第5章 GSM数字蜂窝移动通信系统,5.1 概 述 5.2 GSM系统的组成及相关的接口 5.3 GSM系统中的网络结构与编号计划 5.4 GSM系统的无线信道与信号传输 5.5 GSM系统的安全性管理 5.6 GSM系统的移动性管理 5.7 GPRS技术,5.1 概 述,1992年，随着设备的开发和数字蜂窝移动通信网的建立，GSM改名为“Global System for Mobile Communications”，即“全球移动通信系统”的简称。GSM的主要特点可以归纳为： 频谱效率高。容量较大。话音质量好。开放的接口。与ISDN，PSTN等互联。在SIM卡基础上实现漫游。,5.2 GSM系统的组成及相关的接口,图5.1 GSM系统的网络结构 5.2.1 GSM系统的结构 5.2.2 GSM系统的接口 5.2.3 GSM系统的业务,图5.1 GSM系统的网络结构,5.2.1 GSM系统的结构,1. 网络子系统(NSS) NSS的主要作用是完成交换功能和用户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能。NSS由如下一系列功能实体所构成。 MSC(移动交换中心)：VLR(访问位置寄存器)：HLR(归属位置寄存器)：AUC(鉴权中心)：EIR(设备识别寄存器)： 2. 基站子系统 图5.2 典型的BSS组成方式 3. 移动台子系统 图5.4 移动台原理框图 4. 操作维护中心,图5.2 典型的BSS组成方式,图5.4 移动台原理框图,5.2.2 GSM系统的接口,GSM系统的各个子系统之间以及子系统内部各功能实体之间存在大量的接口，GSM技术规范对这些接口作了详细的规定，使不同生产厂家的设备能够在同一个网内互联，如 图5.5所示。 (1) Um接口：(2) Abis接口：(3) A接口： (4) B接口：(5) C接口：(6) D接口：(7) E接口 (8) F接口：(9) G接口：(10) GSM系统与其他公用电信网接口：,图5.5 GSM系统的接口,5.2.3 GSM系统的业务,GSM中的电信业务可分为两类：基本业务和补充业务。基本业务又可分为两个项目：电信业务和承载业务，如图5.6所示。 1. 承载业务 表5.1 2. 电信业务 表5.2 3. 补充业务,图5.6 电信业务和承载业务,表5.1 承载业务,表5.2 电信业务,5.3 GSM系统中的网络结构与编号计划,5.3.1 无线覆盖的区域划分 5.3.2 GSM系统的网络结构 5.3.3 编号计划,5.3.1 无线覆盖的区域划分,从无线覆盖区的划分来看，GSM的网络结构如图5.7所示。GSM网络的最小不可分割的区域是由一个基站(全向天线)或一个基站的一个扇形天线(BTS)所覆盖的区域，称为小区(Cell)。每个小区由全球小区识别码(GCI)来识别。 GSM业务区是由全球各个国家的PLMN网络所构成。,图5.7 GSM各种区域之间的关系,5.3.2 GSM系统的网络结构,1. 全国GSM移动通信网的网络结构 图5.8 GSM网络与PSTN网连接示意图 2. 省内GSM移动通信网的网络结构 图5.9 省内GSM数字移动通信网结构示意图 3. 移动业务本地网的网络结构 图5.10 GSM移动业务本地网结构示意图,图5.8 GSM网络与PSTN网连接示意图,图5.9 省内GSM数字移动通信网结构示意图,图5.10 GSM移动业务本地网结构示意图,5.3.3 编号计划,1. 移动台ISDN号码(MSISDN) 2. 国际移动用户识别码(IMSI) 3. 临时移动用户识别码(TMSI) 4. 移动用户漫游号码(MSRN) 5. 国际移动设备识别码(IMEI) 6. 位置区和基站识别码(LAI和BSIC),5.4 GSM系统的无线信道与信号传输,5.4.1 频率配置 5.4.2 GSM系统的无线信道 5.4.3 GSM系统中的信号传输,5.4.1 频率配置,(1) 使用频率 (2) 多址方式 (3) 干扰保护比 (4) 频率复用模式 图5.13 采用无方向性天线时的频率配置,图5.13 采用无方向性天线时的频率配置,5.4.2 GSM系统的无线信道,1. 信道的定义与分类 2. 时隙格式 3. TDMA帧结构 图5.17 GSM系统帧结构示意图 4. 逻辑信道到物理信道的映射 图5.18 下行链路TS0上映射BCH和CCCH 5. 基站至移动台的时间调整,图5.17 GSM系统帧结构示意图,图5.18 下行链路TS0上映射BCH和CCCH,5.4.3 GSM系统中的信号传输,1. 话音信号处理(话音编码、信道编码和交织) 图5.23 GSM系统中的话音处理过程 2. 调制与发射 3. 间断传输技术,图5.23 GSM系统中的话音处理过程,5.5 GSM系统的安全性管理,5.5.1 GSM系统中用户三参数组的产生 5.5.2 安全管理措施,5.5.1 GSM系统中用户三参数组的产生,用户的鉴权和加密是通过系统提供的用户三参数组来完成的，用户三参数组是在GSM系统的AUC中产生的，如图5.24所示。,图5.24 AUC中用户三参数组的提供,5.5.2 安全管理措施,1. 用户身份的鉴权 2. 通信信息的加密 图5.25 通信信息的加密过程 3. 用户识别码的保护 4. 移动设备的识别,图5.25 通信信息的加密过程,5.6 GSM系统的移动性管理,5.6.1 位置管理 5.6.2 越区切换 5.6.3 呼叫处理,5.6.1 位置管理,1. 开机进入空闲模式 2. 位置登记 3. 位置更新 图5.26 不同MSC/VLR业务区之间的位置更新,图5.26 不同MSC/VLR业务区之间的位置更新,5.6.2 越区切换,1.同一个BSC控制区内不同小区之间的切换，也包括不同扇区之间的切换。图5.27 同一BSC的两个BTS间的切换 2.同一个MSC/VLR业务区，不同BSC间的切换。 3.不同MSC/VLR的区间切换。,图5.27 同一BSC的两个BTS间的切换,5.6.3 呼叫处理,1. 移动台被呼 图5.30 移动用户被呼过程示意图 2. 移动台主呼,图5.30 移动用户被呼过程示意图,5.7 GPRS技术,5.7.1 GPRS概况 5.7.2 GPRS系统的结构与功能 5.7.3 GPRS 系统的安全管理 5.7.4 GPRS 系统的移动性管理 5.7.5 GPRS的局限性,5.7.1 GPRS概况,GPRS(General Packet Radio Service)也叫通用分组无线业务，是GSM Phase2+阶段规定实现的内容之一，是GSM网络向第三代移动通信演进的第一步。GPRS作为第二代移动通信向第三代过渡的技术是由英国BT Cellnet公司早在1993年提出的，GPRS是一种基于分组交换传输数据的高效率方式，面向用户提供移动分组的IP或者X.25连接。,5.7.2 GPRS系统的结构与功能,1. GPRS网络总体结构 图5.31 GPRS总体结构与接口 表5.3 GPRS体系结构中的接口及参考点 2. GPRS的功能,图5.31 GPRS总体结构与接口,表5.3 GPRS体系结构中的接口及参考点,5.7.3 GPRS 系统的安全管理,GPRS网络的鉴权程序和GSM网络中的鉴权完全相同，但对数据信息的加密则稍有不同。网络内的AUC仍然进行原有的操作，产生用户三参数组(KC，RAND，SRES)，并存储在HLR内。 1. 鉴权 2. 数据信息的加密,5.7.4 GPRS 系统的移动性管理,1. MS登录GPRS网络 图5.32 MS登录GPRS网络时的信令传输过程 2. 网络连接的建立 3. 注销GPRS网络,图5.32 MS登录GPRS网络时的信令传输过程,5.7.5 GPRS的局限性,小区总容量有限 实际传输速率和理论值之间存在着较大的差距 支持GPRS MT(GPRS Mobile Terminate)的终端得不到保证 GPRS使用的调制方式还有待改进 存在传输时延,