GSM数字移动通信系统.ppt

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1、GSM数字移动通信系统,目 录,第一部分 移动通信系统的概述第二部分 GSM系统结构与接口第三部分 短消息业务介绍第四部分 无线应用协议WAP第五部分 通用分组无线业务GPRS,第一部分 移动通信系统的概述,一、移动通信的发展与现状二、GSM移动通信系统主要性能简介,一、移动通信的发展与现状,第一阶段：从上世纪20年代至40年代早期，短波无线通信。第二阶段：从40年代中期至60年代初期，移动无线通信开始问世。第三阶段：从60年代中期至70年代中期，大区制移动电话。第四阶段：从70年代中期至80年代中期，是移动通信蓬勃 发展时期。1978年底，美国贝尔实验室研制成功先进的移动电话系统（AMPS）

2、，建成了蜂窝状移动通信网。第五阶段：从80年代中期开始，欧洲推出GSM体系，美国和日本也制定了各自的数字移动通信体制。,移动通信迅速发展的原因,市场驱动-中国大陆：移动电话用户1999年超过4000万用户，移动电话业务量占整个电信业务量的50%。据信息产业部副部长娄勤俭说，到六月底，中国内地移动电话用户将达到1.16亿户，比去年年底净增3000多万户。-全球移动电话用户到2000年已达到5亿。全球约每10人拥有一部手机，而现在，每五人就拥有一部手机。,移动通信迅速发展的原因(续),技术发展-微电子技术长足发展，如DSP、天线技术-形成移动通信新体制，蜂窝网。-微处理技术及计算机技术政府调节-颁

3、布有利于移动通信发展的政策-分配或拍卖频段,移动通信系统的演进,AMPSTACSNMTC450NAMTS,模拟技术,DAMPS IS-95 GSMPDC,数字技术,CDMA2000 WCDMATD-SCDMA,语音业务,多媒体业务,技术驱动,业务驱动,第一代模拟蜂窝移动通信系统80年代,第二代数字蜂窝移动通信系统90年代,第三代数字蜂窝移动通信系统21世纪,FDMA话音,TDMA话言和低速数据,CDMA宽带多媒体,技术驱动,蜂窝移动通信网从开始使用到现在不过20年的时间，其发展速度之快十分惊人。可是，在一些经济发达的国家，却因为移动通信业务的激增使人们很早就预感到模拟蜂窝系统存在着许多不足：(

4、1)已有的模拟蜂窝系统制式混杂，不能实现国际漫游。(2)模拟蜂窝网不能提供综合业务数字网(ISDN)业务。通信网的发展趋势将实现向ISDN过渡，随着非话业务的发展，综合业务数字网逐步投入使用，对移动通信领域的数字化要求愈来愈迫切。(3)模拟系统设备价格高，手机体积大，功耗大。,移动通信系统的演进,移动通信系统的演进,(4)模拟系统网用户容量受到限制，在人口密度很大的城市系统扩容困难。(5)模拟系统保密性不好。为了克服第一代蜂窝系统的局限性，以满足移动通信网发展的需要，北美、欧洲和日本自20世纪80年代中期起相继开始第二代即数字蜂窝系统的研究。同模拟系统相比，数字系统具有系统容量大，频率利用率高

5、，通信质量好，业务种类多，便于与ISDN等网络互联，易于保密，便于集成，设备体积小、重量轻、耗电省、成本低等优点，是移动通信的发展趋势。,移动通信系统的演进,目前，世界上已投入市场的数字蜂窝通信系统有以下几种：1)欧洲的GSM系统由于欧洲各国模拟蜂窝通信系统体制的不统一，无法实现国与国之间的漫游通信，因此欧洲各国最早开始数字移动通信系统的研究，并于1991年率先投入商用。GSM系统不但能获得比模拟系统更高的通信容量，而且可以实现相邻国家之间的漫游通信。,移动通信系统的演进,2)北美的ADC(也称DAMPS)系统这种系统的特点是数字和模拟兼容(也叫双模式)。用户利用一种双模式设备，既能在数字蜂窝

6、网中通信，也能在模拟蜂窝网中通信。这样不仅能提高通信容量，而且有利于解决建立新设备和利用旧设备的矛盾。美国电子工业协会于1990年批准了双模式数字蜂窝系统的标准，简称IS-54标准。3)日本的JDC系统继欧洲的GSM系统和北美的ADC系统之后，日本于1989年提出了JDC系统。JDC系统的有些技术特征和ADC相似，但它有自己的特点，也不是双模式。,移动通信系统的演进,4)CDMA系统这也是一种数字和模拟兼容的系统，由美国Qualcomm公司提出，并于1993年被美国电子工业协会批准，定为IS-95标准。它采用码分多址(CDMA)技术，具有用户容量更大，抗干扰、保密性能好，通信质量好等优点，业已

7、在许多国家投入使用。,二、GSM系统主要性能简介,1、发射频率：上行890-915MHz 下行935-960MHz2、多址方式：TDMA3、双工方式：FDD4、双工间隔：45MHz5、载波频道间隔：200KHz，共124载频。6、语音编码：规则脉冲激励长期预测编码（RPE-LPC），语音编码速率13kbps。,GSM系统主要性能简介（续）,7、信道编码：采用循环冗余码、1/2卷积码及交织编码。8、跳频速率：217跳/秒9、调制方式：高斯滤波最小移频键控（GMSK），调制速率270.833kbps。10、时隙和TDMA帧：物理信道/时隙，时隙周期577us，8时隙/帧。9、小区结构：在农村地区可

8、采用宏小区，小区半径可达35km；城市地区小区半径一般为10-20km；市中心等业务密集地区可采用微小区，半径0.5km。,GSM系统主要特点,根据GSM标准及性能，可以看出GSM系统具有以下特点：(1)具有开放的通用接口标准。现有的GSM网络采用7号信令作为互连标准，并采用与ISDN用户网络接口一致的三层分层协议，这样易于与PSTN、ISDN等公共电信网实现互通，同时便于功能扩展和引入各种ISDN业务。(2)具有跨系统、跨地区、跨国度的自动漫游能力。,GSM系统主要特点,(3)提供可靠的安全保护功能。在GSM系统中，采用了多种安全手段来进行用户识别、鉴权与传输信息的加密，保护用户的权利和隐私

9、。GSM系统中的每个用户都有一张惟一的SIM(客户识别模块)卡，它是一张带微处理器的智能卡(IC卡)，存储着用于认证的用户身份特征信息和与网络操作、安全管理以及保密相关的信息；移动台只有插入SIM卡才能进行网络操作。,GSM系统主要特点,(4)支持各种电信承载业务和补充业务，增值业务丰富。电信业务是GSM的主要业务，它包括电话、传真、短消息、可视图文以及紧急呼叫等业务。由于GSM中所传输的是数字信息，因此无需采用Modem就能提供数据承载业务，这些数据业务包括3009600 b/s的电路交换异步数据、12009600 b/s的电路交换同步数据和3009600 b/s的分组交换异步数据。升级至G

10、PRS后更支持高达171.2 kb/s的分组交换数据业务。,GSM系统主要特点,(5)容量大，频谱利用率高，抗衰落、抗干扰能力得到加强。与模拟移动系统相比，在相同频带宽度下其通信容量增大了35倍，另外，由于在系统中使用了窄带调制、语言压缩编码等技术，频率可多次重复使用，从而提高了频率利用率，同时便于灵活组网。又因为在GSM系统中采用了分集、交织、差错控制、跳频等技术，系统的抗衰落、抗干扰能力得到了加强。(6)易于实现向第三代系统的平滑过渡。正是由于GSM系统具有以上诸多优点，真正实现了个人移动性和终端移动性，因此在全球得到了广泛的应用，占据了全球移动通信市场70%以上的份额。,第二部分 GSM

11、系统结构与接口,一、GSM系统结构二、GSM系统的各类接口三、GSM系统的控制与管理,一、GSM系统结构,GSM数字蜂窝通信系统的主要组成部分为网络子系统(NSS)、基站子系统(BSS)和移动台(MS)；（图4.6.1）除此之外，GSM网中还配有短信息业务中心(SC)，既可实现点对点的短信息业务，也可实现广播式的公共信息业务以及语音留言业务，从而提高网络接通率。,一、GSM系统结构,GSM系统设备,1、移动台MS2、基站子系统BSS 基站控制台BSC 基站收发信台BTS4、操作维护子系统OMC OMC-B OMC-S,3、网络交换子系统 移动交换中心MSC 归属位置寄存器HLR 访问位置寄存器

12、VLR 设备标志寄存器EIR 认证中心AUC,移动台（MS）,移动台语音处理的过程,移动台是移动终端（MS）和用户识别模块（SIM）组成。,基站子系统BSS,基站子系统包括基站收发信机组(BTS)和基站控制器(BSC)。该子系统由MSC控制，通过无线信道完成与MS的通信，主要实现无线信号的收发以及无线资源管理等功能。基站系统是在小区内建立无线电覆盖的设备，负责管理无线资源，建立移动台与网络之间的无线信道，传送网络的各种信令及用户信息等。,基站子系统,1)基站收发信机组(BTS)基站收发信机组包括无线传输所需要的各种硬件和软件，如多部收发信机、支持各种小区结构(如全向、扇形)所需要的天线、连接基

13、站控制器的接口电路以及收发信机本身所需要的检测和控制装置等。它实现对服务区的无线覆盖，并在BSC的控制下提供足够的与MS连接的无线信道。,基站子系统,2)基站控制器(BSC)基站控制器(BSC)是基站收发信机组(BTS)和移动交换中心之间的连接点，也为BTS和操作维护中心(OMC)之间交换信息提供接口。一个基站控制器通常控制多个BTS，完成无线网络资源管理、小区配置数据管理、功率控制、呼叫和通信链路的建立和拆除、本控制区内移动台的越区切换控制等功能。,网络子系统NSS,网络子系统由一系列功能实体构成，主要起交换、移动性管理和安全性管理等功能。1)移动交换中心(MSC)移动交换中心(MSC)是蜂

14、窝通信网络的核心，它是用于对覆盖区域中的移动台进行控制和话音交换的功能实体，同时也为本系统连接别的MSC和其它公用通信网络(如公用交换电信网PSTN、综合业务数字网ISDN和公用数据网PDN)提供链路接口。MSC主要完成交换功能、计费功能、网络接口功能、无线资源管理与移动性能管理功能等，具体包括信道的管理和分配、呼叫的处理和控制、越区切换和漫游的控制、用户位置信息的登记与管理、用户号码和移动设备号码的登记和管理、服务类型的控制、对用户实施鉴权、保证用户在转移或漫游的过程中实现无间隙的服务等。,网络子系统NSS,2)归属位置寄存器(HLR)这是GSM系统的中央数据库，存储着该HLR控制区内所有移

15、动用户的管理信息，其中包括用户的漫游能力、签约服务和补充业务；此外，还为移动交换中心提供移动台实际漫游所在地的信息，这样就使任何来话呼叫立即按选择的路径送到被叫用户。3)访问位置寄存器(VLR)这是一个动态数据库，记录着当前进入其服务区内已登记的移动用户的相关信息，如用户号码、所处位置区域信息等，使移动业务交换中心能够建立呼入和呼出的呼叫；一旦移动用户离开该VLR服务区而在另一个VLR中重新登记时，该移动用户的相关信息即被删除。,网络子系统NSS,4)鉴权中心(AUC)AUC存储着鉴权算法和加密密钥，在确定移动用户身份和对呼叫进行鉴权、加密处理时，提供所需的三个参数(随机号码RAND、符合响应

16、SRES、密钥Kb)，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的通信安全。5)移动设备识别寄存器(EIR)EIR也是一个数据库，用于存储移动台的有关设备参数，主要完成对移动设备的识别、监视、闭锁等功能，以防止非法移动台的使用。目前，我国各移动运营商尚未启用EIR设备。,网络子系统NSS,6)操作维护中心(OMC)OMC用于对GSM系统进行集中操作、维护与管理，具体又包括无线操作维护中心(OMC-R)和交换网络操作维护中心(OMC-S)。OMC-R对基站分系统的操作维护包括：人机接口管理、保密管理、配置管理、运行管理、出错管理。OMC-S对交换分系统的操作维护操作功能：系统控制、移动

17、用户管理、服务管理、业务管理、计费、路由和网络管理。维护功能：移动用户线维护、局间中继线维护、系统软硬件维护。,二、GSM系统中的各类接口,1、主要接口,GSM主要接口是Um接口、A接口和Abis接口，这三种接口保证了不同厂商生产的移动台、基站子系统和网络子系统设备能互联互通。1）空中接口（Um）Um接口是MS与BTS之间的无线电接口，主要传送无限资源管理、移动性管理和接续管理等信息。2）A接口基站BSC与MSC之间的接口，传送的信息包括移动台和基站的管理、移动性和呼叫接续管理等3）Abis接口是NSS内BTS与BSC之间的接口，用于BTS与BSC之间的远端互连方式。,2、网络子系统内部接口,

18、包括B、C、D、E、F、G接口：1）B接口MSC与VLR之间的接口，用于MSC向VLR询问有关MS当前位置信息或通知VLR有关MS的位置更新信息。2）C接口MSC与HLR之间的接口，用于传递路由选择和管理信息。3）D接口HLR与VLR之间的接口，用于交换MS位置和用户管理的信息，保证MS在整个服务区内能建立和接受呼叫。,2、网络子系统内部接口,4）E接口相邻区域的移动交换中心之间的接口，用于MS从一个MSC控制区到另一个MSC控制区时交换有关信息，以完成越区切换。5）F接口MSC与EIR之间的接口，用于交换相关的管理信息。6）G接口VLR之间的接口，在采用临时移动用户识别码（TMSI）时，此接

19、口用于向分配TMSI的VLR询问此移动用户的国际移动用户识别码的信息。,GSM的区域、号码、地址与识别,从地理位置来看，GSM系统分为GSM服务区、公用陆地移动网（PLMN）业务区、移动交换控制区（MSC区）、位置区（LA）、基站区和扇区。,1、区域划分,1）、GSM服务区：由联网的GSM全部成员国组成。2）、PLMN业务区 由GSM系统构成的公用陆地移动网，处于国际或国内汇接交换机的级别上。3）、MSC业务区 由一个移动交换中心控制的区域称为MSC业务区，凡在该区的移动台均在该区的访问位置寄存器（VLR）登记。,MSC业务区,1、区域划分,4）、位置区（LA）每个MSC业务区分成若干位置区，

20、位置区有若干基站区组成，当寻呼移动用户时，位置区内全部基站可以同时发寻呼信号，利用位置区识别码（LAI），系统能够区别不同的位置区。5）、基站区 一个基站控制器所控制的若干个小区的区域。6）小区（cell）也叫蜂窝区，一个小区包含一个基站，每个基站有若干套收、发信机。根据基站位置不同分为：中心激励，定点激励。,1、区域划分,2、GSM识别码,1）国际移动用户识别码（IMSI）IMSI用于识别GSM/PLMN网中用户，每个用户均分配一个唯一的IMSI。IMSI：MCC+MNC+MSIN MCC：移动国家号，中国460；MNC：移动网号，中移动00，联通01 MSIN：移动用户识别号2）临时用户识

21、别码（TMSI）用于保护IMSI码，该号只在本MSC区域有效，其结构可由各电信部门选择，长度不超过4个字节。3）国际移动设备识别码（IMEI）用于识别移动设备的号码，监控被窃或无效的这一类移动设备。IMEI：TAC+FAC+SNR+SP TAC：型号批准编码 FAC：装配厂家编号 SNR：序号编码 SP：备用,2、GSM识别码,4）移动用户号码MSISDN：CC+NDC+SN CC：国家码，中国86 NDC：国内目标码 SN：用户码国内移动用户ISDN号码为一个11位数字的等长号码：N1N2N3 H0 H1H2H3其中，N1N2N3为数字蜂窝移动业务接入号(网号)，中国移动为139、138、1

22、37、136、135，中国联通为130、131；H0H1H2H3为HLR(归属位置寄存器)识别号，表示用户归属的HLR，用来区别不同的移动业务区；为四位用户号码。,2、GSM识别码,5）移动台漫游号码 MSRNCCNSCSN当移动台漫游到另一个移动交换中心业务区（MSC）时，该MSC将给移动台分配一个临时漫游号码，用于路由选择。CC国家号 NDC国内目的地号码(用于识别MSC/VLR）SN用户号，对应于用户的IMSI号码 当移动台离开该区后，访问位置寄存器和归属位置寄存器都要删除该漫游号码，以便再分配给其他移动台使用。,2、GSM识别码,6）位置区识别码LA=MCCMNCLAC MCC移动国家

23、号，识别一个国家 MNC移动网号，识别国内的GSM网 LAC位置区号码，识别一个GSM网中的位置区7）小区全球识别码CGI MCCMNCLACCI 用于识别一个位置区内的小区。8）基站识别码（BSIC NCCBCC）(6bit）NCC国家色码，用于识别GSM移动网(3bit)BCC基站色码，用于识别基站(3bit),GSM无线接口,其中Um接口的作用：规定信道结构和接入能力定义MS-BS通信协议完成呼叫控制处理实现移动性、安全管理完成功率控制等业务功能,（一）、GSM无线接口传输特性,1、GSM的多址方式GSM蜂窝系统采用时分多址/频分多址/频分双工(TDMA/FDMA/FDD)制式。收发采用

24、不同的频率，收发频差为45MHz，一对双工载波上下行链路各用一个时隙构成一个双向物理信道，根据需要分配给不同的用户使用。频道间隔为200 kHz，每个频道采用时分多址接入方式，共分为8个时隙，时隙宽度为0.577 ms。8个时隙构成一个TDMA帧，帧长为4.615 ms。移动台在特定的频率上和特定的时隙内，以突发方式向基站传输信息，基站在相应的频率上和相应的时隙内以时分复用的方式向各个移动台传输信息。,（一）、GSM无线接口传输特性,2、GSM的频率再用GSM蜂窝系统多采用4小区3扇区(43)的频率配置和频率再用方案，即把所有可用频率分成4大组12个小组分配给4个无线小区而形成一个单位无线区群

25、，每个无线小区又分为3 个扇区，然后再由单位无线区群彼此邻接排布，覆盖整个服务区域，如图所示。,43频率复用,（一）、GSM无线接口传输特性,3、工作频段的分配GSM系统包括900 MHz和1800 MHz两个频段。早期使用的是GSM900频段，随着业务量的不断增长，DCS1800频段投入使用。目前，在许多地方这两个频段的网络同时存在，构成“双频”网络。GSM使用的900 MHz、1800 MHz频段介绍如表所示。,GSM使用的900 MHz、1800 MHz频段特性,（二）、GSM系统信道,1.GSM系统信道分类1)物理信道GSM的无线接口采用TDMA接入方式，即在一个载频上按时间划分8个时

26、隙构成一个TDMA帧，每个时隙称为一个物理信道；每个用户按指定载频和时隙的物理信道接入系统并周期性地发送和接收脉冲突发序列，完成无线接口上的信息交互。每个载频的8个物理信道记为信道07(时隙07)，当需要更多的物理信道时，就需要增加新的载波，因而GSM实质上是一个FDMA与TDMA的混合接入系统。,（二）、GSM系统信道,2)逻辑信道根据BTS与MS之间传递的信息种类不同，GSM定义了多种逻辑信道传递这些信息。逻辑信道在传输过程中映射到某个物理信道上，最终实现信号的传输。逻辑信道可分为两类，即业务信道(TCH)和控制信道(CCH)。,（二）、GSM系统信道,(1)业务信道(TCH)业务信道主要

27、传送数字话音或用户数据，在前向链路和反向链路上具有相同的功能和格式。GSM业务信道又可以分为全速率业务信道(TCH/F)和半速率业务信道(TCH/H)。当以全速率传送时，用户数据包含在每帧的一个时隙内；当以半速率传送时，用户数据映射到相同的时隙上。也就是说，两个半速率信道用户将共享相同的时隙，但是每隔一帧交替发送。目前使用的是全速率业务信道，将来采用低比特率话音编码器后可使用半速率业务信道，从而在信道传输速率不变的情况下，信道数目可加倍，也就是系统容量加倍。,（二）、GSM系统信道,(2)控制信道(CCH)控制信道用于传送信令和同步信号。某些类型的控制信道只定义给前向链路或反向链路。GSM系统

28、中有三种主要的控制信道：广播信道(BCH)、公共控制信道(CCCH)和专用控制信道(DCCH)，每个信道由几个逻辑信道组成，这些逻辑信道按时间分布提供GSM必要的控制功能。下面以图、表的形式对每个信道及其任务进行了详细的说明。,（二）、GSM系统信道,GSM系统的信道分类,（二）、GSM系统信道,CCH信道类型,（二）、GSM系统信道,CCH信道类型,（二）、GSM系统信道,业务信道和各种控制信道是如何使用的？以GSM系统中移动台发出呼叫的情况为例。首先，用户在监测BCH时，必须与相近的基站取得同步。通过接收FCCH、SCH和BCCH信息，用户将被锁定到系统及适当的BCH上。为了发出呼叫，用户

29、首先要拨号，并按GSM手机上的发射按钮。移动台用它锁定的基站的射频载波(ARFCN)来发射RACH数据突发序列。然后，基站以CCCH上的AGCH信息来响应，CCCH为移动台指定一个新的信道进行SDCCH连接。,（二）、GSM系统信道,正在监测BCH中时隙0(TS0)的用户，将从AGCH接收到分配给它的载频(ARFCN)和时隙(TS)，并立即转到新的载频(ARFCN)和TS上，这一新的载频和TS分配就是SDCCH(不是TCH)。一旦转接到SDCCH，用户首先等待传给它的SACCH帧(等待最大持续26帧或120 ms)，该帧告知移动台要求的定时提前量和发射功率。基站根据移动台以前的RACH传输数据

30、能够决定出合适的定时提前量和功率等级，并且通过SACCH发送适当的数据供移动台处理。在接收和处理完SACCH中的定时提前量信息后，用户能够发送正常的、话音业务所要求的突发序列消息。,信道的帧结构,时隙和突发,时隙：为576.9us的时间片，含156.25bit。突发序列：在一个时隙中，被发送的无线载波所携带的信息比特串。根据功能不同，共有4种突发形式：普通突发序列：携带业务信道和除FCCH、SCH、RACH外的控制信道信息。频率校正突发序列：用于移动台频率同步。同步突发序列：用于移动台定时同步。接入突发序列：用于移动台随机接入。,突发脉冲序列,（三）、话音编码与信道编码,GSM话音编码器采用规

31、则脉冲激励长期预测编码(RPE-LTP)。其处理过程是先对模拟话音进行8 kHz抽样，调整每20 ms为一帧，然后进行编码，编码后的话音帧帧长20 ms，含260 bit，因而话音的纯比特率为13 kb/s。在话音帧的260 bit中根据这些比特对传输差错的敏感性可将其分成两类：I类(182 bit)和II类(78 bit)。GSM信道编码器对这两类数据根据其传输差错敏感性进行不同的冗余处理。,（三）、话音编码与信道编码,其中，I类数据比特对传输差错敏感性比较强，可考虑对其进行信道编码保护；对于I类的182 bit，又可分成两个子类：a类(50 bit)和b类(132 bit)。其中，a类50

32、bit是非常重要的比特，其重要性在于这50 bit数据中任一比特的传输差错都会导致语音信号质量的明显下降，致使该语音帧不可用，直接影响到帧差错率。因此在信道编码时，首先对这50 bit进行块编码，加入循环冗余校验码(CRC)，再进行信道编码。对于II类数据比特，传输差错仅涉及到误比特率的劣化，不影响帧差错率，故无需对之进行保护。,（三）、话音编码与信道编码,话音信号的信道编码过程如图所示。经过信道编码后，GSM一个话音帧的数据比特达到456 bit，速率为22.8 kb/s。,（三）、话音编码与信道编码,虽然信道编码为话音信号传输提供了纠错功能，但它只能纠正一些随机突发误码。由于移动传播环境的

33、恶劣和移动用户移动的复杂性，常会遇到连续突发误码的情况，如MS快速通过大楼的底部或快速穿过短隧道等，此时就无法充分发挥信道编码的纠错性能。为此，话音信号通过信道编码后，还需进行交织处理，以提高抗御无线信道传输的连续突发误码的影响。（图4.6.9）,（四）、跳频,跳频技术可以确保通信的保密性和抗干扰性能。在GSM系统中，跳频分为基带跳频和射频跳频两种。基带跳频：无线信道在某一时隙期间(0.577 ms)用某一频率发射，到下一个时隙则跳到另一个不同的频率上发射。射频跳频：用固定发射机，由跳频序列控制不同频率的发射。大多数厂家的基站（BTS）采用基带跳频技术。,三、GSM系统的控制与管理,1、位置登

34、记/更新2、用户管理3、入局呼叫处理过程4、越区切换/漫游5、鉴权与加密6、计费,1、位置登记/更新,移动台的几种状态：1、移动台关机 系统启动SIM分离进程，在有关的VLR和HLR中设置标志。MS不能应答寻呼消息，网络不能达到MS。同时它也不能通知网络其所处的位置区的变化。SIM“分离”状态。2、移动台开机，空闲状态 系统可以成功地寻呼MS，SIM“附着”状态。3、移动台忙 网络分配给MS一个业务信道传送话音或数据，当MS移动时它必须有能力进行定位和切换。,首次入网位置登记,当MS首次入网时，必须通过移动交换中心（MSC），在相应的HLR中登记注册。由于MS第一次被使用，所以MSC/VLR没

35、有此MS的任何信息，MS接入系统要求登记，MSC/VLR登记该MS的位置信息并将该请求往HLR记录，MSC/VLR对该MS作“附着”标记，这时这个MS被激活。当移动台在移动过程中，从一个位置区移动到另一个位置区时，必须向网络登记新位置区，这个过程称为“位置更新”。,位置更新,以下为各种可能的位置更新过程：(1)第一次位置更新(移动台开机或插入SIM卡)；(2)移动台在同一VLR范围内的不同位置区移动；(3)移动台运动到新的相邻VLR区域；(4)移动台运动到新的非相邻VLR区域；(5)周期位置更新。位置更新一般可概括为常规位置更新、周期性位置登记以及其他过程。,正常位置更新过程,1、MS在新的小

36、区内读到其BCCH上的信息，找到该小区的位置区号码（LAC），该LAC与MS内所存的LAC进行比较，当两者不一致时，需进行位置更新。2、MS通过RACH向系统发出接入申请，通过申请到的SDCCH建立与网络的联系。3、MS经SDCCH向系统发出位置更新请示。4、新的LAC与旧的LAC属于同一MSC/VLR时，位置更新在该MSC内完成,MSC需在VLR中对该MS的位置信息进行修改。5、位置更新被系统认可，MS被通知释放所占用的信令信道。,正常位置更新,BTS,1.,2.,2.,3.,3.,4.,4.,周期性位置登记,当MS向网络发送“IMSI分离”消息时，无线链路质量差，系统有可能不能正确译出信息

37、，由于没有证实消息发送给MS，之后MS也没有再发分离信号，因此系统仍认为MS处于附着状态，为解决这一问题，系统采取了强制登记措施，要求MS每过一定周期要登记一次。若系统没有接收到某MS的周期性登记信息。它所处的VLR就以“分离”在此MS上做标记，定程序称“隐分离”。,位置删除,当移动台进入一个新的VLR区域并进行位置登记后，HLR应向前一个VLR发送取消位置消息来删除该VLR中有关数据。,不同MSC/VLR区间漫游时的位置更新过程:,BSC,MSC,VLR,HLR,BSC,MSC,VLR,1,2,3,4,5,6,位置更新请求,位置更新请求,请求位置更新接受,位置更新证实,位置删除,位置删除接受

38、,小区2,小区1,2、用户管理,*用户注册 发放用户识别卡SIM和在网络端的数据库中为该用户建立相应的档案，即在HLR和AUC中为用户开户头，分配IMSI。*SIM卡-SIM卡生产厂商存入的系统原始数据-网络运营商注入的参数：IMSI、鉴权密钥Ki、A3算法、A8算法,3、入局呼叫处理过程,3、入局呼叫处理过程,4、越区切换,越区切换：当移动台在通话期间从一个小区移动到另一个小区时，要进行无线信道的转换而不中断正在进行的通话。在呼叫过程中，移动台不断测量它所在小区的基站及相邻小区基站发射无线信号的射频和信号质量，并周期的将测量结果报告给BSS并送给MSC。,4、越区切换,越区切换包括三个方面的

39、问题：越区切换的准则，也就是何时需要进行越区切换；越区切换如何控制；越区切换时信道分配。研究越区切换算法所关心的主要性能指标包括：越区切换的失败概率、因越区失败而使通信中断的概率、越区切换的速率、越区切换引起的通信中断的时间间隔以及越区切换发生的时延等。,越区切换的准则,相对信号强度准则(准则1)：具有门限规定的相对信号强度准则(准则2)：具有滞后余量的相对信号强度准则(准则3)：具有滞后余量和门限规定的相对信号强度准则(准则4)：,切换类型包括：同一BSC内小区间的切换同一MSC内不同BSC小区间切换不同MSC/VLR间小区切换,同一BSC内区间的切换,1、命令新BTS激活新的TCH2、向M

40、S发新的信道信息3、MS调谐后发RACH4、基站收到后在FACCH上发动态信息5、MS收到后发切换完成6、释放原TCH,同一MSC内不同BSC小区间切换,4、发送新频道、信道信息5、用RACH发切换接入6、发功率控制等级等信息7、收到信息后发切换完成信息8-9、释放原信道 TCH,老FACCH,RACH,新FACCH,激活新的TCH,1、发新小区基站号2、查出新的BSC并发请求3、激活新的TCH,10,5,6,6,GSM PLMN PSTN,1、发送切换请求信息2、发送切换协助请求信息3、分配切换号，发送切换请求信息4、要求激活新TCH，送给BSC5、将切换号、TCH信息送回,6、MSCA与M

41、SCB建立局间中继路由7、经FACCH发送有关切换的信息8、经RACH发切换接入9、发送功率控制等信息10、发送切换完成信息,MSCA将掌握总的呼叫控制直至呼叫结束,5、鉴权与加密,所谓鉴权，实际上就是鉴别用户SIM卡的真实性，防止无权用户接入网络。下列情况需先经过鉴权-移动台呼出及呼入。-移动台位置登记、位置更新。-移动台补充业务的登记、使用、删除。,5、鉴权与加密,1）鉴权通过系统提供的客户三组参数来完成；客户三参数组的产生是在GSM系统的AUC（鉴权中心）中完成。AUC的基本功能是产生若干鉴权三参数组(RAND、SRES和Kc)。其中RAND由随机数发生器产生，SRES由RAND和密钥K

42、i通过A3算法得出，Kc由RAND和Ki用A8算法算出。一般情况下AUC一次产生5组三参数组，传送给HLR，HLR自动存储。三参数组产生过程见下图：,AUC鉴权中心,Kc,SRES,RAND,Kc,SRES,RAND,加密算法8,鉴权算法3,结果,结果,数据库IMSI和鉴权,产生随机数,HLR,鉴权过程,GSM系统鉴权过程示意图,5、鉴权与加密,2)加密当移动台通过MSC/VLR进行鉴权时，MSC/VLR根据系统的要求启动无线信道的加密程序，对用户的数据进行加密，以防止在空中接口被人窃听。MSC/VLR通过“加密模式命令”将加密密钥Kc传送给BTS，并经BTS指示MS进行空中加密。MS由RAN

43、D和Ki用A8算法得出Kc，并以Kc和TDMA帧号作为输入参数对用户的空中接口信息数据进行A5算法的加密运算，从而在空中接口产生加密数字信息码流。基站侧则利用MSC/VLR传送来的Kc信息完成对加密信息的解密过程。,5、鉴权与加密,3)设备识别设备识别的目的是防止盗用或非法设备入网使用。当MS请求接入或位置更新时，MSC/VLR向MS请求其国际移动台识别码IMSI并将IMSI发送给EIR。EIR收到IMSI后将对该IMSI设备的合法性进行验证。EIR将有的IMSI设备分类为3个清单：白名单、黑名单和灰名单。若EIR在黑名单中发现该设备，则MSC/VLR拒绝为持有该移动设备的用户提供进一步的服务

44、。,6、计费,对话音计费：各节点MSC将用户的详细通话记录通过送到计费网关，由计费网关进行详细通话记录统计并送到计费中心根据费率进行结算。,第三部分、短消息业务介绍,1、短消息业务原理及流程2、移动梦网介绍,1、短消息业务原理,短消息业务分类:-移动台接收/发送点对点短消息 短消息的传递总是在移动台和某个短消息中心之间进行。接收短消息的短消息关口站称为SMS-GMSC，发短消息的短消息关口站称为SMS-IWMSC。-小区广播型短消息:如交通流量状况、气象状况,短消息业务流程,2、移动梦网掌中的超市,移动梦网：中国移动与众多SP合作，向移动客户提供数据应用服务，包括：WAP、短消息、移动游戏、信

45、息点播、掌上理财、旅行服务、移动办公、移动银行、移动电子商务等等各种各样的业务。移动梦网现状：目前与中国移动进行合作的SP已近500家，包括新浪、搜狐、网易、263等一些知名的门户网站，也包括一些有很强创新性和特色的网站，如腾讯QQ，灵通网及168WAP等。使用移动梦网业务的方法：到相关的网站定制用手机直接点播通过手机浏览器获取,第四部分 无线应用协议WAP,1、WAP的原理2、WAP应用,WAP的定义,WAP-Wireless Application ProtocolWAP是一种向移动终端提供互联网应用和先进增值服务的全球性开放标准 面向移动终端提供数据服务是个开放的标准,为什么需要WAP,

46、无线信道的带宽窄、稳定性差，TCP/IP的性能将受严重影响移动终端的处理能力和内存有限，难以处理现有的因特网协议族移动终端的显示和输入方式与计算机不同，现有因特网应用服务不能被移动终端使用结论：在现有条件下，需要为移动终端制定新的协议,WAP的设计原则,基于现有因特网-对现有的因特网标准进行简化-尽量利用现有的因特网资源独立于无线网络-能在各种无线承载网络上使用独立于无线设备-能运行在从手机到PDA等移动终端上保证交互操作-遵循WAP标准，不同厂家的设备就可以互操作,WAP提供的业务,信息服务-新闻、天气、体育、交通、股票行情消息服务-Email、语音信箱、短消息、传真电子商务-在线定票、股票

47、交易、手机银行,无线承载信道,短消息SMS-GSM、CDMA电路交换数据-GSM、IS-136、CDMA分组交换数据-GPRS、IS-136、CDMA,WAP系统的结构,因特网,WAP终端,无线网,WAP网关,WAP服务器,WWW服务器,WAP over GSM SMS实例,第五部分 通用分组无线业务GPRS,1、GPRS的原理2、GPRS的实现,1、GPRS的原理,GPRS：General Packet Radio ServiceGPRS是一种基于GSM的移动分组数据承载业务，在移动用户和远程数据网之间提供数据连接。基于GSM分组交换模式用于承载数据业务,发展GPRS的原因,移动通信网上数据

48、业务量增加GSM缺乏高速的数据承载业务 SMS：基于信令信道 CSD：独占信道，数据率只有9.6kbps,GPRS的特点,采用分组交换技术提供较高得数据速率可实现非对称链路一次连接永远在线同时支持话音和数据提供了与IP网络的互通功能,分组的统计复用,多个用户共用一个时隙,四种编码方案,编码方式级别越高，速率越高，前向纠错能力越弱CS-4的码率将近1:1，几乎没有冗余信息，也就没有纠错能力,GPRS的速率,使用CS-4，GPRS可提供高达171.2Kbps的传输速率，这只是理论上和理想条件下的值由于基站传输、无线干扰等因素，近期可用的编码方案是CS-1和CS-2目前GPRS可提供的最大理论速率为

49、：13.4*8=107.2Kbps2下行：最大26.8Kbps4下行：最大53.6Kbps,GPRS提供的业务,Internet业务 Web浏览、Email、FTPVPN业务 与企业内部网互通信息点播移动商务、移动银行,GPRS的组成,支持GPRS的移动终端,三种GPRS移动终端 A类：GPRS分组业务和话音业务可同时进行 B类：可提供分组业务和话音业务，但不能同时工作 C类：只用于分组业务移动终端的能力 3个下行1个上行：Motorola 4个下行1个上行：Ericsson的R520,分组控制单元PCU,负责处理无线信道的数据业务无线数据信道的管理和分配用户数据的压缩、加密和转发向GPRS网

50、络屏蔽使用的无线技术,SGSNGPRS业务支持节点,SGSN通过幀中继与BSS直接相连是GPRS骨干网的重要组成部分是移动终端与GPRS网络之间的接口具有以下功能 记录移动终端的当前位置信息 在移动终端和GGSN之间转发移动分组数据 对数据进行压缩 实现鉴权和加密,GGSNGPRS网关支持节点,GGSN通过基于IP协议的GPRS骨干网与其它GGSN和SGSN相连是连接GPRS网和外部数据网的网关通过一个GGSN，GPRS可以连接到多个外部数据网上功能 内部：维护GPRS骨干网 外部：连接多个数据网 对分组数据进行协议转换,GPRS骨干网的特点,由SGSN和GGSN组成的GPRS骨干网是一个纯粹