移动通信教学大纲作者 张玉艳 于翠波 第七章 GSM系统20101126.doc

第7章 GSM数字蜂窝移动通信系统1、教学内容 GSM网络结构、网元及接口功能； GSM的号码管理； GSM的物理信与逻辑信道、信道的组合方式GSM突发脉冲序列与时隙格式； GSM的信令与协议； GSM的呼叫、安全与移动性管理；GPRS网络的特点，网络结构与网元、接口功能；GPRS传输面和控制面协议结构，GPRS空中接口各层的介绍；GPRS系统移动管理和会话管理；EDGE技术的特点，网络结构和协议变化2、教学基本要求 掌握GSM的网络结构、网络单元及各单元间的接口；熟悉GSM的号码管理；掌握GSM无线信道的结构及特点；了解突发脉冲与时隙格式；了解GSM的信令与协议；掌握GSM呼叫、安全与移动性管理过程；掌握GPRS网络的特点及业务应用，GPRS网络结构与网元、接口功能；了解GPRS传输面和控制面协议结构；掌握GPRS空中接口各层的功能；了解GPRS系统移动管理和会话管理；了解EDGE技术的演进及特点，EGPRS网络结构和协议变化3、重点、难点 掌握GSM的网络结构、网络单元及各单元间的接口；掌握GSM信道的组合方式；掌握GSM呼叫、安全与移动性管理过程；掌握GPRS网络的特点及业务应用，GPRS网络结构与网元、接口功能；掌握GPRS空中接口各层的功能；12345677.1 GSM综述7.1.1 GSM系统的发展GSM是Global System for Mobile Communication“全球移动通信系统”的简称。

它是一种数字移动通信，较之以往的模拟移动通信，有较多的优点GSM的起源：泛欧数字蜂窝移动通讯网简称GSM系统，GSM原意为“移动通信特别小组”（Group Special Mobile），是1982年欧洲邮电主管部门会议（CEPT）为开发第二代数字移动蜂窝移动系统而成立的机构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移频键控（GMSK）调制方式达成一致意见1988年十八个欧洲国家达成GSM谅解备忘录（MOU）1989年 GSM标准生效1991年 GSM系统正式在欧洲问世，网路开通运行1992年世界上第一个GSM网在芬兰投入使用从此，移动通信跨入了第二代GSM的组织结构：ETSI（欧洲电信标准协会）增设了“特别移动小组”（TC-SMG），用以负责有关数字移动业务标准的制定7.1.2 GSM系统的基本特点GSM数字蜂窝移动通信系统（简称GSM系统）是完全依据欧洲通信标准化委员会（ETSI）制定的GSM技术规范研制而成的，任何一家厂商提供的GSM数字蜂窝移动通信系统都必须符合GSM技术规范GSM系统作为一种开放式结构和面向未来设计的系统具有下列主要特点：(1) GSM系统是由几个子系统组成的，并且可与各种公用通信网（PSTN、ISDN、PDN等）互连互通。

各子系统之间或各子系统与各种公用通信网之间都明确和详细定义了标准化接口规范，保证任何厂商提供的GSM系统或子系统能互连；(2) GSM系统能提供穿过国际边界的自动漫游功能，对于全部GSM移动用户都可进入GSM系统而与国别无关；(3) GSM系统除了可以开放话音业务，还可以开放各种承载业务、补充业务和与ISDN相关的业务；(4) GSM系统具有加密和鉴权功能，能确保用户保密和网络安全；(5) GSM系统具有灵活和方便的组网结构，频率重复利用率高，移动业务交换机的话务承载能力一般都很强，保证在话音和数据通信两个方面都能满足用户对大容量高密度业务的要求；(6) GSM系统抗干扰能力强，覆盖区域内的通信质量高；(7) 用户终端设备（手持机和车载机）随着大规模集成电路技术的进一步发展能向更小型轻巧和增强功能趋势发展7.2 GSM系统网络结构7.2.17.2.27.2.37.2.47.2.57.2.67.2.1 GSM系统的结构与功能概述一个完整的蜂窝移动通信系统主要由网络子系统NSS(Network Subsystem)、无线基站子系统BSS(Base Station Subsystem)、操作维护子系统OSS(Operation Subsystem)和移动台MS (Mobile Station)四大子系统组成。

GSM系统的典型结构如图7-1所示由图可见，GSM系统是由若干个子系统或功能实体组成其中基站子系统（BSS）在移动台（MS）和网络子系统（NSS） 之间提供和管理传输通路，特别是包括了MS与GSM系统的功能实体之间的无线接口管理NSS必须管理通信业务，保证MS与相关的公用通信网或与其它MS之间建立通信，也就是说NSS不直接与MS互通，BSS也不直接与公用通信网互通MS、BSS和NSS组成GSM系统的实体部分操作支持系统（OSS）则提供运营部门一种手段来控制和维护这些实际运行部分MS：移动台 BTS：基站收发信机 BSC：基站控制中心 OMC：操作维护中心 MSC：移动业务交换中心 HLR：归属位置寄存器VLR：访问位置寄存器 AUC：鉴权中心， EIR：设备识别寄存器 PSTN：公共交换网 ISDN：综合业务数字网 PDN：公共数据网 图7-1　GSM蜂窝系统的网络结构7.2.2 基站子系统BSS基站子系统（BSS）一般指包含了GSM数字移动通信系统中无线通信部分的所有基础设施，它一端通过无线接口直接与移动台实现通信连接，另一端又连接到网络端的交换机，为移动台MS和交换子系统提供传输通路。

基站子系统BSS是在一定的无线覆盖区中由移动业务交换中心MSC控制、与移动台MS进行通信的系统设备，它主要负责完成无线发送、接收和无线资源管理等功能BSS功能实体包括基站控制器BSC (Base Station Controller )和基站收发信机BTS(Base Transceiver Station)GSM规范规定，一个基站子系统是指一个BSC以及由它所管辖的所有BTS7.2.2.1 基站收发信机BTS基站收发信机BTS在网络的固定部分和无线部分之间提供中继，移动用户通过空中接口与BTS相连BTS包括收发信机和天线、以及与无线接口有关的信号处理电路等它完全由BSC控制，主要负责无线传输，完成无线与有线的转换、无线分集接收、无线信道加密、跳频等功能除此之外，还要完成必要的无线测试，以便检测通信是否正常进行当然这些检测并不是由BTS直接进行的，而是发送到BSC进行BTS最终与BSC一起管理着数据链路层，以便在移动台和基站子系统间交换信令，保证话音传输的可靠性(遵循D信道链路接入协议LAPD)BTS最大容量典型值是16个载频(实际上从未达到)这就是说，它能够同时支撑上百个通信在农村用户比较分散的区域，BTS可能减少到一个载频，能支持7个同时通信的用户。

在城市等用户密集区域，一般BTS有2到4个载频，可支持14～28个用户每个BTS约覆盖一平方公里的面积GSM规范规定了基站收发信机的灵敏度和最大功耗(见表2-1和2-2) 发射机的特性用功率来表示，而接收机的特征用灵敏度来表示基站噪声系数的不同解释了最小灵敏度的不同表7-1　基站收发信机的最大功耗表7-2 基站收发信机的灵敏度7.2.2.2 基站控制器BSC基站控制器BSC是基站收发信机和移动交换中心之间的连接点，是基站子系统BSS的智能中心，它主要负责无线网络资源的管理、小区配置数据管理、功率控制、定位和切换等BSC也是具有重要计算能力的小型交换机，它把局部网络数据汇集后传送到移动交换中心MSCBSC是通过脉冲编码调制(PCM)传输网与BTS和移动交换中心MSC链接的，并管理着相应的数据链路BTS-BSC链路是类似于综合业务数据网ISDN通道，即LAPD(Link Access Protocol on the D channel)BSC的处理能力可在话务量100～900Erl(爱尔兰)之间根据BTS的业务能力，BSC可以管理多达几十个BTS7.2.2.3 BTS与BSC间的链接BTS与BSC之间的链接有不同的结构。

一般BTS以星型方式、环形或链形方式联向BSC，BSC可以安装在某一基站机房内一般来说，一个站点安装一台BTS，在农村用全向基站，在城市和高速公路区域用定向基站BTS和BSC间连接的常见结构如图7-2所示图7-2　BTS与BSC间的连接示例7.2.3 网络子系统NSS网络子系统NSS主要包括移动交换中心和相关的数据库网络子系统NSS主要完成交换功能、用户数据与用户移动性管理、安全性管理所需的数据库功能构成网络子系统NSS的一系列实体包括移动交换中心MSC、访问位置寄存器VLR、归属位置寄存器HLR、设备识别寄存器EIR、鉴权中心AUC等 7.2.3.1 移动业务交换中心MSC MSC(Mobile Services Switching Centre)称为移动通信交换中心或交换机，它是GSM网络系统的核心，是对位于它所覆盖区域中的移动台进行控制和完成话路交换的功能实体，也是GSM移动通信系统与其他通信网之间的接口它提供最基本的交换功能，完成移动用户寻呼接入、信道分配、呼叫接续、话务量控制、计费、基站管理等功能，还完成BSS、MSC之间的切换和辅助性的无线资源管理、移动性管理等，并提供面向其他功能实体和通信网的接口功能。

作为网络的核心，MSC与网络其它部分的设备协同工作，完成移动用户位置登记、越区切换和自动漫游、合法性检查等功能在NSS内部，基本交换功能由MSC完成，MSC的主要功能是协调呼叫GSM用户和来自GSM用户呼叫的建立MSC一侧与基站子系统接口(通过BSS与GSM用户联系)，另一侧与外部网络接口为实现与GSM外部的用户通信，MSC与外部网络的接口可能需要一个适配网关(交互工作功能IWF，InterWorking Function)IWF的作用总是或多或少要依赖用户数据的类型和它要与之接口的网络类型NSS还要利用MSC与外部网络接口的能力，在GSM实体之间传输用户数据和信令特别地，NSS利用一个遵循ITU-T No.7号信令系统协议的信令支持网络(至少有一部分在GSM的外部)，因而常常称为SS7网络；这个信令网使得位于一个或几个GSM网络内部的NSS设备能协调交互工作作为一个设备，移动业务交换中心MSC控制几个基站控制器BSC，它通常是一台相当大的交换机MSC与特定网络的互连，要求将GSM的传输特性与通信对方的网络特性相适配，这些适配就是交互工作功能（IWF），这个术语也可专指负责该功能的实体。

它基本由一个传输和协议适配设备构成使得GSM可与PSPDN、CSPDN等网络交互工作，但当通信对方是简单的PSTN或ISDN时，IWF也存在交互功能既可与MSC功能一起实现，也可由单独的设备实现，当单独实现IWF时，规范未规定MSC 与IWF之间的接口数字移动通信系统与其他网络互联时，通过的入口MSC即GMSC（Gateway MSC），GMSC是其他网络呼叫移动用户进入数字移动通信系统的入口点GMSC具有从HLR得到用户当前位置信息的功能，也具有根据查询得到的信息选择到移动用户路由的功能GMSC具有与固定网和其他NSS实体互通的接口，即我们通常所说的关口局7.2.3.2 访问位置寄存器VLR访问位置寄存器(VLR, Visitor Location。