GSM移动通信基本原理

1GSM基本原理贵阳泽浩科技有限公司2主要内容一、GSM系统概述二、GSM网络结构与功能三、信道与编码四、系统工作过程五、参数及调整六、网络优化31、历史2、组网体制3、系统基本特点4、主要技术规范一.GSM系统概述41、历史日期发展阶段1979欧洲发展蜂窝通信，并为此安排蜂窝通信工作频段1982CEPT成立“GroupeSpecialMobile”（GSM）1986在法国巴黎建立GSM标准制定协调小组1988ETSI全权负责管理GSM标准委员会的工作1990颁布GSM第一阶段的规范（GSM/Phase1）1991颁布DCS1800第一阶段的规范（DCS/Phase1）GSM委员会开始制定下一代无线通信系统标准5日期发展阶段1992GSM标准委员会更名为“SpecialMobileGroup”GSM系统命名为”GlobalSystemforMobileCommunications”颁布DCS1800第二阶段的规范（DCS/Phase2）1992GSM系统投入商用1994颁布GSM第二阶段的规范（GSM/Phase2）1995DCS1800系统投入商用1996颁布GSM第二阶段增强型规范（GSM/Phase2+）1、历史62、组网体制GSM采用小区制组网方式，每个覆盖小区成正六边形，其形状像“蜂窝”，故称蜂窝小区。其目的是频率复用以提高容量。必须具备越区切换、位置管理等功能。CACBAB7CACBAB分为3扇区全向天线2、组网体制－频率复用频率复用83、系统基本特点（1）GSM系统是一种典型的开放式结构；（2）GSM系统由几个分系统组成，各分系统之间都有定义明确的标准化方案；（3）GSM系统可以开放多种业务；（4）频率利用率高，具有灵活方便的组网结构；（5）具有鉴权和加密功能；（6）具有较强的抗干扰能力。9（1）工作频段4、技术规范•GSM900主频段（P－GSM）：•上行：Ful＝890＋0.2×N（MHz）（1To124）•下行：Fdl＝Ful＋45（MHz）上下行频率间隔：45MHZ；带宽：25MHz；•GSM1800频段：•上行：Ful＝1710.2＋0.2×（N－512）（512To885）•下行：Fdl＝Ful＋95（MHz）•上下行频率间隔：95MHz；带宽：75MHz。10（2）载频间隔：200kHz(3)通信方式：FDD双工（4）接入方式：TDMA（5）信道分配：每载频8个时隙，包含8个全速信道，16个半速信道；（6）每个时隙的信道速率：22.8kbit/s；（7）信道总速率：270kbit/s；（8）调制方式：GMSK,高斯滤波最小频移键控；（9）话音编码：规则脉冲激励线性预测编码RPE-LPC13kbit/s;4、技术规范111、网络结构2、组成与功能二.GSM网络结构与功能12MSCBSCBTSBTSHLRVLREIRNSSPSTNIWFECTRAUSIMMENMCOMCOMCOMSBSSMSAUC1、网络结构132、组成与功能——基本组成基本组成:(1)网络和交换子系统(NSS)(2)无线基站子系统(BSS)（3）移动台（MS）（4）操作与维护分系统(OMS)14BSS子系统结构基站控制器—BSC(BaseStationController)基站收发信机—BTS(BaseTransceiverStation)无线操作维护中心—OMC-R码变换器—TC(TransCoder)OMC-RTCBSCBTSBTSMSMSUM接口Abis接口A接口15BTS功能实现跳频功能实现信道加密、解密功能实现信道编译码、交织与解交织功能实现调制与解调功能实现各种接口16InBTSGSMNetworkStructure基站接口设备信令处理编码与交织译码与解交织加密解密调制均衡解调发信机收信机天线跳频控制时钟AbisUm17BSC功能GSMNetworkStructure实现部分网络层的功能实现无线资源管理（RR）实现BSS管理应用部分的功能实现切换功能等实现各种接口层信令18BSC的一般结构数字中继交换网络处理器网络数字中继A接口Abis接口19BSS子系统容量BSC最大容量基站:100;扇区：250;载波(RTFs):384;20OMCOMC:OperationMaintenanceCenter操作维护中心（Sun工作站）OMC-R:Radio(无线部分）OMC-S:Switch(交换部分）OMC具有软件和数据库的管理、统计数据的收集、事件/告警的管理等功能。21MSCMSC:MobileservicesSwitchingCenter移动交换中心功能：为其服务区内的移动用户提供交换和信令功能并提供与其他PLMN和PSTN的接口与普通PSTN交换机相比，MSC至少附加下列二个功能：移动用户的位置登记过程切换过程PSTN:PublicServiceTelecommunicationNetwork(公共业务电信网)22HLRHLR:HomeLocationRegister(归属位置寄存器)用于储存归属移动用户信息，包括：•国际移动用户身份（IMSI）•移动台ISDN号码（MSISDN）•用于呼叫接续和计费的位置信息，如MS漫游号、VLR地址和MSC地址等等•业务能力信息•业务限制信息•语音群业务信息•补充业务能力信息，等等23VLRVLR:VisitedLocationRegister(拜访位置寄存器)用于储存其管辖区内的移动用户信息，包括：•国际移动用户身份（IMSI）•移动台ISDN号码（MSISDN）•MS漫游号•临时移动用户身份（TMSI）•用户位置区等24VLR功能LA1LA2LA3LA4LA5LA6MSCVLRcell1cell2cell3cell4cell5cell6cell7cell8cell9cell11cell12LA:LocationArea位置区25AUC:鉴权SIMVLRHLRKiA3A8SRESKcRANDSRES=?KcSRESKcRANDKiA3A8AUC:StoretheKi(sametoSIMKi)GSMNetworkStructure26AUC:鉴权27EIR：移动台设备识别寄存器EIR:EquipmentIdentityRegister包含了IMEI信息。所有的手机IMEI都存储在EIR中，是手机的数据库。在GSM中有助于验证当手机遗失时，运营商可以禁止已经报失手机的使用。IMEI:InternationalMobileEquipmentIdentity国际移动设备识别码28E1链路传输媒质:微波,光纤32时隙每时隙传输64kb/s传输速率:32×64kb/s=2.048Mb/s0时隙用于同步16时隙用于信令292M结构CH0CH1CH2CH3CH4CH5CH6CH7CH0CH1CH2CH3CH4CH5CH6CH7SynchronousInformationIdleTimeslotIdleTimeslotSignalTimeslotOMChannelIdleTimeslotTS0TS1TS2TS3TS4TS5～TS15TS16TS30TS31TS17～29Carrier1Carrier2EachVoiceChannelisTransportedby16kb/s30PCM链路31GPRSGPRS:GeneralPacketRadioService通用分组无线业务GPRS骨干MSBSSPCUSGSNGGSN数据网UmGbGiMS：MobileStation移动终端PCU：PacketControlUnit分组控制单元SGSN：ServingGPRSSupportingNodeGPRS服务支持节点GGSN：GatewayGPRSSupportingNodeGPRS网关支持节点321、TDMA信道(Um接口)2、TDMA帧结构3、时隙结构与突发4、编码（话音、业务、信令）5、关键技术(Hopping,TA)三.信道与编码33GSM的FDMA/TDMA结构时间频率f5f4f3f2f0f1TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TDMA帧34物理信道······ft200KHz200KHz上行下行这就是一个物理信道每个载波8个时隙，每个时隙为一个物理信道。35时隙与TDMA帧0123456701234567TDMAFRAME1TDMAFRAME2时隙突发序列（BURST）36TDMA逻辑信道频率校正信道（FCCH）频率校正同步信道（SCH）同步与识别广播控制信道（BCCH）系统信息寻呼信道（PCH）移动台呼叫随机接入信道（RACH）移动台随机接入准予接入信道（AGCH）资源分配指令小区广播信道（CBCH）小区公共短消息独立专用控制信道（SDCCH）信令慢速随路控制信道（SACCH）链路监控快速随路控制信道（FACCH）切换执行话务信道（TCH/FSTCH/HS）全/半速率话音数据话务信道用户数据广播控制信道（BCCH单向信道）公共控制信道CCCH分配通道专用控制信道话务信道37TCHTrafficChannelsSpeechDataTCH/FSTCH/HSTCH/9.6TCH/2.4TCH/9.6TCHSACCHFACCH话音/数据信道38GSMNetworkStructureCcHControlChannelDCCHACCHSDCCHFACCHSACCHBCCHSCHBCCHCCCHRACHPCH/AGCHCBCHBCCHNBNBNBFBNBABSBNB/ABNB/DB控制信道39BCCH广播系统消息位置区识别号（LAI）移动台需监视的邻小区列表本小区使用的频率列表小区识别号功率控制指示DTX允许指示接入控制（例：紧急呼叫，呼叫禁止）CBCH描述40TDMA帧结构26-Frame复帧204720462045012……………………………………504901…………………………………484723252401………………………………………...252401…………24504801…………480111111151-Frame复帧1超高帧=2048超帧=2715648TDMA帧（3h28mn53s760ms）4.615msTDMAframe120ms1超帧=1326TDMA帧（6.12s）235.38ms业务信道控制信道41GSM复帧－业务信道TRAFFICCHANNELS120TDMAMultiframes01234567012345670123456701234567891011121314151617181920212223242526-TDMAMultiframes42GSM复帧－控制信道CONTROLCHANNELS120TDMAMultiframes0123456701234567012345670123453839404142434445464748495051-TDMAMultiframes43TCH复帧252015121050TTTTTTSACCHIDLE252015121050TTTTTTSACCHIDLE上行下行T=TCH44BCCH/CCCH复帧0FSBBBBCCCCFSCCCCCCCCFSCCCCCCCCFSCCCCCCCCFSCCCCCCCCI10203040500RRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRR102030405045GSM突发－时隙中的信息比特串0123456701234567TDMAFRAME1TDMAFRAME2训练比特（用于收均衡）偷帧指示TAILBITSTAILBITSGUARDPERIDGUARDPERID信息信息46GSM突发类型空闲突发(DB)TDMAFRAME10123456701234567