移动通信理论与实战第5章GSM通信系统ppt课件

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1、第第5 5章章 GSM GSM通讯系统通讯系统GSM通讯系统通讯系统nGSMGlobal System for Mobile Communicationsn全球第一个对数字调制方式、网络构造和业务种类全球第一个对数字调制方式、网络构造和业务种类进展规范化的数字蜂窝挪动通讯系统；也是全球用进展规范化的数字蜂窝挪动通讯系统；也是全球用户最多的挪动通讯系统；户最多的挪动通讯系统；n历史：历史：n1982年北欧四国向欧洲邮电行政大会提交建议，制年北欧四国向欧洲邮电行政大会提交建议，制定定900MHz的欧洲公共电信业务规范，成立挪动特别的欧洲公共电信业务规范，成立挪动特别小组小组GSM；n1988年公布

2、年公布GSM泛欧数字蜂窝通讯网规范；泛欧数字蜂窝通讯网规范；n1991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频段的挪动电信业务规范，名为频段的挪动电信业务规范，名为DCS1800系系统；统；n1993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；n1995年，完成年，完成1900MHz频段的频段的PCS1900挪动电信业务挪动电信业务规范；规范；http:/中兴通讯学院中兴通讯学院课程内容课程内容GSM系统构造系统构造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

3、构系统架构n网络子系统网络子系统NSSn具有系统交换、通讯控制、数据存储、挪动性管理具有系统交换、通讯控制、数据存储、挪动性管理、平安性管理等管理功能，并提供了和其它网络衔、平安性管理等管理功能，并提供了和其它网络衔接的接口；接的接口；n挪动交换中心挪动交换中心MSC(Mobile Switching Center)nGSM网络的中心管理网元，担任对本网络的中心管理网元，担任对本MSC管辖区内的管辖区内的挪动终端进展通讯控制和管理，并提供挪动终端进展通讯控制和管理，并提供GSM系统与其系统与其它通讯网之间互联的接口；它通讯网之间互联的接口；n通常是一个大型交换机，它经过通常是一个大型交换机，它

4、经过A接口控制着基站子接口控制着基站子系统的几个基站控制器系统的几个基站控制器BSC，它可以从，它可以从HLR、VLR和和AuC三种数据库中获取处置用户位置登记和呼叫恳求三种数据库中获取处置用户位置登记和呼叫恳求所需的全部数据，亦可根据所获取的最新信息恳求所需的全部数据，亦可根据所获取的最新信息恳求更新数据库中的部分数据。更新数据库中的部分数据。nHLR、VLR、AuCGSM系统架构系统架构n网络子系统网络子系统NSSn具有系统交换、通讯控制、数据存储、挪动性管具有系统交换、通讯控制、数据存储、挪动性管理、平安性管理等管理功能，并提供了和其它网理、平安性管理等管理功能，并提供了和其它网络衔接的

5、接口；络衔接的接口；n挪动交换中心挪动交换中心MSCn归属位置存放器归属位置存放器HLR(Home Location Register)n中央数据库，永久存储和记录所辖区域内用户的中央数据库，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，以便在呼叫业务中提供被呼叫用户的网络路由；在呼叫业务中提供被呼叫用户的网络路由；nHLR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；n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，以便独立提供对其定位，使网络从位，使网络从MSISDN号或号

6、或IMSI身份码来检索身份码来检索HLR；nVLR、AuCGSM系统架构系统架构n网络子系统网络子系统NSSn挪动交换中心挪动交换中心MSCn归属位置存放器归属位置存放器HLRn访问位置存放器访问位置存放器VLR(Visitor Location Register)n用于存储来访用户位置信息的动态数据库；用于存储来访用户位置信息的动态数据库；GSM系统架构系统架构n网络子系统网络子系统NSSn挪动交换中心挪动交换中心MSCn归属位置存放器归属位置存放器HLRn访问位置存放器访问位置存放器VLRn鉴权中心鉴权中心AuC(AUthentication Center)n遭到严厉维护的数据库，存储着鉴

7、权信息和加密遭到严厉维护的数据库，存储着鉴权信息和加密密钥，以防止无权用户进入系统和保证无线接口密钥，以防止无权用户进入系统和保证无线接口的挪动用户通讯的平安；的挪动用户通讯的平安；n属于属于HLR的一个功能单元，和的一个功能单元，和HLR集成在同一设备集成在同一设备中。中。GSM系统架构系统架构n基站子系统基站子系统BSSn基站控制器基站控制器BSC(Base Station Controller)n整个基站子系统的控制中心，担任无线资源管理、整个基站子系统的控制中心，担任无线资源管理、小区配置数据管理、功率控制、定位和本控制区内小区配置数据管理、功率控制、定位和本控制区内的越区切换等；的越

8、区切换等；n它是具有一定计算才干的小型交换机，将控制区内它是具有一定计算才干的小型交换机，将控制区内的数据会聚后传送到的数据会聚后传送到MSC；n基站收发信台基站收发信台BTS(Base Transceiver Station)n经过空口经过空口Um口和挪动终端口和挪动终端MS相连，并完全接受相连，并完全接受BSC控制，担任无线传输，完成无线与有线间的转控制，担任无线传输，完成无线与有线间的转换、无线分集接纳、无线信道加密等功能；换、无线分集接纳、无线信道加密等功能；n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+基站基站设备；设备；n由基站识别码由基站识别码B

9、SIC独一识别；独一识别；GSM系统架构系统架构n挪动台挪动台MSn通讯终端，由设备识别码通讯终端，由设备识别码IMEI独一识别；独一识别；nSIM卡：由用户识别码卡：由用户识别码IMSI独一识别；独一识别；n操作维护子系统操作维护子系统OSSn网络管理中心网络管理中心NMCn全网监控全网监控n操作维护中心操作维护中心OMCn本地监控本地监控http:/中兴通讯学院中兴通讯学院课程内容课程内容GSM系统构造系统构造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nFDMA+TDMA，物理信道由一个载频上的一个时隙来，物理信道由一个载频上

10、的一个时隙来表征；表征；n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双工信双工信道总数道总数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：1124ufl(n)=890.200+(n-1)0.2MHzufh(n)f1(n)45MHzu1800MHz：512885，374ufl(n)=1710.200+(n-512)0.2

11、MHzufh(n)f1(n)95MHGSM物理层物理层n帧构造帧构造n时隙时隙物理信道最根本单位，物理信道最根本单位，577s，156.25个码个码元；元；nTDMA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帧构造帧构造业务复帧：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帧构造帧构造超帧：一个衔接的超帧：一个衔接的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

12、逻辑信道GSM物理层物理层nGSM系统中物理层处置的普通流程系统中物理层处置的普通流程http:/中兴通讯学院中兴通讯学院课程内容课程内容GSM系统构造系统构造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EDGEGPRS通用分组无线业务通用分组无线业务nGSMn采用电路交换技术；采用电路交换技术；n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)n采用分组交换技术；采用分组交换技术；n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网络构造网络构造n电路域电路域G

13、SM和分组域新增共存；和分组域新增共存；n电路域：对终端、基站子系统、网络子系统都需求软件更新电路域：对终端、基站子系统、网络子系统都需求软件更新；n分组域：新增分组域：新增SGSN、GGSN管理网元；管理网元；n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网络构造网络构造n原原GSM网络晋级网络晋级nBSC中新增功能中新增功能PCU分组控制单元分组控制单元n添加了一些信道种类，完成数据包拆封、确认和无添加了一些信道种类，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；nHLR加强存储信息的功能加强存储信息的

14、功能nGPRS签约数据的存储与更新；签约数据的存储与更新；n提供位置提供位置/路由信息，并处置挪动性管理和路由中路由信息，并处置挪动性管理和路由中所需信息；所需信息；n保管和更新用户业务、保管和更新用户业务、SGSN号码和地址；号码和地址；nGPRS用户位置删除指示；用户位置删除指示；nMS能否可达；能否可达；GPRS网络构造网络构造n电路域电路域GSM和分组域新增共存；和分组域新增共存；n电路域：对终端、基站子系统、网络子系统都需求软件更新电路域：对终端、基站子系统、网络子系统都需求软件更新；n分组域：新增分组域：新增SGSN、GGSN管理网元；管理网元；n配合配合GPRS的其它数据单元：的

15、其它数据单元：DNS、计费网关、防火墙等；、计费网关、防火墙等；GPRS网络构造网络构造n分组域新增分组域新增nSGSN(Serving GPRS Support Node)GPRS业务支持节点业务支持节点n功能类似于功能类似于GSM系统中的系统中的MSC/VLR；n挪动性管理：跟踪和记录挪动台的当前位置信息；挪动性管理：跟踪和记录挪动台的当前位置信息；n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；n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；n计费；计费；n合法监听等；合法监听等；nGGSN(Gateway GPRS Suppor

16、t Node)GPRS网关支持节点网关支持节点GPRS网络构造网络构造n分组域新增分组域新增nSGSN(Serving GPRS Support Node)GPRS业务支持节点业务支持节点nGGSN(Gateway GPRS Support Node)GPRS网关支持节网关支持节点点nGPRS网络与外部网络的网关，将网中的网络与外部网络的网关，将网中的GPRS分组数分组数据包进展协议转换，从而可以把这些分组数据包传据包进展协议转换，从而可以把这些分组数据包传送到远端的送到远端的TCP/IP或或X.25网络网络n会话管理：管理会话管理：管理MS的的PDP上下文；上下文；n路由和转发：实现路由和转

17、发：实现MS与与Internet间的业务数据路由和间的业务数据路由和转发；转发；n动态动态IP地址分配；地址分配；n业务管理：管理业务管理：管理APNGPRS网络构造网络构造GPRS网络构造网络构造n配合配合GPRS的其它数据单元的其它数据单元nDNS域名解析效力器域名解析效力器n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；n进展进展GPRS网络接入点称号网络接入点称号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地址与接入点称号之间的解析地址与接入点称号之间的解析，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

18、转地址之间的转换；换；nDHCP动态地址分配动态地址分配n根据根据APN信息进展地址段的分配管理，从而保证地信息进展地址段的分配管理，从而保证地址运用的灵敏性和高效性；址运用的灵敏性和高效性；n计费网关；计费网关；n防火墙；防火墙；GPRS挪动性管理挪动性管理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；接纳寻呼；区；接纳寻呼；nReady：SGSN定位到小区；定位到小区；数据传输可直接进展；数据传输可直接进展；http:/中兴通讯学院中兴通讯学院课程内容课程内容GSM系统构造系统构造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

19、务EDGEEDGEnEnhanced Data Rate for GSM Evolution加强型数据速率加强型数据速率GSM演进技术演进技术nECSD：高速电路交换数据业务的加强：高速电路交换数据业务的加强nEGPRS：GPRS分组业务的加强分组业务的加强n采用了采用了8PSK调制技术，极大的提高了单信道的速率调制技术，极大的提高了单信道的速率；n采用了递增冗余传输技术及链路自顺应机制；采用了递增冗余传输技术及链路自顺应机制；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

20、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，接纳协议进展扩展以支持接口物理层不变，接纳协议进展扩展以支持EDGE业务；业务；n基站添加空口基站添加空口8PSK调制信号收发；调制信号收发；n基站添加基站添加EGPRS业务和相关质量控制功能；业务和相关质量控制功能；n基站天馈系统坚持不变，原天馈系统在晋级、扩容基站天馈系统坚持不变，原天馈系统在晋级、扩容GSM和和EDGE载频混插方式下坚持不变；载频混插方式下坚持不变；n基站模块化构造坚持不变，晋级时仅需晋级载频单元；基站模块化构造坚持不变，晋级时仅需晋级载频单元；