课程 MA000001GSM数字移动通信原理ISSUE 3.3目录课程说明1课程介绍1课程目标1相关资料1第1章 GSM发展简史2第2章 数字移动通信技术32.1 多址技术32.1.1 频分多址32.1.2 时分多址42.1.3 码分多址42.2 功率控制52.3 蜂窝技术52.3.1 频率复用的概念52.3.2 频率复用方案62.3.3 频率复用距离6第3章 GSM系统结构与相关接口83.1 GSM系统结构83.1.1 系统的基本特点83.1.2 系统的结构与功能83.2 接口和协议143.2.1 主要接口143.2.2 网路子系统内部接口153.2.3 GSM系统与其它公用电信网的接口173.2.4 各接口协议173.3 GSM系统主要参数20第4章 移动区域定义与识别号224.1 区域定义224.1.1 服务区224.1.2 公用陆地移动通信网（PLMN）234.1.3 MSC区234.1.4 位置区234.1.5 基站区234.1.6 小区234.2 移动识别号234.2.1 IMSI (International Mobile Subscriber Identity)：234.2.2 TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity)：244.2.3 LMSI (Local Mobile Subscriber Identity)：254.2.4 MSISDN(Mobile Subscriber International ISDN/PSTN number)：254.2.5 MSC-Number(MSC号码)/VLR-Number(VLR号码)264.2.6 Roaming-Number(漫游号码)与Handover-Number(切换号码)264.2.7 HLR-Number(HLR 号码)274.2.8 LAI(Location Area Identification-位置区)274.2.9 CGI(Cell Global Identification-全球小区识别)284.2.10 RSZI (Regional Subscription Zone Identity)284.2.11 BSIC（基站识别色码）284.2.12 IMEI（国际移动设备识别码）29第5章 GSM系统的无线接口与系统消息305.1 无线接口305.1.1 语音编码305.1.2 信道编码315.1.3 交织315.1.4 调制技术335.1.5 跳频345.1.6 时序调整355.2 帧和信道355.2.1 基本术语简介355.2.2 信道类型和组合395.3 系统消息435.3.1 系统消息的作用435.3.2 系统消息包含种类及内容44第6章 系统管理功能介绍476.1 GSM系统的安全性管理476.2 GSM系统移动性管理496.2.1 漫游管理496.2.2 切换管理49第7章 GSM移动通信网527.1 网络结构527.1.1 移动业务本地网的网络结构527.1.2 省内数字公用陆地蜂窝移动通信网络结构547.1.3 全国数字公用陆地蜂窝移动通信网络结构557.2 移动信令网结构56总结58练习题59习题答案62插图目录图2-1 三种多址方式概念示意图3图2-2 D/R比6图2-3 N小区复用模式7图3-1 GSM系统结构9图3-2 移动台的功能结构10图3-3 一种典型的BSS组成方式11图3-4 GSM系统的主要接口15图3-5 网路子系统内部接口示意图16图3-6 系统主要接口的协议分层示意图18图3-7 A接口信令协议参考模型19图3-8 应用于GSM系统的7号信令协议层20图4-1 GSM区域定义22图4-2 IMSI的组成24图4-3 MSISDN的组成25图4-4 LAI的组成27图4-5 RSZI的组成28图4-6 BSIC的组成28图4-7 IMEI的组成29图5-1 语音在MS中的处理过程30图5-2 信道编码过程31图5-3 456比特交织32图5-4 三个语音帧32图5-5 突发脉冲的结构32图5-6 GSM系统调频示意图34图5-7 时间和频率中的隙缝37图5-8 帧、时隙和突法脉冲序列38图5-9 逻辑信道类型42图5-10 广播和公共控制信道的复帧43图5-11 业务信道的复帧43图6-1 加密过程48图6-2 相同BSC控制小区间的切换50图6-3 由相同MSC，不同BSC控制小区间的切换50图6-4 由不同MSC控制小区间的切换51图7-1 移动业务本地网由几个长途编号组成的示意图52图7-2 移动本地网组网图（MSC较少）53图7-3 移动本地网组网图（本地未建MSC）53图7-4 移动本地网组网图（大规模组网）54图7-5 省内数字公用蜂窝移动通信网的网络结构54图7-6 全国数字蜂窝PLMN的网络结构及其与PSTN连接的示意图55图7-7 大区，省市信令网的转接点结构56图6-2 相同BSC控制小区间的切换63图6-3 由相同MSC，不同BSC控制小区间的切换63图6-4 由不同MSC控制小区间的切换64课程说明课程介绍本章主要介绍GSM有关的基础知识，诸如 ：GSM发展简史、数字移动通信技术、GSM系统结构及相关接口、TDMA帧结构、GSM的区域定义及GSM识别号、无线接口的逻辑信道及系统消息、GSM系统的移动性管理和安全性管理以及GSM移动网络结构和信令网等。课程目标l 了解GSM发展简史l 了解数字移动基本技术l 熟悉GSM系统结构及相关接口l 了解TDMA帧结构l 熟悉GSM的区域定义及识别号l 了解GSM的逻辑信道及系统消息l 了解GSM系统的移动性管理和安全性管理l 了解GSM移动网络结构及信令网结构相关资料数字移动通信系统 杨留清等著 人民邮电出版社GSM数字移动通信系统法 Michel Mouly等著 电子工业出版社数字移动通信系统 陈德荣等著北京邮电大学出版社第1章 GSM发展简史移动通信系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。20年代开始在军事及某些特殊领域使用，40年代才逐步向民用扩展；最近十年间才是移动通信真正迅猛发展的时期，而且由于其许多的优点，前景十分广阔。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）。其中GSM的发展最引人注目，其发展历程如下：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。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。1991年，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。第2章 数字移动通信技术2.1 多址技术多址技术使众多的用户共用公共的通信线路。为使信号多路化而实现多址的方法基本上有三种，它们分别采用频率、时间或代码分隔的多址连接方式，即人们通常所称的频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）三种接入方式。图2-1用模型表示了这三种方法简单的一个概念。图2-1 三种多址方式概念示意图FDMA是以不同的频率信道实现通信的，TDMA是以不同的时隙实现通信的，CDMA是以不同的代码序列实现通信的。2.1.1 频分多址频分，有时也称之为信道化，就是把整个可分配的频谱划分成许多单个无线电信道（发射和接收载频对），每个信道可以传输一路话音或控制信息。在系统的控制下，任何一个用户都可以接入这些信道中的任何一个。模拟蜂窝系统是FDMA结构的一个典型例子，数字蜂窝系统中也同样可以采用FDMA，只是不会采用纯频分的方式，比如GSM系统就采用了FDMA。2.1.2 时分多址时分多址是在一个宽带的无线载波上，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，只在这一指定的时隙内收（或发）信号，故称为时分多址。此多址方式在数字蜂窝系统中采用，GSM系统也采用了此种方式。TDMA是一种较复杂的结构，最简单的情况是单路载频被划分成许多不同的时隙，每个时隙传输一路猝发式信息。TDMA中关键部分为用户部分，每一个用户分配给一个时隙（在呼叫开始时分配），用户与基站之间进行同步通信，并对时隙进行计数。当自己的时隙到来时，手机就启动接收和解调电路，对基站发来的猝发式信息进行解码。同样，当用户要发送信息时，首先将信息进行缓存，等到自己时隙的到来。在时隙开始后，再将信息以加倍的速率发射出去，然后又开始积累下一次猝发式传输。TDMA的一个变形是在一个单频信道上进行发射和接收，称之为时分双工（TDD）。其最简单的结构就是利用两个时隙，一个发一个收。当手机发射时基站接收，基站发射时手机接收，交替进行。TDD具有TDMA结构的许多优点：猝发式传输、不需要天线的收发共用装置等等。它的主要优点是可以在单一载频上实现发射和接收，而不需要上行和下行两个载频，不需要频率切换，因而可以降低成本。TDD的主要缺点是满足不了大规模系统的容量要求。2.1.3 码分多址码分多址是一种利用扩频技术所形成的不同的码序列实现的多址方式。它不像FDMA、TDMA那样把用户的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的信息，也就是说，允许用户之间的相互干扰。其关键是信息在传输以前要进行特殊的编码，编码后的信息混合后不会丢失原来的信息。有多少个互为正交的码序列，就可以有多少个用户同时在一个载波上通信。每个发射机都有自己唯一的代码（伪随机码），同时接收机也知道要接收的代码，用这个代码作为信号的滤波器，接收机就能从所有其他信号的背景中恢复成原来的信息码（这个过程称为解扩）。2.2 功率控制当手机在小区内移动时，它的发射功率需要进行变化。当它离基站较近时，需要降低发射功率，减少对其它用户的干扰，当它离基站较远时，就应该增加功率，克服增加了的路径衰耗。所有的GSM手机都可以以2dB为一等级来调整它们的发送功率，GSM900移动台的最大输出功率是8W（规范中最大允许功率是20W，但现在还没有20W的移动台存在）。DCS1800移动台的最大输出功率是1W。相应地，它的小区也要小一些。2.3 蜂窝技术移动通信的飞速发展一大原因是发明了蜂窝技术。移动通信的一大限制是使用频带比较有限，这就限制了系统的容量，为了满足越来越多的用户需求，必须要在有限的频率范围尽可能大地扩大它的利用率，除了采用前面介绍过的多址技术等以外，还发明