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關(guān)于移動基站的問題

中國移動的基站采用小區(qū)制,覆蓋范圍幾KM;而聯(lián)通采用大區(qū)制,可以覆蓋幾十KM;輻射的頻率大小和能量決定覆蓋范圍。
也從另一角度來看,由能量守恒的角度來分析:手機輻射大的其基站輻射小(GSM),反之手機輻射小的其基站輻射大(CDMA)
一般分為以下幾個系統(tǒng):傳輸系統(tǒng),包括SDH設(shè)備,光纜,電纜等等;動力系統(tǒng),蓄電池,市電等等;動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng);天饋系統(tǒng);BTS主設(shè)備;以及其他輔助設(shè)備,如空調(diào),防盜門等等
GSM900和DCS1800就是我們平常講的雙頻網(wǎng)絡(luò),它們都是GSM標(biāo)準(zhǔn)。兩個系統(tǒng) 功能相同,主要是頻率不同,GSM900工作在900MHZ,DCS1800工作在1800MHZ。我國最早使用 的是GSM900,隨著通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和用戶數(shù)量的迅速發(fā)展,原有的GSM900網(wǎng)絡(luò)頻率變得日益緊 張,為更好地滿足用戶增長的需求,我國近期引入了DCS1800,并采用以GSM900網(wǎng)絡(luò)為依托, DCS1800網(wǎng)絡(luò)為補充的組網(wǎng)方式,構(gòu)成GSM900/DCS1800雙頻網(wǎng),以緩和高話務(wù)密集區(qū)無線信 道日趨緊張的狀況。只要用戶使用的是雙頻手機,就可在GSM900/DCS1800兩者之間自由切 換,自動選擇最佳信道進行通話,即使在通話中手機也可在兩個網(wǎng)絡(luò)之間自動切換而用戶毫 無察覺,而且手機選擇了最佳信道,接通率得到了提高。為適應(yīng)這個趨勢,進一步搶占市場 份額,諾基亞、摩托羅拉、愛立信等世界著名移動電話設(shè)備生產(chǎn)廠商競相開發(fā)并推出多頻段 手機。
(一)GSM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

GSM的歷史可以追溯到1982年,當(dāng)時,北歐四國向CEPT(Conference Europe of Post and Telecommunications)提交了一份建議書,要求制定900MHZ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)。同年,成立了移動通信特別小組(GSM-Group Special Mobile)。在1982年~1985年期間,討論焦點是制定模擬蜂窩網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)還是制定數(shù)字蜂窩網(wǎng) 標(biāo)準(zhǔn)問題,直到1986年決定為制定數(shù)字蜂窩網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。1986年,在巴黎對不同公司、不同 方案的系統(tǒng)(8個)進行了比較,包括現(xiàn)場試驗。1987年5月選定窄帶TDMA方案。與此同 時,18個國家簽署了諒解備忘錄,相互達(dá)成履行規(guī)范的協(xié)議。1988年頒布了GSM標(biāo)準(zhǔn), 也稱泛歐數(shù)字蜂窩通信標(biāo)準(zhǔn)。在現(xiàn)階段,GSM包括兩個并行的系統(tǒng):GSM900和DCS1800, 這兩個系統(tǒng)功能相同,主要是頻率不同。在GSM建議中,未對硬件作出規(guī)定,只對功能 和接口制定了詳細(xì)規(guī)定,這樣便于不同產(chǎn)品可以互通。GSM建議共有12個系統(tǒng)。

1.GSM系統(tǒng)的主要組成

GSM數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)的主要組成部分可分為移動臺、基站子系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)。 基站子系統(tǒng)(簡稱基站BS)由基站收發(fā)臺(BTS)和基站控制器(BSC)組成;網(wǎng)絡(luò)子系 統(tǒng)由移動交換中心(MSC)和操作維護中心(OMC)以及原地位置寄存器(HLR)、訪問 位置寄存器(VLR)、鑒權(quán)中心(AUC)和設(shè)備標(biāo)志寄存器(EIR)等組成。

*移動臺(MS)即便攜臺(手機)或車載臺。也可以配有終端設(shè)備(TE)或終端 適配器(TA)。

移動臺是物理設(shè)備,它還必須包含用戶識別模塊(SIM),SIM卡和硬件設(shè)備一起組 成移動臺。沒有SIM卡,MS是不能接入GSM網(wǎng)絡(luò)的(緊急業(yè)務(wù)除外)。

*基站收發(fā)臺(BTS)包括無線傳輸所需要的各種硬件和軟件,如發(fā)射機、接收機、 支持各種上小區(qū)結(jié)構(gòu)(如全向、扇形、星狀和鏈狀)所需要的天線,連接基站控制器的接口 電路以及收發(fā)臺本身所需要的檢測和控制裝置等。

*基站控制器(BSC)是基站收發(fā)臺和移動交換中心之間的連接點,也為基站收發(fā)臺 和操作維修中心之間交換信息提供接口。一個基站控制器通常控制幾個基站收發(fā)臺,其 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,并為本控制區(qū)內(nèi)移 動臺的過區(qū)切換進行控制等。

*移動交換中心(MSC)是蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)的核心,其主要功能是對位于本MSC控制 區(qū)域內(nèi)的移動用戶進行通信控制和管理。例如:

1)信道的管理和分配;

2)呼叫的處理和控制;

3)過區(qū)切換和漫游的控制;

4)用戶位置信息的登記與管理;

5)用戶號碼和移動設(shè)備號碼的登記和管理;

6)服務(wù)類型的控制;

7)對用戶實施鑒權(quán);

8)為系統(tǒng)中連接別的MSC及為其它公用通信網(wǎng)絡(luò),如公用交換電信網(wǎng)(PSTN)、綜合 業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN)和公用數(shù)據(jù)網(wǎng)(PDN)提供鏈路接口,保證用戶在轉(zhuǎn)移或漫游的 過程中實現(xiàn)無間隙的服務(wù)。

由此可見,MSC的功能與固定網(wǎng)絡(luò)的交換設(shè)備有相似之處(如呼叫的接續(xù)和信息 的交換),也有特殊的要求(如無線資源的管理和適應(yīng)用戶移動性的控制)。

*原地位置寄存器(HLR)是一種用來存儲本地用戶位置信息的數(shù)據(jù)庫。在蜂窩通 信網(wǎng)中,通常設(shè)置若干個HLR,每個用戶都必須在某個HLR(相當(dāng)于該用戶的原籍)中登 記。登記的內(nèi)容分為兩類:一種是永久性的參數(shù),如用戶號碼、移動設(shè)備號碼、接入的 優(yōu)先等級、預(yù)定的業(yè)務(wù)類型以及保密參數(shù)等;另一種是暫時性的需要隨時更新的參數(shù), 即用戶當(dāng)前所處位置的有關(guān)參數(shù),即使用戶漫游到HLR所服務(wù)的區(qū)域外,HLR也要登記由 該區(qū)傳送來的位置信息。這樣做的目的是保證當(dāng)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原地位置寄存器獲知它當(dāng)時處于哪一個地區(qū),進而建立起 通信鏈路。

*訪問位置寄存(VLR)是一種用于存儲來訪用戶位置信息的數(shù)據(jù)庫。一個VLR通 常為一個MSC控制區(qū)服務(wù),也可為幾個相鄰MSC控制區(qū)服務(wù)。當(dāng)移動用戶漫游到新的MSC 控制區(qū)時,它必須向該地區(qū)的VLR申請登記。VLR要從該用戶的HLR查詢有關(guān)的參數(shù),要 給該用戶分配一個新的漫游號碼(MSRN),并通知其HLR修改該用戶的位置信息,準(zhǔn)備 為其它用戶呼叫此移動用戶時提供路由信息。如果移動用戶由一個VLR服務(wù)區(qū)移動到另 一個VLR服務(wù)區(qū)時,HLR在修改該用戶的位置信息后,還要通知原來的VLR,刪除此移動 用戶的位置信息。

*鑒權(quán)中心(AUC)的作用是可靠地識別用戶的身份,只允許有權(quán)用戶接入網(wǎng)絡(luò)并 獲得服務(wù)。

*設(shè)備標(biāo)志寄存器(EIR)是存儲移動臺設(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,并拒絕非移動臺入網(wǎng)。

*操作和維護中心(OMC)的任務(wù)是對全網(wǎng)進行監(jiān)控和操作,例如系統(tǒng)的自檢、報 警與備用設(shè)備的激活、系統(tǒng)的故障診斷與處理、話務(wù)量的統(tǒng)計和計費數(shù)據(jù)的記錄與傳 遞,以及各種資料的收集、分析與顯示等。

以上概括地介紹了數(shù)字蜂窩系統(tǒng)中各個部分的主要功能。在實際的通信網(wǎng)絡(luò)中, 由于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不同,營運環(huán)境的不同和設(shè)備生產(chǎn)廠家的不同,以上各個部分可以有 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 過,為了各個廠家所生產(chǎn)的設(shè)備可以通用,上述各組成部分的連接都必須嚴(yán)格地符合 規(guī)定的接口標(biāo)準(zhǔn)。GSM系統(tǒng)遵循CCITT建議的公用陸地移動通信網(wǎng)(PLMN)接口標(biāo)準(zhǔn), 采用7號信令支持PLMN接口進行所需的數(shù)據(jù)傳輸。共分:

1)移動臺與基站之間的接口(Um);

2)基站與移動交換中心之間的接口(A);

3)基站收發(fā)臺與基站控制器之間的接口(ABis)(基站收發(fā)臺與基站控制器不配置在一 起時,使用此接口);

4)移動交換中心與訪問位置寄存器之間的接口(B);

5)移動交換中心與原地位置寄存器之間的接口(C);

6)原地位置寄存器與訪問位置寄存器之間的接口(D);

7)移動交換中心之間的接口(E);

8)移動交換中心與設(shè)備標(biāo)志寄存器之間的接口(F);

9)訪問位置寄存器之間的接口(G)

。 有關(guān)接口標(biāo)準(zhǔn)的詳細(xì)規(guī)定可查閱GSM標(biāo)準(zhǔn),這里不作介紹。

2.GSM的區(qū)域、號碼、地址與識別

1)區(qū)域劃分 從地理位置范圍來看,GSM系統(tǒng)分為GSM服務(wù)區(qū),公用陸地移動網(wǎng)(PLMN)業(yè)務(wù)區(qū)、移動 交換控制區(qū)(MSC區(qū))、位置區(qū)(LA)、基站區(qū)和小區(qū)。

*GSM服務(wù)區(qū) 由聯(lián)網(wǎng)的GSM全部成員國組成,移動用戶只要在服務(wù)區(qū)內(nèi),就能得到系統(tǒng)的各種服 務(wù),包括完成國際漫游。

*PLMN業(yè)務(wù)區(qū)

由GSM系統(tǒng)構(gòu)成的公用陸地移動網(wǎng)(GSM/PLMN)處于國際或國內(nèi)匯接交換機的級別 上,該區(qū)域為PLMN業(yè)務(wù)區(qū),它可以與公用交換電信網(wǎng)(PSTN)、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN) 和公用數(shù)據(jù)網(wǎng)(PDNN)互連,在該區(qū)域內(nèi),有共同的編號方法及路由規(guī)劃。一個PLMN 業(yè)務(wù)區(qū)包括多個MSC業(yè)務(wù)區(qū),甚至可擴展全國。

*MSC業(yè)務(wù)區(qū)

在該區(qū)域內(nèi),有共同的編號方法及路由規(guī)劃。由一個移動交換中心控制區(qū)域稱為 MSC業(yè)務(wù)區(qū)。一個MSC區(qū)可以由一個或多個位置區(qū)組成。

*位置區(qū)

每一個MSC業(yè)務(wù)區(qū)分成若干位置區(qū)(LA),位置區(qū)由若干基站區(qū)組成,它與一個或 若干個基站控制器(BSC)有關(guān)。在位置區(qū)內(nèi)移動臺移動時,不需要作位置更新。當(dāng)尋 呼移動用戶時,位置區(qū)內(nèi)全部基站可以同時發(fā)尋呼信號。系統(tǒng)中,位置區(qū)域以位置區(qū) 識別碼(LAI)來區(qū)分MSC業(yè)務(wù)區(qū)的不同位置區(qū)。

*基站區(qū)

一般指一個基站控制器所控制若干個小區(qū)的區(qū)域稱為基站區(qū)。

*小區(qū)

小區(qū)也叫蜂窩區(qū),理想形狀是正六邊形,一個小區(qū)包含一個基站,每個基站包含 若干套收,發(fā)信機,其有效覆蓋范圍決定于發(fā)射功率、天線高度等因素,一般為幾公 里。基站可位于正六邊形中心,采用全向天線,稱為中心激勵;也可位于正六邊形頂 點(相隔設(shè)置),采用120度或60度定向天線,稱為頂點激勵。

若小區(qū)內(nèi)業(yè)務(wù)量激增時,小區(qū)可以縮小(一分為四),新的小區(qū)俗稱“小小區(qū)”, 在蜂窩網(wǎng)中稱為小區(qū)分裂。

2)識別號碼

GSM網(wǎng)絡(luò)是十分復(fù)雜的,它包括交換系統(tǒng),基站子系統(tǒng)和移動臺。移動用戶可以 與市話網(wǎng)用戶、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)用戶和其它移動用戶進行接續(xù)呼叫,因此必須具有多 種識別號碼。

1>國際移動用戶識別碼(IMSI)

國際移動用戶識別碼是用于識別GSM/PLMN網(wǎng)中用戶,簡稱用戶識別碼,根據(jù)GSM 建議,IMSI最大長度為15位十進制數(shù)字。

MCC MNC MSIN/NMSI

3位數(shù)字 1或者2位數(shù)字 10-11位數(shù)字

MCC-移動國家碼,3位數(shù)字。如中國的MCC為460。

MNC-移動網(wǎng)號,最多2位數(shù)字。用于識別歸屬的移動通信網(wǎng)(PLMN)。

MSIN-移動用戶識別碼。用于識別移動通信網(wǎng)中的移動用戶。

NMSI-國內(nèi)移動用戶識別碼。由移動網(wǎng)號和移動用戶識別碼組成。

2>臨時用戶識別碼(TMSI)

為安全起見,在空中傳送用戶識別碼時用TMSI來代替IMSI,因為TMSI只在本地有效(即 在該MSC/VLR區(qū)域內(nèi)),其組成結(jié)構(gòu)由管理部門選擇,但總長不超過4個字節(jié)。

3>國際移動設(shè)備識別碼(IMEI)

IMEI是唯一的,用于識別移動設(shè)備的號碼。用于監(jiān)控被竊或無效的這一類移動設(shè)備,

TAC - Type Approval Code (TAC) 型號批準(zhǔn)碼,由歐洲型號批準(zhǔn)中心分配。 前2位為國家碼。(例如:Nokia的,Ericsson的,Motorola的,又各式各樣不同型號的 批準(zhǔn)碼又不盡相同,如同是Ericsson的,GH388和GF388就不一樣,雖然只差有無蓋; 但只要是同一型號的,前六碼一定一樣,如果不一樣,可能是冒牌貨!) FAC - Final Assembly Code (FAC)最后裝配碼,表示生產(chǎn)廠或最后裝配地, 由廠家編碼。如40的話,是Motorola在英國(UK)的工廠,07也是Motorola的工廠,在 德國,67的話也是,在美國本地。對Nokia,F(xiàn)AC是51。

SNR - Serial Number (SNR)序號碼,獨立地、唯一地識別每個TAC和FAC移 動設(shè)備,所以同一個牌子的同一型號的SNR是不可能一樣的。

SP - Spare備用碼,通常是0。

4>移動臺PSTN/ISDN號碼(MSISDN)

MSISDN用于公用交換電信網(wǎng)(PSTN)或綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN)撥向GSM 系統(tǒng)的號碼,構(gòu)成如下:

MSISDN=CC+NDC+SN(總長不超過15位數(shù)字)

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

5>移動臺漫游號碼(MSRN)

當(dāng)移動臺漫游到另一個移動交換中心業(yè)務(wù)區(qū)時,該移動交換中心將給移動臺分配 一個臨時漫游號碼,用于路由選擇。漫游號碼格式與被訪地的移動臺PSTN/ISDN號碼格 式相同。當(dāng)移動臺離開該區(qū)后,被訪位置寄存器(VLR)和原地位置寄存器(HLR)都 要刪除該漫游號碼,以便可再分配給其它移動臺使用。

MSRN分配過程如下:

市話用戶通過公用交換電信網(wǎng)發(fā)MSISDN號至GSMC、HLR。HLR請求被訪MSC/VLR分配 一個臨時性漫游號碼,分配后將該號碼送至HLR。HLR一方面向MSC發(fā)送該移動臺有關(guān)參 數(shù),如國際移動用戶識別碼(IMSI);另一方面HLR向GMSC告知該移動臺漫游號碼, GMSC即可選擇路由,完成市話用戶->GMSC->MSC->移動臺接續(xù)任務(wù)。

6>位置區(qū)識別碼(LAI)

LAI用于移動用戶的位置更新。 LAI=MCC+MNC+LAC 。MCC=移動國家碼,識別國家, 與IMSI中的三位數(shù)字相同。MNC=移動網(wǎng)號,識別不同的GSMPLMN網(wǎng),與IMSI中的MNC相 同。LAC=位置區(qū)號碼,識別一個GSMPLMN網(wǎng)中的位置區(qū)。LAC的最大長度為16bits,一 個GSMPLMN中可以定義65536個不同的位置區(qū)。

7>小區(qū)全球識別碼(CGI)

CGI是用來識別一個位置區(qū)內(nèi)的小區(qū)。它是在位置區(qū)識別碼(LAI)后加上一個小 區(qū)識別碼(CI)

CGC=MCC+MNC+LAC+CI。

CI=小區(qū)識別碼,識別一個位置區(qū)內(nèi)的小區(qū),最多為16bits。

8>基站識別碼(BSIC)

BSIC用于移動臺識別不同的相鄰基站,BSIC采用6比特編碼。

(二)GSM系統(tǒng)信道分類

蜂窩通信系統(tǒng)要傳輸不同類型的信息,包括業(yè)務(wù)信息和各種控制信息,因而要在物理 信道上安排相應(yīng)的邏輯信道。這些邏輯信道有的用于呼叫接續(xù)階段,有的用于通信進行 當(dāng)中,也有的用于系統(tǒng)運行的全部時間內(nèi)。

1、業(yè)務(wù)信道(TCH)傳輸話音和數(shù)據(jù)

話音業(yè)務(wù)信道按速率的不同,可分為全速率話音業(yè)務(wù)信道(TCH/FS)和半速率話音 業(yè)務(wù)信道(TCH/HS)。

同樣,數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道按速率的不同,也分為全速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道(如TCH/F9.6, TCH/F4.8,TCH/F2.4)和半速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道(如 TCH/H4.8,TCH/H2.4)(這里的數(shù) 字9.6,4.8和2.4表示數(shù)據(jù)速率,單位為kb/s)。

2、控制信道(CCH)傳輸各種信令信息

控制信道分為三類:

1)廣播信息(BCH)是一種“一點對多點”的單方向控制信道,用于基站向所有移 動臺廣播公用信息。傳輸?shù)膬?nèi)容是移動臺入網(wǎng)和呼叫建立所需要的各種信息。其中又分 為:

a、頻率校正信道(FCCH):傳輸供移動臺校正其工作頻率的信息

b、同步信道(SCH):傳輸供移動臺進行同步和對基站進行識別的信息;

c、廣播控制信道(BCCH):傳輸通用信息,用于移動臺測量信號強度和識別小區(qū) 標(biāo)志等。

2)公共控制信道(CCCH)是一種“一點對多點”的雙向控制信道,其用途是在呼 叫接續(xù)階段,傳輸鏈路連接所需要的控制信令與信息。其中又分為:

a、尋呼信道(PCH):傳輸基站尋呼移動臺的信息;

b、隨機接入信道(RACH):移動臺申請入網(wǎng)時,向基站發(fā)送入網(wǎng)請求信息;

c、準(zhǔn)許接入信道(AGCH):基站在呼叫接續(xù)開始時,向移動臺發(fā)送分配專用控制 信道的信令。

3)專用控制信道(DCCH)是一種“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(dāng)中,在移動臺和基站之間傳輸必需的控制信息。其中又分為

a、獨立專用控制信道(SDCCH):傳輸移動臺和基站連接和信道分配的信令;

b、慢速輔助控制信道(SACCH):在移動臺和基站之間,周期地傳輸一些特定的信 息,如功率調(diào)整、幀調(diào)整和測量數(shù)據(jù)等信息;SACCH是安排在業(yè)務(wù)信道和有關(guān)的控制信 道中,以復(fù)接方式傳輸信息。安排在業(yè)務(wù)信道時,以SACCH/T表示,安排在控制信道時, 以SACCH/C表示,SACCH/常與SDCCH聯(lián)合使用。

c、快速輔助控制信道(FACCH):傳送與SDCCH相同的信息。使用時要中斷業(yè)務(wù)信 息(4幀),把FACCH插入,不過,只有在沒有分配SDCCH的情況下,才使用這種控制信 道。這種控制信道的傳輸速率較快,每次占用4幀時間,約18.5ms。

由此可見,GSM通信系統(tǒng)為了傳輸所需的各種信令,設(shè)置了多種專門的控制信道。 這樣做,除因為數(shù)字傳輸為設(shè)置多各邏輯信道提供了可能外,主要是為了增強系統(tǒng)的控 制功能(比如后面將要提到的,為提高過境切換的速度而采用移動臺輔助切換技術(shù)), 也為了保證話音通信質(zhì)量,在模擬蜂窩系統(tǒng)中,要在通話進行過程中,進行控制信息的 傳輸,必須中斷話音信息的傳輸(100ms),這就是所謂的“中斷一猝發(fā)”的控制方式。 信道中斷100ms,會使話音產(chǎn)生可以聽得到的喀喇聲。如果這種中斷過于頻繁,勢必明 顯地降低話音質(zhì)量,因此,模擬蜂窩系統(tǒng)必須限制在通話過程中傳輸控制信息的容量。 與此不同,GSM蜂窩系統(tǒng)采用專用控制信道傳輸控制信息,除去FACCH外,不在通信過 程中中斷話音信息,因而能保證話音的傳輸質(zhì)量。其中FACCH雖然也采取“中斷一猝發(fā)” 控制方式,但是只在特定場合下才使用,而且占用的時間短(18.5ms),其影響明顯 減小。GSM蜂窩系統(tǒng)還采用信息處理技術(shù),來估計并補償這種因為插入FACCH而被刪除 的話音。

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