GSM基础培训教程(systra)

安徽信尔达通信技术有限公司内部培训资料GSM概述GSM是GlobalSystemforMobileCommunication的缩写。意思是全球移动通信系统。分GSM900、DCS1800和PCN1900三个频段，一般的所谓的双频手机就是在GSM900和DCS1800频段切换的手机。PCN1900则是特定一些国家使用的频段(如美国)GSM900/1800分别工作在890~960mhz/1710~1880mhz频段的。GSM900的手机最大功率是8W（实际移动台没这么大的功率，一般的手机最大功率是2W，车载台功率较大），而DCS1800手机的最大功率是1WGSM发展历史简介第一代―模拟蜂窝通信系统信道上的信息是语音信息以模拟方式传输的，使用的也是模拟调制（调频）。存在频谱利用、容量、功率利用率、保密等缺点。第二代―数字蜂窝移动通信系统以电话业务为主的窄带移动通信技术，采用语音压缩编码使话音数字化，以TDMA、FDMA多种编码方式调制。第三代―IMT-2000以有限多媒体业务为主的宽带移动通信技术。是一种全球性的个人移动通信系统，为静止或慢速移动的用户提供2Mbps数据流服务(高速移动的用户144Kbps，中速移动的384Kbps)。有几种标准：WCDMA，CDMA2000，TD-SCDMA。第四代是以多媒体为目的的广带移动通信技术GSM结构（三个子系统及接口）AirAO&MGSM网络结构GSM结构（NSS组成）交换系统包括下列功能单元:移动业务交换中心(MSC：MOBILESERVICESSWITCHINGCENTER)拜访位置寄存器(VLR：VISITORLOCATIONREGISTER)归属位置寄存器(HLR：HOMELOCATIONREGISTER)鉴权中心(AUC：AUTHENTICATIONCENTER)设备识别寄存器(EIR：EQUIPMENTIDENTITYREGISTER)入口移动交换中心(GMSC：GATEWAYMOBILESERVICESSWITCHINGCENTER)GSM结构（BSS组成）基站子系统由以下两个部分组成：基站控制器（BSC:BaseStationController）BSC控制一组基站，其任务是管理无线网络，即管理无线小区及其无线信道配置、切换，并提供基站至MSC之间的接口。无线设备的操作和维护，移动台的业务过程。无线基站（BTS：BaseTransceiverStation）BTS用来提供移动台与系统的无线接口，主要由无线收发信机构成，同时控制手机的发射功率、迁时、切换。处理在称作“蜂窝小区”（简称小区）范围内的话务，一个基站能控制一个或几个“小区”，移动通信的地理覆盖区是一个个小区组合而成的，由于在移动通信存在大量的基站，故需要对基站的小区进行编号，以便识别和管理。GSM空中接口的数据传输速率是13Kbps（TCH/FS）,即BTS收发语音数据速率是13KB/S。GSM系统各网元间主要接口Sm客户与网络之间的接口Um移动台与基站之间的接口A-bis基站与BSC之间的接口A接口BSC与MSC之间的接口B接口MSC与VLR之间的接口C接口MSC与HLR之间的接口D接口HLR与VLR之间的接口E接口MSC与MSC之间的接口F接口MSC与EIR之间的接口G接口VLR与VLR之间的接口GSM区域基本概念小区（CELL）：小区是交换机业务区的最小单元，它是基站的一个扇形天线所覆盖的区域。而一个基站覆盖的所有小区称为基本小区。一个BSC可以带512个小区。位置区（LA）：若干个基本小区组成一个位置区。一个BSC可以有一个或多个位置区组成，一个位置区可以跨域一个或多个BSC，但只归属于一个MSC。MSC的服务区：由MSC所管辖的区域称为MSC服务区，它是由若干个位置区组成，因此为便于识别管理，位置区也要进行编号。公用陆地移动通信网（PLMN）：是指一家公司负责经营的移动通信业务区域，一般由若干个服务区（移动本地网）组成，由于网内存在若干个MSC，故MSC的服务区也应进行编号，以便识别和管理。GSM频段配置一GSM900小区半径:0.5km-35km；上行890~915MHZ，下行935~960MHZ；频道间隔：200KHz；频点数：25MHz（频带带宽）/200KHz=125，共1-124个频点；调制方式GMSK；编码方式：RPE-LTPGSM900E小区半径:0.5km-35km；上行880~915MHZ，下行925~960MHZ；频道间隔：200KHz；频点数：35MHz（频带带宽）/200KHz=175，共174个频点；调制方式GMSK；编码方式：RPE-LTPGSM1800小区半径：2km(1800mhz手机的低功率)；上行1710~1785MHZ，下行1805~1880MHZ；通道号:512—885，共374个频点GSM1900上行1850~1910MHZ，下行1930~1990MHZ，共299个频点注意：上行就是手机发射、基站接收；下行就是基站到手机。上行和下行组成一对频率对（45MHZ分割），上行滞后下行3个时隙；上行和下行使用相同的时隙号；上行和下行使用相同的通道号；上行和下行使用不同的波段（间隔45MHZ）。GSM频段配置二绝对频点号和频道标称中心频率的关系为：GSM900MHz频段为:fl(n)=890.2MHz+(n-1)×0.2MHz(移动台发,基站收）fh(n)=fl(n)+45MHz(基站发,移动台收)；n∈[1，124]GSM1800MHz频段为：fl(n)=1710.2MHz+(n-512)×0.2MHz(移动台发,基站收）fh(n)=fl(n)+95MHz(基站发,移动台收）；n∈[512，885]其中：fl(n)为上行信道频率、fh(n)为下行信道频率，n为绝对频点号（ARFCN）。在我国GSM900实际现网中使用的频段为：905~915MHz上行频率，950~960MHz下行频率，频道号为76~124,共10M带宽。中国移动公司：905~909MH（上行），950~954MHz（下行），共4M带宽，20个频道，频道号为76~95；中国联通公司：909~915MH（上行），954~960MHz（下行），共6M带宽，29个频道，频道号为96~124。GSM无线接入方式FDMA（FREQUENCEDIVIDEMULTIPLEADRESS）：频分多址，模拟蜂窝移动系统应用这种技术。TDMA（TIMEDIVIDEMULTIPLEADRESS）：时分多址，目前的GSM数字移动系统应用于此种技术。具体是指：每一频带上有8个时隙，最多可有8个移动用户使用同一频带，他们使用不同的时隙。CDMA（CODEDIVIDEMULTIPLEADRESS）：码分多址。CDMA是以不同的代码序列实现通信的。以往的蜂窝系统对邻接小区必须提供不同的频率配置，而CDMA则可重复使用所有小区全部频谱，或者说所有小区使用同一无线信道传送不同的信息。其基本原理是使用一组正交的伪随机噪声序列（简称伪码或扰码），通过相关处理实现多客户共享频率的同时入网接续的功能。因此CDMA技术是最有效的频率复用技术。注意：TDMA中，每载频共分8个时隙，即为8个信道。总信道数为124×8＝992个信道。GSM系统中的衰落当移动台和基站的距离逐渐增加时，所收到的信号会越来越弱，这就是发生了路径损耗。路径损耗不仅与载频频率、传播速度有关，而且还与传播地形和地貌有关。典型的损耗有：自由空间的传播损耗衰落，对数正态衰落，多径传播引起的衰落，多普勒频移等等。为了改善上行质量，GSM系统采用了分集接收等技术。GSM系统的分集接收技术采用分集方法在若干支路上接收相互间相关性很小的载有同一消息的信号，然后通过合并技术再将各个支路的信号合并输出，那么便可在接收终端上大大降低深衰落的概率，是最经济的方法。衰落具有频率、时间和空间的选择性，因此分集技术包括空间分集、时间分集、频率分集和极化分集四种。空间分集：空间设立两副接收天线，采用分集合并技术并使输出较强的有用信号，降低了传播因素的影响。时间分集：采用通过一定的时延来发送同一消息，或在系统所能承受的时延范围以内在不同时间内的各发送消息的一部分。在GSM中采用的是交织技术来实现时间分集的。频率分集：在GSM中是通过跳频技术来实现的。极化分集：通过采用垂直电子天线、垂直磁性天线和环状天线来实现的。GSM系统跳频技术跳频实质起到频率分集和干扰源分集的作用。跳频每秒217跳，交错信道编码，自适应均衡。1、频率分集作用：同一个信息按几个频率发送，不同频率的信号所收到的衰落不同，随着频率差别增大时，衰落更加独立。2、干扰源分集作用：在业务量密集的地方，网络的容量将受到由于频率复用产生的干扰限制。当一频点出现干扰，使用跳频时，该干扰情况就会被该小区的许多呼叫所共享，网络的性能将得到提高。使用跳频的网络可比不采用跳频的网络高出3dB的增益。跳频可分为快速跳频和慢速跳频。GSM中采用慢速跳频，特点是按照固定的间隔改变一个信道使用的频率。跳频分为基带跳频和射频跳频。基带跳频通过腔体合成器来实现，射频跳频则通过混合合成器实现的。GSM话音编码（语音传输过程一）由于GSM系统是一种全数字系统，语音和其它信号都要进行数字化处理，因此移动台首先要将语音信号转换成模拟电信号，以及其反变换，移动台再把这模拟电信号转换成13kbits/s的数字信号，用于无线传输。目前GSM采用的编码方案是13kbits/s的RPELTP（规则脉冲激励长期预测）编码，其目的是在不增加误码的情况下，以较小的速率优化频谱占用。在BTS侧能够恢复13kbits/s的源速率，但为了形成16kbits/s的TRUA帧以便于在ABIS和ATER接口上传送，因而需再增加速率为3kbits/s的信令，它可用于BTS控制远端TCU的工作，被称为带内信息。这3kbits/s包括同步和控制比特（包括坏帧指示、编码器类型、DTX指示等）。总之，带内信息能使TCC知道信息的种类（全速率语音、半速率语音、数据），以及采用何种适用的方法用于上行和下行的传输。在TCU侧，为了适应PSTN网络64kbits/s的速率传输，因而它的码型速率转换将完成速率由13kbits/s转换为64kbits/s的工作。话音编码信道编码突发脉冲串形成调制器发射机A/D分段交织加密均衡解码均衡器接收解调D/A话音解码去交织解密13KB/S2.8KB/S33.8KB/SGSM信道编码（语音传输过程二）无线信道分为物理信道和逻辑信道两大类：物理信道是指一个载频上，TDM帧的一个时隙，它相当于FDMA系统中的一个频道。用户通过某个载频上一个信道接入系统通信。逻辑信道是从信息角度定义划分的。通常我们可以把信道上传递的内容分成业务信息（话音，数据等）和控制信息（控制呼叫进程的信令）两大类。并定义与之对应的逻辑信道称业务信道和控制信道，再将不同的信息分别放在相应的逻辑信道上传送。因此根据所传信息的种类不同，可以定义不种类的逻辑信道。信道编码用于改善传输质量，克服各种干扰因素对信号产生的不良影响，但它是以增加比特降低信息量为代价的。GSM业务信道简介无线信道根据承载分为业务信道和控制信道，业务信道用于携载语音或用户数据，可分为话音业务信道和数据业务信道。业务信道（TCH）用于传送编码后的话音或数据信息。系统内大多数载频及时隙将用作业务信道，传送业务信息。控制信道（CCH）TCHSPECCHDATA全速率13Kbit/s9.6Kbit/s半速率6.5Kbit/s4.8Kbit/s加强全速率15.1Kbit/s9.6Kbit/sGSM控制信道简介控制信道用于携带信令或同步数据，可分为广播信道、公共控制信道和专用控制信道。广播信道（BCH）：分为频率校正信道（FCCH）、同步信道（SCH）、广播控制信道（BCCH）三种。其特点均为下行信道，且为一点对多点方式。公共控制信道（CCCH）：