GSM原理学习

GSM基本原理移动网规网优部课程目的学习完本课程，你将能够：•了解GSM的系统结构及业务功能•熟悉GSM无线接口理论和关键技术目录•GSM移动通信概述•GSM系统结构•GSM无线接口理论GSM移动通信概述GSM发展简史1989年：GSM标准生效11991年，GSM系统在欧洲商用移动通信跨入第二代21994年，GSM进入中国32000年，中国移动用户近4000万居世界第二4用户需求竞争加剧技术发展移动通信特点GSM移动网络功能1、移动通信必须利用无线电波进行信息传输。2、移动通信实在复杂的干扰环境中进行运动。3、移动通信可以利用频谱资源非常有限，而移动通信业务量的需求却与日俱进。4、移动通信系统的网络结构多种多样，网络管理和控制必须有效（网络结构星型、面状；计费、鉴权、安全和保密管理管理等）。5、移动通信设备必须适于在移动环境中使用。GSM移动通信概述GSM系统要求GSM系统规范商业要求：每个国家都应拥有=2个运营商，便于运营商共存竞争GSM必须是一个开放的系统，便于设备商共存竞争GSM的引入不影响PSTNGSM系统规范技术要求：系统必须保持良好的话音质量。系统必须尽可能有效的使用无线频率。系统必须拥有足够大的容量。系统必须与其他数据通信规范兼容。系统必须在用户和发送信息两方面保持良好的安全性。GSM移动通信概述GSM系统优点由GSM系统标准得到的优点如下：系统能容许更多的区间干扰。可获得较之模拟蜂窝系统更好的平均话音质量。全网支持数据传输。话音加密和用户信息安全性得到保证。由于与ISDN的兼容性，较之模拟系统可提供新的业务。在采用GSM系统的所有国家范围内，国际漫游在技术上成为可能。巨大的市场加剧竞争，降低投资及使用价格。GSM移动通信概述GSM系统业务功能GSM提供的基本业务承载业务电信业务基本承载业务补充业务补充业务短消息业务话音业务数据业务mostimportantGSM规范01系列：系统概述02系列：业务03系列：网络结构和网络功能GSM通信系统目录•GSM移动通信概述•GSM系统结构•GSM无线接口理论MSBTSBSCMSC/HLROMCSCMSC/AUCEIRMSC/VLRBTSMSPLMNPSTNISDNPSTDNNo.7MAPX.25X.25orNo.7UmMS:移动台BTS：基站收发信机BSC：基站控制器SC：短消息中心OMC：操作维护中心MSC：移动业务交换中心HLR：归属位置寄存器AUC：鉴权中心VLR：拜访位置寄存器EIR：设备识别寄存器2.1GSM系统框图AAbisGSM系统各模块功能GSM系统结构MS(MobileStation)：移动台，实现移动终端功能BTS(BaseTransceiverStation)：基站收发信台，实现移动通信系统与MS之间的无线通信BSC(BaseStationController)：基站控制器，实现无线系统到交换系统的集线功能、无线资源管理功能以及其它与无线相关的控制功能GSM系统各模块功能GSM系统结构HLR(HomeLocationRegister)：归属位置登记处。实际上是一个数据库，主要储存二类数据：用户数据，主要包括：用户的位置信息VLR(VisitorLocationRegister)：拜访位置登记处。实际上是一个数据库，储存用户信息，主要包括：MSRN(MobileStationRoamingNumber):移动台漫游号码TMSI(TemporaryMobileSubscriberIdentification):临时移动用户身份移动台登记的位置区（LAC）与补充业务有关的数据用户的身份IMSI(InternationalMobileSubscriberIdentification)用户ISDN号码VLR地址GSM系统各模块功能GSM系统结构MSC(MobileserviceSwitchingcenter)：移动业务交换中心，实现移动业务交换功能AUC(AuthenticateCenter):鉴权中心，用于对用户身份的鉴别EIR(mobilestationEquipmentIdentityRegister):移动台设备身份登记处，用于储存及鉴别移动台的设备身份。OMC(OperationandMaintenanceCenter)：操作维护中心，提供人机界面实现对系统设备的监测和控制功能GSM三个网络子系统GSM系统结构GSM网络由三个网络子系统组成Abis开放接口开放接口AirAO&MBSS系统GSM系统结构BSS由以下单元组成BSC基站控制器BTS基站TC码形转换器BSS主要功能无线控制网和管理话音代码转换Air接口信令和数据处理对NSS信令和空中接口BTSTCBSCBSCTCBTSBTSNSS系统GSM系统结构NSS由以下单元组成MSC移动业务交换中心HLR本地位置寄存器VLR访问位置寄存器AC监权中心EIR设备识别寄存器NSS主要功能呼叫控制记费移动管理和其他网络基站相关的信令用户数据处理用户定位NmS系统GSM系统结构NMS主要功能监控网络的各个功能和单元。故障管理配置管理性能管理目录•GSM移动通信概述•GSM系统结构•GSM无线接口理论•GSM信令流程•GSM编号计划•移动通信的发展目录•GSM移动通信概述•GSM系统结构•GSM无线接口理论工作频段GSM无线接口理论GSM系统上行/MHz下行/MHz带宽/MHz双工间隔/MHz双工信道数GSM900890~915935~9602×2545124GSM900E880~890925~9352×3545174GSM18001710~17851805~18802×7595374GSM19001850~19101930~19902×6080299工作频段GSM无线接口理论频道间隔每载频占200KHz带宽，采用TDMA，含8个物理信道频道配置GSM900MHz频段：fu(n)=890.2MHz+(n-1)*0.2MHzfd(n)=fu(n)+45MHzGSM1800MHz频段：fu(n)=1710.2MHz+(n-512)*0.2MHzfd(n)=fu(n)+95MHzfu(n)：上行频率，移动台发，基站收fd(n)：下行频率，基站发，移动台收干扰保护比GSM无线接口理论载波干扰比C/I定义：接收到的希望电平与非希望电平比值。同频干扰保护比C/I：指不同小区使用相同频率时，另一小区对服务小区干扰，即C/I规范要求：C/I=9dB，工程要求：加3dB余量，即C/I=12dB邻频干扰保护比C/A：指不同小区使用相邻频率时，另一小区对服务小区干扰，即C/A规范要求：C/I=－9dB，工程要求：加3dB余量，即C/I=－6dB载频偏离400KHz时的干扰保护比C/I=-41dB频率复用技术频率复用：处在不同位置上的用户同时使用相同频率的信道。极大地提高频谱效率。系统设计不合理，容易导致网内同、邻频干扰。GSM无线接口理论频率复用技术GSM无线接口理论频率复用技术GSM最基本的频率复用模式：4×3“4”个站点“3”个小区12个小区群12个频率组成一组GSM无线接口理论多址技术：众多的用户共用公共通信线路而相互不干扰多址技术GSM技术FDMATDMACDMA多址技术GSM无线接口理论时间频率FDMA多址技术-FDMAFDMA：以不同的频率信道来实现通信GSM无线接口理论TDMA：以不同的时隙来实现通信多址技术-TDMAGSM无线接口理论时间频率CDMA码CDMA：以不同的代码序列来实现通信多址技术-CDMAGSM无线接口理论TDMA信道GSM无线接口理论TDMA信道物理信道逻辑信道业务信道控制信道一个物理信道即一个时隙，定义为给定TDMA帧上固定位置上的时隙TS根据传递消息种类不同而定义的不同逻辑信道，通过BTS影射到不同的TS来传送物理信道TSGSM无线接口理论BTS......BurstsfromMobileStationOneTimeSlot业务信道GSM无线接口理论业务信道用于携载或用户数据，分为语音业务信道和数据业务信道。语音业务信道TCH/FS：全速率语音信道13Kbit/sTCH/HS：半速率语音信道5.6Kbit/s数据业务信道TCH/F9.6：全速率数据信道9.6Kbit/sTCH/F4.8：全速率语音信道4.8Kbit/sTCH/H4.8：半速率数据信道9.6Kbit/sTCH/H2.4：半速率语音信道=2.4Kbit/sTCH/F2.4：全速率语音信道=2.4Kbit/s控制信道GSM无线接口理论控制信道携载信令同步数据ControlchannelCCHDCCHSDCCHACCHSACCHFACCHCCCHRACHCBCHPCH/AGCHBCCHBCCHSCHFCCH广播信道BCCHGSM无线接口理论广播控制信道BCCH，广播网络系统信息：小区频点邻小区BCCH频点LAICCCH和CBCH信道的管理控制和选择参数等BCCH仅用于下行链路频率校正信道FCCH，携带用于校正MS频率的信息，使MS可以定位并解调出同一小区的其它信息同步信道SCH，给出MS需要同步的所有消息及该小区的TDMA帧号及BSIC公共控制信道CCCHGSM无线接口理论CCCH面向这个小区内所有移动台寻呼信道PCH－－－下行信道，点多多点。用于寻呼MS，寻呼范围为MS所在整个LAC区接入许可信道AGCH－－－下行信道，点对多点用于BTS给MS分配专用控制信道小区广播控制信道CBCH－－－下行信道，点对多点随即接入信道RACH－－－上行信道，点对点MS通过RACH发起接入请求用于广播短消息及该小区的一些公用信息专用控制信道DCCHGSM无线接口理论独立专用控制信道SDCCH－－－双向信道用于呼叫建立过程，如鉴权位置更新短消息用于指配TCHDCCH被用于某一个具体的MS慢速随路控制信道SACCH－－－双向信道，伴随TCH和SDCCH的专用信令信道用于传递测量报告传递MS功率控制消息传递TA快速随路控制信道FACCH－－－双向信道，伴随TCH提供比SACCH高又多的速度来传送信令信息借用20ms的突发话音突发脉冲序列来传递信令，称为偷帧TDMA帧GSM无线接口理论20472046210……1个超高帧＝2048个超帧012345671个帧＝8个时隙025241……050491……1个复帧＝26个帧1个复帧＝51个帧050491……025241……1个超帧＝51个复帧1个超帧＝26个复帧每个载频被定义为一个帧，每帧包含8个时隙，并都有帧号。每时隙长度为0.577ms。•简单了解GSM编号计划目的：抑制高频分量，防止过量的瞬时频率偏移，满足相干检测的需要要求：带外辐射功率为－60～－80dB特点：实现简单，在原MSK调制器的基础上增加前置滤波器高斯滤波器：带宽窄且为锐截止型较低的过脉冲响应输出脉冲的面积不变应用：GSM系统高斯成型滤波器GMSK调制技术GSM无线接口理论信道编码去交织码器信道交织码器内编码器内解码器外编码器外解码器话音编码器话音解码器13kbit/s33.9kbit/s22.8kbit/s话音输出话音输入GSM无线接口理论交织技术交织技术:就是把信息码在发端加以排列组合,使信息码相互穿插交织后发送到信道中去.接收端进行去交织,恢复成原始的码序列.目的是将冲击差错转换成随机差错,再用信道编码的方法来进行纠正341234123412341234134123412341234123412341234122消息分组交织交织后的消息分组发生误码GSM无线接口理论分集技术就是把各个分支的信号,按照一定的方法再集合起来变害为利.把收到的多径信号先分离成互不相关的多路信号,由少变多,在将这些信号的能量合并起来,由多变少