蜂窩通信原理

1、第一章 蜂窩通信原理第一章 蜂窩通信原理本書中的信息僅用于培訓(xùn),具體以設(shè)備所附手冊中的信息為準(zhǔn)。目錄 頁碼 蜂窩通信原理 2 概述 2 蜂窩通信的優(yōu)點 2 網(wǎng)絡(luò)組成 4 頻譜 6 小區(qū)的大小 8 大的小區(qū) 8 小的小區(qū) 8 大小區(qū)與小小區(qū)混合使用 8 頻率復(fù)用 10 同信道干擾 10 鄰信道干擾 10 扇區(qū)化 12 使用扇區(qū)化的基站 14 4基站/3小區(qū)模式 14 交換與控制 16 j本章目標(biāo)：完成本章的學(xué)習(xí)后，學(xué)員應(yīng)能： i了解蜂窩網(wǎng)絡(luò)各主要組成部分的名稱及主要作用。i理解基站的幾種結(jié)構(gòu)。j蜂窩通信原理概述蜂窩電話系統(tǒng)用于為移動臺ms（mobile station）與公共電話系統(tǒng)之間，或者和

2、另一個蜂窩系統(tǒng)的移動臺之間建立連接。移動臺ms與蜂窩網(wǎng)絡(luò)之間的信息通過無線電波傳送，這樣省去了傳統(tǒng)電話中的電話線，因此，移動用戶可以自由移動，比如在車上，或步行。蜂窩通信的優(yōu)點蜂窩電話網(wǎng)絡(luò)與“陸地”電話網(wǎng)絡(luò)相比，有許多優(yōu)點，不僅對于移動用戶，對于網(wǎng)絡(luò)運營商來說也是一樣的。概述對于移動用戶的優(yōu)點h移動性h靈活性h便利性對于網(wǎng)絡(luò)運營商的優(yōu)點h易于擴容h高收益率 h頻譜利用率高 h易于重新配置網(wǎng)絡(luò)組成gsm網(wǎng)絡(luò)包括移動業(yè)務(wù)交換中心msc（mobile services switching centres），基站系統(tǒng)bss（base station system），以及移動臺ms（mobile sta

3、tion）。這三種網(wǎng)絡(luò)實體各自都還可以劃分成更小的實體，比如在bss中有基站控制器bsc（base station controller），基站收發(fā)信臺bts（base transceiver station）和壓縮編碼器xcdr（transcoder）。對于這些更小的網(wǎng)絡(luò)實體，在后面將會具體討論到。在msc，bss和ms組成的蜂窩系統(tǒng)中，移動用戶可以發(fā)起呼叫，接收呼叫，系統(tǒng)會相應(yīng)的計費，就如同一般的pstn網(wǎng)絡(luò)能完成的功能一樣。唯一存在的問題是，ms只能同其它的ms之間進行呼叫，為了使移動臺也能與市話用戶之間進行呼叫，所以有必要把gsm網(wǎng)絡(luò)連到pstn。蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的移動臺處在“小區(qū)”中，這些

4、小區(qū)由bss提供，每個bss能提供一個或多個小區(qū)，這取決于廠商的設(shè)備。小區(qū)一般被畫作六邊形，但實際上小區(qū)是不規(guī)則形狀，這主要是受周圍地形干擾的影響或是取決于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃者的設(shè)計。 圖示的小區(qū)覆蓋 實際的小區(qū)覆蓋 網(wǎng)絡(luò)組成pstnmscbssbssmsmsbssmsmsmsbssbssbssms(public switched telephone network) 公眾交換電話網(wǎng)pstn(mobile service switching centre) 移動業(yè)務(wù)交換中心msc(base station system)基站系統(tǒng)bss(mobile station)移動臺ms(cell coverage

5、 area)小區(qū)覆蓋區(qū)域頻譜簡介頻譜非常擁擠，只有很窄的帶寬分配給了蜂窩通信。對面列出了分配給gsm，egsm（extended gsm），gsm1800（dcs1800）及pcs1800的頻譜一個絕對無線頻率信道編號arfcn（absolute radio frequency number）或rf載頻實際是指一對頻率，一個用于發(fā)射，一個用于接收，這樣可以雙向的傳送信息。發(fā)射、接收頻率之間的頻率間隔稱為雙工間隔，gsm900和egsm900的雙工間隔是45mhz，dcs1800的雙工間隔是95mhz，pcs1900的雙工間隔是80mhz，gsm網(wǎng)絡(luò)中每個小區(qū)至少要分配一個arfcn，當(dāng)然也可以

6、分配多個arfcn用來提供更大的容量。每個gsm rf載頻支持8個tdma（time division multiple access）時隙，所以理論上說每個rf載頻可以同時支持8個電話呼叫，在以后的課程中我們將可以看到，盡管這種理論上的情況是可能實現(xiàn)的，但實際上系統(tǒng)還需要傳信令，所以一個rf載頻可能同時只能支持六個到七個電話呼叫，減少了能支持的移動臺數(shù)。gsm網(wǎng)絡(luò)不同于pstn網(wǎng)絡(luò)，在pstn網(wǎng)絡(luò)中，每部電話都是通過一對固定的電話線連到陸地網(wǎng)絡(luò)，但在gsm網(wǎng)絡(luò)中，ms通過無線接口連接到網(wǎng)絡(luò)，所以很容易理解：一個rf載頻可以支持遠(yuǎn)多于8個移動用戶。經(jīng)過統(tǒng)計，一個rf載頻可以支持15，20，甚至

7、25個移動用戶。顯然由于資源限制,這些移動用戶不能同時發(fā)起呼叫，但一般他們也不會同時發(fā)起呼叫，所以多個移動用戶可以在不同的時間使用相同的物理資源。頻率范圍gsm 900h接收(上行）890-915mhzi發(fā)射(下行)935-960mhzi124個獨立無線頻率信道arfcn(absolute radio frequency channels)egsm 900i接收(上行）880-915mhzi發(fā)射(下行)925-960mhzi174個獨立無線頻率信道arfcn(absolute radio frequency channels)gsm 1800(dcs1800)i接收(上行）1710-1785m

8、hzi發(fā)射(下行)1805-1880mhzi374個獨立無線頻率信道arfcn(absolute radio frequency channels)pcs 1900i接收(上行）1850-1910mhzi發(fā)射(下行)1930-1990mhzi299個獨立無線頻率信道arfcn(absolute radio frequency channels)arfcni帶寬=200khzi8 個tdms時隙小區(qū)的大小一個區(qū)域內(nèi)的小區(qū)數(shù)取決于該區(qū)域內(nèi)的移動用戶數(shù)及該區(qū)域的地形（山、湖、建筑物等）。大的小區(qū) gsm最大的小區(qū)直徑達(dá)80km，但這和小區(qū)覆蓋區(qū)域的地形及ms的功率級有關(guān)。在gsm系統(tǒng)中，ms的發(fā)射功

9、率可達(dá)8w，顯然ms的發(fā)射功率越高，小區(qū)可以越大。如果基站設(shè)在山上，而且周圍沒有什么障礙物，無線電波可以傳得很遠(yuǎn)。如果基站設(shè)在城市中間，周圍高的建筑物會阻擋無線電波的傳播路徑。大的小區(qū)一般用在：i偏遠(yuǎn)地區(qū)i海邊i用戶很少的區(qū)域i面積大但需要用最少的基站覆蓋的地方小的小區(qū) 小的小區(qū)用在ms數(shù)多的小區(qū)域，或者為了減小干擾而要求發(fā)射功率低的區(qū)域。小的小區(qū)一般覆蓋直徑為200m以上。小的小區(qū)一般用在：i城區(qū)i要求低功率發(fā)射的區(qū)域ims數(shù)多的區(qū)域不同大小的小區(qū)混合使用選擇使用什么樣的小區(qū)沒有唯一方案。網(wǎng)絡(luò)運營商希望使用大的小區(qū)，減少安裝維護費用，但又必須為用戶保證服務(wù)質(zhì)量，他們必須考慮到多種因素，比如地

10、形，要求的發(fā)射功率，ms數(shù)等，這樣會不可避免的將不同大小的小區(qū)混合使用。大的小區(qū)最大 6070 km小的小區(qū)小區(qū)的大小頻率復(fù)用標(biāo)準(zhǔn)gsm共有124個頻點可用，大多數(shù)的網(wǎng)絡(luò)運營商并不能使用所有這頻點，而只能使用這124個頻點中的一部分。例如：某網(wǎng)絡(luò)運營商分配了48個頻點，需要用這些頻點覆蓋一個很大的區(qū)域，如英國。由前面可知，最大的小區(qū)其直徑約為70km，顯然這48個頻點無法覆蓋整個英國。為解決頻率受限的問題，網(wǎng)絡(luò)運營商必須將同一個頻率重復(fù)使用，這就稱為“頻率復(fù)用”。網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃者在做頻率復(fù)用規(guī)劃時必須考慮頻率的復(fù)用率及小區(qū)間的距離，否則會產(chǎn)生同信道干擾或鄰信道干擾，或二者都有。網(wǎng)絡(luò)運營商還要考慮需要

11、被覆蓋的區(qū)域的不同特點，在人口稠密的城區(qū)頻率復(fù)用率比較高，采用小的小區(qū)能提供高的容量；在人口稀少的農(nóng)村頻率復(fù)用率較低，采用大的小區(qū)，提供的容量也較小。同信道干擾如果使用相同頻率的兩個載頻離得過近，它們之間將會互相干擾，這種干擾稱為同信道干擾。鄰信道干擾 rf載頻受到另一個使用鄰近頻率的rf載頻的干擾，這種干擾稱為鄰 信道干擾。頻率復(fù)用頻率1頻率2頻率1頻率復(fù)用扇區(qū)化我們前面所說的小區(qū)都是指全向小區(qū)，即一個基站對應(yīng)一個小區(qū)，有一根發(fā)射天線，將無線電波輻射到360度的范圍。如果采用全向小區(qū)，那么當(dāng)同一地理區(qū)域內(nèi)的ms數(shù)增加時，應(yīng)該相應(yīng)的增加小區(qū)數(shù)以擴大容量。為了在該地理區(qū)域安裝更多的小區(qū)，必須減小

12、小區(qū)的大小，而全向小區(qū)間的距離必須足夠遠(yuǎn)，以防止同信道干擾和鄰信道干擾。這種沖突會降低蜂窩網(wǎng)絡(luò)的性能。為了在同一地理區(qū)域內(nèi)獲得更大的容量，可以采用一種稱為“扇區(qū)化”的技術(shù)，扇區(qū)化即是將一個基站分成多個小區(qū)，每個小區(qū)都有自己的發(fā)射和接收天線，相當(dāng)于一個獨立的小區(qū)。扇區(qū)化的小區(qū)使用特制的定向天線，使該小區(qū)發(fā)射的無線電波集中在一個特定的方向上。這樣做有很多優(yōu)點，首先小區(qū)發(fā)射的無線電波能量集中到了一個更小的區(qū)域如60度，120度或180度，而不是以360度全向發(fā)射，這樣可以獲得更強的信號，有利于“室內(nèi)覆蓋”等。另外，同頻復(fù)用距離縮短，在同一地理區(qū)域可以有更多的小區(qū)，可以支持更多的移動用戶。3小區(qū)基站3

13、副發(fā)射/接收天線小區(qū)扇區(qū)化（sectorization）全向基站16小區(qū)基站6副發(fā)射/接收天線使用扇區(qū)化的基站一方面為了避免干擾，需要讓使用相同頻率rf載頻的小區(qū)之間相距足夠遠(yuǎn)，這樣會降低頻率服用率；另一方面，為了獲得更高的容量，需要盡量提高頻率復(fù)用率。在實際情況中，rf載頻分配及小區(qū)大小選擇的原則主要就是為了使以上二者之間達(dá)到平衡。從對面圖中可以看出，將基站扇區(qū)化之后，在相同的地理區(qū)域內(nèi)可以有更多的小區(qū)，更多的移動用戶可以接入并使用蜂窩網(wǎng)絡(luò)。一般對人口稠密地區(qū)或者移動用戶較集中區(qū)域（比如會議中心/商務(wù)建筑物）內(nèi)的基站扇區(qū)化4基站/3小區(qū)4基站/3小區(qū)是gsm中一種典型的頻率復(fù)用模式。例如：網(wǎng)

14、絡(luò)運營商有36個頻點可用，如果他希望采用4基站/3小區(qū)的復(fù)用方式的話，可以將頻率劃分如下：cell cell cell cell cell cell cell cell cell cell cell cell a1 a2 a3 b1 b2 b3 c1 c2 c3 d1 d2 d3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 在這種配置中每個小區(qū)共有3個載頻，每個基站共有9個載頻。 如果網(wǎng)絡(luò)運營商希望采用3基站/3小區(qū)的頻率復(fù)用方式的話，頻率的

15、劃分將會是：cell cell cell cell cell cell cell cell cell a1 a2 a3 b1 b2 b3 c1 c2 c3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36從表中可以看出，現(xiàn)在每個小區(qū)中共有4個載頻，每個基站共有12個載頻，這樣在相同的地理范圍內(nèi)支持的用戶數(shù)會增加，但同時，同信道干擾和鄰信道干擾會有所增強。4基站/3小區(qū)交換與控制在全向和定向小區(qū)建立的無線覆蓋區(qū)域內(nèi)，我們來看一下ms移動時的情況（ms

16、經(jīng)常是處在移動狀態(tài)的）。當(dāng)ms移動時，可能會從一個小區(qū)移動到另一個小區(qū)。有多種原因會引起移動臺從一個小區(qū)到另一個小區(qū)的切換，如：“服務(wù)小區(qū)”的信號比“相鄰小區(qū)”的信號弱，或者ms在當(dāng)前服務(wù)小區(qū)中的通話質(zhì)量不好，這時切換到相鄰小區(qū)可以改善通話質(zhì)量。不論是什么原因引起的切換，都需要由某些網(wǎng)絡(luò)實體來控制切換的完成。在gsm中，由移動業(yè)務(wù)交換中心msc控制切換。為了完成切換，系統(tǒng)必須知道m(xù)s將要切換到哪個相鄰小區(qū)去，為保證ms能切換到信號最好的小區(qū)，ms須測量它周圍相鄰小區(qū)的信號強度并上報給系統(tǒng)。系統(tǒng)分析比較這些測量數(shù)據(jù)，并根據(jù)切換的需要作出是否需要切換的決定。如果需要發(fā)生切換，系統(tǒng)會產(chǎn)生相應(yīng)的控制信

17、息并由msc控制切換的完成。切換對用戶來說必須必須是透明的，即使移動用戶意識不到切換的發(fā)生。在后面我們將會看到，切換控制功能只是msc能完成的多種功能中的一種，msc與其它相關(guān)網(wǎng)絡(luò)實體在一起還能完成多種其他功能，（如ms鑒權(quán)，加密控制，位置登記，與pstn間的網(wǎng)關(guān)等）。注：有的網(wǎng)絡(luò)允許某些切換在bss的控制下就可以完成，這取決于不同廠家的設(shè)備。交換與控制pstn/isdn/公共數(shù)據(jù)網(wǎng)j第 18 頁 共 188 頁 edited by dazern 湖南移動通信工程有限公司第二章 gsm的特性第二章 gsm的特性本書中的信息僅用于培訓(xùn),具體以設(shè)備所附手冊中的信息為準(zhǔn)。目錄 頁碼 gsm的特性 2

18、 兼容性 2 抗干擾 4 靈活性與擴容 6 使用與標(biāo)準(zhǔn)化開放式接口 8 更好的安全性與保密性 10 靈活的切換處理 12 兼容isdn 14 2bd 14 提供范圍更廣的業(yè)務(wù)16 通話業(yè)務(wù) 18 電話業(yè)務(wù) 18 緊急呼叫 18 點到點的短消息業(yè)務(wù) 18 小區(qū)廣播式的短消息業(yè)務(wù) 18 高級消息處理業(yè)務(wù) 18 個人號碼與商用號碼分開 18 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) 20 提供范圍更廣的業(yè)務(wù) 22jgsm的特點目前的蜂窩電話系統(tǒng)與普通電話網(wǎng)絡(luò)相比,不論是從用戶還是從網(wǎng)絡(luò)運營商的角度來看,有著許多的優(yōu)點,但同時也存在一些缺陷。兼容性自1980年以來，歐洲模擬移動通信系統(tǒng)取得了飛速發(fā)展，目前已經(jīng)形成了多種制式的移動通信

19、系統(tǒng)，這些系統(tǒng)之間互相不兼容。對于移動通信來說顯然需要有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，為了調(diào)整這種復(fù)雜的狀況，于是便成立了相應(yīng)機構(gòu)來制訂新的標(biāo)準(zhǔn)化的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。gsm標(biāo)準(zhǔn)由歐洲多個國家共同制訂，使得這一系統(tǒng)在全歐洲范圍內(nèi)，以及世界各地被采用。 這樣帶來的另一個好處是gsm產(chǎn)品的市場增大，生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的設(shè)備數(shù)量增加，產(chǎn)品質(zhì)量也得到提高。同時，由于生產(chǎn)廠家增多，相應(yīng)的增強了競爭，降低了產(chǎn)品價格，使移動用戶和網(wǎng)絡(luò)運營商從中受益。c-450葡萄牙德國nmtradiocom 2000tacsrtms 法國 丹麥 荷蘭瑞士芬蘭挪威西班牙奧地利意大利兼容性英國瑞典抗干擾 在目前的模擬蜂窩電話系統(tǒng)中,如amps，tacs或n

20、mt，移動臺通過模擬無線信號與基站通信。盡管這種技術(shù)可以提供很好的音質(zhì)(這種技術(shù)被廣泛用于立體聲廣播）,但很容易受到干擾，受到干擾時，其效果如同用接收效果很差的天線收聽立體聲廣播。 會干擾到蜂窩系統(tǒng)通信的干擾源可能是： 1. 信號很強的外部干擾源(如汽車點火系統(tǒng)或閃電) 2. 來自另一相同發(fā)射頻率(同信道干擾) 3. 來自另一相鄰發(fā)射頻率(鄰信道干擾) 4. 有用信號太弱而無法覆蓋過的背景無線噪聲 為了對抗這些各種各樣的干擾,新的蜂窩系統(tǒng)在空中接口采用數(shù)字技術(shù)來代替模擬技術(shù)。 如果在空中接口采用數(shù)字信號，我們可以巧妙的處理數(shù)據(jù)，并可以利用一些復(fù)雜的差錯保護，差錯檢測和差錯校正技術(shù)，這樣信號通過

21、gsm空中接口時，可以抵抗較強的干擾（因為與模擬系統(tǒng)相比，有更好的差錯檢測和差錯校正能力）。鑒于這個特點，gsm空中接口可以在惡劣的無線環(huán)境中較完好的傳送無線信號，而模擬系統(tǒng)就無能為力了。另外gsm系統(tǒng)的頻率復(fù)用率和容量都比模擬系統(tǒng)要更高。噪音來源h汽車點火系統(tǒng)h閃電h同信道干擾h鄰信道干擾h背景噪聲gsm對抗干擾的對策h(yuǎn)數(shù)字接口h交織h差錯檢測h差錯校正靈活性與擴容 在模擬系統(tǒng)空中接口中，每個ms與基站之間的連接都需要一個單獨的rf載頻，相應(yīng)的也需要一套rf硬件。如果要給基站擴容，增加一定數(shù)量的信道，相應(yīng)的也要增加相同數(shù)量的硬件設(shè)備，這使得系統(tǒng)擴容費時、費錢、費力。 重新配置模擬基站也會有類

22、似的問題，因為有大量的設(shè)備需要重新做人工調(diào)整，降低了系統(tǒng)的靈活性。 gsm的設(shè)備全部由軟件控制，網(wǎng)絡(luò)重新配置簡單快捷，只需要做很少的人工調(diào)整。而且一個載頻可以支持八個用戶同時通話，擴容時需要增加的硬件設(shè)備數(shù)也減少了。 現(xiàn)在gsm還將要采用一種增強功能，即半速率話音信道，采用新的話音編碼算法，使得移動臺在空中接口發(fā)送數(shù)據(jù)的速率只是原來的一半。實現(xiàn)半速率后，一個載波可以支持16個用戶同時通話，使網(wǎng)絡(luò)容量加倍。當(dāng)然，要實現(xiàn)這種功能，移動臺和bts必須也能支持半速率。 gsm網(wǎng)絡(luò)還提供靈活的國際漫游，當(dāng)移動用戶到了國外時，仍然能在國外的網(wǎng)絡(luò)使用自己的移動電話。用戶甚至可以在出國時不帶移動電話而只帶上s

23、im卡，到達(dá)目的地后租用一部移動電話即可。 因為gsm采用的數(shù)字空中接口有較好的對抗來自同信道或鄰信道干擾的能力，所以可以讓小區(qū)間的距離縮短，這樣在給定區(qū)域內(nèi)的載頻數(shù)增加，提高了頻率復(fù)用率。 多頻段網(wǎng)絡(luò)和移動臺使移動用戶可以使用900mhz網(wǎng)絡(luò)和1800/1900mhz網(wǎng)絡(luò)。移動臺必須能工作在雙頻段，在雙頻段之間切換時，用戶應(yīng)意識不到切換的發(fā)生。使用多頻段可以提高網(wǎng)絡(luò)容量，減少干擾。網(wǎng)絡(luò)運營商必須在已有的頻率達(dá)到一定的利用率時才允許使用另一個頻段中的頻率，這意味著要使用諸如扇區(qū)化，微蜂窩和跳頻技術(shù)。 gsm系統(tǒng)高度依賴于軟件，所以使得gsm系統(tǒng)非常復(fù)雜，但提供了高度的靈活性。靈活性/高容量h易

24、于配置（軟件設(shè)置）h半速率h國際漫游h更好的頻率復(fù)用h多頻段工作使用標(biāo)準(zhǔn)化開放式接口模擬系統(tǒng)的設(shè)備一般由一個廠家生產(chǎn)，因為只有同一個廠家的設(shè)備才能在一起正常工作，這一點對于生產(chǎn)商非常有利，因為缺少競爭，產(chǎn)品價格將會被生產(chǎn)商訂得比較高，對用戶和網(wǎng)絡(luò)運營商不利。 在gsm系統(tǒng)中就大不一樣了，因為貫穿整個gsm系統(tǒng)，使用的都是標(biāo)準(zhǔn)接口：c7、x.25等。這使得網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃者可以在不同的網(wǎng)絡(luò)部分選用不同廠家的設(shè)備。gsm市場生產(chǎn)商之間的競爭增強時，為了尋求發(fā)展，生產(chǎn)商將會給產(chǎn)品定出具有競爭性的價格。 另外，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃者可以靈活規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的放置位置，以便能更有效的利用陸地鏈路。使用標(biāo)準(zhǔn)開放式接口ieee80

25、2.3g.703x.25isdnc7lap-bv.35lap-d更好的安全性與保密性 模擬系統(tǒng)運營商經(jīng)營碰到的問題中與安全性有關(guān)的占了相當(dāng)比例，在某些系統(tǒng)中，幾乎根本就沒有安全保障，這使得非法分子有機可乘。在一些“第一代”的系統(tǒng)中，據(jù)估計大約有20的蜂窩電話被盜用。 制定gsm系統(tǒng)時，充分考慮了針對盜話和盜機的安全性問題。 在gsm中，不僅移動用戶有識別號，移動設(shè)備me（mobile equipment）也有識別號。me在生產(chǎn)時就給它分配了一個獨一無二的識別號。移動臺每次發(fā)起呼叫時，系統(tǒng)可以檢查其識別號，根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的信息驗證移動設(shè)備的身份。移動用戶的身份鑒別是通過一張稱為用戶識別模塊sim

26、（subscriber identity module）的智能卡實現(xiàn)的，系統(tǒng)通過在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫檢查相關(guān)信息來鑒別移動用戶身份。 gsm能對空中接口的所有信令加密。不同的加密級別可以滿足不同用戶或國家的需要。 通過對移動設(shè)備和移動用戶身份的鑒別，以及對空中接口信號的加密和數(shù)字編碼，使得“黑客”很難竊聽個人電話。 除此之外，gsm還支持跳頻。跳頻即是使ms和基站之間每個突發(fā)脈沖序列的信息都在不同的頻率上發(fā)送，這也使得黑客很難竊聽到某個電話。但安全性不是采用跳頻技術(shù)的主要目的，跳頻的主要目的是為了優(yōu)化忙區(qū)網(wǎng)絡(luò)和克服干擾，提高通話質(zhì)量和提高網(wǎng)絡(luò)容量。增加了系統(tǒng)的安全性與保密性“黑客”gsm提供:加密me

27、鑒權(quán)用戶身份鑒權(quán)跳頻bss靈活的切換處理 移動臺在小區(qū)間移動時，如果一個小區(qū)的射頻信號逐漸減弱，同時另一個小區(qū)的射頻信號逐漸增強，那么這時將發(fā)生切換。 ms可從一個信道切換到另一個信道，或從一個小區(qū)切換到另一個小區(qū)以保證通話的連續(xù)性。在模擬系統(tǒng)中切換總存在一些問題，因為移動用戶經(jīng)常能意識到切換的發(fā)生。 gsm系統(tǒng)在設(shè)計和實現(xiàn)切換時，考慮了很多因素。盡管gsm系統(tǒng)的切換比模擬系統(tǒng)的切換要復(fù)雜，但gsm切換的靈活處理大大改善了服務(wù)質(zhì)量。 gsm的切換算法考慮到了：l 通話質(zhì)量（上行/下行）l 干擾（上行/下行）l rf電平（上行/下行）l ms距離l 功率預(yù)算 對某些應(yīng)用（如微蜂窩）而設(shè)計的多種算

28、法目前也都被采用了。公路靈活的切換處理兼容isdnisdn(綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng))是大多數(shù)發(fā)達(dá)國家所采用的標(biāo)準(zhǔn)。這是一種最新設(shè)計用來通過標(biāo)準(zhǔn)電話線傳送話音和用戶數(shù)據(jù)的先進的電信網(wǎng)絡(luò)。歐洲、北美、香港、澳大利亞和日本的大多數(shù)電話公司都已準(zhǔn)備將isdn轉(zhuǎn)入商用。gsm網(wǎng)絡(luò)是設(shè)計成能與isdn系統(tǒng)協(xié)同工作的，并提供了一些兼容isdn的功能。gsm能提供的最大數(shù)據(jù)傳輸速率是9.6kb/s,isdn提供的數(shù)據(jù)傳輸速率遠(yuǎn)高于此(標(biāo)準(zhǔn)速率64kb/s,主速率2.048kb/s)。2b+d 2b+d是指isdn線路上傳送的信令與信息。共有三條連接,一條連接用于傳信令(“d”),另外兩條連接用于傳數(shù)據(jù)或話音(“2b”

29、)。兼容isdn2b+d注：1 b64kbit/s2 d=16kbit/s所以2bd144kbit/s提供范圍更廣的業(yè)務(wù)gsm系統(tǒng)同模擬蜂窩系統(tǒng)相比,能提供范圍更廣的業(yè)務(wù),比如數(shù)據(jù)傳輸、傳真等，另外還有各種補充業(yè)務(wù)。其中一些模擬系統(tǒng)也能提供的基本呼叫業(yè)務(wù)在某些系統(tǒng)中已正在使用，如呼叫前轉(zhuǎn)，語言信箱等。是否全部或部分提供這些業(yè)務(wù)，以及是否需要另外付費取決于系統(tǒng)運營商。制定這些業(yè)務(wù)時必須考慮到當(dāng)前的pstn與isdn系統(tǒng)，因為gsm系統(tǒng)總是和這些系統(tǒng)相連通信的。用戶能獲得哪些業(yè)務(wù)主要取決于以下點： 網(wǎng)絡(luò)運營商所能提供的業(yè)務(wù)級別 用戶所購買的業(yè)務(wù)級別 移動設(shè)備所能提供的功能提供范圍更廣的業(yè)務(wù)h網(wǎng)絡(luò)運

30、營商提供h用戶購買h移動設(shè)備的功能提供范圍更廣的業(yè)務(wù)通話業(yè)務(wù)以下是涉及到話音信息傳送的業(yè)務(wù),這些都是網(wǎng)絡(luò)運營商所提供的基本業(yè)務(wù)。電話業(yè)務(wù) 普通的移動用戶發(fā)起或接收呼叫。緊急呼叫（移動電話中不一定需要sim卡）全球統(tǒng)一的緊急電話呼叫號碼是“112”，不論在哪個國家您都可以撥打這個電話請求緊急服務(wù)（匪警、火警、救護車）點到點的短消息業(yè)務(wù)可以從固定網(wǎng)的服務(wù)中心給移動臺發(fā)送一個短消息（最長128字節(jié)）。也可以從移動臺給陸地設(shè)備發(fā)送短消息，不過這取決于陸地用戶的設(shè)備是否也支持短消息業(yè)務(wù)。小區(qū)廣播式的短消息業(yè)務(wù) 可以從固定的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)中心給某個小區(qū)內(nèi)所有的移動臺發(fā)送短消息（最長75字節(jié)），這些信息一般來自網(wǎng)

31、絡(luò)運營商，如有關(guān)話務(wù)的信息或廣告。高級消息處理業(yè)務(wù) 可以從公共消息處理系統(tǒng)mhs（message handling system）發(fā)送消息給移動臺，如電子郵件。個人號碼與商用號碼分開 可給一個移動用戶分配兩個號碼，一個是“個人”號碼。另一個是“商用”號碼。這樣可以分別對私人電話和公事電話計費。話音業(yè)務(wù) h電話業(yè)務(wù) h緊急呼叫 h短消息業(yè)務(wù)h個人商用號碼分開提供范圍更廣的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) 現(xiàn)有的系統(tǒng)也可以傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，但由于空間信道易受干擾，傳輸質(zhì)量不好，需另外采用一些技術(shù)來保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。 gsm技術(shù)規(guī)范中已經(jīng)制定了數(shù)據(jù)傳輸?shù)南嚓P(guān)技術(shù)，就象isdn本身即是設(shè)計用來傳輸數(shù)據(jù)的。gsm可以看作是i

32、sdn在無線環(huán)境中的擴展。文本文件、圖像、消息、傳真等都可以通過gsm網(wǎng)絡(luò)來發(fā)送。數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾视腥N：2.4kb/s,4.8kb/s,9.6kb/s。 gsm除了支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸以外，還能用來發(fā)送group 3傳真。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) h數(shù)據(jù): 9.6kbit/s 4.8kbit/s 2.4kbit/s h傳真提供范圍更廣的業(yè)務(wù)補充業(yè)務(wù) 補充業(yè)務(wù)是對基本電信業(yè)務(wù)的修改或補充，網(wǎng)絡(luò)運營商可能會對補充業(yè)務(wù)額外收費，也可能免費，吸引用戶加入他們的網(wǎng)絡(luò)。 下面列出的是gsm系統(tǒng)能提供給用戶的可選的補充業(yè)務(wù)：來號顯示 顯示來話的號碼或去話時，讓對方手機不顯示自已的號碼。呼叫拒絕 拒絕所有來話或去話拒絕特定的某個或某

33、些來話或去話。呼叫前轉(zhuǎn)無條件轉(zhuǎn)移所有呼叫。用戶忙時轉(zhuǎn)移呼叫。用戶無應(yīng)答時轉(zhuǎn)移呼叫。找不到用戶時轉(zhuǎn)移呼叫呼叫等待用戶正在通話時如果接到來話可以讓來話稍候，打完當(dāng)前的電話后再來處理，或暫時把來話掛起來。計費顯示顯示計費信息多方會話三方會話會議電話補充業(yè)務(wù) h來號顯示 h呼叫拒絕 h呼叫前轉(zhuǎn) h呼叫等待 h計費顯示 h多方會話j本章目標(biāo)：完成本章的學(xué)習(xí)后，學(xué)員應(yīng)能： i了解數(shù)字空中接口的優(yōu)點。i明白為什么使用標(biāo)準(zhǔn)開放接口。i識別gsm網(wǎng)絡(luò)提供的多種業(yè)務(wù)。i理解軟件如何提供靈活性。j第 41 頁 共 188 頁 edited by dazern 湖南移動通信工程有限公司第三章 gsm網(wǎng)絡(luò)組成第三章 g

34、sm網(wǎng)絡(luò)組成本書中的信息僅用于培訓(xùn),具體以設(shè)備所附手冊中的信息為準(zhǔn)。目錄 頁碼 gsm網(wǎng)絡(luò)概述- 2 移動臺ms- 4 移動臺memobile equipment- 6 sim卡（subscriber identity module）- 8 基站系統(tǒng)bss（base station system）- 10 基站控制器bsc（base station controller）- 12 基站收發(fā)信臺bts（base transceiver station）- 12 bss結(jié)構(gòu)- 14 壓縮編碼器xcdrtranscoder- 16 網(wǎng)絡(luò)交換系統(tǒng)- 18 移動業(yè)務(wù)交換中心msc（mobile serv

35、ices switching centre）- 20 歸屬位置寄存器hlr（home location register）- 22 訪問位置寄存器vlr（visitor location register）- 24 位置區(qū)識別號lai（location area identity）- 24 臨時移動用戶識別號tmsi（temporary mobile subscriber identity）- 24 移動用戶漫游號msrn（mobile subscriber roaming number）- 24 設(shè)備識別寄存器eirequipment identity register- 26 鑒權(quán)中心au

36、cauthentication centre- 28 鑒權(quán)處理過程- 28 網(wǎng)絡(luò)互通功能iwf(interworking function)- 30 回聲消除器ec(echo canceller)- 32 操作與維護系統(tǒng)- 34 網(wǎng)絡(luò)管理中心nmc（network management centre）- 34 操作與維護中心omc(operations and maintenance centre)- 34 網(wǎng)絡(luò)管理中心nmc（network management centre）- 36 操作與維護中心(operations and maintenance centre)- 38 gsm網(wǎng)絡(luò)組

37、成- 40j本章目標(biāo)：完成本章的學(xué)習(xí)后，學(xué)員應(yīng)能： i說出gsm網(wǎng)絡(luò)各主要組成部分的名稱及功能。i畫出gsm網(wǎng)絡(luò)各組成部分的互聯(lián)關(guān)系示意圖。jgsm網(wǎng)絡(luò)概述對面是一個簡化的gsm網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖，每種網(wǎng)絡(luò)部件只畫了一個，實際網(wǎng)絡(luò)中，大多網(wǎng)絡(luò)部件都需要多個。 各種網(wǎng)絡(luò)部件的接口都采用標(biāo)準(zhǔn)接口，這樣可以在一個網(wǎng)絡(luò)中使用不同廠家的設(shè)備，比如可將motorola的基站系統(tǒng)bss與ericsson的網(wǎng)絡(luò)交換系統(tǒng)配合使用。gsm系統(tǒng)主要由以下幾部分組成:移動臺 ms（mobile station）如手機、傳真機等用戶實際所使用的設(shè)備?；鞠到y(tǒng) bss（base station system）為移動臺ms和陸

38、地交換設(shè)備提供無線連接的部分。網(wǎng)絡(luò)交換系統(tǒng)（network switching system）由msc及一些相關(guān)的數(shù)據(jù)庫組成，完成電話交換及提供gsm系統(tǒng)與pstn的連接功能等。操作與維護系統(tǒng)（operation and maintenance system） 使網(wǎng)絡(luò)管理員能對網(wǎng)絡(luò)進行集中操作與維護。gsm 網(wǎng)絡(luò)組成操作與維護系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)交換系統(tǒng)nmcaucvlrhlromceirmscpstniwfecxcdrmebscsim移動臺bts基站系統(tǒng)接口 / 連接移動臺ms移動臺包括兩部分：移動設(shè)備me(mobile equipment)和被稱為用戶識別模塊sim(subscriber identi

39、fy module，一般也叫做sim卡)的智能卡。移動設(shè)備me是用戶所使用的硬件設(shè)備，用來接入到系統(tǒng)，每部移動設(shè)備都有一個唯一的對應(yīng)于它的永久性識別號，該識別號稱為國際移動設(shè)備識別號imei(international mobile equipment identity)。sim卡是一張插到移動設(shè)備中去的智能卡。sim卡用來識別移動用戶的身份,還存有一些該用戶能獲得什么服務(wù)信息及一些其他的信息。移動用戶身份識別號稱為國際移動用戶識別號imsi(international mobile subscriber identity)。移動設(shè)備可以從商店購買,但sim卡必須從網(wǎng)絡(luò)運營商處獲取,如果移動設(shè)

40、備內(nèi)沒有插sim卡, 則只能用來做緊急呼叫。將移動設(shè)備識別號與移動用戶身份識別號分開后，系統(tǒng)就可以根據(jù)移動用戶來計費，而不是根據(jù)移動設(shè)備來計費了。移動臺ms(mobile station)移動臺ms (mobile station) h移動設(shè)備me (mobile equipment)h用戶識別模塊sim (subscriber identity module) (即通常所說的sim卡)移動設(shè)備me(mobile equipment) 移動設(shè)備是gsm網(wǎng)絡(luò)中唯一用戶實際看到和使用的部分。移動設(shè)備主要有以下三種： 車載臺 這種設(shè)備裝在汽車上，天線裝在車外。 便攜式 這是一種便攜式的移動設(shè)備，天線

41、不是直接裝在設(shè)備上的。 手持式 即日常所說的手機，天線直接裝在手機上。 對于不同類型的移動臺，其最大輸出功率也不同。 移動臺都必須有一個特定的標(biāo)志供網(wǎng)絡(luò)識別，使網(wǎng)絡(luò)知道該移動臺的最大發(fā)射功率和支持服務(wù)等，該標(biāo)志稱為級別標(biāo)志(classmark),移動臺在發(fā)送初始化消息時發(fā)送此標(biāo)志。級別標(biāo)志classmark中包含以下信息：版本級別 指示該移動臺是一期(phase 1)或二期(phase 2)的移動臺。最大發(fā)射功率 該移動臺的最大發(fā)射功率，在切換及功率控制時會用到，用移動臺功率級別號表示。加密算法 指示移動臺使用的是哪種加密算法。目前在一期gsm中只有一種算法（a5），但二期(phase 2)g

42、sm規(guī)范規(guī)定了多種算法(a5/0-a5/7)。頻率范圍 指示該移動臺收發(fā)信號所能使用的頻段。目前所有g(shù)sm移動臺都只使用同一頻段，將來該頻段會擴展，但不一定所有的移動臺都支持?jǐn)U展頻段。短消息功能 指示該移動臺是否可以接收短消息。移動臺設(shè)備功能h發(fā)射功率等級功率級功率輸出120瓦特（已不用）28瓦特35瓦特42瓦特50.8瓦特h支持phase1,phase2或phase2+規(guī)范h加密h頻率h短消息服務(wù)sim卡(subscriber identity module)sim卡是一張插到移動設(shè)備中去的“智能卡”，因為它存有移動用戶身份信息，因此稱為subscriber identity module。

43、sim卡中包含的信息有：l 國際移動用戶身份識別號imsiimsi(international mobile subscriber identity)用來識別移動用戶,僅在初始化時才在空中發(fā)送。l 臨時移動用戶身份識別號tmsitmsi(temporary mobile subscriber identity)用來臨時性的識別移動用戶,該號碼會周期性的改變,防止有人從空中截獲該號碼后盜話。l 位置區(qū)識別號lai(location area identity)指示移動用戶當(dāng)前所在的位置區(qū)。l 用戶身份鑒權(quán)密鍵ki (subscriber authentication key)在用戶身份鑒權(quán)時使用。l msisdn msisdn(mobile station international service digital network)是移動臺的電話號碼,含有國家碼,國內(nèi)碼,及移動用戶號碼。sim卡中的