移動通信理論與實戰(zhàn)第5章 GSM通信系統(tǒng)

第5章

GSM通信系統(tǒng)GSM通信系統(tǒng)GSM〔GlobalSystemforMobileCommunications〕全球第一個對數(shù)字調制方式、網絡結構和業(yè)務種類進行標準化的數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)；也是全球用戶最多的移動通信系統(tǒng)；歷史：1982年北歐四國向歐洲郵電行政大會提交建議，制訂900MHz的歐洲公共電信業(yè)務標準，成立移動特別小組GSM；1988年公布GSM〔泛歐數(shù)字蜂窩通信網〕標準；1991年在歐洲開通了第一個GSM系統(tǒng)，并完成了1800MHz頻段的移動電信業(yè)務標準，名為DCS1800系統(tǒng)；1993年，歐洲第一個DCS1800系統(tǒng)投入運營；1995年，完成1900MHz頻段的PCS1900移動電信業(yè)務標準；課程內容GSM系統(tǒng)結構GSM的物理層GPRS通用分組無線業(yè)務EDGEGSM系統(tǒng)架構GSM系統(tǒng)架構網絡子系統(tǒng)NSS具有系統(tǒng)交換、通信控制、數(shù)據存儲、移動性管理、平安性管理等管理功能，并提供了和其它網絡連接的接口；移動交換中心MSC(MobileSwitchingCenter)GSM網絡的核心管理網元，負責對本MSC管轄區(qū)內的移動終端進行通信控制和管理，并提供GSM系統(tǒng)與其它通信網之間互聯(lián)的接口；通常是一個大型交換機，它通過A接口控制著基站子系統(tǒng)的幾個基站控制器BSC，它可以從HLR、VLR和AuC三種數(shù)據庫中獲取處理用戶位置登記和呼叫請求所需的全部數(shù)據，亦可根據所獲取的最新信息請求更新數(shù)據庫中的局部數(shù)據。HLR、VLR、AuCGSM系統(tǒng)架構網絡子系統(tǒng)NSS具有系統(tǒng)交換、通信控制、數(shù)據存儲、移動性管理、平安性管理等管理功能，并提供了和其它網絡連接的接口；移動交換中心MSC歸屬位置存放器HLR(HomeLocationRegister)中央數(shù)據庫，永久存儲和記錄所轄區(qū)域內用戶的簽約數(shù)據，并動態(tài)地更新用戶的位置信息，以便在呼叫業(yè)務中提供被呼叫用戶的網絡路由；HLR數(shù)據庫可以是獨立配置，也可以內置于MSC中；每個用戶歸屬于單一的HLR，以便獨立提供對其定位，使網絡從MSISDN號或IMSI身份碼來檢索HLR；VLR、AuCGSM系統(tǒng)架構網絡子系統(tǒng)NSS移動交換中心MSC歸屬位置存放器HLR訪問位置存放器VLR(VisitorLocationRegister)用于存儲來訪用戶位置信息的動態(tài)數(shù)據庫；GSM系統(tǒng)架構網絡子系統(tǒng)NSS移動交換中心MSC歸屬位置存放器HLR訪問位置存放器VLR鑒權中心AuC(AUthenticationCenter)受到嚴格保護的數(shù)據庫，存儲著鑒權信息和加密密鑰，以防止無權用戶進入系統(tǒng)和保證無線接口的移動用戶通信的平安；屬于HLR的一個功能單元，和HLR集成在同一設備中。GSM系統(tǒng)架構基站子系統(tǒng)BSS基站控制器BSC(BaseStationController)整個基站子系統(tǒng)的控制核心，負責無線資源管理、小區(qū)配置數(shù)據管理、功率控制、定位和本控制區(qū)內的越區(qū)切換等；它是具有一定計算能力的小型交換機，將控制區(qū)內的數(shù)據會聚后傳送到MSC；基站收發(fā)信臺BTS(BaseTransceiverStation)通過空口Um口和移動終端MS相連，并完全接受BSC控制，負責無線傳輸，完成無線與有線間的轉換、無線分集接收、無線信道加密等功能；包括無線傳輸所需的各種軟硬件，天饋系統(tǒng)+基站設備；由基站識別碼BSIC唯一識別；GSM系統(tǒng)架構移動臺MS通信終端，由設備識別碼IMEI唯一識別；SIM卡：由用戶識別碼IMSI唯一識別；操作維護子系統(tǒng)OSS網絡管理中心NMC全網監(jiān)控操作維護中心OMC本地監(jiān)控課程內容GSM系統(tǒng)結構GSM的物理層GPRS通用分組無線業(yè)務EDGEGSM物理層多址方式FDMA+TDMA，物理信道由一個載頻上的一個時隙來表征；每個小區(qū)含多個載頻，每個載頻含8個時隙；

上行下行雙工間隔射頻帶寬雙工信道總數(shù)GSM900890~915MHz935~960MHz45MHz200kHz124DCS18001710~1785MHz1805~1880MHz95MHz200kHz374頻道配置：采用等間隔頻道配置方法900MHz：1~124fl(n)=890.200+(n-1)×0.2MHzfh(n)＝f1(n)＋45MHz1800MHz：512~885，374fl(n)=1710.200+(n-512)×0.2MHzfh(n)＝f1(n)＋95MHzGSM物理層幀結構時隙——物理信道最根本單位，577μs，156.25個碼元；TDMA幀：一幀包含8個時隙〔物理信道〕，長4.615ms；GSM幀結構業(yè)務復幀：26幀，用于傳輸業(yè)務和隨路信令；控制復幀：51幀，用于傳輸控制信息；GSM幀結構超幀：一個連貫的51*26的TDMA幀；超高幀：2048個超幀組成；每一超高幀周期將重啟密碼和跳頻算法GSM物理層邏輯信道GSM物理層GSM系統(tǒng)中物理層處理的一般流程課程內容GSM系統(tǒng)結構GSM的物理層GPRS通用分組無線業(yè)務EDGEGPRS通用分組無線業(yè)務GPRS網絡結構GPRS網絡結構原GSM網絡升級BSC中新增功能——PCU分組控制單元增加了一些信道種類，完成數(shù)據包拆封、確認和無線數(shù)據信道的分配等功能；HLR增強存儲信息的功能GPRS簽約數(shù)據的存儲與更新；提供位置/路由信息，并處理移動性管理和路由中所需信息；保存和更新用戶業(yè)務、SGSN號碼和地址；GPRS用戶位置刪除指示；MS是否可達；GPRS網絡結構GPRS網絡結構分組域〔新增〕SGSN(ServingGPRSSupportNode)GPRS業(yè)務支持節(jié)點功能類似于GSM系統(tǒng)中的MSC/VLR；移動性管理：跟蹤和記錄移動臺的當前位置信息；會話管理：管理的PDP上下文；路由和轉發(fā)：實現(xiàn)MS和GGSN間的業(yè)務的路由轉發(fā)；計費；合法監(jiān)聽等；GGSN(GatewayGPRSSupportNode)GPRS網關支持節(jié)點GPRS網絡結構分組域〔新增〕SGSN(ServingGPRSSupportNode)GPRS業(yè)務支持節(jié)點GGSN(GatewayGPRSSupportNode)GPRS網關支持節(jié)點GPRS網絡與外部網絡的網關，將網中的GPRS分組數(shù)據包進行協(xié)議轉換，從而可以把這些分組數(shù)據包傳送到遠端的TCP/IP或X.25網絡會話管理：管理MS的PDP上下文；路由和轉發(fā)：實現(xiàn)MS與Internet間的業(yè)務數(shù)據路由和轉發(fā)；動態(tài)IP地址分配；業(yè)務管理：管理APNGPRS網絡結構GPRS網絡結構GPRS移動性管理Idle：網絡不知MS存在；Standby：SGSN定位到路由區(qū)；接收尋呼；Ready：SGSN定位到小區(qū)；數(shù)據傳輸可直接進行；課程內容GSM系統(tǒng)結構GSM的物理層GPRS通用分組無線業(yè)務EDGEEDGE

GPRSEGPRS調制GMSK8-PSK/GMSK符號速率270k符號/s270k符號/s調制比特速率270kbit/s810kbit/s每時隙無線數(shù)據速率22.8kbit/s69.2kbit/s一個時隙的用戶速率20kbit/s（CS4）59.2kbit/s（MCS9）用戶速率（8時隙）160kbit