第九章-GSM移动通信系统

6-1GSM移动通信系统6-2GSM数字蜂窝通信网1.GSM系统的主要参数频段：935MHz～960MHz基站发、移动台收的频段。890MHz～915MHz移动台发、基站收的频段。频段宽度：25MHz通信方式：全双工载波间隔：200kHz信道分配：TDMA每载波8时隙，全速信道8个信道总速率：270.83kb/s调制方式：GMSK，调制指数0.3语音编码：RPE-LTP编码数据速率：9.6kb/s抗干扰：分集接收、跳频技术、交织技术formerly:GroupeSpécialeMobile(founded1982)now:GlobalSystemforMobileCommunication6-3DCS1800RadioSpectrumGreaterbandwidthavailableEUROPE:75MHzband1710-1785MHzuplink;1805-1880MHzdownlinkITALY:45MHzbandfrom20051740-1785MHzuplink;1835-1880MHzdownlinkSameGSMspecification200KHzcarriersAtotalof374carriers(versus124inGSM)6-4GSM数字蜂窝通信网2.GSM系统的特点：具有漫游功能，可以实现国际漫游GSM是数字移动通信系统。除了能提供语音业务外，提供多种业务。较好的抗干扰能力和保密功能。越区切换功能。GSM系统容量大、通话音质好；具有灵活和方便的组网结构。6-5GSM系统的编码--信源编码信源编码的作用提高系统的利用率将模拟信号转化为数字信号利用人们发声过程中的冗余度和听觉特性降低数码率6-6GSM系统的编码--信源编码语音的特性:从声学的观点:由于发音器官的声音激励源和口腔或鼻腔声道的形状不同从而产生不同的声音.人类的听觉系统具有掩蔽效应对不同频段的感觉灵敏度也不一样.具有有限的动态范围.6-7GSM系统的编码--信源编码语音编码的分类:波形编码声源编码(参量编码):以人类话音的产生模型为基础，分析表征话音激励源和声道等的特征参数，再运用这些特征参数重新合成话音信号的编码方式。数码率可压缩至2.4kbit/s以下混合编码6-83.GSM系统的编码--信源编码波形编码脉码调制PCM自适应差分脉码调制自适应子带编码6-93.GSM系统的编码--信源编码声源编码(参量编码)通道声码器相位声码器共振峰声码器线性预测声码器LPC6-103.GSM系统的编码--信源编码混合编码:多脉冲激励线性预测编码MPLPC码激励线性预测编码CELPC带线性预测的长期预测规则脉冲激励编码RPE-LTP6-113.GSM系统的编码--信源编码线性预测的长期预测规则脉冲激励编码RPE-LTP20ms话音经RPE-LTP编码后，以13kbit/s速率输出，即260bits.6-123.GSM系统的编码--信道编码信道编码作用提高系统的可靠性改善数字信息在传输过程中由于各种噪音和干扰而造成的误差提供检错纠错能力6-133.GSM系统的编码--信道编码信道编码的分类:线性分组码循环码奇偶校验码循环冗余校验码CRC卷积码块卷积码6-143.GSM系统的编码--信道编码50bits132bits78bits501327834[(50+3)+(132+4)]*2=37878456bits分组码卷积码Ⅰa类Ⅱ类Ⅰb类6-153.GSM系统的编码--交织技术交织作用交织：把一条消息中的相继比特隔开传输，以非相继比特方式传输作用：经码序的重新排序，改善持续误码情况6-163.GSM系统的编码--交织技术GSM第一次交织6-173.GSM系统的编码--交织技术GSM的第二次交织6-18第二节GSM900和GSM1800系统的结构一、GSM系统基本组成MSHLR/AUCEIRBTSBSCMSC/VLROMCSEMCBSSPSTNISDNPLMNPSPDNNSSBTSNMCDPPSPCSOSSGSM系统结构BTSBSCBSSBTS6-19OSS：操作支持子系统BSS：基站子系统NSS：网络子系统NMC：网络管理中心SEMC：安全性管理中心PCS：用户识别卡个人化中心DPPS：数据后处理系统MS：移动台OMC：操作维护中心MSC：移动业务交换中心VLR：来访用户位置寄存器HLR：归属用户位置寄存器AUC：鉴权中心EIR：移动设备识别寄存器BSC：基站控制器BTS：基站收发信台PSPDN：公用数据网PSTN：公用电话网ISDN：综合业务数字网PLMN：公用陆地移动电话网MSHLR/AUCEIRBTSBSCMSC/VLROMCSEMCBSSPSTNISDNPLMNPSPDNNSSBTSNMCDPPSPCSOSS6-20MSHLR/AUCEIRBTSBSCMSC/VLROMCSEMCBSSPSTNISDNPLMNPSPDNNSSBTSNMCDPPSPCSOSS6-216-22BTS(IndoorandOutdoor)Indooroutdoor6-23BSC6-24MSC6-25GSM系统的典型结构如图所示。由图可见，GSM系统是由若干各子系统或功能实体组成。其中基站子系统(BSS)在移动台(MS)和网络子系统(NSS)之间提供和管理传输通路，特别是包括了MS与GSM系统的功能实体之间的无线接口管理。NSS必须管理通信业务，保证MS与相关的公用通信网或与其它MS之间建立通信，也就是说NSS不直接与MS互通，BSS也不直接与公用通信网互通。MS、BSS和NSS组成GSM系统的实体部分。操作支持系统（OSS）则提供运营部门一种手段来控制和维护这些实际运行部分。MSHLR/AUCEIRBTSBSCMSC/VLROMCSEMCBSSPSTNISDNPLMNPSPDNNSSBTSNMCDPPSPCSOSS6-261、移动台（MS）MobileStation移动台是公用GSM移动通信网中用户使用的设备，也是用户能够直接接触的整个GSM系统中的唯一设备。移动台的类型不仅包括手持台，还包括车载台和便携式台。随着GSM标准的数字式手持台进一步小型、轻巧和增加功能的发展趋势，手持台的用户将占整个用户的极大部分。MSHLR/AUCEIRBTSBSCMSC/VLROMCSEMCBSSPSTNISDNPLMNPSPDNNSSBTSNMCDPPSPCSOSS6-27除了通过无线接口接入GSM系统的处理功能外，移动台必须提供与使用者之间的接口。比如完成通话呼叫所需要的话筒、扬声器、显示屏和按键，或者提供与其它一些终端设备之间的接口。比如与个人计算机或传真机之间的接口，或同时提供这两种接口。因此，根据应用和服务情况，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）传真机相连接而够成，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，这些都归类为移动台的重要组成部分之一——移动设备。移动台另外一个重要的组成部分是用户识别模块（SIM），它是一张符合ISO标准的“智慧”卡，它包含所有与用户有关的和某些无线接口的信息，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。SIM卡的应用使移动台并非固定地属于一个用户，因此，GSM系统是通过SIM卡来识别移动电话用户的，这为将来发展个人通信打下了基础。6-282、基站子系统（BSS）BasestationSubsystem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，基站子系统与网路子系统（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路用户之间的通信连接，传送系统信号和用户信息等。当然，要对BSS部分进行操作维护管理，还要建立BSS与操作支持子系统（OSS）之间的通信连接。MSHLR/AUCEIRBTSBSCMSC/VLROMCSEMCBSSPSTNISDNPLMNPSPDNNSSBTSNMCDPPSPCSOSS6-29基站子系统是由基站收发信台（BTS）和基站控制器（BSC）这两部分的功能实体构成。实际上，一个基站控制器根据话务量需要可以控制数十个BTS。BTS可以直接与BSC相连接。MSHLR/AUCEIRBTSBSCMSC/VLROMCSEMCBSSPSTNISDNPLMNPSPDNNSSBTSNMCDPPSPCSOSS6-30①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信设备，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。基带单元主要用于必要的话音和数据速率适配以及信道编码等。载频单元主要用于调制/解调与发射机/接收机之间的耦合等。控制单元则用于BTS的操作与维护。另外，在BSC与BTS不设在同一处需采用Abis接口时，传输单元是必须增加的，以实现BSC与BTS之间的远端连接方式。如果BSC与BTS并置在同一处，只需要采用BS接口时，传输单元是不需要的。BTSBSCBSSBTS6-31②基站控制器（BSC）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，即各种接口的管理，承担无线资源和无线参数的管理。BSC主要由下列部分构成：·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；·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；·交换部分MSHLR/AUCEIRBTSBSCMSC/VLROMCSEMCBSSPSTNISDNPLMNPSPDNNSSBTSNMCDPPSPCSOSS6-323、网路子系统（NSS）网路子系统（NSS）主要包含有GSM系统的交换功能和用于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移动用户之间通信和GSM移动用户与其它通信网用户之间通信起着管理作用。NSS由一系列功能实体构成，整个GSM系统内部，即NSS的各功能实体之间和NSS与BSS之间都通过符合CCITT信令系统No.7协议和GSM规范的7号信令网路互相通信。MSHLR/AUCEIRBTSBSCMSC/VLROMCSEMCBSSPSTNISDNPLMNPSPDNNSSBTSNMCDPPSPCSOSS6-33⑴移动业务交换中心（MSC）移动业务交换中心（MSC）是网路的核心，它提供交换功能及面向系统其它功能实体：基站子系统BSS、归属用户位置寄存器HLR、鉴权中心AUC、移动设备识别寄存器EIR、操作维护中心OMC和面向固定网（公用电话网PSTN、综合业务数字网ISDN、分组交换公用数据网PSPDN、电路交换公用数据网CSPDN）的接口功能，把移动用户与移动用户、移动用户与固定网用户互相连接起来。MSHLR/AUCEIRBTSBSCMSC/VLROMCSEMCBSSPSTNISDNPLMNPSPDNNSSBTSNMCDPPSPCSOSS6-34移动业务交换中心MSC可从三种数据库即归属用户位置寄存器（HLR）、访问用户位置寄存器（VLR）和鉴权中心（AUC）获取处理用户位置登记和呼叫请求所需的全部数据。反之，MSC也根据其最新获取的信息请求更新数据库的部分数据。MSC可为移动用户提供一系列业务：电信业务。例如：电话、紧急呼叫、传真和短消息服务等；承载业务。例如：3.1KHz电话，同步数据0.3kbit/s～2.4kbit/s及分组组合和分解（PAD）等；补充业务。例如：呼叫前转、呼叫限制、呼叫等待、会议电话和计费通知等。MSHLR/A