GSM、GPRS到WCDMA的发展及技术应用

1移动通信技术(第2版)第4章GSM、GPRS到WCDMA的发展及技术应用2第4章GSM、GPRS到WCDMA的发展及技术应用内容–GSM主要技术及无线接口–GPRS无线接口和关键技术–WCDMA的无线接口和关键技术3第4章GSM、GPRS到WCDMA的发展及技术应用重点–GSM数字信号的处理过程及无线接口的信道配置，时隙帧结构–GPRS的概念、网络结构、空中接口、用户数据的传输–WCDMA的无线接口技术难点–GSM中数字信号的处理过程–GSM的无线接口–GPRS的无线接口–WCDMA的无线接口、信道结构4目的和要求–掌握GSM各类关键技术及无线接口中信道配置、时隙帧结构–理解GSM系统对信号的基本处理过程–掌握GPRS网络结构、无线接口及关键技术–理解WCDMA的演进及关键技术54.1GSMGSM系统组成及网络结构GSM数字信号的处理GSM中的频率利用无线接口SIM及安全技术6GSM数字移动通信系统的优点–频谱利用率更高，进一步提高了系统容量–提供了一种公共标准，便于全自动漫游–提供新型非话业务，与ISDN兼容–保密性好，安全性好–数字传输技术抗衰落性强，传输质量高，话音质量好–可降低成本费用，减小设备体积7GSM技术指标及参数频段：–GSM900：下行：935～960MHz上行：890～915MHz双工间隔：45MHz–频带宽度：25MHz载频间隔：200KHz（频道间隔）信道分配：每载频8时隙；全速信道8个8通信方式：全双工（准双工）信道总速率：270.8kbit/s调制方式：GMSK话音编码：RPE-LTP输出速率：13kbit/s数据速率：9.6kbit/s（低速）跳频速率：217跳/秒每时隙信道速率：33.8kbit/s其他技术：FDMA/TDMA多址技术、跳频、间断传输、分集接收，交织信道编码，自适应均衡…94.1.1GSM系统组成及网络结构GSM系统(符合典型2G数字移动通信系统结构)–网络子系统NSS（或交换子系统SS）MSCHLR、VLR、AUC、EIR–基站子系统（BSS）BSCBTS–操作维护子系统（OSS）OMC–移动台子系统（MS）10GSM网络结构GSM话路网网络结构–二级网络结构TMSC1、MSC–三级网络结构TMSC1、TMSC2、MSC11我国的GSM网络结构：二、三级混合网络结构–二、三级混合网络结构的连接方案TMSC1：网状结构，各省一对TMSC2：与对应的一对TMSC1相连MSC：与对应的两个TMSC相连124.1.2GSM数字信号处理BS与MS的数字信号处理过程相似区别：基站处理信号来自MSC的64kbit/s的PCM信号(8bit)MS处理的语音信号来自话筒MS对语音信号的处理过程13GSM的话音编码：RPE-LTP–编码过程预处理线性预测短时分析预测长期预测规则激励编码1.话音编码14信道编码方法：信道编码后输出速率：456bit/20ms=22.8kbit/s2.信道编码15GSM中的交织（第一次交织）3.交织16重排和交织17二次交织18GSM中的编码过程–A/D–分段–RPE/LTP–信道编码–交织–信息经交织编码形成8帧，每帧114bit。将114bit分成两段，填入普通突发脉冲序列。19分级帧结构由普通突发脉冲序列构成帧、复帧、超帧、超高帧的分级帧结构每个突发脉冲序列共156.25bit，占时577μs，在一个时隙中发送8个时隙组成一个4.62ms的TDMA帧26个话音TDMA帧组成一个持续时间为120ms的复帧；在控制信道中51个帧组成一个复帧51个26帧的复帧（或26个51帧的复帧）构成一个超帧；2048个超帧组成一个超高帧，总计2715648个TDMA帧，占时3小时28分53.7秒2021数字调制方式：ASK、FSK、PSKGSM中的数字调制：GMSKMSK：f1、f2只差半个波形GMSK：MSK前加高斯低通滤波器4.数字调制技术22GSM中使用的均衡方式Viterbi均衡：最小均方误差准则–GSM的普通突发脉冲序列NB中26bit的训练序列，收端已知，收端根据收到的解调序列比较，取差值最小作为信道模型输出给信道解码用于纠错5.Viterbi均衡234.1.3GSM中的频率利用频率复用：同一载波的无线信道用于覆盖相隔一定距离的不同区域频道序号对应工作频率的计算GSM系统中的频率复用方式–典型的频率复用方式:4×3、3×3、2×6、1×3方式24频率紧密复用需注意的问题–跳频方式、功控、DTX等抗干扰措施–跳频点数–频率加载率–网络优化–……252.频道序号对应工作频率的计算已知n为频道序号GSM900n：1～124–上行：fl(n)=890.2+(n-1)*0.2MHz–下行：fh(n)=935.2+(n-1)*0.2MHz=fl(n)+45MHz*实际工作中的“信道”往往指的是频道，请注意区分使用场合DCS1800n：512～885–上行：fl(n)=1710.2+(n-512)*0.2MHz–下行：fh(n)=1805.2+(n-512)*0.2MHz=fl(n)+95MHz264.1.4无线接口GSM中的接口类型及位置–A接口：MSC—BSCAbis接口：BSC—BTS–Um接口：BTS—MSSm接口：ME—SIM、用户–B：MSC—VLRC：MSC—HLRD：HLR—VLRE：MSC—MSCF：MSC—EIRG：VLR—VLR272.数字无线接口Um信道逻辑信道的分类突发脉冲序列逻辑信道到物理信道的映射MS测试原理移动用户接续过程中逻辑信道的应用28(1)信道物理信道：物理的实际存在的–GSM中：一个载频上的一个时隙每个载频分为8个时隙----8个物理信道–一个时隙中传送的信息格式----突发逻辑信道：根据信息种类人为定义–必须映射到物理信道才能实现信息传输–类型：业务信道TCH：传送编码后的话音或用户数据（可能被FACCH借用）控制信道CCH：传送信令或同步数据29(2)逻辑信道的分类逻辑信道的配置30CCHBCH：–FCCH↓：用于校正MS工作频率–SCH↓：传时间同步信息(含TDMA帧号、BSIC)–BCCH↓：广播每个BTS的特定的通用信息CCCH：(所有MS共用)–PCH↓：用于寻呼MS–RACH↑：用于寻呼响应或主呼接入，申请分配一个SDCCH–AGCH↓：用于为MS分配一个SDCCHDCCH：(给特定的MS)–SDCCH：分配TCH前，呼叫建立过程中传系统信令，如：登记、鉴权–SACCH：传连接信令，与TCH、SDCCH相关如：RSSI报告，MS功率管理，时间调整–FACCH：传比SACCH处理速率快得多的信息，与TCH相关，如：切换指令31(3)突发脉冲序列突发脉冲序列------时隙共156.25bit，占时0.577ms类型–普通突发脉冲序列NB–频率校正突发脉冲序列FB–同步突发脉冲序列SB–接入突发脉冲序列AB–空闲突发脉冲序列DB32NB使用信道：BCCH、PCH、AGCH、SDCCH、TCH格式33FB使用信道：FCCH(使MS获得频率上的同步)格式34SB使用信道：SCH，使MS获得时间同步格式35AB使用信道：RACH格式36DB使用：无信息需传输时，代替NB发送，以避免由于干扰和噪声影响而使MS误动作不携带任何信息，不分配给任何MS格式：与NB相同加密比特改为具有一定模型的混合比特37逻辑信道到物理信道的映射C0载频–TS0↓：51个时隙重复（构成51帧的复帧）F—FCCH；S—SCH；B—BCCH；C—CCCH（PCH、AGCH）38–TS0：51个时隙重复（构成51帧的复帧）R—RACH39–TS1：102个时隙重复Dn—SDCCH；Sn—SACCH上下行偏移3个时隙40–TS2～TS7：26个时隙重复T—TCH；A—FACCH上下行偏移3个时隙，使MS收发不需同时进行41基站中的其余载频C1～Cn全部8个时隙(TS0～TS7)用作TCH42MS测试原理空闲状态–开机：小区选择扫描最强的BCH载频是否本系统？是：锁定否：扫描次强BCH…–待机：小区重选监听BCH信道中6个最强载波表、PCH中是否有呼叫、是否需小区重选(进入新小区)43呼叫接续状态①BTS发，MS收并测试本工作信道的RSSI②MS在规定工作时隙发③MS在收发间隔测试周边BTS的BCH的RSSI④MS在空闲帧读取周边BTS的SCH上的BSIC，以便在③的测试中区分不同BTS以MS占用TS2为例44滑动复帧–原因：在呼叫接续测试中，MS须读取周边BTS的SCH上的BSIC，但根据映射关系，10个时隙仅有一个SCH，MS读取到BSIC的概率很小–滑动复帧TCH：26帧一个周期BCH+CCCH：51帧一个周期使MS有更多机会读取到SCH上的BSIC4546移动用户的接续过程移动用户开机，初始化–搜索最强的BCH锁定，在FCCH上获取频率同步–在SCH上获得时间同步–在BCCH上读取小区特定信息如：邻近小区载波表本小区载频，LAI系统国家码、网络码随后进入空闲状态47移动用户登记（位置登记、鉴权）–MS在RACH上要求接入，申请分配一个SDCCH–系统在AGCH上分配一个SDCCH–在SDCCH上完成登记在SACCH上发控制指令随后进入空闲状态48MS被呼–系统在PCH上发起呼叫–MS在RACH上寻呼响应，申请接入–系统在AGCH上分配SDCCH–MS和系统在SDCCH上完成鉴权，在SACCH上发控制指令，在SDCCH上分配TCH–MS转入TCH上通信49MS主呼–MS在RACH上主呼，申请接入–系统在AGCH上分配SDCCH–MS和系统在SDCCH上完成鉴权，在SACCH上发控制指令，在SDCCH上分配TCH–MS转入TCH上通信504.1.5SIM及安全技术SIM（用户识别模块）–功能数据存储：IMSI、TMSI、鉴权键Ki、密钥Kc、密钥序号n、加密算法A3、A5、A8、PIN、PUK、PLMN号、LAI、BSIC、业务、个人信息执行安全操作：鉴权、加密、IMSI的保密、PIN操作51–SIM结构组成：CPU、RAM、ROM、EEPROM、串行通信单元触点：52–使用插入SIM后MS才能正常通信寿命–物理：插拨约1万次–芯片：写入约5万次SIM防水、耐磨、防静电、接触可靠，但使用仍需注意：–不人为浸水、硬物括擦–不随意弯折–不经常插拔–拆前先关机–保持清洁，清洁用纯酒精或橡皮擦拭–正确进行PIN操作53–PIN操作操作：–PIN连续输错3次，SIM被锁需输入PUK解锁–PUK连续输错10次，SIM报废PUK的提供–普通用户：由运营商管理–预付费用户：随卡54安全操作–安全措施鉴权、加密、IMSI的保密、设备识别、PIN操作三参数组–随机数RAND–符号响应SRES–加密密钥Kc55–鉴权SRES’SRES’不等：拒绝接入在HLR中进行SRES’SRES’56–加密57–用户识别码的保密为防止IMSI被窃取，由VLR分配TMSI代替IMSI在空中传输，并不断更新TMSI的更新58–设备识别在EIR中对接收到的IMEI比较白名单、灰名单、黑名单，确定是否允许接入MS主呼接入时，同时发送三个号码：IMSI----鉴权；IMEI----设备识别；被叫号码----号码分析，接续选路–PIN操作正确输入操作594.2GPRSGPRS概述GPRS的结构无线接口GPRS功能及实现60GPRS概念：在GSMPhase2+阶段引入的通用分组无线数据业务，核心网采用基于分组交换的IP传输技术，传送不同速率的数据及信令。GPRS是对GSM的升级，应用于GSM，不会替代GSM；是2.5G的过渡技术。614.2.1GPRS概述GPRS产生的背景–IP技术已成为发展方向–移动数据市场的形成–GSM向第三代移动通信系统的演进6