第7章 時(shí)分多址(tdma)數(shù)字蜂窩網(wǎng)

1、第7章 時(shí)分多址(TDMA) 數(shù)字蜂窩網(wǎng),7.1 GSM系統(tǒng)總體 7.2 GSM系統(tǒng)的無(wú)線接口 7.3 GSM系統(tǒng)的控制與管理 7.4 三種TDMA蜂窩系統(tǒng)分析比較 7.5 GPRS——通用分組無(wú)線業(yè)務(wù) 思考題與習(xí)題,7.1 GSM系統(tǒng)總體,GSM的歷史可以追溯到 1982 年， 當(dāng)時(shí)， 北歐四國(guó)向歐洲郵電行政大會(huì)CEPT(Conference Europe of Post and Telecommunications)提交了

2、一份建議書(shū)， 要求制定 900 MHz頻段的歐洲公共電信業(yè)務(wù)規(guī)范， 建立全歐統(tǒng)一的蜂窩網(wǎng)移動(dòng)通信系統(tǒng)， 以解決歐洲各國(guó)由于采用多種不同模擬蜂窩系統(tǒng)造成的互不兼容， 無(wú)法提供漫游服務(wù)的問(wèn)題。,同年成立了歐洲移動(dòng)通信特別小組， 簡(jiǎn)稱GSM(Group Special Mobile)。 在1982～1985年期間， 討論焦點(diǎn)是制定模擬蜂窩網(wǎng)還是數(shù)字蜂窩網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)， 直到 1985年才決定制定數(shù)字蜂窩網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。 1986 年， 在巴黎對(duì)歐洲各國(guó)經(jīng)大

3、量研究和實(shí)驗(yàn)后所提出的8個(gè)數(shù)字蜂窩系統(tǒng)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。 1987年 5月， GSM成員國(guó)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和論證比較， 選定窄帶TDMA方案。,1988 年， 18 個(gè)歐洲國(guó)家達(dá)成GSM諒解備忘錄， 頒布了GSM標(biāo)準(zhǔn)， 即泛歐數(shù)字蜂窩網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)。 它包括兩個(gè)并行的系統(tǒng)： GSM 900 和DCS 1800， 這兩個(gè)系統(tǒng)功能相同， 主要的差異是頻段不同。 在GSM標(biāo)準(zhǔn)中， 未對(duì)硬件作出規(guī)定， 只對(duì)功能、 接口等作了詳細(xì)規(guī)定， 便于不同公司的產(chǎn)品可

4、以互連互通。 GSM標(biāo)準(zhǔn)共有 12 項(xiàng)內(nèi)容， 如表 7 - 1 所示。,表 7 - 1 GSM 標(biāo) 準(zhǔn),7.1.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信是在模擬蜂窩移動(dòng)通信的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的， 在網(wǎng)絡(luò)組成、 設(shè)備配置、網(wǎng)絡(luò)功能和工作方式上， 二者都有相同之處。 但因數(shù)字蜂窩網(wǎng)采用全數(shù)字傳輸， 因而在實(shí)現(xiàn)技術(shù)和管理控制等方面， 均與模擬蜂窩網(wǎng)有較大的差異。 簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)， 數(shù)字蜂窩網(wǎng)技術(shù)更先進(jìn)， 功能更完備且通信更可靠， 并能適

5、應(yīng)方便地與其它數(shù)字通信網(wǎng)(如綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)ISDN、 公用數(shù)據(jù)網(wǎng)PDN)的互連。,GSM蜂窩系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖 7 - 1 所示。 由圖可見(jiàn)， GSM蜂窩系統(tǒng)的主要組成部分可分為移動(dòng)臺(tái)、 基站子系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)。 基站子系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱基站BS)由基站收發(fā)臺(tái)(BTS)和基站控制器(BSC)組成； 網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)由移動(dòng)交換中心(MSC)、 操作維護(hù)中心(OMC)、 原籍位置寄存器(HLR)、 訪問(wèn)位置寄存器(VLR)、 鑒權(quán)中心(AUC)和移動(dòng)設(shè)備

6、識(shí)別寄存器(EIR)等組成。 一個(gè)MSC可管理多達(dá)幾十個(gè)基站控制器， 一個(gè)基站控制器最多可控制256個(gè)BTS。 由MS、 BS和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)構(gòu)成公用陸地移動(dòng)通信網(wǎng)， 該網(wǎng)絡(luò)由MSC與公用交換電話網(wǎng)(PSTN)、 綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN)和公用數(shù)據(jù)網(wǎng)(PDN)進(jìn)行互連。,圖 7 - 1 GSM蜂窩系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),1. 移動(dòng)臺(tái)(MS) 移動(dòng)臺(tái)是GSM移動(dòng)通信網(wǎng)中用戶使用的設(shè)備。 移動(dòng)臺(tái)類型可分為車載臺(tái)、 便攜臺(tái)和手

7、機(jī)。 其中， 手機(jī)小巧、 輕便， 而且功能也較強(qiáng)， 因此使用手機(jī)的用戶占移動(dòng)用戶的絕大多數(shù)。,移動(dòng)臺(tái)通過(guò)無(wú)線接口接入GSM系統(tǒng)， 具有無(wú)線傳輸與處理功能。 此外， 移動(dòng)臺(tái)必須提供與使用者之間的接口， 比如， 為完成通話呼叫所需要的話筒、 揚(yáng)聲器、 顯示屏和各種按鍵； 或者提供與其它一些終端設(shè)備(TE)之間的接口， 如與個(gè)人計(jì)算機(jī)或傳真機(jī)之間的接口。,移動(dòng)臺(tái)的另外一個(gè)重要組成部分是用戶識(shí)別模塊(SIM)， 亦稱SIM卡。 它基本上是一張符

8、合ISO(開(kāi)放系統(tǒng)互連)標(biāo)準(zhǔn)的“智慧”磁卡， 其中包含與用戶有關(guān)的無(wú)線接口的信息， 也包括鑒權(quán)和加密的信息。 使用GSM標(biāo)準(zhǔn)的移動(dòng)臺(tái)都需要插入SIM卡， 只有當(dāng)處理異常的緊急呼叫時(shí)， 才可以在不用SIM卡的情況下操作移動(dòng)臺(tái)。 SIM卡的應(yīng)用使一部移動(dòng)臺(tái)可以為不同用戶服務(wù)， 因?yàn)镚SM系統(tǒng)是通過(guò)SIM卡來(lái)識(shí)別移動(dòng)用戶的， 這為今后發(fā)展個(gè)人通信打下了基礎(chǔ)。,2. 基站子系統(tǒng)(BSS) 基站子系統(tǒng)(BSS)是GSM系

9、統(tǒng)的基本組成部分。 它通過(guò)無(wú)線接口與移動(dòng)臺(tái)相接， 進(jìn)行無(wú)線發(fā)送、 接收及無(wú)線資源管理。 另一方面， 基站子系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(NSS)中的移動(dòng)交換中心(MSC)相連， 實(shí)現(xiàn)移動(dòng)用戶與固定網(wǎng)絡(luò)用戶之間或移動(dòng)用戶之間的通信連接。 基站子系統(tǒng)主要由基站收發(fā)信機(jī)(BTS)和基站控制器(BSC)構(gòu)成。 BTS可以直接與BSC相連接， 也可以通過(guò)基站接口設(shè)備(BIE)采用遠(yuǎn)端控制的連接方式與BSC相連接。,3. 網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(

10、NSS) 網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)對(duì)GSM移動(dòng)用戶之間通信和移動(dòng)用戶與其它通信網(wǎng)用戶之間通信起著管理作用。 其主要功能包括： 交換、 移動(dòng)性管理與安全性管理等。 NSS由很多功能實(shí)體構(gòu)成， 它們之間的信令傳輸都符合CCITT信令系統(tǒng)7 號(hào)協(xié)議。 下面分別討論各功能實(shí)體的主要功能。,(1) 移動(dòng)交換中心(MSC)。 移動(dòng)交換中心(MSC)是網(wǎng)絡(luò)的核心，它提供交換功能并面向下列功能實(shí)體： 基站子系統(tǒng)(BSS)、 原籍位置寄存器(

11、HLR)、 訪問(wèn)位置寄存器(VLR)、 鑒權(quán)中心(AUC)、 移動(dòng)設(shè)備識(shí)別寄存器(EIR)、 操作維護(hù)中心(OMC)和固定網(wǎng)(公用電話網(wǎng)、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)等)， 從而把移動(dòng)用戶與固定網(wǎng)用戶、 移動(dòng)用戶與移動(dòng)用戶之間互相連接起來(lái)。,(2) 原籍位置寄存器。 原籍位置寄存器簡(jiǎn)稱HLR。 它可以看作是GSM系統(tǒng)的中央數(shù)據(jù)庫(kù)， 存儲(chǔ)該HLR管轄區(qū)的所有移動(dòng)用戶的有關(guān)數(shù)據(jù)。 其中， 靜態(tài)數(shù)據(jù)有移動(dòng)用戶號(hào)碼、訪問(wèn)能力、 用戶類別和補(bǔ)充業(yè)務(wù)等。 此外，

12、 HLR還暫存移動(dòng)用戶漫游時(shí)的有關(guān)動(dòng)態(tài)信息數(shù)據(jù)。,(3) 訪問(wèn)位置寄存器。 訪問(wèn)位置寄存器簡(jiǎn)稱VLR。 它存儲(chǔ)進(jìn)入其控制區(qū)域內(nèi)來(lái)訪移動(dòng)用戶的有關(guān)數(shù)據(jù)， 這些數(shù)據(jù)是從該移動(dòng)用戶的原籍位置寄存器獲取并進(jìn)行暫存的，一旦移動(dòng)用戶離開(kāi)該VLR的控制區(qū)域， 則臨時(shí)存儲(chǔ)的該移動(dòng)用戶的數(shù)據(jù)就會(huì)被刪除。 因此， VLR可看作是一個(gè)動(dòng)態(tài)用戶的數(shù)據(jù)庫(kù)。,(4) 鑒權(quán)中心。 GSM系統(tǒng)采取了特別的通信安全措施， 包括對(duì)移動(dòng)用戶鑒權(quán)， 對(duì)無(wú)線鏈路上的話音、 數(shù)據(jù)

13、和信令信息進(jìn)行保密等。,(5) 移動(dòng)設(shè)備識(shí)別寄存器。 移動(dòng)設(shè)備識(shí)別寄存器(EIR)存儲(chǔ)著移動(dòng)設(shè)備的國(guó)際移動(dòng)設(shè)備識(shí)別碼(IMEI)， 通過(guò)核查白色、 黑色和灰色三種清單， 運(yùn)營(yíng)部門就可判斷出移動(dòng)設(shè)備是屬于準(zhǔn)許使用的， 還是失竊而不準(zhǔn)使用的， 還是由于技術(shù)故障或誤操作而危及網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行的MS設(shè)備， 以確保網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所使用的移動(dòng)設(shè)備的惟一性和安全性。 (6) 操作維護(hù)中心。 網(wǎng)絡(luò)操作維護(hù)中心(OMC)負(fù)責(zé)對(duì)全網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控與操

14、作。,7.1.2 GSM的區(qū)域、 號(hào)碼、 地址與識(shí)別 1. 區(qū)域定義 GSM系統(tǒng)屬于小區(qū)制大容量移動(dòng)通信網(wǎng)， 在它的服務(wù)區(qū)內(nèi)設(shè)置有很多基站， 移動(dòng)通信網(wǎng)在此服務(wù)區(qū)內(nèi)， 具有控制、 交換功能， 以實(shí)現(xiàn)位置更新、 呼叫接續(xù)、 越區(qū)切換及漫游服務(wù)等功能。 在由GSM系統(tǒng)組成的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中， 其相應(yīng)的區(qū)域定義如圖 7 - 3 所示。,圖 7 - 3 GSM的區(qū)域定義,

15、(1) GSM服務(wù)區(qū)。 服務(wù)區(qū)是指移動(dòng)臺(tái)可獲得服務(wù)的區(qū)域， 即不同通信網(wǎng)(如PSTN或ISDN)用戶無(wú)需知道移動(dòng)臺(tái)的實(shí)際位置而可與之通信的區(qū)域。 (2) 公用陸地移動(dòng)通信網(wǎng)(PLMN)。 一個(gè)公用陸地移動(dòng)通信網(wǎng)(PLMN)可由一個(gè)或若干個(gè)移動(dòng)交換中心組成。 (3) MSC區(qū)。 MSC區(qū)系指一個(gè)移動(dòng)交換中心所控制的區(qū)域， 通常它連接一個(gè)或若干個(gè)基站控制器， 每個(gè)基站控制器控制多個(gè)基站收發(fā)信

16、機(jī)。,(4) 位置區(qū)。 位置區(qū)一般由若干個(gè)小區(qū)(或基站區(qū))組成，移動(dòng)臺(tái)在位置區(qū)內(nèi)移動(dòng)無(wú)需進(jìn)行位置更新。通常呼叫移動(dòng)臺(tái)時(shí)，向一個(gè)位置區(qū)內(nèi)的所有基站同時(shí)發(fā)尋呼信號(hào)。 (5) 基站區(qū)?；緟^(qū)系指基站收發(fā)信機(jī)有效的無(wú)線覆蓋區(qū)，簡(jiǎn)稱小區(qū)。 (6) 扇區(qū)。當(dāng)基站收發(fā)信天線采用定向天線時(shí)，基站區(qū)分為若干個(gè)扇區(qū)。,2. 號(hào)碼與識(shí)別 各種號(hào)碼的定義及用途如下： (

17、1) 移動(dòng)用戶識(shí)別碼。 在GSM系統(tǒng)中，每個(gè)用戶均分配一個(gè)惟一的國(guó)際移動(dòng)用戶識(shí)別碼(IMSI)。此碼在所有位置(包括在漫游區(qū))都是有效的。通常在呼叫建立和位置更新時(shí)， 需要使用IMSI。 IMSI的組成如圖 7 - 4 所示。,IMSI的總長(zhǎng)不超過(guò) 15 位數(shù)字， 每位數(shù)字僅使用 0～9 的數(shù)字。 圖中： MCC: 移動(dòng)用戶所屬國(guó)家代號(hào)， 占 3 位數(shù)字， 中國(guó)的MCC規(guī)定為 460。

18、 MNC： 移動(dòng)網(wǎng)號(hào)碼， 最多由兩位數(shù)字組成， 用于識(shí)別移動(dòng)用戶所歸屬的移動(dòng)通信網(wǎng)。  MSIN: 移動(dòng)用戶識(shí)別碼， 用以識(shí)別某一移動(dòng)通信網(wǎng)(PLMN)中的移動(dòng)用戶。  由MNC和MSIN兩部分組成國(guó)內(nèi)移動(dòng)用戶識(shí)別碼(NMSI)。,圖 7 - 4 國(guó)際移動(dòng)用戶識(shí)別碼(IMSI)的格式,(2) 臨時(shí)移動(dòng)用戶識(shí)別碼。 考慮到移動(dòng)用戶識(shí)別碼的安全性， GSM系統(tǒng)能提供安全保密措施，

19、 即空中接口無(wú)線傳輸?shù)淖R(shí)別碼采用臨時(shí)移動(dòng)用戶識(shí)別碼(TMSI)代替IMSI。 兩者之間可按一定的算法互相轉(zhuǎn)換。 訪問(wèn)位置寄存器(VLR)可給來(lái)訪的移動(dòng)用戶分配一個(gè)TMSI(只限于在該訪問(wèn)服務(wù)區(qū)使用)。,圖 7 - 5 國(guó)際移動(dòng)設(shè)備識(shí)別碼(IMEI)的格式,(3) 國(guó)際移動(dòng)設(shè)備識(shí)別碼。 國(guó)際移動(dòng)設(shè)備識(shí)別碼(IMEI)是區(qū)別移動(dòng)臺(tái)設(shè)備的標(biāo)志， 可用于監(jiān)控被竊或無(wú)效的移動(dòng)設(shè)備。 IMEI的格式如圖 7 - 5 所示。 圖中：

20、 TAC: 型號(hào)批準(zhǔn)碼， 由歐洲型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)中心分配。 FAC: 裝配廠家號(hào)碼。 SNR: 產(chǎn)品序號(hào)， 用于區(qū)別同一個(gè)TAC和FAC中的每臺(tái)移動(dòng)設(shè)備。 SP: 備用。,(4) 移動(dòng)臺(tái)的號(hào)碼。 移動(dòng)臺(tái)的號(hào)碼類似于PSTN中的電話號(hào)碼， 是在呼叫接續(xù)時(shí)所需撥的號(hào)碼， 其編號(hào)規(guī)則應(yīng)與各國(guó)的編號(hào)規(guī)則相一致。 移動(dòng)臺(tái)的號(hào)碼有下列兩種：  ① 移動(dòng)臺(tái)

21、國(guó)際ISDN號(hào)碼(MSISDN)。 MSISDN為呼叫GSM系統(tǒng)中的某個(gè)移動(dòng)用戶所需撥的號(hào)碼。 一個(gè)移動(dòng)臺(tái)可分配一個(gè)或幾個(gè)MSISDN號(hào)碼， 其組成格式如圖 7 - 6 所示。 圖中：,圖 7 - 6 移動(dòng)臺(tái)國(guó)際ISDN的格式,CC: 國(guó)家代號(hào)， 即移動(dòng)臺(tái)注冊(cè)登記的國(guó)家代號(hào)， 中國(guó)為 86。 NDC: 國(guó)內(nèi)地區(qū)碼， 每個(gè)PLMN有一個(gè)NDC。 SN: 移動(dòng)用戶號(hào)碼。

22、 由NDC和SN兩部分組成國(guó)內(nèi)ISDN號(hào)碼， 其長(zhǎng)度不超過(guò) 13 位數(shù)。 國(guó)際ISDN號(hào)碼長(zhǎng)度不超過(guò) 15 位數(shù)字。,② 移動(dòng)臺(tái)漫游號(hào)碼(MSRN)。 當(dāng)移動(dòng)臺(tái)漫游到一個(gè)新的服務(wù)區(qū)時(shí)， 由VLR給它分配一個(gè)臨時(shí)性的漫游號(hào)碼， 并通知該移動(dòng)臺(tái)的HLR， 用于建立通信路由。 一旦該移動(dòng)臺(tái)離開(kāi)該服務(wù)區(qū)， 此漫游號(hào)碼即被收回， 并可分配給其它來(lái)訪的移動(dòng)臺(tái)使用。  漫游號(hào)碼的組成格式與移動(dòng)臺(tái)國(guó)際(或國(guó)內(nèi))ISDN號(hào)碼相同。

23、,(5) 位置區(qū)和基站的識(shí)別碼。 ① 位置區(qū)識(shí)別碼(LAI)。 在檢測(cè)位置更新和信道切換時(shí)，要使用位置區(qū)識(shí)別碼(LAI)。 LAI的組成格式如圖 7 - 7 所示。,② 基站識(shí)別色碼(BSIC)。 基站識(shí)別色碼(BSIC)用于移動(dòng)臺(tái)識(shí)別相同載頻的不同基站， 特別用于區(qū)別在不同國(guó)家的邊界地區(qū)采用相同載頻且相鄰的基站。 BSIC為一個(gè) 6 比特編碼， 其格式如圖 7 - 8 所示。 NCC: PL

24、MN色碼， 用來(lái)識(shí)別相鄰的PLMN網(wǎng)。 BCC：BTS色碼，用來(lái)識(shí)別相同載頻的不同的基站。,圖 7 - 8 基站識(shí)別色碼(BSIC)的格式,7.1.3 主要業(yè)務(wù) 1. 通信業(yè)務(wù)分類 GSM系統(tǒng)能提供 6 類 10 種電信業(yè)務(wù)， 其編號(hào)、 名稱、 業(yè)務(wù)類型及實(shí)現(xiàn)階段見(jiàn)表 7 - 2。,表 7 - 2 GSM電信業(yè)務(wù)分類,2. 業(yè)務(wù)定義 (1)

25、 電話業(yè)務(wù)。 電話業(yè)務(wù)是GSM系統(tǒng)提供的最主要業(yè)務(wù)。 (2) 緊急呼叫業(yè)務(wù)。 在緊急情況下, 移動(dòng)用戶通過(guò)一種簡(jiǎn)單的撥號(hào)方式即可撥通緊急服務(wù)中心。 (3) 短消息業(yè)務(wù)。 短消息業(yè)務(wù)包括移動(dòng)臺(tái)之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)短消息業(yè)務(wù)以及小區(qū)廣播短消息業(yè)務(wù)。,(4) 可視圖文接入。 可視圖文接入是一種通過(guò)網(wǎng)絡(luò)完成文本、 圖形信息檢索和電子函件功能的業(yè)務(wù)。 (5) 智能用戶電報(bào)傳送。

26、智能用戶電報(bào)傳送能夠提供智能用戶電報(bào)終端間的文本通信業(yè)務(wù)。 此類終端具有文本信息的編輯、 存儲(chǔ)和處理等能力。 (6) 傳真。 語(yǔ)言和3類傳真交替?zhèn)魉偷臉I(yè)務(wù)。,7.2 GSM系統(tǒng)的無(wú)線接口,7.2.1 GSM系統(tǒng)無(wú)線傳輸特征 表 7 - 3 給出了GSM系統(tǒng)的主要參數(shù)， 為便于比較， 表中還列出了另外兩種時(shí)分多址數(shù)字蜂窩網(wǎng)的對(duì)應(yīng)參數(shù)。,表 7 - 3 GSM等三種數(shù)字蜂窩網(wǎng)主要參數(shù),1. T

27、DMA/FDMA接入方式 GSM系統(tǒng)中， 由若干個(gè)小區(qū)(3 個(gè)、 4 個(gè)或 7 個(gè))構(gòu)成一個(gè)區(qū)群， 區(qū)群內(nèi)不能使用相同的頻道， 同頻道距離保持相等， 每個(gè)小區(qū)含有多個(gè)載頻， 每個(gè)載頻上含有 8 個(gè)時(shí)隙， 即每個(gè)載頻有 8 個(gè)物理信道， 因此， GSM系統(tǒng)是時(shí)分多址/頻分多址的接入方式， 參見(jiàn)圖 7 - 9 所示。,圖 7 - 9 TDMA/FDMA接入方式,2. 頻率與頻道序號(hào)GSM系統(tǒng)工作在以下射頻頻段：

28、上行(移動(dòng)臺(tái)發(fā)、 基站收) 890～915 MHz下行(基站發(fā)、 移動(dòng)臺(tái)收) 935～960 MHz收、 發(fā)頻率間隔為 45 MHz。,移動(dòng)臺(tái)采用較低頻段發(fā)射， 傳播損耗較低， 有利于補(bǔ)償上、 下行功率不平衡的問(wèn)題。 由于載頻間隔是 0.2 MHz， 因此GSM系統(tǒng)整個(gè)工作頻段分為 124 對(duì)載頻， 其頻道序號(hào)用n表示， 則上、 下兩頻段中序號(hào)為n的載頻可用下式計(jì)算： 下頻段 f

29、l(n)=(890+0.2 n) MHz (7 - 1) 上頻段 fh(n)=(935+0.2 n) MHz (7 - 2),3. 調(diào)制方式 GSM的調(diào)制方式是高斯型最小移頻鍵控(GMSK)方式， 矩形脈沖在調(diào)制器之前先通過(guò)一個(gè)高斯濾波器。 這一調(diào)制方案由于改善了頻譜特性， 從而能滿足CCIR提出的鄰信道功率電平小于-60 dBW的要求。

30、高斯濾波器的歸一化帶寬 Bt=0.3， 基于200 kHz的載頻間隔及 270.833 kb/s的信道傳輸速率， 其頻譜利用率為(1.35 b/s)/Hz。,4. 載頻復(fù)用與區(qū)群結(jié)構(gòu) GSM系統(tǒng)中， 基站發(fā)射功率為500 W每載波， 每時(shí)隙平均為 500/8=62.5 W。 移動(dòng)臺(tái)發(fā)射功率分為 0.8 W、 2 W、 5 W、 8 W和20 W五種， 可供用戶選擇。 小區(qū)覆蓋半徑最大為 35 km， 最小為 50

31、0 m， 前者適用于農(nóng)村地區(qū)， 后者適用于市區(qū)。,7.2.2 信道類型及其組合 1. 幀結(jié)構(gòu) 圖 7 - 10 給出了GSM系統(tǒng)各種幀及時(shí)隙的格式。 每一個(gè)TDMA幀分 0～7 共 8 個(gè)時(shí)隙， 幀長(zhǎng)度為 120/26≈4.615 ms。 每個(gè)時(shí)隙含 156.25 個(gè)碼元， 占 15/26≈0.577 ms。,圖 7 - 10 GSM系統(tǒng)各種幀及時(shí)隙的格式,2. 信

32、道分類 圖 7 - 12 示出了GSM系統(tǒng)的信道分類。 (1) 業(yè)務(wù)信道。 業(yè)務(wù)信道TCH主要傳輸數(shù)字話音或數(shù)據(jù)， 其次還有少量的隨路控制信令。 ① 話音業(yè)務(wù)信道。 載有編碼話音的業(yè)務(wù)信道分為全速率話音業(yè)務(wù)信道(TCH/FS)和半速率話音業(yè)務(wù)信道(TCH/HS)， 兩者的總速率分別為 22.8 kb/s和11.4 kb/s。,圖 7 - 12 GSM系統(tǒng)的信道

33、分類,② 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道。 在全速率或半速率信道上， 通過(guò)不同的速率適配和信道編碼， 用戶可使用下列各種不同的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)： 9.6 kb/s, 全速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道 (TCH/F9.6) 4.8 kb/s, 全速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道 (TCH/F4.8) 4.8 kb/s, 半速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道 (TCH/H4.8) ≤2.4 kb/s, 全速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道 (T

34、CH/F2.4) ≤2.4 kb/s, 半速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道 (TCH/H2.4),(2) 控制信道。 控制信道(CCH)用于傳送信令和同步信號(hào)， 主要分為三種： 廣播信道(BCH)、 公共控制信道(CCCH)和專用控制信道(DCCH)。 ① 廣播信道(BCH)。 廣播信道是一種“一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)”的單方向控制信道， 用于基站向移動(dòng)臺(tái)廣播公用的信息， 傳輸?shù)膬?nèi)容主要是移動(dòng)臺(tái)入網(wǎng)和呼叫建立所需要的有關(guān)

35、信息。 廣播信道又分為：,·頻率校正信道(FCCH)： 傳輸供移動(dòng)臺(tái)校正其工作頻率的信息； ·同步信道(SCH)： 傳輸供移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行同步和對(duì)基站進(jìn)行識(shí)別的信息， 因?yàn)榛咀R(shí)別碼是在同步信道上傳輸?shù)模?·廣播控制信道(BCCH)： 傳輸系統(tǒng)公用控制信息， 例如公共控制信道(CCCH)號(hào)碼以及是否與獨(dú)立專用控制信道(SDCCH)相組合等信息。,② 公用控制信道(C

36、CCH)。 CCCH是一種雙向控制信道， 用于呼叫接續(xù)階段傳輸鏈路連接所需要的控制信令。 公用控制信道又分為： ·尋呼信道(PCH)： 傳輸基站尋呼移動(dòng)臺(tái)的信息； ·隨機(jī)接入信道(RACH)： 這是一個(gè)上行信道， 用于移動(dòng)臺(tái)隨機(jī)提出入網(wǎng)申請(qǐng)， 即請(qǐng)求分配一個(gè)獨(dú)立專用控制信道(SDCCH)； ·準(zhǔn)許接入信道(AGCH)： 這是一個(gè)下行信道，

37、用于基站對(duì)移動(dòng)臺(tái)的入網(wǎng)申請(qǐng)作出應(yīng)答， 即分配一個(gè)獨(dú)立專用控制信道。,③ 專用控制信道(DCCH)： 這是一種“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”的雙向控制信道， 其用途是在呼叫接續(xù)階段以及在通信進(jìn)行當(dāng)中， 在移動(dòng)臺(tái)和基站之間傳輸必需的控制信息。 專用控制信道又分為： ·獨(dú)立專用控制信道(SDCCH)： 用于在分配業(yè)務(wù)信道之前傳送有關(guān)信令。 ·慢速輔助控制信道(SACCH)： 在移動(dòng)臺(tái)和基站之間

38、， 需要周期性地傳輸一些信息。,·快速輔助控制信道(FACCH)： 傳送與SDCCH相同的信息， 只有在沒(méi)有分配SDCCH的情況下， 才使用這種控制信道。,7.2.4 跳頻和間斷傳輸技術(shù) 1. 跳頻 前已指出， 在GSM系統(tǒng)中， 采用自適應(yīng)均衡抵抗多徑效應(yīng)造成的時(shí)散現(xiàn)象， 采用卷積編碼糾隨機(jī)干擾， 采用交織編碼抗突發(fā)干擾， 此外， 還可采用跳頻技術(shù)進(jìn)一步提高系統(tǒng)的抗干擾性能。

39、 跳頻是指載波頻率在很寬頻率范圍內(nèi)按某種圖案(序列)進(jìn)行跳變。 圖 7 - 23 為GSM系統(tǒng)的跳頻示意圖。 采用每幀改變頻率的方法， 即每隔 4.615 ms改變載波頻率， 亦即跳頻速率為 1/4.615 ms=217 跳/秒。,圖 7 - 23 GSM系統(tǒng)的跳頻示意圖,跳頻系統(tǒng)的抗干擾原理與直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)是不同的。 直擴(kuò)是靠頻譜的擴(kuò)展和解擴(kuò)處理來(lái)提高抗干擾能力的， 而跳頻是靠躲避干擾來(lái)獲得抗干擾能力的。 抗干擾

40、性能用處理增益GP表征， GP的表達(dá)式為,(7 - 3),式中：BW——跳頻系統(tǒng)的跳變頻率范圍； BC——跳頻系統(tǒng)的最小跳變的頻率間隔 (GSM的BC=200 kHz)。,2. 間斷傳輸 為了提高頻譜利用率， GSM系統(tǒng)還采用了話音激活技術(shù)。 此技術(shù)也被稱為間斷傳輸(DTx)技術(shù)， 其基本原則是只在有話音時(shí)才打開(kāi)發(fā)射機(jī)， 這樣可以減小干

41、擾， 提高系統(tǒng)容量。 采用DTx技術(shù)， 對(duì)移動(dòng)臺(tái)來(lái)說(shuō)更有意義， 因?yàn)樵跓o(wú)信息傳輸時(shí)立即關(guān)閉發(fā)射機(jī)， 可以減少電源消耗。 GSM中， 話音激活技術(shù)采用一種自適應(yīng)門限話音檢測(cè)算法。,7.3 GSM系統(tǒng)的控制與管理,7.3.1 位置登記 所謂位置登記(或稱注冊(cè))， 是通信網(wǎng)為了跟蹤移動(dòng)臺(tái)的位置變化， 而對(duì)其位置信息進(jìn)行登記、 刪除和更新的過(guò)程。 由于數(shù)字蜂窩網(wǎng)的用戶密度大于模擬蜂窩網(wǎng)， 因而位置

42、登記過(guò)程必須更快、 更精確。,位置信息存儲(chǔ)在原籍位置寄存器(HLR)和訪問(wèn)位置寄存器(VLR)中。GSM蜂窩通信系統(tǒng)把整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋區(qū)域劃分為許多位置區(qū)， 并以不同的位置區(qū)標(biāo)志進(jìn)行區(qū)別， 如圖 7 - 24 中的LA1, LA2, LA3, …。,圖 7 - 24 位置區(qū)劃分的示意,當(dāng)一個(gè)移動(dòng)用戶首次入網(wǎng)時(shí)， 它必須通過(guò)移動(dòng)交換中心(MSC)， 在相應(yīng)的位置寄存器(HLR)中登記注冊(cè)， 把其有關(guān)的參數(shù)(如移動(dòng)用戶識(shí)別碼、 移動(dòng)臺(tái)編號(hào)及業(yè)

43、務(wù)類型等)全部存放在這個(gè)位置寄存器中， 于是網(wǎng)絡(luò)就把這個(gè)位置寄存器稱為原籍位置寄存器。 移動(dòng)臺(tái)的不斷運(yùn)動(dòng)將導(dǎo)致其位置的不斷變化。 這種變動(dòng)的位置信息由另一種位置寄存器， 即訪問(wèn)位置寄存器(VLR)進(jìn)行登記。,位置區(qū)的標(biāo)志在廣播控制信道(BCCH)中播送， 移動(dòng)臺(tái)開(kāi)機(jī)后， 就可以搜索此BCCH， 從中提取所在位置區(qū)的標(biāo)志。 移動(dòng)臺(tái)可能在不同情況下申請(qǐng)位置更新。 比如， 在任一個(gè)地區(qū)中進(jìn)行初始

44、位置登記， 在同一個(gè)VLR服務(wù)區(qū)中進(jìn)行過(guò)區(qū)位置登記， 或者在不同的VLR服務(wù)區(qū)中進(jìn)行過(guò)區(qū)位置登記等。 不同情況下進(jìn)行位置登記的具體過(guò)程會(huì)有所不同， 但基本方法都是一樣的。,7.3.2 鑒權(quán)與加密 由于空中接口極易受到侵犯， GSM系統(tǒng)為了保證通信安全， 采取了特別的鑒權(quán)與加密措施。 鑒權(quán)是為了確認(rèn)移動(dòng)臺(tái)的合法性， 而加密是為了防止第三者竊聽(tīng)。 鑒權(quán)中心(AUC)為鑒權(quán)與加密提供了三參數(shù)

45、組(RAND、 SRES和Kc)， 在用戶入網(wǎng)簽約時(shí)， 用戶鑒權(quán)密鑰Ki連同IMSI一起分配給用戶， 這樣每一個(gè)用戶均有惟一的Ki和IMSI， 它們存儲(chǔ)于AUC數(shù)據(jù)庫(kù)和SIM(用戶識(shí)別)卡中。 根據(jù)HLR的請(qǐng)求， AUC按下列步驟產(chǎn)生一個(gè)三參數(shù)組， 參見(jiàn)圖 7 - 26。,首先， 產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)數(shù)(RAND)； 通過(guò)加密算法(A8)和鑒權(quán)算法(A3), 用RAND和Ki分別計(jì)算出加密密鑰(Kc)和符號(hào)響應(yīng)(SRES

46、)；RAND、 SRES和Kc作為一個(gè)三參數(shù)組一起送給HLR。 1. 鑒權(quán) 無(wú)論是移動(dòng)臺(tái)主呼或被呼， 都有鑒權(quán)過(guò)程， 鑒權(quán)程序如圖 7 - 27 所示。,圖 7 - 27 鑒權(quán)程序,鑒權(quán)過(guò)程主要涉及到AUC、 HLR、 MSC/VLR和MS， 它們均各自存儲(chǔ)著與用戶有關(guān)的信息或參數(shù)。 當(dāng)MS發(fā)出入網(wǎng)請(qǐng)求時(shí)， MSC/VLR就向MS發(fā)送RAND， MS使用該RAND

47、以及與AUC內(nèi)相同的鑒權(quán)密鑰Ki和鑒權(quán)算法A3, 計(jì)算出符號(hào)響應(yīng)SRES， 然后把SRES回送給MSC/VLR, 驗(yàn)證其合法性。,2. 加密 GSM系統(tǒng)為確保用戶信息(話音或非話音業(yè)務(wù))以及與用戶有關(guān)的信令信息的私密性， 在BTS與MS之間交換信息時(shí)專門采用了一個(gè)加密程序。,3. 設(shè)備識(shí)別 每一個(gè)移動(dòng)臺(tái)設(shè)備均有一個(gè)惟一的移動(dòng)臺(tái)設(shè)備識(shí)別碼(IMEI)。 在EIR中存儲(chǔ)了所有移動(dòng)臺(tái)的設(shè)備識(shí)別

48、碼， 每一個(gè)移動(dòng)臺(tái)只存儲(chǔ)本身的IMEI。 設(shè)備識(shí)別的目的是確保系統(tǒng)中使用的設(shè)備不是盜用的或非法的設(shè)備。 為此， EIR中使用三種設(shè)備清單： 白名單： 合法的移動(dòng)設(shè)備識(shí)別號(hào)； 黑名單： 禁止使用的移動(dòng)設(shè)備識(shí)別號(hào)； 灰名單： 是否允許使用由運(yùn)營(yíng)者決定， 例如有故障的或未經(jīng)型號(hào)認(rèn)證的移動(dòng)設(shè)備識(shí)別號(hào)。,4. 用戶識(shí)別碼(IMSI)保密 為了防

49、止非法監(jiān)聽(tīng)進(jìn)而盜用IMSI， 當(dāng)在無(wú)線鏈路上需要傳送IMSI時(shí)， 均用臨時(shí)移動(dòng)用戶識(shí)別碼(TMSI)代替IMSI， 僅在位置更新失敗或MS得不到TMSI時(shí)才使用IMSI。 MS每次向系統(tǒng)請(qǐng)求一種程序， 如位置更新、 呼叫嘗試等， MSC/VLR將給MS分配一個(gè)新的TMSI。,7.3.3 呼叫接續(xù) 1. 移動(dòng)用戶主呼 移動(dòng)用戶向固定用戶發(fā)起呼叫的接續(xù)過(guò)程如圖 7

50、- 31 所示。 移動(dòng)臺(tái)(MS)在隨機(jī)接入信道(RACH)上， 向基站(BS)發(fā)出“信道請(qǐng)求”信息， 若BS接收成功， 就給這個(gè)MS分配一個(gè)專用控制信道， 即在準(zhǔn)許接入信道(AGCH)上向MS發(fā)出“立即分配”指令。 MS在發(fā)起呼叫的同時(shí)， 設(shè)置一定時(shí)器， 在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)可重復(fù)呼叫， 如果按預(yù)定的次數(shù)重復(fù)呼叫后， 仍收不到BS的應(yīng)答， 則放棄這次呼叫。,MS收到“立即分配”指令后， 利用分配的專用控制信道(DCC

51、H)與BS建立起信令鏈路， 經(jīng)BS向MSC發(fā)送“業(yè)務(wù)請(qǐng)求”信息。 MSC向VLR發(fā)送“開(kāi)始接入請(qǐng)求”應(yīng)答信令。 VLR收到后， 經(jīng)MSC和BS向MS發(fā)出“鑒權(quán)請(qǐng)求”， 其中包含一隨機(jī)數(shù)(RAND)， MS按鑒權(quán)算法A3進(jìn)行處理后， 向MSC發(fā)回“鑒權(quán)”響應(yīng)信息。,2. 移動(dòng)用戶被呼 固定用戶向移動(dòng)用戶發(fā)起呼叫的接續(xù)過(guò)程如圖 7 - 32 所示。 固定用戶向移動(dòng)用戶撥出呼叫號(hào)碼后， 固定網(wǎng)

52、絡(luò)把呼叫接續(xù)到就近的移動(dòng)交換中心， 此移動(dòng)交換中心在網(wǎng)絡(luò)中起到入口(Gate Way)的作用， 記作GMSC。 GMSC即向相應(yīng)的HLR查詢路由信息， HLR在其保存的用戶位置數(shù)據(jù)庫(kù)中查出被呼MS所在的地區(qū)， 并向該區(qū)的VLR查詢?cè)揗S的漫游號(hào)碼(MSRN)。,VLR把該MS的(MSRN)送到HLR， 并轉(zhuǎn)發(fā)給查詢路由信息的GMSC。 GMSC即把呼叫接續(xù)到被呼MS所在地區(qū)的移動(dòng)交換中心， 記作VMSC。 由VMSC向該VLR查詢有關(guān)的

53、“呼叫參數(shù)”， 獲得成功后， 再向相關(guān)的基站(BS)發(fā)出“尋呼請(qǐng)求”。 基站控制器(BSC)根據(jù)MS所在的小區(qū)， 確定所用的收發(fā)臺(tái)(BTS)， 在尋呼信道(PCH)上發(fā)送此“尋呼請(qǐng)求”信息。,MS收到尋呼請(qǐng)求信息后， 在隨機(jī)接入信道(RACH)向BS發(fā)送“信道請(qǐng)求”， 由BS分配專用控制信道(DCCH)， 即在公用控制信道(CCCH)上給MS發(fā)送“立即指配”指令。 MS利用分配到的DCCH與BS建立起信令鏈路， 然后向VMSC發(fā)回“尋呼

54、”響應(yīng)。 VMSC接到MS的“尋呼”響應(yīng)后， 向VLR發(fā)送“開(kāi)始接入請(qǐng)求”， 接著啟動(dòng)常規(guī)的“鑒權(quán)”和“置密模式”過(guò)程。,VMSC收到MS的“呼叫證實(shí)”信息后， 向BS發(fā)出信道“指配請(qǐng)求”， 要求BS給MS分配無(wú)線業(yè)務(wù)信道(TCH)。,7.3.4 過(guò)區(qū)切換 所謂過(guò)區(qū)切換， 是指在通話期間， 當(dāng)移動(dòng)臺(tái)從一個(gè)小區(qū)進(jìn)入另一個(gè)小區(qū)時(shí)， 網(wǎng)絡(luò)能進(jìn)行實(shí)時(shí)控制， 把移動(dòng)臺(tái)從原小區(qū)所用的信道切換到新小區(qū)

55、的某一信道， 并保證通話不間斷(用戶無(wú)感覺(jué))。 如果小區(qū)采用扇區(qū)定向天線， 當(dāng)移動(dòng)臺(tái)在小區(qū)內(nèi)從一個(gè)扇區(qū)進(jìn)入另一扇區(qū)時(shí)， 也要進(jìn)行類似的切換。,GSM系統(tǒng)采用的過(guò)區(qū)切換辦法稱之為移動(dòng)臺(tái)輔助切換(MAHO)法。 其主要指導(dǎo)思想是把過(guò)區(qū)切換的檢測(cè)和處理等功能部分地分散到各個(gè)移動(dòng)臺(tái)， 即由移動(dòng)臺(tái)來(lái)測(cè)量本基站和周圍基站的信號(hào)強(qiáng)度， 把測(cè)得結(jié)果送給MSC進(jìn)行分析和處理， 從而作出有關(guān)過(guò)區(qū)切換的決策。,圖 7 - 33 同一個(gè)BSC的過(guò)區(qū)切換示意,(

56、1) 同一個(gè)BSC控制區(qū)內(nèi)不同小區(qū)之間的切換， 也包括不同扇區(qū)之間的切換。 這種切換是最簡(jiǎn)單的情況， 如圖 7 - 33 所示。 (2) 同一個(gè)MSC/VLR業(yè)務(wù)區(qū)內(nèi)， 不同BSC控制區(qū)的小區(qū)之間的切換， 如圖 7 - 34 所示。,圖 7 - 34 同一個(gè)MSC/VLR區(qū)內(nèi)， 不同BSC間的切換示意,圖 7 - 35 同一MSC的BSC間的切換流程,(3) 不同MSC/VLR控制區(qū)的小區(qū)之間的切換。 這是一

57、種最復(fù)雜的切換， 切換中需進(jìn)行很多次信息傳遞。 圖 7 - 36 給出了不同MSC/VLR的小區(qū)切換示意圖。 圖 7 - 37 為切換流程， 即由MSC1 的小區(qū)向MSC2的小區(qū)進(jìn)行切換的過(guò)程。,圖 7 - 36 不同MSC/VLR的切換示意圖,圖 7 - 37 不同MSC/VLR的小區(qū)切換流程,7.5 GPRS——通用分組無(wú)線業(yè)務(wù),7.5.1 GPRS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 將現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)改

58、造為能提供GPRS業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)需要增加兩個(gè)主要單元： SGSN(GPRS服務(wù)支持節(jié)點(diǎn))和GGSN(GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn))。 SGSN的工作是對(duì)移動(dòng)終端進(jìn)行定位和跟蹤， 并發(fā)送和接收移動(dòng)終端的分組。 GGSN將SGSN發(fā)送和接收的GSM分組按照其他分組協(xié)議(如IP)發(fā)送到其他網(wǎng)絡(luò)。 GPRS網(wǎng)絡(luò)的邏輯結(jié)構(gòu)如圖7-43所示。,圖7-43 GPRS網(wǎng)絡(luò)的邏輯結(jié)構(gòu),SGSN是GPRS網(wǎng)的主要成分， 它負(fù)責(zé)分組的路由選擇和傳輸， 在其服務(wù)區(qū)負(fù)責(zé)將分

59、組遞送給移動(dòng)臺(tái)， 它是為GPRS移動(dòng)臺(tái)構(gòu)建的GPRS網(wǎng)的服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)。 SGSN還有很多功能， 例如處理移動(dòng)管理和進(jìn)行鑒權(quán)操作， 并且具有注冊(cè)功能。 GGSN像互聯(lián)網(wǎng)和X.25一樣， 用于和外部網(wǎng)絡(luò)的連接。 從外部網(wǎng)絡(luò)的角度看， GGSN是到子網(wǎng)的路由器， 因?yàn)镚GSN對(duì)外部網(wǎng)絡(luò)“隱藏”了GPRS的結(jié)構(gòu)。 當(dāng)GGSN接收到尋址特定移動(dòng)用戶的數(shù)據(jù)時(shí)， GGSN檢查這個(gè)地址是否處于激活狀態(tài)。