课件：ok-4 基站接口技术的优化管理.ppt

基站接口技术的优化管理,课程内容,基站接口与无线通信 信道的分配与管理 无线链路的建立与控制 基站主要及其功能完善,课程内容,基站接口与无线通信 信道的分配与管理 无线链路的建立与控制 基站主要及其功能完善,基站接口与无线通信,在实际的GSM通信网络中，由于网络规模不同、运营环境不同和设备生产厂家的不同，上述的各个部分可以有不同的配置方法。比如，把MSC和VLR合并在一起，或者把HLR、EIR和AUC合并为一个实体。不过，为了各个厂家所生产的设备可以通用，上述各部分的连接都必须严格符合规定的接口标准及相应的协议,基站接口与无线通信,GSM系统的主要接口指A接口、Abis接口和Um接口. A接口、Um接口为开放式接口.,基站主要接口,GSM系统的主要接口是指： A接口 开放 Abis接口 私有 Um接口。 开放 这三种主要接口的定义和标准化可保证不同厂家生产的移动台、基站子系统和网络子系统设备能够纳入同一个GSM移动通信网运行和使用。,基站主要接口-A接口,A接口定义为网路子系统（NSS）与基站子系统（BSS）之间的通信接口. 其物理链接通过采用标准的2.048Mb/s PCM数字传输链路来实现. 此接口传递的信息包括移动台管理、基站管理、移动性管理、接续管理等.,基站主要接口-Abis接口,Abis 接口定义为基站子系统的两个功能实体基站控制器（BSC）和基站收发信台（BTS）之间的通信接口 物理链接通过采用标准的2.048Mb/s 或64kbit/s PCM 数字传输链路来实现 BS接口作为Abis 接口的一种特例，用于BTS（与BSC并置）与BSC之间的直接互连方式，此时BSC与BTS之间的距离小于10米,基站主要接口-Um接口,Um 接口（空中接口）定义为移动台与基站收发信台（BTS）之间的通信接口，用于移动台与GSM系统的固定部分之间的互通. 其物理链接通过无线链路实现. 传递的信息包括无线资源管理，移动性管理和接续管理等,GSM接口协议,GSM功能分层结构,各协议分层结构描述,信号层1( 也称为物理层)这是无线接口的最低部分，提供传送比特流所需的物理链路，为高层提供各种不同功能的逻辑信道，包括业务信道和逻辑信道。每个逻辑信道有它自己的逻辑接入点。 信号层2主要目的为建立移动台和基站间可靠的专用数据链路，L2协议基于ISDN的D信道接入协议(LAP-D) ，但作了改动。因而在Um接口中的L2协议称为LAPDm。 信号层3主要传送控制和管理信息，L3包括三个基本子层：无线资源管理(RR) 、移动性管理(MM)和接续管理(CM) 。其中接续管理(CM)层中含有多个呼叫控制(CC)单元，提供并行呼叫处理。在CM子层中，还有补充业务(SS)单元和短消息业务管理(SMS)单元，用于支持补充业务和短消息业务。,GSM接口协议分层结构,CM：通信管理 BTSM：BTS的管理部分 MTP：信息传递部分 MM：移动性管理 BSSMAP：基站子系统 RR：无线资源管理 SCCP：信令连结控制部分 LAPDm：ISDN的Dm数据链路协议移动应用部分 L1-L3：信号层1-3,课程内容,基站接口与无线通信 信道的分配与管理 无线链路的建立与控制 基站主要及其功能完善,GSM系统的信道,GSM系统信道的分类 物理信道 逻辑信道 业务信道 用于传送语音和数据信息 信令信道 （控制信道） 用于传送网络管理消息和信道维护消息,物理信道,物理信道GSM在无线路径上传输的信号单位是称为突发的脉冲序列(Burst) 这个突发载在一个载频上传播，占有一段频率，也占有一段时间。 由GSM规范，每个载频的带宽是200KHz，在每载频上采用TDMA方式，又分8个时隙。 每一个时隙就是一个物理信道。,物理信道,GSM的空中物理信道是一个频宽200KHz，时长为0.577ms的物理实体,物理信道,GSM可用载频124对（900MHz系统）或224对（1800MHz系统），每个载频有8个物理信道，即信道07（时隙07）。因此GSM实质上是一个FDMA与TDMA的混合接入系统.,物理信道的帧结构,帧结构中涉及以下概念： 时隙 TDMA帧 复帧 超帧 超高帧,物理信道的帧结构,物理信道的帧结构,在GSM中，基本的无线资源单位是一个时隙(Slot)，每个时隙含156.25个码元， 每一个TDMA基本帧(Frame)含8个时隙， 多个TDMA基本帧构成复帧(Multiframe)，其结构有如下两种： 26-帧的复帧，即含26帧的复帧，其周期为120 ms，这种复帧主要用于承载TCH业务信道。 51-帧的复帧，即含51帧的复帧，其周期为235ms， 用于承载控制信道、BCCH、CCCH和DCCH等。,突发脉冲种类,常规突发脉冲序列（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）,突发脉冲的功能,常规突发 双向信道上完成常规信息的传送 频率校正突发 下行信道上完成手机频率校正功能 同步突发 下行信道上完成手机帧同步功能 接入突发 上行信道上完成手机接入申请功能,突发脉冲应用实例,以手机开机为例，说明突发脉冲的应用： 开机 频率校正突发 接收下行信道信息，完成手机频率校正功能 同步突发 接收下行信道信息，完成手机帧同步功能 常规突发 接收下行信道上的系统消息 接入突发 在上行信道上完成手机接入申请功能 常规突发 在双向信道上完成鉴权，加密后，进入空闲状态,逻辑信道,在BTS和MS间，必须传送许多信息，包括语音和控制信息等。传播这些信息的信道称为逻辑信道。 逻辑信道按其承载信息不同，可分为 控制信道（信令信道） 业务信道,逻辑信道-控制信道,控制信道 广播信道(BCH)均为下行信道，用于向MS发送广播消息。 FCCH：使MS明确BCCH的载频及使MS保持频率同步 SCH：使MS接收TDMA，保持与系统的同步。同时，接收TDMA帧号、BTS色码(BSIC)。 BCCH：当MS要进行漫游，等待呼叫或发起呼叫时，要知道一些关于小区的信息。这些信息通过BCCH传送，包括位置区识别(LAI) 、小区允许最大输出功率和相邻小区BCCH载频等。 由于基站之间不同步，所以MS必须根据广播信道(BCH)来获取应进入其它小区的信息。,逻辑信道-控制信道,公共控制信道 寻呼信道(PCH)：MS每隔一定时间守听PCH，以判断是否有来自它的呼叫，其中包括MS的IMSI或TMSI 。它是下行信道。 随机接入信道(RACH)：当MS在PCH听到有人发起对自己的呼叫时，即通过RACH要求接入网络。它是上行信道。 接入许可信道(AGCH)：网络通过AGCH分配一个信令信道（独立专用控制信道SDCCH）。它是下行信道。,逻辑信道-控制信道,专用控制信道(DCCH) 独立专用控制信道(SDCCH)：MS和BTS均转至此信道。MS通过SDCCH通知网络占用了那个物理信道用于业务传输。在呼叫建立功能之外，SDCCH用于传送短消息。它是双向信道。 慢速随路控制信道(SACCH)：MS向网络发送控制消息和相邻基站信号强度，同时接收系统信息，包括发射功率和时间提前量。它是双向信道。 快速随路控制(FACCH)：FACCH 与一条业务信道联用，携带与SDCCH同样的信号，但只在未分配SDCCH时才分配FACCH，通过从业务信道TCH借取的一段来实现接续。主要用于向MS传送切换命令。它是下行信道。,逻辑信道业务信道,TCH用于话音业务的承载，有两种类型： 全速TCH(TCH/F)和半速TCH(TCH/H)。TCH允许使用13Kbit/s传送语音和12.6或3Kbit/s数据传输， 半速TCH允许以7Kbit/s传送语音及6或3.6Kbit/s传送数据。 TCH 是双向信道。,逻辑信道的分类,逻辑信道的组合,几种不同的逻辑信道可以在同一物理时隙上传输，同一逻辑信道也可以在不同的物理时隙上传输 多种组合方法： TCH/F+FACCH/F+SACCH/TF TCH/H+FACCH/H+SACCH/TH 26复帧 FCCH+SCH+BCCH+CCCH FCCH+SCH+BCCH+CCCH+SDCCH/4+SACCH/C4 BCCH+CCCH SDCCH/8+SACCH/C8 51复帧,逻辑信道组合的实例（一）,逻辑信道组合的实例（二）,逻辑信道应用实例,以MS开机为例，说明逻辑信道的应用： 开机 FCCH： 接收频率校正信息 SCH： 接收BS同步信号 BCCH： 接收系统消息 RACH： 接入申请 AGCH： 允许接入，并分配SDCCH SDCCH /SACCH： 在SDCCH上进行鉴权； 在SACCH上进行功率控制 空闲状态接收BCCH,课程内容,基站接口与无线通信 信道的分配与管理 无线链路的建立与控制 基站功能及其完善,无线链路的建立与控制MO实例,一移动用户呼叫固定用户：,移动用户呼叫固定用户,1 MS通过RACH要求分配信令信道SDCCH。 2 BSC分配SDCCH后，用AGCH通知MS。 3 MS通过SDCCH向MSC/VLR发送呼叫建立请求。其后，所有建立呼叫前所需信号均在其上传送，包括鉴权、加密、设备识别、发送被叫号码等等。 4 MSC/VLR要求BSC分配一TCH给MS并转至BTS ，再由BTS告知MS。 5 MSC/VLR传送被叫号到PSTN ，根据被叫号建立连结。,课程内容,基站接口与无线通信 信道的分配与管理 无线链路的建立与控制 基站主要技术及其功能完善,基站主要技术,GSM系统中语音信号的传输 信道编码 交织 加密 跳频 DTX传输技术,话音在无线信道上的传送,我们一话音的发送为例，讲述话音的无线传输； 话音的接收仅仅是发送的反过程.,话音处理过程综述,首先，语音通过一个模/数转换器，实际上是经过8KHZ抽样，每个脉冲均匀量化为13bit； 每20ms为一段，再经语音编码后降低传码率为13bit/s； 经信道编码变为22.8Kbit/s； 再经码字交织、加密和突发脉冲格式化后变为33.8kbit/s的码流； 经调制后发送出去. 接收端的处理过程相反.,信道编码,为了检测和纠正传输期间引入的误码，在数据流中引入冗余BIT用于纠错； 信道编码器把话音分成“很重要（50bit）、较重要（132bit）和不重要（78bit）三部分.对前两部分分别加入3、4位奇偶校正码（50+3）+（132+4）=189bit，然后做1：2的卷积（189*2=378bit），再加上不重要的78bit，形成了456bit/20ms=22.8kbit/s的信道编码组.结果使20ms段BIT数从260BIT增加到456BIT，相应的话音速率从13K增加到22.8K.,为什么引入话音交织？ 无线传输干扰和误码通常在某个较小时间段内发生，影响连续的几个突发脉冲； 如果把话音帧内的BIT顺序按一定的规则错开，使原来连续的BIT分散到若干个突发脉冲中传输，则可分散误码，使连续的长误码变为若干分散的短误码，以便于纠错，提高话音质量.,交织,交织,交织处理的两个缺点： 话音处理的长时延； 信号处理的复杂程度.,交织处理的两个优点： 可以减少一个话音帧内的误码数量； 通过信道解码，可实现部分误码的纠正.,一次交织（块间交织）,第一次交织把456bit/20ms的话音码分成8块，每块57bit.前后两个20ms段的块交织，组成8个 114bit的块,二次交织（块内交织）,第二次把每个114bit块里来自两个20ms话音码段的57bit块进行比较交织，形成第二次交织后的114bit块,为什么引入加密技术？,加密技术,对无线接口上传送的信息（话音或数据）进行加密，防止无线侦听导致失密； GSM系统的加密技术仅仅保护无线接口.,加密技术,把交织后的114bit块和一个114bit的加密块进行加密,GSM无线接口- Um接口控制技术,您知道吗？ 系统如何控制手机与基站的功率？ 系统如何控制手机的信号传输起始时刻？ 什么是DTX、DRX？ 什么是跳频技术？ 系统如何控制手机的发射时刻？,为何需要APC？ 可降低手机功耗，延长电池使用时间； 可减小系统内的干扰，提高频率利用率，增加系统容量. 如何进行APC？ MS功率控制： MS接收BTS发射的信号，得到射频信号强度、质量等级参数，进行APC； 手机起始发射功率由系统消息决定； 可能导向切换、掉话. BTS功率控制： BTS接收MS发射信号，得到射频信号强度、质量等级参数，（BTS预处理）上报BSC，由BSC进行APC,自动功率控制技术（APC）,为何需要DTX？ 通话是双向的，对于MS用户/来说，平均的说话时间约在40%以下； 可降低手机功耗，延长电池使用时间； 可减小系统内的干扰，提高频率利用率，增加系统容量. 如何进行DTX？ 采用VAD（话音激活检测）技术： 在说话时，正常发射信号； 在停止说话时，每隔一段时间发送一个静音帧，由静音帧在BTS产生舒适噪声；使对方不会误以为通话中断. 重新开始说话时，由VAD功能检测到话音，重新正常发射信号.,非连续发射技术（DTX）,为何需要DRX？ 手机绝大部分时间处于空闲状态，此时需要随时准备接收BTS发来的寻呼信号；系统按照IMSI将MS用户分类，不同类别的手机在不同的时刻接收系统寻呼消息，无需连续接收； 可降低手机功耗，延长电池使用时间； 如何进行DRX？ 系统根据IMSI将MS分类，分时刻接收寻呼消息.,非连续接收技术（DRX）,跳频即：在不同时隙发射载频在不断地改变 为何引入跳频？ 可减少瑞利衰落，提高每用户的话音质量； 可减小系统内的干扰，提高频率利用率，增加系统容量 GSM系统的无线接口采用了慢速跳频（SFH）技术，即系统在整个突发序列传输期(BP)，传送频率保持不变,跳频技术,为什么引入时延调整？,时延调整,由于GSM采用TDMA，每载频8个时