GSM移动通信概述.ppt

移动通信概述 移动通信概述与发展简史GSM基本技术GSM主要参数GSM系统结构与功能 移动通信概述 移动通信概述与发展简史1 第三代移动通信系统介绍 移动通信发展展望 GSM的发展历程及现状 移动通信的定义 AMPS TACS NMT 其它 第一代80年代 模拟 移动通信概述与发展简史2 移动通信概述与发展简史3 1979年 欧洲发展蜂窝通信 并为此安排蜂窝通信工作频段1982年 欧洲邮电行政大会CEPT设立了 移动通信特别小组 即GSM 以开发第二代移动通信系统为目标 1986年 在巴黎 对欧洲各国经大量研究和实验后所提出的八个建议系统进行现场试验 并建立了GSM标准制定协调小组1987年 GSM成员国经现场测试和论证比较 就数字系统采用窄带时分多址TDMA 规则脉冲激励长期预测 RPE LTP 话音编码和高斯滤波最小频移键控 GMSK 调制方式达成一致意见 1990年 颁布GSM第一阶段的规范 1991年 颁布DCS1800第一阶段的规范 GSM委员会开始制定下一代无线通信标准 其中 GSM的发展历程如下 GSM概述与发展简史4 1993年我国首先在浙江嘉兴建立了GSM实验网目前有中国移动 中国联通 中国电信三家运营商截至2010年底 移动客户总数超过5 84亿 3G用户达到2070万户 2010年底 联通用户数总数达到1 5336亿 3G用户达到1406万户 2011年3月30日 中国电信CDMA用户数突破1亿户 超过拥有9000多万用户数的美国VerizonWireless 成为全球最大的C网运营商 此前 电信已建成全球规模最大的CDMA网络 截至2011年6月 全国移动用户超过9亿 在我国 GSM概述与发展简史5 1G 2G 3G 2 5G 80s初 80s末 96年 2002年 无线通信系统 时间 GSMPDCD AMPSIS 95A W CDMACDMA2000TD SCDMA AMPSTACSNMT GPRSIS 95B 无线通信在今天的发展 GSM概述与发展简史6 第二代移动通信技术 GSM系列 GPRS GeneralPacketRadioService 是GSM网络过渡3G 第三代移动通讯 的第一步 能够将数据传送由9 6Kbps的速率逐步提升到每秒160Kbps的速度 它还不是真正的第三代移动通信系统 GSM概述与发展简史7 EDGE令网络容量及数据传送比GPRS更快 足有384Kbps 网络商只需在软硬件上作出少许相应改动 便可继续沿用现有GSM系统 去支持移动多媒体服务 完全符合低成本高效益的理念 能够与WCDMA制式共存 由GSM网络核心繁衍而来的WCDMA 数据传送可达到每秒2Mbit 室内 及384Kbps 移动空间 的速率 采用5MHz 区别于窄带200KHz 的宽频网络 WCDMA WidebandCodeDivisionMultipleAccess EDGE EnhancedDataRatesforGlobalEvolution GSM概述与发展简史8 属于CDMA第二代 能达到1 25MHz 目前我国用户超过一亿 cdma2000是从cdmaOne蜕变进化出来支援3G的一种制式 确保投资发展CDMA的网络商 能够简单及有效率地由cdmaOne过渡到3G进程 cdma2000第一阶段将提供每秒144Kbps的数据传送率 第二阶段支持每秒2Mbps的数据传送速率 是cdma发展3G的最终目标 cdmaOne CodeDivisionMultipleAccessOne cdma2000 CodeDivisionMultipleAccess2000 CDMA系列 GSM概述与发展简史9 2000年5月 国际电信联盟正式公布第三代移动通信标准 我国提交的TD SCDMA正式成为国际标准 与欧洲WCDMA 美国CDMA2000成为3G时代最主流的三大技术之一 2008年12月31日 国务院常务会议通过决议 同意启动3G牌照发放工作 2009年1月7日 正式发放3G牌照 中国3G发展历程 无线频段的划分 移动通信中电波传播双工技术多址方式编码技术交织技术加密技术调制解调技术分集技术 无线电波 自由空间波自由空间波又称直达波 沿直线传播 用于卫星和外部空间通信 以及陆上视距的传播 电离层反射波大气中60 600km高度是电离层 电离层可产生电波散射 地球短波通信在这一层反射 地波地波传播可以看成是直达波 反射波和表面波的综合 多径传播模型 快衰落与慢衰落 快衰落因多径传输发生 服从瑞利分布 也叫瑞利衰落 慢衰落因障碍物阻挡造成 服从正态分布 也叫阴影衰落 双工技术 频分双工 FDD 以不同频率区分上行和下行1 GSM WCDMA CDMA2000使用FDD2 优点 实现简单3 缺点 在上下行业务不对称时 主要是数据业务 频谱利用效率低时分双工 TDD 以不同时隙区分上行和下行1 TD SCDMA使用TDD2 优点 在上下行业务不对称时可以给上下行灵活分配不同数量的时隙 频谱利用效率高3 缺点 实现较复杂 需要GPS同步和CDMA技术一起使用时 上下行之间的干扰控制困难 多址技术 多址技术的比较 FDMATDMACDMA容量14 610 20载干比 C I 18dB9dB 8 6dB实现难度易中难 移动通信系统模型 信源 信源编码 信道编码 交织 加密 调制解调 天线发射 分集技术 分集技术的分类 空间分集 双天线 10波长 极化分集 45度极化 频率分集 跳频 扩频 时间分集 交织 RAKE 目的 克服移动通信多径环境带来的快衰落 在发射接收是采用分集技术 蜂窝技术 移动通信系统是采用一个叫基站的设备来提供无线服务范围的 基站BTS的覆盖范围有大有小 我们把基站BTS的覆盖范围称之为蜂窝 即小区CELL 采用大功率的基站主要是为了提供比较大的服务范围 但它的频率利用率较低 也就是说基站提供给用户的通信通道比较少 我们也称之为大区制 采用小功率的基站主要是为了提供大容量的服务范围 同时它采用频率复用技术来提高频率利用率 有限的频率得到多次使用 所以系统的容量比较大 这种方式称之为小区制或微小区制 大区制与小区制 蜂窝技术 频率复用指处在不同地理位置 不同的小区 上的用户可以同时使用相同频率的信道 频率复用系统可以极大地提高频谱效率但如果系统设计得不好 将产生严重的干扰 同频干扰 C I 因频率复用造成的相邻小区相同频率对信道的干扰 GSM要求C I 9DB 邻频干扰 C A 小区内外相邻频率产生的干扰 GSM要求C A 9DB 频率复用基础 蜂窝技术 频率复用方案 在系统的作用区域内重复使用相同的频率 这种频率复用方案使整个频谱分配被划分为K个频率复用的模式 如K可取3 4 7等值 公式 D R 2 3KD 频率复用距离R 小区半径K 频率复用模式 频率复用基础 蜂窝技术 注意 从理论上来说 K应该大些 但分配的信道总数是固定的 如果K太大 则K个小区中分配给每个小区的信道数将减少 中继效率就会降低 小区复用模式图 频率复用基础 补充知识 功率单位 怎样表示发射机信号的大小 绝对值表示法 w mw1W 1000mw 相对值表示法 dBw dBm0dBw 30dBm 两者之间的转换 功率Pout dBm 10lg Pout 1mw 举例 1w 10lg 1w 1mw 10lg 1 1000 30dBm2w 10log 2w 1mw 10log 2 1000 33dBm40w 10log 40w 1mw 10log 4 10000 46dBm dBm表示的功率快查表 GSM主要参数 Page27 GSM系统频率资源 系统频点配置GSM900基站收 f1 n 890 n 0 2MHz基站发 f2 n f1 n 45MHzGSM1800基站收 f1 n 1710 n 511 0 2MHz基站发 f2 n f1 n 95MHz MSISDN 移动台ISDN号码移动用户号码是指主叫用户为呼叫数字公用陆地蜂窝移动通信网中的用户所需拨的号码 是移动用户对外公开的电话号码 MSISDN号码结构如下所示 其中 1 CC 为国家码 中国为86 目前国内有效移动用户ISDN号码为一个十一位数字的等长号码 n1n2n3H0H1H2H3ABCD 2 NDC 国内目的地码 即网络接入号n1n2n3 中国移动 GSM网为135 139 中国联通公司 GSM网为130 132 3 SN 移动用户号码 采用等长8位编号计划 SN号码结构是H0H1H2H3ABCD 其中 H0H1H2H3为每个移动业务本地网的HLR号码 ABCD为移动用户码 由各hlr自行分配 CC NDC SN MSISDN GSM编号计划 GSM编号计划 IMSI 国际移动用户识别码IMSI是数字PLMN网中唯一地识别一个移动用户的号码 为一个16位数字的号码 IMSI永久地属于一个注册用户 在包括漫游区域在内的所有位置都是有效的 其结构如下所示 其中 1 MCC 移动国家号码 由3位数组成 用于唯一地识别移动用户所属的国家 中国移动国家号为460 2 MNC 移动网号 由2位数字组成 用于识别移动用户所归属的移动网 中国移动通信公司 GSMPLMN网为00 中国联通公司 GSMPLMN网为01 3 MSIN 移动用户识别码 采用等长11位数字构成 唯一地识别在一个PLMN网内移动用户的号码 该号码为N1N2N3H0H1H2H3ABCD MCC MNC MSIN IMSI TMSI 临时移动用户识别号码为了对IMSI保密 当移动用户每次位置登记 包括位置更新 后或者呼叫 主叫或被叫 时 VLR将为其分配一个唯一的TMSI号码 为一个由MSC自行分配的4字节的BCD编码 仅在本MSC业务区内才有效 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 GSM编号计划 LAI 位置区识别码LAI用于位置区识别和位置更新 和MS做被叫时呼叫接续 由三部分组成 其中 1 MCC 移动用户国家码 由3位数字组成 和IMSI中的前3位数字相同 2 NMC 移动网号 由2位数字组成 同IMSI中的MNC 3 LAC 位置区号码 为一个2字节的BCD编码 表示为X1X2X3X4 其范围为0000 FFFF 全部为0的编码保留不用 在一个GSMPLMN网中可定65536个不同的位置区 其中X1X2可由国家主管部门统一分配 而X3X4由各省主管部门自行分配 MCC MNC LAC LAI GSM编号计划 CGI 全球小区识别码CGI是在所有GSMPLMN中用作小区的唯一标识 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 其中 1 MCC NMC LAC同上 2 CI 小区识别 为一个2字节BCD编码 可由各运营商自己定义 MCC MNC LAC CI LAI CGI GSM编号计划 BSIC 基站识别码BSIC是用于识别相邻国家的相邻基站的 为6比特编码 其结构是 其中 1 NCC 网络色码 主要用来区分国界各侧的运营者 国内区别不同的省 为3比特 2 BCC 基站色码 由运营部门设定 也为3比特 NCC BCC BSIC GSM编号计划 IMEI 国际移动台识别号码国际移动台识别码 IMEI 用于唯一地识别一个移动台设备 它是一个15位的十进制数字 其结构为 其中 1 TAC 型号批准码 由欧洲型号认证中心分配 由6位数字组成 2 FAC 工厂装配码 由厂家编码 表示生产厂家及其装配地 由2位数组成 3 SNR 序号 由厂家分配 识别每个TAC和FAC中的某个设备的 由6位数组成 4 SP 备用 1位 TAC FAC SNR SP IMEI GSM编号计划 OSS 操作支持子系统BSS 基站子系统NSS 网络子系统NMC 网络管理中心DPPS 数据后处理系统SEMC 安全性管理中心OMC 操作维护中心PCS 用户识别卡个人化中心MSC 移动业务交换中心VLR 来访用户位置寄存器HLR 归属用户位置寄存器AUC 鉴权中心EIR 移动设备识别寄存器BSC 基站控制器BTS 基站收发信台PDN 公用数据网PSTN 公用电话网ISDN 综合业务数字网MS 移动台 GSM系统结构与功能 一个GSM系统可由三个子系统组成 即操作支持子系统 OSS 基站子系统 BSS 和网路子系统 NSS 三部分 GSM系统结构与功能 基站子系统BSS是GSM系统中与无线蜂窝方面关系最直接的基本组成部分 通过无线接口直接与移动台相连 负责无线发送接收和无线资源的管理 它与NSS相连 实现移动用户间或移动用户与固定网路用户之间的通信连接 传送系统信息和用户信息等 与操作支持子系统OSS之间实现互通 GSM系统结构与功能 网路子系统NSS是整个系统的核心 它对GSM移动用户之间及移动用户与其它通信网用户之间通信起着交换 连接与管理的功能 主要负责完成呼叫处理 通信管理 移动管理 部分无线资源管理 安全性管理 用户数据和设备管理 计费记录处理 公共信道 信令处理和本地运行维护等 操作支持子系统OSS完成移动用户管理 移动设备管理 系统的操作与维护 GSM系统结构与功能 移动台由SIM卡与物理设备组成 二者是分离的 移动台的功能 GSM系统结构与功能 SIM卡上包含所有与用户有关的无线接口一侧的信息 也含有鉴权和加密实现的信息 固化数据 IMSI Ki 安全算法 A3 A8 临时网络数据 TMSI LAI KC 被禁止的PLMN PLMN选择预编程业务相关数据 PIN 个人识别号 物理设备可以是手持机 车载机或是由移动终端直接与终端设备相连而构成 BSC的功能 GSM系统结构与功能 接口管理BTS BSC之间的信道管理无线参数及无线资源管理无线链路的测量话务统计切换支持呼叫控制操作与维护 BTS的功能 GSM系统结构与功能 BTS主要分为基带单元 载频单元和控制单元三部分BTS受控于基站控制器 BSC 服务于某小区的无线收发信设备 实现BTS与移动台 MS 空中接口的功能 Page43 MSC的功能 GSM系统结构与功能 MSC是整个网络的核心 协调与控制整个GSM网络中BSS OSS的各个功能实体 接口管理支持一系列业务 电信业务 承载业务和补充业务支持位置登记 越区切换和自动漫游等其它网络功能 Page44 VLR的功能 GSM系统结构与功能 访问用户位置寄存器 VLR 是服务于其控制区域内移动用户的 它存储着进入其控制区域内已登记的移动用户相关信息 为已登记的移动用户提供建立呼叫接续的必要条件 Page45 HLR的功能 GSM系统结构与功能 归属用户位置寄存器 HLR 是GSM系统的中央数据库 存储该HLR控制的所有存在的移动用户的相关信息 所有移动用户的重要数据都存储在HLR中 包括用户识别号码 访问能力 用户类别和补充业务等数据 HLR也存储部分漫游移动用户所在MSC区域的有关动态数据 Page46 GSM系统结构与功能 鉴权中心 AUC 存储着鉴权信息和加密密钥 防止无权用户接入系统和防止无线接口中数据被窃 AUC属于HLR的一个功能单元部分 专用于GSM系统的安全性管理 Page47 移动设备识别寄存器 EIR 存储着移动设备的国际移动设备识别码 IMEI 通过核查三种表格 白名单 灰名单 黑名单 使得网络具有防止无权用户接入 监视故障设备的运行和保障网络运行安全的功能 在三种表格中分别列出了准许使用的 出现故障需监视的 失窃不准使用的移动设备的IMEI识别码 GSM系统结构与功能