第一二章GSM移動通信系統

1、移動通信系統移動通信系統 柴柴 蓉蓉通信與信息工程學院通信與信息工程學院課程內容課程內容l主要內容主要內容蜂窩移動通信系統蜂窩移動通信系統u 系統架構系統架構u 關鍵技術關鍵技術無線局域網技術無線局域網技術l考核方式考核方式40%40%平時成績（課堂考勤），平時成績（課堂考勤），60%60%研究報告。研究報告。l任課老師聯系方式任課老師聯系方式電話：電話：6426022464260224郵箱：郵箱：l基本基本概念概念通信系統分類通信系統分類移動通信移動通信發(fā)展史發(fā)展史移動通信移動通信系統的系統的組成組成數字蜂窩移動通信數字蜂窩移動通信的基本技術：的基本技術：多址技術、蜂窩多址技術、蜂窩技術技術

2、l蜂窩蜂窩移動通信移動通信系統概述系統概述GSMGSM、3G3G、LTELTE、4G4Gl蜂窩蜂窩移動通信移動通信系統關鍵技術系統關鍵技術MIMOMIMO、OFDMOFDM、協作通信技術、認知無線電技術、密集組網、協作通信技術、認知無線電技術、密集組網技術技術l無線局域網架構及關鍵技術無線局域網架構及關鍵技術課程內容課程內容l基本基本概念概念通信系統分類通信系統分類移動通信發(fā)展歷程移動通信發(fā)展歷程移動通信移動通信系統的基本要求及面臨的問題系統的基本要求及面臨的問題移動通信移動通信系統的系統的組成組成數字蜂窩移動通信數字蜂窩移動通信的基本的基本技術技術第一章第一章 移動通信系統基本概念移動通信系

3、統基本概念通信系統分類通信系統分類l根據傳輸媒質分類根據傳輸媒質分類有線通信系統有線通信系統u 采用有線傳輸介質（如電纜、光纜等）的通信系統采用有線傳輸介質（如電纜、光纜等）的通信系統u 常見通信形式：固定電話通信、電話線常見通信形式：固定電話通信、電話線/ /網線接入網線接入互聯網、光纖通信等。互聯網、光纖通信等。無線通信系統無線通信系統u 采用無線傳輸介質（如電磁波）的通信系統。采用無線傳輸介質（如電磁波）的通信系統。u 常見通信形式：短波通信、移動通信、衛(wèi)星通信、常見通信形式：短波通信、移動通信、衛(wèi)星通信、激光通信等。激光通信等。通信系統分類通信系統分類l 按信道中傳輸信號特征分類按信道

4、中傳輸信號特征分類模擬通信系統（模擬通信系統（1G1G）數字通信系統（數字通信系統（2G2G、3G3G、4G4G，數字電視），數字電視）l 按通信者是否運動分類按通信者是否運動分類移動通信系統：通信雙方至少有一方在移動中的通信移動通信系統：通信雙方至少有一方在移動中的通信固定通信系統固定通信系統l 按使用范圍分類按使用范圍分類廣域網、城域網、局域網、個域網廣域網、城域網、局域網、個域網中長波通信中長波通信 1MHz1MHz短波通信短波通信 1MHz30MHz1MHz30MHz超短波通信超短波通信 30MHz-1GHz30MHz-1GHz微波通信微波通信 1GHz-1GHz-幾十幾十GHzGHz

5、毫米波通信毫米波通信 幾十幾十GHzGHz紅外光通信紅外光通信大氣激光通信大氣激光通信 l 按通信設備的工作頻率分類按通信設備的工作頻率分類通信系統分類通信系統分類通信系統分類通信系統分類l 根據傳輸媒質分類根據傳輸媒質分類有線通信系統有線通信系統無線通信系統無線通信系統u采用無線傳輸介質（如電磁波）的通信系統。采用無線傳輸介質（如電磁波）的通信系統。u常見通信形式：短波通信、常見通信形式：短波通信、移動通信移動通信、衛(wèi)星通信、激光通信等。、衛(wèi)星通信、激光通信等。l 按信道中傳輸信號特征分類按信道中傳輸信號特征分類 模擬通信系統模擬通信系統 數字通信系統數字通信系統l 按通信者是否運動分類按通

6、信者是否運動分類 移動通信系統移動通信系統 固定通信系統固定通信系統l 早期移動通信早期移動通信莫爾斯電報莫爾斯電報 18951895年無線電發(fā)明以后，莫爾斯電報用于船舶通信。年無線電發(fā)明以后，莫爾斯電報用于船舶通信。車載無線電車載無線電 19211921年美國底特律警察廳開始使用工作在年美國底特律警察廳開始使用工作在2MHz2MHz頻段的車載無線電。頻段的車載無線電。公用汽車電話業(yè)務公用汽車電話業(yè)務 2020世紀世紀4040年代中期到年代中期到6060年代中期，美國等發(fā)達國家陸續(xù)開通了公年代中期，美國等發(fā)達國家陸續(xù)開通了公用汽車電話業(yè)務，可用頻道很少，設備笨重，使用不方便，不容易保用汽車電話

7、業(yè)務，可用頻道很少，設備笨重，使用不方便，不容易保密，發(fā)展緩慢，用戶總數只有幾百個。密，發(fā)展緩慢，用戶總數只有幾百個。移動通信系統發(fā)展史移動通信系統發(fā)展史l 大、中區(qū)制移動通信大、中區(qū)制移動通信 2020世紀世紀6060年代中期到年代中期到7070年代中期，采用了大、中區(qū)制，可用頻道年代中期，采用了大、中區(qū)制，可用頻道數增加，頻譜利用率有較大的增加，保密性增強，用戶日益增多。數增加，頻譜利用率有較大的增加，保密性增強，用戶日益增多。 大區(qū)制：大區(qū)制：一個城市僅有一個無線區(qū)覆蓋，基站的發(fā)射功一個城市僅有一個無線區(qū)覆蓋，基站的發(fā)射功率很大，無線區(qū)覆蓋半徑約率很大，無線區(qū)覆蓋半徑約303040km4

8、0km，僅適用于業(yè)務量不大，僅適用于業(yè)務量不大的情形。其優(yōu)點是設備簡單、投資較小。缺點是難以進行頻的情形。其優(yōu)點是設備簡單、投資較小。缺點是難以進行頻率復用。率復用。 中區(qū)制中區(qū)制: :無線區(qū)覆蓋半徑為無線區(qū)覆蓋半徑為20km20km左右，基地站數多，在左右，基地站數多，在相距較遠的兩個無線區(qū)中可以利用頻率。網絡結構較大區(qū)制相距較遠的兩個無線區(qū)中可以利用頻率。網絡結構較大區(qū)制復雜，投資大，但可容納更多的用戶。適用于專用移動通信復雜，投資大，但可容納更多的用戶。適用于專用移動通信網。網。 大區(qū)制、中區(qū)制系統的頻譜利用率仍不高，無法滿足大大區(qū)制、中區(qū)制系統的頻譜利用率仍不高，無法滿足大量用戶的通信

9、需求。量用戶的通信需求。大區(qū)制、中區(qū)制移動通信系統大區(qū)制、中區(qū)制移動通信系統l提出提出 20世紀世紀70年代中期，美國貝爾實驗室提出了小區(qū)制大容年代中期，美國貝爾實驗室提出了小區(qū)制大容量系統。量系統。l概念概念 覆蓋半徑覆蓋半徑210 km的多個無線區(qū)鏈接而成整個服務區(qū)。的多個無線區(qū)鏈接而成整個服務區(qū)。l特點特點采用采用信道頻率復用技術：在同一業(yè)務區(qū)內多次重復使信道頻率復用技術：在同一業(yè)務區(qū)內多次重復使用可用信道組以擴大系統的容量。用可用信道組以擴大系統的容量。設備復雜，但可容納大量設備復雜，但可容納大量用戶。用戶。 目前，大容量公用移動通信系統均采用小區(qū)制。目前，大容量公用移動通信系統均采用

10、小區(qū)制。小區(qū)制移動通信系統小區(qū)制移動通信系統 公用移動通信系統從公用移動通信系統從20世紀世紀70年代中期開始至今，年代中期開始至今，共經歷五代。共經歷五代。l1G：模擬移動通信系統模擬移動通信系統l2G：數字移動通信系統（數字移動通信系統（GSM）l3G：采用采用CDMA技術，移動用戶數據速率技術，移動用戶數據速率384kbps，固定用，固定用戶速率戶速率2Mbps。l4G：采用采用MIMO，OFDM等技術，數據速率等技術，數據速率100Mbps，全，全IP組網。組網。l5G：研究中。更高容量，更短時延，支持大量終端。研究中。更高容量，更短時延，支持大量終端。 小區(qū)制移動通信系統小區(qū)制移動通

11、信系統l 對技術的基本要求對技術的基本要求 高的頻譜利用率高的頻譜利用率 高質量高質量話音和話音和數據傳輸數據傳輸服務服務 具有移動性和便攜性具有移動性和便攜性 靈活方便的組網靈活方便的組網 抗干擾抗干擾 保密與信息安全保密與信息安全l 面臨的核心問題面臨的核心問題在滿足用戶服務質量的前提下，提高頻譜利用率，提在滿足用戶服務質量的前提下，提高頻譜利用率，提高系統容量，提供多種服務。高系統容量，提供多種服務。移動通信系統基本要求及面臨問題移動通信系統基本要求及面臨問題l移動臺（移動臺（MS，Mobile Station，UE，User Equipment） 蜂窩網絡移動終端，由控制單元、收發(fā)信機

12、和天線組成。蜂窩網絡移動終端，由控制單元、收發(fā)信機和天線組成。l基站（基站（BS，Base Station） 分布在每個小區(qū)，負責本小區(qū)內分布在每個小區(qū)，負責本小區(qū)內MS與與MSC之間的連接，之間的連接，包括控制單元、收發(fā)信機組、天饋系統、電源與數據終端包括控制單元、收發(fā)信機組、天饋系統、電源與數據終端等。等。l移動電話交換中心（移動電話交換中心（MSC, Mobile Switching Center） 負責所有負責所有BS、MS的交換控制與管理，負責與本地電話網的交換控制與管理，負責與本地電話網的連接、交換接續(xù)，以及對的連接、交換接續(xù)，以及對MS的計費。的計費。移動通信系統的組成移動通信系

13、統的組成移動通信系統架構移動通信系統架構l多址技術多址技術l蜂窩技術蜂窩技術 頻率頻率復用復用 小區(qū)小區(qū)分裂分裂 移動通信基本技術移動通信基本技術l提出提出 多個用戶通過基站與其他用戶通信，必須對不同用戶多個用戶通過基站與其他用戶通信，必須對不同用戶的信號賦予不同的特征。的信號賦予不同的特征。 （1）上行：基站從用戶信號中區(qū)分出某用戶的信號）上行：基站從用戶信號中區(qū)分出某用戶的信號 （2）下行：用戶能從基站發(fā)出的信號中識別發(fā)送至自身）下行：用戶能從基站發(fā)出的信號中識別發(fā)送至自身的信號的信號。 多址技術用于解決多用戶通信問題。多址技術用于解決多用戶通信問題。多址技術多址技術l基本類型基本類型頻分

14、多址（頻分多址（FDMAFDMA）時分多址（時分多址（TDMATDMA）碼分多址（碼分多址（CDMACDMA）（a） FDMA （b） TDMA 多址技術多址技術（c）CDMA 多址技術多址技術l問題的提出：問題的提出： 移動通信頻率資源有限，用戶業(yè)務需求不斷增加，移動通信頻率資源有限，用戶業(yè)務需求不斷增加，導致系統資源緊缺，如何滿足業(yè)務需求？導致系統資源緊缺，如何滿足業(yè)務需求？ 蜂窩技術蜂窩技術l基本思想：基本思想： 處在不同空間位置（不同小區(qū)）相互不干擾的用戶可以同處在不同空間位置（不同小區(qū)）相互不干擾的用戶可以同時使用相同頻率的信道。時使用相同頻率的信道。l實現方式實現方式4/124/1

15、2復用復用方式方式 將將頻率分成頻率分成1212組，并輪流分配到組，并輪流分配到4 4個站點（個站點（A A、B B、C C、D D），每個站點可用），每個站點可用3 3個頻率組個頻率組。3/93/9頻率復用方式頻率復用方式 頻率復用技術頻率復用技術4/12頻率復用方式頻率復用方式l問題提出問題提出 當蜂窩移動通信系統服務區(qū)內的部分地區(qū)業(yè)務量增加時，當蜂窩移動通信系統服務區(qū)內的部分地區(qū)業(yè)務量增加時，分配給該部分小區(qū)的信道數量將不足以支持所要求的用戶分配給該部分小區(qū)的信道數量將不足以支持所要求的用戶數。數。 可采用小區(qū)分裂的辦法來增加信道數，以滿足系統增加可采用小區(qū)分裂的辦法來增加信道數，以滿足

16、系統增加容量的要求。容量的要求。l小區(qū)分裂概念小區(qū)分裂概念 將某小區(qū)劃分為半徑更小的新小區(qū)，分裂后的每個新小區(qū)將某小區(qū)劃分為半徑更小的新小區(qū)，分裂后的每個新小區(qū)都有自己的基站，并相應地減低天線高度和減小發(fā)射機功都有自己的基站，并相應地減低天線高度和減小發(fā)射機功率。率。l目的目的 使得單位面積內的信道數目增加，從而增加系統容量。使得單位面積內的信道數目增加，從而增加系統容量。小區(qū)分裂技術小區(qū)分裂技術小區(qū)分裂技術小區(qū)分裂技術l基本基本概念概念l蜂窩蜂窩移動通信系統概述移動通信系統概述GSMGSM3G3GLTELTE4G4Gl蜂窩移動通信系統關鍵技術蜂窩移動通信系統關鍵技術MIMOMIMO、OFDM

17、OFDM、協作通信技術、認知無線電技術、密集組網、協作通信技術、認知無線電技術、密集組網技術技術l無線局域網架構及關鍵技術無線局域網架構及關鍵技術課程內容課程內容GSM: Global System for Mobile Communicationsl數字蜂窩系統，屬于數字蜂窩系統，屬于2G2Gl采用時分多址（采用時分多址（TDMATDMA）l由歐洲通信標準化委員會（由歐洲通信標準化委員會（ETSI ETSI ）制定。）制定。 ETSI：European Telecommunications Standards Institute第二章第二章 GSM數字蜂窩移動通信系統數字蜂窩移動通信系統 l

18、 移動臺：移動臺： MS: MS: Mobile StationMobile Stationl 基基站子系統站子系統 BSSBSS：Base Station Base Station SubsystemSubsysteml 網絡網絡子系統子系統 NSS NSS：Network Switching Network Switching SubsystemSubsysteml 操作操作維護中心維護中心 OMC OMC：Operation and Maintenance Operation and Maintenance CenterCenterGSM系統架構系統架構 MS: Mobile Stati

19、on，移動臺，移動臺 BTS: Base Transceiver Station，基站收發(fā)信臺，基站收發(fā)信臺 BSC: Base Station Controller，基站控制器，基站控制器GSM系統架構系統架構MSC：Mobile Switching Centre，移動交換中心，移動交換中心VLR：Visitor Location Register，訪問用戶位置寄存器，訪問用戶位置寄存器HLR： Home Location Register，歸屬用戶位置寄存器，歸屬用戶位置寄存器AUC ：Authentication Center，鑒權中心，鑒權中心EIR：Equipment Identit

20、y Register，移動設備識別寄存器，移動設備識別寄存器GSM系統架構系統架構 l 移動臺：移動臺：MSMSl 基基站子系統站子系統 BSSBSS：Base Station Base Station SubsystemSubsysteml 網絡網絡子系統子系統 NSS NSS：Network Switching Network Switching SubsystemSubsysteml 操作操作維護中心維護中心 OMC OMC：Operation and Maintenance Operation and Maintenance CenterCenterGSM系統架構系統架構l 由由SIM

21、SIM卡與機身設備組成?？ㄅc機身設備組成。l SIMSIM：Subscriber Subscriber Identity Identity ModuleModule客戶客戶識別模塊識別模塊 SIMSIM卡存儲所有與用戶有關的信息，包括鑒權和加卡存儲所有與用戶有關的信息，包括鑒權和加密信息。密信息。l GSMGSM系統通過系統通過SIMSIM卡來識別移動電話用戶?？▉碜R別移動電話用戶。 移動臺移動臺 BSS由基站收發(fā)信臺（由基站收發(fā)信臺（BTS）和基站控制器）和基站控制器（BSC）組成。）組成。BTS （Base Transceiver Station） ：基站子系統：基站子系統的無線部分的無線

22、部分 功能：實現功能：實現BSS與與MS之間通過空中接口的無線傳之間通過空中接口的無線傳輸。輸。BTS由基站控制器（由基站控制器（BSC）控制）控制BSC（ Base Station Controller ）：基站子系統：基站子系統的控制部分。的控制部分。 功能：對功能：對BTS進行控制、管理，包括無線信道的進行控制、管理，包括無線信道的分配、釋放和越區(qū)切換管理，提供分配、釋放和越區(qū)切換管理，提供MS與網絡子與網絡子系統（系統（NSS）之間的接口管理。）之間的接口管理?；咀酉到y（基站子系統（BSS）l組成部分：組成部分：移動交換中心（移動交換中心（MSCMSC，Mobile Switchin

23、g CentreMobile Switching Centre）歸屬用戶位置歸屬用戶位置寄存器寄存器(HLR(HLR：Home Home Location Location Register)Register)訪問用戶位置訪問用戶位置寄存器寄存器(VLR(VLR：Visitor Location Visitor Location Register)Register)鑒權中心（鑒權中心（AUCAUC：Authentication Center)Authentication Center)移動設備識別寄存器（移動設備識別寄存器（EIREIR：Equipment Identity Register

24、Equipment Identity Register ）l功能功能 用戶數據存儲、交換、用戶移動性管理、安全性管理所需的用戶數據存儲、交換、用戶移動性管理、安全性管理所需的數據庫功能等。數據庫功能等。網絡子系統（網絡子系統（NSS）l移動移動交換中心（交換中心（MSCMSC） MSC負責協調、控制網絡中的各功能實體。負責協調、控制網絡中的各功能實體。 l歸屬歸屬用戶位置寄存器（用戶位置寄存器（HLRHLR）存儲其控制的所有注冊移動用戶的靜態(tài)數據：存儲其控制的所有注冊移動用戶的靜態(tài)數據： 移動用戶識別號碼、訪問能力、漫游能力、用戶類別和移動用戶識別號碼、訪問能力、漫游能力、用戶類別和補充業(yè)務等

25、數據。補充業(yè)務等數據。存儲移動用戶漫游所在的存儲移動用戶漫游所在的MSC區(qū)域相關動態(tài)信息數據。區(qū)域相關動態(tài)信息數據。網絡子系統（網絡子系統（NSS）l 訪問訪問用戶位置寄存器（用戶位置寄存器（VLRVLR）VLR從移動用戶的從移動用戶的HLR處獲取并存儲處獲取并存儲數據數據存儲存儲進入其控制區(qū)域內已注冊的移動用戶相關信息，并為進入其控制區(qū)域內已注冊的移動用戶相關信息，并為用戶提供建立呼叫的必要條件。用戶提供建立呼叫的必要條件。一旦一旦移動用戶離開某移動用戶離開某VLR的控制區(qū)域，則重新在另一個的控制區(qū)域，則重新在另一個VLR登記，原登記，原VLR將取消臨時記錄的該移動用戶數據將取消臨時記錄的該

26、移動用戶數據。VLR為動態(tài)用戶數據庫，通常為動態(tài)用戶數據庫，通常VLR和和MSC在同一物理實在同一物理實體。體。 網絡子系統（網絡子系統（NSS）l鑒權中心（鑒權中心（AUCAUC：Authentication Authentication Center Center ）負責管理和提供用戶合法性和安全性的保密數據，從而實現負責管理和提供用戶合法性和安全性的保密數據，從而實現用戶鑒權，保護空中接口，防止非法用戶的假冒。用戶鑒權，保護空中接口，防止非法用戶的假冒。AUC根據根據HLR的請求，產生用戶專用的一組鑒權參數，并由的請求，產生用戶專用的一組鑒權參數，并由HLR傳給傳給VLR。l移動移動設備

27、識別寄存器（設備識別寄存器（EIREIR：Equipment Identity Equipment Identity RegisterRegister） 存儲移動設備的國際移動設備識別碼（存儲移動設備的國際移動設備識別碼（IMEI）。）。 IMEI是分配給用戶手機終端的標識，即通常所說的手機是分配給用戶手機終端的標識，即通常所說的手機序列號，存儲在手機的序列號，存儲在手機的EEPROM（俗稱碼片）里。（俗稱碼片）里。 每臺手機在組裝完成后都將被賦予一個全球唯一的一組號每臺手機在組裝完成后都將被賦予一個全球唯一的一組號碼，正常情況下，只有擁有碼，正常情況下，只有擁有IMEI號碼的手機才能夠通信。

28、號碼的手機才能夠通信。網絡子系統（網絡子系統（NSS）IMEI可以用來監(jiān)控被竊或無效的移動設備。可以用來監(jiān)控被竊或無效的移動設備。例如：在一部手機具備一個例如：在一部手機具備一個IMEI號碼的情況下，如果某個號碼的情況下，如果某個用戶存在違法行為，警方可通過手機的用戶存在違法行為，警方可通過手機的IMEI號碼找到通話號碼找到通話者。者。此外，如果用戶的手機被盜，運營商還可以通過此外，如果用戶的手機被盜，運營商還可以通過IMEI號碼號碼禁用被盜手機。禁用被盜手機。 目前都把目前都把HLR、AUC和和EIR三個設備合并在一起，處于同三個設備合并在一起，處于同一物理實體。一物理實體。特性特性900M

29、Hz1800MHz頻率范圍頻率范圍上行頻段：上行頻段：885 MHz915MHz下行頻段：下行頻段：935 MHz960MHz上行頻段：上行頻段：1710 MHz1785MH下行頻段：下行頻段：1805MHz1880MHz頻帶寬度頻帶寬度25MHz75MHz雙工間隔雙工間隔45MHz95MHz信道帶寬信道帶寬200KHz200KHz頻道序號頻道序號n 1124（共（共124個頻點）個頻點）512885（共（共374個頻點）個頻點）GSM頻率配置頻率配置中國移動中國移動GSM900 上行上行/下行：下行：885-909/935-954GSM1800M 上行上行/下行：下行：1710-1725/1

30、805-1820中國聯通中國聯通GSM900 上行上行/下行：下行：909-915/954-960GSM1800 上行上行/下行：下行：1745-1755/18401850 （1）移動用戶號碼（即用戶的手機號），組成如）移動用戶號碼（即用戶的手機號），組成如下：下：CC： Country Code 國家碼，如中國為國家碼，如中國為86。NDC：National Destination Code 國內接入號。國內接入號。SN ：Subscriber Number 移動用戶號。移動用戶號。 CCNDCSNGSM網的編號計劃網的編號計劃lNDC(NDC(國內接入號，國內接入號，1-31-3位位):)

31、:中國移動中國移動:134-139，150-152，157-159.中國聯通中國聯通:130-132，153，155，156。lSNSN（移動用戶號，（移動用戶號，4-114-11位）位）: :HLR識別碼（第識別碼（第4-第第7位），地區(qū)編碼，由運營商統一分配。位），地區(qū)編碼，由運營商統一分配。移動用戶號（第移動用戶號（第8-第第11位），由各位），由各HLR自行分配。自行分配。號碼舉例：號碼舉例：861390477000186：中國：中國139：中國移動：中國移動0477：內蒙古移動：內蒙古移動 全球通卡全球通卡 0001：用戶號。：用戶號。（2）國際移動用戶識別碼（）國際移動用戶識別碼（

32、IMSI：International Mobile Subscriber Identity）作用：是區(qū)別移動用戶的標志，儲存在作用：是區(qū)別移動用戶的標志，儲存在SIM卡中?？ㄖ?。組成：組成： MCC： Mobile Country Code，移動國家碼，三位數字，如中國為，移動國家碼，三位數字，如中國為460。MNC： Mobile Network Code，移動網號，兩位數字，如中國移動的，移動網號，兩位數字，如中國移動的移動網號為移動網號為00，中國聯通的移動網號為，中國聯通的移動網號為01。MSIN： Mobile Subscriber Identification Number，在某一

33、，在某一PLMN內內MS唯一的識別碼。唯一的識別碼。 IMSI最多包含最多包含15個（個（09）的數字。）的數字。 典型的典型的IMSI舉例：舉例：460-00-4777770001。 IMSI與手機號碼存在綁定關系，在與手機號碼存在綁定關系，在HLR內定義。內定義。MCCMNCMSIN（3）移動用戶漫游號碼）移動用戶漫游號碼MSRN與切換號碼與切換號碼HON 漫游號碼漫游號碼MSRN：Mobile Subscriber Roaming-Number 切換號碼切換號碼HON：Handover-Number（4）臨時移動用戶識別碼）臨時移動用戶識別碼TMSI (Temporary Mobile

34、Subscriber Identity) TMSI是為了加強系統的保密性而在是為了加強系統的保密性而在VLR內分配的臨時用戶內分配的臨時用戶識別。識別。 在某一在某一VLR區(qū)域內，區(qū)域內，TMSI與與IMSI唯一對應。唯一對應。（5）位置區(qū)識別碼（）位置區(qū)識別碼（LAI：Location Area Identification） LAI用于移動用戶的位置更新。用于移動用戶的位置更新。（6）全球小區(qū)識別（）全球小區(qū)識別（CGI：Cell Global Identification） CGI是所有是所有GSM中小區(qū)的唯一標識，它由位置區(qū)識別中小區(qū)的唯一標識，它由位置區(qū)識別LAI加上小區(qū)識別加上小區(qū)

35、識別CI構成。即構成。即CGI=LAI+CI。（7）基站識別碼（）基站識別碼（BSIC：Base Station Identity Code） 基站識別碼（基站識別碼（BSIC）用于識別相鄰的、采用相同載頻）用于識別相鄰的、采用相同載頻的、不同基站收發(fā)信臺（的、不同基站收發(fā)信臺（BTS）。）。 l 移動移動性管理的目的性管理的目的 確定確定MS當前位置，實現當前位置，實現MS與網絡聯系的最佳狀與網絡聯系的最佳狀態(tài)。態(tài)。l移動性移動性管理分類（管理分類（根據根據MS當前狀態(tài)）當前狀態(tài)）漫游管理：針對空閑模式用戶漫游管理：針對空閑模式用戶切換管理：針對正在通信的用戶切換管理：針對正在通信的用戶GS

36、M系統的移動性管理系統的移動性管理問題問題： 處于處于空閑模式的空閑模式的MS如何確定其位置？如何確定其位置？漫游漫游： 空閑空閑模式用戶改變與小區(qū)和網絡聯系的狀態(tài)。模式用戶改變與小區(qū)和網絡聯系的狀態(tài)。位置更新概念位置更新概念： 在在漫游期間改變位置區(qū)，以及與新的位置區(qū)的確認漫游期間改變位置區(qū)，以及與新的位置區(qū)的確認過程。過程。位置位置更新主要內容：更新主要內容： 常規(guī)位置更新常規(guī)位置更新 IMSI分離分離/附著附著 周期性位置登記周期性位置登記GSM系統的移動性管理系統的移動性管理l漫游管理漫游管理l 常規(guī)常規(guī)位置更新位置更新 指移動臺從一個位置區(qū)移動到另一位置區(qū)時進行的位置更指移動臺從一個

37、位置區(qū)移動到另一位置區(qū)時進行的位置更新過程。新過程。 GSM系統各小區(qū)均通過系統消息向位于該小區(qū)內的所有移系統各小區(qū)均通過系統消息向位于該小區(qū)內的所有移動用戶發(fā)送該小區(qū)所屬的位置區(qū)識別碼（動用戶發(fā)送該小區(qū)所屬的位置區(qū)識別碼（LAI） 移動臺收到該小區(qū)的移動臺收到該小區(qū)的LAI消息并與其消息并與其SIM卡中存儲的卡中存儲的LAI進進行比較。行比較。 如果兩個如果兩個LAI相同，則表示移動臺無需進行位置更新；當移相同，則表示移動臺無需進行位置更新；當移動臺發(fā)現兩個動臺發(fā)現兩個LAI不同時，說明移動臺已移動到新的位置區(qū)，不同時，說明移動臺已移動到新的位置區(qū)，此時移動臺向此時移動臺向MSC/VLR報告

38、其新的位置區(qū)信息，申請位置更報告其新的位置區(qū)信息，申請位置更新。新。 漫游管理漫游管理 MSC/VLR接收移動臺的位置更新請求后，更新接收移動臺的位置更新請求后，更新VLR中該移中該移動用戶當前所在位置區(qū)的信息。動用戶當前所在位置區(qū)的信息。 當出現對該移動用戶新的呼叫時，當出現對該移動用戶新的呼叫時，MSC/VLR可將該呼叫準可將該呼叫準確地傳遞到移動臺所在的新位置區(qū)，并在該位置區(qū)所屬的所有確地傳遞到移動臺所在的新位置區(qū)，并在該位置區(qū)所屬的所有小區(qū)基站發(fā)起尋呼。小區(qū)基站發(fā)起尋呼。 漫游管理漫游管理l 常規(guī)位置更新常規(guī)位置更新當移動臺關機或移除當移動臺關機或移除SIM卡時，移動臺向網絡發(fā)送卡時，

39、移動臺向網絡發(fā)送IMSI分離操作消息，分離操作消息，MSC/VLR收到該消息后對收到該消息后對VLR中的中的IMSI進行分離標記。進行分離標記。 目的：避免無效尋呼，提高系統接通率。目的：避免無效尋呼，提高系統接通率。 漫游管理漫游管理lIMSI分離分離/附著附著 IMSI分離：也稱為關機登記分離：也稱為關機登記 IMSI附著：也稱為開機登記附著：也稱為開機登記當移動臺重新開機后，若此時移動臺處于分離前相當移動臺重新開機后，若此時移動臺處于分離前相同的位置區(qū)，則將同的位置區(qū)，則將MSC/VLR中中VLR的的IMSI做附著做附著標記，可有效地向移動用戶傳遞尋呼消息；若位置標記，可有效地向移動用戶

40、傳遞尋呼消息；若位置區(qū)已變，則需進行新的常規(guī)位置更新。區(qū)已變，則需進行新的常規(guī)位置更新。 移動臺關機發(fā)送移動臺關機發(fā)送“IMSI分離分離”的消息時，若因無線信令的消息時，若因無線信令鏈路質量不好，鏈路質量不好，MSC/VLR無法正確收到無法正確收到“IMSI分離分離”消消息，系統仍會認為息，系統仍會認為“IMSI附著附著” ，或者由于用戶移動到，或者由于用戶移動到無線覆蓋不良的地區(qū)，系統可能無法對用戶進行有效的尋無線覆蓋不良的地區(qū)，系統可能無法對用戶進行有效的尋呼。呼。 系統可通過廣播消息通知移動臺按系統消息中指定的時系統可通過廣播消息通知移動臺按系統消息中指定的時間周期進行定期登記，例如要求

41、移動臺間周期進行定期登記，例如要求移動臺30分鐘周期性登記分鐘周期性登記一次，若系統收不到周期登記信息，一次，若系統收不到周期登記信息，MSC/VLR即給移動即給移動臺做臺做“IMSI分離分離”標記。標記。 漫游管理漫游管理l周期性位置登記周期性位置登記l切換概念，也稱越切換概念，也稱越區(qū)切換區(qū)切換 在移動臺通話過程中，不中斷通話而進入新的服務小區(qū)并由在移動臺通話過程中，不中斷通話而進入新的服務小區(qū)并由之提供服務的過程稱為切換。之提供服務的過程稱為切換。l 切換依據切換依據 信號強度、信號強度、BSS負荷調整、來自負荷調整、來自OMC的請求等。的請求等。 切換管理切換管理 越區(qū)切換分類越區(qū)切換

42、分類分類依據：分類依據：建立新連接與中斷舊連接先后順序建立新連接與中斷舊連接先后順序l硬切換：硬切換：在新的連接建立前，先中斷舊的連接，如在新的連接建立前，先中斷舊的連接，如GSM系統。系統。l軟切換：軟切換：指既維持舊的連接，又同時建立新的連接；在指既維持舊的連接，又同時建立新的連接；在新的連接建立之后，中斷舊的連接，如新的連接建立之后，中斷舊的連接，如CDMA系統。系統。 越區(qū)切換分類越區(qū)切換分類分類依據：分類依據：切換前后小區(qū)關系切換前后小區(qū)關系l同一移動交換中心（同一移動交換中心（MSCMSC）內的越區(qū)切換）內的越區(qū)切換同一同一BSCBSC內的切換內的切換不同不同BTSBTS之間的切換

43、之間的切換同一同一BTSBTS內不同扇區(qū)之間的切換內不同扇區(qū)之間的切換不同不同BSCBSC之間的切換之間的切換l不同移動交換中心（不同移動交換中心（MSCMSC）之間的越區(qū)切換）之間的越區(qū)切換l切換切換準則：切換觸發(fā)機制準則：切換觸發(fā)機制 是否是否需執(zhí)行需執(zhí)行切換，何時執(zhí)行切換切換，何時執(zhí)行切換l切換目標小區(qū)選擇及資源分配切換目標小區(qū)選擇及資源分配 切換目標小區(qū)選擇切換目標小區(qū)選擇 多多因素綜合考慮：信道傳輸質量、因素綜合考慮：信道傳輸質量、小區(qū)資源（負載）、小區(qū)資源（負載）、業(yè)務需求、用戶移動速率、通信費用等業(yè)務需求、用戶移動速率、通信費用等。資源分配：資源預留機制資源分配：資源預留機制l切

44、換實現切換實現 如何實現切換？切換流程如何實現切換？切換流程 切換相關研究切換相關研究 切換策略的目標切換策略的目標 l切換次數低，切換中斷概率低切換次數低，切換中斷概率低l切換時延小切換時延小l對新呼叫阻塞影響小（呼叫阻塞率）對新呼叫阻塞影響?。ê艚凶枞剩﹍小區(qū)間負載均衡小區(qū)間負載均衡l用戶業(yè)務性能提升用戶業(yè)務性能提升 越區(qū)切換準則越區(qū)切換準則 l決定何時需要進行越區(qū)切換決定何時需要進行越區(qū)切換l通常根據移動臺處接收的平均信號強度，或信噪比、通常根據移動臺處接收的平均信號強度，或信噪比、信干比、誤比特率等參數。信干比、誤比特率等參數。 越區(qū)切換準則越區(qū)切換準則 l相對信號強度準則相對信號強

45、度準則原理：原理：在任何時間都選擇具有最強接收信號的基站，如在任何時間都選擇具有最強接收信號的基站，如A點。點。若若，則選擇小區(qū)，則選擇小區(qū)1若若，則從小區(qū)，則從小區(qū)1切換至小區(qū)切換至小區(qū)2缺點：缺點：在原基站信號強度仍滿足要求的情況下，會引發(fā)過在原基站信號強度仍滿足要求的情況下，會引發(fā)過多不必要的越區(qū)切換，特別在衰落信道下。多不必要的越區(qū)切換，特別在衰落信道下。 越區(qū)切換的準則越區(qū)切換的準則 越區(qū)切換準則越區(qū)切換準則 l具有門限規(guī)定的相對信號強度準則具有門限規(guī)定的相對信號強度準則 實現：實現： （1 1）移動用戶在當前基站的信號足夠弱（低于某一門）移動用戶在當前基站的信號足夠弱（低于某一門限

46、），即：限），即： （2 2）新基站的信號強于本基站的信號，即：）新基站的信號強于本基站的信號，即： 僅當僅當（1 1）和（）和（2 2）同時滿足）同時滿足，才，才從小區(qū)從小區(qū)1切換至小區(qū)切換至小區(qū)2。 圖中，門限圖中，門限Th2Th2，B B點切換。點切換。難點難點選擇門限為關鍵。若門限過低，如選擇門限為關鍵。若門限過低，如Th3Th3，可能導致信號中斷。，可能導致信號中斷。 越區(qū)切換的準則越區(qū)切換的準則 越區(qū)切換準則越區(qū)切換準則 l具有滯后余量的相對信號強度準則具有滯后余量的相對信號強度準則 原理：原理： 僅允許移動用戶在新基站的信號強度比原基站信僅允許移動用戶在新基站的信號強度比原基站信

47、號強很多（即大于滯后余量）的情況下切換。號強很多（即大于滯后余量）的情況下切換。 若若 ，則從小區(qū)，則從小區(qū)1 1切換至小區(qū)切換至小區(qū)2 2 C C點，點，h h為滯后余量。為滯后余量。l結合門限和滯后余量的相對信號強度準則結合門限和滯后余量的相對信號強度準則 同時滿足：同時滿足： 及及 越區(qū)切換準則越區(qū)切換準則 接收信號強度測量接收信號強度測量 由于信號有衰落，需取窗口，可對一段由于信號有衰落，需取窗口，可對一段時間內的信號求平均值。時間內的信號求平均值。窗口寬度越大，測量越準確，平均后方窗口寬度越大，測量越準確，平均后方差越小，但時延越大，掉話可能性越大。差越小，但時延越大，掉話可能性越大

48、。 越區(qū)切換控制越區(qū)切換控制 l控制方式主要包括三類：控制方式主要包括三類： 移動臺控制的越區(qū)切換移動臺控制的越區(qū)切換 網絡控制的越區(qū)切換網絡控制的越區(qū)切換移動臺輔助網絡控制的越區(qū)切換移動臺輔助網絡控制的越區(qū)切換移動臺控制的越區(qū)切換移動臺控制的越區(qū)切換 l實現：實現：移動臺連續(xù)監(jiān)測當前基站和幾個越區(qū)時的候選基站的移動臺連續(xù)監(jiān)測當前基站和幾個越區(qū)時的候選基站的信號強度和質量。信號強度和質量。當滿足某種越區(qū)切換準則后，移動臺選擇具有可用業(yè)當滿足某種越區(qū)切換準則后，移動臺選擇具有可用業(yè)務信道的最佳候選基站，并發(fā)送越區(qū)切換請求。務信道的最佳候選基站，并發(fā)送越區(qū)切換請求。l應用：應用：DECT等小系統采

49、用，在大系統中容易引起切換沖突。等小系統采用，在大系統中容易引起切換沖突。DECT：數字增強無繩通信系統（：數字增強無繩通信系統（Digital Enhanced Cordless Telecommunications)網絡控制的越區(qū)切換網絡控制的越區(qū)切換l實現：實現：基站監(jiān)測來自移動臺的信號強度和質量；基站監(jiān)測來自移動臺的信號強度和質量；當信號低于某個門限后，網絡安排用戶向另一個基站當信號低于某個門限后，網絡安排用戶向另一個基站的越區(qū)切換。的越區(qū)切換。l缺點：缺點：切換時間長，切換中斷率較高。切換時間長，切換中斷率較高。l應用：應用：第一代模擬系統采用此方法第一代模擬系統采用此方法切換時間長

50、，可達切換時間長，可達10s。 移動臺輔助網絡控制的越區(qū)切換移動臺輔助網絡控制的越區(qū)切換l實現：實現：（1 1）網絡要求移動臺測量其周圍基站的信號）網絡要求移動臺測量其周圍基站的信號并把結果報告給舊基站并把結果報告給舊基站（2 2）網絡根據測試結果決定何時進行越區(qū)切）網絡根據測試結果決定何時進行越區(qū)切換以及切換到哪一個基站。換以及切換到哪一個基站。l應用：應用：第二代系統第二代系統GSMGSM、3G3G、4G4G均采用此方法。均采用此方法。l特點：特點：時間快，切換過程時間快，切換過程1s-2s 1s-2s ，信號中斷，信號中斷1s1s。 l切換切換過程：過程：舊舊BSC將切換請求及切換目的小

51、區(qū)標識一起發(fā)給將切換請求及切換目的小區(qū)標識一起發(fā)給MSC。MSC判斷目標判斷目標BTS的的BSC，并向新，并向新BSC發(fā)送切換請求。發(fā)送切換請求。新新BSC預訂目標預訂目標BTS一個業(yè)務信道。一個業(yè)務信道。新新BSC將包含頻率、時隙及發(fā)射功率的參數通過將包含頻率、時隙及發(fā)射功率的參數通過MSC、舊、舊BSC和舊和舊BTS傳到傳到MS。MS在新頻率上發(fā)送接入突發(fā)脈沖。在新頻率上發(fā)送接入突發(fā)脈沖。新新BTS收到此脈沖后，回送信息至收到此脈沖后，回送信息至MS。MS發(fā)送切換成功信息，該消息通過新發(fā)送切換成功信息，該消息通過新BSC傳至傳至MSC。MSC命令舊命令舊BSC釋放業(yè)務信道。釋放業(yè)務信道。舊

52、舊BSC轉發(fā)轉發(fā)MSC命令至舊命令至舊BTS并執(zhí)行信道釋放。并執(zhí)行信道釋放。 切換管理切換管理 由相同由相同MSC、不同、不同BSC控制的小區(qū)間的切換控制的小區(qū)間的切換 切換管理切換管理lGSM所提供用戶業(yè)務：所提供用戶業(yè)務：電話電話業(yè)務業(yè)務移動數據業(yè)務（包括傳真移動數據業(yè)務（包括傳真、網頁瀏覽等）、短、網頁瀏覽等）、短信息業(yè)務等。信息業(yè)務等。 GSM系統的通信管理系統的通信管理GSM網絡如何實現通信？網絡如何實現通信？GSM網絡中，每個網絡中，每個MSC/VLR、HLR等均有一個自己等均有一個自己的的ID如中國移動網絡，如中國移動網絡，HLR ID一般為一個普通的手機號一般為一個普通的手機號

53、碼格式，如碼格式，如8613901000001。MSC/VLR ID一般為一個一般為一個8位手機號碼的格式，如位手機號碼的格式，如8613443562。GSM通話建立流程（通話建立流程（1） （1）主叫）主叫MS撥被叫號，通過空中接口向基站撥被叫號，通過空中接口向基站BSS請請求隨機接入信道，隨后與求隨機接入信道，隨后與MSC/VLR建立信令連接。建立信令連接。（2）主叫）主叫MSC根據被叫號碼找到被叫根據被叫號碼找到被叫HLR；（3）被叫）被叫HLR向被叫當前所在向被叫當前所在MSC/VLR請求漫游請求漫游號碼號碼（4）被叫所在）被叫所在MSC/VLR給被叫給被叫MS分配一個漫游號分配一個漫

54、游號碼 ： 通 常 為 以碼 ： 通 常 為 以 V L R I D 開 頭 的 手 機 號 碼 ， 如開 頭 的 手 機 號 碼 ， 如8613443562 999。（5）被叫）被叫HLR將此號碼回復給主叫將此號碼回復給主叫MSC。（6）主叫）主叫MSC根據該漫游號碼找到被叫根據該漫游號碼找到被叫MSC，建，建立通話，并向被叫用戶振鈴。立通話，并向被叫用戶振鈴。（7）主叫）主叫MSC經基站向主叫經基站向主叫MS回送呼叫證實信號?；厮秃艚凶C實信號。（8） 被叫摘機應答。被叫摘機應答。（9）主叫）主叫BSS向向MS發(fā)應答（連接）信號，發(fā)應答（連接）信號， 進入通進入通話階段。話階段。 GSM系統

55、的通信管理（系統的通信管理（2） 固話連接示意圖固話連接示意圖 GSM系統語音通信連接建立系統語音通信連接建立 分組交換概述分組交換概述l分組生成分組生成數據被分成一定數據被分成一定長度長度的的數據數據包（分組）包（分組）每個包中包括一個分組頭（其中的地址標志指明該分每個包中包括一個分組頭（其中的地址標志指明該分組發(fā)往何處）和用戶數據。組發(fā)往何處）和用戶數據。l分組傳輸分組傳輸/轉發(fā)轉發(fā)分組分組到達到達路由器路由器時，根據分組頭中的信息（如目的地時，根據分組頭中的信息（如目的地址），尋找一個可用的址），尋找一個可用的信道信道資源將該資源將該分組分組報發(fā)送出去。報發(fā)送出去。l特點特點數據傳送數據

56、傳送之前不需要預先分配之前不需要預先分配信道信道，建立連接。，建立連接。數據的發(fā)送和接收方數據的發(fā)送和接收方與信道與信道之間沒有固定的占用關系之間沒有固定的占用關系信道資源可以看作是由所有用戶共享使用信道資源可以看作是由所有用戶共享使用，可，可更好地更好地利用信道資源。利用信道資源。 分組交換原理圖分組交換原理圖lGPRS的概念的概念 GPRS：“通用分組無線業(yè)務通用分組無線業(yè)務”General Packet Radio Service 在在GSM網絡上增加硬件設備和軟件升級，形成一網絡上增加硬件設備和軟件升級，形成一個新的網絡邏輯實體。個新的網絡邏輯實體。 GPRS技術技術lGPRS的特點的

57、特點（1）GPRS的目的：提供較高速率的分組數據業(yè)務。的目的：提供較高速率的分組數據業(yè)務。 GPRS是是GSM向向3G系統演進的重要步驟，故稱為系統演進的重要步驟，故稱為“2.5代技代技術術”。（2）GPRS采用分組交換方式，實際傳送或接收數據時才占用采用分組交換方式，實際傳送或接收數據時才占用無線資源。無線資源。 可按需分配業(yè)務信道；實現多時隙捆綁，提高信道利用率和可按需分配業(yè)務信道；實現多時隙捆綁，提高信道利用率和傳輸速率。傳輸速率。（3）根據用戶傳輸的數據量計費。）根據用戶傳輸的數據量計費。（4）數據傳輸與話音傳輸可同時進行或切換進行的優(yōu)勢。）數據傳輸與話音傳輸可同時進行或切換進行的優(yōu)勢

58、。 GPRS技術技術GPRSGPRS在在GSMGSM網絡中引入三種邏輯網絡實體：網絡中引入三種邏輯網絡實體： 服務服務GPRSGPRS支持節(jié)點（支持節(jié)點（SGSNSGSN，Serving GPRS Serving GPRS Support Node Support Node ） 網關支持節(jié)點（網關支持節(jié)點（GGSNGGSN，Gateway GPRS Support Gateway GPRS Support Node Node ） 分組控制單元（分組控制單元（PCUPCU，Packet Control UnitPacket Control Unit） GPRS網絡結構網絡結構 GSM網絡結構網絡

59、結構 GSM網絡結構網絡結構 GPRS網絡結構網絡結構l接口及功能接口及功能通過通過GbGb接口與接口與BSCBSC連接，或通過連接，或通過Iu-PSIu-PS接口接口與與UTRANUTRAN網網絡絡RNCRNC連接，進行移動數據的管理，如用戶身份識別，連接，進行移動數據的管理，如用戶身份識別，加密，壓縮等功能加密，壓縮等功能；通過通過GrGr接口與接口與HLRHLR相連，進行用戶數據庫的訪問及接入相連，進行用戶數據庫的訪問及接入控制；控制；通過通過GsGs接口接口與與MSCMSC連接以支持數據業(yè)務和電路業(yè)務的協連接以支持數據業(yè)務和電路業(yè)務的協同工作（節(jié)省空口信令）同工作（節(jié)省空口信令）；通過

60、通過GdGd接口接口與與SMS-GMSCSMS-GMSC連接以支持通過連接以支持通過SGSNSGSN進行短信進行短信收發(fā)等功能收發(fā)等功能；通過通過GnGn接口與接口與GGSNGGSN，以及同一，以及同一PLMNPLMN的的SGSNSGSN相連，提供相連，提供IPIP數據包到無線單元之間的傳輸通路和協議變換等功數據包到無線單元之間的傳輸通路和協議變換等功能能。 SGSN（服務服務GPRSGPRS支持節(jié)點）支持節(jié)點） SGSN功能（功能（1 1）l用戶數據管理：用戶數據管理： SGSN與與HLR網元相連接，進行用戶數據庫的訪問及用戶網元相連接，進行用戶數據庫的訪問及用戶接入控制。接入控制。l移動性