GSM900/DCS1800

GSM900和DCS1800就是我们平常讲的双频网络,它们都是GSM标准。两个系统 功能相同,主要是频率不同,GSM900工作在900MHZ,DCS1800工作在1800MHZ。我国最早使用 的是GSM900,随着通信网络规模和用户数量的迅速发展,原有的GSM900网络频率变得日益紧 张,为更好地满足用户增长的需求,我国近期引入了DCS1800,并采用以GSM900网络为依托, DCS1800网络为补充的组网方式,构成GSM900/DCS1800双频网,以缓和高话务密集区无线信 道日趋紧张的状况。只要用户使用的是双频手机,就可在GSM900/DCS1800两者之间自由切 换,自动选择最佳信道进行通话,即使在通话中手机也可在两个网络之间自动切换而用户毫 无察觉,而且手机选择了最佳信道,接通率得到了提高。为适应这个趋势,进一步抢占市场 份额,诺基亚、摩托罗拉、爱立信等世界著名移动电话设备生产厂商竞相开发并推出多频段 手机。
(一)GSM系统的网络结构
GSM的历史可以追溯到1982年,当时,北欧四国向CEPT(Conference Europe of Post and Telecommunications)提交了一份建议书,要求制定900MHZ频段的欧洲公共电信业务规范,以建立全欧统一的蜂窝系统。同年,成立了移动通信特别小组(GSM-Group Special Mobile)。在1982年~1985年期间,讨论焦点是制定模拟蜂窝网标准还是制定数字蜂窝网 标准问题,直到1986年决定为制定数字蜂窝网标准。1986年,在巴黎对不同公司、不同 方案的系统(8个)进行了比较,包括现场试验。1987年5月选定窄带TDMA方案。与此同 时,18个国家签署了谅解备忘录,相互达成履行规范的协议。1988年颁布了GSM标准, 也称泛欧数字蜂窝通信标准。在现阶段,GSM包括两个并行的系统:GSM900和 DCS1800, 这两个系统功能相同,主要是频率不同。在GSM建议中,未对硬件作出规定,只对功能 和接口制定了详细规定,这样便于不同产品可以互通。GSM建议共有12个系统。
1.GSM系统的主要组成
 GSM数字蜂窝通信系统的主要组成部分可分为移动台、基站子系统和网络子系统。 基站子系统(简称基站BS)由基站收发台(BTS)和基站控制器(BSC)组成;网络子系 统由移动交换中心(MSC)和操作维护中心(OMC)以及原地位置寄存器(HLR)、访问 位置寄存器(VLR)、鉴权中心(AUC)和设备标志寄存器(EIR)等组成。
*移动台(MS)即便携台(手机)或车载台。也可以配有终端设备(TE)或终端 适配器(TA)。
 移动台是物理设备,它还必须包含用户识别模块(SIM),SIM卡和硬件设备一起组 成移动台。没有SIM卡,MS是不能接入GSM网络的(紧急业务除外)。
 *基站收发台(BTS)包括无线传输所需要的各种硬件和软件,如发射机、接收机、 支持各种上小区结构(如全向、扇形、星状和链状)所需要的天线,连接基站控制器的接口 电路以及收发台本身所需要的检测和控制装置等。
 *基站控制器(BSC)是基站收发台和移动交换中心之间的连接点,也为基站收发台 和操作维修中心之间交换信息提供接口。一个基站控制器通常控制几个基站收发台,其 主要功能是进行无线信道管理、实施呼叫和通信链路的建立和拆除,并为本控制区内移 动台的过区切换进行控制等。
*移动交换中心(MSC)是蜂窝通信网络的核心,其主要功能是对位于本MSC控制 区域内的移动用户进行通信控制和管理。例如:
1)信道的管理和分配;
2)呼叫的处理和控制;
3)过区切换和漫游的控制;
4)用户位置信息的登记与管理;
5)用户号码和移动设备号码的登记和管理;
6)服务类型的控制;
7)对用户实施鉴权;
8)为系统中连接别的MSC及为其它公用通信网络,如公用交换电信网(PSTN)、综合 业务数字网(ISDN)和公用数据网(PDN)提供链路接口,保证用户在转移或漫游的 过程中实现无间隙的服务。
由此可见,MSC的功能与固定网络的交换设备有相似之处(如呼叫的接续和信息 的交换),也有特殊的要求(如无线资源的管理和适应用户移动性的控制)。
 *原地位置寄存器(HLR)是一种用来存储本地用户位置信息的数据库。在蜂窝通 信网中,通常设置若干个HLR,每个用户都必须在某个HLR(相当于该用户的原籍)中登 记。登记的内容分为两类:一种是永久性的参数,如用户号码、移动设备号码、接入的 优先等级、预定的业务类型以及保密参数等;另一种是暂时性的需要随时更新的参数, 即用户当前所处位置的有关参数,即使用户漫游到HLR所服务的区域外,HLR也要登记由 该区传送来的位置信息。这样做的目的是保证当呼叫任一个不知处于哪一个地区的移动 用户时,均可由该移动用户的原地位置寄存器获知它当时处于哪一个地区,进而建立起 通信链路。
 *访问位置寄存(VLR)是一种用于存储来访用户位置信息的数据库。一个VLR通 常为一个MSC控制区服务,也可为几个相邻MSC控制区服务。当移动用户漫游到新的MSC 控制区时,它必须向该地区的VLR申请登记。VLR要从该用户的HLR查询有关的参数,要 给该用户分配一个新的漫游号码(MSRN),并通知其HLR修改该用户的位置信息,准备 为其它用户呼叫此移动用户时提供路由信息。如果移动用户由一个VLR服务区移动到另 一个VLR服务区时,HLR在修改该用户的位置信息后,还要通知原来的VLR,删除此移动 用户的位置信息。
 *鉴权中心(AUC)的作用是可靠地识别用户的身份,只允许有权用户接入网络并 获得服务。
*设备标志寄存器(EIR)是存储移动台设备参数的数据库,用于对移动设备的鉴 别和监视,并拒绝非移动台入网。
 *操作和维护中心(OMC)的任务是对全网进行监控和操作,例如系统的自检、报 警与备用设备的激活、系统的故障诊断与处理、话务量的统计和计费数据的记录与传 递,以及各种资料的收集、分析与显示等。
 以上概括地介绍了数字蜂窝系统中各个部分的主要功能。在实际的通信网络中, 由于网络规模的不同,营运环境的不同和设备生产厂家的不同,以上各个部分可以有 不同的配置方法,比如把MSC和VLR合并在一起,或者把HLR、EIR和AUC合并在一起。不 过,为了各个厂家所生产的设备可以通用,上述各组成部分的连接都必须严格地符合 规定的接口标准。GSM系统遵循CCITT建议的公用陆地移动通信网(PLMN)接口标准, 采用7号信令支持PLMN接口进行所需的数据传输。共分:
1)移动台与基站之间的接口(Um);
2)基站与移动交换中心之间的接口(A);
3)基站收发台与基站控制器之间的接口(Abis)(基站收发台与基站控制器不配置在一 起时,使用此接口);
4)移动交换中心与访问位置寄存器之间的接口(B);
5)移动交换中心与原地位置寄存器之间的接口(C);
6)原地位置寄存器与访问位置寄存器之间的接口(D);
7)移动交换中心之间的接口(E);
8)移动交换中心与设备标志寄存器之间的接口(F);
9)访问位置寄存器之间的接口(G)
。 有关接口标准的详细规定可查阅GSM标准,这里不作介绍。
2.GSM的区域、号码、地址与识别
1)区域划分 从地理位置范围来看,GSM系统分为GSM服务区,公用陆地移动网(PLMN)业务区、移动 交换控制区(MSC区)、位置区(LA)、基站区和小区。
*GSM服务区   由联网的GSM全部成员国组成,移动用户只要在服务区内,就能得到系统的各种服 务,包括完成国际漫游。
*PLMN业务区 
由GSM系统构成的公用陆地移动网(GSM/PLMN)处于国际或国内汇接交换机的级别 上,该区域为PLMN业务区,它可以与公用交换电信网(PSTN)、综合业务数字网(ISDN) 和公用数据网(PDNN)互连,在该区域内,有共同的编号方法及路由规划。一个PLMN 业务区包括多个MSC业务区,甚至可扩展全国。
*MSC业务区
在该区域内,有共同的编号方法及路由规划。由一个移动交换中心控制区域称为 MSC业务区。一个MSC区可以由一个或多个位置区组成。
 *位置区
每一个MSC业务区分成若干位置区(LA),位置区由若干基站区组成,它与一个或 若干个基站控制器(BSC)有关。在位置区内移动台移动时,不需要作位置更新。当寻 呼移动用户时,位置区内全部基站可以同时发寻呼信号。系统中,位置区域以位置区 识别码(LAI)来区分MSC业务区的不同位置区。
 *基站区
一般指一个基站控制器所控制若干个小区的区域称为基站区。
 *小区
小区也叫蜂窝区,理想形状是正六边形,一个小区包含一个基站,每个基站包含 若干套收,发信机,其有效覆盖范围决定于发射功率、天线高度等因素,一般为几公 里。基站可位于正六边形中心,采用全向天线,称为中心激励;也可位于正六边形顶 点(相隔设置),采用120度或60度定向天线,称为顶点激励。
若小区内业务量激增时,小区可以缩小(一分为四),新的小区俗称“小小区”, 在蜂窝网中称为小区分裂。
2)识别号码
GSM网络是十分复杂的,它包括交换系统,基站子系统和移动台。移动用户可以 与市话网用户、综合业务数字网用户和其它移动用户进行接续呼叫,因此必须具有多 种识别号码。
1>国际移动用户识别码(IMSI)
国际移动用户识别码是用于识别GSM/PLMN网中用户,简称用户识别码,根据GSM 建议,IMSI最大长度为15位十进制数字。
MCC MNC MSIN/NMSI
3位数字 1或者2位数字 10-11位数字
MCC-移动国家码,3位数字。如中国的MCC为460。
MNC-移动网号,最多2位数字。用于识别归属的移动通信网(PLMN)。
MSIN-移动用户识别码。用于识别移动通信网中的移动用户。
NMSI-国内移动用户识别码。由移动网号和移动用户识别码组成。
2>临时用户识别码(TMSI)
为安全起见,在空中传送用户识别码时用TMSI来代替IMSI,因为TMSI只在本地有效(即 在该MSC/VLR区域内),其组成结构由管理部门选择,但总长不超过4个字节。
3>国际移动设备识别码(IMEI)
IMEI是唯一的,用于识别移动设备的号码。用于监控被窃或无效的这一类移动设备,
TAC - Type Approval Code (TAC) 型号批准码,由欧洲型号批准中心分配。 前2位为国家码。(例如:Nokia的,Ericsson的,Motorola的,又各式各样不同型号的 批准码又不尽相同,如同是Ericsson的,GH388和GF388就不一样,虽然只差有无盖; 但只要是同一型号的,前六码一定一样,如果不一样,可能是冒牌货!) FAC - Final Assembly Code (FAC)最后装配码,表示生产厂或最后装配地, 由厂家编码。如40的话,是Motorola在英国(UK)的工厂,07也是Motorola的工厂,在 德国,67的话也是,在美国本地。对Nokia,FAC是51。
SNR - Serial Number (SNR)序号码,独立地、唯一地识别每个TAC和FAC移 动设备,所以同一个牌子的同一型号的SNR是不可能一样的。
SP - Spare备用码,通常是0。
4>移动台PSTN/ISDN号码(MSISDN)
MSISDN用于公用交换电信网(PSTN)或综合业务数字网(ISDN)拨向GSM 系统的号码,构成如下:
MSISDN=CC+NDC+SN(总长不超过15位数字)
CC=国家码(如中国为86),NDC=国内地区码,SN=用户号码
5>移动台漫游号码(MSRN)
当移动台漫游到另一个移动交换中心业务区时,该移动交换中心将给移动台分配 一个临时漫游号码,用于路由选择。漫游号码格式与被访地的移动台PSTN/ISDN号码格 式相同。当移动台离开该区后,被访位置寄存器(VLR)和原地位置寄存器(HLR)都 要删除该漫游号码,以便可再分配给其它移动台使用。
MSRN分配过程如下:
市话用户通过公用交换电信网发MSISDN号至GSMC、HLR。HLR请求被访MSC/VLR分配 一个临时性漫游号码,分配后将该号码送至HLR。HLR一方面向MSC发送该移动台有关参 数,如国际移动用户识别码(IMSI);另一方面HLR向GMSC告知该移动台漫游号码, GMSC即可选择路由,完成市话用户->GMSC->MSC->移动台接续任务。
6>位置区识别码(LAI)
LAI用于移动用户的位置更新。 LAI=MCC+MNC+LAC 。MCC=移动国家码,识别国家, 与IMSI中的三位数字相同。MNC=移动网号,识别不同的GSMPLMN网,与IMSI中的MNC相 同。LAC=位置区号码,识别一个GSMPLMN网中的位置区。LAC的最大长度为16bits,一 个GSMPLMN中可以定义65536个不同的位置区。
 7>小区全球识别码(CGI)
CGI是用来识别一个位置区内的小区。它是在位置区识别码(LAI)后加上一个小 区识别码(CI)
 CGC=MCC+MNC+LAC+CI。
 CI=小区识别码,识别一个位置区内的小区,最多为16bits。
 8>基站识别码(BSIC)
BSIC用于移动台识别不同的相邻基站,BSIC采用6比特编码。
(二)GSM系统信道分类
 蜂窝通信系统要传输不同类型的信息,包括业务信息和各种控制信息,因而要在物理 信道上安排相应的逻辑信道。这些逻辑信道有的用于呼叫接续阶段,有的用于通信进行 当中,也有的用于系统运行的全部时间内。
1、业务信道(TCH)传输话音和数据
 话音业务信道按速率的不同,可分为全速率话音业务信道(TCH/FS)和半速率话音 业务信道(TCH/HS)。
 同样,数据业务信道按速率的不同,也分为全速率数据业务信道(如TCH/F9.6, TCH/F4.8,TCH/F2.4)和半速率数据业务信道(如 TCH/H4.8,TCH/H2.4)(这里的数 字9.6,4.8和2.4表示数据速率,单位为kb/s)。
2、控制信道(CCH)传输各种信令信息
控制信道分为三类:
1)广播信息(BCH)是一种“一点对多点”的单方向控制信道,用于基站向所有移 动台广播公用信息。传输的内容是移动台入网和呼叫建立所需要的各种信息。其中又分 为:
a、频率校正信道(FCCH):传输供移动台校正其工作频率的信息
 b、同步信道(SCH):传输供移动台进行同步和对基站进行识别的信息;
c、广播控制信道(BCCH):传输通用信息,用于移动台测量信号强度和识别小区 标志等。
2)公共控制信道(CCCH)是一种“一点对多点”的双向控制信道,其用途是在呼 叫接续阶段,传输链路连接所需要的控制信令与信息。其中又分为:
 a、寻呼信道(PCH):传输基站寻呼移动台的信息;
b、随机接入信道(RACH):移动台申请入网时,向基站发送入网请求信息;
c、准许接入信道(AGCH):基站在呼叫接续开始时,向移动台发送分配专用控制 信道的信令。
3)专用控制信道(DCCH)是一种“点对点”的双向控制信道,其用途是在呼叫接 续阶段和在通信进行当中,在移动台和基站之间传输必需的控制信息。其中又分为
 a、独立专用控制信道(SDCCH):传输移动台和基站连接和信道分配的信令;
 b、慢速辅助控制信道(SACCH):在移动台和基站之间,周期地传输一些特定的信 息,如功率调整、帧调整和测量数据等信息;SACCH是安排在业务信道和有关的控制信 道中,以复接方式传输信息。安排在业务信道时,以SACCH/T表示,安排在控制信道时, 以SACCH/C表示,SACCH/常与SDCCH联合使用。
 C、快速辅助控制信道(FACCH):传送与SDCCH相同的信息。使用时要中断业务信 息(4帧),把FACCH插入,不过,只有在没有分配SDCCH的情况下,才使用这种控制信 道。这种控制信道的传输速率较快,每次占用4帧时间,约18.5ms。
由此可见,GSM通信系统为了传输所需的各种信令,设置了多种专门的控制信道。 这样做,除因为数字传输为设置多各逻辑信道提供了可能外,主要是为了增强系统的控 制功能(比如后面将要提到的,为提高过境切换的速度而采用移动台辅助切换技术), 也为了保证话音通信质量,在模拟蜂窝系统中,要在通话进行过程中,进行控制信息的 传输,必须中断话音信息的传输(100ms),这就是所谓的“中断一猝发”的控制方式。 信道中断100ms,会使话音产生可以听得到的喀喇声。如果这种中断过于频繁,势必明 显地降低话音质量,因此,模拟蜂窝系统必须限制在通话过程中传输控制信息的容量。 与此不同,GSM蜂窝系统采用专用控制信道传输控制信息,除去FACCH外,不在通信过 程中中断话音信息,因而能保证话音的传输质量。其中FACCH虽然也采取“中断一猝发” 控制方式,但是只在特定场合下才使用,而且占用的时间短(18.5ms),其影响明显 减小。GSM蜂窝系统还采用信息处理技术,来估计并补偿这种因为插入FACCH而被删除 的话音。


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