第6章GSM系統(tǒng)

1、第六章第六章 GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)字移動通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 本章主要內(nèi)容：本章主要內(nèi)容： 1.GSM系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)及基本功能系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)及基本功能 2.GSM系統(tǒng)的調(diào)制技術(shù)（系統(tǒng)的調(diào)制技術(shù)（GMSK調(diào)制）調(diào)制） 3.GSM系統(tǒng)的物理信道和邏輯信道系統(tǒng)的物理信道和邏輯信道 4.GSM系統(tǒng)的編碼（號）技術(shù)系統(tǒng)的編碼（號）技術(shù) 5.移動臺的漫游、位置更新、越區(qū)切換、鑒權(quán)、加密移動臺的漫游、位置更新、越區(qū)切換、鑒權(quán)、加密 6.移動通信的尋址和接續(xù)過程移動通信的尋址和接續(xù)過程 6.1.1GSM系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)及各部分功能（系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)及各部分功能（P123） MS：移動臺 BTS：基站收發(fā)信臺(基站） BS

2、C：基站控制器 MSC：移動交換中心 VLR：訪問位置寄存器 HLR：歸屬位置寄存器 AUC：鑒權(quán)中心 EIR：設(shè)備識別寄存器 OMC：操作維護(hù)中心 SIM GMSC HLR EIR AUC VLR MSCBSC BTS MS A ISDN PSTN PSPDN -Intranett -Internet BSS Um Abis NSSBSS 1. 移動臺移動臺(MS) （P124） 移動臺（移動臺（MS:Mobile Station）就是常說的）就是常說的“手機(jī)手機(jī)”， 它是它是GSM系統(tǒng)中直接由移動用戶使用的終端設(shè)備。系統(tǒng)中直接由移動用戶使用的終端設(shè)備。 手機(jī)手機(jī)MS由移動設(shè)備（由移動設(shè)備（

3、ME）和用戶識別卡（）和用戶識別卡（SIM卡）卡） 兩部分組成。兩部分組成。 SIM卡引腳 SIM存儲內(nèi)容 2.基站子系統(tǒng)（基站子系統(tǒng)（BSS）（）（P125） BTS：是覆蓋一個小區(qū)的無線電收發(fā)信設(shè)備。每個BTS有多部收發(fā)信機(jī)（TRX）， 即占用多個頻率點(diǎn)，而每個頻率點(diǎn)又分成8個時隙，這些時隙就構(gòu)成了信道。 BSC：無線信道管理、通信鏈路建立、切換控制等。 基站及天饋線 Motorola基站 3.網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS）（）（P125） NSS由移動業(yè)務(wù)交換中心(MSC)、歸屬位置寄存器(HLR)、 拜訪位置寄存器(VLR)、鑒權(quán)中心(AUC)、設(shè)備識別寄存器(EIR) 和操作維護(hù)中

4、心（OMC）構(gòu)成。 MSC是一個大的程控數(shù)字交換機(jī)，能控制若干個BSC,即處理和 協(xié)調(diào)GSM系統(tǒng)內(nèi)部用戶的通信接續(xù)，對位于其服務(wù)區(qū)內(nèi)的移動 臺進(jìn)行交換與控制，同時提供移動網(wǎng)與固定公眾電信網(wǎng)的接口。 VLR是存儲用戶位置信息的動態(tài)數(shù)據(jù)庫。為那些目前位于相應(yīng) MSC業(yè)務(wù)區(qū)域的用戶臨時存貯注冊數(shù)據(jù)，它存貯的位置數(shù)據(jù)比 HLR中的要精確一些。 VLR總是與各個MSC集成在一起的。 EIR是存儲有關(guān)移動臺設(shè)備參數(shù)的數(shù)據(jù)庫，用來實現(xiàn)對移動設(shè)備 的識別、監(jiān)視、閉鎖等功能。EIR只允許合法的設(shè)備使用，對非 法設(shè)備禁止接入網(wǎng)絡(luò)。 NSS HLR 是管理移動用戶的數(shù)據(jù)庫。HLR所存儲的信息分兩類：一 類是有關(guān)用戶

5、參數(shù)的信息，例如用戶類別、所提供的服務(wù)、用戶 的各種號碼、識別碼，以及用戶的保密參數(shù)等；另一類是用戶當(dāng) 前的位置信息。例如移動臺漫游號碼、VLR地址等。 AUC（鑒權(quán)中心）與HLR連在一起，提供對用戶身份鑒別的鑒別 參數(shù)和用戶的保密參數(shù)。 OMC（操作維護(hù)中心）對全網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控和操作。 4.操作支持子系統(tǒng)（操作支持子系統(tǒng)（OSS）（）（P127） 6.1.2主要接口及接口協(xié)議（主要接口及接口協(xié)議（P127） 1、主要接口、主要接口 2.網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)內(nèi)部接口（網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)內(nèi)部接口（P128） 3.GSM系統(tǒng)與其他公用電信網(wǎng)的接口（系統(tǒng)與其他公用電信網(wǎng)的接口（P129) GMSC HLR EIR AUC

6、 VLR MSCBSC BTS MS A ISDN PSTN PSPDN -Intranett -Internet BSS Um Abis GMSC： 網(wǎng)關(guān)交換機(jī)，提供移動網(wǎng)與固定公眾電信網(wǎng)的接續(xù)。 4.各接口協(xié)議（各接口協(xié)議（P130) 6.1.3 GSM蜂窩系統(tǒng)的無線傳輸方式（蜂窩系統(tǒng)的無線傳輸方式（P130) （1）時隙）時隙 （2）頻率與信道號（P131） GSM 900 上行：上行：890 - 915MHZ 124個載頻個載頻 下行：下行：935 - 960MHZ 124個載頻個載頻 上行 f(n)=(890+0.2n)MHZ 下行 f(n)=(935+0.2n)MHZ (3)調(diào)制方

7、式GMSK a.頻移鍵控（FSK）調(diào)制 b最小頻移鍵控（MSK）調(diào)制 f = 0.5 fs h= f /fs=(f2f1)Tb=1/2 3高斯型最小頻移鍵控（GMSK）調(diào)制(P31) GMSK調(diào)制方式能滿足移動通信環(huán)境下 對鄰道干擾的嚴(yán)格要求，通常將輸入端接有 高斯低通濾波器的MSK調(diào)制器稱為高斯最小 頻移鍵控（GMSK）。 6.1.4 信道及其組合（信道及其組合（P131） 物理信道：某一載頻中的某一時隙。 比如：第1個載頻（C1）的第0個時隙（TS0） 邏輯信道：攜帶某種信息的信道。 如業(yè)務(wù)信道（傳送話音）、控制信道（傳送信令） 邏輯信道邏輯信道 業(yè)務(wù)信道業(yè)務(wù)信道TCH: o傳送數(shù)字話音或

8、用戶數(shù)據(jù)的信道; o業(yè)務(wù)信道可分為全速率業(yè)務(wù)信道TCH/F和半速率業(yè) 務(wù)信道TCH/H; o一個載頻可提供8個全速率業(yè)務(wù)信道或16個半速率 業(yè)務(wù)信道. 控制信道控制信道CCH: o用于傳送信令或同步數(shù)據(jù)的信道; o主要有三種:廣播信道(BCCH),公共控制信道 (CCCH),專用控制信道(DCCH). 控制信道控制信道CCH 廣播信道廣播信道(BCH): o從BTS到MS的一點(diǎn)對多點(diǎn)的單項控制信道, o用于向移動臺廣播各類消息; o屬下行鏈路; o包括三種信道:頻率校正信道(FCCH),同步 信道(SCH),廣播控制信道(BCCH). 頻率校正信道頻率校正信道(FCCH): 攜帶供移動臺進(jìn)行頻

9、率校正的信息 同步信道同步信道(SCH): 攜帶移動臺陣痛不信息和基站收發(fā)信臺識別信息. 廣播控制信道廣播控制信道(BCCH): 用于廣播BTS的通用信息(小區(qū)特定信息). 控制信道控制信道CCH 公共控制信道公共控制信道(CCCH): o是一點(diǎn)對多點(diǎn)的雙向控制信道; o主要攜帶接入管理功能所需要的信息; o供網(wǎng)絡(luò)中各移動臺共同使用, o包括三種信道:尋呼信道(PCH),隨機(jī)接入信 道(RACH),允許接入信道(AGCH). 公共控制信道公共控制信道(CCCH): 尋呼信道尋呼信道(PCH): 點(diǎn)對點(diǎn),下行,用于基站尋呼移動臺 隨機(jī)接入信道隨機(jī)接入信道(RACH): 點(diǎn)對點(diǎn),上行,作為尋呼的響

10、應(yīng),MS通過此信道 申請分配一個獨(dú)立專用控制信道(SDCCH). 允許接入信道允許接入信道(AGCH): 點(diǎn)對點(diǎn),下行,基站用此信道為MS分配一個獨(dú)立 專用控制信道(SDCCH). 控制信道控制信道CCH 專用控制信道專用控制信道(DCCH): o點(diǎn)對點(diǎn)雙向控制信道; o根據(jù)控制過程的需要,將DCCH分配給移動臺 和基站,實現(xiàn)它們之間的點(diǎn)對點(diǎn)的信令傳輸; o包括三種信道:獨(dú)立專用控制信道(SDCCH), 慢速隨路控制信道(SACCH),快速隨路控制信 道(FACCH). 專用控制信道專用控制信道(DCCH): 獨(dú)立專用控制信道獨(dú)立專用控制信道(SDCCH): o點(diǎn)對點(diǎn),上/下行,此信道在業(yè)務(wù)信

11、道沒分配前,即在呼叫建立過程中 傳送信令,用于傳送MS和BTS連接及分配信道的信令. 慢速隨路控制信道慢速隨路控制信道(SACCH): o 點(diǎn)對點(diǎn),上/下行,此信道在 o建立起業(yè)務(wù)信道后使用的信令信道; o如傳送服務(wù)區(qū)及鄰近小區(qū)的信號強(qiáng)度的測試報告,以便進(jìn)行越區(qū)切換; 快速隨路控制信道快速隨路控制信道(FACCH): o點(diǎn)對點(diǎn),上/下行,此信道與 o一條業(yè)務(wù)信道連用,攜帶與獨(dú)立專用控制信道(SDCCH)同樣的信息,但在 未分配SDCCH時才分配FACCH; o通過從業(yè)務(wù)信道借取的幀來實現(xiàn)接續(xù); o如傳送越區(qū)切換等指令. 訓(xùn)練比特 1比特周期 （48/133.69s） 時隙=周期 （15/26=

12、0） TB NB 3 加密比特 57126 加密比特 157 GPTB 38.25 3 TB 3 TB 8.25 GP TB 3 TB 3 TBGP 38.25 固定比特 142 固定比特 加密比特 3939 加密比特 64 FB SB AB 訓(xùn)練比特 4157 加密比特 3 TBGP 68.25 圖2-15 突發(fā)結(jié)構(gòu) 6.1.5時隙的格式（時隙的格式（P134） 訓(xùn)練比特 1 比特周期 （4 8 / 1 3 3 . 6 9 s ） 時隙=周期 （1 5 / 2 6 = 0） T B N B 3 加密比特 5 712 6 加密比特 15 7 G PT B 38 . 2 5 3 T B 3 T

13、B 8 . 2 5 G P T B 3 T B 3 T BG P 38 . 2 5 固定比特 1 4 2 固定比特 加密比特 3 93 9 加密比特 6 4 F B S B A B 訓(xùn)練比特 4 15 7 加密比特 3 T BG P 6 8 . 2 5 圖2 - 1 5 突發(fā)結(jié)構(gòu) 1、常規(guī)突發(fā)脈沖系列（、常規(guī)突發(fā)脈沖系列（P135) 攜帶業(yè)務(wù)信道信息及除頻率校正信道同步信道隨機(jī)接入信道 以外的控制信道上的信息 加密比特是57比特加密數(shù)據(jù)或話音，1比特的借用標(biāo)志表示 突發(fā)是否被快速隨路控制信道借用，訓(xùn)練比特是已知比特， 供均衡器產(chǎn)生信道模型，尾比特（000），保護(hù)時間為空白 時間，保證突發(fā)不會重

14、疊。 訓(xùn)練比特 1比特周期 （48/133.69s） 時隙=周期 （15/26=0） TB NB 3 加密比特 57126 加密比特 157 GPTB 38.25 3 TB 3 TB 8.25 GP TB 3 TB 3 TBGP 38.25 固定比特 142 固定比特 加密比特 3939 加密比特 64 FB SB AB 訓(xùn)練比特 4157 加密比特 3 TBGP 68.25 圖2-15 突發(fā)結(jié)構(gòu) 2.頻率校正頻率校正突發(fā)脈沖序列（突發(fā)脈沖序列（P135） 攜帶頻率校正信道信息，固定比特全部為0，調(diào)制 器發(fā)送一個未調(diào)載波，尾比特（000），保護(hù)時間為 空白時間，保證突發(fā)不會重疊。 3.同步突發(fā)

15、脈沖序列（同步突發(fā)脈沖序列（P136） 同步突發(fā)脈沖序列用于移動臺的時間同步。 說明：說明：主要組成包括64bit的同步信號（擴(kuò)展的訓(xùn)練序列）， 以及兩段各39bit數(shù)據(jù)，用于傳輸TDMA幀號幀號和基站識別碼基站識別碼 （BSIC）。 4.接入突發(fā)脈沖序列（接入突發(fā)脈沖序列（P136） 攜帶隨機(jī)接入信道信息，尾比特（000），保護(hù)時間較 長，因為隨機(jī)接入（第一次發(fā)），不知時間提前量（遠(yuǎn)則 提前發(fā)），為保證突發(fā)不會重疊。 接入突發(fā)脈沖序列用于上行傳輸方向，在隨機(jī)接入信 道（RACH）上傳送，用于移動用戶向基站提出入網(wǎng)申請。 6.1.6邏輯信道的映射（P137） （1）BCH和CCCH在TS0上的

16、映射 圖6-15 BCH和CCCH在C0的TS0下行鏈路上的映射 圖6-16 RACH 在C0的TS0上行鏈路上的映射 2.專用控制信道的映射（專用控制信道的映射（P138） 圖6-17 SDCCH和SACCH在載頻C0的TS1下行鏈路的映射 3業(yè)務(wù)信道和慢速隨路控制信道的映射（P139) 圖6-19 TCH在下行鏈路的映射 一個業(yè)務(wù)幀的復(fù)幀含26個TDMA幀。 12345678910111213.26 幀結(jié)構(gòu)（超幀、超高幀）（幀結(jié)構(gòu)（超幀、超高幀）（P132） 6.1.7信號強(qiáng)度的測量（P139） 目的：手機(jī)對基站信號強(qiáng)度進(jìn)行測量，以便鎖定在某個小 區(qū)并進(jìn)行接續(xù)或切換。 1.空閑模式下空閑模

17、式下 開機(jī)后掃描各個射頻(RF)信道，并逐一計算它 們的電平，MS調(diào)到最強(qiáng)的一個載波上。 為了完成小區(qū)重選，MS會不斷更新由6個最強(qiáng) 載波組成的表。 相鄰小區(qū)信號強(qiáng)度的測量 2呼叫連接模式（P140） 6.2移動臺的編碼技術(shù)（移動臺的編碼技術(shù)（P140) 6.2.1GSM通信區(qū)域劃分 6.2.2移動臺的識別碼（P141） (Intenational Mobile Subscriber ldentity) (Temporary Mobile Subscriber ldentity) 3.國際移動設(shè)備識別碼（P142） 查看方法：輸入查看方法：輸入*#06# 例如：例如：8601110007586

18、00 6.2.3移動臺號碼（P142) 1移動臺移動臺ISDN號碼號碼(MSISDN) 如： 6.2.4位置區(qū)和基站的識別碼（P142） （1）位置區(qū)識別碼（LAI） （2）全球小區(qū)識別碼（CGI） CI 小區(qū)識別 （2）全球小區(qū)識別碼（CGI） （3）基站識別碼（BSIC）（P143） 作用：用于識別相鄰國家的相鄰基站。 6.3移動臺的漫游過程與位置更新（移動臺的漫游過程與位置更新（P143） 6.3.1移動臺的狀態(tài)移動臺的狀態(tài) （1）MS關(guān)機(jī)：分離狀態(tài)； （2）MS開機(jī)但空閑：待機(jī)或附著狀態(tài)； （需要進(jìn)行位置更新） （3）MS處于通信狀態(tài)：通話狀態(tài)； （需要提供切換） 6.3.2 漫游（P

19、143） 什么是漫游：什么是漫游：指移動臺無論是在歸屬GSM PLMN覆蓋區(qū)內(nèi)移 動，還是移動到其他GSM PLMN覆蓋區(qū)內(nèi)，都可以進(jìn)行去話 呼叫或來話呼叫。 如何實現(xiàn)：如何實現(xiàn)：由系統(tǒng)構(gòu)成的移動通信網(wǎng)絡(luò)能自動跟蹤正在漫 游的移動臺位置，位置寄存器之間可以通過7號信令鏈路互 相詢問和交換移動臺的漫游信息，從技術(shù)上保證了GSM系 統(tǒng)能有效地提供自動漫游功能. 6.3.3 位置更新（位置更新（P144） 位置更新：是通信網(wǎng)絡(luò)為了跟蹤移動臺德位置變化，而對 其位置信息進(jìn)行登記、刪除和更新的過程。 位置信息存儲在原籍歸屬位置寄存器（位置信息存儲在原籍歸屬位置寄存器（HLR）和訪問）和訪問 位置寄存器中

20、（位置寄存器中（VLR）中。）中。 （1）手機(jī)如何知道自己所處的位置區(qū)？ （2）位置信息如何在系統(tǒng)中更新？ 位置區(qū)示意圖(P144): 1.位置更新的主要類型（P145） （1）同一業(yè)務(wù)區(qū) 不同位置區(qū)的 位置更新； （2）不同業(yè)務(wù)區(qū) 的位置更新。 2.位置更新的基本過程（P146） 圖5-17 位置更新基本流程 MS移動（B-A） MS檢測位置區(qū)識別碼 、移動臺向MSCA發(fā)送位置 更新請求 由MSCA向HLR發(fā)送消息。 HLR發(fā)回響應(yīng)消息，其中包含 有全部相關(guān)的用戶數(shù)據(jù)。 、在被訪問的VLR中進(jìn)行用 戶數(shù)據(jù)登記 把有關(guān)位置更新響應(yīng)消息通過 基站送給移動臺（如分配 TMSI） 通知原來的VLR刪

21、除用戶數(shù)據(jù)。 手機(jī)在什么情況發(fā)出位置登記請求？ 1、開機(jī)時。檢查當(dāng)前位置與原來存儲的位置信息是 否相同？ 2、移動中。檢查位置區(qū)代碼有沒有改變？ 3、待機(jī)中。周期性登記，要求MS每30min登記一 次。 6.4 越區(qū)切換（P147） 切換：為了維持移動臺從一個 小區(qū)移動到另一個小區(qū)使通話 能繼續(xù)進(jìn)行，即網(wǎng)絡(luò)控制MS從 原小區(qū)所用的信道切換到新小 區(qū)的某一信道，并保證通話不 間斷的過程。 GSM系統(tǒng)采用： MS輔助切換（MAHO）方式 MS測量本基站和周圍基站的 信號強(qiáng)度并報告給MSC。 6.4.4 切換的類型及流程（P148） 1.同一個同一個BSC控制區(qū)內(nèi)不同小區(qū)之間的切換（包括不同控制區(qū)內(nèi)不同小區(qū)之間的切換（包括不同 扇區(qū)之間的切換）扇區(qū)之間的切換） 2.同一