GSM基礎(chǔ)及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通信流程(與移動(dòng)有關(guān))

GSM基礎(chǔ)及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通信流程(與移動(dòng)有關(guān))匯報(bào)人：AA2024-01-19BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA目錄CONTENTSGSM概述與基本原理GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)詳解移動(dòng)通信流程剖析GSM關(guān)鍵技術(shù)與優(yōu)化策略GSM網(wǎng)絡(luò)安全與保障措施GSM在現(xiàn)代移動(dòng)通信中應(yīng)用前景BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA01GSM概述與基本原理誕生背景GSM（GlobalSystemforMobileCommunications）全球移動(dòng)通信系統(tǒng)，起源于1980年代歐洲郵電管理會(huì)議CEPT制定的GroupeSpécialMobile（法語）研究項(xiàng)目，旨在制定泛歐移動(dòng)通信漫游標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)展歷程1991年，GSM系統(tǒng)正式在歐洲問世，并逐步成為全球使用最廣泛的移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，GSM經(jīng)歷了從2G到2.5G（GPRS）再到2.75G（EDGE）的演進(jìn)?，F(xiàn)狀盡管4G和5G技術(shù)已經(jīng)逐漸普及，但GSM網(wǎng)絡(luò)在全球范圍內(nèi)仍擁有龐大的用戶群體和基礎(chǔ)設(shè)施。許多地區(qū)仍在使用GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行語音通話和低速數(shù)據(jù)傳輸。GSM發(fā)展歷程及現(xiàn)狀GSM系統(tǒng)組成與功能網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)GSM網(wǎng)絡(luò)由移動(dòng)臺（MS）、基站子系統(tǒng)（BSS）、網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS）和操作支持子系統(tǒng)（OSS）四部分組成。主要功能GSM系統(tǒng)提供數(shù)字語音通話、短信（SMS）、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和補(bǔ)充業(yè)務(wù)等多種功能。其中，數(shù)字語音通話采用時(shí)分多址（TDMA）和頻分多址（FDMA）技術(shù)實(shí)現(xiàn)；短信業(yè)務(wù)通過信令通道傳輸；數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)則通過GPRS或EDGE技術(shù)提供。GSM系統(tǒng)采用時(shí)分復(fù)用和頻分復(fù)用技術(shù)，將頻率和時(shí)間劃分為多個(gè)時(shí)隙和頻道，供多個(gè)用戶同時(shí)使用。移動(dòng)臺通過基站與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)語音、數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)的傳輸。工作原理GSM系統(tǒng)中采用了多種關(guān)鍵技術(shù)，如數(shù)字調(diào)制（GMSK）、信道編碼（卷積碼）、交織、均衡、分集接收等，以提高通信質(zhì)量和抗干擾能力。此外，還采用了鑒權(quán)和加密技術(shù)確保通信安全。關(guān)鍵技術(shù)工作原理與關(guān)鍵技術(shù)BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA02GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)詳解123負(fù)責(zé)無線傳輸，實(shí)現(xiàn)BTS與MS（移動(dòng)臺）空中接口的功能。BTS（基站收發(fā)信臺）具有對一個(gè)或多個(gè)BTS進(jìn)行控制以及相應(yīng)呼叫控制的功能，BSC可控制收發(fā)臺和小區(qū)。BSC（基站控制器）該接口是標(biāo)準(zhǔn)的Abis接口。BTS與BSC的接口BSS（基站子系統(tǒng)）MSC（移動(dòng)交換中心）：是GSM系統(tǒng)的核心，是對位于它所覆蓋區(qū)域中的移動(dòng)臺進(jìn)行控制和完成話路交換的功能實(shí)體，也是移動(dòng)通信系統(tǒng)與其它公用通信網(wǎng)之間的接口。VLR（訪問位置寄存器）：是一個(gè)數(shù)據(jù)庫，是存儲MSC為了處理所管轄區(qū)域中MS（統(tǒng)稱拜訪客戶）的來話、去話呼叫所需檢索的信息。HLR（歸屬位置寄存器）：是管理部門用于移動(dòng)用戶管理的數(shù)據(jù)庫。每個(gè)移動(dòng)用戶都應(yīng)在其歸屬位置寄存器注冊登記。AUC（鑒權(quán)中心）：用于鑒權(quán)管理的功能實(shí)體，存儲鑒權(quán)算法和加密密鑰。EIR（設(shè)備身份注冊）：存儲有關(guān)移動(dòng)臺設(shè)備參數(shù)。0102030405NSS（網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)）OMC（操作維護(hù)中心）操作維護(hù)系統(tǒng)中的各功能實(shí)體，依據(jù)廠家的實(shí)現(xiàn)方式可分為無線子系統(tǒng)的操作維護(hù)中心(OMC-R)和交換子系統(tǒng)的操作維護(hù)中心(OMC-S)。NMC（網(wǎng)路管理中心）維護(hù)網(wǎng)絡(luò)單元的數(shù)據(jù)一致性，包括用戶數(shù)據(jù)、交換數(shù)據(jù)及網(wǎng)絡(luò)功能的管理。OSS（操作支持子系統(tǒng)）BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA03移動(dòng)通信流程剖析移動(dòng)臺發(fā)起呼叫移動(dòng)臺通過隨機(jī)接入信道（RACH）向基站發(fā)送呼叫請求?；卷憫?yīng)基站接收到請求后，通過接入許可信道（AGCH）向移動(dòng)臺發(fā)送響應(yīng)。建立通信鏈路移動(dòng)臺和基站通過建立的通信鏈路進(jìn)行信息交換，包括身份認(rèn)證、加密等過程。呼叫建立過程在呼叫建立后，移動(dòng)臺和基站進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)備，包括分配資源、建立數(shù)據(jù)鏈路等。數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)備移動(dòng)臺和基站通過數(shù)據(jù)鏈路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，包括語音、短信、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等。數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸完成后，釋放相關(guān)資源。數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸過程呼叫釋放請求移動(dòng)臺或基站發(fā)起呼叫釋放請求，通知對方結(jié)束通信。資源釋放雙方釋放通信過程中占用的資源，包括通信鏈路、信道等。結(jié)束通信雙方確認(rèn)資源釋放后，結(jié)束通信過程。呼叫釋放過程BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA04GSM關(guān)鍵技術(shù)與優(yōu)化策略頻率復(fù)用概念01在GSM網(wǎng)絡(luò)中，頻率復(fù)用是一種允許在不同地理位置重復(fù)使用相同頻率的技術(shù)，以提高頻譜利用率。復(fù)用距離與復(fù)用因子02復(fù)用距離是指相鄰小區(qū)使用相同頻率的最小距離，而復(fù)用因子表示在一個(gè)復(fù)用簇中不同頻率的數(shù)量。通過調(diào)整復(fù)用距離和復(fù)用因子，可以平衡頻譜利用率和干擾水平。干擾管理與優(yōu)化03為了降低同頻干擾，GSM采用了動(dòng)態(tài)功率控制、跳頻等技術(shù)。此外，還需要進(jìn)行頻率規(guī)劃，合理分配頻率資源，以最小化干擾。頻率復(fù)用技術(shù)跳頻原理跳頻技術(shù)是一種擴(kuò)頻通信技術(shù)，通過在一個(gè)寬頻帶內(nèi)快速跳變載波頻率，以提高抗干擾能力和通信保密性。跳頻序列與同步為了實(shí)現(xiàn)跳頻通信，需要設(shè)計(jì)良好的跳頻序列，并確保收發(fā)雙方同步。GSM中采用了偽隨機(jī)序列作為跳頻序列，并通過同步信道實(shí)現(xiàn)同步。跳頻優(yōu)點(diǎn)與局限性跳頻技術(shù)可以提高抗干擾能力、降低多徑效應(yīng)影響、提高通信保密性。但同時(shí)，跳頻也會(huì)增加系統(tǒng)復(fù)雜性、可能導(dǎo)致鄰道干擾等問題。跳頻技術(shù)功率控制意義功率控制是GSM網(wǎng)絡(luò)中重要的無線資源管理手段，通過調(diào)整移動(dòng)臺和基站的發(fā)射功率，可以平衡覆蓋、容量和干擾等性能。上行與下行功率控制上行功率控制是指基站調(diào)整移動(dòng)臺的發(fā)射功率，而下行功率控制是指移動(dòng)臺調(diào)整基站的發(fā)射功率。GSM中采用了開環(huán)和閉環(huán)兩種功率控制方式。功率控制算法與優(yōu)化為了實(shí)現(xiàn)精確的功率控制，需要設(shè)計(jì)合理的功率控制算法。常見的算法包括基于路徑損耗的補(bǔ)償算法、基于信干比的算法等。同時(shí)，還需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，以達(dá)到最佳性能。功率控制技術(shù)BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA05GSM網(wǎng)絡(luò)安全與保障措施鑒權(quán)中心（AUC）生成鑒權(quán)三參數(shù)（RAND、SRES、Kc）并提供給移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心（MSC），用于對用戶進(jìn)行鑒權(quán)。加密算法采用A5/1或A5/2等加密算法對通信內(nèi)容進(jìn)行加密，確保信息傳輸?shù)陌踩?。鑒權(quán)過程用戶發(fā)起呼叫時(shí)，MSC向AUC請求鑒權(quán)三參數(shù)，AUC生成后返回給MSC，MSC再將RAND發(fā)送給用戶，用戶根據(jù)SIM卡中的Ki和算法計(jì)算出SRES和Kc，并將SRES返回給MSC進(jìn)行驗(yàn)證。010203鑒權(quán)與加密機(jī)制接入控制通過驗(yàn)證用戶的IMSI和TMSI等標(biāo)識信息，確保只有合法用戶才能接入網(wǎng)絡(luò)。頻率規(guī)劃采用合理的頻率復(fù)用和功率控制等技術(shù)手段，降低同頻干擾和鄰頻干擾，提高網(wǎng)絡(luò)抗干擾能力。非法信號檢測與處理實(shí)時(shí)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中的非法信號并進(jìn)行處理，如屏蔽非法基站、追蹤非法用戶等。防止非法接入策略030201故障恢復(fù)根據(jù)故障診斷結(jié)果，采取相應(yīng)的恢復(fù)措施，如重啟設(shè)備、更換故障板卡、調(diào)整參數(shù)配置等。備份與容災(zāi)建立備份系統(tǒng)和容災(zāi)機(jī)制，確保在設(shè)備故障或自然災(zāi)害等情況下，能夠迅速恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)通信能力。故障診斷通過收集和分析網(wǎng)絡(luò)中的告警信息、性能數(shù)據(jù)和用戶投訴等信息，定位故障原因和位置。故障診斷與恢復(fù)方法BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA06GSM在現(xiàn)代移動(dòng)通信中應(yīng)用前景03業(yè)務(wù)遷移隨著5G網(wǎng)絡(luò)的普及，部分GSM業(yè)務(wù)將逐漸遷移到5G網(wǎng)絡(luò)上，提升用戶體驗(yàn)。01網(wǎng)絡(luò)融合GSM將與5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)無縫覆蓋和高速數(shù)據(jù)傳輸。02頻譜共享通過頻譜共享技術(shù)，GSM和5G可以在同一頻段內(nèi)共存，提高頻譜利用效率。5G時(shí)代下的GSM演進(jìn)方向工業(yè)自動(dòng)化通過GSM網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)工業(yè)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理，提高生產(chǎn)效率。農(nóng)業(yè)信息化運(yùn)用GSM技術(shù)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測和傳輸，助力精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展。智能家居利用GSM網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)傳輸，打造智能家居生態(tài)系統(tǒng)。