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第1章GSM移动通信系统及优化概述1．1 GSM数字移动通信的发展移动通信是达到通信最终目的的有效手段，它在商业市场上所具有的巨大潜力已经越来越多的被人们所认识。
移动通信并不是一项很新的技术，但它在最近几十年得到了飞速的发展。
20世纪80年代初，随着模拟蜂窝技术的引进，移动通信技术向前迈进了一大步。
20世纪90年代开始出现了数字移动通信系统，GSM系统是欧洲在20世纪80年代设计、1992年开通的数字移动通信系统。
第一代移动电话网是由人工操作使移动用户和有线网用户相连接。
它的终端庞大、笨重而且昂贵，服务区域也仅限于单个发射台和接收站址的覆盖范围。
由于它的可用频率很少，因而系统容量很小，并且很快出现饱和，服务质量也随用户数量的增加而迅速下降，甚至达到死锁的状态。
20世纪60年代随着半导体技术的发展，无线系统发展为自动接续系统，成本也开始降低，但其有所增加的容量与用户的需求相比仍然是远远不够，公众无线电话依然是一种奢侈品，只能被一小部分人所使用。
20世纪70年代，大规模集成电路和微处理器件的发展使实现复杂系统成为可能。
由于覆盖区域受到发射功率的限制，系统开始改由一个发射台和多个中继接收站所组成，这种复杂配置扩展了系统的覆盖范围。
真正的突破是蜂窝系统的建立，在蜂窝系统中有若干个收发信机，而且每个收发信机所覆盖的范围有一部分是重叠的。
蜂窝系统的概念如图1_1所示。
蜂窝系统采用频率复用的方式增加其容量。
在蜂窝系统中，同一频率可以被相距足够远的几个小区同时使用，在增大了系统容量的同时，系统网络和设备的复杂性也大大增加。
蜂窝概念由贝尔实验室提出，20世纪70年代世界上几个不同地方的研究人员对其进行了研究。
美国第一个AMPS(Advariced Mobile Phone Service)蜂窝系统于1983年在芝加哥开通，在欧洲，电信部门和生产厂家推出了旨在覆盖整个北欧的NMT系统，此系统于1981年在瑞典投入运行，并很快在挪威、芬兰和丹麦开通。
培训总结一. 了解GSM/GPRS系统结构二. GSM/GPRS能为人们带来什么服务三．基于小区如何组成GPS四．空中接口的特性五．了解接各个厂家产品的特性六．了解空中接口如何区别不同的用户的通话七．了解主叫与被叫的建立，位置更新，小区切换过程第一章了解GSM/GPRS系统结构1.GSM的发展2.GSM的结构3.小区原则4.空中接口5.各种功能硬件的性能6.通信的建立1.GSM的发展一代：1G，模拟通信系统特点：抗干扰性差，各国移动漫游标准不同，费用成本高，安全性差。
二代：2G，GSM数字技术脉冲<TDMA>IS951984~1987年定义GSM标准1992~1995年GSM开始试验1995年全球开始运行GSM系统三代：3GUMTS全球移动接口，空中移动接口<WCDMA><CDMA2000> 在中国的通信TD-SCDMA四代：4GLTE<OFTM>正交辅用多址技术2.GPS的结构P-GSM全球定义最多的系统900M的GSM上行频率是890~915M下行频率实935~960MGSM通过频率来区分上下行FDD45ME-GSM GSM全是平分双工FDD35MR-GSM 可用带宽4M上行为886~880M 下行921~925MGSM1800M FDD95M 上下行75MGSM的好处1.全球范围漫游<可同频漫游>2.开放式系统3.GSM系统比1G经济效应好4.抗干扰性强5.通信安全Clrcuit switca电路交换<先分资源，资源独享，最大带宽，通话结束才能分出资源> Packet switca分组交换< 共享资源带宽带宽大小是按质量来分的>GSM的结构机器与机器之间对话都是用信令进行对话的GSM分为三大子系统分为BSS基站子系统NSS网络子系统OSS操作和维护子系统BSS子系统包括TRAU：码型转化对数据业务进行数类适配BSC：对网源的控制和监控BTS：对MS的接受对空口信息导入NSS包括MSC MSC:1完成客户业务的管理完成语音业务2记录客户账户账单HLR被叫访问：归属以本局的信息进行保存VLR主教访问：访问位置寄存器储存当前访问信息AUC建权中心：应HLR要求生生成建权信息EIR设备标识器：保护手机串号GGSN端口交换机：储存提供一个与外网的接口OSS包括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与操作OMC-R操作维护中心-无线部分：用于实现整个BSS系统的维护与操作SGSN分组交换：完成客户分组业务的交换PHCP动态IP地址管理PCU分组控制单元BTS~BSC是ABIS接口LAPO协议BSC~MSC是Ater接口LAPO协议MSC~GMSC是E接口MAP协议BSC~PCU是AGPRS接口LAPD协议PCU~SGSN是GB接口FRZ帧中继协议SGSN~DNS是IP协议SGSN~GGSNS是GN接口GTP隧道协议GGSN~DHCP是Gi接口IP协议GGSN~PDN是Gi接口IP协议MSC~HLR是D接口HLR~AUC是H接口SIM卡通过用IMSI来验证客户信息IMSI全球唯一的身份识别SIM永久信息1IMSI全球唯一识别用户身份Ki建权参数永远不在空口传输保存在SIM卡和AUCA3建权算法保存在SIM卡和AUCA8生成加密密匙保存在SIM卡和AUCPIN自设SIM卡密码SIM1临时用户身份识别符TMSITMSI字符少效率高在一定的范围有意义离开范围用IMSI识别2LAI位置区标识符，只用在LAI理IMSI才有用IMSI的组成MCC移动国家码中国移动国家码是460MNC移动网号，识别移动用户所归属的移动通讯网MSIN移动用户识别码唯一的识别某一移动通讯网中的移动用户NMSI国家移动用户识别码MHC与MSIN组成Classmark MSTX PowerMax=900M=2W=33dBM1800=1W=30dBM dbm=leg lp<rnw>=30+10egGPRS的MSA类终端：可以依附于GSM网里和GPRS的可以同时进行两种业务，价格昂贵B类终端：可同时附着两种业务上可以完成语音业务和数字业务可交替完成业务而有语音业务优先，价格便宜C类终端：进行数字业务设备价格便宜PLMN=MCC+MNC国家码+移动网号ATF:终端用户的格式转换MO主叫MT被叫SMSC短消息的服务中心电到点的短消息point to point short 从essagePTPSM1要提供用户点到点必须有服务器SHSC2 点到点信息是俩种特别信道接收的3信息成功会向服务器以接收信息如果服务器未接收服务器会不停的向接收用户发送信息CBSM1手机必须是空闲状态的2CBCH3OMC-R4有一定的业务范围有一定的生命周期5无需接收确认空中接口小区原则1.什么是一个无线小区2.有哪些不同单位小区3.Clutter物理环境的划分4.链路运算5.业务站型分为三种：、O站提供360°的信号覆盖，全向辐射S站提供120°的信号覆盖，三向站需要三个TRXB站2个TRX提供180°的信号覆盖小区分裂收缩，减少小区半径提高话务量每公里话务100001POWER 2无线按下需无覆盖间隙的时候才能使用的方法3加站4扇区化吧O站改S站Erlctratlic业务量的单位TRX不适合在空中接口传输耦合器进行有效耦合，吧多个接口合在一起会有部分耦合损失增幅用加法，损失减法erlB:基于话务阻塞率，阻塞率越高话务量越大用于民用通信网，通过通话质量降低来提高话务量erlc准则:不降低通话质量，对话务进行排队，但在民用网不使用只用R-GSM使用铁路网是不能堵塞的，不用拒绝用户的话务，使用户在获得通话之前进行列队Erlang是测量资源使用率的单位语言业务标准：堵塞率为2%信道业务堵塞率为0.01%链路运算公式DB=10egX[P1<W>/P2<W>]=10egp1-10egp2DBD=2.165DB+DBIDBM=10EG[<PW>X1000]=30+10EGPW=10EGPC<MW>手机接收灵敏度能正确解调信号，最低电平值L=EIRP-EIAPEIRP：基站的发送功率-耦合器的损耗-LC+天线增益EIRP=Txpoer-lcoupcing-lc+GatinaEIAP+Gatina=s接收灵敏度EIAP=S-GDL下行：EIRP=Txpowe-Lcoupling-lc+J+GattarnaEIAP=S-GUL上行:EIRP=Txpower+gatvannaEIAP+G-LF+J=SEIAP=S-G+LF+JLDL=PR-SU=EIRP-<EIAP+lpz>L=32.4+20egd+20egf定标频点：1个小区有唯一一个定标频点特点：不能调频不能做工控，只能最大功率发送‘不能采取不连续发送业务频点：用来传输业务特点：可以做调频技术功率控制技术可以连续发送Clustey区群：特点不能用同频小区在集群里频率资源全部可以使用区群间频率可以重复使用DFN：<Frame Namber>MA：小区参与跳频的频率集跳频小区的频率集是必须一样MAIO:频集偏移量{0.n-1}{0.3} N=频集数HSW:跳频序列空中接口Radio interface1.空中接口的目的2.空中接口如何安排3什么事物理信道，什么事逻辑信道4.在GSM里如何传送消息的Powerofs关机状态Poweron关机状态IDLE空闲状态占用网络公共资源Dedicated连接状态专用资源在IDE只用信令消息<公共信令>在多个TDMA帧中连续重复出现的相同时隙，这些时隙形成物理资源叫做物理信道FCCH信道：传输的消息是all“0”用来标识定标频点BCCH：SI-IDLE给空闲状态下的移动台使用RACH：随即控制信道GPRS信道：业务信道PDTZH<分上下行>上下行不算的原因在GPRS中PDTZH后总PAZZH:SAZZH SDZZH FAZZHPTZZH专用来传FA的更新消息<上下行传的TA消息不同PHINC分组域的通告信息类似于CBZH信道传送广播消息26帧包含21个TDMA帧，时间间隔120MS它主要用TCH<SACCG/T>和FACCH等业务信道51帧的副帧：包含51个TDMA帧时间间隙为235MS它主要用于BCCH,CCCH,SDCCHC等业务信道4TST TA~<2~3>ns-f同步过领区测量4.615MS+4TS-TA约等于8~S~没有同于相邻小区进同步并且测量对资源，己同步的领区进行测量一个超高帧=2048个超帧=3小时28分53秒700毫业务员副帧前12个帧传业务，B时隙传SACCH后12个时隙传业务最后一个不传信息定标频点最后一个传信息FACCH只能占用TCH不能占用地13帧和最后一个帧全速率MS2TS-TA 4TA+TAIDLE时 4.615+4TS+TA对没有同步的小区同步的小区同步并测量对己同步的做测量半速率：空帧为另一消息传送的时隙要传完一个SACCH需要480MSC4个业务副帧SDZZH：BLOOK-4TS一个子信道由两个D快和一个A组成2DTA对空中接口LAPDM需要4个连续时隙公共信道定标频点的0时隙26个业务副帧和51业务副帧是为了语言消息在空口传播中的处理突发脉冲序列GSM调制带宽为271KHZBTS Archito ctwre and functions每个基站都有一个核心<BCF>完成管理和控制CBCF受BSS控制，BCF功能实体能提供BSC和BCF在实践Abit接口完成信令时隙水资源在Abit上传播BCF完成吧用户信息信令的压缩BCF：提供链路信息复用TRX：对基站信号的处理跳频提供空口资源基站信号处理，测量分析计算耦合系统：信号的耦合ABISBSC ————————————————————————BCFLAPD操作系统类信息LAPODRSZ资源管理BSC——————————————————————————TRXLAPDDMI操作管理BSC-TRX空中资源管理BSC基站管理控制基站时间和频率同步全网同步全网所有设备都同步CGPS同步GSM同步<主从同步>TRAU核心TCULADDOMZTRAU__________BSZHLR储存归属属于本局数据永久数据MSISDG和IMSI和用户业务描述信息临时数据：VLR地址加密序列AUC中得来AUC：完成用户鉴权参数VLR：存储拜访本局的用户信息永久数据IMSI临时：鉴权参数位置区信息TEMS<临时标识信息>Immediate Assignment立即分配<给客户专用信道>LSPD的控制域<进行消息的可靠传递>SAPI<标识RSL或DML>手机开机选网通过SIM卡内Prcferred plmry list和收到的PLMN<MCC+MN作比较>Immediat Assignment 立即分配给用户分专用信道<SDCCH>独立专用控制启道MS————>BTS——————————>BSCRequest reguireu<————————Aeitqvation————————>Activation AIR<————————Immediate assignmeiyt command信道激活失败的原因：BTS未收到Reauest BTS内部硬件一个LAPDm消息需要连续的四个时隙3.系统消息系统消息可分为：1、2、2bis、2ter、3、4、5、5bis、5ter、6、7、8、13等。
GSM基本原理一、GSM系统结构1．GSM系统组成GSM被分成三个子系统：网络交换子系统（Network Switching Subsystem NSS）；基站子系统（Base Station Subsystem BSS）；网络管理子系统（Network Management Subsystem NMS），网络管理子系统（NMS）又叫操作与维护中心（OMC--Operation & Maintenance Center）。
网络子系统NSS是整个GSM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。
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，它通过无线接口直接与移动台相连负责无线信息的发送接收，无线资源管理及功率控制等，同时它与NSS相连实现移动用户间或移动用户与固定网络用户之间的通信连接，传送系统信息和用户信息等。
网络管理子系统NMS负责NSS和BSS系统的维护管理工作。
2．网络交换子系统（NSS）的组成及功能TMSCTMSC即Transit MSC，是专门用于转接话务的移动交换中心。
GMSCGMSC即Gateway MSC,又称移动关口交换中心，主要用于和其它电信运营商设备的互联互通（包括移动运营商内部用于不同业务的互相连接）。
移动交换中心MSCMSC是整个交换网络的核心，完成或参与网络子系统NSS的全部功能。
对呼叫进行控制与接续，提供计费信息并协调与控制整个GSM网络中的各个功能实体。
拜访位置寄存器VLRVLR是服务于其控制区域内移动用户的数据库。
系统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。
当某用户进入VLR控制区后，此VLR将向该移动用户的归属位置寄存器HLR 获取并存储必要数据，而一旦此用户离开后则取消VLR中此用户的数据。
VLR通常与MSC合设在一起。
归属位置寄存器HLRHLR是一个存储移动用户数据的静态数据库。
课程说明课程介绍GSＭ通信流程包括两方面的内容：呼叫基本流程,信令基本流程。
其中，呼叫流程主要包含：移动主叫流程,移动被叫流程，汇接呼叫流程。
信令基本流程主要包含:鉴权流程，位置登记流程，呼叫重建流程,ＢＳC内部切换流程,ＢSＣ间切换流程,ＭSC间切换流程，移动始发短消息流程,移动终结短消息流程，定向重试流程。
这些流程从系统的角度描述了移动用户经常发生的行为，描述了ＧSM的几个组成部分在呼叫流程、信令流程中的相互关系，对移动性特征做重点说明。
课程目标本课程的重点是介绍GＳM系统的协同工作过程，涉及内容包含:呼叫、位置更新、切换、短消息。
对流程的介绍突出了移动特征，具体的信令细节本课程不做描述,可以参考ＥＴSI的ＧSM规范获得更加详细的内容。
通过学习本课程,可以基本掌握：⌧移动用户做位置登记的信令过程；⌧移动用户做主叫的信令过程;⌧移动用户做被叫的信令过程；⌧ＭSC做汇接呼叫的信令过程;⌧BSC内切换信令过程；⌧BSC间切换的信令过程;⌧ＭSC间切换的信令过程;⌧呼叫重建的信令过程;⌧定向重试的信令过程。
对这些信令流程学习之后,对ＧＳM系统的原理会有更加深刻的了解,对每个功能实体(MＳ，BＴＳ，BSC，ＭSC，ＶＬR，HLR)的功能有更加深刻的体会。
相关资料ＥTSI关于ＧSＭ的规范,主要是：GＳＭ０408,GSM0８08,ＧSM0902。
第一节呼叫过程的信令分析对一次发生在移动用户间的呼叫来说,信令流程可以分为三个相对独立的部分:⌧主叫移动用户部分⌧被叫移动用户部分⌧拆线部分1.1 主叫信令流程移动用户做主叫时的信令过程从ＭS向ＢTS请求信道开始,到主叫用户TCH指配完成为止。
一般来说,主叫经过几个大的阶段：接入阶段，鉴权加密阶段,ＴCＨ指配阶段,取被叫用户路由信息阶段。
⌧接入阶段主要包括:信道请求，信道激活,信道激活响应，立即指配，业务请求等几个步骤。
经过这个阶段,手机和ＢＴS（ＢSC）建立了暂时固定的关系。
