GSM数字移动通信系统介绍 84页
GSM数字移动通信系统PPT课件
一、 GSM系统的主要特征及组成
1．GSM：是Global System for Mobile communication （全球移动通信系统）的简称。它是由欧洲的标准化委员会 设计的。
80年代到90年代初，TACS系统是欧洲最普遍的模拟蜂 窝系统。
1988年CEPT（欧洲邮政与电信大会）颁布了GSM标准， 也称为泛欧数字蜂窝移动通信标准。
第六章 GSM数字移动通信系统
教学重点
1．GSM移动通信系统系统的组成及工作原理；
2．移动通信网络各组成部分的作用；
3．GSM手机的电路组成和工作原理；
4．GSM数字移动通信系统的信道配置，移动通信系统 的运行过程；
5．移动通信系统中采用的的主要技术； 6．CDMA、小灵通数字移动通信系统系统的组成及工 作原理。
(2)永远在线 例如当用户访问互联网时，手机就在无线信道上发送和 接收数据。若没有数据传送时，手机就进入休眠状态，手机 所在的无线信道会让给其他用户使用，但手机与网络之间仍 保持着逻辑连接，一旦用户再次访问，手机立即向网络请求 无线信道，不像普通拨号上网那样断线后还要重新拨号上网。
(3)收费合理 GPRS手机的计费是根据用户传输的数据量而不是上网 时间来计算。只要用户不在网络之间传输数据，即使一直 “在线”，也无需付费。
教学难点
掌握GSM移动通信系统系统的组成、工作原理以及移 动通信网络各组成部分的作用。
学时分配
序号 1 2 3 4 5 6
内容 6.1 GSM移动通信系统 6.2 CDMA移动通信系统 6.3 小灵通个人通信接入系统 6.4 第三代移动通信(简称3G) 习题和小结 本章讲授学时
学时 2.5 1.5 1 1
基站控制器是一个高容量的交换机，负责系统与无线信 道的切换、无线网络资源管理等。
GSM数字移动通信系统介绍(PPT83页)
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、VLSI、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
1G
2G
2G+
3G
AMPS GSM900 GSM
WCDMA
由各电信部门选择，长度不超过4个字节。
GSM识别码(续)
6、位置区识别码LA =MCC＋MNC＋LAC MCC＝移动国家号，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 ＝MCC＋MNC＋LAC＋CI 用于识别一个位置区内的小区。
TACS DCS1800
-HSCSD CDMA2000
NMT450 PCS1900
-GPRS TD-SCDMA
NMT900 PDC
-EDGE
IS95A-CDMA IS95B-CDMA
80S
90S
2001
各类主要蜂窝系统概况
频率
多址方 式
使用的国家或地区
模拟 蜂窝 系统
AMPS TACS
上行 825-845 下行 870-890
突发脉冲序列
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GSM全球移动通信系统概述
GSM全球移动通信系统概述►无线通信系统的基本概念、蜂窝通信►GSM系统组成、网络结构、接口与协议、业务功能►GSM无线传输原理、标准、语音编码、信道编码与调制解调►移动台登记、漫游、切换、呼叫接续过程1 蜂窝无线通信系统的基本概念1.2 蜂窝无线通信系统蜂窝概念是解决频率不足和用户容量问题的一个重大突破，是一种系统级的概念。
其思想是用许多小功率的发射机（小覆盖区）来代替单个的大功率发射机（大覆盖区），每一个小覆盖区只提供服务范围内的一小部分覆盖。
每个基站分配整个系统可用信道中的一部分，相邻基站则分配另外一些不同的信道，这样基站之间（以及在它们控制下的移动用户之间）的干扰就最小。
只要基站间的同频干扰在可以接受的范围以内，可用信道就可以尽可能的复用。
1.2.1 频率复用蜂窝无线系统依赖于整个覆盖区域内信道的分配及复用。
每一个蜂窝基站分配一组无线信道，这组无线信道作用于一个小区。
给相邻小区的基站分配一个信道组，所包含的信道全部不能在相邻小区内使用。
通过将基站天线的覆盖范围限制在小区边界以内，相同的信道组就可用于覆盖不同的小区，只要距离足够远，相互间的干扰就可以接受。
为整个系统中1.2.2 越区切换当一个移动台正在通话的时候，从一个基站移动到另一个基站，为了使通话不被中断，系统自动地将呼叫转移到新基站的信道上。
这种切换操作不仅要识别一个新基站，而且要求将话音和信令信号分派到新基站的信道上，此过程不需要用户的介入。
在小区内分配空闲信道时，许多切换策略都使切换请求优先于呼叫初始请求。
系统设计者必须要指定一个启动切换的最恰当的信号强度，一旦将某个特定的信号强度指定为基站接收机中可接受的话音质量的最小可用信号（一般在–90 dBm到–100 dBm之间），稍微强一点的信号强度就可作为启动切换的门限，两者之间的信号强度之差值∆的选择必须慎重。
在决定何时切换的时候，很重要的一点是要保证所检测到的信号电平的下降不是因为瞬时的衰减，而是由于移动台正在离开当前服务的基站，所以基站在准备切换之前先对信号监视一段时间。
GSM移动通信系统
7.1 概述
1 GSM系统发展历史 移动特别小组还完成了制定1800MHz频段的公 共欧洲电信业务的规范，名为DCS1800系统。
DCS1800系统与GSM900系统功能相同，主要
区别是采用的频段不同。
GSM标准共有12项内容，未对硬件作出规定，
只对功能、接口等进行详细规定，以便不同公
CSL STP1/2
郴洲 MSCHLR 张家界 MSCHLR 吉首 MSC HLR 怀化 MSC HLR 永洲 18 MSC、HLR
7.1 概述
3 GSM的区域、号码、地址与识别--- （1）区域定义
区域定义
MSC 基站 … PLMN …
扇区
…
服 务 区
位置区
…
扇区
MSC
基站
PLMN
位置区
PLMN：Public Land Mobile Network 公用陆地移动通信网
移动业务本地网中应设立一个HLR和一个或若干
个移动业务交换中心(MSC)， 还可以几个移动业 务本地网共用一个MSC。 信令网络结构 在建网初期，由于国内的No.7信令网不适宜
传输MAP（移动应用部分）消息，作为过渡，先
建立移动专用No.7信令网。
14
7.1 概述
2 GSM系统网络结构与接口--- （3）我国网络结构 目前中国的GSM组网方式遵循以下原则。省内话务 和信令转接走低级话务汇接局（B1、B2）和省内低 级信令汇接局（L1、L2）。省际话务和信令转接走
3
7.1 概述
1 GSM系统发展历史
1987年5月GSM成员国就数字系统采用的主要技术达 成一致： 多址方式：窄带时分多址TDMA；
语音编码技术：规则脉冲激励线性预测RPE一LTP 语音编码； 调制方式：高斯滤波最小移频键控GMSK调制方式 1991 年 在 欧 洲 开 通 了 第 一 个 系 统 ， 将 GSM 更 名 为 “全球移动通信系统”（Globa1 system for Mobile communications） 4
GSM移动通信系统
GSM系统可通过MSC实现与多种网络的互通，包括PSTN、ISDN、PLMN和PSPDN
9.3 GSM系统的信道
物理信道与逻辑信道 物理信道 逻辑信道 物理信道与逻辑信道的配置 突发脉冲 帧偏离、定时提前量与半速率信道
物理信道
GSM系统多址接入技术
采用频分多址接入（FDMA）和时分多址接入（TDMA）混合技术 FDMA是说在规定频率范围内分配n个载频 TDMA是说在每个载频上按时间分为8个时间段，每个时隙段称为一个时隙 （slot），一个载频上连续的8个时隙组成一个帧 (Frame)
道 和频道标 fh n f1 n 45MHz
下行
配 称中心频 其中， n 1 ~ 124
置 率的关系
374
f1 n 1710.200MHz n 5120.200MHz 上行
fh n f1 n 95MHz
下行
其中， n 512,513,...,885
同步 信道
广播控制 信道
独立专用 控制信道
慢速随路 信道
快速随路 信道
寻呼 信道
随机接入 信道
接入允许 信道
全速率 信道
半速率 信道
增强型 全速率信道
图9-9 GSM定义的各种逻辑信道示意图
公共信道
广播信道（BCH信道（FCCH）
传送频率校正信息
同步信道（SCH）
提供用户接入点（也称“用户/网 络”接口 ）间信号传输的能力
终端设备
电信业务
承载业务
数字蜂窝PLMN
传输网
终端网 终端设备
图9-2 GSM支持的基本业务
电信业务
电信业务 类型 业务码
话音传输 11
电信业务名称 电话
GSM移动通信系统网络技术简介
GSM移动通信系统网络技术简介GSM移动通信系统网络技术简介GSM 移动通信系统网络技术简介GSM 是Global System For Mobile Communications 的缩写，它的意思是指全球移动通信系统。
在这里，我们对GSM 移动通信系统的基本构成、GSM 移动通信系统对移动特性的管理以及呼叫建立的基本过程等内容作简单介绍。
一、 GSM 通信系统的组成：Air AMsM O&MGSM 网被分成三个子系统：网络交换子系统（NSS ）、基站子系统（BSS ）、网管子系统（NMS ）。
1．NSS 的单元又分为：MSC （移动业务交换中心） VLR （拜访位置寄存器） HLR （本地位置寄存器）MSC 在移动网中负责呼叫控制。
它识别呼叫的始发地和目的地以及呼叫类型。
一个在移动网和固定网之间起桥梁作用的MSC 称为网关MSCMS NSS NMS BSS（Gateway MSC）。
通常，VLR和MSC放在一起，保存当前登陆在该MSC服务区的手机用户相关信息。
VLR执行位置登记和更新，MSC与其配合启动寻呼处理。
VLR数据库里存放的用户信息是临时的（只要用户还在业务区内，数据就被保持），而HLR存放用户的永久性的数据。
除了固定数据外，HLR还有一个临时的数据库，它包含了它的用户的当前位置信息，这个数据用于呼叫路由。
此外，NSS 还有另外两个单元：鉴权中心（AC）和设备识别寄存器（EIR）。
它们通常作为HLR的一部分，主要处理安全方面的问题。
NSS的主要功能总结如下：呼叫控制：识别用户，建立呼叫，通话结束后释放连接。
计费：收集有关呼叫的计费信息，如：主叫和被叫的号码、时间、事务处理的类型等，并送至计费中心。
移动管理：保持用户的位置信息。
和其它网络、基站相关的信令。
用户数据处理：存放在HLR中的永久数据和VLR中的相关的临时数据。
用户定位：在呼叫建立之前定位用户。
2.基站子系统（BSS）基站子系统由下列单元组成：BSC 基站控制器BTS 基站TC 码形转换器BSC是BSS系统的核心网络单元，它控制无线网络。
GSM移动通信系统概述
移动通信系统概述第一节第一代移动通信系统介绍---模拟移动通信系统一、什么是移动通信所谓移动通信就是指通信的双方至少有一方是可以在移动中进行信息交换的。
图1----公众通信网(移动通信在城市公众通信网中的地位)二、移动通信的特点(1)电波传播条件复杂在陆地上，移动台往来于建筑群或障碍物中，其接收信号的强度是由直射波和各反射波叠加而成的。
如：电视机接收信号的重影现象缘故一致。
(2)强干扰情况下进行工作通信质量的好坏与外部的噪声及干扰有关，主要噪声来源是人为噪声，如汽车的点火系统、居家装修工程中的工具使用等。
此外还有由设备中器件的非线性引起的互调干扰。
由移动台“远近效应”引起的邻道干扰及同频复用所引起的同频干扰等。
(3)具有多卜勒效应当移动台具有一定速度V的时候，基站接收到移动台的载波频率将随V的不同，产生不同的频移。
反之也如此。
(4)用户经常移动移动体在通信区域中是随机运动的，这就要求通信设备必须具有位置登记、越区切换及漫游等跟踪交换技术。
不同的特点是我们理解移动通信的着眼点，也是移动通信产品的技术关键。
三、移动通信的工作方式模拟移动通信系统采用双工双频工作方式。
“工”指工作状态，“频”指工作频率，双工双频是发射机与接收机采用两组频率并同时工作的方式。
图2---双工双频方式四、移动通信的组成图3---移动通信系统的组成移动通信组成主要由移动台-MS(Mobile Station)、基地站-BS(Base Station)、移动业务交换中心-MSC(Mobile Telephone Switching Center or Mobile Services Switching Center)以及传输线四个部分组成。
移动台有便携式、手提式、车载式三种。
所以说移动台不单指手机，我国模拟移动通信系统采用的是TACS(Total Access Communication System)体制，所以只有TACS体制移动台才可在网中使用。
GSM数字移动通信系统
第六章 GSM 数字移动通信系统
（2） 移动台漫游号码(MSRN)
MSRN是指当移动台漫游后，为使GSM移动通信 网能再进行路由选择，把来话呼叫转移到移动台 当前所登记的MSC，而由VLR临时分配给移动台 的一个号码。
返回
（3） 信道切换号码
第六章 GSM 数字移动通信系统
此号码用于两个移动交换区(MSC区)间进行切换 时，为建立SMC间通话链路而临时使用的号码， 它类似于MSRN的组成。
在A接口，信令协议的参考模型如图6.8所示。
BSSAP BSS应用部分 SCCP 信令连接控制部分 DTAP 直接转移应用部分 MTP 消息传递部分 BSSMAP BSS移动应用部分
图6-8 A接口信令协议参考模型
返回
第六章 GSM 数字移动通信系统
（3）NSS内部及GSM系统与PSTN之间的协议
返回
（3） Um接口
第六章 GSM 数字移动通信系统
Um接口定义为移动台与基站收发信台(BTS)之间 的通信接口,用于移动台与GSM系统固定部分之间 的互通。
物理链路是无线链路, 此接口传递的信息主要包 括无线资源管理、移动性管理和接续管理等。
返回
第六章 GSM 数字移动通信系统
2．网络子系统(NSS)的内部接口
图6.6 网络子系统内部接口
返回
（1）B接口
第六章 GSM 数字移动通信系统
B接口定义为访问位置寄存器(VLR)与移动业务交 换中心(MSC)之间的内部接口。
用于移动业务交换中心(MSC)向 VLR询问有关移动 台(MS)当前位置信息或通知访问用户寄存器(VLR) 有关移动台(MS)的位置更新信息等。
返回
1．移动台
第六章 GSM 数字移动通信系统
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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。
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、VLSI、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
1G
2G
2G+
3G
AMPS GSM900 GSM
WCDMA
GSM数字移动通信系统介绍
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 GSM系统业务流程 第四部分 短消息业务介绍 第五部分 无线应用协议WAP 第六部分 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
移动配置：将小区配置的无线频率信道中的若干个动态分配 给某个移动用户。
时隙的分配：在上下行链路上成对进行。在BTS一侧，上行 TDMA帧比相应下行 TDMA帧固定延迟3个时隙。在移动 台一侧也存在相应的延迟。
慢跳频：每个移动台在每个TDMA帧的发送时隙改变一次频 率。
2、A接口功能
*地面信道功能 -地面信道分配、地面信道阻塞、测试呼叫
控制信道：广播信道、公共控制信道、专用控制信道 广播控制信道（BCH）
频率校正信道（FCCH）：移动台频率校正 同步信道（SCH）：移动台的帧同步和基站识别 广播控制信道（BCCH）：发送一般消息 公共控制信道（CCCH） 寻呼信道（PCH）：基站寻呼移动台 随机接入信道（RACH）：移动台随机接入网络 准予接入信道（AGCH）：给成功的接续分配专用控制信道 专用控制信道（DCCH） 独立专用控制信道（SDCCH）：传送移动台与基站连接及分配信道的信 令 快速辅助控制信道（FACCH）：传送功率控制、测量数据等特定信息 慢速辅助控制信道（SACCH）：所携带信令与FACCH相同，但速率较慢。
01 2 34 5 67
GSM逻辑信道类型
业务信道TCH： 全速率TCH 全速率语音信道 全速率9600bps数据信道 全速率4800bps数据信道 全速率2400bps数据信道 半速率TCH 半速率语音信道 半速率4800bps数据信道 半速率2400bps数据信道
GSM逻辑信道类型（续）
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无线资源分配
小区配置：将无线频率信道的一个子集分配给某特定的小区 使用。
MSC
AUC
PDN PSTN ISDN
HLR
BTS
VLR
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BTS
BSC
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OMC MSC
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GSM系统设备
1、移动台MS 2、基站子系统BSS
基站控制台BSC 基站收发信台BTS 4、操作维护子系统OMC OMC-B OMC-S
FDMA FDMA
美国、澳大利亚、加拿 大等 中国、英国、香港、阿 联酋等
GMS
上行 890-915 下行 935-960
TDMA
中国、欧洲各国
数字 蜂窝
D -A M PS (IS-54)
上行 824-849 下行 869-894
TDMA
美国
系统
PDC
上行 940-956
（ 1447-1501）
下行 810-826
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ÐÅ µÀ ½â Âë
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基站子系统BSS
•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。
•一个基站系统BSS包含一个基站控制器BSC以及一个或多个 基站收发信台BTS。一个BTS在一个小区内建立无线电覆 盖，故一个基站系统的覆盖区域包含若干个小区。
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VLR 设备标志寄存器EIR 认证中心AUC
移动台语音处理的过程
Óï Òô Êä Èë A/D
13kbit/
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TDMAÖ¡ ÐÎ ³É
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D/A
网络交换子系统
MSC：作为交换设备，具有完成呼叫接续与控制的功能；作 为移动交换中心，具有无线资源管理和移动特性管理等功 能。
GMSC：信关MSC，提供所有入网呼叫的查询和转接能力。 HLR：用于移动用户管理的数据库。包含的用户信息分为两
类：一类是有关用户参数的信息，另一类是有关用户当前 GSM识别码(续)
6、位置区识别码LA =MCC＋MNC＋LAC MCC＝移动国家号，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 ＝MCC＋MNC＋LAC＋CI 用于识别一个位置区内的小区。
8、基站识别码（BSIC ＝NCC＋BCC ）(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)
2、位置区划分
1、MSC/VLR业务区： MSC/VLR所覆盖的服务区域，凡在该区的移动台均在该
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：在农村地区可采用宏小区，小区半
TACS DCS1800
-HSCSD CDMA2000
NMT450 PCS1900
-GPRS TD-SCDMA
NMT900 PDC
-EDGE
IS95A-CDMA IS95B-CDMA
80S
90S
2019
各类主要蜂窝系统概况
频率
多址方 式
使用的国家或地区
模拟 蜂窝 系统
AMPS TACS
上行 825-845 下行 870-890 上行 890-915 下行 935-960
VLR：存储用户位置信息的动态数据库。 EIR：存储有关移动台设备参数的数据库。 AUC：存储有关移动用户的身份以及产生相应认证参数的功
能实体。
操作维护分系统
1、OMC-S对交换分系统的操作维护 操作功能：系统控制、移动用户管理、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
（ 1429-1453）
TDMA
日本
二、 GSM系统主要性能简介
1、发射频率：上行890-915MHz 下行935-960MHz
2、多址方式：TDMA 3、双工方式：FDD 4、双工间隔：45MHz 5、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。
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2019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。目前，全球约每 10人拥有一部手机，而未来五年内，每五人就拥有一部手 机。
信道的帧结构
01 2
1超高帧=2048超帧=2715648TDMA帧
2047
1超帧=1326TDMA帧=51复帧(26帧) 或 26复帧(51帧)
012
0
1
48 49 50
24
25
1(26帧)复帧=26TDMA帧
0 1 23
24 25
1(51帧)复帧=51TDMA帧
012
48 49 50
1TDMA帧=8时隙
1、GSM识别码
1、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
2、移动用户识别码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
3、移动设备识别码IMEI：TAC+FAC+SNR+SP
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），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。