GSM数字移动通信系统介绍
- 1. GSM数字移动通信系统介绍
- 2. 目 录第一部分 移动通信系统的概述 第二部分 GSM系统结构与接口 第三部分 GSM系统业务流程 第四部分 短消息业务介绍 第五部分 无线应用协议WAP 第六部分 通用分组无线业务GPRS
- 3. 第一部分 移动通信系统的概述 一、移动通信的发展与现状 二、 GSM移动通信系统主要性能简介
- 4. 一、移动通信的发展与现状第一阶段：从上世纪20年代至40年代早期，短波无线通信。 第二阶段：从40年代中期至60年代初期，移动无线通信开始问世。 第三阶段：从60年代中期至70年代中期，大区制移动电话。 第四阶段：从70年代中期至80年代中期，是移动通信蓬勃 发展时期。1978年底，美国贝尔实验室研制成功先进的移动电话系统（AMPS），建成了蜂窝状移动通信网。 第五阶段：从80年代中期开始，欧洲推出GSM体系，美国和日本也制定了各自的数字移动通信体制。
- 5. 移动通信迅速发展的原因•市场驱动 --中国大陆：移动电话用户1999年超过4000万用户，移动电话业务量占整个电信业务量的50%。据信息产业部副部长娄勤俭说，到六月底，中国内地移动电话用户将达到1.16亿户，比去年年底净增3000多万户。 --全球移动电话用户到2000年已达到5亿。目前，全球约每10人拥有一部手机，而未来五年内，每五人就拥有一部手机。
- 6. 移动通信迅速发展的原因(续)•技术发展 --微电子技术长足发展，如DSP、VLSI、天线技术 --形成移动通信新体制，蜂窝网。 --微处理技术及计算机技术 •政府调节 --颁布有利于移动通信发展的政策 --分配或拍卖频段
- 7. 移动通信系统的演进1G 2G 2G+ 3G AMPS GSM900 GSM WCDMA TACS DCS1800 -HSCSD CDMA2000 NMT450 PCS1900 -GPRS TD-SCDMA NMT900 PDC -EDGE IS95A-CDMA IS95B-CDMA 80S 90S 2001
- 8. 各类主要蜂窝系统概况
- 9. 二、 GSM系统主要性能简介1、发射频率：上行890-915MHz 下行935-960MHz 2、多址方式：TDMA 3、双工方式：FDD 4、双工间隔：45MHz 5、载波频道间隔：200KHz，共124载频。 6、语音编码：规则脉冲激励长期预测编码 （RPE-LPC），语音编码速率13kbps。
- 10. GSM系统主要性能简介（续）7、信道编码：采用循环冗余码、1/2卷积码及交织编码。 8、跳频速率：217跳/秒 9、调制方式：高斯滤波最小移频键控（GMSK），调制速率270.833kbps。 10、时隙和TDMA帧：物理信道/时隙，时隙周期577us，8时隙/帧。 9、小区结构：在农村地区可采用宏小区，小区半径可达35km；城市地区小区半径一般为10-20km；市中心等业务密集地区可采用微小区，半径0.5km。
- 11. 第二部分 GSM系统结构与接口 一、GSM系统结构 二、GSM系统的各类接口 三、GSM系统的控制与管理 四、GSM系统的接续和移动管理过程
- 12. 一、GSM系统结构
- 13. GSM系统设备1、移动台MS 2、基站子系统BSS 基站控制台BSC 基站收发信台BTS 4、操作维护子系统OMC OMC-B OMC-S3、网络交换子系统 移动交换中心MSC 归属位置寄存器HLR 访问位置寄存器VLR 设备标志寄存器EIR 认证中心AUC
- 14. 移动台语音处理的过程
- 15. 基站子系统BSS•基站系统是在小区内建立无线电覆盖的设备，负责管理无线资源，建立移动台与网络之间的无线信道，传送网络的各种信令及用户信息等。 •一个基站系统BSS包含一个基站控制器BSC以及一个或多个基站收发信台BTS。一个BTS在一个小区内建立无线电覆盖，故一个基站系统的覆盖区域包含若干个小区。 •基站系统包含两类逻辑信道： 业务信道：全速率信道和半速率信道 控制信道：广播信道、公共控制信道、 专用控制信道
- 16. 基站子系统的功能无线信道管理 *信道配置管理 * 独立专用控制信道和业务信道管理 *广播控制信道和公共控制信道管理 *随机接入 *信道编码解码 *定时超前 *无线资源指示 *寻呼 *越区切换
- 17. 网络交换子系统MSC：作为交换设备，具有完成呼叫接续与控制的功能；作为移动交换中心，具有无线资源管理和移动特性管理等功能。 GMSC：信关MSC，提供所有入网呼叫的查询和转接能力。 HLR：用于移动用户管理的数据库。包含的用户信息分为两类：一类是有关用户参数的信息，另一类是有关用户当前位置的信息。 VLR：存储用户位置信息的动态数据库。 EIR：存储有关移动台设备参数的数据库。 AUC：存储有关移动用户的身份以及产生相应认证参数的功能实体。
- 18. 操作维护分系统1、OMC-S对交换分系统的操作维护 操作功能：系统控制、移动用户管理、服务管理、业务管理、计费、路由和网络管理。 维护功能：移动用户线维护、局间中继线维护、系统软硬件维护。 2、OMC-R对基站分系统的操作维护 包括：人机接口管理、保密管理、配置管理、运行管理、出错管理
- 19. 二、GSM系统中的各类接口
- 20. 1、Um 无线接口规定信道结构和接入能力 定义MS-BS通信协议 完成呼叫控制处理 实现移动性、安全管理 完成功率控制等业务功能
- 21. 信道的帧结构
- 22. GSM逻辑信道类型业务信道TCH： 全速率TCH 全速率语音信道 全速率9600bps数据信道 全速率4800bps数据信道 全速率2400bps数据信道 半速率TCH 半速率语音信道 半速率4800bps数据信道 半速率2400bps数据信道
- 23. GSM逻辑信道类型（续）控制信道：广播信道、公共控制信道、专用控制信道 广播控制信道（BCH） 频率校正信道（FCCH）：移动台频率校正 同步信道（SCH）：移动台的帧同步和基站识别 广播控制信道（BCCH）：发送一般消息 公共控制信道（CCCH） 寻呼信道（PCH）：基站寻呼移动台 随机接入信道（RACH）：移动台随机接入网络 准予接入信道（AGCH）：给成功的接续分配专用控制信道 专用控制信道（DCCH） 独立专用控制信道（SDCCH）：传送移动台与基站连接及分配信道的信令 快速辅助控制信道（FACCH）：传送功率控制、测量数据等特定信息 慢速辅助控制信道（SACCH）：所携带信令与FACCH相同，但速率较慢。
- 24. 时隙和突发时隙：为576.9us的时间片，含156.25bit。 突发序列：在一个时隙中，被发送的无线载波所携带的信息比特串。 根据功能不同，共有4种突发形式： 普通突发序列：携带业务信道和除FCCH、SCH、RACH外的控制信道信息。 频率校正突发序列：用于移动台频率同步。 同步突发序列：用于移动台定时同步。 接入突发序列：用于移动台随机接入。
- 25. 突发脉冲序列
- 26. 无线资源分配小区配置：将无线频率信道的一个子集分配给某特定的小区使用。 移动配置：将小区配置的无线频率信道中的若干个动态分配给某个移动用户。 时隙的分配：在上下行链路上成对进行。在BTS一侧，上行TDMA帧比相应下行 TDMA帧固定延迟3个时隙。在移动台一侧也存在相应的延迟。 慢跳频：每个移动台在每个TDMA帧的发送时隙改变一次频率。
- 27. 2、A接口功能*地面信道功能 -地面信道分配、地面信道阻塞、测试呼叫 *无线信道管理 -信道配置管理 -无线业务信道管理：无线信道指配、无线业务信道监视、跳频管理、空闲无线业务监视、业务信道功率控制、业务信道释放、 -广播、公共控制信道管理：随机接入、寻呼消息 -专用信道管理：链路监视、信道释放、功率控制、无线信道指配
- 28. A接口功能（续）*资源指示：BSS向MSC汇报空闲无线信道状态 *信道编码解码 *码型转换/速率适配 *互通功能：对其他网络数据呼叫的互通功能由MSC完成 *测量信息：空中链路、业务流量测试，MS报告，BSS接收和预处理，传送给MSC处理。 *切换：小区内、小区间、外部切换 *移动管理：由MSC/HLR/VLR和MS共同完成 *呼叫控制：由MSC/VLR/HLR完成 *安全特性：用户数据密钥管理、用户识别、信令信息保密、用户鉴权
- 29. 三、GSM系统的控制与管理1、GSM识别码 2、 位置区划分 3、位置登记/删除 4、用户管理 5、鉴权与加密 6、呼叫处理过程 7、越区切换/漫游
- 30. 1、GSM识别码 1、移动用户号码MSISDN：CC+NDC+SN CC：国家码，中国86 NDC：国内目标码 SN：用户码 2、移动用户识别码IMSI：MCC+MNC+MSIN MCC： 移动国家号，中国460 MNC：移动网号，中移动00，联通01 MSIN：移动用户识别号 3、移动设备识别码IMEI：TAC+FAC+SNR+SP TAC： 型号批准编码 FAC：装配厂家编号 SNR：序号编码 SP：备用
- 31. GSM识别码(续)4、移动台漫游号码 MSRN＝CC＋NSC＋SN 用于一次呼叫的路由选择。 CC＝国家号 NDC＝国内目的地号码(用于识别MSC/VLR） SN＝用户号，对应于用户的IMSI号码 5、临时移动用户识别码（TMSI） 用于保护IMSI码，该号只在本MSC区域有效，其结构可 由各电信部门选择，长度不超过4个字节。
- 32. GSM识别码(续)6、位置区识别码LA =MCC＋MNC＋LAC MCC＝移动国家号，识别一个国家 MNC＝移动网号，识别国内的GSM网 LAC＝位置区号码，识别一个GSM网中的位置区 7、小区全球识别码CGI ＝MCC＋MNC＋LAC＋CI 用于识别一个位置区内的小区。 8、基站识别码（BSIC ＝NCC＋BCC ）(6bit） NCC＝国家色码，用于识别GSM移动网(3bit) BCC＝基站色码，用于识别基站(3bit)
- 33. 2、位置区划分1、MSC/VLR业务区： MSC/VLR所覆盖的服务区域，凡在该区的移动台均在该区的拜访位置寄存器（VLR）登记。 2、位置区（LA） 广播寻呼消息以便找到某移动用户的寻呼区域。利用位置区识别码（LAI），系统能够区别不同的位置区。 3、小区（CELL） 一个位置区划分为若干个小区，它是一个BTS的无线覆盖区域。一个小区具有一个全球识别码（CGI）的。同时，利用基站识别码BSIC），移动台本身能区分使用同样的载频的各个小区。
- 34. MSC业务区
- 35. GSM服务区PLMN服务区MSC\VLR服务区位置区小区
- 36. 3、位置登记/删除移动台的几种状态： 1、移动台关机 系统启动IMSI分离进程，再有关的VLR和HLR中设置标志。MS不能应答寻呼消息，网络不能达到MS。同时它也不能通知网络其所处的位置区的变化。IMSI“分离”状态。 2、移动台开机，空闲状态 系统可以成功地寻呼MS，IMSI“附着”状态。 3、移动台忙 网络分配给MS一个业务信道传送话音或数据，当MS移动时它必须有能力进行定位和切换。
- 37. *首次入网位置登记 由于MS第一次被使用，所以MSC/VLR没有此MS的任何信息，若MS发现当前的LA码与原来的不同，MS接入系统要求登记，MSC/VLR登记该MS的位置信息并将该请求往HLR记录，MSC/VLR对该MS作“附着”标记，这时这个MS被激活。
- 38. *正常位置更新BSCMSCVLRHLRBTS1.2.2.3.3.4.4.
- 39. 正常位置更新过程1、MS在新的小区内读到其BCCH上的信息，找到该小区的LAC，该LAC与MS内所存的LAC进行比较，当两者不一致时，需进行位置更新。 2、MS通过RACH向系统发出接入申请，通过申请到的SDCCH建立与网络的联系。 3、MS经SDCCH向系统发出位置更新请示。 4、新的LAC与旧的LAC属于同一MSC/VLR时，位置更新在该MSC内完成,MSC需在VLR中对该MS的位置信息进行修改。 5、位置更新被系统认可，MS、RBS被通知释放所占用的信令信道。
- 40. *周期性位置登记 当MS向网络发送“IMSI分离”消息时，无线链路质量差，系统有可能不能正确译出信息，由于没有证实 消息发送给MS，之后MS也没有再发分离信号，因此系统仍认为MS处于附着状态，为解决这一问题，系统采取了强制登记措施，要求MS每过一定周期要登记一次。 若系统没有接收到某MS的周期性登记信息。它所处的VLR就以“分离”在此MS上做标记，定程序称“隐分离”。
- 41. 不同MSC/VLR区间漫游时的位置更新过程: BSCMSCVLRHLRBSCMSCVLR123456位置更新请求位置更新请求请求位置更新接受位置更新证实位置删除位置删除接受小区2小区1
- 42. 位置删除 当移动台进入一个新的VLR区域并进行位置登记后，HLR应向前一个VLR发送取消位置消息来删除该VLR中有关数据。
- 43. 4、用户管理*用户注册 发放用户识别卡SIM和在网络端的数据库中为该用户建立相应的档案，即在HLR和AUC中为用户开户头，分配IMSI。 *SIM卡 --SIM卡生产厂商存入的系统原始数据 --网络运营商注入的参数：IMSI、鉴权密钥Ki、A3算法、A8算法
- 44. 5、鉴权与加密下列情况需先经过鉴权 --移动台呼出及呼入。 --移动台位置登记、位置更新。 --移动台补充业务的登记、使用、删除。
- 45. AUCIMSI1IMSI2KiKiRANDKcSRESRANDKcSRESRAND加密算法 Ａ8鉴权算法 Ａ3结果结果数据库 IMSI和鉴权产生随机数HLR
- 46. 鉴权过程
- 47. 6、呼叫处理过程
- 48. MS BTS BSC MSC1、寻呼2、寻呼命令3、寻呼请求4、信道请求5、信道要求6、信道激活7、信道激活证实9、寻呼响应8、直接分配9、寻呼响应（GCI、IMSI）9、寻呼响应10、AUC请求10、AUC请求10、AUC请求11、鉴权响应12、加密模式命令13、加密模式完成14、建立11、鉴权响应11、鉴权响应12、加密模式命令12、加密模式命令13、加密模式完成13、加密模式完成14、建立14、建立
- 49. MS BTS BSC MSC15、呼叫证实16、分配请求18、信道激活证实17、信道激活19、分配命令20、分配完成21、SDCCH释放命令21、SDCCH释放证实22、回铃23、连接证实摘机20、分配完成20、分配完成19、分配命令15、呼叫证实15、呼叫证实
- 50. 7、越区切换越区切换：当移动台在通话期间从一个小区移动到另一个小区时，要进行无线信道的转换而不中断正在进行的通话。在呼叫过程中，移动台不断测量它所在小区的基站及相邻小区基站发射无线信号的射频和信号质量，并周期的将测量结果报告给BSS并送给MSC。 切换类型包括： 同一BSC内小区间的切换 同一MSC内不同BSC小区间切换 不同MSC/VLR间小区切换
- 51. 同一BSC内区间的切换1、命令新BTS激活新的TCH 2、向MS发新的信道信息 3、MS调谐后发RACH 4、基站收到后在FACCH上发动态信息 5、MS收到后发切换完成 6、释放原TCHBSCBTS1BTS212234556
- 52. 同一MSC内不同BSC小区间切换 4、发送新频道、信道信息 5、用RACH发切换接入 6、发功率控制等级等信息 7、收到信息后发切换完成信息 8-9、释放原信道 TCH147824394465老 BSC新 BSCMSC7778老FACCHRACH新FACCH激活新的TCH1、发新小区基站号 2、查出新的BSC并发请求 3、激活新的TCH
- 53. 105661472395老 BSC新 BSCMSC A7108MSC B1010GSM PLMN PSTN不同MSC/VLR间小区切换1、发送切换请求信息 2、发送切换协助请求信息 3、分配切换号，发送切换请求信息 4、要求激活新TCH，送给BSC 5、将切换号、TCH信息送回6、 MSCA与MSCB建立局间中继路由 7、经FACCH发送有关切换的信息 8、经RACH发切换接入 9、发送功率控制等信息 10、发送切换完成信息,MSCA将掌握 总的呼叫控制直至呼叫结束
- 54. 7、计费对话音计费： 各节点MSC将用户的详细通话记录通过送到计费网关，由计费网关进行详细通话记录统计并送到计费中心根据费率进行结算。
- 55. 四、短消息业务介绍1、短消息业务原理及流程 2、移动梦网介绍
- 56. 1、短消息业务原理短消息业务分类: --移动台接收/发送点对点短消息 短消息的传递总是在移动台和某个短消息中心之间进行。接收短消息的短消息关口站称为SMS-GMSC，发短消息的短消息关口站称为SMS-IWMSC。 --小区广播型短消息: 如交通流量状况、气象状况
- 57. 短消息业务流程
- 58. 2、移动梦网－掌中的超市 移动梦网： 中国移动与众多SP合作，向移动客户提供数据应用服务，包括：WAP、短消息、移动游戏、信息点播、掌上理财、旅行服务、移动办公、移动银行、移动电子商务等等各种各样的业务。 移动梦网现状： 目前与中国移动进行合作的SP已近500家，包括新浪、搜狐、网易、263等一些知名的门户网站，也包括一些有很强创新性和特色的网站，如腾讯QQ，灵通网及168WAP等。 使用移动梦网业务的方法： 到相关的网站定制 用手机直接点播 通过手机浏览器获取
- 59. 第五部分 无线应用协议WAP1、WAP的原理 2、WAP应用
- 60. WAP的定义WAP--Wireless Application Protocol WAP是一种向移动终端提供互联网应用和先进增值服务的全球性开放标准 面向移动终端 提供数据服务 是个开放的标准
- 61. 为什么需要WAP无线信道的带宽窄、稳定性差，TCP/IP的性能将受严重影响 移动终端的处理能力和内存有限，难以处理现有的因特网协议族 移动终端的显示和输入方式与计算机不同，现有因特网应用服务不能被移动终端使用 结论：在现有条件下，需要为移动终端制定新的协议
- 62. WAP的设计原则基于现有因特网 --对现有的因特网标准进行简化 --尽量利用现有的因特网资源 独立于无线网络 --能在各种无线承载网络上使用 独立于无线设备 --能运行在从手机到PDA等移动终端上 保证交互操作 --遵循WAP标准，不同厂家的设备就可以互操作
- 63. WAP提供的业务信息服务 --新闻、天气、体育、交通、股票行情 消息服务 --Email、语音信箱、短消息、传真 电子商务 --在线定票、股票交易、手机银行
- 64. 无线承载信道短消息SMS --GSM、CDMA 电路交换数据 --GSM、IS-136、CDMA 分组交换数据 --GPRS、IS-136、CDMA
- 65. WAP系统的结构因特网WAP终端无线网WAP网关WAP服务器WWW服务器WMLHTMLWML
- 66. WAP over GSM SMS实例WAP 代理 SMS-CBSSMSC移动终端防火墙路由器因特网IPWAP 应用 服务器传真 网关数据库 服务器其它 服务器Web服务器
- 67. 第六部分 通用分组无线业务GPRS1、GPRS的原理 2、GPRS的实现
- 68. 1、GPRS的原理GPRS：General Packet Radio Service GPRS是一种基于GSM的移动分组数据承载业务，在移动用户和远程数据网之间提供数据连接。 基于GSM 分组交换模式 用于承载数据业务
- 69. 发展GPRS的原因移动通信网上数据业务量增加 GSM缺乏高速的数据承载业务 SMS：基于信令信道 CSD：独占信道，数据率只有9.6kbps
- 70. GPRS的特点采用分组交换技术 提供较高得数据速率 可实现非对称链路 一次连接永远在线 同时支持话音和数据 提供了与IP网络的互通功能
- 71. 分组的统计复用用户A用户B用户C时隙12345678多个用户共用一个时隙用户A用户B用户C时隙12345678一个用户使用多个时隙最多占用8个时隙
- 72. 四种编码方案编码方案码率(约为)速率(kb/s)8时隙速率(kb/s)CS - 11:29.0572.4CS - 22:313.4107.2CS - 33:415.6124.8CS - 41:121.4171.2编码方式级别越高，速率越高，前向纠错能力越弱 CS-4的码率将近1:1，几乎没有冗余信息，也就没有纠错能力
- 73. GPRS的速率使用CS-4，GPRS可提供高达171.2Kbps的传输速率，这只是理论上和理想条件下的值 由于基站传输、无线干扰等因素，近期可用的编码方案是CS-1和CS-2 目前GPRS可提供的最大理论速率为：13.4*8=107.2Kbps 2下行：最大26.8Kbps 4下行：最大53.6Kbps
- 74. GPRS提供的业务Internet业务 Web浏览、Email、FTP VPN业务 与企业内部网互通 信息点播 移动商务、移动银行
- 75. GPRS的组成GPRS骨干MSBSSPCUSGSNGGSN 数据网UmGbGiMS：Mobile Station 移动终端PCU：Packet Control Unit 分组控制单元SGSN：Serving GPRS Supporting Node GPRS业务支持节点GGSN：Gateway GPRS Supporting Node GPRS网关支持节点
- 76. 支持GPRS的移动终端三种GPRS移动终端 A类：GPRS分组业务和话音业务可同时进行 B类：可提供分组业务和话音业务，但不能同时工作 C类：只用于分组业务 移动终端的能力 －3个下行1个上行：Motorola －4个下行1个上行：Ericsson的R520
- 77. 分组控制单元PCU负责处理无线信道的数据业务 无线数据信道的管理和分配 用户数据的压缩、加密和转发 向GPRS网络屏蔽使用的无线技术
- 78. SGSN—GPRS业务支持节点SGSN通过幀中继与BSS直接相连 是GPRS骨干网的重要组成部分 是移动终端与GPRS网络之间的接口 具有以下功能 －记录移动终端的当前位置信息 －在移动终端和GGSN之间转发移动分组数据 －对数据进行压缩 －实现鉴权和加密
- 79. GGSN—GPRS网关支持节点GGSN通过基于IP协议的GPRS骨干网与其它GGSN和SGSN相连 是连接GPRS网和外部数据网的网关 通过一个GGSN，GPRS可以连接到多个外部数据网上 功能 内部：维护GPRS骨干网 外部：连接多个数据网 对分组数据进行协议转换
- 80. GPRS骨干网的特点由SGSN和GGSN组成的GPRS骨干网是一个纯粹的IP网 GPRS骨干网可以使用与因特网相同的方法构建，或在现有IP网上通过VPN来构建 GPRS骨干网中，所有数据通过隧道传送，隧道协议GTP 使用隧道的好处 移动台的移动对IP透明，只需改变隧道的配置 来自网外的IP报文不在骨干网内路由，增加了系统隐蔽性和报文的保密性 隧道可以封装任意数据，实现与多种数据网互通
- 81. 2、GPRS的实现GPRS可以叠加在现有的GSM网上，GSM的无线资源可以在话音和GPRS数据之间共享 叠加部署所需的工作 --对BSS进行软件(和硬件)升级，增加PCU功能； 或独立设置PCU --构建GPRS全IP骨干网 --对GSM网相关实体进行升级 --将GPRS与外部数据网互联
- 82. GPRS网络的逻辑结构
- 83. GPRS实现的实例BTSBSC因特网GPRS 主干 IP网络7#信令MSC/ VLRHLRPCUSGSNGGSN防火墙GSM网GPRS网
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