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gsm系统培训教程 上海科旭网络技术有限公司 gsmgsm移动通信系统原理移动通信系统原理 1、gsm起源和发展 1.1移动通信的发展 第一代模拟蜂窝移动通信网：amps、 tacs系统，采用频分复用方法； 第二代数字移动通信网：欧洲gsm系统采 用时分复用，北美is95系统采用码分复用； 第三代imt2000移动通信网：wcdma 、cdma2000，tdscdma 1、gsm起源和发展 1.2 gsm发展史 欧洲邮电管理委员会（cept）成立了一 个在etsi（欧洲电信标准协会）下的“移动特别 小组”（special mobile group），开发数字移 动通信技术。 1987年，就泛欧数字蜂窝系统的gsm规 范达成一致意见； 1991年，gsm 900mhz数字蜂窝移动通 信系统在欧洲问世，从此，移动通信跨入了第二 代。 1、gsm起源和发展 1.3 gsm的主要特点 频谱效率高，由于采用了高效调制器、信道编码、 交织、均衡和话音编码技术等，使系统具有高的频谱效率。 由于每个信道传输带宽增加，使同频复用载干比要求降低至 9db，故gsm系统的同频复用模式可以缩小到4/12或3/9 甚至更小（模拟系统为7/21）；加上半速率话音编码的引 入和自动话务分配以减小越区切换的次数，使gsm系统的 容量效率（每兆赫每小区道数）比tacs系统提高了35倍 。 1、gsm起源和发展 1.3 gsm的主要特点 话音质量受无线传输质量影响小，在900mhz频带 中，使用tdma（时分复用多路接入）的全数字的方式工作 。鉴于数字传输技术的特点以及gsm规范中有关空中接口 和话音编码的定义，在门限值以上时，话音质量总是与无线 传输质量无关。 1、gsm起源和发展 1.3 gsm的主要特点 开放的接口：gsm标准所提供的开放性接口，不 仅限于空中接口，而且包括网络之间以及网络中各设备实体 之间，例如a接口。 安全性好：通过鉴权、加密和tmsi号码的使用， 达到安全目的。 1、gsm起源和发展 1.3 gsm的主要特点 与其它网络的互连通常利用现有的标准，如isup 或tup等； 在sim卡基础上实现漫游； 能自动选择路由，对一个移动用户发起一次呼叫的 用户将不需要知道移动用户的位置，因为呼叫将被自动选路 到合适的移动设备； 能最大灵活地在线提供由isdn提供的业务，易于 升级； 1、gsm起源和发展 1.4 gsm规范系列 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（l2、l3） 05系列：无线接口物理层 06系列：语音编码（fr、efr、hr） 1、gsm起源和发展 1.4 gsm规范系列 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：网络互连（isdn、pstn、pspdn） 10系列：ph2新功能 11系列：测试 12系列：网管（操作维护、用户和终端业务数据 监视、性能、设备管理） 1、gsm起源和发展 1.5 gsm系统的主要性能参数 工作频段： gsm900主频段（p-gsm） 上行：890mhz-915mhz（移动台发，基站收） 下行：935mhz-960mhz（基站发，移动台收） gsm扩展频段（e-gsm） 上行：880mhz-890mhz（移动台发，基站收） 下行：925mhz-935mhz（基站发，移动台收） dcs1800频段 上行：1710mhz-1785mhz（移动台发，基站收） 下行：1805mhz-1880mhz（基站发，移动台收） 1、gsm起源和发展 1.5 gsm系统的主要性能参数 工作频段： gsm900主频段（p-gsm） 上行：fl=890 + 0.2 n（mhz） （1n 124） 下行：fu=fl + 45（mhz） gsm扩展频段（e-gsm） 上行： fl=890 + 0.2 （n-1024）（mhz） 下行： fu=fl + 45（mhz） （975n 1023） dcs1800频段 上行： fl=1710.2 + 0.2 （n-512）（mhz） 下行： fu=fl + 95（mhz） （512n 885） 45mhz 双工间隔 基站 发射频率 基站 接收频率 2mhz保护频带 960905890880872950935925917 915 gsmtacs/gsm egsmetacs 1、gsm起源和发展 1、gsm起源和发展 基站 发射频率 基站 接收频率 2mhz保护频带 18801805 1785 95mhz 双工间隔 1710 dcs1800 1、gsm起源和发展 1.5 gsm系统的主要性能参数 干扰保护比 ： 载波干扰保护比（c/i）就是接收到的希望信号电 平与非希望信号电平的比值，gsm规范中规定： 同频道干扰保护比：c/i9db 邻频道干扰保护比：c/i9db 载波偏离400khz时的干扰保护比：c/i41db 1、gsm起源和发展 1.6 gsm频率复用方式 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。这些区域必须隔开足够的距离，以致所产生的 同频道及邻频道干扰的影响可忽略不计。 1、gsm起源和发展 基站扇区化基站扇区化 cell site cell site cell site 全向小区 （omni cell site） 3扇区/小区 （120 sector/ cells） 6扇区/小区 （60 sector/ cells） =1 antenna=3 antenna=6 antenna 1、gsm起源和发展 3 7 5 1 6 3 2 4 3 5 6 1 7 5 2 4 3 6 1 2 7 7 4 2 5 1 3 1 4 全向站全向站7 7小区频率重复再用小区频率重复再用 1、gsm起源和发展 n4 3标准复用模式（gsm体 制推荐） n紧密复用模式 n3 3 n1 3 n2 6 n多重复用map 3 3扇区基站频率复用方法扇区基站频率复用方法 2、gsm系统原理 业务业务 系统结构和功能 gsm的编号和识别方案 无线信道 主要技术 组网 空闲状态手机工作模式空闲状态手机工作模式 基本信令流程基本信令流程 2、gsm系统原理 2.1 2.1 业务业务 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 2、gsm系统原理 2.1 2.1 业务业务 用户终端业务：用户终端业务： n电话业务 n紧急呼叫业务 n数据通信 n短消息业务 n移动被叫点对点短消息业务 n移动主叫点对点短消息业务 n广播型短消息业务 n语音和三类传真交替业务 n自动三类传真业务 2、gsm系统原理 2.1 2.1 业务业务 补充业务：补充业务： n呼叫偏转（有被叫，实时前转） n呼叫前转（无条件、遇忙、无应答、不可及） n主叫号码识别 n呼叫等待（被叫忙时，接收新业务） n呼叫保持（保持当前呼叫，发起新呼叫） n呼入呼出限制 n其它 增强型补充业务 n语音群呼叫（vgcs） n话音广播业务（vbs） n多用户特征（msp） n移动定位业务 2、gsm系统原理 2.1 2.1 业务业务 承载业务：承载业务： n双向异步数据电路（3009600bps） n双向同步数据电路（12009600bps） n异步分组数据接入电路（3009600bps） n双向同步分组数据（24009600bps） n交替语音和数据 n数据后接语音业务 ngprs业务 2、gsm系统原理 业务 系统结构和功能 gsm的编号和识别方案 无线信道 主要技术 组网 空闲状态手机工作模式空闲状态手机工作模式 基本信令流程基本信令流程 2、gsm系统原理 2.22.2系统结构和功能 gsm网络由终端、无线接入设备 和核心网络等几部分组成。具体包括交换网 路子系统（nss）、无线基站子系统（bss ）、操作维护子系统（oss）和移动台（ms ）四大部分。 2、gsm系统原理 ms omc-s omc-m bssnss omc-r tcbsc omc-r bts bts bss bss bts bts msc vlr msc vlr hlr auc eir hlr auc eir pstn isdn omc-r gsm网络拓扑图 2、gsm系统原理 msc功能与作用 n呼叫处理 n呼叫建立、连接与 清除 n n 切换过程切换过程 n n 移动性管理移动性管理 n位 置更新过程 n用 户身份识别 n移 动设备识别 操作与维护 数据库管理 测量 人机接口（mmi） 网间互通 计费 msc 为其服务区内的移动用户提供交换和信令功能 2、gsm系统原理 hlr功能与作用 nhlr:home location register n用户识别号（imsi,msisdn） n当前用户的vlr（当前位置） n业务能力、业务限制信息 n用户申请的补充业务 n补充业务信息（例：当前转移的电话号码） n用户状态（registered/deregistered） n移动用户漫游号（msrn）传递 hlr 2、gsm系统原理 vlr功能与作用 nvlr:visitor location register n移动台状态 n部分补充业务数据 n移动站的位置登记(lai) n临时移动用户识别号 (tmsi)管理 nmsrn管理 vlr 2、gsm系统原理 auc功能与作用 l鉴权和加密数据 lki,rand la3,a8算法 lkc,sres msc msc bts bts bts a c d h e f 2、gsm系统原理 eir功能与作用 neir：equipment identity register n存储移动设备分类表(imei) n用来管理所有移动台设备的国际移动用户识（imsi ）号码以及检查每个移动台设备是否为合法设备。 n它包括一个数据库，存储着所有签约用户所使用的 移动台设备的imei号码等。 n白名单、黑名单、灰名单 2、gsm系统原理 bss子系统拓扑图 bts bsctc bts omc-r 2、gsm系统原理 bsc的一般结构 数字 中继 交换网络 处理器网络 数字 中继 a接口abis接口 2、gsm系统原理 bsc的功能作用 n实现a接口物理层规定(pcm/e1) n实现a接口no.7号信令功能(sp) n实现abis接口物理层规定(pcm/e1) n实现abis接口数据链路层(lapd) n实现a接口与abis接口间信道交换功能 n实现部分网络层的功能 n实现无线资源管理(rr) n实现bss管理应用部分的功能 n实现切换功能等 2、gsm系统原理 bts的一般结构 基 站 接 口 设 备 信 令 处 理 编码与交织 译码与解 交织 加密加密发信机 天 线 收信机 均衡 解调 解密 abis um 跳频控制 时钟 功率控制 2、gsm系统原理 bts的功能作用 n实现abis接口物理层规定(pcm/e1) n实现abis接口数据链路层(lapd) n实现bts管理功能 n实现部分无线资源管理(rr) n实现um接口物理层规定(pcm/e1) n实现um接口数据链路层(lapdm) n实现实现跳频功能 n实现信道加密、解密功能 n实现信道编译码、交织与解交织功能 n实现调制与解调功能 2、gsm系统原理 码变换器(transcoder) bbs 64kbps 16kbps msc 30pcm traffic channel *4 tc 120 gsm traffic channels 01 1631 2、gsm系统原理 tc功能 n全称：transcoder rate adaptor unit n语音编解码功能（fr、efr） n非连续发射功能（dtx） n数据速率适配功能 n与bts的远端通信功能 2、gsm系统原理 ms结构 simme ms 2、gsm系统原理 用户识别模块(sim) n用户固定数据 网络临时数据 业务相关数据 nimsi tmsi 使用的语言 nki lai 话费数据 n接入控制级 kc n安全算法 禁止的plmn 2、gsm系统原理 bss部分接口 2、gsm系统原理 nss部分接口 isup tup a map e map c d map g map b f map map bssap pstn bssmsc vlr eir hlr vlr msc isdn 2、gsm系统原理 gsm的功能分层 transmission 操作维护人员用户 rr mm cm oam 2、gsm系统原理 gsm的功能层 n传输(transmission) n用户信息（话音或数据） n信令消息（物理层到网络层） n无线资源管理(rr) n建立和释放ms到msc间的联接 n有效利用无线和对应的陆地资源 n完成切换过程 n移动性管理 n位置管理(ms,hlr/auc,msc/vlr) n安全管理 2、gsm系统原理 n通信管理(cm) n呼叫控制 n面向电路的业务（msc/vlr,gmsc,hlr,iwf) n路由管理 n补充业务管理 n修改和检查补充业务的实际配置和状态 n涉及ms和hlr两个实体 n短消息业务 n点到点的短消息(sm-sc) n两个功能实体（sms-gmsc,sms-iwmsc) n运行、维护和管理(oam) n用户全部登记管理，网络运行维护，用户设备管理 gsm的功能层 2、gsm系统原理 gsm的功能协议结构 bts bsc msc /vlr hlr gmsc cm mm rr hlr msc/vlrbscbtsms gsm的协议结构 transmissi on 2、gsm系统原理 msc/vlr业务区域 msc/vlr 业务区域 vlr msc location area vlr msc 2、gsm系统原理 位置区（location area） msc vl r la1la2la3 la4la5 la6 cell 11cell 12 cell 7cell 8cell 9 cell 4cell 6cell 5 cell 3cell 2cell 1 2、gsm系统原理 gsm各区域间的关系 plmn业务区 msc业务区 位置区lac 小区cell 2、gsm系统原理 业务 系统结构和功能 gsmgsm的编号和识别方案的编号和识别方案 无线信道 主要技术 组网 空闲状态手机工作模式空闲状态手机工作模式 基本信令流程基本信令流程 2、gsm系统原理 国际移动设备识别号(imei) facvlsnrtac 6个数字2个数字6个数字 1个数字 型号批准码(tac)：由认证中心分配 工厂装配码(fac)：由厂家编码，表示制造厂 家及最后装配地。 序列号(snr)： 由厂家分配 版本级别(vl)： 由认证中心确定，与tac 关联。 2、gsm系统原理 国际移动用户识别码(imsi) n移动国家号码(mcc) :中国为460. n移动网号(mnc) :移动为 00，联通：01. n移动用户识别码(msin) :h1h2h3 mccmncmsin 国内移动用户识别码 国际移动用户识别码 2、gsm系统原理 n移动用户漫游号码： n位长10位 nvlr临时分配给用户的一个号码 n与该msc所属hlr有一定联系 n在vlr中与imsi一一对应 移动用户漫游号(msrn) 2、gsm系统原理 n临时移动用户识别码(tmsi) n提高imsi使用的安全性 n本地分配的4字节的bsc编码 临时移动用户识别号(tmsi) 2、gsm系统原理 移动用户isdn号码(msisdn) n国家号码(cc):中国为86 nmac：移动接入码 ， =139(8、7、6、5、0、1) n移动用户号： h0h1h2h3abcd nh0h1h2h3：hlr识别码 ，由总部统一分配到本地网；h0=0 nabcd：移动用户号，由 hlr自行分配 ccmacsn 国内有效移动用户isdn号码 国际移动用户isdn 2、gsm系统原理 业务 系统结构和功能 gsm的编号和识别方案 无线信道无线信道 主要技术 组网 空闲状态手机工作模式空闲状态手机工作模式 基本信令流程基本信令流程 2、gsm系统原理 gsm的fdma/tdma结构 ts0ts1ts2ts3ts4ts5ts6ts7 ts0ts1ts2ts3ts4ts5ts6ts7 ts0ts1ts2ts3ts4ts5ts6ts7 ts0ts1ts2ts3ts4ts5ts6ts7 ts0ts1ts2ts3ts4ts5ts6ts7 ts0ts1ts2ts3ts4ts5ts6ts7 f0 f1 f2 f4 f4 f5 时间 频率 tdma帧 2、gsm系统原理 时隙与tdma帧 1234567 0 1234567 0 突发序列（burst） 时隙 tdma frame1tdma frame 2 2、gsm系统原理 空中接口信道 n物理信道 n逻辑信道 n业务信道 n语音信道 n数据信道 n随路控制信道 n控制信道 n广播控制信道 n公共控制信道 n专用控制信道 2、gsm系统原理 traffic channel tch speechdata tch/hs tch/fstch/9.6tch/2.4 tch/4.8 sacch facch tch 业务信道 2、gsm系统原理 control channel cch dcch sdcchacch sacchfacch ccch rachcbch pch/agch bcch bcchsch fcch nb ab nb nb nb fb sb nb/db 控制信道 2、gsm系统原理 同步信道消息（sch） ntdma帧号 n基站识别码：bsic n (base station identity code) nccbcc 网络色码（ncc）：3 bits 基站色码（bcc）：3 bits 2、gsm系统原理 bcch广播系统消息 n位置区识别号(lai) n移动台需监视的邻小区列表 n本小区使用的频率列表 n小区识别号 n功率控制指示 ndtx允许指示 n接入控制（例：紧急呼叫，呼叫禁止） ncbch描述 2、gsm系统原理 系统消息类型 n系统消息 n小区信道描述 nrach控制参数 n系统消息 n邻小区说明 nplmn允许指示 nrach控制参数 系统消息 小区识别号 位置区识别号 控制信道说明 小区选择参数 rach控制参数 2、gsm系统原理 系统消息类型 n系统消息 n位置区识别号 n小区选择参数 nrach控制参数 ncbch信道说明 n系统消息 n邻小区说明 系统消息 小区识别号 位置区识别号 小区选项 plmn允许指示 系统消息， 系统消息的扩展 2、gsm系统原理 gsm复帧类型（一） traffic channels tdma multiframes 0 12 o123456712345671234567 26-tdma multiframes 2、gsm系统原理 gsm复帧类型（二） control channels tdma multiframes 0 12 o123456712345671234567 51-tdma multiframes 2、gsm系统原理 tch复帧 上行 idle sacch t t t t t t 25 20 15 12 10 5 0 idle sacch t t t t t t 25 20 15 12 10 5 0 t=tch 下行 2、gsm系统原理 bcch/ccch复帧 2、gsm系统原理 sdcch复帧 b b d2 d2 d1 d1 b b d0 d0 b b d3 d3 b b d4 d4 b b d5 d5 b b d7 d7 b b a0 a4 b b d6 d6 b b a1 a5 b b a2 a6 b b a3 a7 b b a5 a1 b b a6 a2 b b a7 a3 b b d1 d1 b b d2 d2 b b d3 d3 b b d0 d0 b b d4 d4 b b d5 d5 b b d6 d6 b b d7 d7 b b a0 a4 01020304050 0101020304050 5161718191101 5161718191101 2、gsm系统原理 组合复帧 01020304050 b b b b c c b b b b b b b b b b b b c c b b b b b b c c b b b b d1 d1 b b b b b b d0 d0 b b b b d3 d3 b b b b b b d2 d2 b b b b a1 a3 b b b b b b a0 a2 b b d3 d3 b b a0 a2 b b a1 a3 b b d0 d0 b b d1 d1 b b d2 d2 01020304050 10203040500 5161718191101 5161718191101 2、gsm系统原理 tdma超帧与超高帧 1超高帧=2048超帧=2715648tdma帧（3h 28mn 53s 760ms) 1超帧=1326tdma（6.12s) 01 2425 120ms 235.38m s 26-frame 复帧51-frame 复帧 业务信道 控制信道 4.615ms tdma trame 2、gsm系统原理 gsm突发 and tdma帧 1234567 0 1234567 0 tdma frame 1 tdma frame 2 info normal burst stealing flag tail bits traning sequence info tail bits guard peridguard perid 2、gsm系统原理 gsm突发类型 1234567 0 1234567 0 tdma frame 1 tdma frame 2 3 normal burst(nb) 3 t b encrypted bits 57 t b training sequence 26 t b encrypted bits 57 g p 3 118.25 3 dummy burst(db) 3 t b encrypted bits 57 t b training sequence 26 t b encrypted bits 57 g p 3 118.25 156.25 bits 2、gsm系统原理 gsm突发类型 1234567 0 1234567 0 tdma frame 1 tdma frame 2 3 feq correction burst(fb) 3 t b t b field bits 142 g p 8.25 3 synchronisa burst(sb) 3 t b info bits 39 t b synchronleation sequence 54 t b ineo bits 39 g p 3 118.25 156.25 bits 2、gsm系统原理 gsm突发类型 1234567 0 1234567 0 tdma frame 1 tdma frame 2 t b synchronleation sequence 54 t b 3 t b info bits 39 8 gp 68.25 access bursts(ab) 156.25bits 546 us 2、gsm系统原理 语音信道编码 卷积编码（converlutional coder) 50132 34 78 260 bits 校验比特 bits 2、gsm系统原理 控制信道编码 184 184 法尔编码（fire coder) 卷积编码（converlutional coder) 804 校验比特 尾比特 456 456 bits 184 bits 2、gsm系统原理 数据信道编码 240 240 卷积编码（converlutional coder) 4 尾比特 488 456 bits 240 bits 收缩处理（punctuate) 数据信道9.6kb/s 2、gsm系统原理 语音信道交织（对角交织） 1234567 speech blocksspeech blocks shared by blocks 4 & 5shared by blocks 4 & 5 block 5 even bitsblock 5 even bits block 4 odd bitsblock 4 odd bits shared by blocks 5 & 6shared by blocks 5 & 6 block 6 even bitsblock 6 even bits block 5 odd bitsblock 5 odd bits 2、gsm系统原理 控制信道交织（矩形交织） 1234567 6 6 4 4 5 5 control blockscontrol blocks 134567 2 2 0 0 134567 2 2 0 0 134567 2 2 0 0 burstsbursts frame 1frame 1frame 2frame 2frame 3frame 3 2、gsm系统原理 业务 系统结构和功能 gsm的编号和识别方案 无线信道 主要技术主要技术 组网 空闲状态手机工作模式空闲状态手机工作模式 基本信令流程基本信令流程 2、gsm系统原理 主要技术（一） n频率复用 ngmsk调制 n话音编码 n非连续传输（dtx） n收发时隙偏差和时间提前 2、gsm系统原理 主要技术（二） n非连续接收（drx） n分集技术、均衡技术 n切换技术 n功率控制技术 n跳频技术 2、gsm系统原理 gsm43标准复用模式 无线区族 s4各基战 s每个站3扇区 基站结构 s3个120度或三叶草 扇区 sc/i12 db a a a bb b b cc c d d d d c2 c2 c2 c1 c1 c1 c3 c3 c3 b2 b2 b2b2 b3 b3 b3 b3 b1b1 b1 b1 a2 a2 a2 a3 a3 a3 a1 a1 a1 d2 d2 d2 d2 d3 d3 d3 d3 d1 d1 d1 d1 2、gsm系统原理 gsm gsm 3 3 标准复用模式 n复用方式 n个 基站个扇区 n特点 n不增 加新基站 n容量 增加（有限） n抗干扰措 施 c a b c c2 c1 a2 c3 a3 a1 b2 b3 c3 c1 c2 b1 2、gsm系统原理 gsm 空中接口调制 高新数字 预滤波 msk 调制 1 0 0 1 1 gaussian minimum shift keying 1 0 0 1 1 2、gsm系统原理 gsm 调制频谱 power frequency200khz 2、gsm系统原理 nrpeltp：规则脉冲激励长时线性预测 编 码 n功能：13k rpeltp 64k pcm n帧长：20ms n速率：13kb/s nmos：3.6 n复杂度：4.7mips n抗干扰能力：7db，ber一类0.61%，二类 8.3% 语音编解码功能fr 2、gsm系统原理 nacelp：代数码本激励线性预测编码 n功能：13k acelp 64k pcm n帧长：20ms n速率：12.8kb/s nmos：4.0 n复杂度：18.1mips n抗干扰能力：优于fr（ber很高时4，13 ， 一样） 语音编解码功能efr 2、gsm系统原理 n通过限制无用信息的发送： n减少空间干扰 n降低发信机功率，延长ms的 电池使用时间 使用dtx的意义 2、gsm系统原理 收发时隙偏差与时间提前 移动台收 12345670 3ts offset tdma frame n 移动台收 12345670 3ts offset tdma frame n 移动台收 12345670 tdma frame n 移动台收 12345670 tdma frame n time advance 2、gsm系统原理 不连续接收 (drx) p p ppppp pbcch ms being paged ms in sleeping mode ms in listen mode ms in sleep mode bcch multiframe(p=paging channel) 2、gsm系统原理 传播损耗 n自由空间传播损耗 n慢衰落分集 n由地形起伏、建筑物及障碍物的遮 蔽等引起慢衰落（阴影衰落） n快衰落均衡 n由各种反射物和散射体产生的直射 波、反射波和散射波的相互干扰和串扰，以 及多普勒（doppler）频移等产生的快衰落（ 多径衰落） 2、gsm系统原理 均衡多径衰落 2、gsm系统原理 分集技术和合并技术 n分集 n空间、极化、频率 n合并技术 n选择、最大比、等增益、开关 式 2、gsm系统原理 空间分集 比较/和路 合成信号 10个波长左右 2、gsm系统原理 均衡 前馈横向 滤波器 自适应算法 判决 反馈横向滤波器 a b y(n) + _ i(n) i(n) + _ e(n) 输出序列 参考训练 序列ir(n) 训练序列 2、gsm系统原理 切切 换换 ( (handover)handover) 切换 2、gsm系统原理 切换目的： 援救切换：当移动台离开管理它的小区的无线覆盖时。 减小干扰：当移动台与另一小区联系，可以大大改进总的干扰电平 时 业务量切换：当一个小区拥塞，而邻近小区较空闲时 2、gsm系统原理 切换准则： n援救切换 n连接上的传输质量。传输误码率、 无线传输的路径损耗、传播时延等。 n减小干扰 n比较相应小区的每个邻近小区的上 下行链路的质量。实际使用移动台和几个邻近 小区的下行路径损耗。 n业务量切换 n以bts 负荷为基础，可以选择那些 由于其它原因接近切换的移动台。 2、gsm系统原理 双频切换 n支持同层网络间优先级切换(pl) n支持多层网络间优先级切换(hcs) n在切换候选小区排队中体现不同层的优先 级 n支持网络负载原因的切换 n支持速度原因的切换 n支持其他常规原因的切换 2、gsm系统原理 避免频繁切换 n采用改进的滤波技术，去除测量数据中因衰落造 成的抖动，保证测量数据更准确，切换更真实。 n 设置不对称的切换边界只有当邻区的信号比本小 区的信号好到一定程度时才切换。 n采用强行迟滞方法，一次切换后必须经过一定的 时间才能切回原小区。 n在多层网时，启动速度原因切换。 2、gsm系统原理 功率控制 ) (4w 8w 30mw n静态 n6级 n动态 n15级 n快速功率控制 n2db 2、gsm系统原理 跳频技术 n基带跳频 n射频跳频 2、gsm系统原理 移动台跳频工作过程 f0 f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f0 f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 t t 0 1 2 3 4 5 6 跳频图案：（5、4、7、0、6、3、1） 2、gsm系统原理 跳频参数 nmobile allocation (ma) nmobile allocation indication offset (maio) nhopping sequence number (hsn) nhsn=0 cyclic nhsn=1-63 pseudo random hopping narfcn=absolute radio frequency n channel number 2、gsm系统原理 业务 系统结构和功能 gsm的编号和识别方案 无线信道 主要技术 组网组网 空闲状态手机工作模式空闲状态手机工作模式 基本信令流程基本信令流程 2、gsm系统原理 公众陆地移动网(plmn)结构 auchlr vlrvlreir 数据库层 sp sp sp sp sp sp sp sp h bscle bts bts gmsc msc msc 网络层 pstn plmn 信令层 用户层 2、gsm系统原理 plmn的组网-移动业务本地网 ts 2 ls ts 3 ls ts 1 ls bss bss bss msc msc msc 长途编号区3长途编号区2 长途编号区1 2、gsm系统原理 移动业务本地网 n本地移动业务网设置原则 n本地网设置在长途编号区为位或位的地区 n位长途区号地区，归入位或位区号的本地网 n每个移动业务本地网设立一个或多个hlr n每个移动业务本地网设立一个或若干个msc（移动端局） n长途编号区为二位、三位、四位地区可设立msc n每个msc可划分成若干个蜂窝小区 n第个msc与局所在地的长途局和市话汇接局相连（话务 n良足够大时可与本地市话端局相连） 2、gsm系统原理 plmn的组网-省内蜂窝通信网 ts1 tmsc tmsc tmsc bss bssbss mscmsc msc 2、gsm系统原理 n省内数字蜂窝网构成 n由省内的各移动业务本地网组成 n省内设若干移动业务汇接中心tmsc/vlr（二级汇 n接中心、省级汇接中心） n单独设置：不带vlr 基站，只作汇接。 n混合设置：既起接作用，又可作移动端局，与基站相连， n可带用户 n省内网中每一移动端局与两个汇接中心相连 n二级汇接中心间采用网状网 n两个msc间业务大时可设话音专线 2、gsm系统原理 全国plmn网络结构-pstn互连 c1 c2 c3 c4 c5 msc . . . . . plmnccs7 n pstn hstp lst p bs s tms c tms c 2、gsm系统原理 全国数字plmn组成 n大区单独设立一级移动业务汇接中心 n各大区的一级汇接中心之间网状网连接 n各省的二级汇接中心与相应的一级汇接中心连接 n与pstn网的连接 npstn电话网五级结构 n与pspdn互连 n非分级型数据终端：（经pad），由msc端局接 n入pspdn网的pad n分组型数据终端：gprs系统的gsn接入pspdn 2、gsm系统原理 业务 系统结构和功能 gsm的编号和识别方案 无线信道 主要技术 组网 空闲状态手机工作模式空闲状态手机工作模式 基本信令流程基本信令流程 2、gsm系统原理 空闲模式：开机但没有分配专用信道 空闲模式的目的：使移动台可以接入网络， 使系统能够找到移动台 引 言 2、gsm系统原理 需要关注什么？ 优化接入 通过小区选择和小区重选算法，选择最强信号的小区驻留，使良 好通信的机率最大 良好的参数设置，使移动台在空闲模式下和在连接模式下会选择 相同的小区 降低寻呼负荷 选择不同的寻呼策略，避免不必要的寻呼 降低移动台在空闲模式下的功耗 drx 2、gsm系统原理 空闲模式的任务 plmn选择 小区选择 小区重选 位置更新 接收寻呼消息 2、gsm系统原理 驻留在小区的目的 移动台可以接收系统信息 移动台可以发起一个呼叫 系统可以确定移动台在哪个位置区， 进行寻呼，移动台可以作被叫 2、gsm系统原理 空闲模式处理流程 plmn选择 小区选择和小区重 选 位置更新 周期性 位置更新 自动/手动选择 （plmn） 选择的plmn 供选择的 plmn 业务指示 小区&la变化 位置更新响应 显示可供选择的plmn 位置更新响应 2、gsm系统原理 plmn选择处理流程 开机 用户要求 从无覆盖区进入覆盖区 如果处于国际漫游，周期性地尝试回到归属plmn 2、gsm系统原理 自动模式/手动模式 自动模式 如果不存在已注册的plmn，或已注册的plmn没有信号 1 归属plmn 2 按照sim卡中存储的plmn列表 3 信号强度超过-85dbm的plmn，随机次序 4 其他plmn按照信号强度，由强到弱 手动模式 由用户从有信号的plmn中进行选择 2、gsm系统原理 小区选择处理流程（一） 满足下述标准的小区称为“合格的小区” 小区属于选择的plmn 小区没有被禁止 小区不属于“禁止漫游的位置区” c10 在没有合格的正常优先级的小区时， 低优先级的小区才是合格的小区 当移动台作位置更新被拒绝时，该位置区被移动台记录为“禁止漫游的位置区”， 当移动台关机时，这些记录被清除 2、gsm系统原理 小区选择处理流程（二） 124 gsm 900频点 374 gsm1800频点 存储在sim的ba表 （最大32个） 3-5秒为一个周期，每个频点均匀采样至少5次， 对采样信号强度进行平均 按照信号强度平均的结果，从强到弱， 检查是否为fcch，如果是，从sch中 读取bsic，从系统消息中读取ba表 是否为合格 的小区？ 驻留并注册登记， 在sim卡中存储新 的ba表 plmn选择 使用不合格小区的 ba表 gsm90030次尝试或 gsm180040次尝试 合格 不合格 2、gsm系统原理 小区选择处理流程（三） 小区优先级 只有在小区选择时才存在小区优先级 2、gsm系统原理 小区选择处理流程（四） c1准则 c1 0 c1=（接收信号电平-accmin）-max（cchpwr-p，0） 保证下行链路预算 保证上行链路预算 accmin：最小允许接入电平 cchpwr：移动台接入系统时最大允许发射功率 p：移动台最大发射功率 ms tx 33dbm(2w) rx -104dbm accmin- 100dbm 上下行链路平衡 143db 147db cchpwr：建议gsm900，33dbm，gsm1800，30dbm， 且cchpwr=mstxpwr accmin：越小，小区覆盖越大，但呼叫建立成功率可能会降低。 微蜂窝可适当提高该值，避免用户使用泄露的信号 2、gsm系统原理 小区重选处理流程（一） 邻区为ba表中所列邻区，服务小区和6个邻区的信号 在每30秒中至少采样5次并作滑动平均 若解bsic时发现ncc不是允许的ncc（nccperm）， 该小区将被跳过 服务小区 六个信号最强的邻区 bsic系统消息 至少每30秒 至少每30秒 至少每5分钟 2、gsm系统原理 小区重选处理流程（二） 满足下述任一标准，将重新选择并驻留到其他小区（c2最大） 服务小区被禁止 尝试接入系统失败maxret次 下行链路失败 服务小区的c1c2（服务小区）（+crh）超过5秒 2、gsm系统原理 小区重选处理流程（三） c2准则 c2= c1+cro-to*h（pt-t）pt31 c2= c1-cropt=31 cro：小区重选偏置 to：临时偏置 pt：惩罚时间 t：定时器，当某邻区成为6个最强信号的 邻区之一，t被初始化为0并启动，当该邻 区不再是时，t被停止并清除为0 cro：调整该值可以调整小区的边界，从而均衡小区间的话务，应该与切换参数相一致， 使得空闲模式和连接模式表现基本一致，避免不必要的切换 to/pt：为避免快速移动的ms驻留在微蜂窝小区，可根据实际情况如各小区的信号电平对比 及问题区域的大小来设置to和pt h(x)= 0 x0 1 x0 2、gsm系统原理 小区重选处理流程（四） crh:小区重选滞后，为防止在位置区交界处作乒乓位置更新，增加网络信令 负荷，增加ms寻呼不到的概率，因此规定在此情况下重选目标小区必须比服 务小区的c2高出crh，才可以重选至该小区 c2=5dbm c2=4dbm c2=7dbm 实际的la边界 正常的la边界 当前la 不同的la 当前驻留小区 推荐值：crh=4db 2、gsm系统原理 小区重选处理流程（五） 下行链路失败 90/mfrms，mfrms为寻呼复帧数 0 下行链路失败 对寻呼消息译码 + 1 - 4 成功 失败 2、gsm系统原理 服务受限状态 plmn不允许 未插sim卡 非法移动台 hlr中未知imsi . 服务受限状态 只能作紧急呼叫 小区重选正常，但crh=0 不允许作位置更新 2、gsm系统原理 位置更新 为了使网络知道ms的位置和状态 正常位置更新：位置区发生了改变 imsi attach/detach: att,建议开启 周期性位置更新：按照t3212，1-255，单位为6分钟， 如果ms进入无覆盖区域，或电池没电意外关机，为避免不必要的寻呼，或为了避免 由于某种原因使msc/vlr中ms的状态发生错误，应该启动周期性位置更新。 t3212应根据信令负荷进行设置，建议值为1- 4小时。 ms每次从连接模式返回空闲模式时，周期性位置更新定时器将重新初始化。当t3212 发生改变时，定时器的值将被设置为当前值“模”新的t3212值，这样不会使大量的ms在同 一时间进行位置更新。例如：定时器当前值为5.6，t3212此时改变为3，则定时器的值将被 设置为2.6。 2、gsm系统原理 业务 系统结构和功能 gsm的编号和识别方案 无线信道 主要技术 组网 空闲状态手机工作模式空闲状态手机工作模式 基本信令流程基本信令流程 2、gsm系统原理 基本呼叫信令流程 移动主叫移动主叫 移动被叫移动被叫 位置更新位置更新 切换切换 msbsc channel activation ack channel activation encryption command channel required complete layer 3 info. authentication request call proceeding cipher mode complete sabm(cm_serv_req) immediate assign command establish indication bts channel request ua(cm_serv_req) cipher mode command immediate assignment msc authentication response setup cipher mode command cipher mode complete (to be continued) 移动主叫（一） msbscbtsmsc assignment request channel activation ack assignment command establish indication assignment completeassignment complete deactivate sacch releas