GSM移动通信系统概述Word文件下载.docx
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移动通信组成主要由移动台-MS（MobileStation）、基地站-BS（BaseStation）、移动业务交换中心-MSC（MobileTelephoneSwitchingCenterorMobileServicesSwitchingCenter）以及传输线四个部分组成。
移动台有便携式、手提式、车载式三种。
所以说移动台不单指手机，我国模拟移动通信系统采用的是TACS（TotalAccessCommunicationSystem）体制，所以只有TACS体制移动台才可在网中使用。
基地站是以多信道共用方式在移动通信中提供通信服务的关键设备，其中主要有收发信道盘等组成。
移动业务交换中心除具有一般市话交换机的功能之外，尚有移动业务所需处理的越区切换、漫游等处理功能。
传输部分主要是指连接各设备之间的中继线等。
目前MSC到BS之间的传输主要采用小微波及光缆等方式。
五、移动通信系统的频段使用
模拟移动通信系统采用TACS体制，其工作频段、上行频率使用在890---915MHz，下行频率使用在935---960MHz，频道间隔25KHz，双工间隔为45MHz。
移动通信中的每一个信道使用其一组25KHz带宽的频率。
每个基站中有若干个信道，无线基站发射的无线电波可以覆盖其邻近的一个小区，因小区之间有交叠，所以实际上有效覆盖区是一个圆的内接正六边形。
由于其形状像蜂窝，所以又称蜂窝移动电话。
为了保证频率资源的有效利用和提供900兆移动用户足够的信道资源，所以采用频率复用技术。
图4---常用无线区群结构示意图
蜂窝移动电话网通常采用由若干个邻接的无线小区组成的一个无线区群。
900兆移动电话系统中采用7×
3=21组频率方式进行复用，即一个无线区群中将配置21个信道组，一般每个BS采用3个信道组，并采用120度扇形天线，分别覆盖三个扇形小区，7个这样的BS组成这样一个无线区群。
六、蜂窝移动电话网的结构
图5---蜂窝状移动电话网的结构
业务区是由一个或若干个移动通信网组成，一个业务区可以是一个国家或国家的一部分构成，也可以是若干个国家构成。
一个蜂窝状移动电话通信网可由一个或若干个移动业务交换中心（MSC）组成。
七、蜂窝移动电话的信道结构
图6---无线信道
信道是通信网传递信息的通道，无线信道是移动台和基地站之间的一条双向传输信道，在移动通信设备中无线信道通常有两种类型，即话音信道-VC（VoiceChannel）和控制信道-CC（ControlChannel）。
（1）话音信道：
在话音信道中，平时除传递话音信号外还传递一些其它信息。
1）监测音-SAT（SupervisoryAudioTone）：
监测音是指在话音传输期间连续发送的带外单音，SAT有三种频率（5970Hz或6000Hz或6030Hz），由BS的话音信道单元发出，经移动台还回，用以监测信道通路的正常与否及话音质量。
2）数据：
在某些情况下，在话音信道上传输数据，如：
越区切换时，通话将暂时中断（一般要求限在800ms以内），此时间内，在VC上以数据形式传递必要的指令。
3）信号音-ST（SignallingTone）：
信号音为线路信号，如：
在呼叫建立过程中，BS收到ST，就表明振铃成功。
图7---话音信道
（2）控制信道
控制信道主要用于寻呼与接入，信道只用来传送数据，在每一个无线小区内，通常只有一条控制信道。
当MS开机时，自动搜寻周围小区中的控制信道信号，并在今后的开机状态下，经常有规则的进行这种搜寻工作，并将接收机频率锁定在信号最强的控制信道上，也就是锁定在所在的BS的控制信道上进行守听，等待寻呼。
图8---控制信道
八、模拟蜂窝移动电话网的用户编号计划
（1）移动台的号码
我国的模拟移动电话采用统一的端局号方案，即90（×
×
）ABCD90（×
）为全国统一的移动电话局局号,ABCD为用户号码。
（2）移动台识别码
移动业务交换中心在向BS送呼叫MS的信息时所用的号码不是用户号码，而是识别码，移动台的识别码格式为：
移动台国家识别码+长途区号+移动用户号码（3位数字）（7位数字）
CCITT分配给我国移动台的国家识别码为460和461，移动台识别码的长度定为10位数字，如天津的用户，其识别码为23。
（3）移动台系列号（即电子串号或流水号）
手机的电子串号是唯一用来识别其身份的号码，为防止无权移动台使用移动通信系统，对每个已出厂的移动台都指定一个不可改变的系列号，运营商也在用户数据库中定义用户的系列号码。
九、漫游
在我国模拟移动电话网实现了自动漫游。
所谓漫游是指移动台从一个业务区移动到另一个业务区时仍能继续使用，对于一个申请了自动漫游业务的电话用户，只要他在全国模拟网覆盖区域内，就可以使用手机通话，系统能够自动完成呼叫与接入，这是靠系统对用户实行位置登记等技术来完成的。
漫游本业务区之外的任何地方，在拨打电话的时候，无论对方是在哪里都应加相应的区号，包括其本业务区内的移动及固定电话用户，而做被叫时主叫用户则不必考虑这个用户漫游到哪里，只要按照其所属业务区内无漫游用户一样对待。
举例，北京用户漫游到广州拨打北京的用户时，与拨打广州、上海的用户一样都要在被叫用户号码前加上地区号码，而广州或其它地方用户叫北京的这个用户，一定要加北京的区号，即使这个北京用户现不在北京，北京的用户叫他也不必加区号。
十、一齐呼叫
在大范围的服务区内，要寻找某个移动台，如果事先不知道他所处的位置，就要对所有区域依次进行呼叫，或者对所有区域进行一齐呼叫，如此造成时间和线路的使用效率都不够高，通常以一个MSC服务区为位置区，或者在一个MSC服务区中，人为的把他所管辖的无线小区划为若干年位置区，移动用户可在这样的位置区内实行位置登记，当呼叫移动用户时，按照登记的位置信息在这样的位置区域内的所有BS中一齐发出被呼移动台识别码，这种功能称为“一齐呼叫”。
十一、呼叫过程
（1）移动用户被呼
图9---移动用户被呼过程示意图
（2）移动用户主叫
图10---移动用户主呼过程示意图
（3）呼叫释放
图11---呼叫释放过程示意图
4、越区信道转换
图12---越区信道转换过程示意图
十二、信令
信令含有信号和指令双重意思，它是移动系统内部实现自动控制的关键，对于一个移动电话网而言，从移动业务交换中心到市话局的局间信令，以及从基地站到移动业务移交中心的信令都是有线信令，很多与市话网信令一致，没有信令的传送是不可能完成通信网的通信及其它业务功能的。
从基地站到移动台之间也存在着信令，这里是以无线形式传送的无线信令，在传送信令时，为了便于收端解码，要求信令按一定格式编排，其中包括同步、纠检错、信息等内容，数字信令是以二进制0、1表示，在TACS体制中，其数据流传输速率为8Kbit/s。
十三、天津的概况
天津由89年引进模拟蜂窝移动网，并首先开通B网，B网选用的是瑞典爱立信公司的设备。
94年天津又开通了A网，A网选用的是美国摩托罗拉公司的设备。
因为模拟移动电话是指由BS到MS传输的语音信号是模拟的，并且TACS体制对这个接口有明确规定，所以无论是哪一家生产的手机，只要符合TACS体制规范的即可入网，而因为BS到MSC之间无具体规范，所以一般选择共同厂家生产的MSC及BS设备。
在移动用户号码中局号未尾数为奇数的为B网用户，尾号为偶数的为A网用户。
第二节 第二代移动通信系统介绍----数字移动通信系统
一、数字移动通信概论
1、数字移动通信的发展
80年代以来，世界各国加速开发数字移动通信技术，其中采用TDMA多址方式的代表性制式有泛欧GSM/DCS1800、美国ADC和日本PDC等数字移动通信系统。
1982年，欧洲邮电大会（CEPT）成立了一个新的标准化组织GSM（GroupSpecialMobile）,其目的是制定欧洲900MHz数字TDMA蜂窝移动通信系统（GSM系统）技术规范，从而使欧洲的移动电话用户能在欧洲境内自动漫游。
通信网数字化发展和模拟蜂窝移动通信系统应用说明，欧洲国家呈现多种制式分割的局面，不能实现更大范围覆盖和跨国联网。
1986年，泛欧11个国家为GSM提供了8个实验系统和大量的技术成果，并就GSM的主要技术规范达成共识。
1988年，欧洲电信标准协会（ETSI）成立。
1990年，GSM第一期规范确定，系统试运行。
英国政府发放许可证建立个人通信网（PCN），将GSM标准推广应用到1800MHz频段改成为DCS1800数字蜂窝系统，频宽为2×
75MHz。
1991年，GSM系统在欧洲开通运行；
DCS1800规范确定，可以工作于微蜂窝，与现有系统重叠或部分重叠覆盖。
1992年，北美ADC（IS-54）投入使用，日本PDC投入使用；
FCC批准了CDMA（IS-95）系统标准，并继续进行现场实验；
GSM系统重新命名为全球移动通信系统（GlobalSystemForMobileCommunication）。
1993年，GSM系统已覆盖泛欧及澳大利亚等地区，六十七个国家已成为GSM成员。
1994年，CDMA系统开始商用。
1995年，DCS1800开始推广应用。
2、GSM系统的主要特点
（1）具有开放的接口和通用的接口标准。
这一特点是GSM生命得以延续的保证。
1985年，GSM划分成多个独立工作组（WP），处理各专项工作，WP3专门完成诸如网络结构、信令协议以及开放的网络接口等，不仅限于空中接口，并且包括系统内部、网络之间的各个接口，提供高度标准化、接口优化的网络。
GSM标准以ITU的规定为基础，与PSTN、ISDN及B-ISDN等公众电信网有完备的互通能力。
适应数字化发展的需要。
使其具有自我发展的能力。
（2）用户权利的保护和传输信息的加密。
GSM系统使用若干注册用户的特征号码，例如IMSI、TMSI、IMEI、LAI等，用于鉴权，证实用户是否有权入网，以及位置登记，用户信息保密等。
每个GSM系统的注册用户获得一张SIM（SubscriberIdentityModule）卡，存储标志用户特征的号码（特征号码）、注册参数和与鉴权和加密有关的用户的全部信息。
（3）支持电信业务、承载业务和补充业务。
电信业务包括电话、短信息、可视图文、G3类传真、紧急呼叫等，是GSM的主要业务。
跟ISDN定义一样，GSM承接业务不需要Modem就能提供数据业务，包括300~9600bits/s的电路交换异步数据、1200~9600bits/s的电路交换同步数据和300~9600bits/s分组交换异步数据。
GSM的补充业务名目繁多，多达数十种。
（4）具有跨国漫游能力。
GSM系统漫游是在SIM卡及国际移动用户识别码（IMSI）的基础上实现的。
实际上，用户不必携带终端设备（如手机）而只需带着SIM卡进入其它国家，租借终端设备，仍可实现用户号码不变、计费帐号不变。
漫游是移动通信的一个特征，当网络之间在MOU基础上达成某些协议后，用户可以从一个网络进入另一个网络且网络自动地提供服务。
（5）容量增大为模拟系统的（3~5）倍。
容量增大的关键因素是对系统载噪比的要求降低为9dB，之所以同频复用模式典型地为4/12或3/9，甚至可以更小；
半速率话音编码的实现，使GSM系统容量增大。
（6）频谱效率提高。
由于采用了窄带调制、信道编码、交织、均衡和话音编码技术等，频率重复利用率高，组网灵活方便
（7）抗干扰能力强，覆盖区内通信质量好。
wGSM与ADC、PDC系统无线容量比较
主要参数
GSM
ADC
PDC
频道间隔（kHz）
200
30
25
MHz频带中的频道数
63
417
500
频率复用模式
3/9
4/12
每个扇区频道数
7
35
42
每频道的信道数
8
3
每扇区的信道数
56
105
126
二、数字移动通信系统组成原理
1、GSM系统结构
GSM系统由许多独立的部分组成，每一部分完成相应的功能，所以叫做功能单元。
由图的系统结构可以看出，整个系统可以分为三个相互独立的小系统（称为子系统），其中基站子系统（BSS）夹于移动台MS（也作为一个子系统）和网路子系统（NSS）之间提供和管理它们之间的信息传输通路，也包括MS与GSM系统的功能实体之间的无线接口管理。
NSS保证MS与相关的公用通信网或与其它MS之间建立通信。
也就是说，NSS不直接与MS互相联系，BSS也不直接与公用通信网互相联系。
MS、BSS和NSS组成GSM系统的实体部分。
功能实体：
指通信系统内的每一个具体设备，它们各自具有一定的功能，完成一定的工作，如BTS。
无线接口：
接口代表两个相邻实体之间的连接点，协议是说明连接点上交换信息需要遵守的规则。
无线接口指的是从BTS到MS之间的空中无线接口，是GSM系统中重要的接口之一。
MS：
移动台 BSS：
基站子系统 NSS：
网路子系统
SS：
操作子系统 OMC：
操作维护中心 MSC：
移动业务交换中心
VLR：
来访用户位置寄存器 HLR：
归属用户位置寄存器 AUC：
鉴权中心
EIR：
移动设备识别寄存器 BSC：
基站控制器 BTS：
基站收发信台
PSPDN：
分组交换公用数据网 PSTN：
公用电话网 ISDN：
综合业务数字网
图GSM系统结构
2、移动台（MS）
（1）移动台简介
移动台是公用GSM移动通信网中用户所使用的设备，也是用户能够接触的整个GSM系统中的唯一的设备。
移动台的类型包括车载台（即安装在汽车里的移动台）和手持台（即手机）。
随着GSM标准的数字式手持台进一步小型化、轻巧化和功能增加的发展趋势，手持台的用户占据了整个用户的极大部分。
（2）移动台应包括移动台物理设备和智能部件SIM卡两大部分。
移动台的物理设备实际上主要是一个收信机和发信机的结合体，它接收来自外界无线信道的载频信号，将其转化成话音信号，供手机使用者接听；
相反的，它也将手机使用者所说的话音信号进行一定的处理，变成载频信号，再通过无线信道发送出去。
当用户购买数字移动电话时，会发现有一张卡片，这张卡片称为智能SIM卡。
它是北京电信按照国际GSMMOU组织提供的A级加密算法制订的用户资料卡。
卡上记载着用户的各种资料。
GSM数字移动电话需要装上智能SIM卡方可使用，但这张卡可放于任何一部符合GSM规范的数字移动电话机上，通话费用会自动计入该卡的用户帐户上。
智能SIM卡有两种，它根据购买的GSM数字移动电话来选择，有的手机需插入大卡，有的需插入小卡，大卡的面积与信用卡相似，小卡约15×
25毫米，新购机的小卡需从底卡取出，然后插入电话机内即可使用。
智能SIM卡具有加锁和解锁功能，这比模拟手机更有效地防止电话机被盗用，具有很强的安全保密性。
智能SIM卡采用一组个人识别密码来对机器上锁，这组密码被称为PIN码，它是由用户自己设定的，正确输入密码才能使用。
如密码输入三次不正确，手机则会自动上锁拒绝使用，如果继续错误操作超过十次，智能SIM卡将自动封毁（烧卡）。
持有数字移动电话的用户应充分利用此种功能设置自己的保密号码不要怕麻烦，以防手机丢失或出现其它问题造成不必要的话费损失。
3、基站子系统（BSS）
BSS是GSM系统和无线蜂窝方面最基本的组成部分。
它通过无线接口直接与移动台相接，负责空中无线信号的发送与接收和集中管理。
另一方面，基站子系统与网路子系统（NSS）中的移动业务交换中心（MSC）相连，实现移动用户之间或移动用户与固定网用户之间的通信，传送系统信号和用户信息等。
基站子系统是由基站收发信台（BTS）和基站控制器（BSC）两部分组成。
从系统构成上讲，一个基站控制器（BSC）根据话务量需要可以控制多个BTS。
BTS可以直接与BSC相连，也可以通过基站接口设备（BIE）采用远端控制的连接方式（当BSC与BTS间距离超过15米时，称为远端连接）与BSC相连接。
此外，基站子系统还应包括码变换器（TC）和相应的子复用设备（SM）。
码变换器通常放在BSC和MSC之间，可以增加组织网络时的灵活性并可减少传输设备的配置数量。
（1）基站收发信台（BTS）
BTS属于基站子系统的无线部分，由基站控制器（BSC）控制，它是工作在某个小区的无线收发信设备，用于接收来自移动台的信号，并通过它发送信号给移动台,从而完成BSC与无线信道之间的信号转换。
（2）基站控制器（BSC）
BSC在BSS子系统内充当控制器和话务集中器，它主要负责管理BTS，而且当BSC与MSC之间的信道阻塞时，由它进行指示。
它同时具有对各种信道的资源管理、操作维护、观察测量和统计、功率控制、切换等功能。
4、网络子系统（NSS）
网络子系统（NSS）就如飞机场上的总调度室，它负责GSM系统内各个指令的交换和路由选择，并管理着用户的各种数据，进而可以进行用户安全的管理（如鉴权），它既是一台控制器又是一个大型的数据库，存储着各种指令信息和用户信息。
NSS由一系列功能实体构成，每一功能实体都肩负着不可获缺的使命。
路由选择：
当一个移动用户向外拨打或有外部电话拨打移动用户时系统内要经过一定的路径来完成两部电话之间的接续，选择这条路径的过程就叫路由选择。
（1）移动业务交换中心（MSC）
移动业务交换中心（MSC）是网络的核心，它分别与系统其它功能实体相连，它们是基站子系统（BSS）、归属用户位置寄存器HLR、鉴权中心AUC、移动设备识别寄存器EIR、操作维护中心OMC和固定网（公用电话网PSTN、综合业务数字网ISDN、分组交换公用数据网PSPDN、电路交换公用数据网CSPDN等）。
从而把移动用户与移动用户、移动用户与固定网用户相互连接起来。
移动业务交换中心MSC可从三种数据库，即归属用户位置寄存器HLR、访问用户位置寄存器VLR和鉴权中心AUC获取处理用户位置登记和呼叫请求所需的全部数据。
反之，MSC也根据其最新得到的用户请求信息（如位置更新，越区切换等）更新数据库的部分数据。
MSC作为网络的核心，应能完成位置登记、越区切换和自动漫游等移动管理工作。
同时具有电话号码存储编译、呼叫处理、路由选择、回波抵消、超符合控制等功能；
MSC还支持信道管理、数据传输以及包括鉴权、信息加密、移动台设备识别等安全保密功能。
MSC可为移动用户提供以下服务：
电信业务。
例如：
通话、紧急呼叫、传真和短消息服务等：
承载业务。
电话，同步数据s~s及分组组合和分解（PAD）等。
补充业务。
呼叫转移、呼叫限制、呼叫等待、电话会议和计费通知等。
对于容量比较大的移动通信网，一个网络子系统NSS可包括若干个MSC、VLR和HLR，当固定网用户呼叫GSM移动用户时，无需知道移动用户所处的位置，此呼叫首先被接入到入口移动业务交换中心，称为移动关口局GMSC，入口交换机负责从HLR中获取移动用户位置信息，且把呼叫转接到移动用户所在的MSC那里。
（2）访问用户位置寄存器（VLR）
访问用户位置寄存器（VLR）是为其控制区域内的移动用户服务的，它存储着进入其控制区域内的已登记的移动用户的相关信息，从而为该用户以后的呼叫连接创造了先提条件。
VLR从该移动用户所在的归属位置寄存器（HLR）处获得并存储该用户的数据。
一旦用户离开该VLR的控制区域，则重新在他所进入的另一个VLR登记，原VLR将取消临时记录的该移动用户的数据。
因此，VLR可看作一个动态的用户数据库。
MSC会经常从VLR提取大量的用户数据，为了提高各项管理和呼叫建立的速度，VLR和MSC总是将各自的功能合成一体，看上去就象一个整体一样，以MSC/VLR的形式成为NSS的组成部分。
（3）归属用户位置寄存器（HLR）
归属用户位置寄存器（HLR）是GSM系统的中央数据库，存储着该HLR控制的所有移动用户的相关数据，所有移动用户重要的静态数据（包括移动用户识别号码、访问能力、用户类别和补充业务等数据）都存储在HLR中。
HLR还存储着与归属它的用户有关的动态数据，如用户位置更新信息或漫游用户所在的MSC/VLR地址及分配给用户的补充业务。
这使得任何入局呼叫都能按最新路径信息接入到被呼用户。
HLR为每个归属用户至少存储一个可用的鉴权三参数组（RAND/SRES/KC），任何时间都能依MSC/VLR的请求而提供使用，进行鉴权。
另外，HLR可以与MSC/VLR一一对应，一个HLR也能够控制若干个MSC/VLR或整个区域的移动网。
（4）鉴权中心（AUC）
GSM系统采取了特别的安全措施，例如用户鉴权、对无线接口上的话音、数据和信号信息进行保密等。
因此，鉴权中心（AUC）存储着鉴权用的算法和加密密钥，用来防止无权用户接入系统和保证通过无线接口的移动用户通信的安全。
手机通话前都要先经过鉴权，待得到系统承认为合法拥护时，方可进入通话接续。
此时AUC起到了关键的作用。
具体的鉴权过程是这样的：
用户的SIM卡中存有用户的密钥（称作Ki）和两种加密算法（称作A3、A8）。
用户的密钥与用户识别号码是一一对应的，它们和A3、A8一起分别存在SIM卡和鉴权中心里。
每次鉴权中心对用户身份鉴权时，手机内部的智能装置都要使用一个由MSC产生的随机数和用户的密钥一起经过A3、A8的加密，然后在无线信道里传送给MSC，同样的，MSC也将从鉴权中心得到的该用户的鉴权参数Ki、A3、A8连同随机数一起经过相同的计算，得到一个值，两个值进行比较，如果相同，则允许通话；
否则不允许通话。
（5）移动设备识别寄存器（EIR）
移动设备识别寄存器（EIR）是又一种数据库，它存储着移动设备的国际移动设备识别码（IMEI），它将用户提供的本机的IMEI号码与它所存储的白色清单、黑色清单或灰色清单这三种表格进行对照，在表格中分别列出准许使用的、失窃不准使用的
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