移动通信技术第二章.ppt

1、第2章 第2代移动通信系统（2G）,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统 2.2 窄带CDMA系统,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,2.1.1 GSM移动通信系统技术标准规范 GSM系统为第二代主流数字蜂窝移动通信系统， 在GSM标准中，未对硬件做出规定，只对系统功能、接口制定了详细规范，以便于不同公司的产品可以互连互通。GSM标准包括12项内容，如表2.1所示。 2.1.2 GSM移动通信系统的组成 GSM是一种移动台在服务区内任意移动时都能高质量地进行收发话音、数据、补充业务等多种信息服务的通信系统。基于这些功能要求，GSM移动通信系统主要由移动台(MS)、基站子系统(BSS)、移动交换

2、子系统(NSS)和操作与维护子系统(OMS)四部分组成，如图21所示。其中BSS通过无线接口直接与移动台相连，主要负责无线发送接收和无线资源的管理，由基站无线收发信台BTS和基站控制器（BSC）组成，BTS与MS与之间的信号传输采用Um无线接口，BSC与BTS之间采用Abis有线接口，数据传输速率为2.048Mb/sPCM;,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,NSS是整个系统的核心，它对GSM移动用户之间及移动用户与其它通信网用户之间通信起着交换、连接与管理的功能，BSC与MSC之间采用A有线接口，数据传输速率为2.048Mb/sPCM，MSC与PSTN或ISDN之间采用数据传

3、输速率为2.048Mb/sPCM的有线数字链路。OMS则提供运营部门一种手段来负责对BSS与NSS的控制。 整个系统在链路上传输的数据流包括控制命令和业务信息两种，以移动台发，固定电话接收为例，其数据传输的流程如下： 移动用户将他的话音送入移动台（MS）的送话器，在MS内，通过一系列处理，经天线转换成无线电波发送出去。 基站的天线接收到该电波后转换为电信号，由BTS处理后，复合成2.048Mb/s的数字信号，通过同轴电缆送到BSC，然后再送到MSC经过交换后送到PSTN最后送到电话机发出声音。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,1、移动台(MS) 移动台是GSM移动通信

4、网中移动用户使用的终端设备，也是用户能够直接接触的整个GSM系统中的唯一设备，它可以为车载型、便携型和手持型。随着GSM标准的数字式手持型移动台进一步小型、轻巧和增加功能的发展趋势，手持型移动台的用户将占领整个用户的极大部分。移动台由两部分组成：移动电话机和存储用户认证信息的识别卡（SIM卡）。 （1）移动电话机 移动电话机包括一套无线收发信机，由射频信号处理单元、基带信号处理单元、电源处理单元、外设四部分组成。射频信号处理单元包括上变频/下变频、功率放大/低频放大、天线合路器、VCO频率合成器几个部分；基带处理单元主要包括GMSK数字调制/解调、均衡、TDMA帧分离/形成、加密与解密、信道解

5、码/编码及语音解码/编码几个部分；电源处理单元包括射频部分电源和基带部分电源，两者各自独立，但多是由移动电话机电池原始提供，电池电压在移动电话机内部需要转换为多路不同电压值的电压供给移动电话机的不同部分；外设主要包括话筒、扬声器、键盘、显示屏，实现人机对话。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,2）SIM卡 当用户使用手机时，都必须插入一张SIM卡才可使用。SIM卡上存储有与用户有关的所有身份特征信息和安全认证、加密信息等。这些信息包括三部分：一是存储与卡和持卡者特征有关的信息；二是GSM网络操作所需的信息，例如IMSI、TMSI、LAI、加密键Kc、用户密钥Ki、鉴权算

6、法A3、加密算法A5和加密键A8算法等；三是缩位拨号码、网络承载性能、移动台设备参数、短消息业务信息等。SIM卡内部由微处理器、程序存储器 、工作存储器 、数据存储器和串行通信单元组成。SIM卡共有8个引脚，使用时最少需要5个连接线，分别是时钟CLK、数据I/O、复位（Reset）和接地端GND，另外一端为VPP，还有两个引脚空着，没有使用。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,2、基站子系统（BSS） BSS是GSM系统实现无线通信的关键组成部分。它通过无线接口直接与移动台通信，负责无线发送接收和无线资源管理。另一方面通过有线接口与NSS中的MSC相连，实现移动台之间或

7、移动台与固定网用户之间的通信连接，传送系统信号和用户信息。此外，还受操作维护子系统(OSS)之间的控制。一个完整的基站子系统由基站收发信机（BTS）和基站控制器（BSC）组成。 （1）、基站收发信机(BTS) BTS属于基站子系统的无线部分，BTS主要负责无线传输。一个典型的BTS由若干个收发信机、复用与解复用单元和电源处理单元构成，每个收发信机主要由射频处理单元、基带处理单元组成。射频处理单元主要包括发射天线、接收天线、天线合路器、射频放大、上变频与下变频几个部分；基带处理单元主要包括GMSK数字解调与调制、均衡、TDMA帧形成与分离、加密与解密、交织与去交织及信道编解码、码型转换/速率适配

8、（TRAU）几个部分等。方框图如图2-5所示。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,2）、基站控制器（BSC） BSC是BTS和移动交换系统中交换子中心（MSC）的连接点，也为基站收发信台和操作维护子系统（OMS）之间交换信息提供接口。BSC主要负责 无线信道的分配、释放及越区信道的管理。典型的BSC有一到二个机架，能管理数十个BTS，实际管理的BTS数量取决于业务量的多少。 3、移动交换子系统（NSS） 移动交换子系统（NSS）主要完成GSM系统的交换功能和用于用户数据管理、移动性管理、安全性管理所需的数据库功能，它对GSM移动用户之间通信以及GSM移动用户与其他通信网

9、用户之间通信起着管理作用。NSS由移动交换中心（MSC）和存储用户数据及移动管理信息的数据库，即归属位置寄存器（HLR）、访问位置寄存器（VLR）、认证（鉴权）中心（AUC）、设备标志寄存器（EIR）组成。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,（1）、移动交换中心（MSC） MSC是网络的核心，它主要处理和协调GSM系统内部用户的通信接续，它将移动用户与固定网用户连接起来，或者把移动用户互相连接起来。 移动用户没有固定位置，在不明路径的情况下，要为网内用户建立通信时，路由都先由固定网接到关口交换局（GMSC）。GMSC的作用是查询用户的位置信息，并把路由转到移动用户当时拜

10、访的移动交换局MSC。GMSC首先根据移动用户的电话号码找到该用户所属的HLR，然后从HLR中查询到该用户目前的MSC。GMSC一般与某个MSC合在一起。 MSC通常是一个大的程控数字交换机，能控制若干个基站控制器（BSC）。日前，一个典型的移动交换中心有8到12个机架，大约可满足一个百万人口城市的需要，使其移动通信的普及率达到中等水平。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,（2）、归属位置寄存器（HLR） HLR是管理移动用户的数据库，作为物理设备，它是一台独立的服务器。每个移动用户必须在某个HLR中登记注册。在数宇蜂窝网中，应包括一个或多个HLR。所存储的信息分两类；

11、一类是有关用户参数的信息，例如用户类别、所提供的服务、用户的各种号码、识别码，以及用户的保密参数等；另一类是用户当前的位置信息，例如移动台漫游号码、VLR地址等，用于建立至移动台的呼叫路由。HLR不受MSC的直接控制。 （3）、认证鉴权中心（AUC） 它直接与HLR相连，是认证移动用户身份及产生相应认证参数的功能实体。认证中心对移动用户的身份进行认证，将用户的信息与认证中心的随机号码等进行核对，合法用户才能接入网络，并得到网络的服务，不合法的用户不允许接入网络。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,（4）、访问位置寄存器（VLR） VLR是存储用户位置信息的动态数据库，当

12、漫游用户进入某个MSC区域时，必须在MSC相关的VIR中进行登记，VLR分配给移动用户一个漫游号码（MSRN）。在VLR中建立用户的有关信息，其中包括移动用户识别码（MSI）、移动台漫游号码（MSRN）、移动用户所在位置区的标志及向用户提供服务等参数，而这些信息是从相关的HLR中传递过来的。MSC在处理人网和出网呼叫时需要查访VLR中的有关信息。一个 VLR可以负责一个或多个 MSC区域。一般情况下，MSC与 VLR的设备合在一起，因为它们之间交换信息相当多。 （5）、设备标志寄存器（EIR） EIR是存储有关移动台设备参数的数据库，用来实现对移动设备的识别、监视、闭锁等功能。EIR只允许合法

13、的设备使用，对非法设备禁止接入网络。它与MSC相连接。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,4、 操作与维护子系统（OMS） 操作与维护子系统（OMS）用于对基站分系统BSS和交换分系统NSS的设备实行操作与维护。由OMC-R、OMC-S、NMC组成，OMC-R用于对基站分系统BSS的操作与维护，OMC-S用于对交换分系统NSS的操作与维护，NMC为显示终端。 2.1.3 GSM系统的无线传输特征 1、频率配置 GSM系统采用频分双工模式运行，将一个频带用于上行链路（移动台发、基站收），而将另一个单独的频带用于下行链路（移动台收、基站发）。,上一页,下一页,返回,2.1

14、GSM数字蜂窝移动通信系统,最初，把900MHz附近的50MHz频带分配给了GSM系统，这种频带的GSM系统通常称为GSM900，上行为890915MHz下行为935960MHz，上行为890915MHz下行为935960MHz，各占25MHz，每一个载频的间隔为0.2 MHz，共分124个载频，双工收发间隔为45 MHz。 下随着用户数量的急剧增加，原有的频段不能满足用户快速大量增长的需要，后来，又把1800MHz附近的150MHz也分配给了GSM系统，这种频带的GSM系统通常称为GSM1800，上行为17101785MHz下行为18051880MHz，各占75MHz，每一个载频的间隔为0.

15、2 MHz，共分375个载频，双工收发间隔为95 MHz。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,2、多址方式 GSM系统中，由3个，4个或7个构成一个区群，区群不能使用相同的载频，每个小区含有多个载频，每个载频含8个时隙，时隙占时0.577ms。8个时隙构成一个TDMA帧，一帧占时4.615ms。一个载频的时隙称为一个物理信道，对GSM900系统，共有1248=992个物理信道，对GSM1800系统，共有3758=3000个物理信道，根据需要分配给不同的用户使用。移动台在特定的频率上的特定时隙内，以突发方式向基站传输信息，基站在相应的频率上和相应的时隙内，以时分复用的方式

16、向各个移动台传输信息。因此，GSM系统采用时分和频分混合多址方式，记作TDMA/FDMA，简称TDMA多址方式。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,3、跳频技术 采用跳频技术是为了确保通信的秘密性和抗干扰性，它首先被用于军事通信，后来在GSM标准中也被采纳。 跳频的主要优点是： （1）能大大提高通信系统抗多径衰落的能力，相当于频率分集； （2）提高通信系统抗频率干扰的能力； （3）保密性强，可以防止信号被窃听。 GSM系统中的跳频分为基带跳频和射频跳频两种。基带跳频的原理是每个发射机的频率不变，将话音信号随着时间的变换使用不同的频率发射机发射。,上一页,下一页,返回,2

17、.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,射频跳频的原理是话音信号固定在一个发射机上发射，但是该发射机的发射频率不断变化，具体变化过程由跳频序列控制。一般在实际网络中，同一个小区的发射机采用同一个跳频序列，但是起跳点不同，这样就避免了相互干扰。 射频跳频比基带跳频具有更高的性能和抗同频干扰能力，目前的GSM网络一般都采用射频跳频。 4、逻辑信道 在BTS和MS间必须传送许多信息，如用户数据和控制信令。这些信息都必须在规定的时隙中进行传输，根据传递信息种类的不同，GSM系统把传送不同种类信息的物理信道谓为各种不同的逻辑信道。据此，逻辑信道分为业务信道（Traffic Channel）和控制信道（Cont

18、rol Channel）两类。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,（l）业务信道（TCH） TCH用于传送数字语音或数据，有全速率（TCH/F）和半速率（TCH/H）两种。 语音业务信道：全速率为22.8kb/s，半速率为11.4kb/s。 数据业务信道：全速率为9.6kb/s、4.8kb/s,对应的半速率分别为4.8kb/s、2.4kb/s。 一个载频可提供8个全速率业务信道或16个半速率业务信道。 （2）控制信道（CCH） 控制信道（CCH）用于传送信令或同步数据。根据所需完成的功能又把控制信道定义成广播、公共及专用三种控制信道。 1）广播信道（BCH）：是一种“一

19、点对多点”的单方向控制信道，用于基站向所有移动 台广播公用信息。传输的内容是移动台入网和呼叫建立所需要的各种信息。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,2）公共控制信道（CCCH）：是一种“一点对多点”的双向控制信道；其用途是在呼叫接续阶段，传输链路连接所需要的控制命令。 3）专用控制信道（DCCH）：是一种点对点”的双向控制信道，其用途是在呼叫接续阶段以及在通信进行当中，在移动台和基站之间传输必需的控制信息。 2.1.4 GSM系统信号传输与处理的基本原理 GSM系统传输与处理的信号主要是语音、数据，涉及到的主要功能设备的方框图如图2-8所示。下面以移动台发、固定电话收

20、为例介绍信号传输与处理的工作流程。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,移动用户首先将他的语音送入移动台（MS）的送话器，在MS内，经过PCM编码和带宽压缩处理，模拟语音信号转换成13kb/s的数字信息流，再将这个13kb/s的数字信息流经过检纠错信道编码后变为22.8kbit/S，经加密交织处理后，进行TDMA帧形成变为270kbit/S，经GMSK数字调制后送到射频单元发送电路的上变频调制得到射频信号，通过功率放大后，送到天线合路器和其它发信机处理后的信号合成一路通过发射天线转换成电磁波发射出去。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,基站收发信机

21、（BTS）天线检测到后，将这个无线电信号接收、经放大解调、TDMA帧分离、信道解码等处理后，恢复成代表语音的16kb/s数字信号；实际上，16kb/s数字信号除包含13kb/s的语音编码数字信息流外，还包括3kb/s的同步信息。16kb/s数字信号经过TRAU单元码型变换和速率适配后转换成64kb/s的数字信息流，通过和其它的移动用户的话音信号复用后转换成2.048Mb/s的数字信息流，2.048Mb/s的数字信息流经过移动交换中心（MSC）后，送到PSTN网，然后PSTN分别将各自的话音送到相应的固定电话中，经数模转换，变成话音信号，供用户接听。 固定电话发、移动台收是上述过程的逆变换。两个

22、移动台之间的信号处理流程与上述流程类似。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,1、信源编码 GSM系统信源编码的方式是采用声码器和波形编码器的混合物混合编码器，全称为预测编码-长期预测-规则脉冲激励编码方式，简称为LPC-LPT-RPE，其原理示意图如图2-9所示。LPC-LTP为声码器，声码器编码可以是很低速率（可以低于5kb/s），虽然不影响语音的可懂性，但语音的失真性很大，很难分辨是谁在讲话。RPE为波形编码器，波形编码器语音质量很高，但要求的比特率相应的较高。再通过复用器混合完成模拟语音信号的数字编码，每个语音信道的编码速率为13kbit/s。,上一页,下一页,返

23、回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,2、信道编码 信道编码主要包括纠错编码和交织技术。纠错编码的作用是通过对信源编码的数据增加一些冗余数据对信源编码的数据进行监督，以使在接收时能从接收的数据中检出由于传送过程中引起的差错从而进行纠正。交织技术的作用是通过将纠错编码后分散，对付在传输过程中产生的连续干扰。图2-10为GSM系统的编码结果图。编码流程为：信源编码产生的13kbit/s 数字信号，把其20 ms 分成一个段，共260bit，经过加上冗余数据纠错编码后变为456 bit，随后的20ms也按照上述步骤变为456 bit，将这两段的（2456=912 bit）数据组成8114矩阵，按水

24、平写入，垂直读出的顺序进行交织，获得8个114 bit的信息段。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,3、突发序列形成 经过交织后的8个114 bit的信息段，在每个信息段头尾各加上3 bit用于控制功率上升时间和下降时间，中间加26 bit供信道均衡，以消除多径效应产生的码间干扰，最后再加上8.25bit的保护时间位，用于防止不同移动台发出的信号不会因为传输距离不同而在基站发生前后重叠，一共为156.25 bit，谓之突发序列。形成过程是采用存储器，交织后的数据存入储存器，然后用0.577ms时间读出每一个信息段。形成结果如图2-12所示。,上一页,下一页,返回,2.1

25、 GSM数字蜂窝移动通信系统,4、TDMA帧形成 GSM系统中，通常由3个、4个或7个小区构成一个区群，区群不能使用相同的频道（载频），每个小区使用多个载频，每个载频分成8个时隙，每个时隙的时间为0.577ms，8个时隙占用时间为4.615ms，构成一个TDMA帧。一个用户只占用一个时隙，每个载频8个时隙供8个用户使用。 8个用户经过突发形成后的数据都被存入TDMA帧形成存储器，TDMA帧形成存储器把每一个用户的第1段用0.577ms时间读出来，8个用户的第1段构成一个TDMA帧，按此顺序，依次读出第28段，这样每个用户的信息就被分离到TDMA帧的时隙中传输，实际上用户需要传送的信息并非只有4

26、0ms的时间，这样TDMA帧必须要不断的形成。TDMA帧形成示意过程如图2-13所示。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,TDMA帧无限重复构成数字基带信号。GSM系统为了满足不同速率的信息传输，将多个TDMA帧构成复帧。复帧结构有两种：业务信道复帧和控制信道复帧，它们分别含连贯的26个或51个TDMA复帧。含26帧的业务复帧其周期为120ms,用于业务信道及其随路控制信道。业务信道复帧的24个突发序列用于业务，2个突发序列用于信令。含51帧的复帧其周期为235.385ms,专用于控制信道。 多个复帧又构成超帧，它是连贯的5126TDMA帧，即一个超帧可以是包括51个2

27、6TDMA复帧，也可以是包括26个51TDMA复帧。超帧的周期均为1326个TDMA帧，即6.12s。多个超帧构成超高帧，用于加密的话音和数据。超高帧包括2048个超帧，周期为3小时28分53秒760毫秒，这就使得黑客更难于截获用户呼叫。超高帧每一周期包含2715628个TDMA帧，这些TDMA帧按顺序编号，依次为02715647。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,5、GMSK数字调制 数字调制的作用是使所传送的信息更好地适应于信道特性，以达到最有效和最可靠的传输，在移动通信中，由于电波传播条件的恶劣，快衰落的影响，使接受信号的幅度发生急剧变化，衰落幅度很大。因此，在

28、移动通信中必须采用抗干扰能力强的调制方式，GSM移动通信系统采用高斯最小频移键控（GMSK）数字调制方式。 GMSK数字调制的基本原理是把TDMA帧形成的基带信号先经过高斯滤波器成形，再进行MSK调制，MSK调制可采用压控振荡器（VCO）或正交形式，处理方框图如图2-16（a）、（b）所示。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,6、射频调制 由图2-7可知，GMS系统的移动台MS和基站的收发信机都需要射频调制，射频调制的作用是将需要传输的基带信号进行频谱搬移至相应频段的信道上以低高度的天线转换为电磁波发射。 7、码型转换/速率适配（TRAU） 基站收发信机信道解码/编码输

29、出/输入的数据速率为16kbit/s（其中话音速率为13kbit/s，同步控制速率为3kbit/s），而PSTN用户的话音在A接口为A律PCM编码，速率为64kbit/s。TRAU的作用就是在基站收发信机信道解码/编码输出/输入与PSTN之间实现码型和速率变换，即能在A律PCM64kbit/s的话音速率与13kbit/s话音速率之间进行变换。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,2.1.5 GSM移动通信的网络结构 前面从单一GSM系统构成的角度讲述了组成的各个部分及信号处理过程。为了实现全球移动用户之间以及移动用户和不同位置的固定电话之间的通信，若干个不同地区的GSM系

30、统必须与市话网相连接，形成GSM移动通信网，不同的组网范围，形成网络结构也不尽相同。 1、全国GSM移动网的网络结构 全国GSM移动电话网按大区设立一级汇接中心、省内设立二级汇接中心、移动业务本地网设立端局构成三级网络结构。它与公用交换电话网（PSTN）的连接关系如图2-17所示。 从图中可见，三级网络结构组成了一个完全独立的数字移动通信网络。它在省内设立二级中心，在移动业务本地网建端局，省际间的通信是借助于PSTN网的长途电话交换网（PSTN）还有它的国际出口局，而GSM数字移动网却无国际出口局，国际间的通信仍然还需借助于公用电话交换网的国际局。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝

31、移动通信系统,“中国联通”的GSM移动通信网与“中国移动”的GSM移动网和公用交换电话网（PSTN）之间的网络结构如图2-18所示。在“中国联通”GSM移动交换局所在地，联通网和公用电话网（PSTN）之间各设一个网间接口局，双方接口局按一对一的方式成对互联。联通GSM用户与GSM、公用电话网（PSTN）用户间的各种业务互通（含本地、自动长途、移动及国际业务等）所需的话路接续和信号，均经过网间接口局连通。 2、省内GSM移动通信网的网络结构 省内GSM移动通信网由省内的各移动业务本地网构成，省内设若干个移动业务汇接中心（即二级汇接中心），汇接中心之间为网球状结构，汇接中心与移动端局之间成星状网。

32、根据业务量的大小，二级汇接中心可以是单独设置的汇接中心（即不带用户、全有至基站接口，只作汇接），也可兼作移动端局（与基站相连，可带用户）。省内GSM移动通信网中一般设置二、三个移动汇接局较为适宜，最多不超过四个，每个移动端局至少应与省内两个二级汇接中心相连，如图2-19所示。任意两个移动交换局之间若有较大业务时，可建立语音专线。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,3、移动业务本地网的网络结构 全国可划为若干个移动业务本地网，划分的原则是长途区号为1位、2位或3位的地区可建立移动业务本地网。每个移动业务本地网应设立一个原籍用户寄存器（HLR），用于存储归属该移动业务本地网

33、的所有用户的有关数据。 每个移动业务本地网中可设一个或若干个移动业务交换中心MSC（移动端局）。每个MSC与局所在本地的长途局相连，并与局所在地的市话汇接局相连。在长途局多局制地区，MSC应与该地区的高一级长途局相连。如没有市话汇接局的地区，可与本地市话端局相连。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,4、识别号码 GSM网络是比较复杂的，它包含无线信道、有线信道并与其它网络如 PSTN、 ISDN、公共数据网或其它PLMN网互相连接。为了将一次呼叫接续传至某个移动用户，需要调用 相应的实体。这样，正确地寻址非常重要。因此， GSM系统需要用不同的号码来识别用 户身份和设备

34、身份。下面介绍GSM系统中，用来识别身份的各种号码。 各种号码的定义及用途如下； （1）移动用户的电话号码（MSISDN） 它是移动用户对外公开的电活号码。任何主叫用户要呼叫GSM系统中的用户，就要拨打该号码。MSISDN号码结构为,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,其中CC为国家号码，中国为86；NDC为网络接入号码，有3位，中国移动的GSM网为139，138，137，136。135，134；中国联通的GSM网为132，131，130；SN为移动用户号码，采用等长8位编号。 移动用户号码存在归属位置寄存器HLR中。 （2）国际移动用户识别码（IMSI） 为了在整个GS

35、M移动通信网络中正确地识别某个移动用户，在GSM系统中就必须给移动用户分配一个独一无二的识别码。这个识别码称为国际移动用户识别码（IMSI）。IMSI的结构为,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,其中，MCC为移动国家号码，由3位数字组成，唯一识别移动用户所属国家。中国为460；MNC为移动网号，由2位数字组成，用于识别移动用户所归属的移动网。中国移动的GSM的MNC为00，中国联通的GSM的MNC为01。MSIN为移动用户识别码，采用等长的11位数字构成。唯一地识别国内GSM移动通信中的移动用户。 IMSI号码存放在用户识别模块SIM卡及归属位置寄存器HLR中。当用户在

36、系统登记以后，在访问位置寄存器VLR中临时登记该用户的IMSI号码。IMSI号码对移动用户是保密的，用户只知道自己的移动用户号码MSISDN。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,当用户把SIM卡插入移动台MS后，移动台MS首先通过基站向移动交换中心MSC登记。在无线信道上传送的就是经过加密的存储在SIM卡上的IMSI号码。移动交换中心MSC收到IMSI号码后到归属位置寄存器HLR中查询，确认有该用户，就把该用户的有关信息从归属位置寄存器HLR传到访问位置寄存器VLR并临时存储。登记的用户就允许使用移动网。 在呼叫移动用户时，根据所拨的移动用户电话号码，找到该用户的IMS

37、I号码，用IMSI号码来寻呼移动用户。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,（3）移动用户漫游号码（MSRN） 当移动台漫游到一个新的服务区时，由访问用户位置寄存器（VLR）给它分配一个临时性的漫游号码，并通知该移动台的原藉用户寄存器（HLR），用于建立通信路由。一旦该移动台离开该服务区，此漫游号码即被收回，并分配给其他来访的移动用户使用。 移动用户漫游号MSRN，根据GSM建议，包括三个部分 MSRN=CC+NDC十SN 式中，CC为国家码，中国为86 ；NDC为国肉长途区号；SN为用户码。包含移动交换中心MSC的地址。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动

38、通信系统,（4）移动用户临时识别码（TMSI） 移动用户临时识别码TMSI用是为保密而设置的。在移动用户作主叫或被叫时，它代替国际移动甩户识别码IMSI在无线路径上传输。移动用户临时识别码TMSI与国际移动用户识别码IMSI之问没有长期的因定联系，仅在移动台MS呼叫时，由访问位置寄存器 VLR临时指定。一个移动用户临时识别码 TMSI可以重复地给不同的移动合MS使用。这样在空中就无法截获用户的移动用户识别码 IMSI。 （5）国际移动台设备识别码（IMEI） IMEI是区别移动台设备的标志，防止不法分子未经批准非法生产移动设备。IMEI的结构为,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动

39、通信系统,其中TAC为型号批准码，6位数字，由欧洲型号认证中心分配；FAC为工厂装配码，3位数字，由厂家编码，表示生产厂家及其装配地；SNR为序号码，6位数字，由厂家分配，识别每个TAC和FAC中的某个设备；SP为备用，1位数字，留着将来使用。 当移动用户作主叫时，它同时送出国际移动台设备识别码IMEI、移动用户识别码IMSI及拔叫号码。移动交换中心MSC收到后，会查阅设备识别寄存器EIR，国际移动台设备识别码IMEI会对存储在设备识别寄存器EIR中的灰色或黑色名单加以核查。在这个名单中记录着下允许使用移动网络的移动台设备号码，查核通过后才准于接续。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂

40、窝移动通信系统,（6）位置识别码 在GSM系统中，共有3个号码组成对移动台MS的位置识别。 1）位置区识别码（LAI）它用于移动用户的位置更新其格式为 式中，MCC为移动国家码，中国为460；MNC为移动网号，识别一个国家中不同的GSM网，与IMSI中的MNC相同；LAC为位置区号码，识别一个GSM网中的位置区。 位置区号码LAC的最大长度为16bit，一个GSM网可以定义65536个不同的位置区。一个移动交换中心 MSC所管辖的区域可以定义为一个位置区，也可以定义为几个位置区。 2）小区全球识别码（CGI） 是用来识别一个位置区中的小区的。它是在位置区识别码后加上一个小区识别码（CI）构成的

41、，其格式为,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,3）基站识别码（BSIC） 用于移动台对于采用相同载频的相邻基站收发信台的识别，基站识别码的构成为 式中，NCC为网络号码，用来识别相邻的通信网络（如相邻国家的通信网络）；BCC为基站号码，用来识别采用相同载频的相邻基站收发信台。 2.1.6 GSM移动通信网络的管理 GSM移动通信网络是一个先进、复杂的数字蜂窝移动通信网络，在移动通信网络中实现移动用户之间或者移动用户与市话用户之间通信时，需要对网络中的各种设备进行控制和管理，主要包括移动性管理、安全管理等。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,1、移

42、动性管理 GSM移动通信网络是一个全球性的通信网络。一个GSM移动用户，不管他处在哪一个国家，以及在某一个国家的哪一个地方，都能获得通信服务。对于GSM移动通信网络，各个国家有各自的GSM移动通信网有的一个国家有几个GSM移动网；每个GSM移动网又分为若干个移动业务服务区。我国的GSM网就有中国移动GSM网和联通GSM网，这两个网中每一个省、市、自治区各自有一个GSM服务区。在每一个GSM服务区中有不少于一个的归属位置奇存器HLR、移动交换中心/访问位置寄存器MSCVLR、大量的基站控制器BSC及众多的基站BTS。每个移动用户的数据都存放在他的归属位置寄存器HLR中，由于移动用户的移动性，它可

43、以在世界各地或国内的各个地方到处移动，而不像固定用户，永远与某一个交换机的一个用户端口相连。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,因此，网络为了有效地向用户传递寻呼信息时找到该用户，网络必须准确地、连续不断地了解移动用户的所在位置。而移动用户有时处于开机不通话状态（空闲状态），有时处于通话状态。我们把移动用户空闲状态时网络了解其移动位置的过程位置更新；而把移动用户通话状态时网络了解其移动位置的过程称为越区切换。 GSM移动通信网络对移动用户定位的方法是采用获悉位置区识别码（LAI）。就是让空闲状态的移动台不断地向网络报告其位置区信息，如果网络知道了用户的位置区的话，也就知

44、道了用户的近似位置。 （1）位置更新 GSM系统的位置更新包括三个方面：入网位置更新、移动位置更新和周期性位置更新。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,1）移动用户的入网位置更新 当移动台首次入网（第一次开机）时，由于在其SIM卡中没有位置区（LAI）标志信息， 入网位置更新过程如图2-21所示。 移动台通过基站分系统（BSS）向移动交换中心（MSC）发送位置更新请求信息，通知GSM网络这是此位置区的一个新用户； MSC根据该用户发送的IMSI信息，向该用户的HLR发送更新位置请求； HLR通过和该移动台购机时所保存的信息参数比对，一致后向MSC回送位置更新接受信息；

45、MSC在访问位置寄存器（VLR）对该移动台的IMSI上作“附着”标志； 通过BSS向移动台发位置更新证实信息，MS的SIM卡记录此位置区的识别码。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,当移动用户非首次入网（关机后又开机）时，当MS接收到的LAI与它的SIM卡中原来存储的的LAI发现不一致，登记过程如图2-22所示。 移动台也立即向MSC/VLR发送位置更新请求。 MSC要判断原有的LAI是否是自己的服务区，如判断为肯定，MSC只需将该用户的SIM卡原来的LAI码改成新的LAI码，并在该用户对应的IMSI上作“附着”标志；如判断为否定，MSC需根据该用户IMSI中的H0 H

46、1 H2 H3信息，向该用户的HLR发送位置更新请求。下面的过程与第一次登记的3、4、5步骤一样。 若MS关机又开机时，所接收到的LAI与它的SIM卡中原来储存的LAI相一致，MSC只对该用户作“附着”标志。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,2）移动用户的移动位置更新 当移动用户在通信过程中从一个网络服务区移动到另外一个服务区时，移动台的位置发生了变化，那么系统必须对移动台的位置进行跟踪，才能保持通信。 通常移动用户处于开机空闲状态时，它被锁定在所在小区的BCCH载频上，随时接收网络端发来的信息。在这个信息中包括了移动用户当前所在小区的位置识别信息。为了确定自己的所在

47、位置，移动台要将这个位置识别信息LAI存储SIM卡中。当移动台移动过程中再次接收到网络端发来的位置识别信息ID时，它要将接收到的LAI与原来存储的LAI进行比较。若两个LAI相同则表示移动台还在原来的位置区域内；若两个LAI不同则表示移动台发生了位置移动，此时移动台要向网络发出位置更新请求信息。网络端接收到请求信息后便将移动台注册到一个新的位置区域，即新的VLR区域。同时用户的HLR要与新的VLR交换数据得到移动用户新的位置信息，并通知移动台所属的原先的VLR删除用户的有关信息。这一位置更新过程如图2-23所示。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,3）移动用户的周期位置

48、更新 周期位置更新发生在当网络在特定的时间内，没有收到来自移动台任何信息。比如，在某些特定条件下由于无线链路质量很差，网络无祛接收移动台的正确消息，而此时移动台还处于开机状态并接收网络发来的消息，在这种情况下网络无法知道移动台所处的状态。为了解决这一问题，系统采取了强制登记措施。如系统要求移动用户在一特定时间内，例如每30min登记一次。这种位置登记过程就叫做周期位置更新。 周期位置更新是由一个在移动台内的定时器控制的，其定时器的定时值由网络在BCCH上通知移动用户。当定时值到时，移动台便向网络发送位置更新请求消息启动周期位置更新过程。如果在这个特定时间内网络还接收不到某移动用户的周期位置更新

49、消息，则网络认为移动台已不在服务区内或移动台电池耗尽，这时网络对该用户做去“附着”处理。周期位置更新过程只有证实消息，移动台只有接收到证实消息才会停止向网络发送周期位置更新请求消息。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,（2）越区切换 当移动用户离开基站较远，无线传输质量逐渐下降。这时，系统就需要将移动用户由原基站的业务信道转换到新的基站的业务信道。那么系统是如何知道何时移动用户需要切换呢？它是通过BSC不断接收移动台在通话的同时向它报告的MS周围小区BTS的BCCH载频信号强度以及通话业务信道的强度是否低于规定的值来做出切换的决定。 通话中的移动台从一个小区移动到另外一

50、个小区。这个小区有可能是同一BCS管辖下的小区；也有可能是同一业务区不同BSC管辖下的另一小区；还可能是不同业务区中的另一小区。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,1）BSC内的切换 当MS由A点移动到B点时，此时BSC1对MS报告的测量结果经过分析后得知MS所到的小区仍属于BSC1管辖，BSC1与新小区建立链路，并在新小区分配一个TCH供MS切换到此小区使用，切换成功后，MS继续测量周围小区的信号强度，同时接收BSC1的有关信息。 2）相同MSC/VLR、不同BSC的切换 当移动台从B点移动到C点时， MS已跨越了两个BSC，即从BSC1到BSC2。此时BSC1对MS

51、报告的测量结果经过分析后得知MS所到的小区属BSC2管辖，做出切换判决，BSC1向MSC发出切换请求。MSC与BSC2建立新的链路，保留新小区内空闲TCH供给移动用户切换后使用。然后命令移动用户切换到新频率的新业务信道上，切换成功后，MS继续测量周围小区的信号强度，同时接收BSC2的有关信息。位置区发生变化时，它还要进行位置更新。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,3）不同MSC/VLR间的切换 当移动台从C点移动到D点时，MS移动了两个移动交换中心管辖的区域。此时BSC2对MS报告的测量结果经过分析后得知MS所到的小区已不属BSC2管辖，向MSC1/VLR做出切换请求

52、，MSC1经过分析后向MSC2发送切换请求，MSC2负责建立与新的BSC2的链路连接，在两个交换机的链路连接好后，由MSC1向MS发送切换命令。 （3）呼叫接续过程 1）移动台的被呼过程 这里以北京固定用户A呼叫上海移动用户B为例来说明移动台的被呼过程。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,固定用户A通过本地交换机将移动用户B的电话号码（MSISDN）送到GSM网的入口交换机（GMSC），GMSC分析此号码后知悉是上海的某用户，立即把MSISDN发到上海GSM网络的HLR，请求查询用户B现在哪里？ HLR将用户B的电话号码（MSISDN）转换为用户识别码（IMSI），查询

53、用户B目前所在的业务区MSC（如他已漫游到广州），向该区VLR发被呼叫的IMSI，请求VLR分配给被叫用户一个漫游号码（MSRN）；VLR把分配给被叫用户的漫游号码（MSRN）送回给HLR，由HLR再送给GMSC。GMSC有了MSRN，就可以把入局呼叫接到用户B所在的MSC（北京-广州）。 用户B所在的MSC将寻呼消息通过BSS发送给所有守候等闲的移动台。守候等闲的移动台接收到寻呼消息后，经过译码如果发现是自己的IMSI，发送应答响应。MSC得到应答响应后开始向移动用户B发送振铃信号。移动用户B取机应答，最终进入通话。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,2）移动台的始呼

54、过程 若某移动台MS处于开机空闲状态，当移动用户拨好想要通话用户的电话号码，并按下发送键后，网络就开始运行相应的接续程序。 移动台通过BSS向移动交换中心（MSC）发送拨号号码接入请求信息，MSC 查询网络是否繁忙，如不忙，向MS回送同意接入请求；否则不同意。 MSC分析移动台送来的电话号码，并根据号码连通被呼叫方所在的MSC或PSTN。并将链路已连好的信息告知MS。同时向被呼叫方发送振铃信号。 MS等待被呼叫方取机应答，最终进入通话。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,2、安全性管理 由于空中接口极易受到侵犯，GSM网络为了保证通信安全，采取了特别的鉴权与加密措施。鉴

55、权是为了确认移动台的合法性，而加密是为了防止第三者窃听。其主要是在下列部分加强了保护：接入网络方面采用了对用户鉴权；无线路径上采用对通信信息加密；对移动设备采用设备识别；对用户识别码用临时识别码保护；SIM卡用PIN码保护。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,（1）鉴权 鉴权的作用是保护网络，防止非法盗用。同时通过拒绝假冒合法用户的“入侵”而保护GSM移动网络的用户。当移动用户开机请求接入网络时，移动交换中心/访问位置寄存器（MSC/VLR）通过控制信道将鉴权与加密参数组的一个参数传送给用户，用户SIM卡收到这个参数后，用此参数与SIM卡存储的用户鉴权，经同样的加密算法

56、得出一个响应参数，传送给移动交换中心/访问位置寄存器（MSC/VLR）。MSC/VLR将收到的响应参数同鉴权与加密参数组中响应参数进行比较。由于是同一参数，同样的加密算法，因此响应参数应相同。若移动交换中心/访问位置寄存器（MSC/VLR）比较的结果就允许接入，否则为非法用户，网络拒绝为此用户服务。 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、登记或删除之前均需要鉴权。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,（2）加密 GSM系统中的加密也只是指无线链路上的加密，是指基站收发信机（BTS）与移动台（MS）之间交换用户信息和用户参数时不被非法个人或团体获得或监听。

57、在移动台（MS），运用加密算法，对用户信息数据流进行加密，在无线链路上传送。在基站收、发信机（BTS），把从无线链路上收到加密信息数据流，经过解密算法后，传送给基站收控制器（BSC）和移动交换中心（MSC）。 在GSM系统中，所有的语音和数据均需加密，并且所有有关用户参数也均需加密。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,（3）设备识别 设备识别的目的是防止盗用或非法设备入网使用。当移动台请求接入或位置更新时，MSC/VLR向移动台请求IMEI（国际移动台设备识别码）并将IMEI发送给EIR（设备识别寄存器），EIR收到IMEI后将对该IMEI设备的合法性进行验证。EIR设

58、备识别寄存器对所有的IMEI设备进行分类为三个清单：白名单、黑名单和灰名单。白名单包括所有允许入网的设备识别序列号码，黑名单包括所有报失或被偷窃而禁止使用的识别号，灰名单内的设备识别号由运营者决定，例如包括存在故障、未经型号认证或根据某种目的需要进行跟踪的移动性设备。若EIR在黑名单中发现该名单，则MSC/VLR拒绝为持有该移动设备的用户提供进一步服务。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,（4）用户识别码保密 IMSI是用户的特征号码，为了防止IMSI在无线路径上被截获，提供用户识别码保密，当MS进行位置更新，发起呼叫业务时，MSC/VLR将分配给用户一个临时移动用户识

59、别码（TMSI），并由MS存储于SIM卡上，此后MSC/VLR与MS间信令联系只使用TMSSI。在无线路径传输中，用TMSI代替IMSI，达到保护IMSI、保护用户安全的目的。TMSI与IMSI对应关系是变动的，TMSI仅在一个VLR区域内有效。,上一页,返回,2.2窄带CDMA系统,2.2.1 CDMA移动通信产生的背景 随着移动通信用户的快速增加，有限的频率资源如何分配给更多的用户的使用，已成为当前移动通信的首要课题。FDMA和TDMA多址方式都是依靠大力压缩信道带宽，但压缩带宽是有限度的，它将导致通话质量下降。因此，在GSM移动通信系统商用的同时，美国就开始研发码分多址（CDMA）移动通信系统。码分多址是采用扩频通信技术，大幅度地增加信道带宽。实验表明CDMA系统具有较高的容量、抗干扰能力强、抗衰落性能优越、保密性好以及其他许多的优点。1993年美国电信工业协会将IS-95定为美国窄带CDMA数字蜂窝移动通信系统的技术标准，采用高通（Qualcomn）公司的CDMA无线接口规范。基于IS-95的窄带CDMA技术自1995年进入商用以来，迅速覆盖韩国、日本、美国、欧洲和南美洲的一些主要技术市场，在2002年，中国联通“新时空”CDMA网络正式开通。由于窄带CDMA技术的诸多优势，使得它成为数字移动通信技术发展的主流技术。目前各国报给国际电联审批的所有第三代移动通