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1、第第2 2章章 第二代移动通信系统第二代移动通信系统2.1 GSM2.1 GSM移动通信系统移动通信系统GSM系统的网络结构GSM 系统由三个子系统组成，即操作支持子系统(OSS)、基站子系统(BSS)和网络子系统(NSS)三部分组成。GSM系统的网络结构MSC：移动交换中心 HLR：归属位置寄存器AUC：鉴权中心 VLR：访问位置寄存器BSC：基站控制器 BTS：基站MS：移动台 EIR：设备识别寄存器SMC：短消息中心 OMC：操作维护中心GSM系统的网络结构移动台（MS）:移动台是整个系统中直接由用户使用的设备。用户的所有信息都存储在SIM卡上，系统中的任何一个移动台都可以利用SIM卡来
2、识别移动用户。移动台有自己的设备识别码IMEI。基站子系统（BSS）：基站子系统包括BTS和BSC，基站通过无线接口直接与移动台实现通信连接，BSC连到网络端的交换机，为移动台和交换子系统提供传输通路。从功能上看，BTS主要负责无线传输，BSC主要负责控制和管理。GSM系统的网络结构网络子系统包括实现GSM交换功能的MSC，以及管理用户数据和移动性的所需的数据库，有时也称之为交换子系统。MSCMSC：MSC是网络核心，它完成最基本的交换功能，即实现移动用户与其他网络用户之间的通信连接。为此，它提供面向系统其他功能实体的接口，到其他网络的接口以及与其他MSC互连的接口。对于容量较大的通信网，一个
3、NSS可以包括若干个MSC、HLR和VLR。在建立固定网用户与GSM移动用户之间的呼叫时，呼叫往往首先被接到关口MSC（GMSC），再由关口MSC负责获取位置信息然后进行接续。GSM系统的网络结构访问位置寄存器（访问位置寄存器（VLRVLR）：）：VLR存储进入其覆盖区的所有用户的全部有关信息，为已经登记的移动用户提供建立呼叫接续的必要条件。当用户离开其覆盖区时，用户的有关信息被删除。VLR在物理实体上总是与MSC一体，这样可以尽量避免由于MSC与VLR之间频繁联系所带来的接续时延。归属位置寄存器（归属位置寄存器（HLRHLR）：）：HLR是系统的中央数据库，存放与用户有关的所有信息，包括用户
4、的漫游权限、基本业务、补充业务及当前位置信息等，从而为MSC提供建立呼叫所需的路由信息等相关数据。一个HLR可以覆盖几个移动交换区域甚至整个移动网络。鉴权中心（鉴权中心（AUCAUC）：）：AUC存储用户的鉴权参数，用以保护用户在系统中的合法地位不受侵犯。由于空中接口的开放性，经由空中接口传送的信息极易受到截获，因此GSM采用了严格的安全措施如用户鉴权，信息的加密等。这些鉴权信息和加密密钥均存放在AUC中。在物理实体上，AUC和HLR共存。设备识别寄存器（设备识别寄存器（EIREIR）：）：EIR存储与移动台IMEI有关的信息。它可以对移动台的IMEI进行核查，以确定移动台的合法性，防止未经许
5、可的移动台设备使用移动网。GSM系统的网络结构操作支持子系统（OSS）OSS的一侧与设备相连，另一侧是作为人-机接口的计算机工作站。这些专门用于操作维护的设备称为操作维护中心（OMC）。GSM系统的每个组成部分都可以通过网络连接至OMC，从而实现集中维护。OMC由两个功能单元构成。OMC-S（操作维护中心-系统部分）用于MSC，HLR，VLR等交换子系统各功能单元的维护和操作。OMC-R（操作维护中心-无线部分）用于实现整个BSS系统的操作与维护。GSM系统的网络结构-BTSGSM系统的网络结构-BTSGSM系统的网络结构-BTSGSM系统的网络结构-MSC机房GSM系统的网络结构例题2-1某
6、省移动公司计划建设容量为80万用户的GSM网络。拟采用的设备容量如下：HLR:150万用户MSC/VLR:50万用户BSC:10万用户BTS:1500用户为网络安全及发展考虑，在核算设备数量时需预留设备处理能力余量。根据实际情况，该省移动公司对各设备的处理能力余量预留为：HLR:预留50%MSC/VLR：预留50%BSC:预留40%BTS:预留30%请核算该公司需采购上述设备各多少台？并画出网络结构图GSM系统的网络结构解答：HLR可用容量=150万*50%=75万用户 需HLR数量=总容量/HLR可用容量=80万/ 75万=2MSC/VLR可用容量=50万*50%=25万 需MSC/VLR数
7、量=总容量/MSC/VLR可用容量=80万/ 25万=4BSC可用容量=10万*(1-40%)=6万 需BSC数量=总容量/BSC可用容量=80万/ 6万=14BTS可用容量=1500*(1-30%)=1050 需BTS数量=总容量/BTS可用容量=80万/ 1050=762GSM系统的网络结构 - -MSCMSCMSCMSCHLRHLRBSCBSCBTSBTSGSM服务区域的划分小区当基站采用全向天线时，小区即为基站区当基站采用定向天线时，每个扇区为一个小区。基站区位置区MSC区服务区GSM服务区域的划分例题2-2：某MSC划分为2个位置区L1和L2。L1下辖320个基站， 其中10个为全向
8、基站，310个为3扇区基站；L2下辖450个基站，其中15个为全向基站，435个为3扇区基站。请问该MSC共有多少个小区？解答：L1下辖小区数量=10+310*3=940个 L2下辖小区数量=15+435*3=1320个该MSC共有小区：940+1320=2260个GSM的编号计划移动台ISDN号码(MSISDN) 国际移动用户识别码(IMSI) 移动用户漫游号码(MSRN) 临时移动用户识别码（TMSI）位置区识别码（LAI）全球小区识别码（CGI） 基站识别码（BSIC）国际移动台设备识别码（IMEI）移动台ISDN号码(MSISDN) CC NDC SN |-国际移动用户ISDN号码 -
9、| |- 国内移动用户ISDN号码 -| CC国家码。我国为86。 NDC国内目的地码，即网络接入号。中国移动的GSM网为139、138、137，中国联通公司的GSM网为130、131，中国电信的CDMA网为133、153。 SN客户号码，采用等长8位编号计划，号码结构是H1H2H3H4ABCD，其中HlH2H3H4为每个移动业务本地网的HLR号码，ABCD为移动用户码。国际移动用户识别码(IMSI) MCC MNC MSIN |-国际移动用户户识别码 -| |-国内移动用户户识别码 -| MCC：移动国家号码，由3位数字组成，唯一地识别移动用户所属的国家。我国为460。 MNC：移动网号码，
10、由2位数字组成，用于识别移动用户所归属的移动网。中国移动GSM系统使用00、02，中国联通GSM系统使用01，中国电信CDMA2000-1X系统使用03，中国电信CDMA2000系统使用05，中国联通WCDMA系统使用06，中国移动TD-SCDMA系统使用07。MSIN：移动用户识别代码，网络运营商规定的唯一的移动用户代码。临时移动用户识别码（TMSI） 当呼叫一个移动用户时，为保证IMSI的安全，VLR临时分配给移动用户的一个号码。在某一VLR 区域内与IMSI 唯一对应，它仅在本地使用。移动用户的TMSI与IMSI是对应的，但它们之间没有长期的固定关系，仅在MS呼叫和位置更新时临时指定，并
11、保持到MS被分配新的TMSI时。但当TMSI被释放后，可以重复地给另一个MS使用。移动用户漫游号码(MSRN)当用户处于漫游状态是，HLR请求被叫所在业务区的MSCVLR给该被叫用户分配一个移动用户漫游号码（MSRN）位置区识别码（LAI） 位置区识别码用于移动用户的位置更新，其号码结构是： MCC MNC LAC |-LAI-| MCC移动用户国家码，同IMSI中的前三位数字。 MNC移动网号，同IMSI中的MNC。 LAC位置区号码，为一个2字节BCD编码，表示为 X1X2X3X4。在一个GSM PLMN网中可定义65536个不同的位置区。如：460008C90全球小区识别码（CGI） C
12、GI用来识别一个位置区内的小区，它是在位置区识别码 （LAI）后加上一个小区识别码（CI），其结构是： MCCMNCLACCI |-LAI-| |-CGI-|CI是一个2字节BCD编码，由各MSC自定。CGI举例：4600017A728FD基站识别码（BSIC） BSIC用于移动台识别相同载频的不同基站，特别用于区别在不同国家（地区）的边界地区采用相同载频且相邻的基站。 BSIC为一个八进制6bit编码：BSIC=NCC(3bit)+BCC(3bit) NCC:PLMN色码，用来识别PLMN网 BCC:BTS色码，用来识别不同的基站我国用NCC区分各省交界同频相邻基站。相邻省份分配不同的NCC
13、。国际移动台设备识别码（IMEI） 唯一地识别一个移动台设备的编码，为一个15位的十进制数数字，其结构是： TAC FAC SNR SP TAC型号批准码，由欧洲型号认证中心分配。 FAC工厂装配码，由厂家编码，表示生产厂家及其装配地。 SNR序号码，由厂家分配。识别每个TAC和FAC中的某个设备的。 SP备用，备作将来使用。 例题2-3：GSM终端（含SIM卡）里存储有哪些号码？解答：IMSI、TMSI（或MSRN）、IMEI。其中SIM卡中存储TMSI（或MSRN)）和IMSI，设备中存储IMEI。例题2-4：一个基站的BSIC为58（十进制），它的NCC和BCC是多少？解答：58转换为八
14、进制数为72，所以NCC为7即111，BCC为2即010。GSM系统的接口MSUm接口BTSMSAbis 接口BTSBSCBSCMSCA接口移动台 (MS)基站子系统 (BSS)网络子系统 (NSS)BS接口GSM系统的接口MSCEIRHLR/AUCF接口C接口B接口VLRVLRD接口E接口G接口MSCB接口GSM的语音编码pPCM(PulseCodeModulation)-A律编码p脉冲编码调制就是对模拟信号先采样，再对样值幅度量化，编码的过程。 GSM的语音编码p采样，就是对模拟信号进行周期性扫描，把时间上连续的信号变成时间上离散的信号，该模拟信号经过抽样后还应当包含原信号中所有信息，也就
15、是说能无失真的恢复原模拟信号。抽样频率采用8KHZ。 p量化，就是用一组规定的电平，把瞬时抽样值用最接近的电平值来表示。 GSM的语音编码p编码，就是用一组二进制码组来表示每一个有固定电平的量化值。每个量化值用8bit的二进制码表示，共256个。 p由于PCM-A律编码的采样率为8KHz，每采样值编8位码，因而每话路PCM编码后的标准数码率是64kb/s。GSM的语音编码在移动通信系统中，由于网络的频率带宽是有限的，需要采用更低的编码速率，使系统在有限的频率资源内容纳更多的用户。GSM采用三种话音编码技术：速率为13kbps的全速率（FR）编码技术，即规则脉冲激励线性预测编码技术（RPE-LT
16、P）速率为12.2kbps的增强型全速率（EFR）编码技术，即代数码激励线性预测编码技术（ACELPT）速率为5.6kbps的半速率(HR)编码技术，即矢量和激励线性预测编码技术（VSELP）RPE-LTP编码波形编码器可精确地再现原来的话音波形，话音质量较高，但要求的比特速率相应的较高，在12-16kb/s的范围内会造成话音质量恶化。波形编码器硬件上更容易实现，不受时延影响。声源编码是将话音信息用特定的声源模型表示。声源编码可以实现很低的速率（可以低于5kbit/s），但话音质量听起来不自然，很难分辨是谁在讲话。GSM系统的话音编码器是采用声源编码器和波形编码器的混合混合编码器GSM声源编码器速率为3.6kbit/s，波形编码器速率为9.4kbit/s。因此，话音编码器的输出比特率是13kbit/s。GSM系统的业务话音业务电话业务紧急呼叫-无SIM卡或终端锁定状态也可使用承载业务补充业务短消息业务GSM的无线接口GSM网络的工作频段GSM系统上行频段下行频段带宽双工间隔双工信道数GSM90089091593596022545124GSM900E 880915925960235451
