中國移動基站

傳輸系統

中國移動基站採用小區制,覆蓋範圍0.5到35KM;輻射的頻率大小和能量決定覆蓋範圍。也從另一角度來看,由能量守恆的角度來分析: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)。

基站的構成一般分為以下幾個系統:傳輸系統,包括SDH設備,光纜,電纜等等;動力系統,蓄電池,市電等等;動環監控系統;天饋系統;BTS主設備;以及其他輔助設備,如空調,防盜門等等。

簡介


GSM900和DCS1800就是我們平常講的雙頻網路,它們都是GSM標準。兩個系統 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,隨著通信網路規模和用戶數量的迅速發展,原有的GSM900網路頻率變得日益緊 張,為更好地滿足用戶增長的需求,我國近期引入了DCS1800,並採用以GSM900網路為依託, DCS1800網路為補充的組網方式,構成GSM900/DCS1800雙頻網,以緩和高話務密集區無線信 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,自動選擇最佳通道進行通話,即使在通話中手機也可在兩個網路之間自動切換而用戶毫 無察覺,而且手機選擇了最佳通道,接通率得到了提高。為適應這個趨勢,進一步搶佔市場 份額,諾基亞、摩托羅拉、愛立信等世界著名行動電話設備生產廠商競相開發並推出多頻段 手機。

特點


(1)交流供電複雜。有的為三相供電,有的為單相供電,有的是國電專線送達,但同樣存在如高壓送達至專用變壓器,變壓器的容量大小及低壓側的線路距離問題;有的則可能直接並接在農網、居民生活用電線路或廠礦企業的生產用電線路上;從而可能導致供電質量差,如電壓波動範圍很寬,電壓突變情況經常發生,經常頻繁停電等。
(2)基站數量多、分佈廣、站點環境差異大。為了網路覆蓋而不得不將大量基站建在野外高山上、民房制高點、高溫高濕區等,從而不僅導致交流供電難度大,還導致雷擊的機率升高、高溫高濕致使設備運行穩定性及壽命降低、故障率升高等。
(3)無人值守。一旦出現問題不僅人工干預維修及恢復的直接成本高,而且如未能及時發現而‘倒站’帶來的客戶影響及間接損失也很大。
基站的上述一般特點導致供電保證和維護工作不僅工作量加大,而且難度也加大,一些供電故障和事件處理對維護人員技術水平的要求也大大提高。
中國移動基站
中國移動基站

結構


GSM的歷史可以追溯到1982年,當時,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務規範,以建立全歐統一的蜂窩系統。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標準還是制定數字蜂窩網 標準問題,直到1986年決定為制定數字蜂窩網標準。1986年,在巴黎對不同公司、不同 方案的系統(8個)進行了比較,包括現場試驗。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,相互達成履行規範的協議。1988年頒布了GSM標準,也稱泛歐數字蜂窩通信標準。在現階段,GSM包括兩個并行的系統:GSM900和DCS1800,這兩個系統功能相同,主要是頻率不同。在GSM建議中,未對硬體作出規定,只對功能 和介面制定了詳細規定,這樣便於不同產品可以互通。GSM建議共有12個系統。

組成

GSM數字蜂窩通信系統的主要組成部分可分為移動台、基站子系統和網路子系統。基站子系統(簡稱基站BS)由基站收發台(BTS)和基站控制器(BSC)組成;網路子系 統由移動交換中心(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)、鑒權中心(AUC)和設備標誌寄存器(EIR)等組成。
*移動台(MS)即便攜台(手機)或車載台。也可以配有終端設備(TE)或終端 適配器(TA)。
移動台是物理設備,它還必須包含用戶識別模塊(SIM),SIM卡和硬體設備一起組 成移動台。沒有SIM卡,MS是不能接入GSM網路的(緊急業務除外)。
*基站收發台(BTS)包括無線傳輸所需要的各種硬體和軟體,如發射機、接收機、支持各種上小區結構(如全向、扇形、星狀和鏈狀)所需要的天線,連接基站控制器的介面 電路以及收發台本身所需要的檢測和控制裝置等。
*基站控制器(BSC)是基站收發台和移動交換中心之間的連接點,也為基站收發台 和操作維修中心之間交換信息提供介面。一個基站控制器通常控制幾個基站收發台,其 主要功能是進行無線通道管理、實施呼叫和通信鏈路的建立和拆除,並為本控制區內移 動台的過區切換進行控制等。
*移動交換中心(MSC)是蜂窩通信網路的核心,其主要功能是對位於本MSC控制 區域內的移動用戶進行通信控制和管理。例如:
1)通道的管理和分配;
2)呼叫的處理和控制;
3)過區切換和漫遊的控制;
4)用戶位置信息的登記與管理;
5)用戶號碼和移動設備號碼的登記和管理;
6)服務類型的控制;
7)對用戶實施鑒權;
8)為系統中連接別的MSC及為其它公用通信網路,如公用交換電信網(PSTN)、綜合 業務數字網(ISDN)和公用數據網(PDN)提供鏈路介面,保證用戶在轉移或漫遊的 過程中實現無間隙的服務。
由此可見,MSC的功能與固定網路的交換設備有相似之處(如呼叫的接續和信息 的交換),也有特殊的要求(如無線資源的管理和適應用戶移動性的控制)。
*原地位置寄存器(HLR)是一種用來存儲本地用戶位置信息的資料庫。在蜂窩通 信網中,通常設置若干個HLR,每個用戶都必須在某個HLR(相當於該用戶的原籍)中登 記。登記的內容分為兩類:一種是永久性的參數,如用戶號碼、移動設備號碼、接入的 優先等級、預定的業務類型以及保密參數等;另一種是暫時性的需要隨時更新的參數,即用戶當前所處位置的有關參數,即使用戶漫遊到HLR所服務的區域外,HLR也要登記由 該區傳送來的位置信息。這樣做的目的是保證當呼叫任一個不知處於哪一個地區的移動 用戶時,均可由該移動用戶的原地位置寄存器獲知它當時處於哪一個地區,進而建立起 通信鏈路。
*訪問位置寄存(VLR)是一種用於存儲來訪用戶位置信息的資料庫。一個VLR通 常為一個MSC控制區服務,也可為幾個相鄰MSC控制區服務。當移動用戶漫遊到新的MSC 控制區時,它必須向該地區的VLR申請登記。VLR要從該用戶的HLR查詢有關的參數,要 給該用戶分配一個新的漫遊號碼(MSRN),並通知其HLR修改該用戶的位置信息,準備 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服務區移動到另 一個VLR服務區時,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。
*鑒權中心(AUC)的作用是可靠地識別用戶的身份,只允許有權用戶接入網路並 獲得服務。
*設備標誌寄存器(EIR)是存儲移動台設備參數的資料庫,用於對移動設備的鑒 別和監視,並拒絕非移動台入網。
*操作和維護中心(OMC)的任務是對全網進行監控和操作,例如系統的自檢、報 警與備用設備的激活、系統的故障診斷與處理、話務量的統計和計費數據的記錄與傳 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字蜂窩系統中各個部分的主要功能。在實際的通信網路中,由於網路規模的不同,營運環境的不同和設備生產廠家的不同,以上各個部分可以有 不同的配置方法,比如把MSC和VLR合併在一起,或者把HLR、EIR和AUC合併在一起。不 過,為了各個廠家所生產的設備可以通用,上述各組成部分的連接都必須嚴格地符合 規定的介面標準。GSM系統遵循CCITT建議的公用陸地移動通信網(PLMN)介面標準,採用7號信令支持PLMN介面進行所需的數據傳輸。共分:
1)移動台與基站之間的介面(Um);
2)基站與移動交換中心之間的介面(A);
3)基站收發台與基站控制器之間的介面(ABis)(基站收發台與基站控制器不配置在一 起時,使用此介面);
4)移動交換中心與訪問位置寄存器之間的介面(B);
5)移動交換中心與原地位置寄存器之間的介面(C);
6)原地位置寄存器與訪問位置寄存器之間的介面(D);
7)移動交換中心之間的介面(E);
8)移動交換中心與設備標誌寄存器之間的介面(F);
9)訪問位置寄存器之間的介面(G)
。有關介面標準的詳細規定可查閱GSM標準,這裡不作介紹。

區域號碼地址識別

1)區域劃分 從地理位置範圍來看,GSM系統分為GSM服務區,公用陸地移動網(PLMN)業務區、移動 交換控制區(MSC區)、位置區(LA)、基站區和小區。
*GSM服務區 由聯網的GSM全部成員國組成,移動用戶只要在服務區內,就能得到系統的各種服 務,包括完成國際漫遊。
*PLMN業務區
由GSM系統構成的公用陸地移動網(GSM/PLMN)處於國際或國內匯接交換機的級別 上,該區域為PLMN業務區,它可以與公用交換電信網(PSTN)、綜合業務數字網(ISDN)和公用數據網(PDNN)互連,在該區域內,有共同的編號方法及路由規劃。一個PLMN 業務區包括多個MSC業務區,甚至可擴展全國。
*MSC業務區
在該區域內,有共同的編號方法及路由規劃。由一個移動交換中心控制區域稱為 MSC業務區。一個MSC區可以由一個或多個位置區組成。
*位置區
每一個MSC業務區分成若干位置區(LA),位置區由若干基站區組成,它與一個或 若干個基站控制器(BSC)有關。在位置區內移動台移動時,不需要作位置更新。當尋 呼移動用戶時,位置區內全部基站可以同時發尋呼信號。系統中,位置區域以位置區 識別碼(LAI)來區分MSC業務區的不同位置區。
*基站區
一般指一個基站控制器所控制若干個小區的區域稱為基站區。
*小區
小區也叫蜂窩區,理想形狀是正六邊形,一個小區包含一個基站,每個基站包含 若干套收,發信機,其有效覆蓋範圍決定於發射功率、天線高度等因素,一般為幾公 里。基站可位於正六邊形中心,採用全向天線,稱為中心激勵;也可位於正六邊形頂 點(相隔設置),採用120度或60度定向天線,稱為頂點激勵。
若小區內業務量激增時,小區可以縮小(一分為四),新的小區俗稱“小小區”,在蜂窩網中稱為小區分裂。
2)識別號碼
GSM網路是十分複雜的,它包括交換系統,基站子系統和移動台。移動用戶可以 與市話網用戶、綜合業務數字網用戶和其它移動用戶進行接續呼叫,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於識別GSM/PLMN網中用戶,簡稱用戶識別碼,根據GSM 建議,IMSI最大長度為15位十進位數字。
MCC MNC MSIN/NMSI
3位數字 1或者2位數字 10-11位數字
MCC-移動國家碼,3位數字。如中國的MCC為460。
MNC-移動網號,最多2位數字。用於識別歸屬的移動通信網(PLMN)。
MSIN-移動用戶識別碼。用於識別移動通信網中的移動用戶。
NMSI-國內移動用戶識別碼。由移動網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區域內),其組成結構由管理部門選擇,但總長不超過4個位元組。
3>國際移動設備識別碼(IMEI
IMEI是唯一的,用於識別移動設備的號碼。用於監控被竊或無效的這一類移動設備,
TAC - Type Approval Code (TAC) 型號批准碼,由歐洲型號批准中心分配。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 批准碼又不盡相同,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)最後裝配碼,表示生產廠或最後裝配地,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,FAC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>移動台PSTN/ISDN號碼(MSISDN)
MSISDN用於公用交換電信網(PSTN)或綜合業務數字網(ISDN)撥向GSM 系統的號碼,構成如下:
MSISDN=CC+NDC+SN(總長不超過15位數字)
CC=國家碼(如中國為86),NDC=國內地區碼,SN=用戶號碼
5>移動台漫遊號碼(MSRN)
當移動台漫遊到另一個移動交換中心業務區時,該移動交換中心將給移動台分配 一個臨時漫遊號碼,用於路由選擇。漫遊號碼格式與被訪地的移動台PSTN/ISDN號碼格 式相同。當移動台離開該區后,被訪位置寄存器(VLR)和原地位置寄存器(HLR)都 要刪除該漫遊號碼,以便可再分配給其它移動台使用。
MSRN分配過程如下:
市話用戶通過公用交換電信網發MSISDN號至GSMC、HLR。HLR請求被訪MSC/VLR分配 一個臨時性漫遊號碼,分配后將該號碼送至HLR。HLR一方面向MSC發送該移動台有關參 數,如國際移動用戶識別碼(IMSI);另一方面HLR向GMSC告知該移動台漫遊號碼, GMSC即可選擇路由,完成市話用戶->GMSC->MSC->移動台接續任務。
6>位置區識別碼(LAI)
LAI用於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中的三位數字相同。MNC=移動網號,識別不同的GSMPLMN網,與IMSI中的MNC相 同。LAC=位置區號碼,識別一個GSMPLMN網中的位置區。LAC的最大長度為16bits,一 個GSMPLMN中可以定義65536個不同的位置區。
7>小區全球識別碼(CGI)
CGI是用來識別一個位置區內的小區。它是在位置區識別碼(LAI)后加上一個小 區識別碼(CI)
CGC=MCC+MNC+LAC+CI。
CI=小區識別碼,識別一個位置區內的小區,最多為16bits。
8>基站識別碼(BSIC)
BSIC用於移動台識別不同的相鄰基站,BSIC採用6比特編碼。

分類


蜂窩通信系統要傳輸不同類型的信息,包括業務信息和各種控制信息,因而要在物理 通道上安排相應的邏輯通道。這些邏輯通道有的用於呼叫接續階段,有的用於通信進行 當中,也有的用於系統運行的全部時間內。
1、業務通道(TCH)傳輸話音和數據
話音業務通道按速率的不同,可分為全速率話音業務通道(TCH/FS)和半速率話音 業務通道(TCH/HS)。
同樣,數據業務通道按速率的不同,也分為全速率數據業務通道(如TCH/F9.6, TCH/F4.8,TCH/F2.4)和半速率數據業務通道(如 TCH/H4.8,TCH/H2.4)(這裡的數 字9.6,4.8和2.4表示數據速率,單位為kb/s)。
2、控制通道(CCH)傳輸各種信令信息
控制通道分為三類:
1)廣播信息(BCH)是一種“一點對多點”的單方向控制通道,用於基站向所有移 動台廣播公用信息。傳輸的內容是移動台入網和呼叫建立所需要的各種信息。其中又分 為:
a、頻率校正通道(FCCH):傳輸供移動台校正其工作頻率的信息
b、同步通道(SCH):傳輸供移動台進行同步和對基站進行識別的信息;
c、廣播控制通道(BCCH):傳輸通用信息,用於移動台測量信號強度和識別小區 標誌等。
2)公共控制通道(CCCH)是一種“一點對多點”的雙向控制通道,其用途是在呼 叫接續階段,傳輸鏈路連接所需要的控制信令與信息。其中又分為:
a、尋呼通道(PCH):傳輸基站尋呼移動台的信息;
b、隨機接入通道(RACH):移動台申請入網時,向基站發送入網請求信息;
c、准許接入通道(AGCH):基站在呼叫接續開始時,向移動台發送分配專用控制 通道的信令。
3)專用控制通道(DCCH)是一種“點對點”的雙向控制通道,其用途是在呼叫接 續階段和在通信進行當中,在移動台和基站之間傳輸必需的控制信息。其中又分為
a、獨立專用控制通道(SDCCH):傳輸移動台和基站連接和通道分配的信令;
b、慢速輔助控制通道(SACCH):在移動台和基站之間,周期地傳輸一些特定的信 息,如功率調整、幀調整和測量數據等信息;SACCH是安排在業務通道和有關的控制信 道中,以復接方式傳輸信息。安排在業務通道時,以SACCH/T表示,安排在控制通道時,以SACCH/C表示,SACCH/常與SDCCH聯合使用。
c、快速輔助控制通道(FACCH):傳送與SDCCH相同的信息。使用時要中斷業務信 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。這種控制通道的傳輸速率較快,每次佔用4幀時間,約18.5ms。
由此可見,GSM通信系統為了傳輸所需的各種信令,設置了多種專門的控制通道。這樣做,除因為數字傳輸為設置多各邏輯通道提供了可能外,主要是為了增強系統的控 制功能(比如後面將要提到的,為提高過境切換的速度而採用移動台輔助切換技術),也為了保證話音通信質量,在模擬蜂窩系統中,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”的控制方式。通道中斷100ms,會使話音產生可以聽得到的喀喇聲。如果這種中斷過於頻繁,勢必明 顯地降低話音質量,因此,模擬蜂窩系統必須限制在通話過程中傳輸控制信息的容量。與此不同,GSM蜂窩系統採用專用控制通道傳輸控制信息,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量。其中FACCH雖然也採取“中斷一猝發”控制方式,但是只在特定場合下才使用,而且佔用的時間短(18.5ms),其影響明顯 減小。GSM蜂窩系統還採用信息處理技術,來估計並補償這種因為插入FACCH而被刪除 的話音。