Aglient 公司的GSM原理测量培训教材

GSM原理(翻译自Aglient公司的GSM原理/测量培训教材)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则是别的一些国家使用的频段(如美国)。GSM900/1800分别是工作在890~960mhz/1710~1880mhz频段的。GSM900的手机最大功率是8W（实际中移动台没这么大的功率，一般的手机最大功率是2W，车载台功能大），而DCS1800的手机的最大功率是1W。GSM900/DCS1800/PCN1900的区别:GSM900是初始的GSM系统,MOBILE的功率从输出1W-8W,GSM900的通道从1~124,DCS1800的通道从512~885;DCS1800是低功率的,最高是1W;GSM的频段：GSM900小区半径35km上行880~915MHZ下行将925~960MHZPHASE2:890~925MHZ和935~960MHZ;通道号1---124.GSM1800小区半径2km(由于1800mhz手机的低功率)上行710~1785MHZ下行1805~1880MHZ。PHASE2:SAME;通道号:512—885.为高密度的用户.GSM1900:1850~1910MHZ1930~1990MHZ上行和下行组成一频率对,上行就是手机发射、机站接收；下行就是基站到手机。例如935-960和890-915相差45MHZ,第二个通道上,上行落后下行三个时隙.网络组成：1.BTS基站：basetransceiverstation基站首要是收发器，收发器的多少决定小区的容量，一个收发器能支持8个用户。一个小区由3个天线，一个发射，两个接收（分级接收）。（a)每个BTS都会有一套收发器。b)一个BTS覆盖一个小区，BTS发送BCH信号在RF信道的0时隙。BCH帮助Mobile识别/寻找网络。c)小区的手机用户容量依靠信道数d)GSM空中接口的数据传输速率是13Kbps,即BTS收发语音数据速率是13KB/S.e)有BTS命令手机设置其发射功率、迁时、切换。2.BSCbasestationcontroller基站控制器：a)几个BTS基站连接一个BSC,基站安排信道配置、切换、和BTS连接BSC;所有的BSC连接至MSC,b)每个BTS连结BSC用abis接口，是2Mbps的连接。使用microwavelink、opticalfiber、co-axialline等方式连接.c)Microwavelink经常是最好的连接方式选择。d)BSC连结MSC使用的是A口e)在BSC可提供小区广播等服务。3.MSCmobileswitchingcenter是网络的核心，呼叫建立、保持、和释放；链接BSC和PSTN、认证、呼叫转接、短信息、收费等。当用户增加到一定数量时，可增加MSC；MSC与MSC之间使用GMSC连结（GATEWAY）a)当呼叫建立时，MSC起到保持通话和断开通话的功能。b)存储所有的用户数据和它们的相关特征。c)介于MS和PSTN之间，交换通信数据.d)MSC是GSM网络的心脏。是与别的GSM网络、非GSM网络的连接口。e)MSC主要功能：认证、位置更新、连接、收费、呼叫转接、SMS。f)当用户增加时，超过一个MSC的容量，就需要多一个MSC，就增加一倍的用户4.TRAN------Transcoding/rateadapterunit速率适配器。a)TRAN转换13KB/S的GSM速率为标准的64KB/S;TRAN作为一MSC的一部分。b)Transcoding也使用在下行时，将64kbps转换成16kbps.c)Transcoding在MSC\BSC\BTS中。5.HLRHomelocationregister归属位置寄存器。a)在MSC中有所有的用户数据库存在于HLR。HLR中有永久用户数据库。b)用户发出呼叫时，MSC从HLR之中获得用户数据。是用户核心数据库，大部分在SIM卡中的数据都可以在HLR中获得。6.VLRvisitinglocationregister访问位置寄存器。a)在VLR中有被激活的所有的用户号码。b)当别的MSC中的用户漫游到新的MSC时，MSC和HLR之间通信，新的MSC就将漫游的用户注册到它的VLR中。c)当手机漫游时，用户访问区被别的网络覆盖，而且归属位置网络批准它使用被访问的网络，它的用户信息将从HLR被拷贝到VLR(访问位置寄存器)中暂存。7.鉴权中心AUC----Authenticationcentera)是SIM卡的验证过程。b)每个SIM卡有一个IMSI，在IMSI有加密码c)在HLR中有IMSI和密码d)手机通信时，首先验证SIM卡的合法性，由AUC进行验证。8.装备身份注册：EIR----Equipmentidentifyregistera)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。b)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。c)EIR分类：Permittedlist\evaluationlist\stolenlist\unknown9.收费中心BC---Billingcentera)BC产生每一个用户的费用状况.b)直接连到MSC,由MSC发送收费信息给BC（通话时）c)BC处理按单位计费。10.操作运营中心：OMC----operationandmaintenancecenter.a)每个GSM网络超过100个BTS组成，每一个实体需要操作和维护。b)一些远程操纵是必要的，检测和远程进入。c)有时有两种OMC(不同的供应商)，OMC-S:Dealwithswitch;OMC-R:dealwithradionetwork。11.短信中心：SMSC信息通过短信息中心发到指定的手机。a)信息通过SMSC传输b)信息可通过人工终端（连到SMSC）发送。c)短信中心SMSCENTER---MSC/VLR----BSC----BTS.----MS12.语音服务中心：a)它拥有所有语音用户的数据库；b)它也存储了语音信息。13.设备报警：a)BTS,BSC,Transcoderfailure.b)Linkfailurec)Modulefailure(transceiver,processor)小区身份，网络中每个小区都由唯一的识别号，CI:CellIdentity.一个小区由56个用户可同时通话调制方式:GSM采用的是0.3GMSK调制高斯最小频移键控，0.3是描述滤波器带宽和比特率的关系,不是相位调制，是一种典型的数字调频调制，实际上是调频。0和1代表的是载波加减不同的频率+67.708KHZ和-67.708KHZ，1被看作是相位增加90度，0被看作是相位在相反方向改变，两个频率表示频移键控;语音编码速率时13kbps.数据速率(调制速率)BIT传送速率是270.833Kbps。刚好是四倍于射频频移。这样一来就有效的减少调制频谱和提高了通道利用率.高斯滤波:剧烈的频率变化会导致频谱扩散,所以用滤波器进行滤波平滑后,减少频谱扩散;RF载频加67.708和减67.708KHZ;靠频率转移.GSM网络系统：手机和机站的接口是空中接口，基站(BS)和基站控制台BSC是靠abis接口2Mbps的连接。（是光纤或者常用微波连接，DCS1800Abis接口经常使用微波连接）,一个BSC控制20~30个BTS；基站控制台BSC到交换局是A口连接。手机和基站的最大距离是34.9km。手机开机后的步骤:1.首先搜索124个信道，即所有的BCH通道,决定收到的广播信道BCH强度,(BCH的承载的信息是距Mobile最近的BTS;呼叫信息);2.跟网络同步时间和频率,由FCH/SCH调整频率和时间3.解码BCH的子通道BCCH.4.网络检查SIM卡的合法身份.是否是网络允许的SIM卡。5.手机的位置更新.6.网络鉴权手机主叫(MOC)过程:1.手机给基站发送通道需求，即手机发送一个短的随即接入突发脉冲.(RACHBurst)2.由BCH指定传输信道.SDCCH3.手机和基站在独立专用信道(SDCCH)上通信.4.权限认证5.指定手机在一个业务信道(TCH)上通信.6.在TCH上进行语音通信.手机被叫1.BTS在PCH呼叫通道上使用SIM中的IMSI号码来呼叫用户。2.由手机发送RACH3.通道指定在BCH.4.手机和基站在SDCCH上通信5.手机用户被鉴权6.手机被指定TCH通道。7.在TCH通道上进行语音和数据通信。紧急呼叫：1.GSM规格定义了112为紧急呼叫号码2.112在手机有无SIM卡的情况下均可呼叫。3.在RACH上,手机112建立紧急呼叫。Authentication鉴权：1.目的：验证用户身份（IMSI/SIM）;提供手机新的加密键。2.鉴权是在什么情况下：每一次注册、每次呼叫或被叫企图、执行一些增值服务、漫游时的位置更新。切换handover:切换是手机通信从一个小区/信道到另外一个小区/信道。1.上行和下行的接收质量报告2.上行和下行的接收信号强度3.距离，迁时4.干扰层。5.功率预算。6.切换包括：同一小区内部信道/时隙之间的切换。小区于小区之间。加密ciphering:语音和数据的保密、信号信息的保密；手机位置更新locationupdate:1.MSC应知道呼叫手机的位置。2.手机连续的改变位置，手机在改变位置时通知MSC关于新位置。由MSC处理位置更新。3.手机位置更新过程：（locationareaidentityLAI）a)手机改变位置区b)手机从BCCH上读新的位置区c)发送RACH,为通道需求。d)在AGCH上获得一个SDCCH.e)在SDCCH发送IMSI和新旧LAI位置更新需求给MSCf)MSC开始认证g)如果认证成功，更新手机位置在VLR上h)发送确认信息给手机i)手机离开SDCCH,进入空闲模式。上行和下行：上行是手机通过上行频率发信息给基站，下行是相反。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）。功率等级：由于手机在小区内移动，它的发射功率要随着移动，当他靠近基站时，防止干扰别的用户功率要减小，当他远离基站是为防止衰减要增大发射功率。总共有19个功率等级,功率等级存于手机的EEPROM中.功率控制的好处是：手机可以省电、基站减少干扰。1.由基站在SACCH上发送命令手机改变发射功率2.改变功率是和路径的衰减成比例。TXLevel5–33dbm，19---5dbm。3.每个等级之间是间隔2dbm.4.BTS需要在上行开始的Rxlev、Rxqual5.每480ms发送报告给BSC关于Rxlev、Rxqual。6.每一定时间跟初始的进行比较。动态基站功率控制：1.目标是减少平均干扰2.基于MS发送的测量报告计算3.不是和BCH载波？？？？。4.非强制性的DTX不连续发射：1.当语音中断的大部分时间里，允许无线发射器关掉。2.有DTXHandler处理器：在发射端有语音激活检测、在发射端有背景声噪音、在切断时产生舒适噪音。3.不连续发射在上行和下行都有执行。不连续发射、不连续接收；4.在手机上执行不连续发射和不连续接收。5.在BTS接收时有不连续接收时迁（定时提前）:Timingadvance就是为了保证信号能在准确的时间内到达BS,当MS移动时,随着MS距离BS的远近,上行传递的时延的可变，基站命令移动台提前发送。由BS在SACCH信道上命令MS来改变它的迁时的大小.手机在空闲模式时接收机站和解码BCH，在BCH中的SCH允许手机调整它的内部时间，当手机接收到SCH时不知道距离基站多远，通过SACH特殊的短突发。当手机在下行的SAC