数字蜂窝移动通信系统_2课件

GSM历史 1979年，世界无线电管理委员会(WARC)划定了今后欧 洲用于蜂窝移动通信系统的频段； 1982年，欧洲邮政与电信委员会（CEPT）内建立了 特别移动组（Group Special Mobile)； 1986年，在巴黎建立了GSM永久核心； 1988年，欧洲电信标准协会（ETSI）成立，并接管了 GSM委员会； GSM历史 1990年，GSM规范Phase 1 被冻结； 1991年，DCS1800 规范Phase 1被冻结；GSM委员会 开始考虑下一代无线通信系统； 1992年，GSM委员会更名为“ Special Mobile Group”,GSM系统更名为“Global System for Mobile Communication”, DCS1800规范 Phase 2被冻结； 1992年，GSM开始商业运营； GSM历史 1993年，GSM规范 Phase 2被冻结； 1994年，GSM商用运营远超出GSM委员会的范围（中 国、印度、中东、远东、俄罗斯等国家和地区） 1996年，ETSI推出GSM规范Phase 2 1995年，DCS1800商用系统开始在泰国、卡塔尔、英国 等国家和地区运营； 01系列：系统概述 02系列：业务 03系列：网络结构和网络功能 04系列：无线接口信令 05系列：无线接口物理层 06系列：语音编码 07系列：移动台终端适配功能 08系列：A接口和Abis接口 09系列：Interwork 和MAP等 11系列：测试 12系列：网管 GSM规范体系 GSM系统简介 uGSM系统的业务 uGSM系统的结构 uGSM系统的功能 电信业务 用户终端业务承载业务 基本业务基本业务基本业务补充业务基本业务补充业务 GSM系统的业务 业务分类 GSM PLMN其它网络终端网络 终端 设备 终端 设备 承载业务 用户终端业务 用户终端业务 用户终端业务是一种电信业务，它提供给用户包括终端设 备功能在内的各种必须功能，使之能与其他 用户通信。 电话业务 紧急呼叫业务 短消息业务 移动被叫点对点短消息业务 移动主叫点对点短消息业务 广播型短消息业务 语音和三类传真交替业务 自动的三类传真业务 话音群呼叫业务 话音广播业务 承载业务 承载业务是一种电信业务，它在某个接入点上提供 用户所需的传送相应信号的能力。 双向异步数据电路（3009600bps） 双向同步数据电路（12009600bps） 异步分组数据接入电路（3009600bps） 双向同步分组数据（24009600bps） 交替语音和数据 数据后接语音业务 基本业务和补充业务 补充业务用于补充或修饰基本业务， 以提供用户完整的业务 补充业务不能独立存在 例如：主叫号码显示、呼叫转移等。 网络物理结构 网络信令结构 网络各部分功能 GSM系统结构和功能 网络物理结构 MS MS BSS BSS MSC MSC OMC HLR VLR AUC EIR PDN PSTN ISDN Um接口A接口 GCR NSS BTS BTS BSC A Um MSC MSC VLRVLR HLRAUC EIR B C E F G H D NSS BSS MS MS BSC BTS A 接口 Um 接口 BTS OMC_R TRAU Abis 接口Asub接口 BSS 系统接口 A接口：MSC与BSC间的接口 Abis接口：BSC与BTS间的接口 B接口：MSC与VLR间的接口 C接口：MSC与HLR间的接口 D接口：HLR与VLR间的接口 E接口：MSC与MSC间的接口 F接口：MSC与EIR间的接口 G接口：VLR与VLR间的接口 H接口：HLR与AUC间的接口 I接口：MSC与GCR间的接口 Um接口：BTS与MS间的接口 网络信令结构 CM MM RR LAPDm TDMA RRBTSM LAPDmLAPD TDMAPCM RR BTSM LAPD PCM BSSMAP SCCP MTP MAP SCCP MTP MM CM UmAbisA MSBTSBSCMSC 归属位置登记处HLR 用于储存归属移动用户信息，包括： 国际移动用户身份（IMSI） 移动台ISDN号码（MSISDN） 用于呼叫接续和计费的位置信息，如MS漫游号、VLR地址 和MSC地址等等 业务能力信息 业务限制信息 语音群业务信息 补充业务能力信息，等等 拜访位置登记处VLR 用于储存其管辖区内的移动用户信息，包括： 国际移动用户身份（IMSI） 移动台ISDN号码（MSISDN） MS漫游号 临时移动用户身份（TMSI） 用户位置区等 必要时，VLR需从HLR提取有关用户信息 鉴权中心AUC 用于储存相关HLR中所有用户的加密键，包括： 用于用户身份鉴别的加密键（A3、A8算法） 用于无线接口加密的加密键（A5算法） 鉴权 SIMVLRHLR Ki A3 A8 Sres Kc RAND Sres=? Kc Sres Kc RAND Ki A3 A8 加密 SIMVLR Ki A3 A8 Sres Kc RAND Sres Kc BTS Speech,DataSpeech,Data A5 MS A5 Um 设备身份登记处EIR 用于储存移动台设备身份（IMEI） 移动业务交换中心MSC 为其服务区内的移动用户提供交换和信令功能 与普通交换机相比，MSC至少附加下列二个功能： 移动用户的位置登记过程 切换过程 移动业务交换中心MSC BTS BTS BSC MSC/VLR HLR/AUC/EIR MSC/VLR C F F C E GA Um B，H为内部接口 基站分系统BSS 实现无线通信所需的各种功能，BSS由下列功能实体组成： 一个基站控制器（BSC） 一个或多个基站收发信台（BTS） 语音压缩与速率适配单元（TRAU） 操作维护中心OMC 实现GSM系统的操作和维护，一般包括下列功能： PLMN的管理 用户管理 终端管理 计费 统计，等 安全管理 操作与性能管理 系统控制 设备维护，等等 BSS分系统简介 BSS分系统的功能实体 BSS分系统的一般结构 BSS分系统的接口 BSS分系统的信令结构 BSS的功能实体 基站控制器BSC 基站收发信机BTS 无线子系统操作维护中心OMC_R 码变换器和速率适配单元TRAU MS MS BSC BTS A 接口 Um 接口 BTS OMC_R TC BSS的一般结构 Abis 接口 BSC的一般结构和功能1 BSC的一般结构 交换网络 数字 中继 数字 中继 处理器网络 A接口 Abis接口 BSC的一般结构和功能2 BSC的功能 实现A接口物理层规定（PCM/E1） 实现A接口No7号信令功能（SP） 实现Abis接口物理层规定（PCM/E1） 实现Abis接口数据链路层（LAPD） 实现A接口与Abis接口间业务信道交换功能 实现部分网络层的功能 实现无线资源管理（RR） 实现BSS管理应用部分的功能 实现切换功能等等 BSC的交换功能 BSC的交换功能用于实现A接口与Abis接口间物理信 道的交叉连接 Abis上的业务信道速率为16K， BSC与TRAU之间的业务 信道速率为16K，因此BSC需实现16K的子速率交换功能 Abis接口的信道安排与BTS的无线信道具有固定的对应 关系，其分配由BSC控制；A接口信道由MSC分配，因此 ，BSC中必须有交换网络实现它们之间的交叉连接 Abis信道分配举例 CH0CH1CH2CH3 CH4CH5CH6CH7 CH0CH1CH2CH3 CH4CH5CH6CH7 同步信息 空闲时隙 空闲时隙 信令时隙 OM信道 空闲时隙 时隙号 TS0 TS1 TS2 TS3 TS4 TS5 TS15 TS16 TS30 TS31 TS1729 载频1 载频2 BSC的交换功能的实现 BSC的交换功能通常由下列模块实现： 数字中继：用于实现A接口和Abis接口物理层上ITU的有 关E1协议（G703、G704等等） 交换电路模块 若交换电路采用64K全速率交换，则在交换网络的前后 需有复用与反复用设备 BSC的交换时钟 GSM系统设备一般要求BSC的时钟同步于MSC 的时钟，而BTS的时钟同步于BSC的时钟，因此 必须注意在系统中传输网络的时钟问题 BSC的信令功能1 uAbis接口数据链路层协议：D信道链 路接入协议LAPD uA接口No.7号信令低层协议：MTP、 SCCP BSC的信令功能2 A接口与Abis接口间的协议转换，如加 密过程、信道指配过程等。 BSC的信令功能3 无线资源管理： 无线资源分配 无线资源释放 无线资源的性能管理，等等 切换 实现BSC内的所有切换过程 对于BSC间（或MSC间）的切换，产 生切换候选小区表 关于切换完成 BTS的一般结构和功能1 BTS的功能模块 编码与 交织 译码与 反交织 调制 均衡 解调 加密 解密 天 馈 发信机 收信机 跳频控制时钟 信 令 处 理 基 站 接 口 设 备 UmAbis BTS的一般结构和功能2 BTS的功能 实现Abis接口物理层规定（PCM/E1） 实现Abis接口数据链路层（LAPD） 实现BTS管理功能 实现部分无线资源管理功能（RR） 实现Um接口数据链路层（LAPDm） 实现Um接口物理层规定（TDMA） 实现跳频功能 实现信道加密、解密 实现信道编译码、交织与反交织 实现调制与解调功能 信道编码 GSM系统中采用由块码与卷积码组成的结联码 对无线信道实现前向的纠错功能 实现坏帧的检测 可用于话音质量检测 可用于无线链路状态的监视 区分不同小区的信道请求消息，等等 交织与反交织 将需在无线信道上传送的数据流按一定的规则进行 重新排序，以避免在无线信道上引入突发性的误 码段，提高信道编码的功效。实际上，交织与反 交织是减小快衰落影响的有效手段。 加密与解密 实现GSM规定的有关A5算法，对用户身份数据和用户 业务数据提供保密功能 调制解调 采用GSM规范规定的规一化带宽为0.3的GMSK调制与 解调 信道均衡 用于克服时延弥散 tt 发信机 实现用户基带数据到射频信号的转换 上变频 信号激励 功率放大 功率控制 收信机 实现射频信号到用户基带数据的转换 低噪声放大 下变频 信号激励 自动增益控制（AGC） 信号场强提取（RSSI） 天馈系统 实现射频信号的合路与分路，控制带外的杂散，实 现网络设计规定的扇区分布等。 在需要时，实现上下行信号的双工功能，抑制收发 信干扰。 跳频 跳频的实现一般有基带跳频和射频跳频两种 收发信1基带处理1 收发信2基带处理2 收发信n基带处理n 交换网络 基带跳频 BTS的信令 Um接口数据链路层：Dm信道链路接入协议LAPDm Abis接口数据链路层：D信道链路接入协议LAPD Abis接口与Um接口间信令协议转换 无线信道管理 BTS的其它功能 信道测量：信号电平、信号质量 预处理 切换功能 TRAU帧形成、提取和管理 BSS接口 BSS与MSC之间的接口A接口 BSC与BTS之间的接口Abis接口 BTS与移动台接口Um接口 A接口 GSM规范08系列 物理层：PCM/E1 信令传输机制：No.7公共信令 高层：BSSMAP Abis接口连接方式 BSC BTS BTS BSCBTSBTSBSC BTS BTS 星状连接链状连接环状连接 Abis接口信令协议 GSM规范08系列 物理层（PCM/E1） 数据链路层（LAPD） 第三层（BTSM） 无线链路层管理消息 专用信道管理消息 公共信道管理消息 TRX管理消息 Um接口 GSM规范04和05系列 物理层：TDMA 数据链路层：LAPDm 网络层：RR、MM、CM 20472046210厖 1个超高帧2048个超帧 01234567 1个帧8个时隙 025241厖050491厖 1个复帧26个帧1个复帧51个帧 050491厖025241厖 1个超帧51个复帧1个超帧26个复帧 TDMA帧结构 FDMA、TDMA和CDMA FDMA TDMA CDMA f f ft t t Um接口物理层介绍 物理信道 逻辑信道和物理信道与逻辑信道的映射 系统消息 无线测量 功率控制 切换算法 物理信道 GSM系统频段 中国GSM系统实用频段 TDMA帧结构 信道容量 突发 GSM900主频段（PGSM）： 下行（基站发，移动站收）：935 MHZ960 MHZ 上行（移动站发，基站收）：890 MHZ915 MHZ GSM扩展频段（G1）： 下行（基站发，移动站收）：925 MHZ935 MHZ 上行（移动站发，基站收）：880 MHZ890 MHZ GSM1800频段： 下行（基站发，移动站收）：1805 MHZ1880 MHZ 上行（移动站发，基站收）：1710 MHZ1785 MHZ GSM系统频段 GSM900主频段（PGSM）： 下行：Fdl9350.2N（MHZ）（1N 124） 上行：FulFdl45（MHZ） GSM1800频段： 下行：Fdl1805.20.2（N512）（512N 885） 上行： FulFdl95（MHZ） N为绝对频道号。 绝对频道号 GSM900主频段（PGSM）： 下行（基站发，移动站收）：950 MHZ960 MHZ 上行（移动站发，基站收）：905 MHZ915 MHZ GSM扩展频段（G1）： 不归 GSM系统使用 DCS1800频段： 下行（基站发，移动站收）：1805 MHZ1850 MHZ 上行（移动站发，基站收）：1710 MHZ1755 MHZ 目前国家无委已核准中国电信申请的DCS1800频段的低 10M频段* 中国的GSM实用频段 20472046210厖 1个超高帧2048个超帧 01234567 1个帧8个时隙 025241厖050491厖 1个复帧26个帧1个复帧51个帧 050491厖025241厖 1个超帧51个复帧1个超帧26个复帧 TDMA帧结构 每 载 频 占 带 宽 200 KHZ， 包 含 8 个 物 理 信 道 GSM900 可 容 纳 124 个 载 频 GSM1800 可 容 纳374 个 载 频 信道容量 频率 时间 01234567 1个帧8个时隙 01234567 1个帧8个时隙 01234567 1个帧8个时隙 01234567 1个帧8个时隙 01234567 1个帧8个时隙 01234567 1个帧8个时隙 信道容量（图示） 正常突发（NB） 频率突发（FB） 同步突发（SB） 接入突发（AB） 填充突发（DB） 时隙长度为156.25比特，保护段8.25比特 尾比特：3比特，000 尾比特 信息比特 训练序列 信息比特 尾比特 尾比特 全0码 尾比特 尾比特 信息比特 扩展训练序列 信息比特 尾比特 尾比特 训练序列 信息比特 尾比特 保护段 尾比特 填充比特 尾比特 突发 逻辑信道及其与物理信道的映射 逻辑信道 信道组合 业 务 信 道TCH 广 播 控 制 信 道BCCH 频 率 校 正 信 道FCCH 同 步 信 道SCH 准 予 接 入 信 道AGCH 寻 呼 信 道PCH 随 机 接 入 信 道RACH 小 区 广 播 信 道CBCH 独 立 专 用 控 制 信 道SDCCH 慢 速 随 路 控 制 信 道SACCH 快 速 随 路 控 制 信 道FACCH 逻辑信道 业务信道 业务信道按承载的业务可分为话音信道和数据信道 话音信道可分为： 全速率话音信道 半速率话音信道 数据信道可分为： 9.6k全速率数据信道（TCH/F9.6） 4.8k全速率数据信道（TCH/F4.8） 4.8k半速率数据信（TCH/H4.8） 2.4k半速率数据信道（TCH/H2.4） 2.4k全速率数据信道（TCH/F2.4） 广播信道 频率校正信道 仅由网络发送，用于移动站的频率校正 同步信道 仅由网络发送，用于移动站的帧同步和识别基站。 主要包括以下内容： 基站色码BSIC 帧号 广播控制信道 仅由网络发送，其内容包括基站的各自信息 公共控制信道 寻呼信道 仅由网络发送，用于寻呼移动站 准予接入信道 仅由网络发送，用于给移动站分配SDCCH或者直接分配TCH 随机接入信道 仅由移动站发送，用于向网络申请信道 专用控制信道 独立专用控制信道 双向信道，用于移动站和网络之间信令的消息传递 慢速随路控制信道 双向信道，与SDCCH或TCH相随，用于移动站和网络之间功 率控制、测量报告和短消息等信令的传递 快速随路控制信道 双向信道，与业务信道相随，用于在业务信道上移动站和网络 的信令消息的传递 小区广播信道 小区广播信道（CBCH） 单向，由网络发送到移动站，用于网络发送广播短消息 i) TCH/F + FACCH/F + SACCH/F ii) TCH/H(0,1) + FACCH/H(0,1) + SACCH/TH(0,1) iii) TCH/H(0,0) + FACCH/H(0,1) + SACCH/TH(0,1) + TCH/H(1,1) iv) FCCH + SCH + BCCH + CCCH v) FCCH + SCH + BCCH + CCCH + SDCCH/4 + SACCH/C4 vi) BCCH + CCCH vii)SDCCH/8