1-GSM移动通信原理解析

学习目标了解移动通信的多址技术，蜂窝技术了解GSM系统结构、接口掌握Um接口的物理信道结构、Um接口的逻辑信道功能与组合、理解GSM话音的处理过程掌握GSM移动区域的划分掌握GSM编号计划了解GSM移动性管理学习完本课程，您应该能够：中国电子科技集团公司第二十二研究所Page3第一章GSM概述第二章GSM系统结构与接口第三章GSM无线接口与信道第四章GSM编号与区域第五章GSM移动性管理中国电子科技集团公司第二十二研究所Page4移动通信的定义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流的通信。移动体之间的通信只能依靠无线电传输。那什么是无线通信呢？无线通信指利用电磁波的辐射和传播，经过空间传送信息的通信方式.电磁波是它的载体。中国电子科技集团公司第二十二研究所Page51982年，GSM小组成立，主要目标定位于实现欧洲各国移动通信系统的互联互通1986年，在巴黎，对提出的八个建议系统进行现场试验1987年，确定采用频分双工－窄带时分多址（FDD－TDMA）、规则脉冲激励－长期预测话音编码（RPE-LTP）和高斯滤波最小频移键控（GMSK）调制1988年，十八个欧洲国家达成GSM谅解备忘录(MoU)1989年，GSM标准生效PHASEI，主要定义了900M频段的技术标准PHASEII标准，除了对PHASEI标准进行必要的修正和业务补充外，主要增加了1800M频段的技术标准PHASEII＋标准，主要增加了GPRS部分的内容1991年，GSM系统在欧洲正式开通运行，移动通信跨入第二代1994年，GSM进入我国GSM发展简史中国电子科技集团公司第二十二研究所Page6移动通信发展展望1G2G3G2.5G1987年1994年2003年2009年无线通信系统商用时间WCDMACDMA2000TD-SCDMAAMPSTACS4GLTE-Advanced5G2012年2.75GEDGECDMA-1XGSMCDMAIS-95AGPRSTD-LTEFDD-LTE3.9G2001年中国电子科技集团公司第二十二研究所Page7第一章GSM概述第二章GSM系统结构与接口第三章GSM无线接口与信道第四章GSM编号与区域第五章GSM移动性管理中国电子科技集团公司第二十二研究所Page8第二章GSM系统结构与接口2.1GSM系统结构和功能2.2GSM主要接口中国电子科技集团公司第二十二研究所Page9OMCHLR/AUC/EIRSMCMSC/VLRBSC其他MSCBTSMSMSBTSBTSMAP接口A-bis接口A接口PSTNISDNGSM系统结构与功能中国电子科技集团公司第二十二研究所GSM/EDGE拓扑结构Page10中国电子科技集团公司第二十二研究所Page11移动台由SIM卡与机身设备ME组成SIM卡上包含所有与用户有关的无线接口一侧的信息，也含有鉴权和加密实现的信息。固化数据：IMSI、Ki、安全算法(A3、A8)临时网络数据：TMSI、LAI、KC业务相关数据：PIN(个人识别号)、PUK机身设备可以是手持机，车载台等。移动台(MS)的功能中国电子科技集团公司第二十二研究所Page12接口管理BTS的管理操作与维护支持呼叫控制切换话务量统计无线链路的测量无线参数及无线资源管理BSC的功能中国电子科技集团公司第二十二研究所Page13BTS受控于BSC实现BTS与移动台(MS)空中接口的功能BTS的功能中国电子科技集团公司第二十二研究所Page14接口管理支持电信业务，承载业务和补充业务支持位置登记、越区切换和自动漫游等其它网络功能MSC的功能中国电子科技集团公司第二十二研究所Page15服务于其控制区域内移动用户存储进入其控制区域内已登记的移动用户相关信息VLR的功能中国电子科技集团公司第二十二研究所Page16GSM系统的中央数据库所有移动用户的重要数据都存储在HLR中。包括用户识别号码，访问能力、用户类别和补充业务等数据，以及漫游移动用户所在MSC区域的有关动态数据HLR的功能中国电子科技集团公司第二十二研究所Page17属于HLR的一个功能单元部分，专用于GSM系统的安全性管理存储鉴权信息和加密密钥，防止无权用户接入系统和防止无线接口中数据被窃AUC的功能中国电子科技集团公司第二十二研究所Page18存储移动设备的国际移动设备识别码(IMEI)，通过核查三种表格（白名单、灰名单、黑名单）使得网络具有防止无权用户接入、监视故障设备的运行和保障网络运行安全的功能EIR的功能中国电子科技集团公司第二十二研究所Page19第二章GSM系统结构与接口2.1GSM系统结构和功能2.2GSM主要接口中国电子科技集团公司第二十二研究所Page20A接口、Abis接口和Um接口其中，A接口、Um接口为开放式接口MSBTSBSCMSCUm接口Abis接口A接口BSS侧主要接口中国电子科技集团公司第二十二研究所Page21网路子系统（NSS）与基站子系统（BSS）之间的通信接口物理链路采用标准的2.048Mb/sPCM数字传输链路传输话音和七号信令传递的信令包括移动台管理、基站管理、移动性管理、接续管理等A接口中国电子科技集团公司第二十二研究所Page22基站控制器(BSC)和基站收发信台(BTS)之间的通信接口物理链路采用标准的2.048Mb/s数字传输链路采用LAPD协议Abis接口中国电子科技集团公司第二十二研究所Page23移动台与基站收发信台(BTS)之间的无线通信接口物理链路为无线链路采用LAPDm协议传递的信令包括无线资源管理，移动性管理和接续管理等Um接口中国电子科技集团公司第二十二研究所Page24MSCF接口EIRHLR/AUCC接口B接口VLRD接口G接口VLRB接口MSCE接口MAP接口NSS内部接口中国电子科技集团公司第二十二研究所Page25第一章GSM概述第二章GSM系统结构与接口第三章GSM无线接口与信道第四章GSM编号与区域第五章GSM移动性管理中国电子科技集团公司第二十二研究所Page26第三章GSM无线接口与信道3.1无线接口概述3.2语音信号处理过程3.3GSM系统技术介绍3.4无线逻辑信道中国电子科技集团公司第二十二研究所Page27无线接口概述其他MSCBTSHLR/AUCSMCPSTNISDNOMCMSUmMSA-bis接口BSCA接口MSC/VLRBTSBTS中国电子科技集团公司第二十二研究所Page28接续管理（CM）无线资源管理（RR）移动和安全管理（MM）综合处理TCH0TCH1TCH2。。SACCH。。TCH25IDL复帧物理层(L1)数据链路层(L2)网络应用层(L3)第一章无线接口概述RACHBCCHAGCH/PCHSDCCHSACCHTCHFACCH无线接口（Um口）分层结构中国电子科技集团公司第二十二研究所Page29第一章无线接口概述时间FDMA频率TDMA时间频率CDMA频率时间码多址技术中国电子科技集团公司第二十二研究所Page30第三章GSM无线接口与信道3.1无线接口概述3.2语音信号处理过程3.3GSM系统技术介绍3.4无线逻辑信道中国电子科技集团公司第二十二研究所Page31语音A/D8KHz，13bit语音编码分段20ms13kbit/s信道编码交织突发脉冲加密22.8kbit/s调制33.8kbit/s发送语音信号处理过程中国电子科技集团公司第二十二研究所Page32语音信号处理过程编码方式称为规则脉冲激励──长期预测编码(RPE-LTP)，其处理过程是先进行8KHZ抽样，调整每20ms为一帧，每帧分为4个子帧，每个子帧长5ms，纯比特率为13kbit/s。语音编码中国电子科技集团公司第二十二研究所Page33块编码器激励编码器50bit+3*2+4132bit78bit456bit语音信号处理过程信道编码中国电子科技集团公司第二十二研究所Page3412345678......452453454455456816...456210...450614...45419...449412...452715...455311...451513...453........B0B1B2B3B4B5B6B7{B0,A4}{B1,A5}{B2,A6}{B3,A7}{C0,B4}{C1,B5}{C2,B6}{C3,B7}一次交织（块内）：二次交织（块间）：语音信号处理过程语音交织中国电子科技集团公司第二十二研究所Page353571261573语音信号处理过程语音突发脉冲中国电子科技集团公司第二十二研究所Page36第三章GSM无线接口与信道3.1无线接口概述3.2语音信号处理过程3.3GSM系统技术介绍3.4无线逻辑信道中国电子科技集团公司第二十二研究所Page37传播时延t传播时延tTA这样下去不行，得让手机提前一个TA值时间发给我！！GSM系统技术介绍定时提前（TA）中国电子科技集团公司第二十二研究所Page38频率f0帧f1f2f3f4时间GSM系统技术介绍跳频中国电子科技集团公司第二十二研究所Page39延长电池寿命降低干扰GSM系统技术介绍DTX:不连续发射(DiscontinuousTransmission)在语音间歇期关闭发射仅发射静音指示帧接收端码变换器产生舒适噪声DTX中国电子科技集团公司第二十二研究所Page40延长电池寿命降低网络干扰包括上行功控和下行功控功率控制基于电平和质量BSC、BTS是判决者GSM系统技术介绍BCCH载频不参加功率控制时间信号电平目标电平值：e.g.-85dBm功率控制中国电子科技集团公司第二十二研究所Page41第三章GSM无线接口与信道3.1无线接口概述3.2语音信号处理过程3.3GSM系统技术介绍3.4无线逻辑信道中国电子科技集团公司第二十二研究所Page42无线逻辑信道时隙和帧结构逻辑信道分类逻辑信道组合公共控制信道配置中国电子科技集团公司第二十二研究所Page43频率200kHzBP0.577ms隙缝时间时隙和帧结构帧和信道中国电子科技集团公司第二十二研究所Page440123204420452046204701234849504701242501242514950001457623TB3TB3GP8.25TB：尾比特TB3TB3GP8.25GP：保护期TB3TB3GP8.25TB3TB3GP68.2558信息比特26训练序列58信息比特固定比特142信息比特39扩展的训练序列64信息比特39同步序列41信息比特36常规突发序列（NB）频率校正突发序列（FB）同步突发序列（SB）接入突发序列（AB）1超高帧=2048超帧=2715648TDMA帧（3小时28分53秒760毫秒）1超帧=1326TDMA帧（6.12秒）1复帧=26TDMA帧（120ms）1复帧=51TDMA帧（3060/13ms）1TDMA帧=8时隙（120/26=4.615ms）1时隙=156.25比特持续期（15/26=0.577ms）（1比特持续期：48/13=3.68us）BCCHCCCHSDCCHTCHSACCH/TFACCH时隙和帧结构中国电子科技集团公司第二十二研究所Page458bit41同步bit36加密bit3bit68.25bit尾比特尾比特保护间隔数据•接入突发脉冲序列(AB)：用于MS初始化接入3bit142bit3bit8.25bit尾比特尾比特保护间隔数据•频率校正突发脉冲序列(FB)：用于MS与BTS之间的频率同步3bit39加密bit39加密bit3bit8.25bit尾比特尾比特保护间隔数据数据64同步bit•同步突发脉冲序列(SB)：用于MS与BTS之间的定时同步时隙和帧结构突发脉冲中国电子科技集团公司第二十二研究所Page463bit57加密bit57加密bit3bit