第5章+GSM数字蜂窝移动通信系统
移动通信原理与工程05
第5章 GSM移动通信系统
知识点
数字移动通信的内容 GSM通信系统的构成及业务功能 GSM的信道配置 难点
GSM各分系统的接口功能
GSM信道配置的关系
第5章 GSM移动通信系统
要求 掌握： 数字移动通信的基本原理、基本内容 理解：
GSM采用的有关技术
第5章 GSM移动通信系统
OSS NMC NSS OMC DPPS PCS SEMC
BTS MS BSS BTS
BSC
MSC/VLR
HLR/AUC EIR PSTN ISDN PDN
OSS：操作支持子系统 NMC：网路管理中心 MSC：移动业务交换中心 AUC：鉴权中心 BTS：基站收发信台
BSS：基站子系统 NSS ： 网 路 子 系 PCS：用户识别卡个人化中心 OMC：操作维护中心 VLR：来访用户位置寄存器 HLR：归属用户位置寄存器 EIR：移动设备识别寄存器 PDN：公用数据网 BSC：基站控制器 PSTN：公用电话网
第5章 GSM移动通信系统
5.1.2 数字化的内容与效果 1. 数字通信技术 (1)数字话音编码 在数字移动通信中，话音的数字化，亦即数 字话音是其重要标志。而数字话音编码是其重要 技术之一。对数字话音编码的要求是：在给定数 字话音编码速率下，得到尽可能高的话音质量； 在强噪音干扰环境下数字话音编译码能正常工作； 数字话音编码的处理时延应尽量的小，在几十毫 秒以内；数字话音编码器的硬件结构应便于大规 模集成，软件算法应具有抗干扰能力。数字话音 编码器的话音质量是保证系统通信质量的重要特 性。
第5章 GSM移动通信系统
GSM系统能提供穿过国际边界的自动漫游功能，对 于全部GSM移动用户都可进入GSM系统而与国别无关； GSM系统除了可以开放话音业务，还可以开放各种 承载业务、补充业务和与ISDN相关的业务； GSM系统具有加密和鉴权功能，能确保用户保密和 网络安全； GSM系统具有灵活和方便的组网结构，频率重复利 用率高，移动业务交换机的话务承载能力都很强，保 证在话音和数据通信两个方面都能满足用户对大容量、 高密度业务的要求； GSM系统抗干扰能力强，覆盖区域内的通信质量高； 用户终端设备（手持机和车载机）随着大规模集成电 路技术的进一步发展能向更小型、轻巧和增强功能趋 势发展。
移动通信技术基础教程
05
移动台（MS） 基站（BS）
移动交换中心（ MSC）
访问位置寄存器 （VLR）
归属位置寄存器 （HLR）
用户设备，包括手机、平 板电脑等。
与移动台进行无线通信的 设备，提供无线覆盖。
负责移动台的位置管理和 呼叫控制。
存储当前位置区内的移动 台信息。
存储归属用户的移动台信 息。
移动通信标准化组织及标准
应用场景：智能家居（智能照明、智能安防等）、智慧城市（智能交通、智能环 保等）、工业物联网（工业自动化、智能制造等）、农业物联网（精准农业、智 能化养殖等）。
05
CATALOGUE
卫星通信与微波接力传输
卫星通信基本原理及系统组成
卫星通信基本原理
利用人造地球卫星作为中继站， 在地球站之间转发无线电信号， 实现两个或多个地球站之间的通
微波接力传输系统优化
针对已建成的微波接力传输系统，通过调整设备 参数、改进传输方式、优化网络结构等手段，提 高系统的传输质量和效率。
微波接力传输与光纤传输的比较
微波接力传输具有建设周期短、投资少、易于维 护等优点，但在传输容量、抗干扰能力等方面不 及光纤传输。
宽带卫星接入技术发展趋势
宽带卫星接入技术概述
加密算法分类
包括对称加密算法（如AES、DES）和非对称加密算法（如 RSA、ECC）等，它们各有优缺点，适用于不同场景。
实现方法
通过编程语言和加密库实现加密解密算法，需要注意算法的 正确性、效率和安全性等方面。
身份认证和访问控制策略设计
身份认证方式
包括用户名密码认证、动态口令认证、生物特征认证等，应根据系统安全需求和用户便利性进行选择 。
国际电信联盟（ITU）
通信网络基础-(李建东-盛敏-)课后习题答案
1.1答：通信网络由子网和终端构成〔物理传输链路和链路的会聚点〕，常用的通信网络有A TM 网络，X.25分组数据网络，PSTN ，ISDN ，移动通信网等。
1.2答：通信链路包括接入链路和网络链路。
接入链路有：〔1〕Modem 链路，利用PSTN 线路，在用户和网络侧分别添加Modem 设备来实现数据传输，速率为300b/s和56kb/s ；〔2〕xDSL 链路，通过数字技术，对PSTN 端局到用户终端之间的用户线路进展改造而成的数字用户线DSL ，x 表示不同的传输方案；〔3〕ISDN ，利用PSTN 实现数据传输，提供两个根本信道：B 信道〔64kb/s 〕，D 信道〔16kb/s 或64kb/s 〕；〔4〕数字蜂窝移动通信链路，十几kb/s ～2Mb/s ；〔5〕以太网，双绞线峰值速率10Mb/s,100Mb/s 。
网络链路有：〔1〕X.25提供48kb/s ，56kb/s 或64kb/s 的传输速率，采用分组交换，以虚电路形式向用户提供传输链路；〔2〕帧中继，吞吐量大，速率为64kb/s ，2.048Mb/s ；〔3〕SDH 〔同步数字系列〕，具有标准化的构造等级STM-N ；〔4〕光波分复用WDM ，在一根光纤中能同时传输多个波长的光信号。
1.3答：分组交换网中，将消息分成许多较短的，格式化的分组进展传输和交换，每一个分组由假设干比特组成一个比特串，每个分组都包括一个附加的分组头，分组头指明该分组的目的节点及其它网络控制信息。
每个网络节点采用存储转发的方式来实现分组的交换。
1.4答：虚电路是分组传输中两种根本的选择路由的方式之一。
在一个会话过程开场时，确定一条源节点到目的节点的逻辑通路，在实际分组传输时才占用物理链路，无分组传输时不占用物理链路，此时物理链路可用于其它用户分组的传输。
会话过程中的所有分组都沿此逻辑通道进展。
而传统 交换网PSTN 中物理链路始终存在，无论有无数据传输。
移动通信原理与系统.(优选)
移动通信原理与系统第1章概论1.（了解）4G网络应该是一个无缝连接的网络，也就是说各种无线和有线网络都能以IP协议为基础连接到IP核心网。
当然为了与传统的网络互连则需要用网关建立网络的互联，所以将来的4G网络将是一个复杂的多协议的网络。
2.所谓移动通信，是指通信双方或至少有一方处于运动中进行信息交换的通信方式。
移动通信系统包括无绳电话、无线寻呼、陆地蜂窝移动通信、卫星移动通信等。
无线通信是移动通信的基础。
3.移动通信主要的干扰有：互调干扰、邻道干扰、同频干扰。
（以下为了解）1）互调干扰。
指两个或多个信号作用在通信设备的非线性器件上，产生与有用信号频率相近的组合频率，从而对通信系统构成干扰。
2）邻道干扰。
指相邻或邻近的信道（或频道）之间的干扰，是由于一个强信号串扰弱信号而造成的干扰。
3）同频干扰。
指相同载频电台之间的干扰。
4.按照通话的状态和频率的使用方法，可以将移动通信的工作方式分成：单工通信、双工通信、半双工通信。
第2章移动通信电波传播与传播预测模型1.移动通信的信道是基站天线、移动用户天线和两副天线之间的传播路径。
对移动无线电波传播特性的研究就是对移动信道特性的研究。
移动信道的基本特性是衰落特性。
2.阴影衰落：由于传播环境中的地形起伏、建筑物及其他障碍物对电磁波的遮蔽所引起的衰落。
多径衰落：无线电波呢在传播路径上受到周围环境中地形地物的作用而产生的反射、绕射和散射，使其到达接收机时是从多条路径传来的多个信号的叠加，这种多径传播多引起的信号在接收端幅度、相位和到达时间的随机变化将导致严重的衰落。
无线信道分为大尺度传播模型和小尺度传播模型。
大尺度模型主要是用于描述发射机与接收机之间的长距离（几百或几千米）上信号强度的变化。
小尺度衰落模型用于描述短距离（几个波长）或短时间（秒级）内信号强度的快速变化。
3.在自由空间中，设发射点处地发射功率为P t，以球面波辐射；设接收的功率为P r，则P r=（A r/4πd2）P t G t式中，A r=λ2G r/4π，λ为工作波长，G t、G r分别表示发射天线和接收天线增益，d为发射天线和接收天线间的距离。
GSM系统
• 此外，还可以安排慢速辅助控制信道及快速辅助控 制信道。
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控制信道
• 用于传送信令及同步信号，可以分为：广播信道（BCH）、 公共控制信道（CCCH）和专用控制信道（DCCH）。
• 广播控制信道：单向信道，用于基站向移动台广播公用的信 息，如：移动台入网、呼叫建立所需要的相关信息。可以分 为：频率校正信道、同步信道、广播控制信道。
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逻辑信道
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说明
• 在无线通信中每个载波都可以通过各种复用方式 （频域、时域、码域）划分成多个物理信道，完成 一定的传输功能。如果我们把这些物理信道抽象化， 只考虑不同的功能描述，就将这样的信道称为逻辑 信道。
• GSM系统的一个载波（200kHz）是通过时域的方 法划分成多个逻辑信道的。
• 逻辑信道可以分为两大类：业务信道和控制信道。
强，能满足大容量、高密度业务的要求。 • 抗干扰能力强，覆盖区域内通信质量高。 • 随着大规模集成电路的发展，移动终端及手机可以实现低
功耗化及小型化。
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系统性能
6
频率配置
• GSM900的工作频段如下 －下行（基站发，移动台收）：935－960MHz。 －上行（移动台发，基站收）：890－915MHz。 －上行及下行各25MHz，收发间隔45MHz，波道间隔200KHz，共 设置124对波道。 我国分配的频段如下 －中国移动：下行 935－954MHz，上行 890－909MHz。 －中国联通：下行 954－960MHz，上行 909－915MHz。
39个
信息比特
3个
尾比特
58个
混合比特
移动通信复习资料
移动通信复习资料移动通信原理与系统复习资料第⼀章：1.在4G系统中，⽹元间的协议是基于IP的，每⼀个MT（移动终端）都有各⾃的IP地址。
2.IP核⼼⽹：它不是专门⽤作移动通信，⽽是作为⼀种统⼀的⽹络，⽀持有线和⽆线接⼊。
主要功能是：完成位置管理和控制、呼叫控制和业务控制。
3.4G⽹络应该是⼀个⽆缝连接的⽹络，也就是说各种有线和⽆线⽹都能以IP协议为基础连接到IP核⼼⽹。
当然为了与传统的⽹络互联则需要⽤⽹关建⽴⽹络的互联，所以将来的4G⽹络将是⼀个复杂的多协议的⽹络。
4.移动通信的定义：指通信双⽅或⾄少有⼀⽅处于运动中进⾏信息交换的通信⽅式。
5.移动通信系统包括：⽆绳电话、⽆线寻呼、陆地蜂窝移动通信、卫星移动通信等。
6.⽆线通信是移动通信的基础。
7.移动通信所受⼲扰种类：（1）：互调⼲扰：指两个或多个信号作⽤在通信设备的⾮线性器件上，产⽣与有⽤信号频率相近的组合频率。
从⽽对通信系统构成⼲扰的现象。
（2）：邻道⼲扰：指相邻或邻近的信道之间的⼲扰，是由于⼀个强信号串扰弱信号⽽造成的⼲扰。
（3）：同频⼲扰：指相同频率电台之间的⼲扰。
8.移动通信的⼯作⽅式：（1）：单⼯通信：指通信双⽅电台交替地进⾏收信和发信。
它常⽤于点到点通信。
（2）双⼯通信：指通信双⽅。
收发信机均同时⼯作。
即任⼀⽅讲话时都可以听到对⽅的话⾳，没有“按-讲”开关。
（3）半双⼯通信第⼆章：1. 移动通信的信道：指基站天线、移动⽤户天线和两幅天线之间的传播路径。
2. 从某种意义上来说，对移动⽆线电波传播特性的研究就是对移动信道的研究。
（判断）3. 移动信道的基本特性就是衰落特性。
4. ⽆线电波的传播⽅式：直射、反射、绕射和散射以及它们的合成。
5. 移动信道是⼀种时变信道。
在这种信道中传播表现出来的衰落⼀般为：随信号传播距离变化⽽导致的传播损耗和弥散。
6. （1）阴影衰落：由于传播环境中的地形起伏、建筑物及其它障碍物对电磁波的遮蔽所引起的衰落。
ch5 GSM GPRS数字蜂窝移动通信系统
GSM900基站的最大功率 DCS1800基站的最大功率 基站的最大功率 基站的最大功率 320W 160W 80W 40W 20W 10W 5W 2.5W 20W 10W 5W 2.5W
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5.3.3 网络与交换子系统 （NSS）
功能: 对GSM移动用户之间通信和移动用户和其他通信 网用户之间通信起管理作用。其主要功能包括：交换、 移动性管理、安全管理等 组成：
6
GSM网
端网
1、电信业务
业 务 内 容
话音服务 紧急呼叫 短消息服务（到移动 电话终端， MT/PP） 短消息服务 （移动电话发起， MO/PP） 短消息传输（小区广 播） 自动传真
全速（13 kb/s）， 半速（6.5 kb/s）。 这项服务提供语音 信息和语音信号到网络的传输 典型的是， 紧急电话在一些受限的情况下， 更具有优先权。 一般只提供移动用户主叫发起 短字符消息，小于160个字符。这项服务用于消息处理系 统（服务中心）提供短消息给移动用户 短字符消息，小于160个字符。这项服务用于移动用户给 消息处理系统（服务中心）提供短消息。以下由移动用户 发起的呼叫可以进行传输：一个在存储器中预先存储的消 息；从拨号盘上发起的一串数字；从另外的键盘或设备终 端与移动台相连的信息 短字符消息，小于93个字符。这项服务用于传输对小区范 围内的所有的移动用户。这是一点对多点的服务 第3类传真。这项服务自动提供第3类呼叫和被呼模式传真
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VLR (访问位置寄存器) 通常与MSC合设，它存储进入其控制区域内来访移动用户 的有关数据，VLR可看作是一个动态用户的数据库。
移动台状态 位置区域识别码（LAI） 临时移动用户识别码（TMSI） 移动台漫游码（MSRN）等
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gsm简介
MSC
GMSC
HLR
MSC
GMSC
SSP
三级结构：北京、广东等
二级结构：湖北、湖南等
HSTP：High signal transit point 高级信令转接点，负责省际之间的信令转接 LSTP：Low signal transit point 低级信令转接点，负责省内之间的信令转接 MSC： Mobile Service switch center移动交换中心，负责处理本地话务
• 中国移动长途七号信令网始建于1998年底，目前已完成了三期扩 容工程，逐步形成了较为完善的中国移动七号长途信令网网路架 构。 • 在除西藏以外的30个省各建设了一对独立的HSTP，以A、B平面 的组网方式组成双平面的GSM移动长途NO.7信令网。同一平面内 的HSTP网状网相连，不同平面间同省市的HSTP相连（其中一个 平 面 采 用 华 为 的 C&C08STP 设 备 ， 另 一 平 面 采 用 上 海 贝 尔 的 S1240STP设备。） • 广东、江苏、辽宁、山东、浙江省的HSTP负责处理省际信令，另 外五省还各建设有一对独立的LSTP负责处理省内信令。 • 其余25个省/市的HSTP还兼做本省/市的LSTP，负责处理省际、省 内信令，西藏的LSTP连接到北京的一对HSTP上
二、第二代数字移动通信系统
2、GSM和IS－95 CDMA技术比较 、 和 － 技术比较
标准化程度 技术先进性 设备成熟性 业务 容量 终端设备 话音质量 GSM 标准化程度高，具有开放的 A 接口和人机接口 在 无 线 技 术 是 80 年 代的 技 术，是各厂家妥协的产物 设备供应商多 在业务方面有一定优势，如智 能业务和国际漫游等 频率利用率低，相同频率资源 下无线网络容量小 终端设备种类丰富 实现了机卡分离 引入 EFR 之前，话音编码技术 落后 IS-95 CDMA 标准化程度较差， 无线技术有一定的先进性 设备供应商较少 在数据业务方面有一定优势 频谱利用率高，无线网络容量 大 分离的手机全面上市要到 2001 年之后 与 GSM 引入 EFR 之后的话音质 量基本相当
5 移动通信原理 第五章 语音编码、信道编码和交织技术
第5章语音编码、信道编码和交织技术引言一般的数字通信系统都包含信源编解码、信道编解码和调制解调这三对功能模块，语音编码是一种信源编码的，在移动通信中由于信道的特点，往往还需要交织和去交织这一对功能模块。
为什么要进行信源编码、信道编码和交织呢？从实现过程分析：信源编码——原理：去掉一些信息（信源中统计特性具有相关性的信息）；（有效性）目的：尽可能用最少的信息比特表示信源，从而达到压缩信息速率，以较少的信息速率传送信息；信道编码——原理：加入一些信息（监督码或检验码）；（可靠性）目的：用来供接收端纠正或检出信息在信道中传输时，由于干扰、噪声或衰落等所造成的误码。
交织——原理：不改变信息量，只改变信息的排序；（可靠性）目的：克服信道中由于深衰落而造成的突发的成串的误码。
对本章的学习，我们复习信源编码和信道编码的基础上，重点掌握：1．移动通信对编码的要求；2．蜂窝移动通信典型系统用到的编码方式；3．在这些系统中的实现过程；4．交织的原理和作用。
5.1 语音编码通信系统中的语音编码的目的是解除语音信源的统计相关性，语音编码大致分为三类。
一．语音编码的分类（参考：《吴伟陵，《移动通信原理》，电子工业出版社，P72）1．波形编码波形编码是以精确再现语音波形为目的，并以保真度即自然度为度量标准的编码方法。
这类编码是保留语音个性特征为主要目标的方法，其码速较高。
常用的波形编码及其原理：PCM、DPCM、ADPCM应用：适用于骨干（固定）通信网。
2．参量编码利用人类的发声机制，仅传送反映语音波形变化主要参量的编码方法。
在接收端，可根据发声模型，由传送过来的变化参量激励产生人工合成的语音。
参量编码的主要标准是可懂度。
显然，这类编码是以提取并传送语音的共性特征参量为目的的编码方式，其码速较低。
（声码器）常用的参量编码及其原理：LPC应用：主要用于军事保密通信。
3．混合编码混合编码是吸取上述两类编码的优点，以参量编码为基础，并附加一定的波形编码特征，以实现在可懂度基础上适当改善自然度目的的编码方式。
现代交换原理第5章 移动交换技术
（一）本章的基本要求
1.掌握移动通信系统的结构和主要部分的功能 2.掌握移动通信系统的编号计划 3.掌握移动交换信令系统的结构 4.掌握位置登记与更新和MS被叫处理的流程
5．1移动通信系统的结构和接口
一．移动通信系统的基本特性
1.移动用户的移动性，网络必须随时确定 用户当前所在的位置区，以完成呼叫、 接续等功能 。 2 频率资源的有限性，因此如何提高频率 资源的的利用率是发展移动通信要解决 的主要问题。
移动通信系统的接口
• • • • Um接口：是用户终端设备MS与基站之间的空中无线接口。 A－bis接口：基站收发信机BTS与基站控制器BSC之间的接口 A接口：基站控制器BSC与移动交换中心MSC之间的信令接口。 B接口：MSC与来访位置寄存器VLR之间的接口。由于MSC与来访 位置寄存器VLR通常设置在同一个物理设备中，该接口一般为 内部接口。 C接口：MSC与归属位置寄存器HLR之间的接口 D接口：来访位置寄存器VLR与归属位置寄存器HLR之间的接口。 E接口：不同的移动交换中心MSC之间的接口。 G接口：不同的来访位置寄存器VLR之间的接口。
设备识别寄存器EIR
设备识别寄存器EIR存储有关移动台设备参数的数 据库。在EIR中存有网中所有移动台设备的识别码IMEI 和设备状态标志(白色、灰色、黑色)。 在我国的移动通信系统中，没有设置设备识别寄存器 EIR。
短消息中心（SC）
短消息中心提供短消息业务功能。 短消息业务（ SHORT MESSAGE SERVICE ： SMS ） 提供在GSM网络中移动用户和移动用户之间发送讯息长 度较短的信息。 点对点短消息业务包括移动台MS发起的短消息业务 MO/PP及移动台终止的短消息业务MT/PP。点对点短消 息的传递与发送由短消息中心SC进行中继。 短消息中心的作用像邮局一样，接收来自各方面的 邮件，然后把它们进行分拣，再发给各个用户。短消息 中心的主要功能是接收、存储和转发用户的短消息。
GSM全球移动通信系统概述
GSM全球移动通信系统概述►无线通信系统的差不多概念、蜂窝通信► GSM系统组成、网络结构、接口与协议、业务功能► GSM无线传输原理、标准、语音编码、信道编码与调制解调►移动台登记、漫游、切换、呼叫接续过程1 蜂窝无线通信系统的差不多概念1.1无线通信系统的定义表1.1列出了用来描述无线通信系统差不多要素的术语定义。
频分双工（FDD）中，一对有着固定频率间隔的单向信道用作系统中的特定无线信道。
在美国的AMPS标准中，反向信道比前向信道的频率低45MHz(即手机的发比收低45MHz)。
模拟无线系统只采纳FDD。
时分双工（TDD）方式，在时刻上分享一条信道，将其一部分时刻用于从基站向用户发送信息，而其余的时刻用于从用户向基站发送信息。
如果信道内的数据传输速率远大于终端用户的数据速率，就能够储备用户数据，即使在同一时刻不存在两条同步无线传输信道，仍能给用户提供全双工操作。
TDD只在数字传输和数字调制时才能够使用。
1.2 蜂窝无线通信系统蜂窝概念是解决频率不足和用户容量咨询题的一个重大突破，是一种系统级的概念。
其思想是用许多小功率的发射机（小覆盖区）来代替单个的大功率发射机（大覆盖区），每一个小覆盖区只提供服务范畴内的一小部分覆盖。
每个基站分配整个系统可用信道中的一部分，相邻基站则分配另外一些不同的信道，如此基站之间（以及在它们操纵下的移动用户之间）的干扰就最小。
只要基站间的同频干扰在能够同意的范畴以内，可用信道就能够尽可能的复用。
1.2.1 频率复用蜂窝无线系统依靠于整个覆盖区域内信道的分配及复用。
每一个蜂窝基站分配一组无线信道，这组无线信道作用于一个小区。
给相邻小区的基站分配一个信道组，所包含的信道全部不能在相邻小区内使用。
通过将基站天线的覆盖范畴限制在小区边界以内，相同的信道组就可用于覆盖不同的小区，只要距离足够远，相互间的干扰就能够同意。
为整个系统中的所有基站选择和分配信道组的设计过程就叫做频率复用（Frequency Reu se）。
移动通信系统的组成
知识链接2：GSM、 GPRS、 CDMA数字蜂窝网基 本概念、系统组成、网络结构
❖ 议一议：GPRS的特点
(3)仅按数据流量计费
即根据您传输的数据量(如：网上下载信息时) 来计费，而不是按上网时间计费也就是说，只要 不进行数据传输，哪怕您一直“在线”，也无需 付费。做个“打电话”的比方，在使用 GSM+WAP手机上网时，就好比电话接通便开始 计费；而使用GPRS+WAP上网则要合理得多， 就像电话接通并不收费，只有对话时才计算费用。 总之，它真正体现了少用少付费的原则。
知识链接2：GSM、 GPRS、 CDMA数字蜂窝网基 本概念、系统组成、网络结构
❖ 议一议：GPRS的特点
2、技术上的特点
数据实现分组发送和接收，按流量计费；56～ 115Kbps的传输速度.
3、GPRS与GSM比较中表现出的特点
相对于GSM的9.6kbps的访问速度而言， GPRS拥有171.2kbps的访问速度；在连接建立 时间方面，GSM需要10-30秒，而GPRS只需要 极短的时间就可以访问到相关请求；而对于费用 而言，GSM是按连接时间计费的，而GPRS只需 要按数据流量计费；GPRS对于网络资源的利用 率而相对远远高于GSM。
❖学一学： GPRS 系统组成
笔记本电脑通过串行或无线方式连接到GPRS 蜂窝电话上；GPRS蜂窝电话与GSM基站通信， 但与电路交换式数据呼叫不同，GPRS分组是从 基站发送到GPRS服务支持节点(SGSN)，而不是 通过移动交换中心(MSC)连接到语音网络上。
知识链接2：GSM、 GPRS、 CDMA数字蜂窝网基 本概念、系统组成、网络结构
及移动交换中心(MSC)三大部分组成。
知识链接2：GSM、 GPRS、 CDMA数字蜂窝网基 本概念、系统组成、网络结构
GSM系统
GSM系统全球数字移动电话系统（Global System for Mobile Communication ）是欧洲电信标准协会(ETSI)为第二代移动通信制定的可国际漫游的泛欧数字蜂窝系统标准。
1991年GSM系统正式在欧洲问世，网络开通运行。
GSM系列主要有GSM900、DCS1800和PCS1900三种，三者之间的主要区别是工作频段的差异。
⏹GSM体系结构从结构上来看主要包含3个主体：移动台（MS）、基站子系统（BSS）、网络和交换子系统（NSS）网络和交换子系统（NSS）GPRS技术⏹GPRS覆盖在GSM的物理层和网络实体之上，增强了GSM数据传输能力，对独立短分组（500～1000 byte）借助GSM的基础结构提供快速接入网络从而与外部的分组数据网络建立连接。
⏹GPRS使用的物理无线信道与GSM完全相同，只是定义了新的逻辑GPRS无线信道。
⏹GPRS网络体系结构✓GPRS网络是在现有GSM网络中增加GGSN和SGSN来实现的，使得用户能够在端到端分组方式下发送和接收数据。
✓GPRS蜂窝电话与GSM基站通信，但与电路交换式数据呼叫不同，GPRS分组是从基站发送到GPRS服务支持节点(SGSN)，而不是通过移动交换中心(MSC)连接到语音网络上。
SGSN与GPRS网关支持节点(GGSN)进行通信；GGSN对分组数据进行相应的处理，再发送到目的网络。
来自因特网标识有移动台地址的IP包，由GGSN接收，再转发到SGSN，继而传送到移动台上。
Cellular/WLAN融合技术⏹蜂窝网络覆盖范围广，可以保证移动用户与网络之间的不间断连接，且在高速移动的情况下，也能保证稳定的QoS。
但是，数据传输速率相对比较低，在某些服务量比较大的热点区域（Hot Spot），可能由于蜂窝网络容量有限，无法为移动用户提供较好的QoS。
⏹WLAN覆盖范围小，但是数据传输速率高，可以实现宽带上网。
同时，WLAN还具有组网方式灵活、使用开放频段以及网络设备价格低廉等优点，WLAN网络的服务费用相对蜂窝网络来说比较便宜。
现代移动通信第5章GSM数字蜂窝移动通信系统
5.2.1 GSM系统的结构
1. 网络子系统(NSS)
NSS的主要作用是完成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。NSS 由如下一系列功能实体所构成。
MSC(移动交换中心)：VLR(访问位置寄存器)： HLR(归属位置寄存器)：AUC(鉴权中心)：EIR(设 备识别寄存器)：
5.4 GSM系统的无线信道与信号传输
5.4.1 频率配置 5.4.2 GSM系统的无线信道 5.4.3 GSM系统中的信号传输
5.4.1 频率配置
(1) 使用频率 (2) 多址方式 (3) 干扰保护比 (4) 频率复用模式 图5.13 采用无方向性天线时的频率配置
图5.13 采用无方向性天线时的频率配置
2. 基站子系统 图5.2 典型的BSS组成方式 3. 移动台子系统 图5.4 移动台原理框图 4. 操作维护中心
图5.2 典型的BSS组成方式
Um MS
Ab is
BTS BIE
BI E
A
BTS BIE BTS BIE BTS BIE
BTS BSC SM
SM TC
BI E Ab is
TRAU
OMC
A5
加密消息 “加密模式完成”
MS 侧
5.6 GSM系统的移动性管理
5.6.1 位置管理 5.6.2 越区切换 5.6.3 呼叫处理
5.6.1 位置管理
1. 开机进入空闲模式 2. 位置登记 3. 位置更新 图5.26 不同MSC/VLR业务区之间的位置更新
图5.26 不同MSC/VLR业务区之间的位 置更新
图5.18 下行链路TS0上映射BCH和 CCCH
TDMA 帧 0 1 2 3 4 5 6 70 1 13 4 5 6 70 1 2…
GSM-2
独立专用控制信道（SDCCH） 独立专用控制信道（SDCCH）：用于在分配业 务信道之前呼叫建立过程中传送系统信令。 务信道之前呼叫建立过程中传送系统信令。例如 登记、鉴权等信令。 登记、鉴权等信令。 慢速辅助控制信道（ 慢速辅助控制信道（SACCH）：与一个业务信 ） 或一个独立专用控制信道SDCCH联用。 联用。 道TCH或一个独立专用控制信道 或一个独立专用控制信道 联用 周期性地传输一些信息。 周期性地传输一些信息。例如传送移动台的关于 服务及邻近小区的信号强度的测试报告； 服务及邻近小区的信号强度的测试报告；基站对 移动台的功率调整、时间调整命令等。 移动台的功率调整、时间调整命令等。
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5.6.2.2 TDMA帧结构（1） 帧结构（ 统帧结构
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5.6.2.2 TDMA帧结构（2） 帧结构（ ） 帧结构
时隙
一个TDMA帧分为 个时隙，每个时隙长约 帧分为8个时隙 一个 帧分为 个时隙， 576.9us，含156.25个码元。 个码元。 ， 个码元
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控制信道——公共控制信道 公共控制信道CCCH 控制信道
公共控制信道CCCH（Common Control （ 公共控制信道 CHannel）：双向控制信道，用于呼叫接续阶 ）：双向控制信道 ）：双向控制信道， 段传输链路连接所需要的控制信令。 段传输链路连接所需要的控制信令。
移动通信(第五版)(章坚武)第1章
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第1章 概述
1.2 移动通信的工作方式
移动通信按照用户的通话状态和频率使用的方法分， 有三种工作方式： 单工制、半双工制和双工制。
单工制分单频（同频）单工和双频（异频）单工两种， 见图1-1。
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第1章 概述
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图 1-1 单工通信方式
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第1章 概述
1） 同频单工 同频是指通信双方使用相同的工作频率(f1)； 单工是指通 信双方的操作采用“按—讲”(PTT， Push To Talk)方式。 平 时， 双方的接收机均处于守听状态。 如果A方需要发话， 可 按下PTT开关， 发射机工作， 并使A方接收机关闭。 这时， 由于B方接收机处于守听状态， 因此可实现由A至B的通话； 同理， 也可实现B至A的通话。 在该方式中， 电台的收发信 机是交替工作的， 故收发信机不需要使用天线共用器， 而是 使用同一副天线。
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第1章 概述
1.1 移动通信及其特点
移动通信是指移动用户之间或移动用户与固定用户之间进 行的通信。
与其他通信方式相比， 移动通信具有以下基本特点：
(1) 电波传播条件恶劣。
(2) 具有多普勒效应。
由于移动台在运动中，所以产生多普勒频移效应，频移值fd 与移动台运动速度v、工作频率f（或波长λ）及电波到达角θ有关，
第1普章通概高述等教育“十二五”国家级规划教材
移 动 通 信 十二一五五
（第五版）
章坚武 编著
物信学院
西安电子科技大学出版社
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课件制作：蔡彦
第1章 概述
移动
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GSM简介——精选推荐
GSM简介GSM简介2009-12-26 20：08GSM简介移动通信系指通信双方或至少一方是处于移动中进行信息交流的通信。
20年代开始在军事及某些特殊领域使用，40年代才逐步向民用扩展；最近十年间才是移动通信真正迅猛发展的时期，而且由于其许多的优点，前景十分广阔。
移动通信经历了由模拟通信向数字化通信的发展过程。
目前，比较成熟的数字移动通信制式主要有泛欧的GSM，美国的ADC和日本的JDC(现改称PDC)。
其中GSM的发展最引人注目，其发展历程如下：1982年，欧洲邮电行政大会CEPT设立了"移动通信特别小组"即GSM，以开发第二代移动通信系统为目标。
1986年，在巴黎，对欧洲各国经大量研究和实验后所提出的八个建议系统进行现场试验。
1987年，GSM成员国经现场测试和论证比较，就数字系统采用窄带时分多址TDMA规则脉冲激励长期预测(RPE-LTP)话音编码和高斯滤波最小频移键控(GMSK)调制方式达成一致意见。
1988年，十八个欧洲国家达成GSM谅解备忘录(MOU)。
1989年，GSM标准生效。
1991年，GSM系统正式在欧洲问世，网路开通运行。
移动通信跨入第二代。
GSM数字蜂窝移动通信系统(简称GSM系统)是完全依据欧洲通信标准化委员会(ETSI)制定的GSM技术规范研制而成的，任何一家厂商提供的GSM数字蜂窝移动通信系统都必须符合GSM技术规范。
GSM系统作为一种开放式结构和面向未来设计的系统具有下列主要特点：GSM系统是由几个子系统组成的，并且可与各种公用通信网(PSTN、ISDN、PDN等)互连互通。
各子系统之间或各子系统与各种公用通信网之间都明确和详细定义了标准化接口规范，保证任何厂商提供的GSM系统或子系统能互连；GSM系统能提供穿过国际边界的自动漫游功能，对于全部GSM移动用户都可进入GSM系统而与国别无关；GSM系统除了可以开放话音业务，还可以开放各种承载业务、补充业务和与ISDN相关的业务；GSM系统具有加密和鉴权功能，能确保用户保密和网络安全；GSM系统具有灵活和方便的组网结构，频率重复利用率高，移动业务交换机的话务承载能力一般都很强，保证在话音和数据通信两个方面都能满足用户对大容量、高密度业务的要求；GSM系统抗干扰能力强，覆盖区域内的通信质量高；用户终端设备(手持机和车载机)随着大规模集成电路技术的进一步发展能向更小型、轻巧和增强功能趋势发展。
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第5章 GSM数字蜂窝移动通信系统 GSM数字蜂窝移动通信系统 鉴权中心（AUC）。 ）。GSM系统采取了特别的通信安全措施 (4) 鉴权中心（AUC）。 ，包括对移动用户鉴权，对无线链路上的话音、数据和信令信 息进行保密等。 用于产生为确定移动客户的身份和对呼叫保密所需鉴权、 加密的三参数（随机号码RAND，符合响应SRES，密钥Kc）的功 三参数（ RAND， SRES， Kc） 三参数 随机号码RAND 符合响应SRES 密钥Kc 能实体。 通常，HLR、AUC合设在一个物理实体中，VLR、MSC合设于 一个物理实体中，MSC、VLR、HLR、AUC、EIR也可合设于一个物 理实体中。
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第5章 GSM数字蜂窝移动通信系统 GSM数字蜂窝移动通信系统
GSM系统原理 5.2 GSM系统原理
GSM数字移动通信系统采用蜂窝区群结构和频率复用技术 蜂窝区群结构和频率复用技术， 蜂窝区群结构和频率复用技术 采用频分多址和时分多址 频分多址和时分多址，基于时间分割信道。 频分多址和时分多址 5.2.1 多址方案 GSM系统基于时间分割信道。如图5.1所示，MS1占用时隙1， MS2占用时隙2，MSK占用时隙K，这些时隙互不重叠。
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第5章 GSM数字蜂窝移动通信系统 GSM数字蜂窝移动通信系统 ① 宏蜂窝 在网络运营初期，运营商的主要目标是建设大型的宏蜂窝 小区，取得尽可能大的地域覆盖率，宏蜂窝每小区的覆盖半径 大多为1km～25km，由于覆盖半径较大，所以基站的发射功率 较强，一般在10W以上，基站天线尽可能做得很高。 ② 微蜂窝 微蜂窝技术具有覆盖范围小、传输功率低以及安装方便灵 活等，该小区的覆盖半径为30m～300m，发射功率较小,一般在 1W以下；基站天线置于相对低的地方（一般高于地面5m-10m), 传播主要沿着街道的视线进行，信号在楼顶的泄露小。 微蜂窝可以作为宏蜂窝的补充和延伸，微蜂窝的应用主要 有两方面：一是提高覆盖率，应用于一些宏蜂窝很难覆盖到的 盲点地区，如地铁、地下室； 二是提高容量，主要应用在高话务量地区，如繁华的商业 街、购物中心、体育场等。
每帧分为8个时隙，时隙和移动用户一一对应。
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第5章 GSM数字蜂窝移动通信系统 GSM数字蜂窝移动通信系统 5.2.2 GSM系统的同步与定时 由于移动台的运动，通信双方的距离是变化的。各个移动 台的突发信号，会因距离的变化而引起传播时延的变化，造成 基站接收多个移动台的突发，发生重叠。如图5.2所示。因此 ，需要考虑整个系统的定时、保护时间和定时提前量。
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第5章 GSM数字蜂窝移动通信系统 GSM数字蜂窝移动通信系统 (3)带状网：带状网主要用于覆盖公路、铁路、海岸等， 带状网： 带状网 其服务区内的用户呈带状分布。带状网的基站天线若为定向 天线辐射，服务覆盖区为扁圆形的；基站天线若为全向天线 辐射，服务覆盖区为圆形的。 带状网可进行频率复用，可采用不同信道的两个或多个 小区组成一个区群，在一个区群内各小区使用不同的频率， 不同的区群可以使用相同的频率，一般有双频群、三频群或 多频群。从成本和资源利用率而言，双频群最好；但从抗频 干扰而言，双频群最差，应考虑三频群或多频群比较有利。
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第5章 GSM数字蜂窝移动通信系统 GSM数字蜂窝移动通信系统 (2) 小区制：是指将一个服务区划分为若干个无线小区 小区制： （小块的区域），每个小区分别设置一个基站，由它负责移 动通信的联络和控制。其基本思想是用许多的小功率发射机 （小覆盖区域）来代替单个大功率发射机（大覆盖区域）， 相邻的基站则分配不同的频率，每个小区设置一个发射功率 为5～20W的小功率基站，覆盖区域半径为5～10km。因为每 个小区分配不同的频率，所以需要大量的频率资源、频谱利 用率低，为了提高频谱利用率，需将相同的频率 相同的频率在相隔一定 相同的频率 距离的小区中重复使用 重复使用，并保证使用相同频率的小区（同频 重复使用 小区）之间的干扰足够小，这种技术称为同频复用。
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第5章 GSM数字蜂窝移动通信系统 GSM数字蜂窝移动通信系统 (4)蜂窝网：正六边形小区所覆盖的面积最大,如果用正六 蜂窝网： 蜂窝网 边形作小区覆盖模型，可用最少的小区数量就能覆盖整个服务 区域，这样所需的基站数良最少，也就最经济；而且正六边形 最接近圆形的辐射模式，基站的全向天线和自由空间传播辐射 模式都是圆形的。正六边形构成的网络形同蜂窝，因此把小区 形状为正六边形的小区制移动通信网称为移动蜂窝网。 移动蜂窝网的出现是移动通信的一次革命 一次革命，采用的频率 一次革命 复用技术大大提高了频谱利用率和增大了系统容量，网络智能 化实现了越区切换和漫游功能，大大扩大了用户的服务范围。 基于蜂窝状的小区制是目前公共移动通信网的主要覆盖方 式。常见的蜂窝移动通信系统按照功能的不同可以分为四类， 常见的蜂窝移动通信系统按照功能的不同可以分为四类， 常见的蜂窝移动通信系统按照功能的不同可以分为四类 它们分别是宏蜂窝、微蜂窝、微微蜂窝以及智能蜂窝， 它们分别是宏蜂窝、微蜂窝、微微蜂窝以及智能蜂窝，通常这 四种蜂窝技术各有特点。
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第5章 GSM数字蜂窝移动通信系统 GSM数字蜂窝移动通信系统 ③ 微微蜂窝 随着容量需求进一步增长，运营者可按同一规则安装第三 或第四层网络，即微微蜂窝小区。 微微蜂窝实质就是微蜂窝的一种，只是它的覆盖半径更小， 一般只有10m～30m；基站发射功率更小，大约在几十毫瓦左右； 其天线一般装于建筑物内业务集中地点。 微微蜂窝也是作为网络覆盖的一种补充形式而存在的，它 主要用来解决商业中心、会议中心等室内“热点”的通信问题。 ④ 智能蜂窝 智能蜂窝是指基站采用具有高分辨阵列信号处理能力的自 适应天线系统，智能地监测移动台所处的位置，并以一定的方 式将确定的信号功率传递给移动台的蜂窝小区。 智能蜂窝小区既可以是宏蜂窝，也可以是微蜂窝。 利用智能蜂窝小区的概念进行组网设计，能够显著地提高 系统容量，改善系统性能。
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第5章 GSM数字蜂窝移动通信系统 GSM数字蜂窝移动通信系统 系统的定时，即网同步，采用独立时钟法或采用主—从时 钟法来实现。独立时钟法要求系统内的每一个终端都设有高精 度时钟，经过全网定时校正后，利用时钟的高稳定性保持系统 的高精度定时同步。主—从时钟法采用全球定位系统(GPS)， 各个终端设备的GPS接收机获得GPS时基，使全网定时同步。 GSM蜂窝移动通信系统，在基站设置高精度的主时钟，定时 向全网广播定时信息。系统内的终端接收主时钟定时信息，将 从时钟锁定到主时钟上，从而保证全网的定时同步。 保护时间与移动台在小区内的最大活动半径有关，半径越 保护时间与移动台在小区内的最大活动半径有关 半径越 大则保护时间设置的越大。 大则保护时间设置的越大。定时提前量调整距离变化带来的 影响，其大小与移动台与基站间距离成正比。
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第5章 GSM数字蜂窝移动通信系统 GSM数字蜂窝移动通信系统
5.3 GSM系统总体与接口
5.3.1 网络结构 GSM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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第5章 GSM数字蜂窝移动通信系统 GSM数字蜂窝移动通信系统 由图可见，GSM蜂窝系统的主要组成部分可分为基站子系统 、 GSM蜂窝系统的主要组成部分可分为基站子系统 GSM 蜂窝系统的主要组成部分可分为基站子系统、 网络子系统、操作维护子系统。 网络子系统、操作维护子系统。基站子系统(简称基站BS)由基 站收发台(BTS)和基站控制器(BSC)组成；网络子系统由移动交 换中心(MSC)、归属位置寄存器(HLR)、访问位置寄存器(VLR)、 鉴权中心(AUC)和移动设备识别寄存器(EIR)等组成；操作维护 子系统(OMC)。一个MSC可管理多达几十个基站控制器。由MS、 BS和网络子系统构成公用陆地移动通信网，网络通过移动业务 交换中心（MSC）还与公共交换电话网（PSTN）、综合业务数 字 网 （ ISDN ） 、 公 用 移 动 网 络 （ PLMN ） 以 及 公 共 数 据 网 （PSPDN）相联接。
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第5章 GSM数字蜂窝移动通信系统 GSM数字蜂窝移动通信系统
5.1 蜂窝概念
1、区域覆盖: 通常人们习惯地按照覆盖区半径大小、服务区的几何形 状来对系统的网络结构分类。按照覆盖区半径的大小，分成 大区网、小区网；按照服务区的几何形状，分成带状网、蜂 房状网等等。 (1)大区制：是指在一个服务区域（一个城市或一个地区） 大区制： 大区制 内只设置一个基站，由它负责移动通信的联络和控制。通常 基站天线架设的比较高，发射机的输出功率也比较大，为 25～200W,覆盖区域半径一般为25～50km,用户容量为几十至 几百个。 这种方式的优点是组网简单、投资少，一般在用户密度 不大或业务量较少的区域使用。因为服务区域内的频率不能 重复使用，无法满足大容量通信的要求。
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第5章 GSM数字蜂窝移动通信系统 GSM数字蜂窝移动通信系统 (2) 归属位置寄存器(HLR)。它可以看作是GSM系统的中央数 归属位置寄存器(HLR) (HLR)。 据库，存储该HLR管辖区的所有移动用户的有关数据。它主 要存储两类信息：其中，一是有关客户的参数（静态数据） 有移动用户号码、访问能力、 用户类别和补充业务等。二是 有关客户目前所处位置的信息（有关动态信息数据），以便 建立至移动台的呼叫路由，例如MSC、VLR地址等此外。 访问位置寄存器( (3) 访问位置寄存器(VLR)。它存储进入其控制区域内来访移 动用户的有关数据，这些数据是从该移动用户的原籍位置寄 存器获取并进行暂存的，一旦移动用户离开该VLR的控制区 域，则临时存储的该移动用户的数据就会被删除。因此，VLR 可看作是一个动态用户的数据库。
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