《移动通信理论与实战》课件第5章 GSM通信系统.ppt

1、第第5 5章章 GSMGSM通信系统通信系统GSM通信系统通信系统nGSM（Global System for Mobile Communications）全球第一个对数字调制方式、网络结构和业务种类进行全球第一个对数字调制方式、网络结构和业务种类进行标准化的数字蜂窝移动通信系统标准化的数字蜂窝移动通信系统；也是；也是全球用户最多的移全球用户最多的移动通信系统；动通信系统；历史：历史：1982年北欧四国向欧洲邮电行政大会提交建议，制订年北欧四国向欧洲邮电行政大会提交建议，制订900MHz的欧洲公共电信业务规范，成立移动特别小组的欧洲公共电信业务规范，成立移动特别小组GSM；1988年颁布年颁布

2、GSM（泛欧数字蜂窝通信网）标准；（泛欧数字蜂窝通信网）标准；1991年在欧洲开通了第一个年在欧洲开通了第一个GSM系统，并完成了系统，并完成了1800MHz频段的移动电信业务规范，名为频段的移动电信业务规范，名为DCS1800系统；系统；1993年，欧洲第一个年，欧洲第一个DCS1800系统投入运营；系统投入运营；1995年，完成年，完成1900MHz频段的频段的PCS1900移动电信业务规范；移动电信业务规范；课程内容课程内容GSM系统结构系统结构GSM的物理层的物理层GPRS通用分组无线业务通用分组无线业务EDGEGSM系统架构系统架构GSM系统架构系统架构n网络子系统网络子系统NSS具

3、有系统交换、通信控制、数据存储、移动性管理、安全具有系统交换、通信控制、数据存储、移动性管理、安全性管理等管理功能，并提供了和其它网络连接的接口性管理等管理功能，并提供了和其它网络连接的接口；移动交换中心移动交换中心MSC(Mobile Switching Center)GSM网络的核心管理网元，负责对本网络的核心管理网元，负责对本MSC管辖区内的移动终管辖区内的移动终端进行通信控制和管理，并提供端进行通信控制和管理，并提供GSM系统与其它通信网之间系统与其它通信网之间互联的接口；互联的接口；通常是一个大型交换机，它通过通常是一个大型交换机，它通过A接口控制着基站子系统的接口控制着基站子系统的

4、几个基站控制器几个基站控制器BSC，它可以从，它可以从HLR、VLR和和AuC三种数据库三种数据库中获取处理用户位置登记和呼叫请求所需的全部数据，亦中获取处理用户位置登记和呼叫请求所需的全部数据，亦可根据所获取的最新信息请求更新数据库中的部分数据。可根据所获取的最新信息请求更新数据库中的部分数据。HLR、VLR、AuCGSM系统架构系统架构n网络子系统网络子系统NSS具有系统交换、通信控制、数据存储、移动性管理、具有系统交换、通信控制、数据存储、移动性管理、安全性管理等管理功能，并提供了和其它网络连接的安全性管理等管理功能，并提供了和其它网络连接的接口接口；移动交换中心移动交换中心MSC归属位

5、置寄存器归属位置寄存器HLR(Home Location Register)中央数据库，永久存储和记录所辖区域内用户的签约数中央数据库，永久存储和记录所辖区域内用户的签约数据，并动态地更新用户的位置信息，以便在呼叫业务中据，并动态地更新用户的位置信息，以便在呼叫业务中提供被呼叫用户的网络路由；提供被呼叫用户的网络路由；HLR数据库可以是独立配置，也可以内置于数据库可以是独立配置，也可以内置于MSC中；中；每个用户归属于单一的每个用户归属于单一的HLR，以便独立提供对其定位，以便独立提供对其定位，使网络从使网络从MSISDN号或号或IMSI身份码来检索身份码来检索HLR；VLR、AuCGSM系统

6、架构系统架构n网络子系统网络子系统NSS移动交换中心移动交换中心MSC归属位置寄存器归属位置寄存器HLR访问位置寄存器访问位置寄存器VLR(Visitor Location Register)用于存储用于存储来访用户来访用户位置信息的位置信息的动态动态数据库；数据库；GSM系统架构系统架构n网络子系统网络子系统NSS移动交换中心移动交换中心MSC归属位置寄存器归属位置寄存器HLR访问位置寄存器访问位置寄存器VLR鉴权中心鉴权中心AuC(AUthentication Center)受到严格保护的数据库，存储着鉴权信息和加密密钥，受到严格保护的数据库，存储着鉴权信息和加密密钥，以防止无权用户进入系

7、统和保证无线接口的移动用户通以防止无权用户进入系统和保证无线接口的移动用户通信的安全；信的安全；属于属于HLR的一个功能单元，和的一个功能单元，和HLR集成在同一设备中。集成在同一设备中。GSM系统架构系统架构n基站子系统基站子系统BSS基站控制器基站控制器BSC(Base Station Controller)整个基站子系统的控制核心，负责无线资源管理、小区整个基站子系统的控制核心，负责无线资源管理、小区配置数据管理、功率控制、定位和本控制区内的越区切配置数据管理、功率控制、定位和本控制区内的越区切换等；换等；它是具有一定计算能力的小型交换机，将控制区内的数它是具有一定计算能力的小型交换机，

8、将控制区内的数据汇聚后传送到据汇聚后传送到MSC；基站收发信台基站收发信台BTS(Base Transceiver Station)通过空口通过空口Um口和移动终端口和移动终端MS相连，并完全接受相连，并完全接受BSC控制控制，负责无线传输，完成无线与有线间的转换、无线分集，负责无线传输，完成无线与有线间的转换、无线分集接收、无线信道加密等功能；接收、无线信道加密等功能；包括无线传输所需的各种软硬件，天馈系统包括无线传输所需的各种软硬件，天馈系统+基站设备；基站设备；由基站识别码由基站识别码BSIC唯一识别唯一识别；GSM系统架构系统架构n移动台移动台MS通信终端，由设备识别码通信终端，由设备

9、识别码IMEI唯一识别；唯一识别；SIM卡：由用户识别码卡：由用户识别码IMSI唯一识别；唯一识别；n操作维护子系统操作维护子系统OSS网络管理中心网络管理中心NMC 全网监控全网监控操作维护中心操作维护中心OMC 本地监控本地监控课程内容课程内容GSM系统结构系统结构GSM的物理层的物理层GPRS通用分组无线业务通用分组无线业务EDGEGSM物理层物理层n多址方式多址方式FDMA+TDMA，物理信道由一个载频上的一个时隙来表征；，物理信道由一个载频上的一个时隙来表征；每个小区含多个载频，每个载频含每个小区含多个载频，每个载频含8个时隙；个时隙；上行上行下行下行双工双工间隔间隔射频带射频带宽宽

10、双工双工信信道道总数总数GSM900890915MHz935960MHz45MHz200kHz124DCS180017101785MHz18051880MHz95MHz200kHz374频道配置：采用等间隔频道配置方法频道配置：采用等间隔频道配置方法u900MHz：1124fl(n)=890.200+(n-1)0.2MHzfh(n)f1(n)45MHzu1800MHz：512885，374fl(n)=1710.200+(n-512)0.2MHzfh(n)f1(n)95MHGSM物理层物理层n帧结构帧结构时隙时隙物理信道最基本单位，物理信道最基本单位，577s，156.25个码元；个码元；TDM

11、A帧：一帧包含帧：一帧包含8个时隙（物理信道），长个时隙（物理信道），长4.615ms；GSM帧结构帧结构业务复帧：业务复帧：26帧，用于传输业务和随路信令；帧，用于传输业务和随路信令；控制复帧：控制复帧：51帧，用于传输控制信息；帧，用于传输控制信息；GSM帧结构帧结构超帧超帧：一个连贯的一个连贯的51*26的的TDMA帧帧；超高帧：超高帧：2048个超帧组成；个超帧组成；每一超高帧周期将重启密码和跳频算法GSM物理层物理层n逻辑信道逻辑信道GSM物理层物理层nGSM系统中物理层处理的一般流程系统中物理层处理的一般流程课程内容课程内容GSM系统结构系统结构GSM的物理层的物理层GPRS通用分

12、组无线业务通用分组无线业务EDGEGPRS通用分组无线业务通用分组无线业务nGSM采用采用电路交换电路交换技术；技术；支持支持9.6kbps至至14.4kbps的数据业务；的数据业务；nGSRS(General Packet Radio Service)采用采用分组交换分组交换技术；技术；支持最高支持最高171.2kbps的数据传输业务；的数据传输业务；GPRS网络结构网络结构n电路域（电路域（GSM）和分组域（新增）共存；）和分组域（新增）共存；电路域：对终端、基站子系统、网络子系统都需要软件更新；电路域：对终端、基站子系统、网络子系统都需要软件更新；分组域：新增分组域：新增SGSN、GGS

13、N管理网元；管理网元；配合配合GPRS的其它数据单元：的其它数据单元：DNS、计费网关、防火墙等；、计费网关、防火墙等；GPRS网络结构网络结构n原原GSM网络升级网络升级BSC中新增功能中新增功能PCU分组控制单元分组控制单元 增加了一些信道种类，完成数据包拆封、确认和无增加了一些信道种类，完成数据包拆封、确认和无线数据信道的分配等功能；线数据信道的分配等功能；HLR增强存储信息的功能增强存储信息的功能 GPRS签约数据的存储与更新；签约数据的存储与更新；提供提供位置位置/路由路由信息，并处理移动性管理和路由中所信息，并处理移动性管理和路由中所需信息；需信息；保存和更新用户业务、保存和更新用

14、户业务、SGSN号码和地址；号码和地址；GPRS用户位置删除指示；用户位置删除指示；MS是否可达；是否可达；GPRS网络结构网络结构n电路域（电路域（GSM）和分组域（新增）共存；）和分组域（新增）共存；电路域：对终端、基站子系统、网络子系统都需要软件更新；电路域：对终端、基站子系统、网络子系统都需要软件更新；分组域：新增分组域：新增SGSN、GGSN管理网元；管理网元；配合配合GPRS的其它数据单元：的其它数据单元：DNS、计费网关、防火墙等；、计费网关、防火墙等；GPRS网络结构网络结构n分组域（新增）分组域（新增）SGSN(Serving GPRS Support Node)GPRS业务

15、支持节点业务支持节点 功能类似于功能类似于GSM系统中的系统中的MSC/VLR；移动性管理：跟踪和移动性管理：跟踪和记录移动台的当前位置信息记录移动台的当前位置信息；会话管理：管理手机的会话管理：管理手机的PDP上下文；上下文；路由和转发：实现路由和转发：实现MS和和GGSN间的业务的路由转发；间的业务的路由转发；计费；计费；合法监听等；合法监听等；GGSN(Gateway GPRS Support Node)GPRS网关支持节点网关支持节点GPRS网络结构网络结构n分组域（新增）分组域（新增）SGSN(Serving GPRS Support Node)GPRS业务支持节点业务支持节点GGS

16、N(Gateway GPRS Support Node)GPRS网关支持节点网关支持节点 GPRS网络与外部网络网络与外部网络的网关，将网中的的网关，将网中的GPRS分组数分组数据包进行协议转换，从而可以把这些分组数据包传送据包进行协议转换，从而可以把这些分组数据包传送到远端的到远端的TCP/IP或或X.25网络网络 会话管理：管理会话管理：管理MS的的PDP上下文；上下文；路由和转发：实现路由和转发：实现MS与与Internet间的业务数据路由和转间的业务数据路由和转发；发；动态动态IP地址分配；地址分配；业务管理：管理业务管理：管理APNGPRS网络结构网络结构GPRS网络结构网络结构n配

17、合配合GPRS的其它数据单元的其它数据单元DNS域名解析服务器域名解析服务器 将将GPRS网络内的地址与网络内的地址与IP地址相对应；地址相对应；进行进行GPRS网络接入点名称网络接入点名称APN与相关与相关GGSN地址之间地址之间的转换、内部网元的转换、内部网元IP地址与接入点名称之间的解析，地址与接入点名称之间的解析，以及切换时位置区信息和相关以及切换时位置区信息和相关SGSN地址之间的转换；地址之间的转换；DHCP动态地址分配动态地址分配 根据根据APN信息进行地址段的分配管理，从而保证地址信息进行地址段的分配管理，从而保证地址使用的灵活性和高效性；使用的灵活性和高效性；计费网关计费网关

18、；防火墙；防火墙；GPRS移动性管理移动性管理nIdle：网络不知：网络不知MS存在；存在；nStandby：SGSN定位到路由定位到路由区；接收寻呼；区；接收寻呼；nReady：SGSN定位到小区；定位到小区；数据传输可直接进行；数据传输可直接进行；课程内容课程内容GSM系统结构系统结构GSM的物理层的物理层GPRS通用分组无线业务通用分组无线业务EDGEEDGEnEnhanced Data Rate for GSM Evolution增强型增强型数据速率数据速率GSM演进演进技术技术ECSD：高速电路交换数据业务的增强高速电路交换数据业务的增强EGPRS：GPRS分组业务的增强分组业务的增

19、强 采用了采用了8PSK调制技术调制技术，极大的提高了单信道的速率；极大的提高了单信道的速率；采用采用了递增冗余传输技术及链路自适应了递增冗余传输技术及链路自适应机制机制；GPRSEGPRS调制调制GMSK8-PSK/GMSK符号速率符号速率270k符号/s270k符号/s调制比特速率调制比特速率270kbit/s810kbit/s每时隙无线数据速率每时隙无线数据速率22.8kbit/s69.2kbit/s一个时隙的用户速率一个时隙的用户速率20kbit/s（CS4）59.2kbit/s（MCS9）用户速率（用户速率（8时隙）时隙）160kbit/s473.6kbit/EDGEn基站基站Abis接口物理层不变，接收协议进行扩展以支持接口物理层不变，接收协议进行扩展以支持EDGE业务；业务；n基站增加空口基站增加空口8PSK调制信号收发；调制信号收发；n基站增加基站增加EGPRS业务和相关质量控制功能；业务和相关质量控制功能；n基站天馈系统保持不变，原天馈系统在升级、扩容基站天馈系统保持不变，原天馈系统在升级、扩容GSM和和EDGE载频混插方式下保持不变；载频混插方式下保持不变；n基站模块化结构保持不变，升级时仅需升级载频单元；基站模块化结构保持不变，升级时仅需升级载频单元；