第7章 TDMA (1) (1)

和安全性。
第7章 时分多址(TDMA) 数字蜂窝网
（6）操作与维护分系统（OMS）
•
操作与维护管理的目的是使网络运营者能监视和控制整
个系统，把需要监视的内容从被监视的设备传到网络管
理中心，显示给管理人员；
• 同时，应该使管理人员在网络管理中心还应该能修改设 备的配置和功能。
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•
MSC可从HLR、VLR和AUC这三种数据库获取处理用 户位置登记和呼叫请求所需的全部数据。
•
反之，MSC也根据其最新获取的信息请求更新数据库
的部分数据。
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（2）归属用户位置寄存器（HLR）。
•
•
HLR是GSM系统的中央数据库，存储着该HLR控制的所
从系统的功能实体来说，就是移动业务交换中心 (MSC)与基站控制器(BSC)之间的互联接口。 A接口传递的信息包括移动台管理、基站管理、移动 性管理和接续管理等。 Abis接口定义为基站子系统的两个功能实体基站控制 器（BSC）和基站收发信台（BTS）之间的通信接口， 用于BTS与BSC之间的远端互联方式。
但因数字蜂窝网采用全数字传输，因而在实现技术和管理 控制等方面，均与模拟蜂窝网有较大的差异。 简单说来，数字蜂窝网技术更先进，功能更完备且通信更 可靠，并能适应方便地与其它数字通信网(如综合业务数 字网ISDN、公用数据网PDN)的互连。
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•
GSM数字蜂窝通信系统的主要组成部分可分为移动台、 基站子系统和网络子系统，如图7-1所示。
它的作用是将GSM系统中话音编辑信号与标准64kbit/sPCM 相配合 例如移动台（MS）发话，它首先进行语音编码，变为 13kbit/s的数字流，信号经BTS收信机的接收，其输出 仍为13kbit/s信号，需经TRAU后变为64kbit/sPCM信号， 才能在有线信道上传输。 同时，要传送较低速率数据信号时，也需经过TRAU变 成标准信号。
BTS负责无线传输，每个BTS有多部收发信机（TRX），即
占用多个频率点，每部TRX占用一个频率点，而每个频率 点又分成8个时隙，这些时隙就构成了信道。
BTS是覆盖一个小区的无线电收发信设备。
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BTS还有一个重要的部件称为码型转换器（Transcoder） 和速率适配器（Rate Adaptor），简称TRAU。
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根据应用与服务情况，移动台可以是单独的移动终端 (MT)、手持机、车载机，或者是由移动终端(MT)直接 与终端设备(TE)传真机相连接而构成，或者是由移动 终端(MT)通过相关终端适配器(TA)与终端设备(TE)相 连接而构成。
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（4）鉴权中心（AUC)。
•
GSM系统采取了特别的安全措施，例如用户鉴权、对无
线接口上的语音、数据和信号信息进行保密等。
•
因此，鉴权中心(AUC)存储着鉴权信息和加密密钥，用来
防止无权用户接入系统和保证通过无线接口的移动用户通 信的安全。
•
AUC属于HLR的一个功能单元部分，专用于GSM系统的 安全性管理。
图 7 - 1 GSM蜂窝系统的网络结构
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1．移动台（MS）
移动台是公用GSM移动通信系统中用户使用的设备，也是
用户能够直接接触的整个GSM系统中的唯一设备。
移动台的功能： 通过无线接口接入GSM系统的通常无线和处理功能，提 供与使用者之间的接口，比如完成通话呼叫所需要的 话筒、扬声器、显示屏和按键； 提供与其他一些终端设备之间的接口，比如与个人计 算机或传真机之间的接口；或同时提供这两种功能。
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7.1 GSM系统总体
美国的数字蜂窝系统研制较欧洲稍晚一些。双方研制的大 目标不尽相同，泛欧GSM系统是为了打破国界，实现漫游 通话；美国的D-AMPS系统是为了扩大容量，实现与模拟系 统兼容。D-AMPS系统即IS-54标准。
泛欧GSM数字蜂窝移动通信系统是在频分多址下的时分多 址，当它工作在跳频方式时，又引入了码分多址。 数字移动通信系统也是蜂窝系统，即蜂窝区群结构和频率 复用。
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（连 接。
一个基站分系统只有一个BSC，而有多套BTS。
功能:
负责控制和管理，BSC通过对BTS和MS的指令来管理无 线接口，主要进行无线信道分配、释放以及越区信道 的切换管理。
4 接口和接口协议
• GSM系统的公用陆地移动通信网的信令系统是以7号信令网 络为基础的。
– GSM系统的主要接口是指A接口、Abis接口和Um接口。
(1)．主要接口
图7-3
GSM系统的主要接口
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•
A接口：
–
– –
A接口定义为网络子系统（NSS）与基站子系统 （BSS）之间的通信接口。
•
•
MSC是网络的核心；
作用：
–
–
它主要处理与协调GSM系统内部用户的通信接续。
MSC对位于其服务区内的移动台（MS）进行交换与 控制，同时提供移动网与固定公众电信网的接口。
–
作为交换设备，MSC具有完成呼叫接续与控制的功 能，同时还具有无线资源管理和移动性管理等功能， 例如移动台位置登记与更新，MS的越区转接控制等。
在同一处需采用
BS接口时，传输
图7-2 一种典型BSS组成方式
单元是不需要的。
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BSS包含GSM数字移动通信系统中无线通信部分的所有地 面基础设施，通过无线接口直接与移动台实现通信连接。 BSS具有控制功能与无线传输功能，完成无线信道的发送、 接收和管理。 基站子系统包括:
SIM卡的应用使移动台并非固定的束缚于一个用户。
GSM系统是通过SIM卡来识别移动电话用户的。
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2．基站子系统（BSS）
•
在BSC与BTS不设
在同一处需采用 Abis接口时，传 输单元是必须增 加的，以实现 BSC与BTS之间的 远端连接方式。
•
若BSC与BTS设置
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•
移动用户没有固定位置，要为网内用户建立通信时，路 由都先接到一个关口交换局(GMSC：Gateway MSC)， 即由固定网接到GMSC。
•
GMSC的作用： – 查询用户的位置信息，并把路由转到移动用户当时所
拜访的移动交换局（VMSC）。
• GMSC首先根据移动用户的电话号码找到该用户所属的 归属位置寄存器HLR，然后从HLR中查询到该用户目前 的VMSC。 • GMSC一般都与某个MSC合在一起，只要使MSC具有关 口功能就可实现。
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（5）移动用户识别寄存器（EIR)。
•
移动用户识别寄存器（EIR）存储着移动设备的国际移
动设备识别码（IMEI)，通过核查白色清单、灰色清单或
黑色清单这三种表格（在表格中分别列出了准许使用的、
出现故障需监视的、失窃不准使用的移动设备的IMEI识 别码），使得运营部门对不管是失窃还是由于技术故障 或误操作而危及网络正常运行的MS设备，都能采取及时 的防范措施，以确保网络内所使用的移动设备的唯一性
台(MS)之间通过空中接口的无线传输及相关的控制功能。
BTS的组成：主要包括基带单元、载频单元、控制单元三大 部分。
基带单元主要用于必要的语音和数据速率匹配以及信道编码
等; 载频单元主要用于调制/解调与发射机/接收机之间的耦合等;
控制单元用于BTS的操作与维护。
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7.1 GSM系统总体
GSM标准共有 12 项内容，如表 7 - 1 所示。
表 7 - 1 GSM 标 准
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7.1.1 网络结构
数字蜂窝移动通信是在模拟蜂窝移动通信的基础上发展起
来的，在网络组成、设备配置、网络功能和工作方式上， 二者都有相同之处。
移动台另外一个重要的组成部分是用户识别模块(SIM)，
它基本上是一张符合ISO标准的“智慧”卡，它包含所有 与用户有关的被储存在用户无线接口一边的信息，其中 也包括鉴权和加密信息。 使用GSM标准的移动台都需要插入SIM卡，只有当处理异 常的紧急呼叫时，可以在不用SIM卡的情况下操作移动台。
有存在的移动用户的相关数据。 一个HLR能够控制若干个移动交换区域以及整个移动通信 网，所有移动用户重要的静态数据都存储在HLR中，这包 括移动用户识别号码、 访问能力、 用户类别和补充业务 等数据。
•
HLR还存储为MSC提供关于移动用户实际漫游所在的 MSC区域的有关动态信息数据。
•
这样，任何入局呼叫可以即刻按选择的路径送到被叫到用
•
MSC在处理入网和出网呼叫时需要查访VLR中的有关信
息。
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（3）访问用户位置寄存器（VLR）
•
• • •
一个VLR可以负责一个或多个MSC区域。
由于MSC与VLR之间交换信息很多，所以两者的设备通 常合在一起。 一旦用户离开该VLR的控制区域，则重新在另一个VLR 处登记，原VLR将取消临时记录的该移动用户数据。 VLR可看作是一个动态用户数据库。
基站控制器（BSC:Base Station Controller）
基站收发信台（BTS:Base Transceiver Station）两 部分组成。
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（1）基站收发信台(BTS)。 基站收发信台(BTS)属于基站子系统的无线部分； 功能：由基站控制器(BSC)控制，服务于某个小区的无线收 发设备，完成BSC与无线信道之间的转换，实现BTS与移动
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7.1 GSM系统总体
7.2 GSM系统的无线接口 7.3 GSM系统的控制与管理 7.4 三种TDMA蜂窝系统分析比较 7.5 GPRS——通用分组无线业务 思考题与习题
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7.1 GSM系统总体
户。
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（3）访问用户位置寄存器（VLR）
•
VLR是存储用户位置信息的动态链接库，当漫游用户进
入某个MSC区域时，必须在MSC相关的VLR中进行登记， VLR分配给移动用户一个漫游号（MSRN）。
•
在VLR中建立用户的有关信息，其中包括移动用户识别
码（MSI）、移动台漫游号（MSRN）、移动用户所在 位置区的标志及向用户提供服务等参数，而这些信息是 从相关的HLR中传过来的。
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3．网路子系统（NSS）
• 网路子系统（NSS）主要包含GSM系统的交换功能和 用户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功
能，它对GSM移动用户之间的通信和GSM移动用户与
其他通信网用户之间的通信起着管理作用。
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（1）移动业务交换中心（MSC）
欧洲电信管理部门（CEPT）于1982年成立了一个被称为 GSM（移动通信特别小组）的专题小组，开始制定适用于 泛欧各国的一种数字移动通信系统的技术规范。 在GSM标准中，未对硬件进行规定，只对功能和接口等进 行了详细规定，便于不同公司产品的互联互通。
它包括GSM900和DCS1800两个并行的系统。 这两个系统功能相同，其差别只是工作频段不同。 两个系统均采用TDMA接入方式。
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MSC通常是一个大的程控数字交换机，能控制若干个基
站控制器(BSC)。
GMSC与固定网相接，固定网有公众电话网PSTN、综合 业务数字网ISDN、分组交换公众数据网PSPDN和电路交
换公众数据网CSPDN。
• MSC与固定网互连需要通过一定的适配才能符合对方网 络对传输的要求，称其为适配功能(IWF：Inter Working Function)。