第七章 GSM移动通信系统

典型2G系统的主要技术参数
蜂窝网 参 数 多址方式 频率 /MHz 移 动 台（发） 基 站（发） 欧洲 GSM TDMA/FDMA 890～915 935～960 200 8/16 GMSK 美国 D-AMPS TDMA/FDMA 824～849 869～894 30 3/6 美国 IS-95 CDMA 824～849 869～894 1250 QPSK/O-QPSK
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GSM系统的由来
GSM的含义
欧洲移动通信特别小组（Group Special Mobile），简称 GSM；
全球移动通信系统（Global System for Mobile Communications ），简称GSM。
GSM含义变化的背后
先进性：采用众多数字处理新技术，很好解决1G问题；
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GSM系统的分区与号码（2）
位置区和基站识别码 (p.159)
位置区识别码（LAI）：用于检测位置更新和信道切 换时的位置区识别，由移动用户所属国家号＋移动 网号＋位置区码组成。 位置区码(LAC)：用于识别GSM网中的一个位置区,最 多不超过两个字节，由各运营部门定。 基站识别色码(BSIC)：用于移动台识别相同载频的 不同基站，特别用于区别在不同国家的边界地区采 用相同载频且相邻的基站。
上海 广东
上海 广东 河南 内蒙 浙江 浙江
上海 广东 河南 广东
河南
黑龙江
黑龙江 安徽
河南
黑龙江
浙江 浙江 广西 福建 福建 江西 西藏 新疆
海南
广西 云南 青海
重庆 四川
甘肃
重庆
宁夏
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GSM系统的分区与号码（2）
(p.158)
国际移动用户识别码（IMSI）:每个用户均分配一个 全球唯一的IMSI，由国家码 （中国大陆：460）+ 移 动网号（中国移动：00）+移动用户识别码组成，共 15位等长。 临时移动用户识别码（TMSI）： 为保证IMSI的安全 性，GSM空中无线传输的识别码采用TMSI 代替IMSI 。 TMSI仅在VLR控制的区域有效，即使拦截也无多大用 处。
GSM移动终端的SIM卡

SIM卡的构成
SIM卡是带有微处理器的智能芯片卡，它的构成是以下几个模块： CPU、程序存储器(ROM)、工作存储器(RAM)、数据存储器 (EPROM或E2PROM)、串行通信单元

SIM卡的寿命
SIM卡的平均寿命约为4年左右
SIM卡功能
存储数据，控制存取各种用户数据。 为用户保密，在安全条件下(个人身份号码PIN、鉴权钥Ki正确) 完成客户身份鉴权和客户信息加密算法的全过程。
第七章
GSM移动通信系统
Global System for Mobile Communication
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内容提要（Contents）
第二代移动通信综述 GSM 系统概述 GSM 系统承载业务 GSM系统的空中接口 GSM系统的控制与管理 GSM增强系统
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交通信息等。移动台连续不断地监视广播消息，并能在显示器 上显示广播消息。此短消息也是在控制信道上传送的，移动台 只有在空闲状态下才可接收广播消息，其消息量限制为93个字 符。
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GSM系统承载业务说明（三）
可视图文接入
可视图文接入是一种通过网络完成文本、图形信息检 索和电子函件功能的业务。
在紧急情况下，移动用户通过一种简单的拨号方式即时可拨通紧 急服务中心。这种简单的拨号可以是拨打紧急服务中心号码（在 欧洲统一使用112，美国911，在我国统一使用火警特殊号119）。 有些GSM移动台具有“SOS”键，一按此键就可接通紧急服务中心。 紧急呼叫业务优先于其它业务，在移动台没有插入用户识别卡情 况下，也可按键后接通紧急服务中心。 无需SIM卡！
开放性：标准对全球开放，统一定义接口与协议，不规 定硬件实现方式
拓展性：规范为全球布局和系统扩展有预留
事实上，GSM是最具全球性的2G系统。
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GSM系统的技术规范（全球开放）

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12
扇区 ......
......
......
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GSM系统的分区与号码（2）
移动用户ISDN号（MSISDN）：类似于PSTN中的电话号 码，为呼叫接续时所用。(P.159)
国家码 位数不定
11位数
CC
+
N1N2N3
NDC
+
H0H1H2H3
HLR识别号 H0H1H2由 全国统一分 配，H3由各 省自行分配
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GSM系统的分区与号码（2）
(p.158)
国际移动设备识别码（IMEI）:防止被窃或无效 的手机登入网络p.158。注意“产品序号”（15 位数由厂家分配）是唯一的，存在EIR中，可用 手机命令*#06#显示 。 移动台漫游号码（MSRN）：当移动台漫游到一 个新的服务区时，由VLR给它分配一个临时性 的漫游号码，并通知该移动台的HLR，用户建立 通信路由。
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内容提要（Contents）
第二代移动通信综述 GSM 系统概述 GSM 系统承载业务 GSM系统的空中接口 GSM系统的接入机制 GSM 系统的演进
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GSM系统业务
业务 基本业务
附加业务 付费开通的 增值业务
Um BSS NSS
SMC
Abis MS BTS
A
C,D
BSC
MSC/VLR
E,G
MSC/VLR
HLR/AUC
ISDN PLMN PSTN PSDPN
O
OMC
各模块、接口功能(p.154-156)
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GSM子系统功能描述（1）
GSM移动台子系统MS
移动台就是移动用户设备部分，功能 实体可分为以下2个主要部分：
第二代移动通信综述 GSM 系统组成 GSM 系统承载业务 GSM系统的空中接口 GSM系统的控制与管理 GSM增强系统
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7.2 GSM的空中接口
GSM空中接口规范（主要参数指标）
Parameter Reverse Channel Frequency Forward Channel Frequency ARFCN Number Tx/Rx Frequency Spacing Tx/Rx Time Slot Spacing Specification 890~915 MHz 935~960MHz 0 to 124 and 975 to 1023 45MHz 8 Time Slots
智能用户电报传送
智能用户电报传送能够提供智能用户电报终端间的文 本通信业务。此类终端具有文本信息的编辑、存储处 理等能力。
传真业务
话音和三类传真交替传送的业务。自动三类传真是指 能使用户经PLMN以传真编码信息文件的形式自动交换 各种函件的业务。
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内容提要（Contents）

移动终端（MT）
就是通常所说的“手机”，它可以完成话 音编码、信道编码/译码、信息加密/解密、信 息调制/解调、信息发送/接收等。

用户识别卡（SIM）
就是用户“身份卡”，存有认证用户所需 要的所有信息，并能执行一些与安全保密有关 的重要信息处理，防止非法用户进入网络。
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也是一个数据库，用于储存移动台设备参数的。
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GSM系统的接口
主要接口
Um： BS与MS间的空中接口
A： BS与MSC间接口
Abis：BTS与BSC间接口
网络子系统内部接口
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GSM主要接口及对应的协议
移动应用接口
MAP TCAP CCS7 SCCP
SN
网号： 移动135,136,…,139 联通130,131,133 电信189
用户码4位 (幸运号付费)
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H1H2的分配表（H =0，网号136）
0
H2 H1
0
1
2
3
4
5
6 厦门
7
8
9
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 辽宁 福建 福建 江西 四川 北京 天津 北京 天津 河北 辽宁 江苏 江苏 湖北 四川 陕西 北京 广东 河北 辽宁 江苏 江苏 湖北 四川 陕西 吉林 山东 山东 湖南 山东 山东 湖南 海南 贵州 广东 广东 广东 山西 黑龙江 安徽

访问位置寄存器（VLR）
是一个动态数据库，储存来访MS的信息，比如用户号码、所处位 置等。

归属位置寄存器（HLR）
也是一个数据库，储存入网移动用户的永久数据和动态数据。
Fra Baidu bibliotek鉴权中心（AUC）
用于产生用户鉴权、加密所需三参数（随机号码RAND、符合响应 SRES、密钥Kc）的功能实体。

移动设备识别寄存器（EIR）
A 接口
Q931 BSSAP SCCP CCS7 MTP
Um 基站子系统
Q.921
CCS7 MTP
无线接口
Q.931 Q.921
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GSM系统的分区与号码（1）
区域定义(p.157)
GSM服务区
PLMN区
MSC区... 位置区... 基站区...
PLMN区
MSC区... 位置区... 基站区... 扇区
2G系统的产生原因
1G系统的弊端
模拟调制，频谱效率低 安全性差 无法漫游 终端体积大
2G的特点
采用数字调制，提高频谱效率 解决漫游问题，实现“全球通” 数字加密、鉴权，提高安全性 SIM卡技术，实现终端机卡分离
主要业务：语音、低速数据、部分3G业务
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电信业务
承载业务
数字蜂窝移动网 终端设备 PLMN
承载业务 电信业务
终端设备
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GSM系统承载业务说明（一）
话音业务
GSM系统最主要业务。可提供移动用户与固定网电话用户之间实 时双向会话（信号需要转码），也可提供任两个移动用户之间的
实时双向会话。
紧急呼叫业务
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GSM系统承载业务说明（二）
短消息业务
点对点短消息业务是由短消息业务中心完成存储和转发功能
的。点对点消息的发送或接收应在呼叫状态或空闲状态下进行， 由控制信道传送短消息业务，其消息量限制为160个字符。
小区广播式短消息业务是点对多点的广播消息，例如道路
载 频 间 隔 /kHz 时 隙 数/载 频 调制方式
π /4-QPSK
13
48.6 40 FDD
语音速率(加纠错)/（kbps）
信道传输速率 /（kbps） TDMA 帧 长 /ms 双工方式
22.8
270.833 4.615 FDD
变速
1228.8 FDD
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2G系统发展现状
目前仍然是全球主流运营系统

基站收发信台（BTS）
无线接口设备，它完全由BSC控制，主要负责无线 传输，完成无线与有线的转换、无线分集、编码调制、 无线信道加密、跳频等。
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GSM子系统功能描述（3）
GSM网络子系统NSS

移动交换中心（MSC）
是系统的核心，是对它所在覆盖区内移动台进行控制和完成话路 交换的功能实体，也是移动通信系统与其它公用通信网之间的接口。
GSM：欧洲、中国 IS-95：北美、韩国、中国、日本 IS-54：北美 PDC：日本
演进系统
GSM：GPRS、EDGE IS-95：IS-95A、B、C、cdma one、IS-99、IS-657
2G系统运营在全球取得空前成功。
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第二代移动通信综述 GSM 系统概述 GSM 系统承载业务 GSM系统的空中接口 GSM系统的控制与管理 GSM增强系统
概述 业务方面 网络方面 MS-BS接口与协议 无线链路上的物理层 话音编码规范 MS终端适配器 BS-MSC接口 网络互通 业务互通 设备和型号认可规范 操作和维修
http://www.etsi.org/
WebSite/Standards/
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GSM系统的网络结构（1）

SIM卡的特点
客户与设备分离 通信安全可靠 成本低
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GSM子系统功能描述（2）
GSM无线基站子系统BSS

基站控制器（BSC）
具有对一个或多个BTS进行控制的功能，它主要负 责无线网络资源的管理、小区配置数据管理、功率控制、 定位和切换等，是一个很强的业务控制点。