GSM基本原理(部分)

GSM基本原理概述京信通信华东分公司21G即第一代为模拟移动电话。如TACS，1话音/对载频（25KHz）。2G即第二代为数字移动电话。如GSM，8话音/对载频（200KHz）；如CDMA，20话音/对载频（1.25MHz）。GSM系统的演进32.5G即第2.5代为数字电话+低速数据。如GPRS数据，36kb/s；如CDMA2000-1X，153.6kb/s。3G即第3代数字移动电话+高速数据。如公认的3种3G制式：A、WCDMA124话音/对载频（5MHz）B、CDMA200070话音/对载频（1.25MHz）C、TD-SCDMA48话音/单载频（1.6MHz）GSM系统的演进4第二代第二代+第二代++第三代IMT2000北美欧洲CDMAIS-95ACDMAIS-95BCDMA2000-1xCDMA2000GSMTDMAGSM+GPRS,HSCSDGSM++EDGEWCDMA普通分组数据业务高速电路交换数据GSM增强数据率5系统组成移动台（MS）无线基站子系统（BSS）交换网络子系统（NSS）6系统组成原理图MSBTSBTSMSC/VLRSCHLR/AUCEIROMCUm接口BSCBSSA接口Abis接口ISDNPLMNPSTN7移动台/移动用户（MS）移动设备SIM卡8SIM卡9SIM卡简介结构：–CPU–程序存储器（ROM）–工作存储器（RAM）–数据存储器（EPROM）–串行通信单元10基站子系统（BSS）组成：基站控制器BSC、基站收发信台BTSBSC：对一个或多个BTS进行控制，负责无线网络资源的管理、小区配置数据、功率控制、定位和切换BTS：收发信台，负责无线传输、无线分集、信道加密及跳频等1112光端机光端机BSC接入端光缆接基站DF基站子系统的传输13BTS收发信机：–常被称作基站/微基站–或微蜂窝设备–室外基站又常称做宏蜂窝–室内基站又常称做微蜂窝14蜂窝设备宏蜂窝：–主要用于覆盖室外的基站设备–覆盖面积大，约1km～25km–输出功率大–提供的载频多–建网成本高1516基站天馈部分17蜂窝设备微蜂窝：–作为宏蜂窝的补充和延伸覆盖盲区–覆盖面积较小，约30m～300m–输出功率小（1w)–提供的载频不多(1~2个)–安装灵活–主要用于提高覆盖和提高系统容量–宏蜂窝、微蜂窝可以组合使用，构成伞状小区，用以解决高速移动和慢速移动用户较多的区域，实现话务量分流及可靠切换1819蜂窝设备微微蜂窝：–覆盖面积小，仅适用于小范围通信区域–输出功率小（0.25w)–提供的载频仅为1个–安装灵活–典型产品:NOKIAINSITE20BSC-BTS-天馈系统TRITGTGTGBSCBSCBTSRBS20021网络交换子系统（NSS）NSS主要完成交换功能和客户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能功能实体：MSC/VLRHLR/AUCEIR22MSC-移动交换中心功能：–完成最基本的交换功能–与其它通信网的接口–支持位置登记、越区切换、自动漫游等–应能完成GMSC的功能（关口局功能）–GMSC：在较大容量通信网中，固网用户与移动用户通信时，呼叫首先接续至关口局，再由其获取位置信息然后进行接续23COMBATELECOMSYSTEMS京信通信VLR-拜访位置寄存器23功能：–存储覆盖区内的所有用户的全部信息–动态数据库，需随时与HLR交换数据–用户离开时，所有信息被删除–物理上与MSC为一体，避免二者频繁交换，延长接续时间24HLR-归属位置寄存器功能：–系统的中央数据库，存放用户的所有信息-漫游用户的权限、基本业务、补充业务、位置信息–一个HLR可以覆盖几个交换区或整个移动网–为MSC呼叫提供所需的路由信息等相关数据25AUC-鉴权中心功能：–存储用户的加密信息，保护用户合法地位–AUC受严格保护–物理实体上与HLR一体–产生鉴权与加密的客户三参数：RAND（随机码）、响应数（SRES）、密钥（Kc）26EIR-移动设备识别寄存器功能：–存储与移动台IMEI有关的信息–对IMSI进行复核，防止未经许可的移动台使用移动网–IMSI：国际移动设备识别码27操作维护子系统-OSS功能：–OSS是操作人员与系统设备间的中介–实现对系统的集中操作与维护：移动用户管理、移动设备管理、网络操作维护–OSS：OMC-R（操作维护中心-无线部分）：对BSS的操作与管理OMC-S（操作维护中心-系统部分）：对MSC、VLR、HLR等的维护28系统结构接口DAABBCCDEFFGVLRVLRHLREIRBSSBSSMSCMSC29接口说明B接口：–VLR和MSC之间的接口–设备内部接口(MSC、VLR物理上为一整体）–MSC向VLR询问有关MS当前位置及通知VLR有关MS位置更新的信息30接口说明C接口：–MSC与HLR之间的接口–七号信令网接口–完成被叫移动用户信息的传递–获取被叫用户被分配的漫游号码31接口说明D接口：–HLR和VLR之间的接口–七号信令网接口–交换位置信息和用户信息–例：当某一移动台漫游到某VLR区后，VLR将通知MS的HLR，HLR向VLR发送有关该用户的业务消息，以便VLR给漫游客户提供合适的服务。同时HLR通知MS的原HLR删除该用户的相关消息–当MS要求修改补充业务的操作时，也通过D接口进行32接口说明E接口：–MSC与MSC之间的接口–七号信令网接口–用于二个MSC间的局间切换–二个MSC间建立用户呼叫接续时传递通过D接口进行33接口说明F接口：–MSC与EIR之间的接口–七号信令网接口–用于MSC检验移动台的IMEI时使用34接口说明G接口：–VLR之间的接口–MS位置更新时使用–当MS以TMSI启动位置更新时，VLR使用G接口向前一个VLR获取MS的IMSI和相应的信息35信令及信令网信令：–协调不同实体工作的一系列控制信号–信令是移动业务工作必不可少的–GSM引入S7信令系统信令网结构：–三级结构–最高级--高级信令转接点（HSTP）–第二级--低级信令转接点（LSTP）–第三级—信令点（SP）36信令网结构HSTP：设置在大区一级移动业务汇接中心LSTP：设置在各省二级移动业务汇接中心SP：设置在各地三级交换中心，三级数字移动网也称移动业务本地网移动业务本地网：由若干个MSC/VLR、HLR/AUC、EIR等组成，各个MSC在信令结构上地位是相同的，但在话音结构上是不一样的，话音结构相对复杂些，在各本地网有汇接中心（局）GSM频段分配38上/下行的概念上行链路：–移动台至基站的链路–移动台发,基站接收下行链路：–基站至移动台的链路–基站发,移动台收39工作频段的分配CDMA上行CDMA下行825835联通CDMA870880联通CDMAGSM上行890909915移动GSM联通GSMGSM下行移动GSM联通GSM935954960我国移动通信工作频段MHz40工作频段的分配（对照）CDMA上行CDMA下行825835联通CDMA870880联通CDMAGSM上行890909915移动GSM联通GSMGSM下行移动GSM联通GSM935954960我国移动通信工作频段原部队AMPS原部队AMPS845EGSMEGSM西北五省AMPS西北五省AMPSETACSETACSTACSTACS88089090592593595041工作频段的分配-DCS1800DCS上行17101785DCS下行18051880DCS-1800工作频段42频道间隔功能：–相邻二频道间隔为200KHz–每个频道采用TDMA方式，每个频道分成8个时隙（Slot），即8个信道–每个信道占用带宽25KHz–上下行间隔45MHz43频道配置频道序号：76~124，49个频点–76~94为中国移动所有，95~124为中国联通所有–95频点为保护（隔离）频点–频点与频率的对应关系：–Fu(n)=890.2MHz+(n-1)*0.2MHz–Fd(n)=Fu(n)+45MHz–FDCS(n)=1805+0.2（n-511）44干扰保护比-C/I干扰保护比：信号强度与干扰信号的比值–一定的干扰保护比才能保证正常通话–GSM规范参数：–同频干扰保护比：C/I≧9dB–邻频干扰保护比：C/I≧-9dB–载波偏离400KHz干扰保护比：C/I≧-41dB时分多址技术46三种多址通信方式1、FDMA——频分多址2、TDMA——时分多址3、CDMA——码分多址ftFia)FDMAtb)TDMAftc)CDMAfCi47三种多址方式频率频率时间时间频率时间25KHz200KHz·单个用户/频道·8个用户/较宽频带·多个用户/宽带频道1.23MHz48信道(informationchannels)；是信号的传输媒质，可分为有线信道和无线信道两类。无线信道有地波传播、短波电离层反射、超短波或微波视距中继、人造卫星中继以及各种散射信道等。无线信道也就是常说的无线的“频段（Channel）”，其是以无线信号作为传输媒体的数据信号传送通道。信道的概念49话务量的概念话务量是电话负荷大小的一种度量，通常是指电话用户在某段时间内所进行的通话交换量，又称话务负荷。可表示为：Y=M·C·T·β话务量单位为爱尔兰Erlang，简称为ErlY为话务量，M为用户数，C·T为每用户话务量C：在某段时间内，每用户占用信道的平均次数50话务量的概念T：在某段时间内，每用户占用信道的平均时长。Β:忙时集中率例：某用户每次通话时长为1分钟，一天打6次电话，β为1/10，则产生的话务量为：6*（1/10）*（1分钟）/60=0.01Erl话务量的预测既是理论界的难点，也是日常工作中的难点。51时分多址概念时分多址：每一频点分成8个时隙，每个时隙为一个信道，因此一个频点可以供给8个移动用户使用。TS0TS1TS3TS2TS4TS5TS6TS752TMDA信道概念信道：物理信道、逻辑信道–物理信道就是一个时隙–逻辑信道根据BTS与MS之间传递信息种类不同而定义为不同的信道–逻辑信道分成业务信道和控制信道–业务信道（TCH）：传送话音或客户数据，点对点方式传送53控制信道-CCH广播信道(BCH):仅用于下行链路–频率校正信道（FCCH）：用于校正MS频率，使MS可以定位并解调出同一小区的其它信息–同步信道（SCH）：携带TDMA帧号及BSIC–广播控制信道（BCCH）：MS空闲时需大量的网络信息，均由BCCH发送。所在这些信息均称为系统消息，BCCH发送的系统消息有8类5455控制信道-CCH公共控制信道(CCCH):不仅供一个MS使用–RACH：上行信道，当MS想与BS建立连接时，通过此信道发送接入请求（三位请求原因，五位随机数）–AGCH：下行信道，为MS指派一SDCCH–PCH：下行信道，用于寻呼MS，寻呼标识为MS的TMSI（IMSI）5657控制信道-CCH专用控制信道(DCCH):仅供一个MS使用–SDCCH：传送建立连接时的信令、位置更新消息、短消息（CBCH）、鉴权加密及附加业务–SACCH：伴随TCH、SDCCH的信道，上行传送TA、PWRC及无线测量报告，下行传送系统消息5、6等及第一层报头消息–FACCH：和TCH有关，用于传送信令5859TDMA帧TDMA帧:每一个载频定义为一个TDMA帧–每帧包括8个时隙（TS0~TS7）–每个帧有一个帧号，帧号以2715648个帧为周期循环编号–复帧：51复帧用于BCCH、SDCCH、CCCH等控制信道；26复帧用于TCH、SACCH、FACCH等业务信道–超帧：26个51复帧或51个26复帧组成一个超帧–超高帧：2048个超帧组成一个超高帧60TS0TS1TS3TS2TS4TS5TS6TS7012242501249500122425012495001220471时隙=156.25比特时长151复帧=51TDMA帧126复帧=26TDMA帧1超帧=51个26复帧=1326TDMA帧1超帧=26个51复帧=1326TDMA帧1超高帧=2048超帧=2715648TDMA帧周期为120ms周期为235ms1TDMA