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1、移动网络基础知识2007年10月GSM移动通信概述GSM系统结构与接口GSM系统Um接口GSM移动区域与编号计划GSM移动通信网组网移动通信的定义GSM的发展历程及现状移动通信发展展望第三代移动通信系统介绍移动通信是指通信双方或至少一方是处于移动中进行信息交流的通信.移动体之间的通信只能依靠无线电传输.那什么是无线通信呢？无线通信指利用电磁波的辐射和传播，经过空间传送信息的通信方式.电磁波是它的载体.GSM的发展历程如下：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

2、行现场试验.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.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.移动通信跨入第二代.1992年，系统命名为：Global System for Mobile（全球通）组织机构：Special Mobile Group1993年，Phase II规范1994年，全世界范围运行1995年，DCS1800商业运行1996年，引入微蜂窝

3、的技术，GSM900/1800双网运行1997年已有109个国家239个运营者运营着超过4400万用户的GSM网络第三代移动通信技术：GSM系列：GPRS（General Packet Radio Service）：是GSM网络过渡3G（第三代移动通讯）的第一步，能够将数据传送由今天9.6Kbps的速率逐步提升到每秒115Kbps的速度.它还不是真正的第三代移动通信系统.GPRS的特点有：GPRS向用户提供从9.6kbps到多于150kbps的接入速率.GPRS支持多用户共享一个信道的机制(每个时隙允许最多8个用户共享)提高了无线信道的利用率在技术上提供了按数据量计费的可能GPRS支持一个用户

4、占用多个信道：提供较高的接入速率GPRS是移动网和IP网的结合：可提供固定IP网支持的所有业务EDGE（Enhanced Data Rates for Global Evolution）：EDGE令网络容量及数据传送比GPRS更快，足有283Kbps.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，能够与日后WCDMA制式共存.WCDMA（Wideband Code Division Multiple Access）：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，

5、采用5MHz（区别于窄带200KHz)的宽频网络. CDMA系列：cdmaOne（Code Division Multiple AccessOne）：属于CDMA第二代，能达到1.25MHz，目前全球用户接近三千五百万.cdma2000（Code Division Multiple Access2000）：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.1985年：

6、CCITT提出FPLMTS（未来公众陆地移动通信系统）概念1991年：ITU正式成立TG8/1任务组，负责FPLMTS标准制定1992年： ITU召开WARC(世界无线通信系统会议)，对FPLMTS的频率进行了划分，使这次会议成为第三代移动通信标准制定中的里程碑第三代移动通信：如上述，不管通过GSM还是GPRS的方式，最终目标还是3G.3G在其制定过程也经历了一段相当的时间，包括ITU的IMT-2000和欧洲的UMTS.1994年： ITU-T和ITU-R正式携手研究FPLMTS1996年：ITU将FPLMTS改为IMT-2000 （国际移动电信系统 20002000年2000MHz）1998

7、年6月：ITU征集IMT-2000的无线接口技术方案1999年：方案评审，制定规范(包括无线接口标准)2000年：完善规范并制定网络部分标准能实现全球漫游：用户可以在整个系统甚至全球范围内漫游 ，且可以在不同的速率、不同的运动状态下获得有服务质量的保证；能提供多种业务：提供话音、可变速率的数据、活动视频，特别是多媒体业务；能适应多种环境：可以综合现有的公众电话交换网（PSTN）、综合业务数字网、无绳系统、地面移动通信系统、卫星通信系统、提供无缝隙的覆盖；足够的系统容量，强大的多种用户管理能力，高保密性能和服务质量.3G实现的目标：目前3G的标准主要有：cdma2000 朗讯、摩托罗拉、北电、高

8、通、三星等W-CDMA爱立信、诺基亚、西门子等TD-SCDMA中国提出UMTS欧洲标准多址技术使众多的用户共用公共的通信线路.常用的使信号多路化的方法基本上有三种，它们分别采用频率、时间或代码分隔的多址连接方式，即人们通常所称的频分多址FDMA、时分多址TDMA和码分多址CDMA三种接入方式.GSM系统采用了FDMA、TDMA方式.FDMA是以不同的频率信道实现通信的.频分就是把整个可分配的频谱划分成许多单个无线电信道（发射和接收载频），每个信道可以传输一路话音或控制信息.模拟蜂窝系统是FDMA结构的一个典型例子，但GSM系统也采用了FDMA.TDMA是以不同的时隙实现通信时分多址是指在一个宽

9、带的无线载波上，将某一信道按时间加以分割，各信号按一定顺序占用某一时间间隙（时隙）.即多路信号利用同一个信道在不同时间各自独立地传送.CDMA是以不同的代码序列实现通信的码分多址是一种利用扩频技术所形成的不同的码序列实现的多址方式.它不像FDMA、TDMA那样把用户的信息从频率和时间上进行分离，它可在一个信道上同时传输多个用户的信息.其关键是信息在传输以前要进行特殊的编码，编码后的信息混合后不会丢失原来的信息.当手机在小区内移动时，它的发射功率需要进行变化.当它离基站较近时，需要降低发射功率，减少对其它用户的干扰，当它离基站较远时，就应该增加功率，克服增加了的路径衰耗.所有的GSM手机都可以以

10、2dB 为一等级来调整它们的发送功率，GSM900 移动台的最大输出功率是8W（规范中最大允许功率是20W，但现在还没有20W的移动台存在）.DCS1800移动台的最大输出功率是1W.相应地，它的小区也要小一些.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

11、统的容量比较大，这种方式称之为小区制或微小区制.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=3K D：频率复用距离 R：小区半径 K：频率复用模式注意：从理论上来说，K

12、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A 3A 1A 2B 3B 1B 2C 3C 1C 2A 3A 1A 2A 3A 1A 2B 3B 1B 2C 3C 1C 2C 3C 1C 2A 3A 1A 2B 3B 1B 2C 3C 1C 2A 3A 1A 2A 3A 1A 2B 3B 1B 2C 3C 1C 2C 3C 1C 2A 3A 1A 2B 3B 1B 2C 3C 1C 2A 3A 1A 2A 3A 1A 2B 3B 1B 2C 3C 1C 2C 3C 1C 2K = 31234123412341K = 4

13、1111213456711K = 7OSS：操作：操作支持子系统支持子系统 BSS：基站子系统：基站子系统 NSS：网络：网络子系统子系统 NMC：网络管理：网络管理中心中心 DPPS：数据：数据后处理系统后处理系统 SEMC：安全性：安全性管理中心管理中心OMC：操作：操作维护中心维护中心 PCS：用户：用户识别卡个人化中心识别卡个人化中心 MSC：移动：移动业务交换中心业务交换中心 VLR：来访：来访用户位置寄存器用户位置寄存器 HLR：归属：归属用户位置寄存器用户位置寄存器 AUC：鉴：鉴权中心权中心 EIR：移动：移动设备设备识别寄存器识别寄存器 BSC：基：基站控制器站控制器 BTS

14、：基：基站收发信台站收发信台PDN：公用数据网：公用数据网PSTN：公用电话：公用电话网网ISDN：综合：综合业务业务数字网数字网 MS：移动：移动台台 MSBTSBTSBSCBSSOMCMSC/VLRNMCEIRHLR/AUCDPPSPCSSEMCOSSPSTNISDNPDNNSS 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.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

15、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.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. 移动台由SIM卡与物理设备组成，二者是分离的.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、L

16、AI、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. 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量统计切换支持呼叫控制操作与维护 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.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

17、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.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.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.移动设备识别寄存器(EIR)

18、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系统提供的业务可分为三大类：承载业务(BEAR SERVICES)电信业务(TELESERVICES)附加业务(SUPPLEMENTARY SERVICES)其中承载业务和电信业务也叫作基本电信业务(BASIC TELECOMMUNICATION SERVICES)附加业务可以分为GSM附加业务(GSM BASIC TELECOMMUN

19、ICATION SERVICES)和非GSM附加业务(NON-GSM BASIC TELECOMMUNICATION SERVICES)承载业务是为了提供数据传送的纯传输业务，它提供GSM网络和其他网络之间的低层交换功能.ETSI为GSM定义的承载业务有：Data CDA-circuit duplex asynchronous 数据电路双工异步传送 异步传送速率：300-9600bps 业务号：BS21，BS22，BS23，BS24，BS25，BS26Data CDS-circuit duplex synchronous 数据电路双工同步传送 同步传送速率：1200-9600bps 业务号：B

20、S31，BS32，BS33，BS34PAD CDA-packet assembler/disassembler dedicated PAD access 消息包异步传送速率：300-9600bps 业务号：BS41，BS42，BS44，BS45，BS46Alternate speech/data CDA-circuit duplex Asynchronous 语音/数据电路双工异步传送 业务号：BS61Speech followed by CDA-circuit duplex synchronous 语音切换到数据电路双工同步传送 业务号：BS81电信业务使用通信终端之间从高，低层网到通信控制

21、层的功能基本语音/数据电信业务：Telephony 电话业务允许PLMN网与PSTN等他网之间的 语音信息传送 业务号：TS11Emergency call 紧急呼叫业务用于建立移动台与紧急呼叫 中心的连接 业务号：TS12Short message services 短消息业务属于数据业务，允许移动台收发 其他移动用户的短消息 业务号：移动接受TS21，移动始发TS22Automatic telefax 传真业务属于数据业务 业务号：TS62Alternative speech and telefax 传真/语音交替业务允许语音和传真业务中 交替传送 业务号：TS61附加业务是GSM基本电信

22、业务的附加业务，它总是和基本电信业务并存的.一、GSM Supplementary ServicesNumber identification services calling line identification presentation calling line identification restrictionCall offering services call forwarding unconditional(CFU) call forwarding on mobile subscriber busy(CFB) call forwarding on no reply(CFNRy)

23、 call forwarding on mobile subscriber not reachable(CFNRc)Call completion services call hold call waitingMulti-party service 最大允许包括多方会议发起者在内的六位 用户Advice of charge(AOC) AOC information level(AOIC) AOC charging level(AOCC)Call restriction services *Barring of all outgoing calls(BAOC) 紧急呼叫例外 *Barring o

24、f all outgoing international calls(BOIC) *Barring of all outgoing international calls except home PLMN country(BOIC-exHC) *Barring of all ingoing calls(BAIC) *Barring of all ingoing calls when roaming outside home country(BIC-Roam)Closed user group(CUG) 允许若干移动用户组成一个闭和用户群.其成员用户能接收和拨打群内用户，可统一开通其他业务.3.

25、1 GSM区域定义3.2 编号计划 PLMN区区.服务区服务区 PLMN区区MSC区区.MSC区区.位置区位置区.位置区位置区.基站基站覆盖区覆盖区.基站基站覆盖区覆盖区.小区小区小区小区. 服务区是指移动台可获得服务的区域，即不同通信网（如PLMN、PSTN或ISDN）用户无需知道移动台的实际位置而可与之通信的区域.一个服务区可由一个或若干个公用陆地移动通信网（PLMN）组成，可以是一个国家或是一个国家的一部分，也可以是若干个国家.PLMN是由一个公用陆地移动通信网(PLMN）提供通信业务的地理区域.一个PLMN区可由一个或若干个移动业务交换中心（MSC）组成.在该区内具有共同的编号制度（比

26、如相同的国内地区号）和共同的路由计划.MSC是由一个移动业务交换中心所控制的所有小区共同覆盖的区域构成PLMN网的一部分.一个MSC区可以由一个或若干个位置区组成.位置区是指移动台可任意移动不需要进行位置更新的区域.位置区可由一个或若干个小区（或基站区）组成.为了呼叫移动台，可在一个位置区内所有基站同时发寻呼信号.由置于同一基站点的一个或数个基站收发信台（BTS）包括的所有小区所覆盖的区域它还不是一个蜂窝.采用基站识别码或全球小区识别进行标识的无线覆盖区域.小区CELL是指由一个基站的一个扇型天线(BTS)覆盖的区域.在基站采用全向天线结构时，小区即为基站覆盖区域，基站区或CELL.在GSM系

27、统中，出于识别的目的，定义了如下的一些编号：为了确定GSM移动用户：永久性编码： IMSI MSISDN临时性编码： LMSI TMSI MSRN HON为了识别NSS网络组件： MSC Number VLR Number HLR Number为了识别位置区： LAI为了识别BSS网络组件： CGI BSIC为了识别移动设备： IMEI为了识别移动用户的漫游区： RSZIMCC：Mobile Country Code，移动国家码，三个数字，如中国为 460.MNC：Mobile Network Code，移动网号，两个数字，如中国移动的 MNC为00/02.MSIN：Mobile Subscr

28、iber Identification Number，在某一PLMN内MS唯一的 识别码.编码格式为：H1 H2 H3 S XXXXXXNMSI：National Mobile Subscriber Identification，在某一国家内MS唯一的 识别码. N o t m o re th a n 1 5 d ig its3 d ig its2 d ig itsIM S IM C CM N CM S INN M S IIMSI是GSM系统分配给移动用户(MS)的唯一的识别号.采取E.212编码方式.存储在SIM卡、HLR和VLR中，在无线接口及MAP接口上传送. IMSI分配原则：最多包含

29、15个数字(0-9).MCC在世界范围内统一分配，而NMSI的分配则是各国运营者自己的事.如果在一个国家有不止一个GSM PLMN，则每一个PLMN都要分配唯一的MNC.IMSI分配时，要遵循在国外PLMN最多分析MCC+MNC就可寻址的原则.TMSI是为了加强系统的保密性而在VLR内分配的临时用户识别，在某一VLR区域内与IMSI唯一对应. TMSI分配原则：包含四个字节，可以由八个十六进制数组成，其结构可由各运营部门根据当地情况而定.TMSI的32比特不能全部为1，因为在SIM卡中比特全为1的TMSI表示无效的TMSI.要避免在VLR重新启动后TMSI重复分配，可以采取TMSI的某一部分表

30、示时间或在VLR重起后某一特定位改变的方法.LMSI是为了加快VLR用户数据的查询速度而由VLR在位置更新时分配，然后与IMSI一起发送往HLR保存，HLR不会对它做任何处理，但是会在任何包含IMSI的消息中发送往VLR.LMSI的长度是四个字节，没有具体的分配原则要求.CC： Country Code，国家码，如中国为86.NDC：National Destination Code，国内接入号，如中国电信的NDC目前有139、138、137、136、135.SN： Subscriber NumberMSISDN的一般格式为86-139(或8-0)-H0 H1 H2 H3 ABCDC CN D

31、 CS NN ational (significant)M obile station internationalISD N num berM obile num berMSISDN是指主叫用户为呼叫GSM PLMN中的一个移动用户所需拨的号码，作用同于固定网PSTN号码采取E.164编码方式存储在HLR和VLR中，在MAP接口上传送编码格式为 CC+NDC+LSP CC、NDC含义同MSISDN的规定，LSP(locally significant part)由运营者自己决定E.164编码方式目前在网上MSC与VLR都是合一的，所以MSC-Number与VLR-Number基本上都是一样的在

32、移动被叫或切换过程中由所在业务区的MSC/VLR临时分配，用于GMSC寻址VMSC或MSCA寻址MSCB所用，在接续完成后立即释放采取E.164编码方式编码格式为： 在MSC-Number的后面增加几个字节HON是用于两移动交换区（MSC区）间进行切换时，为建立MSC之间通话链路而临时使用的号码采取E.164编码方式 编码格式为：CC+NDC+H0 H1 H2 H3 0000，既用户号为全零的MSISDN CC，NDC含义同MSISDN的规定. 在检测位置更新时，要使用位置区识别LAIMCC：Mobile Country Code，移动国家码，三个数字，如中国为 460.MNC：Mobile

33、Network Code，移动网号，两个数字， 如中国邮电的MNC为00.LAC：Location Area Code，是2个字节长的十六进制BCD码， 0000与FFFE不能使用.M CCM NCLACLocation Area IdentificationCGI是所有GSM PLMN中小区的唯一标识，是在位置区识别LAI的基础上再加上小区识别CI构成的.编码格式为LAI+CI CI：Cell Identity， 是2个字节长的十 六进制BCD码，可由运营部门自定RSZI定义了用户可以漫游的区域ZC(Zone Code)在某一PLMN内唯一地识别允许漫游的区域，它是由运营者设定，在VLR内存

34、储.N D CC CZCZone C ode, Tw o oct et sR SZINCC-PLMN色码.用来唯一地识别相邻国家不同的PLMN. 相邻国家要具体协调NCC的配置.BCC-BTS色码.用来唯一地识别采用相同载频、相邻的、 不同的BTS用于移动台识别相邻的、采用相同载频的、不同的基站收发信台（BTS），特别用于区别在不同国家的边界地区采用相同载频的相邻BTS.NCC BCC基站识别色码BSICTAC-型号批准码，由欧洲型号批准中心分配.FAC-最后装配码，表示生产厂家或最后装配所在地，由厂家进行编码SNR-序号码.这个数字的独立序号码唯一地识别每个移动设备的TAC和 FAC的.SP-备用IMEI唯一地识别一个移动台设备，用于监控被窃或无效的移动设备IMEI（15位数字）TACFACSNRSP6个数字2个数字6个数字1个数字