5.1概述

5.2GSM系統(tǒng)

5.3CDMA系統(tǒng)

第5章移動通信網(wǎng)

5.1.1移動通信的基本概念

1．移動通信的特點

1)用戶的移動性

要保持用戶在移動狀態(tài)中的通信，必須是無線通信，或無線通信與有線通信的結(jié)合。因此，系統(tǒng)中要有完善的管理技術(shù)來對用戶的位置進行登記、尋呼、通話過程中的切換，使用戶在移動時也能進行通信，不因為位置的改變而中斷。5.1概述

2)電波傳播條件復(fù)雜

移動臺可能在各種環(huán)境中運動，如建筑群或障礙物等，因此電磁波在傳播時不僅有直射信號，而且還會產(chǎn)生反射、折射、繞射、多普勒效應(yīng)等現(xiàn)象，從而產(chǎn)生多徑干擾、信號傳播延遲和展寬等。因此，必須充分研究電波的傳播特性，使系統(tǒng)具有足夠的抗衰落能力，才能保證通信系統(tǒng)正常運行。

3)噪聲和干擾嚴重

移動臺在移動時不僅受到城市環(huán)境中各種工業(yè)噪聲和天然電噪聲的干擾，同時，由于系統(tǒng)內(nèi)有多個用戶，因此，移動用戶之間還會有互調(diào)干擾、鄰道干擾、同頻干擾等。這就要求在移動通信系統(tǒng)中對信道進行合理的劃分和頻率的再用。

4)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜

移動通信系統(tǒng)是一個多用戶通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)，必須使用戶之間互不干擾，能協(xié)調(diào)一致地工作。此外，移動通信系統(tǒng)還應(yīng)與固定網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)等互連，整個網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是很復(fù)雜的。

5)有限的頻率資源

在有線網(wǎng)中，可以依靠多鋪設(shè)電纜或光纜來提高系統(tǒng)的帶寬資源；而在無線網(wǎng)中，頻率資源是有限的，ITU對無線頻率的劃分有嚴格的規(guī)定。如何提高系統(tǒng)的頻率利用率是移動通信系統(tǒng)的一個重要課題。

2．移動通信的分類

移動通信的種類繁多，其中陸地移動通信系統(tǒng)有：蜂窩移動通信、無線尋呼系統(tǒng)、無繩電話、集群系統(tǒng)等。同時，移動通信和衛(wèi)星通信相結(jié)合產(chǎn)生了衛(wèi)星移動通信，它可以實現(xiàn)國內(nèi)、國際大范圍的移動通信。

1)集群移動通信

集群移動通信是一種高級移動調(diào)度系統(tǒng)。所謂集群通信系統(tǒng)，是指系統(tǒng)所具有的可用信道為系統(tǒng)的全體用戶共用，具有自動選擇信道的功能，是共享資源、分擔費用、共用信道設(shè)備及服務(wù)的多用途和高效能的無線調(diào)度通信系統(tǒng)。

2)公用移動通信系統(tǒng)

公用移動通信系統(tǒng)是指給公眾提供移動通信業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)。這是移動通信最常見的方式。這種系統(tǒng)又可以分為大區(qū)制移動通信和小區(qū)制移動通信，小區(qū)制移動通信又稱蜂窩移動

通信。

3)衛(wèi)星移動通信

利用衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)信號也可實現(xiàn)移動通信。對于車載移動通信可采用同步衛(wèi)星，而對手持終端，采用中低軌道的衛(wèi)星通信系統(tǒng)較為有利。

4)無繩電話

對于室內(nèi)或室外慢速移動的手持終端的通信，一般采用小功率、通信距離近、輕便的無繩電話機。它們可以經(jīng)過通信點與其他用戶進行通信。

5)尋呼系統(tǒng)

無線電尋呼系統(tǒng)是一種單向傳遞信息的移動通信系統(tǒng)。它是由尋呼臺發(fā)信息、尋呼機收信息來完成的。5.1.2移動通信的發(fā)展歷史

1．第一代(1G)移動通信系統(tǒng)

第一代移動通信系統(tǒng)為模擬移動通信系統(tǒng)，以美國的AMPS(IS-54)和英國的TACS為代表，采用頻分雙工、頻分多址制式，并利用蜂窩組網(wǎng)技術(shù)以提高頻率資源利用率，克服了大區(qū)制容量密度低、活動范圍受限的問題。雖然采用頻分多址，但并未提高信道利用率，因此通信容量有限；通話質(zhì)量一般，保密性差；制式太多，標準不統(tǒng)一，互不兼容；不能提供非話數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；不能提供自動漫游。因此，已逐步被各國淘汰。

2．第二代(2G)移動通信系統(tǒng)

第二代移動通信系統(tǒng)為數(shù)字移動通信系統(tǒng)，是當前移動通信發(fā)展的主流，以GSM和窄帶CDMA為典型代表。第二代移動通信系統(tǒng)中采用數(shù)字技術(shù)，利用蜂窩組網(wǎng)技術(shù)。多址方式由頻分多址轉(zhuǎn)向時分多址和碼分多址技術(shù)，雙工技術(shù)仍采用頻分雙工。2G系統(tǒng)采用蜂窩數(shù)字移動通信，使系統(tǒng)具有數(shù)字傳輸?shù)姆N種優(yōu)點，它克服了1G系統(tǒng)的弱點，語音質(zhì)量及保密性能得到了很大提高，可進行省內(nèi)、省際自動漫游，但系統(tǒng)帶寬有限，限制了數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展，也無法實現(xiàn)移動的多媒體業(yè)務(wù)。目前采用的2G系統(tǒng)主要有以下幾種：

(1)美國的D-AMPS，是在原AMPS基礎(chǔ)上改進而成的，規(guī)范由IS-54發(fā)展成IS-136和IS-136HS，1993年投入使用。它采用時分多址技術(shù)。

(2)歐洲的GSM全球移動通信系統(tǒng)，是在1988年完成技術(shù)標準時制定的，1990年開始投入商用。它采用時分多址技術(shù)，由于其標準化程度高，進入市場早，現(xiàn)已成為全球最重要的2G標準之一。

(3)日本的PDC，是日本電波產(chǎn)業(yè)協(xié)會于1990年確定的技術(shù)標準，1993年3月正式投入使用。它采用的也是時分多址技術(shù)。

(4)窄帶CDMA，采用碼分多址技術(shù)，1993年7月公布了IS-95空中接口標準，目前也是重要的2G標準之一。

3．第三代(3G)移動通信系統(tǒng)

早在1985年ITU-T就提出了第三代移動通信系統(tǒng)的概念，最初命名為FPLMTS(未來公共陸地移動通信系統(tǒng))，后來考慮到該系統(tǒng)將于2000年左右進入商用市場，工作的頻段在2000MHz，且最高業(yè)務(wù)速率為2000kb/s，故于1996年正式更名為IMT-2000(InternationalMobileTelecommunication-2000)。第三代移動通信系統(tǒng)的目標是能提供多種類型、高質(zhì)量的多媒體業(yè)務(wù)；能實現(xiàn)全球無縫覆蓋，具有全球漫游能力；與固定網(wǎng)絡(luò)的各種業(yè)務(wù)相互兼容，具有高服務(wù)質(zhì)量；與全球范圍內(nèi)使用的小型便攜式終端在任何時候任何地點進行任何種類的通信。為了實現(xiàn)上述目標，對第三代無線傳輸技術(shù)(RTT)提出了支持高速多媒體業(yè)務(wù)(高速移動環(huán)境：144kb/s；室外步行環(huán)境：384kb/s；室內(nèi)環(huán)境：2Mb/s)的要求。

ITU定義的IMT-2000的功能子系統(tǒng)和接口如圖5.1所示。從圖中可以看到，IMT-2000系統(tǒng)由終端(UIM+MT)、無線接入網(wǎng)(RAN)和核心網(wǎng)(CN)三部分構(gòu)成。圖5.1IMT-2000的功能子系統(tǒng)和接口示意圖為使第二代移動通信系統(tǒng)能夠順利地向第三代移動通信系統(tǒng)過渡，保護已有投資，這就要求IMT-2000系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)組成上應(yīng)考慮不同無線接口和不同網(wǎng)絡(luò)。于是ITU-T提出“IMT-2000家族”的概念，允許各地區(qū)性標準化組織有一定的靈活性，使它們根據(jù)在市場、業(yè)務(wù)需求上的不同，提出了各個國家和地區(qū)向第三代系統(tǒng)演進的策略。目前的主流技術(shù)標準有以下幾種：

1)寬帶碼分多址(WCDMA)

WCDMA主要由歐洲ETSI和日本ARIB提出，經(jīng)多方融合而形成，是在GSM系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展的一種技術(shù)，其核心網(wǎng)基于GSM-MAP，同時通過網(wǎng)絡(luò)擴展方式提供在基于ANSI-41的核心網(wǎng)上運行的能力。支持這一標準的電信運營商、設(shè)備制造商形成了3GPP陣營。

2)?CDMA2000

CDMA2000是由窄帶CDMA(IS-95)向上演進的技術(shù)，經(jīng)融合形成了現(xiàn)有的3GPP2CDMA2000。CDMA2000的核心網(wǎng)是基于ANSI.41的，同時通過網(wǎng)絡(luò)擴展方式提供在基于GSM-MAP的核心網(wǎng)上運行的能力。CDMA2000包括1X和3X兩部分，也易于擴展到6X、9X、12X。對于射頻帶寬為N?×?1.25MHz的CDMA2000系統(tǒng)(N?=?1，3，6，9，12)，采用多個載波來利用整個頻帶。

3)TD-SCDMA

TD-SCDMA是中國電信技術(shù)研究院(CATT)所提出的新的第三代移動通信標準，是具有中國獨立知識產(chǎn)權(quán)的新技術(shù)，已被ITU正式批準為第三代移動通信標準之一，這是我國通信業(yè)發(fā)展中一個新的里程碑。

4)?WiMax

WiMax(WorldInteroperabilityforMicrowaveAccess)特指IEEE802.16a標準，是IEEE于2004年1月制定的標準，用于解決無線MAN(城域網(wǎng))和寬帶接入“最后一公里”的問題。WiMax已于2007年被正式批準為第四個3G標準。

WiMax相當于無線LANIEEE802.11的Wi-Fi聯(lián)盟，其目標是促進IEEE802.16的應(yīng)用，工作包括產(chǎn)品認證和相互連接的確保等。5.1.3移動通信的基本技術(shù)

1．移動通信網(wǎng)的覆蓋方式

1)大區(qū)制

所謂大區(qū)制，是指由一個基站(發(fā)射功率為50～100W)覆蓋整個服務(wù)區(qū)，該基站負責服務(wù)區(qū)內(nèi)所有移動臺的通信與控制。大區(qū)制的覆蓋半徑一般為30～50km。

采用這種大區(qū)制方式時，由于采用單基站制，沒有重復(fù)使用頻率的問題，因此技術(shù)問題并不復(fù)雜。只需根據(jù)所覆蓋的范圍，確定天線的高度、發(fā)射功率的大小，并根據(jù)業(yè)務(wù)量大小，確定服務(wù)等級及應(yīng)用的信道數(shù)。但也正是由于采用單基站制，因此基站的天線需要架設(shè)得非常高，發(fā)射機的發(fā)射功率也要很高。即使這樣做，也只可保證移動臺收到基站的信號，而無法保證基站是否能收到移動臺的信號。因此這種大區(qū)制通信網(wǎng)的覆蓋范圍是有限的，只能適用于小容量的網(wǎng)絡(luò)，一般用在用戶較少的專用通信網(wǎng)中，如早期的模擬移動通信網(wǎng)(ImprovedMobileTelephoneService，IMTS)中即采用大區(qū)制。

2)小區(qū)制

小區(qū)制是指將整個服務(wù)區(qū)劃分為若干小區(qū)，在每個小區(qū)設(shè)置一個基站，負責本小區(qū)內(nèi)移動臺的通信與控制。小區(qū)制的覆蓋半徑一般為2～10?km，基站的發(fā)射功率一般限制在一定的范圍內(nèi)，以減少信道干擾。同時還要設(shè)置移動業(yè)務(wù)交換中心，負責小區(qū)間移動用戶的通信連接及移動網(wǎng)與有線網(wǎng)的連接，保證移動臺在整個服務(wù)區(qū)內(nèi)，無論在哪個小區(qū)都能夠正常進行通信。由于是多基站系統(tǒng)，因此小區(qū)制移動通信系統(tǒng)中需采用頻率復(fù)用技術(shù)。對相隔一定距離的小區(qū)進行頻率再用，可以提高系統(tǒng)的頻率利用率和系統(tǒng)容量。在大容量公用移動通信網(wǎng)中普遍采用小區(qū)制結(jié)構(gòu)。

公用移動通信網(wǎng)在大多數(shù)情況下，其服務(wù)區(qū)為平面形，稱為面狀服務(wù)區(qū)。這時小區(qū)的劃分較為復(fù)雜，最常用的小區(qū)形狀為正六邊形，這是最經(jīng)濟的一種方案。由于正六邊形的網(wǎng)絡(luò)形同蜂窩，因此稱此種小區(qū)形狀的移動通信網(wǎng)為蜂窩網(wǎng)。蜂窩狀服務(wù)區(qū)如圖5.2所示。圖5.2蜂窩狀服務(wù)區(qū)示意圖

2．移動通信網(wǎng)中的多址方式

當把多個用戶接入一個公共的傳輸媒質(zhì)實現(xiàn)相互間通信時，需要給每個用戶的信號賦以不同的特征，以區(qū)分不同的用戶，這種技術(shù)稱為多址技術(shù)。在蜂窩移動通信系統(tǒng)中，移動臺是通過基站和其他移動臺進行通信的，因此必須對移動臺和基站的信息加以區(qū)別，使基站能區(qū)分是哪個移動臺發(fā)來的信號，而各移動臺又能識別出哪個信號是發(fā)給自己的。

多址方式的基本類型有頻分多址方式(FDMA)、時分多址方式(TDMA)、空分多址方式(SDMA)、碼分多址方式(CDMA)等。目前移動通信系統(tǒng)中常用的是FDMA、TDMA、CDMA以及它們的組合。如GSM系統(tǒng)中，采用的是FDMA/TDMA方式；窄帶CDMA系統(tǒng)(IS-95)和3G的寬帶碼分多址(WCDMA)中，采用的則是FDMA/CDMA方式。

3．移動通信網(wǎng)的頻率配置

我國無線電委員會分配給蜂窩移動通信系統(tǒng)的頻率如表5.1所示。表5.1我國無線電委員會分配給蜂窩移動通信系統(tǒng)的頻率

GSM即全球移動通信系統(tǒng)(GlobalSystemforMobileCommunication)，其歷史可以追溯到1982年，當時，北歐四國向CEPT(ConferenceEuropeofPostandTelecommunications)提交了一份建議書，要求制定900?MHz頻段的歐洲公共電信業(yè)務(wù)規(guī)范，以建立全歐統(tǒng)一的蜂窩系統(tǒng)。5.2GSM系統(tǒng)

GSM蜂窩通信網(wǎng)作為世界上首先推出的數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)，其自身的優(yōu)點如下：

(1)頻譜效率高。

(2)容量大。每小區(qū)的可用信道數(shù)為12.5個，大大高于模擬移動網(wǎng)。

(3)語音質(zhì)量高。

(4)安全性高。

(5)在業(yè)務(wù)方面有一定優(yōu)勢。5.2.1GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1．GSM網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)

GSM數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)的主要組成部分包括移動臺(MS)、基站系統(tǒng)(BaseStationSystem，BSS)和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(NetworkSubSystem，NSS)。如圖5.3所示，BSS由基站收發(fā)臺(BTS)和基站控制器(BSC)組成；NSS由移動交換中心(MSC)和操作維護中心(OMC)以及歸屬位置寄存器(HLR)、訪問位置寄存器(VLR)、鑒權(quán)認證中心(AUC)和設(shè)備標志寄存器(EIR)等組成。圖5.3GSM網(wǎng)絡(luò)基本結(jié)構(gòu)

1)移動臺(MS)

移動臺是移動網(wǎng)中的用戶終端，包括移動設(shè)備(MobileEquipment，ME)和移動用戶識別模塊SIM卡(SubscriberIdentityModule，通常稱為SIM卡)。

2)基站系統(tǒng)(BSS)

基站系統(tǒng)負責在一定區(qū)域內(nèi)與移動臺之間的無線通信。一個BSS包括一個基站控制器(BaseStationController，BSC)和一個或多個基站收發(fā)臺(BaseTransceiverStation，BTS)兩部分組成。

(1)基站收發(fā)臺(BTS)。BTS是BSS的無線部分，它完成BSC與無線信道之間的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)BTS與MS(移動臺)之間通過空中接口的無線傳輸及相關(guān)的控制功能。

(2)基站控制器(BSC)。BSC是BSS的控制部分，處于基站收發(fā)臺BTS和移動交換中心MSC之間。一個基站控制器通?？刂茙讉€基站收發(fā)臺，主要功能是進行無線信道管理，實施呼叫和通信鏈路的建立和拆除，并對本控制區(qū)內(nèi)移動臺越區(qū)切換進行控制等。

3)網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(NSS)

網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)對GSM移動用戶之間通信和GSM移動用戶與其他通信網(wǎng)用戶之間通信起著管理作用。NSS由一系列功能實體構(gòu)成，各功能實體之間和NSS與BSS之間都通過No.7信令系統(tǒng)互相通信。

(1)移動交換中心(MSC)：蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)的核心，它為本MSC區(qū)域內(nèi)的移動臺提供所有的交換和信令功能。

(2)網(wǎng)關(guān)MSC(GatewayMSC，GMSC)：完成路由功能的MSC，它在MSC之間完成路由功能，并實現(xiàn)移動網(wǎng)與其他網(wǎng)的互連。

(3)歸屬位置寄存器(HLR)：一種用來存儲本地用戶位置信息的數(shù)據(jù)庫。在移動通信網(wǎng)中，可以設(shè)置一個或若干個HLR，這取決于用戶數(shù)量、設(shè)備容量和網(wǎng)絡(luò)的組織結(jié)構(gòu)等因素。每個用戶都必須在某個HLR(相當于該用戶的原籍)中登記。登記的內(nèi)容主要包括：

①用戶信息：如用戶號碼、移動設(shè)備號碼等。

②位置信息：如用戶的漫游號碼、VLR號碼、MSC號碼等，這些信息用于計費和用戶漫游時的接續(xù)。這樣可以保證當呼叫任一個不知處于哪一個地區(qū)的移動用戶時，均可由該移動用戶的HLR獲知它當時處于哪一個地區(qū)，進而建立起通信鏈路。

③業(yè)務(wù)信息：用戶的終端業(yè)務(wù)和承載業(yè)務(wù)信息、業(yè)務(wù)限制情況、補充業(yè)務(wù)情況等。

(4)訪問位置寄存器(VLR)：用于存儲進入其覆蓋區(qū)的用戶位置信息的數(shù)據(jù)庫。當移動用戶漫游到新的MSC控制區(qū)時，由該區(qū)的VLR來控制。一般地，一個MSC對應(yīng)一個VLR，記作MSC/VLR。

當移動臺進入一個新的區(qū)域時，首先向該地區(qū)的VLR申請登記，VLR要從該用戶的HLR中查詢，存儲其有關(guān)的參數(shù)，并要給該用戶分配一個新的漫游號碼(MSRN)，然后通知其HLR修改該用戶的位置信息，準備為其他用戶呼叫此移動用戶時提供路由信息。

移動用戶一旦由一個VLR服務(wù)區(qū)移動到另一個VLR服務(wù)區(qū)時，移動用戶則重新在新的VLR上登記，原VLR將取消臨時記錄的該移動用戶數(shù)據(jù)。

(5)鑒權(quán)認證中心(AUC)：AUC與HLR相關(guān)聯(lián)，是為了防止非法用戶接入GSM系統(tǒng)而設(shè)置的安全措施。AUC可以不斷為用戶提供一組參數(shù)(包括隨機數(shù)RAND、符號響應(yīng)SRES和加密鍵Kc三個參數(shù))，該參數(shù)組可視為與每個用戶相關(guān)的數(shù)據(jù)，在每次呼叫的過程中可以檢查系統(tǒng)提供的和用戶響應(yīng)的該組參數(shù)是否一致，以此來鑒別用戶身份的合法性，從而只允許有權(quán)用戶接入網(wǎng)絡(luò)并獲得服務(wù)。

(6)設(shè)備識別寄存器EIR：存儲移動臺設(shè)備參數(shù)的數(shù)據(jù)庫，用于對移動設(shè)備的鑒別和監(jiān)視，并拒絕非法移動臺入網(wǎng)。

4)接口

移動業(yè)務(wù)的國際漫游要求各個廠家生產(chǎn)的移動設(shè)備之間必須能夠進行互通。因此，GSM系統(tǒng)在制定技術(shù)規(guī)范時就對其子系統(tǒng)之間及各功能實體之間的接口和協(xié)議作了比較具體的定義，使不同供應(yīng)商提供的GSM系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)備能夠符合統(tǒng)一的GSM技術(shù)規(guī)范而達到互通、組網(wǎng)的目的。

GSM系統(tǒng)的主要接口有A接口、A-bis接口和Um接口等。

(1)?A接口：定義為網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(NSS)與基站系統(tǒng)(BSS)之間的通信接口，從系統(tǒng)的功能實體來說，就是移動業(yè)務(wù)交換中心(MSC)與基站控制器(BSC)之間的互連接口，其物理鏈接通過采用標準的2.048?Mb/s的PCM數(shù)字傳輸鏈路來實現(xiàn)。此接口傳遞的信息包括移動臺管理、基站管理、移動性管理和接續(xù)管理等。

(2)?A-bis接口：定義為基站系統(tǒng)的兩個功能實體基站控制器(BSC)和基站收發(fā)臺(BTS)之間的通信接口，用于BTS與BSC之間的遠端互連，物理鏈接通過采用標準的2.048Mb/s或64kb/s的PCM數(shù)字傳輸鏈路來實現(xiàn)。

(3)?Um接口(空中接口)：定義為移動臺(MS)與基站收發(fā)臺(BTS)之間的通信接口，用于移動臺與GSM系統(tǒng)的固定部分之間的互通，其物理鏈接通過無線方式實現(xiàn)。此接口傳遞的信息包括無線資源管理，移動性管理和接續(xù)管理等。

(4)網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)內(nèi)部接口包括：

B接口：MSC和與它相關(guān)的VLR之間的接口。

C接口：MSC和HLR之間的接口。

D接口：HLR和VLR之間的接口。

E接口：MSC之間的接口。

2．GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1)移動業(yè)務(wù)本地網(wǎng)結(jié)構(gòu)

將全國劃分為若干移動業(yè)務(wù)本地網(wǎng)，建網(wǎng)的原則為長途區(qū)號為2位或3位的地區(qū)可建移動業(yè)務(wù)本地網(wǎng)。每個移動業(yè)務(wù)本地網(wǎng)中應(yīng)設(shè)立一個HLR，必要時可以增設(shè)HLR，用于存儲歸屬移動業(yè)務(wù)本地網(wǎng)的所有用戶有關(guān)數(shù)據(jù)。還可以幾個移動業(yè)務(wù)本地網(wǎng)共用一個MSC，每個移動業(yè)務(wù)本地網(wǎng)中可設(shè)立一個或多個MSC。

在移動業(yè)務(wù)本地網(wǎng)中，每個MSC與所在本地的長途局相連，并與所在地的市話匯接局相連。在長途局為多局制地區(qū)，MSC應(yīng)與該地區(qū)的高一級長途局相連。如沒有市話匯接局，可與本地市話端局相連，如圖5.4所示。圖5.4移動業(yè)務(wù)本地網(wǎng)組成示意圖

2)省內(nèi)GSM數(shù)字公用陸地蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

省內(nèi)GSM移動通信網(wǎng)由省內(nèi)的各移動業(yè)務(wù)本地網(wǎng)構(gòu)成。省內(nèi)設(shè)立若干個移動業(yè)務(wù)匯接中心，二級匯接中心可以只作匯接中心(即不帶用戶)，也可以兼作移動端局(與基站相連，可帶用戶)。省內(nèi)GSM蜂窩移動通信網(wǎng)中的每一個移動端局，至少應(yīng)與省內(nèi)兩個二級匯接中心相連，二級匯接中心之間為網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)，如圖5.5所示。圖5.5省內(nèi)GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

3)全國GSM移動通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

全國GSM移動電話網(wǎng)按大區(qū)設(shè)立一級匯接中心，省內(nèi)設(shè)立二級匯接中心，移動業(yè)務(wù)本地網(wǎng)設(shè)立端局組成三級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，一級匯接中心之間為網(wǎng)狀網(wǎng)，如圖5.6所示。圖5.6全國GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

4)聯(lián)通GSM、移動GSM與PSTN網(wǎng)絡(luò)間的互通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

中國聯(lián)通的GSM移動通信網(wǎng)與中國移動的GSM移動通信網(wǎng)和PSTN網(wǎng)絡(luò)間的互通組網(wǎng)方式如圖5.7所示。

在中國聯(lián)通GSM移動交換局所在地，聯(lián)通網(wǎng)和PSTN網(wǎng)之間各設(shè)一個網(wǎng)間接口局，雙方接口局按一對一的方式成對互連。聯(lián)通GSM用戶與移動GSM、PSTN用戶間的各種業(yè)務(wù)互通(含本地、自動長途、移動及國際業(yè)務(wù)等)所需的話路接續(xù)和信號，均經(jīng)過網(wǎng)間接口局連接。圖5.7聯(lián)通GSM、移動GSM與PSTN網(wǎng)絡(luò)間的互通組網(wǎng)示意圖5.2.2GSM的區(qū)域、號碼與識別

1．區(qū)域定義

GSM系統(tǒng)屬于小區(qū)制大容量移動通信網(wǎng)，其相應(yīng)的區(qū)域定義如圖5.8所示。圖5.8GSM區(qū)域定義

(1)?GSM服務(wù)區(qū)。GSM服務(wù)區(qū)是指移動臺可獲得服務(wù)的區(qū)域，即不同通信網(wǎng)(如PSTN或ISDN)用戶無需知道移動臺的實際位置而可與之通信的區(qū)域。

一個服務(wù)區(qū)可由一個或若干個公用陸地移動通信網(wǎng)(PLMN)組成。從地域而言，可以是一個國家或是一個國家的一部分，也可以是若干個國家。

(2)公用陸地移動通信網(wǎng)(PLMN)。一個PLMN可由一個或若干個移動交換中心組成，在該區(qū)內(nèi)具有共同的編號制度和共同的路由計劃。PLMN與各種固定通信網(wǎng)之間的接口是MSC，由MSC完成呼叫接續(xù)。

(3)?MSC區(qū)。MSC區(qū)系指一個移動交換中心所控制的區(qū)域，通常它連接一個或若干個基站控制器，每個基站控制器控制多個基站收發(fā)信機。從地理位置來看，MSC包含多個位置區(qū)。

(4)位置區(qū)。位置區(qū)一般由若干個小區(qū)(或基站區(qū))組成，移動臺在位置區(qū)內(nèi)移動無需進行位置更新。通常呼叫移動臺時，向一個位置區(qū)內(nèi)的所有基站同時發(fā)尋呼信號。位置區(qū)標識LAI是在廣播控制信道BCCH中廣播的。

(5)基站區(qū)?；緟^(qū)系指基站收、發(fā)信機有效的無線覆蓋區(qū)，簡稱小區(qū)。

(6)扇區(qū)。當基站收發(fā)信天線采用定向天線時，基站區(qū)分為若干個扇區(qū)。采用120°定向天線時，一個小區(qū)分為3個扇區(qū)；采用60°定向天線時，一個小區(qū)分為6個扇區(qū)。

2．號碼與識別

GSM網(wǎng)絡(luò)包含無線、有線信道，并與其他網(wǎng)絡(luò)(如PSTN、ISDN、公用數(shù)據(jù)網(wǎng))或其他PLMN網(wǎng)互相連接。為了將一次呼叫接續(xù)傳至某個移動用戶，需要調(diào)用相應(yīng)的實體。因此，正確地尋址就非常重要，各種號碼就是用于識別不同的移動用戶、不同的移動設(shè)備以及不同的網(wǎng)絡(luò)。

(1)移動臺號簿號碼(MSISDN)。MSISDN即通常人們所說的呼叫某一用戶時所使用的手機號碼，其編號計劃獨立于PSTN/ISDN編號計劃，編號結(jié)構(gòu)為

CC+NDC+SN

其中，CC為國家碼(如中國為86)，NDC為國內(nèi)地區(qū)碼，SN為用戶號碼。

(2)國際移動用戶標識號(IMSI)。這是網(wǎng)絡(luò)唯一識別一個移動用戶的國際通用號碼，對所有的GSM網(wǎng)來說它是惟一的，并盡可能保密。移動用戶以此號碼發(fā)出入網(wǎng)請求或位置登記，移動網(wǎng)據(jù)此查詢用戶數(shù)據(jù)。此號碼也是HLR和VLR的主要檢索參數(shù)。根據(jù)GSM建議，IMSI最大長度為15位十進制數(shù)字，具體分配如下：

MCC+MNC+MSIN/NMSI

其中，MCC為移動國家碼，MNC為移動網(wǎng)號，MSIN為移動用戶識別碼，NMSI為國內(nèi)移動用戶識別碼。

IMSI編號計劃實現(xiàn)國際統(tǒng)一，由ITU-TE.212建議規(guī)定，以適應(yīng)國際漫游的需要。

IMSI由電信經(jīng)營部門在用戶開戶時寫入移動臺的EPROM。當任一主叫按MSISDN撥叫某移動用戶時，終接MSC將請求HLR或VLR將其翻譯成IMSI，然后用IMSI在無線信道上尋呼該移動用戶。

(3)臨時移動用戶識別碼(TMSI)。為了對IMSI保密，在空中傳送用戶識別碼時用TMSI來代替IMSI。TMSI是由VLR給用戶臨時分配的，只在本地有效(即在該MSC/VLR區(qū)域內(nèi)有效)。

(4)國際移動臺設(shè)備標識號(IMEI)。IMEI是惟一標識移動臺設(shè)備的號碼，又稱移動臺電子串號。該號碼由制造廠家永久性地置入移動臺，用戶和網(wǎng)絡(luò)運營部門均不能改變它。

根據(jù)需要，MSC可以發(fā)指令要求所有的移動臺在發(fā)送IMSI的同時發(fā)送其IMEI，如果發(fā)現(xiàn)兩者不匹配，則確定該移動臺非法，應(yīng)禁止使用。在EIR中建有一張“非法IMEI號碼表”，俗稱“黑表”，用以禁止被盜移動臺的使用。

(5)移動臺漫游號碼(MSRN)。這是系統(tǒng)分配給來訪用戶的一個臨時號碼，供移動交換機路由選擇使用。移動臺漫游進入另一個移動交換中心業(yè)務(wù)區(qū)時，該地區(qū)的移動系統(tǒng)賦予它一個MSRN，經(jīng)由HLR告知MSC，MSC據(jù)此才能建立至該用戶的路由。當移動臺離開該區(qū)后，訪問位置寄存器(VLR)和歸屬位置寄存器(HLR)都要刪除該漫游號碼，以便再分配給其他移動臺使用。

(6)位置區(qū)和基站的識別碼。在檢測位置更新和信道切換時，要使用位置區(qū)識別標志(LAI)，LAI的組成格式如下：

MCC+MNC+LAC

其中，MCC和MNC均與IMSI的MCC和MNC相同。

位置區(qū)碼(LAC)用于識別GSM移動通信網(wǎng)中的一個位置區(qū)，最多不超過兩個字節(jié)，采用十六進制編碼，由各運營部門自定。在LAI后面加上小區(qū)的標志號(CI)，還可以組成小區(qū)識別碼。

(7)基站識別色碼(BSIC)。BSIC用于移動臺識別相同載頻的不同基站，特別用于區(qū)別在不同國家的邊界地區(qū)采用相同載頻且相鄰的基站。BSIC為一個6比特編碼，其格式如下所示：

MCC+BCC

其中，MCC為PLMN色碼，用來識別相鄰的PLMN網(wǎng)；BCC為BTS色碼，用來識別相同載頻的不同基站。5.2.3信道類型及時隙結(jié)構(gòu)

1．邏輯信道

GSM通信系統(tǒng)中，根據(jù)所傳輸?shù)男畔⒉煌?，將邏輯信道分為業(yè)務(wù)信道(TrafficChannel，TCH)和控制信道(ControlChannel，CCH)。

1)業(yè)務(wù)信道(TCH)

業(yè)務(wù)信道傳輸編碼的語音或用戶數(shù)據(jù)，按速率的不同分為全速率業(yè)務(wù)信道(TCH/F)和半速率業(yè)務(wù)信道(TCH/H)。

2)控制信道(CCH)

CCH用于控制信道傳輸?shù)母鞣N信令信息?？刂菩诺婪譃橐韵氯悾?/p>

(1)廣播信道(BCCH)：一種一點到多點的單方向控制信道，用于基站向移動臺的下行方向。BS在BCCH中向所有MS廣播一系列的信息，用于移動臺入網(wǎng)、位置登記和呼叫建立(如同步信息)。

(2)公共控制信道(CCCH)：一種一點對多點的雙向控制信道，用于傳送呼叫接續(xù)階段所必需的各種信令信息。其中，CCCH又可以分為以下三種：①隨機接入信道(RACH)：上行信道，用于移動臺在申請入網(wǎng)時，向基站發(fā)送入網(wǎng)請求信息。

②接入允許信道(AGCH)：下行信道，用于基站向移動臺發(fā)送指配專用控制信道DCCH的信息。

③尋呼信道(PCH)：下行信道，傳送基站對移動臺的尋呼信息。

(3)專用控制信道(DCCH)：一種點對點的雙向控制信道，其用途是在呼叫接續(xù)階段和在通信進行當中，在移動臺和基站之間傳輸必需的控制信息。

2．物理信道

GSM系統(tǒng)采用時分多址、頻分多址、頻分雙工方式(TDMA、FDMA、FDD)。采用頻段為：上行890～915?MHz，下行935～960MHz；雙工間隔45MHz。首先在25MHz的頻段內(nèi)進行頻分復(fù)用，分為125個載頻，載頻間隔為200kHz；再在每個載頻上進行時分復(fù)用，分為8個時隙。這樣，共有1000個物理信道，根據(jù)需要分給不同的用戶使用，移動臺在特定的頻率上和時隙內(nèi)，向基站傳輸信息，基站也在相應(yīng)的頻率上和相應(yīng)的時隙內(nèi)，以時分復(fù)用方式向各個移動臺傳輸信息。

GSM系統(tǒng)的時隙結(jié)構(gòu)如圖5.9所示。GSM的幀結(jié)構(gòu)分為幀、復(fù)幀、超幀、超高幀。圖5.9GSM系統(tǒng)的時隙結(jié)構(gòu)示意圖在GSM中，基本的無線資源單位是一個時隙(Slot)，每個時隙含156.25個碼元，占15/26ms(576.9μs)，傳輸速率為1625/6≈270.833kb/s。

每一個TDMA基本幀(Frame)含8個時隙，共占60/13≈4.615ms。

多個TDMA基本幀構(gòu)成復(fù)幀(Multiframe)，其結(jié)構(gòu)有如下兩種：

(1)?26幀的復(fù)幀即含26幀的復(fù)幀，其周期為120ms，這種復(fù)幀主要用于承載TCH業(yè)務(wù)信道。

(2)?51幀的復(fù)幀即含51幀的復(fù)幀，其周期為3060/13≈235.385ms，用于承載控制信道、BCCH、CCCH和DCCH等。多個復(fù)幀又構(gòu)成超幀(SuperFrame)，它是一個連貫的51×26TDMA幀，即一個超幀可以是包括51個26幀的復(fù)幀，也可以是包括26個51幀的復(fù)幀。超幀的周期均為1326個TDMA幀，即6.12?s。

多個超幀構(gòu)成超高幀(HyperFrame)，它是幀結(jié)構(gòu)最長的重復(fù)周期，包括2048個超幀，周期為12533.76s，即3小時28分53秒760毫秒。用于加密的語音和數(shù)據(jù)，超高幀每一周期包含2715648個TDMA幀，這些TDMA幀按序編號，依次為0～2715647。5.2.4呼叫接續(xù)與移動性管理

1．位置登記

位置登記過程是指移動通信網(wǎng)對系統(tǒng)中的移動臺進行位置信息的更新過程，它包括舊位置區(qū)的刪除和新位置區(qū)的注冊兩個過程。

移動臺的信息存儲在HLR、VLR兩個存儲器中。當移動臺從一個位置區(qū)進入另一個位置區(qū)時，就要向網(wǎng)絡(luò)報告其位置的移動，使網(wǎng)絡(luò)能隨時登記移動用戶的當前位置。利用位置信息，網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)對漫游用戶的自動接續(xù)，將用戶的通話、分組數(shù)據(jù)、短消息和其他業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)送達漫游用戶。為了減少對HLR的更新過程，HLR中只保存了用戶所在的MSC/VLR的信息，而VLR中則保存了用戶更詳細的信息(如位置區(qū)的信息)。因此，在每一次位置變化時VLR都要進行更新，而只有在MSC/VLR發(fā)生變化時(用戶進入新的MSC/VLR服務(wù)區(qū)時)才更新HLR中的信息。

移動臺一旦加電開機后，就搜尋BCCH信道，從中提取所在位置區(qū)標識(LAI)。如果該LAI與原來的LAI相同，則意味著移動臺還在原來的位置區(qū)，不需要進行位置更新；若不同，意味著移動臺已離開原來的位置區(qū)，則必須進行位置登記。位置登記可能在同一個MSC/VLR中進行，也可能在不同MSC/VLR之間進行。這兩種情況下進行位置登記的具體過程會有所不同，但基本方法都是一樣的。如圖5.10所示，給出的是涉及兩個MSC/VLR的位置更新過程，其他情況可依此類推。圖5.10GSM位置更新流程

1)移動臺用IMSI來標識自己時的位置登記和刪除

●?1表示MS從一個位置區(qū)(屬于MSC-A)移動到另一個位置區(qū)(屬于MSC-B)。

●?2表示通過檢測BS的廣播信息，MS發(fā)現(xiàn)新收到的位置區(qū)識別與其存儲的位置區(qū)識別不同。

●?3和4表示MS通過新基站向MSC-B發(fā)送“我在這里”的信息，請求位置更新?！?5表示MSC-B把含有其標識和MS識別碼的位置更新信息送給HLR(鑒權(quán)與加密運算從此時開始)。

●?6表示HLR發(fā)回響應(yīng)消息，其中包括全部相關(guān)用戶數(shù)據(jù)。

●?7和8表示在被訪VLR中進行用戶數(shù)據(jù)登記(包括分配臨時移動用戶識別號碼(TMSI)和移動臺漫游號碼(MSRN)，并向HLR匯報)。

●?9表示把有關(guān)用戶位置更新響應(yīng)的信息(包括TMSI和MSRN)通過BS4送給MS。

●?10表示HLR通知原VLR刪除與此MS有關(guān)的用戶數(shù)據(jù)。

2)移動臺用TMSI來標識自己時的位置登記和刪除

當移動臺進入一個新的MSC/VLR區(qū)域時，若MS用原來的VLR(PVLR)分配給它的臨時號碼TMSI來標識自己，則新的VLR在收到MSC“更新位置區(qū)”的消息后，不能直接判斷出該MS的HLR，而是向原來的PVLR“發(fā)送身份識別信息”消息，要求得到該用戶的IMSI，PVLR用“身份識別信息響應(yīng)”消息將該用戶的IMSI送給新的VLR，VLR再給該用戶分配一個新的TMSI，其后的過程與用IMSI標識進行位置更新一樣。

如果MS因故未收到“確認”信息，則此次位置更新申請失敗，可以重復(fù)發(fā)送三次申請，每次間隔至少是10?s。

3)分離與附著

移動臺可能處于激活(開機)狀態(tài)，也可能處于非激活(關(guān)機)狀態(tài)。

當MS關(guān)機后，發(fā)送最后一次消息，要求進行分離操作，MSC/VLR收到消息后要在有關(guān)的VLR和HLR中設(shè)置一特定的標志，使網(wǎng)絡(luò)拒絕對向該用戶呼叫，以免在無線鏈路上發(fā)送無效的尋呼信號，這種功能稱之為“IMSI分離”。

當MS開機后，若此時MS處于分離前相同的位置區(qū)，則將取消上述分離標志，恢復(fù)正常工作，這種功能稱為“IMSI附著”。若位置區(qū)已變，則要進行新的常規(guī)位置更新。

4)周期性登記

當MS向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送“IMSI附著”消息時，因無線鏈路質(zhì)量很差，有可能造成錯誤，即網(wǎng)絡(luò)認為MS仍然為分離狀態(tài)；反之，當MS發(fā)送“IMSI分離”消息時，因收不到信號，網(wǎng)絡(luò)也會錯認為該MS處于“附著”狀態(tài)。

為了解決上述問題，系統(tǒng)還采取周期性登記方式，例如要求MS每30分鐘登記一次。這時，若系統(tǒng)沒有接收到MS的周期性登記信息，VLR就以“分離”作標記，稱做“隱分離”。

網(wǎng)絡(luò)通過BCCH通知MS其周期性登記的時間周期。周期性登記程序中有證實消息，MS只有接收到此消息后才停止發(fā)送登記消息。

2．呼叫接續(xù)

移動用戶做主叫和做被叫的接續(xù)過程是不同的，下面分別討論移動用戶向固定用戶發(fā)起呼叫(即移動用戶做主叫)和固定用戶呼叫移動用戶(即移動用戶做被叫)的接續(xù)過程。移動用戶呼叫移動用戶的接續(xù)過程可從兩個過程進行類推。

1)移動用戶呼叫固定用戶

移動用戶(MS)呼叫固定用戶(FS)如圖5.11所示。圖5.11移動用戶呼叫固定用戶過程●?1表示MS用戶撥號、發(fā)送，MS通過公共信道RACH向BS提出接入申請，請求分配SDCCH。

●?2表示BS將MS的接入申請向MSC匯報。

●?3表示MSC對MS進行鑒權(quán)與加密模式設(shè)置。

●?4表示鑒權(quán)通過后，MSC指示BS通過AGCH為MS分配SDCCH。

●?5表示MS通過SDCCH請求呼叫建立(即傳送申請、分配業(yè)務(wù)信道TCH的有關(guān)信令)。

●?6表示MSC通過PSTN的交換機向被叫振鈴，同時通過TCH向主叫送回鈴音。

●?7表示被叫摘機，MSC即停送振鈴與回鈴音，雙方開始通話。

2)固定用戶呼叫移動用戶

固定用戶(FS)呼叫移動用戶(MS)如圖5.12所示。

●?1表示由FS來的呼叫被接至GMSC。GMSC稱為信關(guān)移動交換中心，它是PLMN與PSTN接口的MSC。設(shè)置GMSC的目的是為了防止當移動用戶處于漫游狀態(tài)時，出現(xiàn)長途兜圈子的情況。假如不設(shè)GMSC，則呼叫接續(xù)會出現(xiàn)下列長途兜圈子的情況。例如，呼叫(發(fā)自太原)→歸屬局(西安)→訪問局(太原)→MS(通話)。設(shè)置GMSC后，GMSC可將呼叫直接接到訪問局，從而防止了上述長途兜圈子的情況。例如，呼叫(發(fā)自太原)→訪問局(太原)→MS(通話)。圖5.12固定用戶呼叫移動用戶過程●?2表示GMSC用MSISDN通過HLR查詢MS的位置，獲得MSRN。

●?3表示HLR向GMSC報告MS的MSRN。

●?4表示GMSC將呼叫路由轉(zhuǎn)至MS所在的MSC。

●?5表示MSC由VLR取得MS的相關(guān)數(shù)據(jù)。

●?6表示MSC通過MS所在位置區(qū)內(nèi)的所有BS對其進行尋呼。

●?7表示MS響應(yīng)尋呼，向所在小區(qū)BS作出應(yīng)答。

●?8表示BS將尋呼應(yīng)答報告MSC。

●?9表示MSC對MS進行鑒權(quán)和加密設(shè)置。鑒權(quán)通過后，MSC一方面指示BS通過AGCH給MS分配TCH，BS與MS的聯(lián)系隨即切換到分配的TCH上，MSC通過TCH向MS送振鈴音；另一方面向主叫送回鈴音。

●?10表示MS用戶摘機，MSC即撤消振鈴與回鈴音，雙方開始通話。

3．切換管理

切換的目的是使正在進行的通信不中斷，將通信連接從一個無線信道切換到另一無線信道。切換分為內(nèi)部切換與外部切換兩類。

(1)內(nèi)部切換。

①同一小區(qū)內(nèi)不同物理信道之間的切換。這種切換發(fā)生在下列情況下：正在通信的物理信道受到干擾；為了進行維護，正在通信的物理信道或載頻單元必須退出服務(wù)；為了平衡系統(tǒng)負荷。

②同一BSC控制的不同小區(qū)之間的切換。

(2)外部切換。

①不同BSC之間的切換，由MSC和相關(guān)BSC處理。

②不同MSC之間的切換，由HLR和相關(guān)MSC處理。

③不同PLMN之間的切換，由相關(guān)PLMN的HLR處理。

圖5.13為不同MSC之間的越局切換過程。圖5.13不同MSC之間的越局切換過程示意圖●?1表示穩(wěn)定的呼叫連接。

●?2表示MS對鄰近BS發(fā)出的無線信號(其中包括功率、距離和信號質(zhì)量，這三項指標決定切換門限)進行監(jiān)測，并將監(jiān)測結(jié)果向BSS1中的BTS報告。

●?3表示BTS對收到的匯報信號進行預(yù)處理，然后向BSC匯報。

●?4表示BSC將匯報信號與切換門限進行比較，做出切換決定。若需切換則向MSC-A發(fā)出切換請求。

●?5表示MSC-A根據(jù)收到的切換請求，向MSC-B申請無線信道，并將其VLR存儲的相關(guān)用戶數(shù)據(jù)告訴MSC-B?！?6表示MSC-B向MSC-A應(yīng)答，如有空閑信道，即告訴MSC-A允許切換，同時，命令新的BSS2為該MS準備無線和陸上有線信道(包括其所屬VLR為MS分配新的MSRN和TMSI，并向HLR匯報等)。

●?7表示MSC-A根據(jù)MSC-B的應(yīng)答決定是否發(fā)出切換命令。如MSC-B報告有空閑信道，則向所屬BSC發(fā)出切換命令，并將MSC-B報告的空閑信道號通過所屬BSC告訴MS。

●?8表示MS切換到MSC-B指定的無線信道上，并將切換成功的消息告訴MSC-A。

●?9表示MSC-A指示VLR刪除此MS的用戶數(shù)據(jù)，并通知BSS1釋放原信道資源。在連接切換中有以下幾點需要引起注意：

①切換申請既可由MS提出，也可由BTS提出(這一點與模擬蜂窩電話不同，在模擬蜂窩中，切換申請總是由BTS提出的)。

②為了維護或平衡負荷，切換申請還可由BSC或MSC提出。

③切換的決定權(quán)總是由BSC或MSC做出的。5.2.5GSM系統(tǒng)的業(yè)務(wù)功能

1．概述

GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)是一種多業(yè)務(wù)系統(tǒng)，能提供許多種不同類型的業(yè)務(wù)，除可以為用戶提供傳統(tǒng)的電話業(yè)務(wù)外，還可為用戶提供非傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)，如短消息業(yè)務(wù)。它能提供的業(yè)務(wù)主要有三類，即電信業(yè)務(wù)、承載業(yè)務(wù)和補充業(yè)務(wù)。這三類業(yè)務(wù)的關(guān)系如圖5.14所示。圖5.14GSM三類業(yè)務(wù)的關(guān)系

1)電信業(yè)務(wù)

電信業(yè)務(wù)是指端到端業(yè)務(wù)，主要包括電話、緊急呼叫、短消息業(yè)務(wù)和第三類傳真等。

(1)電話。電話業(yè)務(wù)是GSM系統(tǒng)提供的最重要的業(yè)務(wù)，經(jīng)過GSM網(wǎng)與固定網(wǎng)，為移動用戶與移動用戶之間或移動用戶與固定網(wǎng)電話用戶之間提供實時雙向通話。

(2)緊急呼叫。緊急呼叫業(yè)務(wù)來源于電話業(yè)務(wù)，它允許移動用戶在緊急情況下，通過一種簡單的撥號方式，即時將緊急呼叫接至離移動用戶當時所處基站最近的緊急服務(wù)中心。這種簡單的撥號方式可以按動某一個緊急服務(wù)中心號碼來進行。在歐洲統(tǒng)一使用112，在我國統(tǒng)一使用火警中心特服號119。有些GSM移動話機具備SOS鍵，一按此鍵就可接通緊急服務(wù)中心。此業(yè)務(wù)優(yōu)先于其他業(yè)務(wù)，在移動臺沒有插入用戶識別卡(SIM)或移動用戶處于鎖定狀態(tài)時也可按鍵后接通緊急服務(wù)中心。

(3)短消息業(yè)務(wù)。短消息業(yè)務(wù)按其實現(xiàn)的方式可以分為兩類，即點到點短消息業(yè)務(wù)(包括移動臺起始的短消息業(yè)務(wù)和移動臺終止的短消息業(yè)務(wù))和小區(qū)廣播短消息業(yè)務(wù)。

(4)第三類傳真。第三類傳真是指能使用戶經(jīng)PLMN網(wǎng)以傳真編碼信息文件的形式，自動交換各種函件的業(yè)務(wù)。

2)承載業(yè)務(wù)

承載業(yè)務(wù)是在兩個終端/網(wǎng)路接口處(接入點R/S)提供的業(yè)務(wù)，GSM所能提供的主要承載業(yè)務(wù)如表5.2所示。表5.2GSM提供的主要承載業(yè)務(wù)

3)補充業(yè)務(wù)

補充業(yè)務(wù)修改和增添了基本業(yè)務(wù)，主要是允許用戶能按照自己的需要改變網(wǎng)絡(luò)對其呼入呼出的處理，或者通過網(wǎng)絡(luò)向用戶提供某種信息，讓用戶能夠智能化地利用一些常規(guī)的業(yè)務(wù)。絕大部分移動通信網(wǎng)的補充業(yè)務(wù)是直接從固定電信網(wǎng)中繼承過來的，因此這些業(yè)務(wù)并不是專門為GSM數(shù)字移動通信網(wǎng)或其他蜂窩移動通信網(wǎng)設(shè)置的。目前提供的主要補充業(yè)務(wù)如表5.3所示。表5.3GSM提供的主要補充業(yè)務(wù)

2．短消息業(yè)務(wù)

1)概述

所謂短消息業(yè)務(wù)(SMS)，是指將語言、文字、數(shù)據(jù)、圖片等簡短文本消息通過移動網(wǎng)絡(luò)或用手機進行收發(fā)的一種通信機制。短消息業(yè)務(wù)按其實現(xiàn)的方式可以分為兩類，即點到點短消息業(yè)務(wù)(包括移動臺起始的短消息業(yè)務(wù)和移動臺終止的短消息業(yè)務(wù))和小區(qū)廣播短消息業(yè)務(wù)。

MS起始的短消息業(yè)務(wù)，能使GSM用戶發(fā)送短消息給其他GSM點對點用戶。點對點MS終止的短消息業(yè)務(wù)則可使GSM用戶接收由其他GSM用戶發(fā)送的短消息。但是，點對點短消息業(yè)務(wù)是由短消息業(yè)務(wù)中心完成存儲和前轉(zhuǎn)功能的，而MS至MS的消息傳送是將上述兩種短消息業(yè)務(wù)通過短消息業(yè)務(wù)中心連接完成。點對點消息的發(fā)送或接收應(yīng)該在處于呼叫狀態(tài)或空閑狀態(tài)下進行，由控制信道傳送短消息業(yè)務(wù)的消息，其信息量限制為160個字符。

小區(qū)廣播式短消息業(yè)務(wù)是在GSM陸地移動通信網(wǎng)某一特定區(qū)域內(nèi)，以有規(guī)則的間隔向移動臺MS重復(fù)廣播具有通用意義的短消息。移動臺連續(xù)不斷地監(jiān)視廣播消息，并在移動臺上向用戶顯示廣播消息。此短消息也是在控制信道上傳送，移動臺只有在空閑狀態(tài)下才可接收廣播消息，其信息量限制為93個字符。

SMS有兩大特點：第一是存儲轉(zhuǎn)發(fā)機制，即傳送數(shù)據(jù)包的工作由移動網(wǎng)絡(luò)中的短消息中心而不是終端用戶來完成，如果用戶不在服務(wù)區(qū)內(nèi)，短消息就被存儲在短消息中心。第二是傳遞確認機制，在電路交換數(shù)據(jù)環(huán)境中，連接是端到端的，所以用戶能夠知道連接是否完成以及數(shù)據(jù)傳遞的情況。

2)?GSM短消息實現(xiàn)原理

目前國內(nèi)廣泛應(yīng)用的各廠商的平臺結(jié)構(gòu)和基本原理大同小異，一般來說，一個短消息網(wǎng)絡(luò)可以分為三層結(jié)構(gòu)，如圖5.15所示。圖5.15短消息網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)短消息網(wǎng)關(guān)是與移動網(wǎng)絡(luò)進行信令交換和接續(xù)處理的部分；短消息調(diào)度平臺是對短消息進行調(diào)度和管理的部分；短消息應(yīng)用平臺是對基于短消息的各種應(yīng)用進行管理和控制的部分。具體牽涉到的實體可進一步由圖5.16表示。圖5.16GSM短信息業(yè)務(wù)基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

(1)短消息業(yè)務(wù)中心(SMSC)功能。SMSC能向一個MS遞交短消息直到報告已經(jīng)接收或有效期已過；從MS接收短消息；從PLMN接收報告；就先前接收的短消息向PLMN返回一個報告。

(2)?MS功能。MS負責以下操作：向SMSC提交一個短消息TPDU，直到報告到達或時間超過；從SMSC接收短消息TPDU；就先前接收的短消息向網(wǎng)絡(luò)返回一個發(fā)送報告；從網(wǎng)絡(luò)接收報告；通知網(wǎng)絡(luò)存儲器現(xiàn)在有能力接收一個或多個短消息；當一個先前由MS發(fā)往相同目的地地址的短消息被另一個短消息置換時通知SMSC。

(3)?MSC功能。當從MS接收短消息TPDU時，MSC負責以下操作：短消息TPDU的接收；從VLR獲取MS的MSISDN或出錯信息；在向MS的故障報告里返回適當?shù)腻e誤信息(如果VLR指示有錯誤)；檢查TPDU參數(shù)(如果VLR指示無錯)；在向MS的故障報告里返回適當?shù)腻e誤信息(如果參數(shù)不正確)；檢查目的地地址(如果參數(shù)沒有錯誤)；向SMS-IWMSC轉(zhuǎn)發(fā)短消息TPDU；MSC向MS繼續(xù)發(fā)報告(當從SMS-IWMSC接收到短消息報告時)。

(4)?SMS-GMSC功能。當從SC接收短消息TPDU時，SMS-GMSC負責以下操作：接收短消息TPDU；檢查參數(shù)；在錯誤報告中返回適當?shù)腻e誤信息給SMSC(如果參數(shù)有錯)；詢問HLR，找回路由信息或錯誤信息(如果參數(shù)中沒找到錯誤)；用從HLR處獲得的路由信息將短消息TPDU轉(zhuǎn)送到MSC(如果HLR沒有指示任何錯誤)；通知HLR成功發(fā)送或當從MSC收到錯誤的報告時通知HLR，并告訴其原因。

(5)?SMS-IWMSC功能。當從MSC接收到TPDU時，SMS-IWMSC負責以下操作：短消息TPDU的接收；當需要時和SMSC建立連接；傳送短消息TPDU到SMSC(當SMSC的地址有效)；當從SMSC接收到有關(guān)傳送短消息TPDU的報告時，SMS-IWMSC負責繼續(xù)把該報告?zhèn)飨騇SC。當在期望時間以前沒有從SMSC接收到有關(guān)傳送短消息TPDU的報告或SMSC地址無效時，SMS-IWMSC負責以下操作：在故障報告里向MSC返回適當?shù)腻e誤信息，定時器的值依賴于SMSC和SMS-IWMSC之間的協(xié)議。

3)點對點短消息業(yè)務(wù)過程

移動臺終結(jié)短消息業(yè)務(wù)過程包含兩個操作：①SMSC到MS的信息或狀態(tài)報告的傳送；②向SMSC返回報道，包含打算傳送信息的結(jié)果。

移動臺發(fā)起短消息業(yè)務(wù)過程包含兩個操作：①MS到SMSC的信息傳送；②向MS返回報道，包含打算傳送信息的結(jié)果。

報警的傳送過程包含HLR或VLR發(fā)起到SMSC提醒業(yè)務(wù)所有的必要操作，告知SMSC說明MS已恢復(fù)了操作。5.3.1CDMA系統(tǒng)概述

1.CDMA技術(shù)的發(fā)展歷程及標準

CDMA是“CodeDivisonMultipleAccess”的縮寫，譯為“碼分多址”。CDMA移動通信系統(tǒng)(以下簡稱為CDMA系統(tǒng))是一種以擴頻通信為基礎(chǔ)、載波調(diào)制和碼分多址技術(shù)相結(jié)合的移動通信系統(tǒng)。

由于擴頻技術(shù)具有抗干擾能力強、保密性能好的特點，20世紀80年代就在軍事通信領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。為了提高頻率利用率，在擴頻的基礎(chǔ)上，人們又提出了碼分多址的概念，利用不同的地址碼來區(qū)分無線信道。5.3CDMA系統(tǒng)

2．CDMA蜂窩移動通信網(wǎng)的特點

1)系統(tǒng)容量大

如果考慮總頻帶為1.25?MHz，F(xiàn)DMA(如AMPS)系統(tǒng)每小區(qū)的可用信道數(shù)為7；TDMA(GSM)系統(tǒng)每個小區(qū)的可用信道數(shù)為12.5；CDMA(IS-95)系統(tǒng)每小區(qū)的可用信道數(shù)為120。同時，在CDMA系統(tǒng)中，還可以通過語音激活檢測技術(shù)進一步提高容量。理論上CDMA移動網(wǎng)容量比模擬網(wǎng)大20倍，實際上要比模擬網(wǎng)大10倍，比GSM要大4～5倍。

2)保密性好

CDMA系統(tǒng)采用了擴頻技術(shù)，可以使通信系統(tǒng)具有抗干擾、抗多徑傳播、隱蔽、保密的能力。

3)軟切換

CDMA系統(tǒng)中可以實現(xiàn)軟切換。所謂軟切換，是指先與新基站建立好無線鏈路之后才斷開與原基站的無線鏈路。因此，軟切換中沒有通信中斷的現(xiàn)象，從而提高了通信質(zhì)量。

4)軟容量

CDMA系統(tǒng)中容量與系統(tǒng)中的載噪比有關(guān)，當用戶數(shù)增加時，僅僅會使通話質(zhì)量下降，而不會出現(xiàn)信道阻塞現(xiàn)象。因此，系統(tǒng)容量不是定值，而是可以變動的，這與CDMA的機理有關(guān)。因為在CDMA系統(tǒng)中，所有移動用戶都占用相同帶寬和頻率。我們打個比方，將帶寬想象成一個大房子，所有的人將進入惟一的一個大房子。如果他們使用完全不同的語言，就可以清楚地聽到同伴的聲音，而只受到一些來自別人談話的干擾。在這里，屋里的空氣可以被想象成寬帶的載波，而不同的語言即被當作編碼，我們可以不斷地增加用戶，直到整個背景噪音限制住了我們。如果能控制住每個用戶的信號強度，在保持高質(zhì)量通話的同時，我們就可以容納更多的用戶了。

5)頻率規(guī)劃簡單

用戶按不同的序列碼區(qū)分，所以相同的CDMA載波可在相鄰的小區(qū)內(nèi)使用，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃靈活，擴展簡單。5.3.2CDMA技術(shù)的基本原理

碼分多址的基礎(chǔ)是要有足夠的周期性碼序列作為地址碼，該序列碼應(yīng)具有很強的自相關(guān)性和互相關(guān)性。即碼組內(nèi)只有本身碼相乘疊加后為1(自相關(guān)值為1)，任意兩個不同的碼相乘疊加后為0(互相關(guān)值為0)，如沃爾什碼、m序列偽隨機碼及戈爾德碼等。碼分多址通信系統(tǒng)中，在發(fā)送端，利用地址碼與用戶信息數(shù)據(jù)相乘(或模2加)，經(jīng)過調(diào)制發(fā)送出去，在接收端以本地產(chǎn)生的已知地址碼做參考，對解調(diào)的信號，根據(jù)相關(guān)性差異對收到的所有信號進行鑒別，從中將地址碼與本地地址碼一致的信號選出，把不一致的信號除掉(稱為相關(guān)檢測)。其工作原理簡要敘述如下：碼分多址收、發(fā)系統(tǒng)示意圖如圖5.17所示，其中，d1～dN分別是N個用戶的信息數(shù)據(jù)，W1～WN分別是相對應(yīng)的地址碼。為簡明起見，假定系統(tǒng)內(nèi)只有4個用戶(即N=4)，各自的地址碼分別為

W1?=?[1111]、W2?=?[1-11-1]、W3?=?[11-1-1]、W4?=?[1-1-11]，對應(yīng)的波形如圖5.18(a)所示。若在某一時刻用戶信息數(shù)據(jù)分別為：d1?=?[1]、d2?=?[-1]、d3?=?[1]、d4?=?[-1]，對應(yīng)的波形如圖5.18(b)所示。與各自對應(yīng)的地址碼相乘后的波形S1～S4如圖5.18(c)所示。圖5.17碼分多址收、發(fā)系統(tǒng)示意圖圖5.18碼分多址原理波形示意圖實際的碼分多址移動通信系統(tǒng)要復(fù)雜得多。

第一，要達到多路多用戶的目的，就要有足夠多的地址碼，而這些地址碼又要有良好的自相關(guān)特性和互相關(guān)特性，這是“碼分”的基礎(chǔ)。

第二，在碼分多址通信系統(tǒng)中的各接收端，必須產(chǎn)生本地地址碼(簡稱本地碼)，該本地碼不但在碼型結(jié)構(gòu)與對端發(fā)來的地址碼一致，而且在相位上也要完全同步。用本地碼對收到的全部信號進行相關(guān)檢測，從中選出所需要的信號，這是碼分多址最主要的環(huán)節(jié)。

第三，由碼分多址通信系統(tǒng)的特點，即網(wǎng)內(nèi)所有用戶使用同一載波，各個用戶可以同時發(fā)送或接收信號。這樣，接收的輸入信號干擾比將遠小于1(負的若干dB)，這是傳統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)方式所無能為力的。為了把各用戶之間的相互干擾降到最低限度，并且使各個用戶的信號占用相同的帶寬，碼分系統(tǒng)必須與擴展頻譜(簡稱擴頻)技術(shù)相結(jié)合，使在信道傳輸?shù)男盘査碱l帶極大地展寬(一般達百倍以上)，為接收端分離信號完成實際性的準備。5.3.3CDMA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1．CDMA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

CDMA網(wǎng)中的功能實體和相互間的接口見圖5.19。從圖中可看出CDMA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與GSM網(wǎng)相似。圖5.19CDMA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2．CDMA系統(tǒng)的邏輯信道

CDMA系統(tǒng)采用的是頻分雙工(FDD)方式，即收發(fā)采用不同的載頻。從基站到移動臺方向的鏈路稱為正向鏈路或下行鏈路，從移動臺到基站方向的信道稱為反向鏈路或上行鏈路。由于上下行鏈路傳輸?shù)囊蟛煌?，因此上下行鏈路上信道的種類及作用也不同。

1)正向鏈路邏輯信道

正向鏈路中的邏輯信道包括正向業(yè)務(wù)信道(FTCH)、導(dǎo)頻信道(PiCH)、同步信道(SyCH)和尋呼信道(PaCH)等。

(1)導(dǎo)頻信道(PilotChannel，PiCH)：基站在此信道發(fā)送導(dǎo)頻信號(其信號功率比其他信道高20dB)，供移動臺識別基站并引導(dǎo)移動臺入網(wǎng)。

(2)同步信道(SynchronizationChannel，SyCH)：基站在此信道發(fā)送同步信息供移動臺建立與系統(tǒng)的定時和同步。一旦同步建立，移動臺就不再使用同步信道。

(3)尋呼信道(PagingChannel，PaCH)：基站在此信道尋呼移動臺，發(fā)送有關(guān)尋呼指令及業(yè)務(wù)信道指配信息。當有用戶呼入移動臺時，基站就利用此信道來尋呼移動臺，以建立呼叫。

(4)正向業(yè)務(wù)信道(ForwardTrafficChannel，F(xiàn)TCH)：用于基站到移動臺之間的通信，主要傳送用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，同時也傳送隨路信令。例如功率控制信令信息、切換指令等就是插入在此信道中傳送的。

2)反向鏈路邏輯信道

反向鏈路中的邏輯信道由反向業(yè)務(wù)信道(BTCH)和接入信道(AcCH)等組成。

(1)反向業(yè)務(wù)信道(BackwardTrafficChannel，BTCH)：供移動臺到基站之間通信，它與正向業(yè)務(wù)信道一樣，用于傳送用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，同時也傳送信令信息，如功率控制信息等。

(2)接入信道(AccessChannel，AcCH)：一個隨機接入信道，供網(wǎng)內(nèi)移動臺隨機占用，移動臺在此信道發(fā)起呼叫或?qū)镜膶ず粜畔⑦M行應(yīng)答。5.3.4CDMA關(guān)鍵技術(shù)

1．直擴通信的同步問題

同步技術(shù)是擴頻的關(guān)鍵技術(shù)，在擴頻通信系統(tǒng)中，在發(fā)端的偽隨機碼(PN碼)對信息數(shù)據(jù)進行擴頻，在收端首先是利用本地產(chǎn)生的偽隨機碼(本地碼)解除接收到的頻譜擴展(即解擴)，然后，才能進行信息解調(diào)。要實現(xiàn)解擴，就必須使本地碼的頻率和相位與接到的偽隨機碼完全一致。所以，在數(shù)字通信中除了載波同步、位同步、幀同步外，偽碼序列同步是它特有的。擴頻通信系統(tǒng)的同步問題比一般數(shù)字通信系統(tǒng)更復(fù)雜。

在擴頻通信中，同步過程包括兩個階段，第一階段是捕獲階段，接收機首先搜索對方的發(fā)送信號，把對方發(fā)來的偽隨機碼與本地碼在相位上納入可同步保持(可跟蹤)的范圍中，即在一個偽隨機碼碼元之內(nèi)。然后，就進入跟蹤階段，同步系統(tǒng)能自動地加以調(diào)整，使收端的本地碼與接收到的偽隨機碼保持精確同步。

2．Rake接收技術(shù)

移動通信信道是一種多徑衰落信道，Rake接收技術(shù)就是分別接收每一路的信號進行解調(diào)，然后疊加輸出達到增強接收效果的目的，這里多徑信號不僅不是一個不利因素，反而在CDMA系統(tǒng)中變成了一個可供利用的有利因素。

3．功率控制

功率控制技術(shù)是CDMA系統(tǒng)的核心技術(shù)。CDMA系統(tǒng)是一個自擾系統(tǒng)，所有移動用戶都占用相同的帶寬和頻率，“遠近效用”問題特別突出。CDMA功率控制的目的就是克服“遠近效用”，使系統(tǒng)既能維持高質(zhì)量通