移動(dòng)通信課件：11次課 第07章 GSM-1

1、7-1數(shù)字移動(dòng)通信Digital Mobile CommunicationBTS總體方案設(shè)計(jì)報(bào)告Digital Mobile Communication數(shù)字移動(dòng)通信7-2數(shù)字移動(dòng)通信第七章GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)引言移動(dòng)通信理論知識 -具體的商業(yè)移動(dòng)通信系統(tǒng) 僅僅考慮如何有效的構(gòu)架一個(gè)通信系統(tǒng)是不夠的，除了要考慮它的有效性以外，還要考慮它的商業(yè)應(yīng)用。7-3 商業(yè)的蜂窩通信系統(tǒng)需要在原有移動(dòng)通信系統(tǒng)上添加許多東西，以進(jìn)行復(fù)雜的控制與管理和資源調(diào)度。本章學(xué)習(xí)的內(nèi)容GSM系統(tǒng)發(fā)展的歷史背景功能實(shí)體劃分：分層管理，更有效率編號計(jì)劃：尋址、查找方便物理層設(shè)計(jì)：如何方便提供服務(wù)運(yùn)作7-47-5這一節(jié)需要學(xué)習(xí)的內(nèi)

2、容GSM系統(tǒng)發(fā)展的歷史背景？GSM網(wǎng)絡(luò)組成和接口？GSM編號計(jì)劃？一、GSM發(fā)展的歷史背景蜂窩系統(tǒng)的概念和理論早在20世紀(jì)60年代就由美國貝爾實(shí)驗(yàn)室提出來了，但是由于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，尤其是實(shí)現(xiàn)移動(dòng)臺的控制，直到70年代隨著半導(dǎo)體技術(shù)的成熟，大規(guī)模集成電路器件和微處理器技術(shù)的發(fā)展以及表面貼裝工藝的廣泛應(yīng)用，才為蜂窩移動(dòng)通信的實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。直到1979年美國在芝加哥開通了第一個(gè)AMPS（先進(jìn)的移動(dòng)電話業(yè)務(wù)）模擬蜂窩系統(tǒng)。7-6一、GSM發(fā)展的歷史背景1G模擬系統(tǒng)有4大缺點(diǎn)各系統(tǒng)間沒有公共接口，無法漫游很難開展數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)頻譜利用率低，無法適應(yīng)大容量的需求安全保密性差，易被竊聽，易做“假機(jī)”7

3、-7一、GSM發(fā)展的歷史背景2G數(shù)字系統(tǒng)的4大目標(biāo)采用數(shù)字調(diào)制，提高頻譜效率解決漫游問題，實(shí)現(xiàn)“全球通”數(shù)字加密、鑒權(quán)，提高安全性SIM卡技術(shù)，實(shí)現(xiàn)終端機(jī)卡分離7-8一、GSM發(fā)展的歷史背景GSM歐洲電信管理部門（CEPT）主推，并最終成為國際標(biāo)準(zhǔn)的第一個(gè)數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)。 （TDMA）IS-95由Qualcomm公司設(shè)計(jì)，由美國TIA推出的第一個(gè)窄帶CDMA標(biāo)準(zhǔn)，也成為國際標(biāo)準(zhǔn)。（CDMA）7-9典型的2G系統(tǒng)一、GSM發(fā)展的歷史背景PDC日本推出的國家標(biāo)準(zhǔn)，并在其本土成功應(yīng)用的窄帶數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)。（TDMA）D-AMPS美國TIA推出的窄帶TDMA數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)，也稱IS-

4、54規(guī)范。北美地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)。（TDMA）7-10典型的2G系統(tǒng)一、GSM發(fā)展的歷史背景GSM的含義（歐洲）移動(dòng)通信特別小組（Group Special Mobile），簡稱GSM全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（Global System for Mobile Communications ），簡稱GSM7-11一、GSM發(fā)展的歷史背景GSM系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范7-12編號內(nèi)容01概述02業(yè)務(wù)方面03網(wǎng)絡(luò)方面04MS-BS接口與協(xié)議05無線路徑上的物理層06話音編碼規(guī)范07MS的終端適配器08BS-MSC接口09網(wǎng)絡(luò)互通10業(yè)務(wù)互通11設(shè)備和型號認(rèn)可規(guī)范12操作和維護(hù)二、GSM網(wǎng)絡(luò)組成和接口7-13移動(dòng)臺(MS)基站(

5、BS)移動(dòng)交換中心(MSC) 問題：有層次才有效率，對于GSM網(wǎng)絡(luò)而言，需要?jiǎng)澐殖龈蛹?xì)致的功能實(shí)體。二、GSM網(wǎng)絡(luò)組成和接口網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的主要組成部分移動(dòng)臺（MS：Mobile Station ）基站子系統(tǒng)（BSS ：Base Station Subsystem）網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS： Network Switching Subsystem）7-14二、GSM網(wǎng)絡(luò)組成和接口7-15二、GSM網(wǎng)絡(luò)組成和接口1、移動(dòng)臺（）移動(dòng)用戶設(shè)備部分，分為移動(dòng)終端和用戶識別卡移動(dòng)終端就是“機(jī)”，完成話音編碼、信道編碼、信息加密、信息的調(diào)制和解調(diào)、信息的發(fā)射和接收等功能?？ň褪恰吧矸菘ā?，存有認(rèn)證用戶身份所需要的所

6、有信息，并能執(zhí)行一些與保密安全有關(guān)的重要信息，防止非法用戶接入網(wǎng)絡(luò)，卡還存有與網(wǎng)絡(luò)和用戶有關(guān)的管理數(shù)據(jù)，只有插入卡后才能接入網(wǎng)絡(luò)。7-16二、GSM網(wǎng)絡(luò)組成和接口卡產(chǎn)生的初衷：將用戶信息從手機(jī)中分離開來7-177-18SIM卡的作用 無線傳輸比固定傳輸更易被竊聽，如果不提供特別的保護(hù)措施，很容易被竊聽或被假冒一個(gè)注冊用戶。八十年代的模擬系統(tǒng)令用戶深受其害。因此，GSM首先引入了SIM卡技術(shù)，它通過鑒權(quán)來防止未授權(quán)的接入，這樣保護(hù)了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營者和用戶不被假冒的利益；通過對傳輸加密可以防止在無線信道上被竊聽，從而保護(hù)了用戶的隱私。二、GSM網(wǎng)絡(luò)組成和接口7-19SIM卡的特點(diǎn)1.客戶與設(shè)備分離； 2

7、.通信安全可靠； 3.成本低。SIM卡的壽命 SIM卡的平均壽命約為4年左右。 二、GSM網(wǎng)絡(luò)組成和接口二、GSM網(wǎng)絡(luò)組成和接口7-20二、GSM網(wǎng)絡(luò)組成和接口2、基站子系統(tǒng)考慮到無線資源的有效管理，將基站的收發(fā)信機(jī)的業(yè)務(wù)承載功能和控制功能分離開來，基站收發(fā)信機(jī)（BTS）和基站控制器（BSC）各司其職。無線傳輸：負(fù)責(zé)“采樣-量化-編碼-交織-調(diào)制-解調(diào)-去交織”這些經(jīng)典的無線通信工作業(yè)務(wù)控制：眼光要更宏觀一些，要著眼于資源的調(diào)度和管理以及BTS之間的協(xié)調(diào)BTS和BSC共同組成了基站子系統(tǒng)（BSS：Base Station Subsystem）7-21二、GSM網(wǎng)絡(luò)組成和接口7-22二、GSM網(wǎng)

8、絡(luò)組成和接口（1）移動(dòng)交換中心（MSC）首要任務(wù)是完成話音的接續(xù)，即交換功能7-23作為網(wǎng)絡(luò)的核心，配合其他功能實(shí)體完成移動(dòng)性管理和合法性檢驗(yàn)配合完成跨的切換提供面向系統(tǒng)其他功能實(shí)體和面向固定網(wǎng)的接口功能二、GSM網(wǎng)絡(luò)組成和接口（2）HLR與VLR為了方便用戶信息管理，需要有個(gè)數(shù)據(jù)庫存儲用戶資料（如位置信息，業(yè)務(wù)信息等等），這樣就有了寄存器?？紤]到漫游，為了方便提取用戶信息，不過多占用系統(tǒng)資源，寄存器又分為了原籍位置寄存器（HLR）和訪問位置寄存器（VLR）。當(dāng)用戶辦卡時(shí)，運(yùn)營商把用戶資料輸入HLR；當(dāng)用戶漫游到別的城市時(shí)，漫游地的VLR把用戶資料從HLR復(fù)制過來，用戶就可以繼續(xù)享有運(yùn)營商的服

9、務(wù)了。7-24二、GSM網(wǎng)絡(luò)組成和接口（3）EIR為了防止非法移動(dòng)臺的使用，需要有個(gè)數(shù)據(jù)庫來存儲有關(guān)移動(dòng)臺設(shè)備的參數(shù)，完成對移動(dòng)設(shè)備的識別、監(jiān)視、閉鎖等功能，這就是設(shè)備識別寄存器（EIR）。7-25二、GSM網(wǎng)絡(luò)組成和接口（4）AuC為了方便安全性管理，確定用戶的身份和對呼叫進(jìn)行加密，這樣就有了鑒權(quán)中心（AuC），由于是針對用戶的，所以它是屬于HLR的一個(gè)功能單元。7-26二、GSM網(wǎng)絡(luò)組成和接口（5）OMC為了方便對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理和監(jiān)控，又產(chǎn)生了操作維護(hù)中心（），通過它實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)內(nèi)各種部件功能的監(jiān)視、狀態(tài)報(bào)告、故障診斷等功能。7-27 網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng) 基站子系統(tǒng) 移動(dòng)臺 操作維護(hù)中心二、GSM網(wǎng)

10、絡(luò)組成和接口為了各廠家的設(shè)備可以通用，網(wǎng)絡(luò)中各組成部分的連接都必須嚴(yán)格地符合接口標(biāo)準(zhǔn)，采用同樣的分層協(xié)議。7-28二、GSM網(wǎng)絡(luò)組成和接口這里需要提到的是，規(guī)范中對接口的協(xié)議并沒有作詳細(xì)的規(guī)定，導(dǎo)致了不同廠家之間的和不能混用。有趣的“跑馬圈地”現(xiàn)象。全世界主流的設(shè)備商在運(yùn)營商一期、二期購買無線設(shè)備時(shí)采用的策略是類似的：低價(jià)搶地盤。目標(biāo)先追求最大的市場份額。一旦圈地完成，一個(gè)地市采用了某個(gè)設(shè)備商的和，其他廠家的基站就再也無法插足其中。前期圈地的成本可以通過后期的升級、擴(kuò)容、維保等長期收益來獲得。7-29二、GSM網(wǎng)絡(luò)組成和接口Abis接口的非開放特性，阻礙了產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。3GPP在制定WCDMA

11、標(biāo)準(zhǔn)時(shí)就注意了對Abis接口的開放。“免費(fèi)搬遷”策略。華為和中興崛起后實(shí)施的“免費(fèi)搬遷”策略，即免費(fèi)全網(wǎng)替換，不能從Abis接口入手分一杯羹，就直接一鍋端了?！懊赓M(fèi)搬遷”策略被多個(gè)新興設(shè)備商所采用。7-30三、GSM編碼計(jì)劃管理一個(gè)龐大的系統(tǒng)需要科學(xué)的方法，而對這個(gè)系統(tǒng)中的每一個(gè)元素都進(jìn)行編號管理就是方法之一。GSM網(wǎng)絡(luò)是非常復(fù)雜的，為了將一個(gè)呼叫接至某個(gè)移動(dòng)用戶，需要調(diào)用相應(yīng)的實(shí)體。因此，要正確的尋址，編號計(jì)劃就非常重要。好的編碼計(jì)劃要滿足：唯一性和便于檢索性。7-31三、GSM編碼計(jì)劃移動(dòng)臺的國際ISDN號碼（MSISDN）簡單的說就是：呼叫需要撥打的號碼7-32國家碼：國際長途用的，中國

12、是86國內(nèi)目的碼：即網(wǎng)絡(luò)接入號，也就是手機(jī)號前3位用戶號碼：8位，前4位用于識別歸屬地，呼叫時(shí)可以通過它找到用戶所在的HLR，調(diào)取用戶信息。三、GSM編碼計(jì)劃國際用戶識別碼（IMSI）用于通信設(shè)備識別用戶，存在SIM卡、HLR和VLR中。7-33移動(dòng)國家號碼：3位移動(dòng)網(wǎng)號：2位移動(dòng)用戶識別碼：10位三、GSM編碼計(jì)劃移動(dòng)臺漫游號碼（MSRN）結(jié)構(gòu)與MSISDN一樣，但是該號碼是由用戶漫游地的MSC/VLR臨時(shí)分配的。MSISDN是用于指向其所在的HLR的，要實(shí)現(xiàn)通話，建立主叫與被叫注冊地所在的MSC之間的連接是不行的，要建立到被叫所在地的MSC之間的連接，MSRN就是用來標(biāo)識用戶目前所在的MS

13、C。7-34三、GSM編碼計(jì)劃被叫收費(fèi)問題7-35由于不知道用戶所在地，需要去HLR查詢，需要VMSC向HLR回饋MSRN號，這就是當(dāng)年運(yùn)營商向被叫收費(fèi)的邏輯。（基于成本而言的）三、GSM編碼計(jì)劃國際漫游收費(fèi)問題7-36主叫支付被叫用戶不出國時(shí)主叫應(yīng)付的費(fèi)用。其余的由被叫承擔(dān)。如果堅(jiān)持所有費(fèi)用都由主叫出，那么在技術(shù)體系上就應(yīng)該支持顯示被叫所在的位置，由主叫確定打不打。三、GSM編碼計(jì)劃臨時(shí)移動(dòng)用戶識別碼（TMSI）為了便于用戶身份的保密，在無線鏈路上傳遞時(shí)代替IMSI來標(biāo)識用戶的，由VLR分配給在其覆蓋區(qū)內(nèi)漫游的移動(dòng)用戶的標(biāo)識碼。 可用做位置更新、切換、呼叫、群戶等操作時(shí)的用戶識別，并可在每次鑒權(quán)成功后被重新分配。只在本地MSC/VLR內(nèi)有效。7-37三、GSM編碼計(jì)劃國際移動(dòng)臺設(shè)備識別碼（IMEI）用于唯一識別某個(gè)移動(dòng)臺設(shè)備。在國內(nèi)，由于沒有給移動(dòng)臺鑒權(quán)用的EIR，這個(gè)識別碼用的很少。在用戶不用SIM卡作緊急呼叫時(shí)，IMEI可以用作用戶識別碼。7-38型號批準(zhǔn)碼，由歐洲型號認(rèn)證中心分配工廠裝配碼：由廠家編碼序號碼：由廠家分配備用三、GSM編碼計(jì)劃位置區(qū)識別碼（LAI）用于識別不同的位置區(qū)，用于移動(dòng)用戶的位置更新