通信网络优化基础知识.ppt

前言GSM网络优化概述第一章网络模型和网元介绍1 GSM网络模型及缩略术语2 MSC功能3 鉴权4 加密5 PLMN MSC BSC LAC CELL各层介绍6 编号系统介绍 ISDN等 及应用7 呼叫实例各识别码用途8 移动台的三种状态9 GSM频段及上下行概念第二章信道描述和帧结构1 TDMA概念2 信道分类及简介3 复帧结构4 逻辑信道与物理信道映射关系5 五种突发脉冲 第三章TrafficCase1 移动台的呼叫建立过程2 位置更新3 紧急呼叫4 各种类型切换5 短消息流程第四章GSM信号处理原理1 时间色散2 时间提前3 语音编码4 误码处理 信道编码 交织 跳频 第五章无线基本概念1 小区类型2 干扰3 爱尔兰B表4 天线波瓣5 频率组网方式 GSM网络优化概述 前言 优化简介 1 加强GSM网络优化 搞好运行维护是提高移动通信网络质量的关键 一个完善的网络往往需要经历从最初的网络规划 工程建设投入使用 到网络优化的历程 并形成良性循环 2 网络优化工作是指对正式投入运行的网络进行参数采集 数据分析 找出影响网络运行质量的原因并且通过参数调整和采取某些技术手段 使网络达到最佳运行状态 使现有网络资源获得最佳效益 同时也对网络今后的维护及规划建设提出合理建议 网络优化主要包括无线网络优化和交换网络优化两个方面 一 无线网优概述1 无线网络优化的范围 无线环境的优化DT优化 包括主覆盖区域及各交通干道的覆盖优化 CQT 包括各主要话务区域内的室内覆盖的优化 BSC无线环境统计指标的优化各种无线统计指标优化与MSC相关的各种指标的优化 2 无线网络优化的基本操作流程 网络的规划及管理话务模式的预测网络结构的规划及实际网络的优化频率的规划及管理无线网络的各种设置的规划 试验及管理 日常网络优化工作BSC的日常网优操作无线环境的优化操作 GSM无线网络建设与优化流程 系统需求分析 系统容量极限 网络优化调整 系统增长 工程优化调整 工程实施 频率规划与干扰预测 覆盖预测与规划 勘察与站点初始布局 容量规划 3 无线网络优化的基本工具 OSS系统的各种功能话务统计功能OSS软件各种网优辅助功能 MTR CTR CER NCS NOX FAS FOX等 各种辅助工具 IPOS 话务分析工具 无线专家等 无线环境测试及分析工具无线环境测试工具无线环境分析工具信令分析工具 目前常用的无线环境测试及分析工具 一 前台测试仪表及软件1 ANTpliot测试软件 PREMIER测试软件 WALKMAN测试软件 ERICSSONTEMS测试软件 及OT76 OT75 OT96 TEMS手机 扫频仪用于室外的DT测试 2 测试手机有OT76 OT75 OT96 TEMS888 TEMSR520等 3 室内CQT点的拨打测试手机可用各种具有网络测试功能的普通手机 二 后台分析软件采用ANT软件后台分析软件进行各种后台分析可以提供各种覆盖区域的信号强度 质量及相关各种分析图 采用PREMIER软件后台分析软件进行各种后台分析采用MAPINFOW软件进行各种后台分析采用WALKMAN测试软件进行室内测试的后台分析采用PREMIER测试软件进行室内测试的后台分析 无线网络优化的实质 GSM系统无线网络优化的分类 从优化调整的对象来看 可以划分为工程参数优化和无线资源参数优化 工程参数优化 通过工程设计参数的优化调整 解决网络运行中的问题 在系统建设初期实施为主 无线资源参数优化 通过调整各种相关的无线资源参数 使网络处于良好的运行状态 在系统运行初期和后期维护中实施 GSM系统无线网络优化的实质 GSM通信系统的特性 如移动性 随机性 不可知性等 决定其本身是一个复杂的大系统 从大系统的角度来看 对无线网络优化最终只能提供一组满意解 而不是最优解 所以 对GSM网络优化的意义在于维持GSM网络处于较好的运行状态 而对优化结果的评价是通过一系列网络服务指标来反映的 无线网络优化的一般流程 以下流程是对无线网络优化的分解和细化 GSM网络性能评估指标 对GSM网络性能评估需要从各个方面来考虑 网络优化首先要建立在对网络性能评估的基础上 无线网络优化调整的相关参数 无线资源参数 无线资源参数一般是基于小区或局部区域设置的 当网络局部区域出现问题时 首先要排除设备故障问题 只有排除设备故障问题时 才考虑进行无线参数调整 后面的无线资源参数优化调整都是基于无设备问题的前提下作出的 工程参数 天线性能参数 天线的增益 极化方式 波束宽度 小区物理参数 天线的高度 天线下倾角度 方位角 频率规划参数 频率复用方式调整 各小区的BCCH和TCH载波频率 小区属性 小区的BSC归属 无线资源参数的分类 GSM系统中无线资源参数种类很多 下图只是按照一般的分类方法大概分类 无线资源参数分类介绍 网络识别参数 主要用于移动台和网络相互识别身份 系统控制参数 主要指涉及系统配置的参数 这些参数的取值将影响到系统各部分的业务承载量和信令流量 小区选择参数 主要指与移动台进行小区选择 小区重选相关的参数 网络功能参数 主要指与实现系统各种功能 如跳频 DTX等 相关的参数 无线资源参数设置实例 第一章网络模型和网元介绍 GSM网络模型 缩略术语 MSC 移动业务交换中心MobileservicesSwitchingCenterVLR 拜访位置寄存器VisitorLocationRegisterHLR 归属位置寄存器HomeLocationRegisterAUC 鉴权中心AuthenticationCenterEIR 设备识别寄存器EquipmentIdentityRegisterBSC 基站控制器BaseStationControllerBTS 基站收发信站BaseTransceiverStationOMC 操作维护中心OperationandMaintenanceCenterNMC 网络管理中心NetworkManagementCenterMS 移动台MobileStation 一个MSC控制多个基站控制器 它控制移动用户自 至PSTN ISDN PLMN 公用数据网的呼叫 移动汇接和网络入口功能都由MSC来实现 HLR AUC寄存用户的鉴约信息 如补充业务 鉴权参数 此外还有MS的位置信息和IMSI ISDN码等 VLR是一个动态数据库 它包含了当前位于相应的MSC服务区的全部MS的有关信息 IMSI码和位置信息LAI VLR还包括当前的MSC中该MS的更为详细的位置信息 与其它网络的接口通过GMSC GMSC称为入口移动交换中心 GATEWAY 网关或门道交换局 AUC与HLR相连 是向HLR提供出于安全原因而使用的鉴权参数和密钥 即三参数组 rand sres kc EIR与MSC相连 对接入系统的移动台的设备进行识别 目前国内没有引入此设备 MS包括移动终端 如手机 和SIM卡 MSC功能 呼叫接续和控制 包括补充业务保持呼叫的连续性 完成切换功能移动台位置更新更新 处理移动用户数据各种信令接口 到BSC和MS BSSAP 其它GSM网络单元 MAP TUP ISUP 其它网络如PSTN或ISDN TUP ISUP 安全性管理 鉴权 加密 分配TMSI等IMEI检查收发短信计费功能 AUC与HLR相连 是向HLR提供出于安全原因而使用的鉴权参数和密钥 即三参数组 EIR与MSC相连 对接入系统的移动台的设备进行识别 下面讲述系统的鉴权 加密和设备的识别过程 AUCHLR 鉴权 加密及设备识别1 下列情况需先经过鉴权1 移动台呼出及呼入 2 移动台位置登记 位置更新 3 移动台补充业务的登记 使用 删除 2 鉴权过程 GSM鉴权过程 1 用户购机入网时 电信部门将IMSI号和用户鉴权键Ki一起分配给用户 同时 该用户的IMSI和Ki存入AUC 2 在AUC鉴权中心按下步骤产生一个用于鉴权和加密的三参数组 1 产生一个不可预测的随机数RAND 2 以IMSI Ki和RAND为输入参数由两个不同的算法电路 A8和A3 计算出密钥Kc和符号响应SRES 3 将RAND SRES Kc组成一个三参数组送往HLR作为今后为该用户鉴权时使用 3 HLR自动存储1 10组每个用户的三参数组 并在MSC VLR需要时传给它 而在MSC VLR中也为每个用户存储1 7组这样的三参数组 这样做的目的是减少MSC VLR与HLR AUC之间信号传送的频次 4 在呼叫处理过程中 MSC向需被鉴权的移动台发送一组参数中的RAND号码 移动台据此再加上要身SIM卡内存储的IMSI和Ki作为A3鉴权运算电路的输入信号 算出鉴权的符号响应SRES并将其送回MSC VLR 5 MSC将原参数组中由AUC算出的SRES与移动台返回的SRES比较 若相同 则认为合法 允许接入 否则为不合法 拒绝为其服务 Kc SRES RAND Kc SRES RAND 加密算法 8 鉴权算法 3 结果 结果 数据库IMSI和鉴权 产生随机数 HLR 三参数组的产生过程 系统的鉴权过程 3 系统的加密过程 1 鉴权程序中产生的密钥KC随RAND和SRES一起送往MSC VLR 2 MSC VLR启动加密进程 发加密模式命令 M 一个数据模型 经基站发往移动台 3 在移动台中对 M 进行加密运算 A5算法 其输入参数为KC M和TDMA当前帧号 加密后的信息送基站解密 若解密成功 M 被还原出来 则从现在开始 双方交换的信息 话音 数据 信令 均需经过加密 解密步骤 AUC HLR MSC VLR BTS MS 系统的加密过程 P L M N 服 务 区 M S C V L R 服 务 区 位 置 区 小 区 图3GSM网络结构 GSM PLMN网络和其它PSTN ISDN或PLMN网间的链路 将位于国际或国内汇接交换机的级别上 GSM PLMN网的全部入局呼叫将选路入口至一个或多个入口MSC MSC作为GSM PLMN的入局汇接交换机 它具有为移动终端的呼电询问呼叫路由的功能 它能使系统为呼叫选路至它们的最终的目的地 被叫移动台 在GSM PLMN网络中 全部至移动终端的呼叫 都要选路至某一个具有入口功能的MSC 该MSC称为GMSC GSM PLMN网络的区是由一个或几个MSC VLR业务区构成 能够提供GSM PLMN网络与其它通信网络间的链路 具有为呼叫查询 选接呼叫路由的功能的MSC称为入口MSC 简称GMSC MSC服务区表示由该MSC所覆盖的服务区域 凡在该区的移动台均在该区的拜访位置寄存器 VLR 登记 因此 MSC总与VLR构成同一个节点 写作MSC VLR 每个MSC VLR服务区又被分成若干个位置区 位置区是MSC VLR服务区的一个部分 在一个位置区内 移动台可以自由地移动 不需做位置更新 一个位置区是广播寻呼消息以便找到某移动用户的寻呼区域 一个位置区只能属于某一个MSC VLR 利用位置区识别码 LAI 系统能够区别不同的位置区 一个位置区又划分为若干个小区 每个小区具有专用的识别码 CGI 它表示网络中一个基本的无线覆盖区域 利用基站识别码 BSIC 移动台本身能区分使用同样载频的各个小区 GSM网络是一个可以全球范围内联网漫游的 全球通 系统 所以GSM业务区的范围可以覆盖全球 它的业务区由全球的全部成员国的GSM PLMN业务区构成 一个国家可以有一个或多个的GSM PLMN网络 每个GSM PLMN网络可由多个MSC VLR业务区构成 每个MSC VLR业务区又被分成若个位置区 每个位置区又划分为若干个小区 每个小区是一个特定的BTS覆盖的区域 GSM业务区 由全球所有的成员国的GSM PLMN业务区所构成的覆盖区域 移动台可以在整个覆盖区域内漫游 GSM PLMN业务区 一个网络运营商所运营的GSM PLMN网络的覆盖区域 一个国家范围内可以一个或多个GSM PLMN网络 MSC业务区 表示网络中由一个MSC所覆盖的服务区域 凡在该区的移动台均在该区的拜位置寄存器 VLR 登记 所以 MSC总与VLR构成同一个节点 写作MSC VLR 位置区 LA 位置区是MSC VLR业务区的一部分 每一个MSC VLR业务区分成几个位置区 在一个位置区内 移动台可以自由地移动 不需做位置更新 所以 一个位置区是广播寻呼消息以便找到某移动用户的寻呼区域 一个位置区只能属于一个MSC VLR 利用位置区识别码 LAI 系统能够区别不同的位置区 LA区域的划分要充分考虑MS进行位置更新的频率和小区BCCH载波上PCH的数据量这两个方面的因素 尽量使MS移动较为频繁的地区划在同一LA区域内 小区 Cell 它表示网络中一个BTS的无线覆盖区域 一个位置区可划分为若干个小区 一个小区是具有一个全球识别码 CGI 的 同时 利用基站识别码 BSIC 移动台本身能区分使用同样的载频的各个小区 编号系统1 移动台的国际身份号码ISDN MSISDN 是在公用交换电话网编号计划中唯一地识别移动电话的鉴约号码 CCITT建议结构为 MSISDN CC NDC SNCC 国家码即在国际长途电话通信网中的号码 86 NDC 网号SN 用户号码139便是NDC 前三位用于识别网号 后三位用于识别归属区 目前开通的135 139实际上是同一个网 2 国际移动用户识别码 IMSI 是唯一地识别GSMPLMN网中某一用户的信息 IMSI MCC MNC MSIN 460 00 MCC 移动网的国家号码 与CC不同 MNC 移动网号MSIN 移动台识别号 最长为15位 3 移动台漫游号码 MSRN 用于一次呼叫的路由选择 MSRN CC NDC SNCC 国家号NDC 国内目的地号码 用于识别MSC VLR SN 用户号 对应于用户的IMSI号码 4 临时移动用户识别码 TMSI 用于保护IMSI码 该号只在本MSC区域有效 其结构可由各电信部门选择 长度不超过4个字节 5 国际移动台设备识别码 IMEI 是唯一用来识别移动台终端设备的号码 称作系列号 IMEI TAC FAC SNR SPTAC 型号论证码FAC 最终装配码 用于识别制造厂家 SNR 序号SP 备用6 位置区识别码 LA LAI代表MSC业务区的不同位置区 用于移动用户的位置更新 LAI MCC MNC LACMCC 移动国家号 识别一个国家MNC 移动网号 识别国内的GSM网LAC 位置区号码 识别一个GSM网中的位置区7 小区全球识别码 CGI 用于识别一个位置区内的小区 CGI MCC MNC LAC CI8 基站识别码 BSIC 6bit BSIC NCC BCCNCC 国家色码 用于识别GSM移动网 3bit BCC 基站色码 用于识别基站 3bit BCC TSC训练序列码 各种号码的应用 在呼叫过程中各种号码的应用如下图所示 下例是一个北京的固定电话用户拨打广州的一个移动用户的呼叫接续过程中各种识别码的应用过程 1 主叫拨号 北京市话用户A拨打广州GSM用户B的MSISDN号码 PSTN网络的交换机分析MSISDN号码 得知B用户为移动用户 它把呼叫转到GSM网络上距它最近的一个具有入口功能的移动业务交换中心GMSC 2 GMSC分析被叫号码 GMSC分析该号码为广州位置寄存器HLR的用户后将MSISDN号码送至广州HLR 要求查询有关该被叫用户目前所在的位置信息 3 HLR申请漫游号码MSRN HLR把MSISDN号码转换成IMSI后查出用户目前处于哪个MSC并将该IMSI发至该MSC 向该MSC申请分配一个漫游号码 4 选定漫游号码MSRN MSC收到IMSI后临时给被叫用户B分配一个漫游号码并将此号码送回HLR 再由HLR发给GMSC使用 5 连接呼叫至被叫所在的MSC GMSC收到MSRN后 用此号码选择一条出中继路由至MSC MSC将负责本次呼叫的建立和计费功能 6 令被叫所在位置区内的所有基站发寻呼信息 MSC发出寻呼命令到MS所在位置区内的所有无线基站 再由基站向被叫用户B发呼叫信号 7 基站寻呼被叫用户B 基站收到寻呼命令后 将该寻呼消息 含有MS的IMSI 通过无线控制信道发射 MS接收到寻呼后向基站发回响应信号 8 呼叫连接 MS响应信号经BTS BSC送回MSC 经鉴权 设备识别后认为合法 则令BSC给该MS分配一条TCH 接通MSC至BSC的路由 并向主叫送回铃音 向被叫振铃 当被叫摘机应答 则系统开始计费 移动台的几种状态 1 移动台关机这种状态下MS不能应答寻呼消息 网络不能达到MS 同时它也不能通知网络其所处的位置区的变化 此时MS被认为是 分离 状态 2 移动台开机 空闲状态这种状态下 系统可以成功地寻呼MS MS被认为是 附着 当MS移动时 能够通过测试检查 MS连接到接收性能最好的BCCH载波上 MS具有漫游功能 并能通知网络其位置区的变化 即位置更新 另外 MS还要进行周期性登记 3 移动台忙在这时 网络分配给MS一个业务信道传送话音或数据 当MS移动时它必须有能力进行定位和切换 MS的登记和漫游 移动中的移动台从一个位置区移动至另一个位置区时 需要向系统登记其位置的变化信息 这个过程称为位置更新 第一次接入系统时向系统报告位置称为位置登记 HLR GSM的频率 GSM900上行 890 915MHz 下行 935 960MHz 共分为124对双工载频 载频间隔为200KHZ 频道号 0 124 0作保护 不用 f 890 N 0 2每载频共分8个时隙 即为8个信道 总信道数为124 8 992个信道 124个频点中包含了移动GSM 1 95 联通 96 124 GSM1800上行 1710 1785MHz 下行 1805 1880MHz共分为374对双工载频 载频间隔为200KHZ 频道号 512 885 关于 下行链路 和 上行链路 的概念 手机 基站 上行链路 下行链路 移动台的漫游 小区重选 在移动中的移动台 由于接收质量原因 需要通过空中接口不时地改变与系统的连接 这种能力称为 漫游 第二章信道描述和帧结构 TDMA时分多址 GSM900 1800上行频率 下行频率载频间隔为200KHZ每载频共分8个时隙 即为8个信道 在GSM中 无线路径上传输的是编码后的数字话音 与模拟话音不同 数字话音是不连续的信号 可采用时分的方式传送 所以 在GSM中 无线路径上采用的是时分多址 TDMA 方式 每一个载频上有8个时隙 每一个时隙相当于模拟系统中的一个信道 可提供一个移动台通话 最多可有8个移动用户使用同一频带 他们使用不同的时隙 如图所示 8个移动台分别工作在一个载频上的8个不同的时隙上 时分多址TDMA示意图 信道分类 物理信道是指一个载频上一个TDMA帧的一个时隙 它相当于FDMA系统中的一个频道 用户通过某一个载频上的一个信道接入系统通信 用户在该入道上 即该时隙上发出的信息比特流被称为突发脉冲序列 逻辑信道是从信息内容的性质角度定义划分的 把信道上传递的内容分成业务信息 话音 数据等 和控制信息 控制呼叫进程的信令 两大类 定义与之对应的逻辑信道称为业务信道和控制信道 业务信道 TCH 用于传送编码后的话音或数据信息 控制信道 CCH 用于传递控制信息如控制呼叫进程的信令的信道传送控制信息 控制信道 CCH 控制信道 CCH ControlChannel控制信道分为下面三种 广播信道 BCH BroadcastChannels公共控制信道 CCCH CommonControlChannels专用控制信道 DCCH DedicatedControlChannels 广播信道 BCH 1 广播信道 BCH 包括BCCH FCCH SCH三种信道 其特点为下行信道 且是点对多点的方式 用于向移动台传递小区的各项广播信息 使移动台与基站取得同步 广播控制信道 BCCH 用于向移动台传送所有小区的通用消息 如LAI 小区内允许MS最大输出功率 相邻小区的BCCH载频等 频率校正信道 FCCH 向移动台传递频率校正信号 使移动台能调到相应的频率上 同步信道 SCH 用于向移动台传送帧同步号 即TDMA帧号 同时也传送基站识别码BSIC 公共控制信道 CCCH 2 公共控制信道包括PCH RACH AGCH三种信道 该类信道主要用于移动台作主叫或寻呼被叫时 完成所需专用控制信道的申请和分配 寻呼信道 PCH 用于在小区内寻呼移动台 是下行信道 PCH含有被叫移动台的号码信息 故只有相应的移动台才会响应 随机接入信道 RACH 是一个点对点的上行信道 当移动台经RACH申请到专用信道后 系统经接入允许信道AGCH将分配给该移动台的专用信道通知移动台 所以AGCH和RACH成对使用 3 专用控制信道 DCCH 由SDCCH SACCH FACCH 和CBCH四种信道组成 用于向特定的呼叫提供专门的信道来传递其专用信令信息 SDCCH 独立专用控制信道SACCH 慢速随路控制信道FACCH 快速随路控制信道CBCH 小区广播信道 独立专用控制信道 SDCCH 是一个点对点的双向信道 主要用于在移动台呼叫建立之前 即在使用TCH之前 传送系统信息 如登记和鉴权呼在此信道上进行 慢速随路控制信道 SACCH 它与一个业务信道或一个独立专用控制信道相关 用于传送有关连接信息的点对点的双向连接数据信道 如传送服务小区及相邻小区的信号强度 移动台功率等级管理等信息 快速随路控制信道 FACCH 与一个TCH相关 用于传送速度 实时 要求高的信令信息 它工作于借用模式 每当需要传送该类信息时 例如需要完成一次切换 则需借用TCH 即当前的一个20ms的话音信息位置被借用来传送这些信息 由于译码器会重复最后20ms的话音 故这种中断不会让用户感觉到 小区广播信道 CBCH 逻辑信道分类图 英语缩略语 BCH BroadcastChannelFCCH FrequencyCorrectionChannelSCH SynchronizationChannelRACH RandomAccessChannelAGCH AccessGrantChannelPCH PagingChannelSDCCH StandaloneDedicatedControlChannelSACCH SlowAssociatedControlChannelFACCH FastAssociatedControlChannelCBCH CellBroadcastChannelTCH TrafficChannel 广播信道上下行信息 公共控制信道上下行信息 专用控制信道上下行信息 帧结构 BCCH CCCH SDCCH SACCH TCH SACCH FACCH 防护比特 信道的映射关系 第一个载波的第0时隙 下行BCH CCH 上行只有RACH 第一个载波开始的第2时隙 DCCH 视信令负荷而定 其它时隙 TCH用 对爱立信系统的默认设置 逻辑信道映射用于呼叫处理的各种逻辑信道和信令 实际上是由物理信道 以突发脉冲序列的形式 来传递的 因此有必要讨论各种逻辑信道与物理信道的关系 了解它们是怎样从自身的构成体系上被列入相应的物理信道上传送的 现在常用的映射方法有SDCCH 8和SDCCH 4两种映射方法 下面分两种来讨论 1 业务复帧结构TTTTTTTTTTTTATTTTTTTTTTTTI2 控制信道映射 1 SDCCH 8映射 TS0下行链路的映射FSBBBBCCCCFSCCCCCCCCFSCCCCCCCCFSCCCCCCCCFSCCCCCCCCI共51帧 TS0上行链路的映射RRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRR TS1上行和下行链路的映射D0D1D2D3D4D5D6D7A0A1A2A3IIID0D1D2D3D4D5D6D7A4A5A6A7III下行链路D0D1D2D3D4D5D6D7A0A1A2A3IIID0D1D2D3D4D5D6D7A4A5A6A7III上行链路共102帧 每个DN或AN为四个TS SDCCH 4映射FSBBBBCCCCFSCCCCCCCCFSDDDDDDDDFSDDDDDDDDFSAAAAAAAAI下行链路的映射 DDDDRRAAAAAAAARRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRDDDDDDDDRRDDDD下行链路的映射SDCCH 8的映射关系如图所示 假设一个BTS有n个双工载波 每个载波可有8个时隙TS 载波定义为C0C1C2 Cn 对于下行链路 C0上的TS0和TS1只用于映射控制信道 其余所有时隙用映射TCH 因此 C0也被称为BCCH载波 其余的载波上的所有时隙全部用于映射TCH 在C0载波上 BCH和CCCH映射在时隙TS0上 SDCCH和SACCH映射在时隙TS1上 其余的时隙映射TCH TS0上的映射序列是一遍遍重复 即在出现一个空闲帧之后又从新开始映射 其复帧的重复长度为51个TDMA帧 TS1上映射序列也是不断重复的 其重复长度从时间上讲是102个TDMA帧 即复帧的帧为102帧 对于上行链路 载波C0上的TS0和TS1跟下行链路一样也只用于映射控制信道 TS0上全部用于映射RACH TS1上的映射方案与下行链路的映射方案相同 TCH的映射方案如图所示 其中还包括映射了SACCH和空闲帧I 其复帧周期为26个TDMA帧 图中的F为频率校正信道FCCH S为同步信道SCH B为广播控制信道BCCH I为空闲帧 不包括任何信息 T为业务信道TCH D为独立专用控制信道SDCCH A为慢速随路控制信道SACCH R为随机接入信道RACH SDCCH 4的映射关系如图所示 假设一个BTS有n个双工载波 每个载波可有8个时隙TS 载波定义为C0C1C2 Cn 对于下行链路 C0上的TS0只用于映射控制信道 其余所有时隙用映射TCH 其映射关系如图所示 可见在TS0的下行链路上映射了FCCH SCH CCCH BCCH SDCCH SACCH和空闲帧I等控制信道 对于上行链路 载波C0上的TS0跟下行链路一样也只用于映射控制信道 其映射关系如图所示 可见在TS0的上行链路上映射了RACH SDCCH SACCH和空闲帧I等控制信道 TCH的映射方案与SDCCH 8的映射方案相同 AGBLK 取值0 7 用于在1帧FSBBBBCCCCFSCCCC 中留0 7组CCCC用于AGCH信道用 MFRMS MS收叫PCH的时间间隔 取值2 9 在51复帧中 FSBBBBCCCCFSCCCCCCCC 共有9组CCCC 这9个组都可用于对移动台的寻呼 一个移动台只占用其中一组 移动台依据IMSI知道属于那一组 此时便称为寻呼子组 上述参数用于定义系统发送 或移动台收听 寻呼信息到同一个寻呼子组的周期是2个51复帧 18个寻呼子组 至9个51复帧 81个寻呼子组 定义为2时 有18个移动台同时收听 定义为9时有81个移动台同时收听寻呼 可见这个数据与小区载波数有关 处于空闲模式时的移动台不必一直收听 在寻呼子组的空隙处可处于SLEEPING模式 这样有利于降低损耗 MAXRET 接入系统的最多次数 取值是1247四种 ATT 决定小区中的移动台是否使用IMSI识码的分离 附着 关机送分离信息至VLR 开机送附着至HLR 取NO YES两种 TX 决定接入时间间隔 取值312141620253250 个TDMA帧的时间 如取12时 则移动台将等待250毫秒再加上1 11个TDMA帧的时间 12之下的一个随机数 之后再下次接入 突发脉冲序列 1 普通突发脉冲序列 除RACH SCH FCCH外的信号 2 空闲突发脉冲序列 3 频率校正突发脉冲序列 4 同步突发脉冲列 5 接入突发脉冲序列 第三章TrafficCase 一 移动台的呼叫建立过程 明确移动台的呼叫建立过程对设备维护及网络的优化工作具有较为重要的意义 同时有助于对系统形成一个整体的认识 下面较详细讲述呼叫的建立过程 移动台的呼入接续过程 1 寻呼MSC VLR在数据库中查出用户的资料并向相关的BSC发寻呼信息 该信息包含用户所在区域的LAI和用户的IMSI或者TMSI 2 寻呼命令BSC向LA区内的所有BTS发出寻呼命令 该信息包含IMSI或TMSI 收发信单元识别码 信道类型和时隙号 3 寻呼请求BTS在PCH上向移动台发送寻呼信息 信息包含用户的IMSI或TMSI 4 信道请求被寻呼的移动台在RACH上发送一个短的接入脉冲串至BTS BTS接收该寻呼响应信号后记录该突发脉冲串的迟滞值 5 信道请求BTS向BSC发信道请求信息 该信息还包含移动台接入系统的迟滞值 6 信道激活 BSC选择一条空闲的SDCCH并指示BTS激活该信道 7 信道激活证实 TS激活SDCCH后向BSC发信道激活证实信息 8 立即分配BSC透过BTS经由AGCH向移动台发出允许接入系统信息 该信息包含频率 时隙号 SDCCH信道号和移动台将要使用的时间提前值TA等 9 寻呼响应移动台通过SDCCH向BSC发寻呼响应信息 该信息包含移动台的IMSI或TMSI和移动台的等级标记 BSC加入CGI后把信息送往MSC VLR 10 鉴权请求MSC VLR透过BSC BTS向移动台发鉴权请求 其中包含随机数RAND 用移动台的鉴权运算 11 鉴权响应移动台经鉴权计算后向MSC VLR发回鉴权响应信息 MSC VLR检查用户全法性 如用户全法 则开始启动加密程序 12 加密模式命令MSC VLR通过BSC BTS向移动用户发加密模式命令 该命令在SDCCH上传送 13 加密模式完成移动台进行加密运算后向BTS发出已加密的特定信号 BTS解密成功后透过BSC向MSC VLR发加密模式完成信息 14 设置呼叫类型MSC向移动台发送呼叫类型设置信息 该信息包含该次呼叫的类型 如传真 通话或数据通信等类型 15 呼叫类型证实移动台设置好呼叫类型后向MSC发出呼叫类型证实信息 16 分配请求MSC要求BSC选择一条通往移动台的话音信道 同时MSC在一条通往BSC的PCM上选择一个空闲时隙 并把时隙的电路识别码CIC送往BSC 17 信道激活如果BSC发现某小区上有一条空闲的TCH 它将向BTS发送信道激活命令 18 信道激活证实BTS激活TCH后向BSC发回信道激活证实信息 19 分配命令BSC通过SDCCH向移动台发信道切换指令 命令移动台切换至所指定的TCH 20 分配完成移动台切换至所指定的TCH后向BSC发送信道分配完成信息 BSC接收后再送往MSC VLR 21 无线频率信道释放 释放证实BSC释放SDCCH信道并把它标记为空闲状态 22 振铃回应当移动台开始振铃时移动台要向MSC发送一个通知信息 23 连接当移动台摘机应答时 移动台向MSC发送一个连接信息 MSC把移动台的电路接通 开始通话 二 位置更新1 普通的位置更新2 IMSI的分离3 IMSI的附着4 周期性位置登记 正常的位置更新 正常的位置更新 1 移动台在空闲模式下 听取BCCH上的系统信息 当发现所在小区的LAI和SIM卡中存储的LAI值不相等时 便启动位置更新进程 2a MS发送信道请求信息 附含接入原因 2b BTS把请求信息发给BSC BSC分配SDCCH 由BTS激活 2c MS调谐到指配的SDCCH上 3 MS发送位置更新请求消息 包含IMSI 旧的LAI和位置更新类型 4 鉴权 这里图上是MS已经登记在MSC VLR上 VLR存储有鉴权参数 如果MS没有登记在此MSC VLR 则需由相应HLR提供鉴权参数 5 若鉴权成功 则VLR中的LAI位置信息更新 若不同MSC情况 则HLR更新VLR地址 同时通知旧的VLR删除用户数据 6 MS收到位置更新请求接受信息 7 释放SDCCH 手机回复到空闲模式 正常的位置更新 移动台在空闲模式下 听取BCCH上的系统信息 当发现所在小区的LAI和SIM卡中存储的LAI值不相等时 便启动位置更新进程 1 MS向新的MSC发送位置更新请求 用IMSI标识 2 新的MSC VLR 把IMSI转化为MGT 并据此寻址找到MS所在的HLR 3 新的MSC VLR请求HLR发送该用户数据 4 HLR存储下来新的MSC VLR地址 5 HLR把用户数据发送给新的MSC VLR 6 HLR通知旧的MSC VLR删除该用户数据 7 新的MSC VLR从HLR收到信息后 就发送位置更新证实消息给MS 若MS已在MSC VLR中登记 是在同一个MSC VLR的不同LAI进行的位置更新 则位置更新只由该MSC VLR完成 不用HLR参与 VLR中把该用户的LAI地址信息更改即可 IMSIDetach 在BCCH信道上 移动台被告知IMSIattach detach的功能是否开启 ATT 若开启 则MS在关机前必须告知网络 1 当关机时 MS请求一个信令信道SDCCH 2 MS在信令信道上把 IMSIdetach 消息发给MSC VLR 3 在VLR中 把该MS标注为关机状态 DET 避免来话呼叫 IMSIAttach 移动台开机 而LAI未改变 1 MS申请一个信令信道SDCCH 2 MSC VLR收到从移动台发过来的 IMSIattach 消息 3 MSC VLR在VLR中标注移动台的状态为IDLE 4 VLR返回 IMSIattachacknowledge 给移动台 周期性位置登记 周期性位置登记用来避免MSC没有收到IMSIDetach消息时的不必要寻呼 1 系统告诉移动台周期性位置登记的间隔时间 T3212 若T3212 0 则不用进行周期性位置登记 2 移动台和MSC各有计数器来实施此功能 3 若MS中的计数器时间到 则向系统进行位置登记 然后MS和MSC中的计数器复位 如果移动台在预置的时间内 MSC BTDM GTDM 没有登记 则MSC把移动台标注为关机状态 IDET 三 紧急呼叫 紧急呼叫时 未登记的用户将被允许 视交换参数设置而定 对于登记的用户 若鉴权失败也可忽略 另外不采用加密方式 紧急呼叫的接续 小区参数 MGCEI 中定义RO EA ES 2290 含SIM卡的紧急呼叫 ES 2577 不含SIM卡的紧急呼叫 在GSM中 紧急呼叫号码是112 四 切换 测量报告 手机 本下行TCH信道的信号强度和质量 邻区的信号强度 但只报告6个最强的邻区 基站 上行TCH信道的信号强度 不用于定位 质量 TA Locating运算 手机和基站的测量报告都由BTS报给BSC 进行Locating运算 切换类型 1 Intra BSCHandoverBSC内部切换2 Inter BSCHandoverBSC间外部切换3 Inter MSCHandoverMSC间越局切换对于我们后面看到的内部和外部切换之分 1就属于内部切换 2和3都属于外部切换 Intra BSCHandover Intra BSCHandover 1 移动台在通话期间 把测量的TCH的信号强度本 质量 6个最强邻区的信号强度以480ms的频度报告发送给BTS 2 BTS加上自己的上行测量报告 一同报给BSC BSC进行定位运算 决定是否切换 3 若需要切换 BSC检查目标BTS有否可用信道 通知它激活信道 4 BSC让旧的BTS给移动台发送切换的消息 要切换到的频率和时系 5 移动台调谐到新的频点上 并在大致的时系上发送 hand overaccessbursts 6 若移动台切换成功 则发送 hand overcomplete BTS BSC 新的话音通路建立了 7 BSC通知旧的BTS拆除旧的TCH信道 在此BSC的内部切换 没有MSC的参与 但切换完成后BSC会告知MSC有个切换完成了 Inter BSCHandover Inter BSCHandover 1 若切换的目标小区属于另一个BSC 则源BSC 当前 会发送hand overrequired的消息给MSC 消息中包含目标小区的CGI 2 MSC中有小区的列表 MGCEP 它知道该小区属于哪个BSC 便发送hand overrequest给该目标BSC 3 若有空闲信道 则目标BSC让该小区激活信道 4 信道激活后 目标BSC把该信道的频率和时系告诉MSC 5 MSC把此信道信息回给源BSC 6 源BSC让移动台切换到新的TCH信道上 7 移动台在新的信道上发送切换脉冲 handoverburst 8 一旦BTS检测到切换脉冲 则把TA和输出功率等要求发给移动台 9 目标BSC证实该目标小区收到了handoverburst 10 BSC回送此信息给MSC MSC改变话音通路 11 MSC告诉旧的源BSC 旧的TCH信道不用了 12 拆除旧的TCH信道 若目标小区有不同的LAI 则需通话结束后完成位置更新 Inter MSCHandover 三种类型 A BasicHandoverB SubsequentHandoverbackC SubsequentHandovertoathirdMSC 注 切换到第三方MSC时话路要交回起呼的MSC进行话务接续 Inter MSCHandover Inter MSCHandover 1 源BSC发送hand over required消息给MSC 2 源MSC向目标MSC请求分配越局切换所需的切换号码 同MSRN 3 目标MSC向切换的目标BSC发送切换请求 hand overrequest 4 若有空闲信道的话 目标BSC让该BTS激活TCH信道 5 目标BSC向自己的MSC发回新信道的信息 6 目标MSC把此信道信息和分配的切换号码发回源MSC 7 源MSC根据切换号码把话路指向目标MSC 8 向移动台发送切换命令 新信道的频率和时系号 9 移动台在新的信道上发送HandoverBurst 10 目标MSC向源MSC传回切换成功的信息 11 源MSC把话路切换到新的通路上 同时旧的信道拆除 起呼的源MSC负责控制整个呼叫 直到通话结束 此外 切换类型还有 INTRA CELLHand overMULTIBANDHand over 五 短信息 短信息是点到点的 区别于点到多点的小区广播 短信息至多传送160个数值字符的文本信息 Mobileterminated 短信中心 SC 发给手机 Mobile originated 手机发给短信中心 Mobile terminatedSMS MSC作为SMS GMSC Mobile originatedSMS MSC作为SMS IWMSC SMS GMSC和SMS IWMSC的功能都是在MSC实现 收短信息 1 发给移动台的短信息由SC传给SMS GMSC ForwardmobileterminatedShortMessage 2 SMS GMSC根据SC发的信息中该用户的MSISDN寻址并问询HLR 3 HLR检查此用户数据 若有以下几种错误情况 则向SMS GMSC发回错误代码 收短信息 未知用户 HLR无用户信息用户业务受限呼叫禁止 barringofincomingcalls用户漫游登记的MSC地址未知 若没有以上错误发生 则发回信息 该用户漫游所在的MSC ID该用户的IMSI号码4 SMS GMSC根据HLR返回的MSC地址找到用户所在的MSC 收短信息 假如移动台不是关机状态 Detach 则寻呼此用户 通过IMSI或TMSI寻呼 待移动台寻呼响应后 进行鉴权 加密 IMEI检查等 若移动台空闲 则在SDCCH上传送短消息 若通话状态 则在SACCH信道上传送 5 MSC向SMS GMSC回送成功的消息 若失败 则回送错误消息 6 SMS GMSC把结果报告给SC 第四章 GSM的信号处理原理 GSM中的信号处理 时间色散时间提前话音编码压缩话音数据的比特速率误码处理采用信道编码 交织 跳频等技术 时间色散 在接收端 由于射频信号的反射作用 接收机接收到的信号是多种多样的 其中有的反射信号来自远离接收天线的物体 比直射的信号经过的路程长很多 因而形成相邻符号间的相互干扰 这种现象称为时间色散 如图所示 基站发射101010的数字序列 一路是直射至移动台 一路经物体反射至移动台 可见反射信号比直射信号经过路程长 在GSM系统中 比特速率为270Kbit s 则每一比特时间为3 7us 也即是一比特对应1 1Km 假若反射信号经过的路程比直射信号经过的路程长1 1公里 则移动台就会在接收到的有用信号中混有比它迟到一个比特时间的一个信号 即移动台同时会收到一个为 1 的信号和一个为 0 信号 这种现象会使移动台接收时的误码率升高 时间提前 由于采用了TDMA技术 因此要求移动台必须在指配给它的时隙内发送 而在其余时间则必须保持沉默 否则它将对使用同一载频上不同时隙的另一些移动台的呼叫造成干扰 如图所示 某一移动台非常靠近基站 指配给它的是时隙2 TS2 它只能利用该时隙进行呼叫 在该移动台呼叫期间 它向远离基站的方向移动 因此 从基站发出的信息 将会越来越迟地到达移动台 与此同时 移动台的应答信息也将越来越迟地到达基站 如果不采取任何措施 则该时延将会长到使该移动台在TS2发送的信息与基站在TS3接收到的信息相重迭起来 引起相邻时隙的相互干扰 所以 在呼叫期间 要监视呼叫到达基站的时间 并向移动台发出指令 使移动台能够随着它离开基站距离的增加 逐渐提前发送信号 这个移动台提前发送信号的时间称为定时提前时间 TA 信道编码和调制解调 话 音 编 码 信 道 编 码 突 发 脉 冲 串 形 成 调 制 器 发 射 机 A D 分 段 交 织 加 密 均 衡 解 码 均 衡 器 接 收 解 调 D A 话 音 解 码 去 交 织 解 密 1 3 K B S 22 8KB S 3 3 8 K B S GSM中话音处理的一般过程 偷帧标志和FACCH信息输入 偷帧标志和FACCH信息输出 话音编码 GSM中话音编码采用混合编码器 其编码过程分为 第一阶段 话音分段 64KBIT S的话音分成20MS一段进行编码 第二阶段 编码 每20MS话音编成260BIT的数码 即比特速率为 260 20 13KBIT S 在GSM系统中 由于无线信道的带宽只有200KHZ 且无线信道为变参信道 传输数字信号的误码率高 因此 话音信号在无线信道上传送之前应进行处理 使话音数字信号能够适合无线信道的高误码 窄带宽的要求 本节主要讲述CME20系统对话音的处理过程 包括PCM编码技术 话音编码技术 信道编码技术 交织技术 突发脉冲形成技术 均衡技术 分集接收技术和移动台的构成框图 PCM编码方式是一种波形编码器 这类编码方式传送的是实际波形的直接信息 其编码过程是先对模拟信号进行取样 再对取样值进行量化 然后进行编码形成数字信号 即是我们较为熟识的取样 量化 编码的过程 在现在的公用电话中通常采用这种编码方式 它质量相应较高 但需要很高的比特速率 公用电话中每个话路的比特速率为64Kbit s 这样高的比特速率不适应在GSM系统中的无线信道中传输 在公用电话网中用户电路的模拟信号经PCM抽样 量化 编码后形成每个话路的数字信号速率为64Kbit s 在GSM系统中 无线信道也采用数字信号 但每载频的带宽只有200KHZ 如果采用传统的P