GSM及各种设备基础知识

GSM及各种设备基础知识上一篇/下一篇2008-05-1215:20:02查看(1700)/评论(5)/评分(0/0)第一部分基站主体设备第1章移动通信系统概述1.1移动通信系统概述1.1.1移动通信与特点移动通信是指通信双方或至少一方是处于移动中进行信息交互的通信。可以是移动台与移动台之间的通信，也可以是移动台与固定用户之间的通信。由于用户的移动性，其管理技术要比固定通信复杂，同时，由于移动通信网中依靠的是无线电波的传播，其传播环境要比固定网中有线媒质的传播特性复杂，因此，移动通信有着与固定通信不同的特点。1、无线电波传播环境复杂。移动通信的电波处在特高频（300M-3000MHz）频段，即分米微波段，传播的主要方式是空间传播，又称视距传播，电磁波在传播时不仅有直射信号，而且还会经地面、建筑群或障碍物等产生反射、折射、绕射传播，从而产生多径传播引起的快衰落、阴影效应引起的慢衰落等衰落，以及多卜勒频移。因此移动通信系统要有分集接收等抗衰落措施，才能保证正常运行。2、噪声和干扰严重。移动台在移动时既受到环境噪声的干扰，又有系统干扰。由于系统内有多个用户和采用频率复用技术，因此，移动通信系统有互调干扰、邻道干扰、同频干扰等主要的系统干扰。这就要求移动通信系统需要合理的同频复用规划和无线网络优化等措施。3、用户的移动性。用户具有移动性和移动的不可予知性，因此，系统中要有完善的管理技术来对用户的位置进行登记、跟踪，不因为位置的改变而中断通信。4、有限的频率资源。无线网络频率资源是有限的，ITU对无线频率的划分有严格的规定，采取频率复用和跳频技术等，提高系统的频率利用率是移动通信系统的又一重要特点。1.1.2移动通信多址技术在蜂窝通信系统中，移动台是通过基站和其他移动台进行通信的，因此必须对移动台和基站的信息加以区别，使基站能区分是哪个移动台发来的信号，而各移动台又能识别出哪个信号是发给自己的，要解决这个问题，就必须给每个信号赋以不同的特征，使多用户共用公共的信道，这就是多址技术。当把多个用户接入一个公共的传输媒质实现相互间通信时，需要给每个用户的信号赋以不同的特征，以区分不同的用户，这种技术称为多址技术。移动通信中常用的主要有ＦＤＭＡ、ＴＤＭＡ和ＣＤＭＡ等多址方式。１、频分多址（ＦＤＭＡ）。把整个可分配的频谱划分成许多单个无线载频，每个载频信道可以传输一路话音或控制信息，在通信时，不同的移动台占用不同频率的信道进行通信。２、时分多址(TDMA)。TDMA是把时间分成周期性的帧，每一帧再分割成若干时隙(无论帧或时隙都是互不重叠的)，每一个时隙就是一个通信信道。通信时，给每个用户分配一个时隙，使各个移动台在每帧内只能按指定的时隙向基站发射信号。这样，同一个频道就可以供几个用户同时进行通信。3、码分多址(CDMA)。对于时域上的脉冲信号，其脉冲宽度越窄，频谱就越宽。那么，如果用所需要传送的信号信息去调制很窄的脉冲序列，就可以将信号的带宽进行扩展。所谓扩频调制，就是指用所需要传送的原始信号去调制窄脉冲序列，使信号所占的频带宽度远大于所传原始信号本身需要的带宽。这个窄脉冲序列称为扩频码。由于信号扩展在非常宽的带宽上，因此来自同一无线信道的用户干扰就很小，使得多个用户可以同时分享同一无线信道。在通信系统中，如果多用户使用相同频率和时间上都是重叠的，而采用每个移动台分配一个独特的码序列，与所有别的码序列都不相同，用这种不同的正交编码序列来区分不同的用户，在发送时，信号信息和该用户的码序列相乘进行扩频调制，在接收端，接收器使用与发端同样的码序列对宽带信号进行解扩，恢复出原始信号，而其他使用不同码型的信号因为和接收机本地产生的码型不同而不能被解调。这种靠不同的码序列来区分不同的移动台，称为码分多址。1.1.3移动通信的发展移动通信并不是一项很新的技术，但却是发展非常迅速的技术。移动通信可以说从1897年马可尼所完成的无线通信试验之日起就产生了。现代移动通信的发展始于20世纪20年代（美国警察的车载无线电系统），而公用移动通信是从20世纪60年代开始的。公用移动通信系统的发展已经经历了第一代(1G)和第二代(2G)，并将继续朝着第三代(3G)和第四代(4G)的方向发展。第一代移动通信系统为模拟蜂窝移动通信系统，以美国的AMPS(IS-54)和英国的TACS为代表，采用频分双工、频分多址制式。由于采用频分多址，信道利用率较低，因此通信容量有限；模拟通信，保密性较差；不能提供非话数据业务。第二代移动通信系统为数字蜂窝移动通信系统，以GSM和窄带CDMA为典型代表。采用了数字技术，多址方式由频分多址转向时分多址和码分多址技术，双工技术仍采用频分双工。典型的数字移动通信制式主要有泛欧的GSM、美国的D-AMPS（IS-136）、日本的JDC（又称PDC）和窄带CDMA系统（IS-95）等。第三代移动通信系统即IMT-2000，要能高速传输支持多媒体业务，在车速环境下144kb/s；步行环境384kb/s；室内环境2Mb/s。目前有三大主流技术标准WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA。中国提出的TD-SCDMA采用了TDD、智能天线和同步CDMA技术，具有适合非对称数据传输、容量大、频段使用灵活等特点。1.2GSM系统1.2.1GSM系统的结构与功能GSM系统由移动台MS、基站子系统BSS、网络子系统NSS和操作子系统OSS四个部分组成，如图1.1所示。移动台是移动网中的用户终端，包括移动设备(ME)和移动用户识别模块SIM卡。SIM卡上包含所有与用户有关的信息，也含有鉴权和加密实现的信息。基站子系统(BSS)由基站收发信台(BTS)和基站控制器(BSC)组成；负责在一定区域内与移动台之间的无线通信。BSC是BSS的控制部分，一个基站控制器通常控制几个基站收发台，主要功能是进行无线信道管理、实施呼叫和通信链路的建立和拆除，并为本控制区内移动台越区切换进行控制等；BTS是BSS的无线部分，实际是负责于某小区的无线收发信设备，包括发射机、接收机、天线、连接基站控制器的接口电路以及收发信台本身所需要的检测和控制装置等，它完成BSC与无线信道之间的转换，实现BTS与MS之间通过空中接口的无线传输及相关的控制功能。网络子系统由移动交换中心(MSC)和操作维护中心(OMC)以及归属位置寄存器(HLR)、访问位置寄存器(VLR)、鉴权认证中心(AUC)和设备标志寄存器(EIR)等组成。MSC是整个网络的核心，它为本MSC区域内的移动台提供所有的交换和信令功能，同时它在MSC之间完成路由功能，并实现移动网与其他网的互连。HLR是一种用来存储本地用户位置信息的数据库，存储包括用户识别号码、访问能力、用户类别和补充业务等数据，也存储漫游用户所在MSC区域的有关动态数据。VLR是一个用于存储进入其覆盖区已登记的用户相关信息的数据库，为建立呼叫接续提供必要条件，当漫游用户登记时还要给该用户分配一个新的漫游号码(MSRN)，用于其HLR选路，物理上可与MSC合设记作MSC/VLR。鉴权中心(AUC)存储着鉴权信息和加密密钥，可以不断为提供一组参数(包括随机数RAND、符号响应SRES和加密键Kc三个参数)，以此来鉴别用户身份的合法性，从而只允许有权用户接入网络并获得-4-服务。操作支持子系统OSS完成移动用户管理、移动设备管理和系统的操作与维护。对全网中每一个设备实体进行监控和操作，实现对GSM网内各种部件的功能监视、状态报告、故障诊断、话务量的统计和计费数据的记录与传递等功能。图1.1GSM系统组成1.2.2GSM系统接口GSM系统的主要接口有A接口、Abis接口和Um接口等，见图1.2。(1)A接口定义为网络子系统(NSS)与基站子系统(BSS)之间的通信接口，从系统的功能实体来说，就是移动业务交换中心(MSC)与基站控制器(BSC)之间的互连接口，其物理链接通过采用标准的2.048Mb/s的PCM数字传输链路来实现。此接口传递的信息包括移动台管理、基站管理、移动性管理和接续管理等。(2)Abis接口定义为基站子系统的两个功能实体基站控制器BSC和基站收发信台(BTS)之间的通信接口，用于BTS与BSC之间的远端互连，物理链接通过采用标准的2.048Mb/s或64kb/s的PCM数字传输链路来实现。(3)Um接口(空中接口)定义为移动台MS与基站收发台BTS之间的通信接口，用于移动台与GSM系统的固定部分之间的互通，其物理链接通过无线方式实现。此接口传递的信息包括无线资源管理，移动性管理和接续管理等。此外还有网络子系统内部接口，见图1.3。B接口：MSC和与它相关的VLR之间的内部接口。C接口：MSC和HLR之间的接口，物理链接方式是标准的2.048MB/S的PCM数字传输链路。D接口：HLR和VLR之间的接口，也是通过MSC与HLR之间标准的2.048MB/S的PCM数字传输链路实现的。E接口：MSC之间的接口；是通过MSC与MSC之间标准的2.048MB/S的PCM数字传输链路实现。G接口：VLR之间的接口；H接口：HLR和AUC之间的接口。F:MSC-EIRMSC/VLRMSUmBSC1AbisBTS…BSCnAbisBTSUmMSGGSN图1.2GSM接口1.2.3GSM无线接口GSM系统无线接口有严格的频率规划，采用FDD、FDMA/TDMA方式。GSM900上行频率为890-915MHz，下行频率为935-960MHz，双工间隔45MHz，载频间隔200KHz。DCS1800上行频率为1710-1785MHz，下行频率为1805-1880MHz，双工间隔95MHz，载频间隔200KHz。频道编号的方法如下。GSM900频道编号：上行F(n)=(890+0.2n)MHz，下行F(n)=(935+0.2n)MHz；DCS1800频道编号：上行F(n)=1710+0.2(n-511)MHz，下行F(n)=1805+0.2(n-511)MHz。其中n为绝对射频号。每个载频再进行时分，分为8个时隙，一个TS就是一个物理信道，根据需要分给不同的用户使用，或用来传送控制信息。这些TS按照传送信息的不同，组成不同的重复周期，即帧结构。8个TS组成一个TDMA基本帧；TDMA基帧组成复帧，用于传送业务信息的复帧由26个基帧组成，用于传送控制信息的复帧由51个基帧组成。复帧再组成超帧，可以是51×26或26×51的1326个TDMA基帧。2048个超帧则组成周期更长的超高帧。GSM系统无线接口上，依据物理信道所传输的信息不同，将逻辑信道分为业务信道TCH和控制信道CCH。业务信道传输编码的话音或用户数据，按速率的不同分为全速率业务信道(TCH/F)和半速率业务信道(TCH/H)。控制信道传输各种信令信息。控制信道分为以下三类。(1)广播信道(BCCH)：一种一点到多点的单方向下行控制信道。BS在BCCH中向所有MS广播一系列的信息，用于移动台入网、位置登记和呼叫建立(如同步信息)。包括频率校正信道、同步信道和广播控制信道。SCH传同步信息和基站识别码。(2)公共控制信道(CCCH)：一种一点对多点的双向控制信道，用于传送呼叫接续阶段所必需的各种信令信息。其中，CCCH又可以分为三种：随机接入信道(RACH)、准予接入信道(AGCH)和寻呼信道(PCH)。RACH是上行信道，用于移动台在申请入网时，向基站发送入网请求信息。AGCH是下行信道，用于基站向移动台发送指配专用控制信道DCCH的信息。PCH是下行信道，传送基站对移动台的寻呼信息。(3)专用控制信道(DCCH)：一种点对点的双向控制信道，其用途是在呼叫接续阶段和在通信进行当中，在移动台和基站之间传输必需的控制信息。包括独立专用控制信道SDCCH和随路控制信道（FACCH、SACCH）。SDCCH双向，传送鉴权、业务信道指配等信息。随路控制信道传送功率控-6-制、越区切换和无线传输测量报告等信息。一个基本的逻辑信道应用过程如下。MS开机，在FCCH上接收频率校正信息，在SCH上接收同步信号，在BCCH上接收系统消