11年网优培训文档-GSM通信原理

GSM网络基础原理目标1.GSM移动通信概述2.GSM无线接口理论3.网络优化概述4.移动通信的历史和未来移动通信的主要目的是实现任何时间、任何地点和任何通信对象之间的通信。蜂窝组网原理是由美国贝尔实验室提出的，其目的是为了解决常规移动通信系统频谱匮乏，容量小，服务质量差及频谱利用率低等问题，而这几个问题都是移动通信发展的瓶颈，也是每次技术更新换代中重点要去解决的核心问题。GSM网络拓扑结构BTS：基站，提供小区的无线收发、控制与信道处理功能BSC：基站控制器，负责无线资源的管理、小区数据管理、功率控制、定位和切换等MSC：移动业务交换中心，完成话路交换的功能实体，负责呼叫处理、移动性管理：与本地的数据库通信(VLR和HLR)，与BSS协同完成切换功能。也是移动通信系统与其它公用通信网之间的接口。HLR：归属位置寄存器，它是个参考数据库，其中包含下列信息:用户的标识（国际标识号，路由号）、订购的业务、MS的大致位置（MS目前所处的VLR）。VLR：VLR与一个或多个MSC相连，它是个本地数据库，其中包含下列信息:为来访用户复制HLR数据、MS更精确的位置信息（位置区LA）、小区重选数据。SIM卡：存储与用户有关的信息，如用户的标识码，定购的业务，安全功能的参数以及用户的位置信息（根据用户的移动动态刷新）.PSTN：公共交换电话网GPRS网络拓扑结构GPRS网络新增3个功能实体：PCU：分组的分割/重组和安排，无线信道接入控制和管理，传输错误的检测和重发（ARQ），功率控制SGSN：服务GPRS支持节点：负责GPRS移动性管理，数据压缩，计费。GGSN：路由GPRS支持节点：提供分组数据网的路由，协议转换。GSM网络接口和协议GPRS网络接口和协议码型转换单元-TRAUGSM编号和识别方案呼叫接续时，即建立从主叫到被叫间的路由过程中，对相关的网元进行标识是必要的。网络依据网元标识、用户地址和特定的规则，才能够实现需要通信的两个网元间链路的成功建立。这些标识，在网络完成其它业务功能、实现用户管理和网络维护的过程也是非常重要的。1、MSISDN――移动用户号码（移动台ISDN号码）（11位）SN号码结构是H0H1H2H3ABCD，其中：H0H1H2H3为每个移动业务本地网的HLR号码，ABCD为移动用户码，由各hlr自行分配。GSM编号和识别方案2、IMSI――国际移动用户识别码（16位）为了对整个GSM移动通信网上正确地识别某个移动用户，就必须给移动用户分配一个特定的识别码。这个识别码称为国际移动用户识别码（IMSI），用于位置更新、呼叫建立和GSM移动网所有信令中，并存贮在SIM卡和HLR中，也在VLR中作为临时登记标识。3、TMSI――临时移动用户识别号码为了对IMSI保密，当移动用户每次位置登记（包括位置更新）后或者呼叫（主叫或被叫）时，VLR将为其分配一个唯一的TMSI号码。移动用户的TMSI与IMSI是对应的，但它们之间没有长期的固定关系，仅在MS呼叫和位置更新时临时指定，并保持到MS被分配新的TMSI时。但当TMSI被释放后，可以重复地给另一个MS使用。GSM编号和识别方案4、IMEI――国际移动台识别号码（15位）国际移动台识别码（IMEI）用于唯一地识别一个移动台设备5、LAI――位置区识别码在GSM系统中，共有三个号码组成对移动台的位置识别：LAI，CGI，BSIC。LAI用于位置区识别和位置更新，和MS做被叫时呼叫接续。由三部分组成：6、CGI――小区识别码（全球小区识别码）CGI是用来识别一个位置内的小区，它是在位置区识别码（LAI）后加上一个小区识别码（CI），其结构是：GSM编号和识别方案7、BSIC――基站识别码（6比特）BSIC=NCC+BCC:NCC(NetworkColourCode)，0~7:BCC(BasestationColourCode)，0～7BSIC值在SCH帧上传送。MS对BSIC进行解码，进而根据NCC和BCC来锁定一个小区。可以区分同一网络中BCCH号相同的不同相邻小区。两个具有相同频点和相同BSIC的小区之间相隔的距离一定要尽量的远。在NCC的定义中，当使用相同BCCH频率的相邻小区属于不同PLMN时，这两个PLMN应使用不同的NCC.练习题1、给出存储在SIM卡，VLR,HLR中的3种信息类型.2、为了在GSM中实现GPRS功能，必须添加哪3种功能？3、TRAU的主要作用是什么？给出GSM中2种可能的速率值.4、简述IMSI和TMSI的主要区别？5、BSIC码的主要作用和规划中的主要注意事项GSM无线接口-复用方式多址技术就是要使众多的客户公用公共信道所采用的一种技术，实现多址的方法基本有三种，频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）。GSM的多址方式为时分多址TDMA和频分多址FDMA，相结合并采用跳频的方式。载波间隔为200K，每个载波有8个基本的物理信道。一个物理信道可以由TDMA的帧号、时隙号和跳频序列号来定义。GSM无线接口-频率我国GSM通信系统采用900MHz与1800MHz频段。900MHZ频段为：890~915（移动台发，基站收）880~890E-GSM935~960（基站发，移动台收）925~935E-GSM1800MHZ频段为：1710~1785（移动台发、基站收），1805~1880（基站发、移动台收）系统及使用部门上行频率MHz下行频率MHz移动GSM900890~909935~954联通GSM900909~915954~960移动GSM900增加频段885~890930~935移动DCS18001710~17201805~1815联通DCS18001745~17551840~1850GSM无线接口-频率GSM无线接口-频率GSM900MHz频段为:fl(n)=890.2MHz+(n-1)×0.2MHz(移动台发,基站收）；fh(n)=fl(n)+45MHz(基站发,移动台收);n∈[1，124]GSM1800MHz频段为：fl(n)=1710.2MHz+(n-512)×0.2MHz(移动台发,基站收）；fh(n)=fl(n)+95MHz(基站发,移动台收）；n∈[512，885]其中：fl(n)为上行信道频率、fh(n)为下行信道频率,n为绝对频点号（ARFCN）。载波干扰比（C/I）是指接收到的希望信号电平与非希望信号电平的比值，此比值与MS的瞬时位置有关。GSM规范要求同频干扰保护比：C/I≥9dB，工程中一般加3dB余量，即要求C/I12dB。规范中一般要求邻频干扰保护比C/A-9dB，工程中一般加3dB余量，即要求C/A-6dB频率复用是指在不同的地理区域上用相同的载波频率进行覆盖。这些区域必须具备足够的频率复用距离，以确保所产生的同频道及邻频道干扰的影响低于干扰保护比的要求。GSM无线接口-TDMA帧在TDMA中，每一个载频被定义为一个TDMA帧，每帧包括8个时隙（TS0~TS7），并要有一个帧号。TDMA的帧号是以3小时28分钟53秒760毫秒（2715648个TDMA帧）为周期循环编号的。每2715648个TDMA帧为一个超高帧，每一个超高帧又由2048个超帧，一个超帧的持续时间为6.12s，而每个超帧又是由51个26复帧或26个51复帧组成。GSM无线接口-突发脉冲（Burst）在空中接口上，突发脉冲用来在每个时隙中发送信息.突发脉冲根据发送信息内容的不同具有不同的类型.最常用的就是常规突发脉冲.其它突发脉冲则用于频率监控，同步以及接入.GSM无线接口-训练序列训练序列（trainingsequence）:它是一串已知序列，用于供均衡器产生信道模型。共有8种不同的非相关性训练序列，它们具有以下特征:易于识别（非常精确的自相关函数）互相之间容易分离（互相关值很小）训练序列是发送端和接收端所共知的序列，它对于当接收端收到该序列时来近似的估算发送信道的干扰情况能起到很重要的作用。GSM无线接口-电路交换模式当手机处于IDLE时:•移动台可以和服务区同步:–可以得到所有网络的接入的信息.•移动台被网络定位–VLR知道移动台的位置区(LA):包括一组小区–HLR知道移动台注册的VLR–为了安全接入，用户被分配一个临时标示码（TMSI）一旦移动台建立连接就进入“CONNECTED”模式：这类行为包括呼叫建立、位置更新等等，待连接释放，移动台又回到IDLE状态。GSM无线接口-业务和信令GSM无线接口-移动和网络间的交互GSM无线接口-物理信道与逻辑信道映射GSM中的信道可分为物理信道和逻辑信道。一个物理信道就是一个时隙，通常被定义为给定TDMA帧上的固定位置上的时隙（TS）。而逻辑信道是根据BTS与MS之间传递的消息种类不同而定义的不同逻辑信道。这些逻辑信道是通过BTS来影射到不同的物理信道上来传送。GSM无线接口-业务复帧GSM无线接口-GPRS复帧一个分组物理信道（PDCH）由空中接口中的位置相同的无线时隙组成。以四个连续的TDMA帧组合形成一个无线数据块Block，作为传送数据的基本单位，一个复帧由52个TDMA帧组成12Block。GSM无线接口-TS0上的复帧GSM无线接口-TS0上的复帧GSM无线接口-TS0上的复帧GSM无线接口-TS1上的复帧GSM无线接口-物理信道与逻辑信道映射GSM无线接口-网络接入GSM无线接口-寻呼用户GSM无线接口-逻辑信道综述GSM无线接口-语音处理GSM无线接口-无线路径损耗和衰耗当移动台和基站的距离逐渐增加时，所收到的信号会越来越弱，这就是发生了路径损耗。路径损耗不仅与载频频率、传播距离有关，而且还与传播地形和地貌有关。dbm和W之间的转换dbm=10lg(p/1mw），1、自由空间信号强度的传播衰落Pr=Pt×(c/f/4πd)2.G1G2，如果将其它参数保持不变仅使工作频率f或传播距离d提高一倍，则其接收功率就为发射功率的四分之一，即自由空间的传播损耗就增加了6dB。2、对数正态衰落常常在移动台和基站之间有高大建筑物、树林和高低起伏的地势地貌，这些障碍物的阻挡造成电磁场的阴影，产生了阴影效应，致使接收信号强度下降。经过大量的野外测试表明，这种衰落服从对数正态衰落，它的接收信号的中值电场与基站和移动台的距离的四次方成反比。由于这种场强的变化随着地理位置改变而较慢的变化，故称为慢衰落。GSM无线接口-无线路径损耗和衰耗3、多径传播引起的衰落发射的信号在城市中常常会受到建筑物或地形的阻挡要经过直射、反射、散射等多种传播路径才到达接收端，而且随着移动台的移动，各条传播路径上的信号幅度时延及相位随时随地发生的变化，所以接收到的信号是起伏不稳定的这些多径信号相互迭加产生的矢量和就会形成一个严重的衰落谷点，使矢量和非常接近为零。迭加后的信号幅度变化符合瑞利分布，因而又被称为瑞利衰落。瑞利衰落随时间而急剧变化，又常常称为快衰落。GSM无线接口-分集接收多径衰落和阴影衰落构成移动通信接收信号不稳定的主要因素，使接收信号被大大恶化。采用分集方法即在若干支路上接收相互间相关性很小的载有同一消息的信号，然后通过合并技术再将各个支路的信号合并输出，那么便可在接收终端上大大降低深衰落的概率。由于衰落具有频率、时间和空间的选择性，因此分集技术包括空间分集、时间分集、频率分集和极化分集四种。1、空间分集：若在空间设立两副接收天线，独立接收同一信号。由于其传播环境及衰落各不相同，具有不相干或相干性很小的特点。2、时间分集：在GSM中采用的是后面会讲到的交织技术来实现时间分集的。3、频率分集：这种分集技术在GSM中是通过调频来实现的，4、极化分集：通过采用垂直电子天线、垂直磁性天线和环状天线来实现的。GSM无线接口-跳频技术基站无线信道的跳频是以每一个物理信道为基础的，因此对于移动台来说，只需要在每个帧的相应时隙跳变一次，其跳频速率为217跳/秒，它在一个时隙内用固定的频率发送和接收，然后在该时隙后需跳到下一个TDMA帧。达到干扰平均化。GSM中的跳频可分为基带跳频