GSM基础知识解析

移动通信GSMGSM总体1988年颁布了GSM标准——泛欧数字蜂窝网通信标准包括两个并行的系统——GSM900、DCS1800。两个系统功能相同，主要的差异是频段不同。GSM标准只对功能、接口作了详细规定，便于不同公司的产品可以互联互通。以一个MSC为中心的网络结构人MTBTSMSCEIRHLR/AUCVLRMSCSmUmACDBFEBSCAbisPSTNGSM系统作为AN网络整体的结构GSM服务区PLMN区PLMN区MSC区MSC区位置区LA位置区LABS小区BS小区多个MTGSM系统的号码编制移动用户识别码——IMSI（国际移动用户识别码）每个用户一个，在所有位置均有效，通常在呼叫建立和位置更新时使用。存在于SIM卡中，安全性很重要。GSM系统的号码编制临时移动用户识别码——TMSIIMSI只在起始呼叫中使用，而后用换算出TMSI完成通话过程。GSM系统的号码编制国际移动设备识别码——IMEI手机串号MT的唯一标志，由于监控设备。一般，在MT键盘上按下*#06#，即可得到。GSM系统的号码编制MT的网络服务号码类似于固定电话号码的编制原则13xxxxxxxxxGSM系统的号码编制基站识别编码BSIC位置区识别编码LAI便于识别基站及位置区，为位置更新和信道越区切换服务GSM提供的主要业务目前投入使用的是语音传输短消息业务传真GSM系统的无线接口频率-时间分隔的蜂窝系统小区结构和载频运用小区区群载频复用小区半径：BTS—MT间距离，农村一般35KM，市区一般1KM可采用区群内三小区每小区三扇区区群间频率复用GSM系统的无线接口频率-时间分隔的蜂窝系统工作频带和载频间隔上行：890-915MHZ下行：935-960MHZ共有25MHZ带宽FDD双工间隔45MHZ每频带上200KHZ载波间隔GSM系统的无线接口频率-时间分隔的蜂窝系统频道编号1号～124号n=1～1241、124号基本不用MHZnfuplink)2.0890(MHZnffuplinklink)2.0935(45downGSM系统的无线接口频率-时间分隔的蜂窝系统发射类型GSM：发射类别为271KF7W，即：每载频段用TDMA技术含8个基本物理信道/8个基本时隙调制速率为270.83KBpsGMSK调制方式GSM系统的无线接口频率-时间分隔的蜂窝系统GSM：蜂窝系统载频间隔：200KHZ每载频：按时间分隔为8个时隙的1个个TDMA帧，即每载频8信道每小区基站：含由若干个预先分配的频率——时间信道GSM系统的无线接口物理信道和逻辑信道的结构我们已知GSM上下行频带被分为124对载频，载频间隔200KHZ每对载频上的时间被分割，供不同用户使用，称作时隙。编号为0～7则从时间上看，排列为：Slot0Slot1Slot2Slot3Slot4Slot5Slot6Slot7Slot0Slot1……GSM系统的无线接口物理信道和逻辑信道的结构可见突发性、重复性是特色发射信号功率时间0Slot0Slot0用户突发信号示意图Slot1Slot2Slot3Slot4Slot5Slot6Slot7Slot0Slot1GSM系统的无线接口物理信道和逻辑信道的结构每个时隙是周期出现的，但出现时间是不长的，认为是突发——BURST该时隙可被认为是物理信道——射频信道，用以传输业务信息显然，要对这些物理信道/时隙进行一系列规定，以便互通地传输信息，即所谓物理信道上的物理帧设计，以便物理信道完成对逻辑信道上的业务的承载。显而易见，逻辑信道上的信息也不可能不加组织地加载到物理信道上。GSM系统的无线接口物理信道和逻辑信道的结构基本术语简介载频点，上下行124个载频点上的时隙，持续时间15/26（ms）≈0.577ms时隙上传输的内容叫：突出序列——Burst，共有156.25bits物理信道（特定时隙）是FDMA、TDMA结合下的产物，在TDMA帧中的位置是不变的。逻辑信息（业务与控制）是在一个给定的物理信道中作时间复用的GSM系统的无线接口物理信道和逻辑信道的结构帧结构物理信道及物理层信息帧格式——时隙及之上的突发脉冲序列，共有5种，都是156.25bits，持续15/26ms。TDMA帧（TDMAFrame）——含8个时隙，持续8×15/26=4.615ms复帧（MultiFrame）或者含26个TDMA帧，用于传业务及随路信令。或者含51个TDMA帧，专用于信令传输。GSM系统的无线接口物理信道和逻辑信道的结构帧结构超帧（SuperFrame）连续的51×26个TDMA帧，持续6.12秒。超高帧（HyperFrame）2048个超帧，周期3小时28分53秒760毫秒，用于话音和数据。GSM系统的无线接口突发脉冲序列——物理层信息帧格式，装载逻辑信道的内容NormalBurst头尾bits、保护期纯粹被物理链路建立、撤销所消耗信息bits承载业务训练bits用于接收电路估计物理信道情况，作为均衡信息使用头比特111信息比特57+1训练比特26信息比特57+1尾比特111保护期8.25bitsGSM系统的无线接口突发脉冲序列——物理层信息帧格式，装载逻辑信道的内容FrequencyCorrectionBurst头尾bits、保护期纯粹被物理链路建立、撤销所消耗固定内容bits纯粹的物理信道建立使用头比特111固定内容比特142尾比特111保护期8.25bitsGSM系统的无线接口突发脉冲序列——物理层信息帧格式，装载逻辑信道的内容SynchronizationBurst头尾bits、保护期纯粹被物理链路建立、撤销所消耗信息bits承载业务，但没有NormalBurst数目多比起NormalBurst，训练bits为同步意义而加长。头比特111加密信息39训练比特64加密信息39尾比特111保护期8.25bitsGSM系统的无线接口突发脉冲序列——物理层信息帧格式，装载逻辑信道的内容AccessBurst头尾bits、保护期纯粹被物理链路建立、撤销所消耗头比特加长，是为了便于接入阶段对方接收时的捕获。头比特11111111训练比特41加密信息36尾比特111保护期8.25bitsGSM系统的无线接口突发脉冲序列——物理层信息帧格式，装载逻辑信道的内容NullBurst虚设时隙，填充时隙头尾bits、保护期纯粹被物理链路建立、撤销所消耗头比特加长，是为了便于接入阶段对方接收时的捕获。头比特111固定比特57+1训练比特26固定比特57+1尾比特111保护期8.25bitsGSM系统的无线接口逻辑信道类型物理信道支持着逻辑信道逻辑信道分为业务信道TrafficChannel、控制信道ControlChannel业务信道TCH传输业务数据，控制信道CCH传送信令GSM系统的无线接口逻辑信道类型——逻辑信道类型图表频率校正信道FCCH同步信道SCH广播控制信道BCCH寻呼信道PCH准许接入信道AGCH随机接入信道RACH独立专用控制信道SDCCH慢速辅助控制信道SACCH快速辅助控制信道FACCH广播信道BCH公用控制信道CCCH专用控制信道DCCH控制信道CCH业务信道TCH下行下行下行下行下行上行上下行上下行上下行GSM系统的无线接口逻辑信道类型逻辑信道使用的状态图表示——MT被叫时MT监听FCCHSCHBCCH做好准备MT通过RACHAGCH与BTS交互收到PCH寻呼信息BTS指配SDCCHMT通过SDCCH与BTS交互控制信息、SACCHMT通过TCH与BTS交互业务信息、SACCH随路信令BTS指配TCHFCCH、SCH、BCCH、PCH为下行信道RACH上行信道、AGCH下行信道SDCCH上下行信道TCH上下行信道、SACCH为随路上下行信令信道（随TCH中的业务于一路）GSM系统的无线接口逻辑信道类型逻辑信道使用的状态图表示——MT被叫时BTS接收MT接收FCCH、SCH、BCCH且PCH有寻呼该MT信息RACHAGCHSDCCH+SACCHSDCCH+SACCHTCH+SACCHTCH+SACCHGSM系统的无线接口逻辑信道类型逻辑信道使用的状态图表示——MT主叫时MT监听FCCHSCHBCCH做好准备MT通过RACHAGCH与BTS交互MT有呼叫需求BTS指配SDCCHMT通过SDCCH与BTS交互MT通过TCH与BTS交互业务信息、SACCH随路信令BTS指配TCHFCCH、SCH、BCCH为下行信道RACH上行信道、AGCH下行信道SDCCH上下行信道TCH上下行信道、SACCH为随路上下行信令信道（随TCH中的业务于一路）GSM系统的无线接口逻辑信道类型逻辑信道使用的状态图表示——MT主叫时BTS接收MT接收FCCH、SCH、BCCHPCH无寻呼信息、该MT要发起呼叫RACHAGCHSDCCH+SACCHSDCCH+SACCHTCH+SACCHTCH+SACCHGSM系统的无线接口逻辑信道类型五种Burst对逻辑信道的承载FrequencyCorrectionBurst承载FCCHSynchronizationBurst承载SCHNormalBurst承载BCCH。57+1中的1位指明是业务、控制NormalBurst承载PCH。57+1中的1位指明是业务、控制AccessBurst承载RACH。NormalBurst承载AGCH。57+1中的1位指明是业务、控制GSM系统的无线接口逻辑信道类型五种Burst对逻辑信道的承载（续）NormalBurst承载SDCCH+SACCH。57+1中的1位指明是业务、控制NormalBurst承载TCH+SACCH。57+1中的1位指明是业务、控制从上述的两个状态转移图，可看出NormalBurst不同的承载存在于不同的时间，故而具有任意时刻的唯一意义。不会混淆。GSM系统的无线接口逻辑信道类型逻辑信道的组合方式——映射到物理信道的方式一般地，一个基站有n个载频（双工）C0，C1，……Cn-1，C0称为主载频每个载频有8个时隙，TS0，TS1，……TSnC0上的TS0用于广播信道、公共控制信道，TS1用于专用控制信道，TS2～TS7用于业务信道及随路信令SACCH。C1～Cn-1的8个时隙均用于业务信道及随路信令SACCH。GSM系统的无线接口逻辑信道类型逻辑信道的组合方式——业务信道的组合方式C0的TS2～TS7、C1～Cn-1的8个时隙用于业务信道及随路信令SACCH。亦即：该基站最多可容纳(n-1)×8+6个用户。一个用户占据一个时隙，两个时隙间隔1个TDMA帧。因而可以认为用户业务数据以多个TDMA帧来传输——MultiFrame复帧的概念。业务信道的复帧含26个TDMA帧。GSM系统的无线接口业务信道的组合方式业务信道包含TCH、SACCH。NormalBurst承载TCH、SACCH。57+1中的1位指明是业务、控制。MT准备好多个NormalBurst，按照分配好的时隙，发送出去。这就是复帧与时隙的对应问题，见后图。GSM系统的无线接口某用户的业务复帧与指定时隙TS2的对应TTTTTTTTTTTTATTTTTTTTTTT0127TI1234567823242526192021221516171811121314910TCH业务数据、SACCCH慢速随路信令数据、NULL，分别以NB物理承载，26个TDMA帧组成1个复帧……0127……012……TDMA帧GSM系统的无线接口控制信道的组合方式C0上的TS0用于广播信道BCH（FCCH、SCH、BCCH）公共控制信道CCCH（PCH、RACH、AGCH）C0上的TS1用于专用控制信道DCCH（SDCCH、SACCH）控制信道的复帧含51个TDM