 1800，它们具有相同的功能，但主要区别在于不同的频段。在GSM标准中，没有规定硬件，只详细规定了功能和接口，这样不同公司的产品可以互联。GSM标准有12项，如表7-1所示。表7-1全球移动通信系统标准，7.1.

3、1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上发展起来的，在网络组成、设备配置、网络功能和工作模式等方面具有相似性。然而，由于数字蜂窝网络采用全数字传输，因此在实现技术和管理控制方面与模拟蜂窝网络有很大不同。简而言之，数字蜂窝网络技术更先进，其功能更完备，通信更可靠，并且可以容易地与其他数字通信网络(例如公共数据网络中的综合业务数字网和PDN)互连。GSM蜂窝系统的网络结构如图7-1所示。从图中可以看出，GSM蜂窝系统的主要组成部分可以分为移动台、基站子系统和网络子系统。基站子系统由基站收发信台和基站控制器组成。网络子系统由移动交换中心(MSC)、操作和维护中心(OMC)、归属位置寄存

4、器(HLR)、访问者位置寄存器(VLR)、认证中心(AUC)和移动设备识别寄存器(EIR)组成。一个移动交换中心可以管理几十个基站控制器，一个基站控制器可以控制多达256个基站。公共陆地移动通信网络由移动台、基站和网络子系统组成。该网络由MSC与公共交换电话网(PSTN)、综合业务数字网(ISDN)和公共数据网(PDN)互连。图7-1全球移动通信系统蜂窝系统的网络结构。1.移动台移动台是用户在移动通信网络中使用的设备。移动站的类型可分为车载站、便携式站和移动电话。其中，手机体积小、重量轻、功能强，所以使用手机的用户占了手机用户的绝大多数。移动台通过无线接口接入GSM系统，具有无线传输和处理功能

5、。此外，移动台必须为用户提供接口，如麦克风、扬声器、显示屏和完成通话所需的各种按键；或者提供与其他终端设备(te)的接口，如个人电脑或传真机。移动台的另一个重要组成部分是用户识别模块，也称为用户识别卡。它基本上是一种符合国际标准化组织(开放系统互连)标准的“智能”磁卡，包含与用户相关的无线接口信息以及认证和加密信息。所有使用GSM标准的移动台都需要插入SIM卡，只有在处理异常紧急呼叫时，才能在没有SIM卡的情况下工作。SIM卡的应用使移动台能够服务不同的用户，因为GSM系统使用SIM卡来识别移动用户，这为将来发展个人通信奠定了基础。2.基站子系统基站子系统是移动通信系统的基本组成部分。它通过无

6、线接口与移动台相连，进行无线传输、接收和无线资源管理。另一方面，基站子系统与网络子系统(NSS)中的移动交换中心(MSC)相连，以实现移动用户和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台和基站控制器组成。基站可以直接与基站控制器连接，也可以通过基站接口设备(BIE)以遥控连接方式与基站控制器连接。网络子系统(NSS)网络子系统在全球移动通信系统移动用户之间以及移动用户和其他通信网络用户之间的通信中发挥管理作用。其主要功能包括交换、移动性管理和安全管理。NSS由许多功能实体组成，它们之间的信令传输都符合CCITT信令系统7号协议。下面讨论每个功能实体的主要功能。(1)移

7、动交换中心。移动交换中心(MSC)是网络的核心，提供交换功能，面向以下功能实体：基站子系统(BSS)、归属位置寄存器(HLR)、访客位置寄存器(VLR)、认证中心(AUC)、移动设备识别寄存器(EIR)、运营维护中心(OMC)和固定网络(公共电话网、综合业务数字网等)。)，以使移动(2)归属位置寄存器。归属位置寄存器简称为HLR。它可以看作是GSM系统的中央数据库，存储着HLR辖区内所有移动用户的相关数据。其中，静态数据包括移动用户号码、接入能力、用户类别和补充服务。此外，HLR还在移动用户漫游时临时存储相关动态信息数据。(3)访问位置寄存器。游客位置寄存器简称为VLR。它将访问移动用户的相关

8、数据存储在其控制区域中，这些数据是从移动用户的归属位置寄存器中获得并临时存储的。一旦移动用户离开VLR的控制区域，移动用户临时存储的数据将被删除。因此，VLR可以被视为一个动态用户的数据库。(4)认证中心。全球移动通信系统采取了特殊的通信安全措施，包括对移动用户进行认证，并对无线链路上的语音、数据和信令信息保密。(5)移动设备识别寄存器。移动设备识别寄存器(EIR)存储移动设备的国际移动设备识别码(IMEI)。通过检查白名单、黑名单和灰名单，运营部门可以判断移动设备是否允许使用、被盗和不允许使用，或者由于技术故障或误操作而危及网络正常运行的移动设备，从而保证网络中使用的移动设备的唯一性和安全性

9、。(6)运行维护中心。网络运行和维护中心(OMC)负责监控和运行整个网络。7.1.2全球移动通信系统区域、号码、地址和标识1。区域定义移动通信系统属于基于小区的大容量移动通信网络。它的服务区有许多基站。移动通信网络在该服务区域中具有控制和切换功能，以实现位置更新、呼叫连接、切换和漫游服务。在由GSM系统组成的移动通信网络结构中，相应的区域定义如图7-3所示。图7-3全球移动通信系统区域的定义，(1)全球移动通信系统服务区域。服务区是指移动台可以获得服务的区域，即不同通信网络(如公共交换电话网或综合业务数字网)的用户可以在不知道其实际位置的情况下与移动台通信的区域。(2)公共陆地移动通信网(PL

10、MN)。公共陆地移动通信网络(PLMN)可以由一个或几个移动交换中心组成。(3) MSC区。移动交换中心区域是指由移动交换中心控制的区域，移动交换中心通常与一个或多个基站控制器相连，每个基站控制器控制多个基站收发信机。(4)位置区域。位置区域通常由几个小区(或基站区域)组成，并且移动站在位置区域中移动时不需要更新其位置。通常，当呼叫移动站时，寻呼信号同时被发送到一个位置区域中的所有基站。(5)基站区域。基站区域是指基站的有效无线覆盖区域，简称为小区。(6)部门。当基站收发信机天线采用定向天线时，基站被分成几个扇区。号码和标识各种号码的定义和用途如下：(1)移动用户识别码。在全球移动通信系统中，

11、每个用户被分配一个唯一的国际移动用户标识(IMSI)。该代码在所有位置(包括漫游区域)都有效。通常，呼叫建立和位置更新需要IMSI。IMSI的构成如图7-4所示。IMSI的总长度不超过15位数字，每个数字仅使用09位数字。图中：MCC:为移动用户的国家代码，占用3位数字，中国的MCC指定为460。移动网络号码，最多由两位数字组成，用于识别移动用户所属的移动通信网络。MSIN:移动用户识别码用于识别某个移动通信网络(PLMN)中的移动用户。国家移动用户标识(NMSI)由跨国公司和MSIN组成。图7-4国际移动用户标识格式(IMSI)，(2)临时移动用户标识。考虑到移动用户身份的安全性，GSM系统

12、可以提供安全措施，即使用临时移动用户身份(TMSI)来代替通过空中接口无线传输的IMSI身份。它们可以根据某种算法相互转换。访问者位置寄存器(VLR)可以将TMSI分配给访问移动用户(仅用于访问服务区域)。图7-5国际移动设备标识(IMEI)格式，(3)国际移动设备标识。国际移动设备标识(IMEI)是区分移动站设备的标志，可用于监控被盗或无效的移动设备。IMEI的格式如图7-5所示。图中：TAC:型式认证代码由欧洲模型标准中心指定。FAC:组件制造商编号。SNR:产品序列号，用于区分同一TAC和FAC中的每个移动设备。SP:待机。(4)移动台的号码。移动台的号码与PSTN中的电话号码相似，是呼

13、叫接通时需要拨打的号码，其编号规则应与其他国家的一致。有两种类型的移动台号码：移动台国际综合业务数字网号码(MSISDN)。在全球移动通信系统中，移动综合业务数字网是呼叫某个移动用户需要拨打的号码。一个移动台可以分配一个或几个MSISDN号码，其组成格式如图7-6所示。图中：图7-6移动台国际综合业务数字网格式，CC:国家代码，即移动台注册的国家代码，中国为86。国内区号，每个PLMN有一个NDC。SN:移动用户号码。国内综合业务数字网号码由NDC和序列号组成，长度不超过13位。国际综合业务数字网号码长度不得超过15位。移动台漫游号码(MSRN)。当移动站漫游到新的服务区域时，VLR给它分配一

14、个临时漫游号码，并通知移动站的HLR建立通信路由。一旦移动站离开服务区域，漫游号码就被收回，并可以被分配给其他访问移动站。漫游号码的组成格式与移动台的国际(或国内)综合业务数字网号码相同。(5)位置区域和基站的识别码。位置区域标识符。检测位置更新和频道切换时，应使用位置区域识别码。LAI的组成格式如图7-7所示。基站识别颜色代码(BSIC)。基站识别色码(BSIC)用于移动台识别具有相同载频的不同基站，特别是用于区分不同国家边境地区具有相同载频的相邻基站。BSIC是一个6位代码，它的格式如图7-8所示。NCC: PLMN色码用于识别相邻的PLMN网络。基站色码，用于识别具有相同载波频率的不同基

15、站。图7-8基站识别色码格式(BSIC)，7.1.3主要服务1。通信业务分类GSM系统可提供6种10种电信业务，其数量、名称、业务类型和实施阶段见表7-2。表7-2 GSM电信业务分类，2。服务定义(1)电话服务。电话服务是全球移动通信系统提供的最重要的服务。(2)紧急呼叫服务。在紧急情况下，移动用户可以通过简单的拨号方式拨打紧急服务中心。(3)短信服务。短消息服务包括移动台之间的点对点短消息服务和小区广播短消息服务。(4)视频-文本访问。可视文本访问是一种通过网络完成文本和图形信息检索和电子邮件功能的服务。(5)智能电传传输。智能电传传输可以在智能电传终端之间提供文本通信服务。这种终端具有编

16、辑、存储和处理文本信息的能力。(6)传真。语言和三类传真交替传输业务。GSM系统的主要参数见表7-3。为了便于比较，表中还列出了其他两种时分多址数字蜂窝网络的相应参数。表7-3三个数字蜂窝网络的主要参数，如全球移动通信系统，1。时分多址/FDMA接入模式在全球移动通信系统中，几个小区(3、4或7)组成一个簇，同一信道不能在簇中使用，并且与同一信道的距离保持相等。每个小区包含多个载频，每个载频包含8个时隙，即每个载频有8个物理信道。因此，全球移动通信系统是分时的。图7-9时分多址/FDMA接入模式，2。频率和信道号GSM系统工作在以下无线电频段：上行链路(移动台、基站)890915 MHz，下行链路(基站、移动台)935960 MHz，接收和发送之间的频率间隔为45 MHz。移动台采用较低的频带进行传输，具有较低的传播损耗，有利于补偿上下行功率的不平衡。由于载波频率间隔为0.2 MHz，GSM系统的整个工作频带被划分为124对载波频率，信道号用N表示，因此上、下两