第7章 GSM数字蜂窝移动通信系统

本章提示  GSM数字移动通信系统是基于TDMA的数字移动通信系统。GSM系统是世界上第一个对数字调制、网络层结构和业务做了明确规定，而且技术标准透明化的蜂窝系统。如今，GSM系统已遍及全世界——“全球通”。

本章提示  GSM系统的TDMA时隙和帧结构以及逻辑信道在物理信道上的组合方法，是设计其他无线数据传输系统的很好样板。

本章提示  GSM系统是个时分多址系统，其功率发射是在严格规定的时间窗内，以突发形式不停地发射；所以接收机与发射机要保持严格地定时同步。无论移动台在小区任何位置，系统会随时调整移动台的发射定时提前量，以保证基站及手机的正确接收。

本章提示  GSM系统是一个数字蜂窝系统。为了便于系统管理，它有条件安排9种逻辑信道，如何将这么多逻辑信道映射到TDMA的物理信道上（即信道组合）是很值得学习的。

本章提示  GPRS是GSM网络向3G演进的重要一步，被称为2.5G技术。GPRS是基于GSM网无线接口所开发的分组数据传输业务；是按需分配占用信道资源，频谱利用率高。理论上数据传输速率最高可达到171.2kbit/s，适合各种突发性强的数据传输。

第7章 GSM数字蜂窝移动通信系统 7.1 GSM数字蜂窝移动通信系统概述 7.2 GSM数字蜂窝移动通信系统的无线传输方式

7.1 GSM数字蜂窝移动通信系统概述 7.1.1 概述 7.1.2 GSM系统与蜂窝结构的关系 7.1.3 GSM系统的基本特点 7.1.1 概述 7.1.2 GSM系统与蜂窝结构的关系 7.1.3 GSM系统的基本特点 7.1.4 网络结构及功能 7.1.5 接口和接口协议

7.1.1 概述 欧洲电信管理部门（CEPT）于1982年成立了一个被称为GSM（移动特别小组）的专题小组，开始制定适用于泛欧各国的一种数字移动通信系统的技术规范。

7.1.1 概述 在GSM标准中，未对硬件进行规定，只对功能和接口等进行了详细规定，便于不同公司产品的互联互通。它包括GSM900和DCS1800两个并行的系统。这两个系统功能相同，其差别只是工作频段不同。两个系统均采用TDMA接入方式。

7.1.1 概述 美国的数字蜂窝系统研制较欧洲稍晚一些。双方研制的大目标不尽相同，泛欧GSM系统是为了打破国界，实现漫游通话；美国的D-AMPS系统是为了扩大容量，实现与模拟系统兼容。D-AMPS系统即IS-54标准。另外，还有日本的PDC系统也采用TDMA多址方式。

7.1.2 GSM系统与蜂窝结构的关系 泛欧GSM数字蜂窝移动通信系统是在频分多址下的时分多址，当它工作在跳频方式时，又引入了码分多址。 数字移动通信系统也是蜂窝系统，即蜂窝区群结构和频率复用。

7.1.2 GSM系统与蜂窝结构的关系 蜂窝区群小区数的多少以及小区半径的大小，取决于数字系统保证正常通信所需载干比和本地区业务量的分布和大小。 构成区群的小区数目越少，半径越小，系统的频谱效率就越高。

7.1.2 GSM系统与蜂窝结构的关系 图7-1 TDMA蜂窝系统区群结构

7.1.3 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委员会（ETSI）制定的GSM技术规范研制成的，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。

7.1.3 GSM系统的基本特点 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系统是由几个分系统组成的，并且可与各种公用通信网（如PSTN、ISDN、PDN等）互联互通，各分系统之间或各分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系统或子系统能互联。

7.1.3 GSM系统的基本特点 ② GSM系统能提供穿过国际边界的自动漫游功能，全部GSM移动用户都可进入GSM系统而与国别无关。 ③ GSM系统除了可以开放语音业务外，还可以开放各种承载业务、补允业务和与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。

7.1.3 GSM系统的基本特点 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担能力一般都很强，保证在语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。

7.1.3 GSM系统的基本特点 ⑥ GSM系统抗干扰能力强，覆盖区域内的通信质量高。

7.1.4 网络结构及功能 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，如图7-2所示。

7.1.4 网络结构及功能 图7-2 GSM数字蜂窝通信系统的网络结构

7.1.4 网络结构及功能 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），操作维护中心（OMC）以及原籍位置寄存器（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。

1．移动台（MS） 移动台是公用GSM移动通信系统中用户使用的设备，也是用户能够直接接触的整个 GSM系统中的唯一设备。

1．移动台（MS） 根据应用与服务情况，移动台可以是单独的移动终端（MT）、手持机、车载机，或者是由移动终端（MT）直接与终端设备（TE）传真机相连接而构成，或者是由移动终端（MT）通过相关终端适配器（TA）与终端设备（TE）相连接而构成。

1．移动台（MS） 移动台另外一个重要的组成部分是用户识别模块（SIM），它基本上是一张符合ISO标准的“智慧”卡，它包含所有与用户有关的被储存在用户无线接口一边的信息，其中也包括鉴权和加密信息，使用GSM标准的移动台都需要插入SIM卡，只有当处理异常的紧急呼叫时，可以在不用SIM卡的情况下操作移动台。

2．基站子系统（BSS） 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接，负责无线发送、接收和无线资源管理。 另一方面，基站子系统与网络子系统（NSS）中的移动业务交换中心（MSC）相连，实现移动用户之间或移动用户与固定网络用户之间的通信连接，传送系统信号和用户信息等。

2．基站子系统（BSS） 基站子系统是由基站收发信台（BTS）和基站控制器（BSC）这两部分功能实体构成。

2．基站子系统（BSS） 图7-3 一种典型BSS组成方式

2．基站子系统（BSS） （1）基站收发信台（BTS）。 基站收发信台（BTS）属于基站子系统的无线部分，由基站控制器（BSC）控制，服务于某个小区的无线收发设备，完成BSC与无线信道之间的转换，实现BTS与移动台（MS）之间通过空中接口的无线传输及相关的控制功能，BTS主要分为基带单元、载频单元、控制单元三大部分。

2．基站子系统（BSS） （2）基站控制器。 基站控制器（BSC）是基站子系统（BSS）的控制部分，起着BSS的变换设备的作用，即承担各种接口及无线资源和无线参数管理的任务。

2．基站子系统（BSS） BSC主要由下列部分构成：  朝向与MSC相接的A接口或与码变换器相接的Ater接口的数字中继控制部分；  朝向与BTS相接的Abis接口或BS接口的BTS控制部分；  公共处理部分，包括与操作维护中心相接的接口控制。

3．网路子系统（NSS） 网路子系统（NSS）主要包含GSM系统的交换功能和用户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能，它对GSM移动用户之间的通信和GSM移动用户与其他通信网用户之间的通信起着管理作用。

3．网路子系统（NSS） （1）移动业务交换中心（MSC）。 （2）访问用户位置寄存器（VLR）。 （3）归属用户位置寄存器（HLR）。 （4）鉴权中心（AUC）。 （5）移动用户识别寄存器（EIR）。

7.1.5 接口和接口协议 GSM系统的公用陆地移动通信网的信令系统是以7号信令网络为基础的。 1．主要接口 7.1.5 接口和接口协议 GSM系统的公用陆地移动通信网的信令系统是以7号信令网络为基础的。 1．主要接口 GSM系统的主要接口是指A接口、Abis接口和Um接口。

1．主要接口 图7-4 GSM系统的主要接口

1．主要接口 （1）A接口。 （2）Abis接口。 （3）Um接口（空中接口）。

2．网络子系统内部接口 网络子系统由移动业务交换中心（MSC）、访问用户位置寄存器（VLR）、归属用户位置寄存器（HLR）等功能实体组成。

2．网络子系统内部接口 图7-5 网络子系统内部接口示意图

2．网络子系统内部接口 （1）D接口。 （2）B接口。 （3）C接口。 （4）E接口。 （5）F接口。 （6）G接口。

3．GSM系统与其他公用电信网的接口 其他公用电信网主要是指公用电话网（PSTN）、综合业务数字网（ISDN）、分组交换公用数据网（PSPDN）和电路交换公用数据网（CSPDN）。 GSM系统通过MSC与这些公用电信网互连，其接口必须满足原CCITT的有关接口和信令标准及各个国家邮电运营部门制定的与这些电信网有关的接口和信令标准。

4．各接口协议 图7-6 GSM系统主要接口的协议分层示意图

7.2 GSM数字蜂窝移动通信系统的无线传输方式 7.2.1 TDMA/FDMA接入方式 7.2.2 信道及其组合 7.2.3 时隙的格式 7.2.4 信道的组合方式

7.2.1 TDMA/FDMA接入方式 1．时隙 GSM蜂窝系统采用时分多址、频分多址和频分双工（TDMA/FDMA/FDD）制式。 在25MHz的频段中共分125个频道，频道间隔200kHz。每载波含8个（以后可扩展为16个）时隙，时隙宽为0.577ms。 8个时隙构成一个TDMA帧，帧长为4.615ms，如图7-7所示。

1．时隙 对双工载波各用一个时隙构成一个双向物理信道，这种物理信道共有125 × 8 = 1000个，根据需要分配给不同的用户使用。 对双工载波各用一个时隙构成一个双向物理信道，这种物理信道共有125 × 8 = 1000个，根据需要分配给不同的用户使用。 移动台在特定的频率上和特定的时隙内，以猝发方式向基站传输信息，基站在相应的频率上和相应的时隙内，以时分复用的方式向各个移动台传输信息。

1．时隙 图7-7 TDMA/FDMA接入方式

2．频率与频道序号 GSM系统工作在以下射频频段： 上行（移动台发、基站收）为890MHz～915MHz 移动台采用较低频段发射，传播损耗较低，有利于补偿上、下行功率不平衡的问题。

2．频率与频道序号 由于载频间隔是0.2MHz，因此GSM系统整个工作频段分为124对载频。其频道序号用n表示，则上、下两频段中序号为n的载频可用下式计算： 下频段 fl (n) = (890 + 0.2n)MHz 上频段 fh (n) = (935 + 0.2n)MHz

3．调制方式 GSM的调制方式是高斯型最小移频键控（GMSK）方式，矩形脉冲在调制器之前先通过一个高斯滤波器。

4．载频复用与区群结构 GSM系统中，基站发射功率为每载波500W，每时隙平均为500/8=62.5W。 移动台发射功率分为0.8W、2W、5W、8W和20W五种，可供用户选择。

4．载频复用与区群结构 小区覆盖半径最大为35km，最小为500m。前者适用于农村地区，后者适用于市区。 由于系统采取了多种抗干扰措施，如自适应均衡、跳频和纠错编码等，同频道射频防护比可降到C/I = 9dB，因此在业务密集区，可采用3小区9扇区的区群结构。

7.2.2 信道及其组合 1．帧结构 图7-8给出了GSM系统各种帧及时隙的格式。

1．帧结构 图7-8 GSM系统各种帧及时隙的格式

1．帧结构 图7-9 上行帧号和下行帧号所对应的时间关系

2．信道分类 图7-10 GSM系统的信道分类

2．信道分类 （1）业务信道。 ① 语音业务信道。 ② 数据业务信道。

2．信道分类 （2）控制信道。 ① 广播信道（BCH）。 ② 公用控制信道（CCCH）。 ③ 专用控制信道（DCCH）。 独立专用控制信道（SDCCH） 慢速辅助控制信道（SACCH） 快速辅助控制信道（FACCH）

7.2.3 时隙的格式 在GSM系统中，每帧含8个时隙，时隙的宽度为0.577ms，其中包含156.25bit。 7.2.3 时隙的格式 在GSM系统中，每帧含8个时隙，时隙的宽度为0.577ms，其中包含156.25bit。 TDMA信道上一个时隙中的信息格式称为突发脉冲序列。

1．常规突发（Normal Burst，NB）脉冲序列 常规突发脉冲序列也称普通突发脉冲序列，用于业务信道及专用控制信道，其组成格式如图7-11所示。

1．常规突发（Normal Burst，NB）脉冲序列 图7-11 常规、频率校正、同步突发脉冲序列的格式

1．常规突发（Normal Burst，NB）脉冲序列 图7-12 GSM训练序列的自相关函数

1．常规突发（Normal Burst，NB）脉冲序列 图7-13 常规突发序列的振幅图

2．频率校正突发（Frequency Correction Burst，FCB）脉冲序列 频率校正突发脉冲序列用于校正移动台的载波频率，其格式比较简单，如图7-11所示。

3．同步突发（Synchronization Burst，SB）脉冲序列 同步突发脉冲序列用于移动台的时间同步，其格式如图7-11所示，主要组成包括64bit的同步信号（扩展的训练序列）以及两段各39bit的数据，用于传输TDMA帧号和基站识别。

4．接入突发（Access Burst，AB）脉冲序列 接入突发脉冲序列用于上行传输方向，在随机接入信道（RACH）上传送，用于移动用户向基站提出入网申请。 接入突发脉冲序列的格式如图7-14所示。

4．接入突发（Access Burst，AB）脉冲序列 图7-14 接入突发脉冲序列的格式

4．接入突发（Access Burst，AB）脉冲序列 图7-15 接入突发脉冲序列的振幅图和时间限制框

4．接入突发（Access Burst，AB）脉冲序列 图7-16 接入序列突发的时延

4．接入突发（Access Burst，AB）脉冲序列 除了上述四种格式之外，还有一种不发送实际信息的时隙格式，称为“虚设时隙”格式，用于填空，其结构和NB格式相同，但只发送固定的比特序列。

7.2.4 信道的组合方式 逻辑信道组合是以帧为基础的，“组合”是将各种逻辑信道装载到物理信道上去。 逻辑信道与物理信道之间存在着映射关系。 7.2.4 信道的组合方式 逻辑信道组合是以帧为基础的，“组合”是将各种逻辑信道装载到物理信道上去。 逻辑信道与物理信道之间存在着映射关系。 信道的组合形式与通信系统在不同阶段（接续或通话）所需要完成的功能有关，也与传输的方向（上行或下行）有关，还与业务量有关。

1．业务信道的组合方式 业务信道有全速率和半速率之分，下面只考虑全速率情况。 业务信道的复帧含26个 TDMA帧，其组成的格式和物理信道（一个时隙）的映射关系如图7-17所示。

1．业务信道的组合方式 图7-17 业务信道的组成格式

2．控制信道的组合方式 控制信道的复帧含51帧，其组合方式类型较多，而且上行传输和下行传输的组合方式也是不相同的。 （1）BCH和CCCH在TS0上的复用。 （2）SDCCH和SACCH在TS1上的复用。 （3）公用控制信道和专用控制信道均在TS0上复用。

2．控制信道的组合方式 图7-18 BCH和CCCH在TS0上的复用

2．控制信道的组合方式 图7-19 TS0上RACH的复用

图7-20 SDCCH和SACCH（下行）在TS1上的复用 2．控制信道的组合方式 图7-20 SDCCH和SACCH（下行）在TS1上的复用

2．控制信道的组合方式 图7-21 TS0上控制信道综合复用

7.3 GSM数字蜂窝移动通信系统主要技术 7.3.1 话音和信道编码技术 7.3.2 跳频和间断传输技术 7.3.3 调制与解调技术 7.3.1 话音和信道编码技术 7.3.2 跳频和间断传输技术 7.3.3 调制与解调技术 7.3.4 鉴权与加密技术 7.3.5 位置登记 7.3.6 GSM系统的区域与号码 7.3.7 主要业务

7.3.1 话音和信道编码技术 数字化话音信号在无线传输时主要面临三个问题： 一是选择低速率的编码方式，以适应有限带宽的要求； 7.3.1 话音和信道编码技术 数字化话音信号在无线传输时主要面临三个问题： 一是选择低速率的编码方式，以适应有限带宽的要求； 二是选择有效的方法减少误码率，即信道编码问题； 三是选用有效的调制方法，减小杂波辐射，降低干扰。下面着重讨论GSM系统中话音编码和信道编码中的主要特点。

图7-22 GSM系统的话音编码和信道编码的组成方框图 7.3.1 话音和信道编码技术 图7-22 GSM系统的话音编码和信道编码的组成方框图

7.3.1 话音和信道编码技术 图7-23 GSM系统的编码流程

7.3.1 话音和信道编码技术 图7-24 GSM系统的交织方式

7.3.2 跳频和间断传输技术 1．跳频 跳频是指载波频率在很宽频率范围内按某种图案（序列）进行跳变。

1．跳频 图7-25 GSM系统的跳频示意图

1．跳频 跳频系统的抗干扰原理与直接序列扩频系统是不同的。 直接序列扩频是靠频谱的扩展和解扩处理来提高抗干扰能力的，而跳频是靠躲避干扰来获得抗干扰能力的。 抗干扰性能用处理增益GP表征，GP的表达式为

2．间断传输 为了提高频谱利用率，GSM系统还采用了话音激活技术。 这个被称为间断传输（DTx）技术的基本原则是只在有话音时才打开发射机，这样可以减小干扰，提高系统容量。采用DTx技术，对移动台来说更有意义，因为在无信息传输时即关闭发射机，可以减少电源消耗。

7.3.3 调制与解调技术 1．调制技术 调制器接收来自加密单元的比特流，并产生射频信号。 7.3.3 调制与解调技术 1．调制技术 调制器接收来自加密单元的比特流，并产生射频信号。 调制方式为高斯滤波最小移频键控（GMSK），其归一化带宽BT = 0.3。 调制速率是= kbit/s，即近似为270.833kbit/s。

1．调制技术 GMSK调制是下述两者之间的折中选择：相当高的无线频谱效率（1bit/Hz数量级）和合理的解调复杂性。

1．调制技术 图7-26 GSMK调制频谱

2．解调技术 解调器对所收的失真信号，必须做调制数据序列估计。 为使解调器完成此项工作，在每个突发脉冲序列中都含有一个接收机能识别的预定序列，如训练序列，以便接收机能估计出传播引起的信号失真。

2．解调技术 现有的解调算法很多，GSM规范也没有规定必须采用哪一种算法，但对信道译码纠错以后所测的总性能是有要求的。

2．解调技术 这种情况下的字符干扰与调制本身引入的字符间干扰相比较，是有惊人的增加。简单的解调技术克服不了这样严重的字符间干扰，所以采用均衡是必不可少的。

7.3.4 鉴权与加密技术 由于空中接口极易受到侵犯，GSM系统为了保证通信安全，采取了特别的鉴权与加密措施。 7.3.4 鉴权与加密技术 由于空中接口极易受到侵犯，GSM系统为了保证通信安全，采取了特别的鉴权与加密措施。 鉴权是为了确认移动台的合法性，而加密是为了防止第三者窃听。

7.3.4 鉴权与加密技术 鉴权中心（AUC）为鉴权与加密提供了三参数组，即RAND、SRES和Kc，在用户入网签约时，用户鉴权键Ki连同IMSI一起分配给用户，每一个用户均有唯一的Ki和IMSI，它们存储于AUC数据库租SIM用户识别卡中。

7.3.4 鉴权与加密技术 图7-27 AUC产生三个参数组

7.3.4 鉴权与加密技术 首先，产生一个随机数（RAND）。 7.3.4 鉴权与加密技术 首先，产生一个随机数（RAND）。 再通过密钥算法（A8）和鉴权算法（A3），用RAND和Ki分别计算出密钥（Kc）和符号响应（SRES）。 最后，RAND、SRES和Kc作为一个三参数组一起送给HLR。

1．鉴权 无论是移动台主呼或被呼，都有鉴权过程，鉴权程序如图7-28所示。 鉴权过程主要涉及AUC、HLR、MSC/VLR和MS，它们均各自存储着用户有关的信息或参数。

1．鉴权 当MS发出入网请求时，MSC/VLR就向MS发送RAND，MS使用该RAND以及与 AUC内相同的鉴权键K i和鉴权算法A3，计算出符号响应SRES，然后把SRES回送给 MSC/VLR，验证其合法性。

2．加密 GSM系统为确保用户信息（语音或非语音业务）以及与用户有关信令信息的私密性，在BTS与MS之间交换信息时专门采用了一个加密程序，如图7-29所示。

2．加密 图7-28 鉴权程序

2．加密 图7-29 加密程序

3．设备识别 每一个移动台设备均有一个唯一的移动台设备识别码（IMEI）。 EIR中使用如下三种设备清单： 白名单——合法的移动设备识别号； 黑名单——禁止使用的移动设备识别号； 灰名单——是否允许使用由运营者决定，例如有故障的或未经型号认证的移动设备识别号。

3．设备识别 图7-30 设备识别程序

4．用户识别码（IMSI）保密 为了防止非法监听进而盗用IMSI，在无线链路上需要传送IMSI时，均用临时移动用户识别码（TMSI）代替IMSI。 仅在位置更新失败或MS得不到TMSI时，才使用IMSI。 MS每次向系统请求一种程序，如位置更新、呼叫尝试等，MSC/VLR将给MS分配一个新的TMSI。

4．用户识别码（IMSI）保密 图7-31 位置更新时产生新的TMSI程序

7.3.5 位置登记 位置登记（或称注册）是通信网为了跟踪移动台的位置变化，而对其位置信息进行登记、删除和更新的过程。 7.3.5 位置登记 位置登记（或称注册）是通信网为了跟踪移动台的位置变化，而对其位置信息进行登记、删除和更新的过程。 位置信息存储在原籍位置寄存器（HLR）和访问位置寄存器（VLR）中。 GSM蜂窝通信系统把整个网络的覆盖区域划分为许多位置区，并以不同的位置区标志进行区别，如图7-32中的LA1，LA2，LA3，…

7.3.5 位置登记 当一个移动用户首次入网时，它必须通过移动交换中心（MSC），在相应的位置寄存器（HLR）中登记注册，把其有关的参数（如移动用户识别码、移动台编号及业务类型等）全部存放在这个位置寄存器中，于是网络就把这个位置寄存器称为原籍位置寄存器。

7.3.5 位置登记 图7-32 位置区划分的示意图

7.3.5 位置登记 移动台的不断运动将导致其位置的不断变化。 这种变动的位置信息由另一种位置寄存器，即访问位置寄存器（VLR）进行登记。

7.3.5 位置登记 位置区的标志在广播控制信道（BCCH）中播送，移动台开机后，就可以搜索此BCCH，从中提取所在位置区的标志。。 7.3.5 位置登记 位置区的标志在广播控制信道（BCCH）中播送，移动台开机后，就可以搜索此BCCH，从中提取所在位置区的标志。。 当移动台进入某个访问区需要进行位置登记时，它就向该区的MSC发出“位置登记请求（LR）”。

7.3.5 位置登记 如果MS是利用“临时用户识别码（TMSI）”（由（VLR）0分配的）发起“位置登记请求”的（VLR）n收到后，必须先向（VLR）0询问该用户的IMSI，如询问操作成功，（VLR）n再给该MS分配一个新的TMSI，接下去的过程与上面一样。 如果MS因故未收到“确认”信息，则此次申请失败，可以重复发送三次申请，每次间隔至少是10s。

7.3.5 位置登记 移动台可能处于激活（开机）状态，也可能处于非激活（关机）状态。移动台转入非激活状态时，要在有关的VLR和HLR中设置特定的标志，使网络拒绝向该用户呼叫，以免在无线链路上发送无效的寻呼信号，这种功能称为“IMSI分离”。当移动台由非激活状态转为激活状态时，移动台取消上述分离标志，恢复正常工作，这种功能称为“IMSI附着”。两者统称为“IMSI分离／附着”。

7.3.5 位置登记 网络通过BCCH通知MS其周期性登记的时间周期。周期性登记程序中有证实消息，MS只有接收到此消息后才停止发送登记消息。

7.3.6 GSM系统的区域与号码 1．区域定义 GSM系统属于小区制大容量移动通信网。 在它的服务区间，设置很多基站，移动通信网在此服务区内，具有控制、交换功能，以实现位置更新、呼叫接续、过区切换及漫游服务等功能。 在由GSM系统组成的移动通信网络结构中，其相应的区域定义如图7-33所示。

1．区域定义 图7-33 GSM系统的区域定义

1．区域定义 （1）GSM服务区。 （2）公用陆地移动通信网（PLMN）。 （3）MSC区。 （4）位置区。 （5）基站区。 （6）扇区。

2．号码与识别 （1）移动用户识别码。 （2）临时移动用户识别码。 （3）国际移动设备识别码。 （4）移动台的号码。 ① 移动台国际ISDN号码（MSISDN）。 ② 移动台漫游号码（MSRN）。

2．号码与识别 图7-34 国际移动用户识别码（IMSI）的格式

2．号码与识别 图7-35 国际移动设备识别码（IMEI）的格式

2．号码与识别 图7-36 移动台国际ISDN号码格式

2．号码与识别 （5）位置区和基站的识别码 ① 位置区识别码（LAI）。 ② 位置区码（LAC）。 ③ 基相识别色码（BSIC）。

2．号码与识别 图7-37 位置区识别码（LAI）的格式

2．号码与识别 图7-38 基站识别色码（BSIC）的格式

7.3.7 主要业务 GSM系统定义的所有业务是建立在综合业务数字网（ISDN）概念基础上的，并考虑移动特点做了必要修改。 7.3.7 主要业务 GSM系统定义的所有业务是建立在综合业务数字网（ISDN）概念基础上的，并考虑移动特点做了必要修改。 GSM系统可提供的业务分为基本通信业务和补充业务。 补充业务只是对基本通信业务的扩充，它不能单独向用户提供。

1．通信业务分类

2．业务定义 （1）电话业务。 （2）紧急呼叫业务。 （3）短消息业务。 （4）可视图文接入。 （5）智能用户电报传送。 （6）传真。

7.4 GSM数字蜂窝移动通信系统向3G系统的过渡 *7.4.2 GPRS

7.4.1 GSM 2.5G 数据高速传送技术 1．通用分组无线业务（GPRS） GPRS是GSM无线信道中产生附加虚拟时隙的技术。 GPRS是一个能在GSM上实现IP能力的技术。 运用GPRS能有效地处理大量通信负载，提供远程监控、多媒体信息等业务。

2．高速电路交换数据（HSCSD） 通常情况下，一个用户占用一路时隙，而HSCSD能使一个用户占用多路时隙，以此直接提升数据传送速率。如果一个用户占用4路时隙，那么其传送速率将达到57.6kbit/s。 HSCSD将由GPRS产生的虚拟时隙分配给需要高速数据传送的用户，即能分配给用户8路实时隙和2路虚时隙。

3．GSM增强数据库改进（EDGE） EDGE这种新技术能将每路时隙的传送速率提高至64kbit/s。

*7.4.2 GPRS 1．GPRS的功能 GPRS是通用分组无线业务（General Packet Radio Service）的简称.

1．GPRS的功能 GPRS系统以分组交换技术为基础，采用IP数据网络协议，使现有GSM网的数据业务突破了最高速率为9.6kbit/s的限制，最高数据速率可以达到170kbit/s，用户通过GPRS可以在移动状态下使用各种高速率数据业务，包括收发电子邮件、Internet浏览等IP业务功能。

1．GPRS的功能 GPRS系统与现有的GSM语音系统最根本的区别是：GPRS是一种分组交换系统，而原有的GSM系统是一种电路交换系统。

2．GPRS的特征 GPRS具有以下一些特征。 ① 在广域网中能实现低成本的数据通信方式，而且用户总是在线，不用拨号上网。 ② 从信息技术角度上，GPRS与IP类似，通过网络管理有效使用网络资源。 ③ 当GPRS业务转换成IP时，能够通过新的全球网络传输，而且电话可以采用本地双向工作呼叫方式。

2．GPRS的特征 ④ 采用GPRS技术可以极其有效地利用现有频谱进行传送。 ⑤ 在一般的学校和家庭提供无线LAN的通信能力。 ⑥ 用户进行站到端的分组交换。 ⑦ GPRS + IP等于Internet和Intranet。 ⑧ GPRS是一种完全成熟的信息传输技术。

2．GPRS的特征 ⑨ 第三代移动通信系统将与GPRS后向兼容，所以GPRS的投资效益在未来的发展中可以得到保障。GPRS特别适合于间断性的、突发性的或者频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。

3．GPRS的业务 （1）承载业务 ① 点到点（PTP）业务。 ② 点到多点（PTM）业务。 （2）用户终端业务 （3）附加业务

4．GPRS的网络结构 GPRS网络是基于现有的GSM网络来实现的。 在现有的GSM网络中需要增加一些节点，如网关GPRS支持节点（Gateway GPRS Supporting Node，GGSN）和服务GPRS支持节点（Servicing GSM Supporting Node，SGSN）。GPRS网络参考模型如图7-39所示。

4．GPRS的网络结构 图7-39 GPRS网络参考模型

4．GPRS的网络结构 GSN是GPRS网络中最重要的网络节点。

4．GPRS的网络结构 GSN可以是一种类似于路由器的独立设备，也可以与GSM中的MSC集成在一起。 GSN有两种类型：一种为服务GSN（Servicing GSN，SGSN），另一种为网关GSN（Gateway GSN，GGSN）。

4．GPRS的网络结构 SGSN主要负责移动性管理，监测本地区内的移动台对于分组数据的传输与接收。此外，它还定位和识别移动台的状态并收集关键的呼叫信息，对于运营商的计费，这是一个至关重要的功能。SGSN还控制移动寻呼和短信息业务（SMS）及GSM电话交换业务的加密、压缩与交互。

4．GPRS的网络结构 GGSN是GSM网络与公共数据之间的网关，它能够利用各种物理和隧道协议上的IP，直接与互联网连接。GGSN还可以用做防火墙，把GSM网中的GPRS分组数据包进行协议转换，既把这些分组数据包传送到远端的TCP/IP或X.25网络，又保证所有的输入和输出数据都是经过授权的，增加了网络的安全性。

4．GPRS的网络结构 除此之外，GPRS网络结构还引入了下列新的网络接口。 （1）Gb：BSS和SGSN之间的接口 （2）Gn：SGSN和GGSN之间的接口 （3）Gs：SGSN和MSC/VLR之间的接口

4．GPRS的网络结构 （4）Gr：SGSN和HLR之间的接口 （5）Gi：GGSN与外部数据网之间的接口 （6）GD：不同的GSM网络（不同的PLNM）通过GD接口相联。

5．GPRS协议模型 图7-40 GPRS分层协议模型

5．GPRS协议模型 （1）物理层 （2）MAC层 （3）LLC层 （4）SNDC层 （5）网络层

6．GPRS空中接口的信道构成 GPRS空中接口的信道由分组数据业务信道、分组寻呼信道、分组随机接入信道、分组接入应答信道、分组随路控制应答信道构成。

6．GPRS空中接口的信道构成 （1）分组数据业务信道 （2）分组寻呼信道 （3）分组随机接入信道 （4）分组接入应答信道 （5）分组随路控制应答信道

6．GPRS空中接口的信道构成 图7-41 移动台发送数据时的信道使用过程

6．GPRS空中接口的信道构成 图7-42 移动台接收数据时的信道使用过程