8、GSM原理.ppt

移动通信原理 GSM原理 2 课程内容 GSM移动通信概述GSM系统结构与接口GSM系统Um接口GSM移动区域与编号计划GSM移动通信网组网GSM通信流程 3 学习目标 了解GSM系统结构 接口 业务掌握Um接口的物理信道结构 Um接口的逻辑信道功能与组合 理解GSM话音的处理过程掌握GSM移动区域的划分掌握GSM编号计划了解GSM组网方式了解GSM通信流程 学习完本课程 您应该能够 4 课程重点 移动通信的发展历程GSM系统结构 接口及业务Um接口GSM移动区域的划分GSM编号计划GSM组网方式GSM通信流程 安全性管理和移动性管理 5 GSM概述与发展简史 第三代移动通信系统介绍 移动通信发展展望 GSM的发展历程及现状 移动通信的定义 6 GSM概述与发展简史 移动通信是指通信双方或至少一方是处于移动中进行信息交流的通信 移动体之间的通信只能依靠无线电传输 那什么是无线通信呢 无线通信指利用电磁波的辐射和传播 经过空间传送信息的通信方式 电磁波是它的载体 7 GSM概述与发展简史 电磁波频段与波段 C L F 8 GSM概述与发展简史 移动通信并不是一项很新的技术 但却是一项正在急剧发展的技术 20年代开始在军事及某些特殊领域使用 美国警察的车载无线电系统 40年代才逐步向民用扩展 美国所建第一个公用汽车电话网 移动通信经历了由模拟通信向数字化通信的发展过程 目前 比较成熟的数字移动通信制式主要有泛欧的GSM 美国的ADC和日本的JDC 现改称PDC 9 GSM概述与发展简史 1982年 欧洲邮电行政大会CEPT设立了 移动通信特别小组 即GSM 以开发第二代移动通信系统为目标 1986年 在巴黎 对欧洲各国经大量研究和实验后所提出的八个建议系统进行现场试验 1987年 GSM成员国经现场测试和论证比较 就数字系统采用窄带时分多址TDMA 规则脉冲激励长期预测 RPE LTP 话音编码和高斯滤波最小频移键控 GMSK 调制方式达成一致意见 其中 GSM的发展历程如下 10 GSM概述与发展简史 已有109个国家239个运营者运营着超过4400万用户的GSM网络 1988年 十八个欧洲国家达成GSM谅解备忘录 MOU 1989年 GSM标准生效 GSM系统正式在欧洲问世 网路开通运行 移动通信跨入第二代 1991年 1992年 系统命名为 GlobalSystemforMobile 全球通 组织机构 SpecialMobileGroup 1993年 PhaseII规范 1994年 全世界范围运行 1995年 DCS1800商业运行 1996年 引入微蜂窝的技术 GSM900 1800双网运行 1997年 11 GSM概述与发展简史 1993年我国首先在浙江嘉兴建立了GSM实验网目前有中国移动与中国联通两家运营商中国电信也在积极酝酿进入移动领域截止99年底中国移动用户数已达5000万 中国联通超过400万 年增长率99 以上神州行与如意通移动用户快速增长截止99年8月中国移动已覆盖全国31个省区的308个地市和1856个县市 全国交通干线实现无缝覆盖 地市覆盖率为91 县市覆盖率为86 专家预测 到2000年底 全国移动用户超过7500万 到2005年达2亿 在我国 12 GSM概述与发展简史 我国移动用户增长 13 GSM概述与发展简史 全球移动用户增长 1999年全球无线通信市场比1998年增长了21 6 达到281亿美元 14 GSM概述与发展简史 1G 2G 3G 2 5G 80s初 80s末 96年 2002年 无线通信系统 时间 GSMPDCD AMPSIS 95A W CDMACDMA2000TD SCDMA AMPSTACSNMTNTT GPRSIS 95B 无线通信在今天的发展 15 GSM概述与发展简史 GPRS GeneralPacketRadioService 是GSM网络过渡3G 第三代移动通讯 的第一步 能够将数据传送由今天9 6Kbps的速率逐步提升到每秒115Kbps的速度 它还不是真正的第三代移动通信系统 GSM系列 16 GSM概述与发展简史 GPRS的特点 GPRS向用户提供从9 6kbps到多于115kbps的接入速率 GPRS支持多用户共享一个物理信道的机制 每个物理信道允许最多8个用户共享 提高了无线信道的利用率在技术上提供了按数据量计费的可能GPRS支持一个用户占用多个信道 提供较高的接入速率GPRS是移动网和IP网的结合 可提供固定IP网支持的所有业务 17 GSM概述与发展简史 计费合理 GPRS可以采用以所传输的数据量为依据的计费方法覆盖广泛 依靠GSM广泛的覆盖 GPRS向用户提供无处不在的业务业务丰富 GPRS可向用户提供固定IP网可以提供的所有业务性能优越 GPRS支持更高的接入速率 更短的建立时间 可提供更多更优质的增值业务可提高无线资源的利用率运营商将从IP业务的迅猛发展中得到更多的商机 GPRS对于运营商 GPRS对于用户 18 GSM概述与发展简史 增强型数据速率GSM演进技术EDGE是一种从GSM到3G的过渡技术 令网络容量及数据传送比GPRS更快 足有283Kbps 网络商只需在软硬件上作出少许相应改动 便可继续沿用现有GSM系统 去支持移动多媒体服务 完全符合低成本高效益的理念 能够与日后WCDMA制式共存 由GSM网络核心繁衍而来的WCDMA 数据传送可达到每秒2Mbit 室内 及384Kbps 移动空间 的速率 采用5MHz 区别于窄带200KHz 的宽频网络 WCDMA WidebandCodeDivisionMultipleAccess EDGE EnhancedDataRatesforGSMEvolution 19 GSM概述与发展简史 完善规范并制定网络部分标准 ITU T和ITU R正式携手研究FPLMTS ITU将FPLMTS改为IMT 2000 国际移动电信系统2000 2000年 2000MHz ITU征集IMT 2000的无线接口技术方案 方案评审 制定规范 包括无线接口标准 1994年 1996年 1998年6月 1999年 2000年 20 GSM主要参数 21 功率控制 当手机在小区内移动时 它的发射功率需要进行变化 当它离基站较近时 需要降低发射功率 减少对其它用户的干扰 当它离基站较远时 就应该增加功率 克服增加了的路径衰耗 所有的GSM手机都可以以2dB为一等级来调整它们的发送功率 GSM900移动台的最大输出功率是8W 规范中最大允许功率是20W 但现在还没有20W的移动台存在 DCS1800移动台的最大输出功率是1W 相应地 它的小区也要小一些 22 GSM主要参数 移动通信1 8GHz频段的分配情况 在1800MHz频段 移动通信只用了低部45MHz 45MHz中已占用10MHz 尚余35MHz带宽 另有30MHz带宽可供发展 23 GSM系统结构与接口 GSM系统结构与功能GSM系统的业务GSM接口GSM各接口协议GSM无线接口 24 1 GSM系统结构与功能 OSS 操作支持子系统BSS 基站子系统NSS 网络子系统NMC 网络管理中心DPPS 数据后处理系统SEMC 安全性管理中心OMC 操作维护中心PCS 用户识别卡个人化中心MSC 移动业务交换中心VLR 来访用户位置寄存器HLR 归属用户位置寄存器AUC 鉴权中心EIR 移动设备识别寄存器BSC 基站控制器BTS 基站收发信台PDN 公用数据网PSTN 公用电话网ISDN 综合业务数字网MS 移动台 图7 1GSM蜂窝系统的网络结构 25 GSM系统结构与功能 一个GSM系统可由三个子系统加MS组成 即操作支持子系统 OSS 基站子系统 BSS 和网路子系统 NSS 三部分 基站子系统BSS是GSM系统中与无线蜂窝方面关系最直接的基本组成部分 通过无线接口直接与移动台相连 负责无线发送 接收和无线资源的管理 它与NSS的MSC相连 实现移动用户间或移动用户与固定网路用户之间的通信连接 传送系统信息和用户信息等 与操作支持子系统OSS之间实现互通 基站子系统主要由基站收发信机 BTS 和基站控制器 BSC 构成 BTS可以直接与BSC相连接 也可以通过基站接口设备 BIE 采用远端控制的连接方式与BSC相连接 26 GSM系统结构与功能 网路子系统NSS是整个系统的核心 它对GSM移动用户之间及移动用户与其它通信网用户之间通信起着交换 连接与管理的功能 主要负责完成呼叫处理 通信管理 移动管理 部分无线资源管理 安全性管理 用户数据和设备管理 计费记录处理 公共信道 信令处理和本地运行维护等 NSS由很多功能实体构成 它们之间的信令传输都符合CCITT信令系统7号协议 下面分别讨论各功能实体的主要功能 27 移动交换中心 MSC 是网络的核心 它提供交换功能并面向下列功能实体 基站子系统 BSS 原籍位置寄存器 HLR 访问位置寄存器 VLR 鉴权中心 AUC 移动设备识别寄存器 EIR 操作维护中心 OMC 和固定网 公用电话网 综合业务数字网等 从而把移动用户与固定网用户 移动用户与移动用户之间互相连接起来 1 移动交换中心 MSC 28 原籍位置寄存器简称HLR 它可以看作是GSM系统的中央数据库 存储该HLR管辖区的所有移动用户的有关数据 其中 静态数据有移动用户号码 访问能力 用户类别和补充业务等 此外 HLR还暂存移动用户漫游时的有关动态信息数据 2 原籍位置寄存器HLR 29 访问位置寄存器简称VLR 它存储进入其控制区域内来访移动用户的有关数据 这些数据是从该移动用户的原籍位置寄存器获取并进行暂存的 一旦移动用户离开该VLR的控制区域 则临时存储的该移动用户的数据就会被删除 因此 VLR可看作是一个动态用户的数据库 4 鉴权中心AUCGSM系统采取了特别的通信安全措施 包括对移动用户鉴权 对无线链路上的话音 数据和信令信息进行保密等 3 访问位置寄存器VLR 30 5 移动设备识别寄存器EIR移动设备识别寄存器 EIR 存储着移动设备的国际移动设备识别码 IMEI 通过核查白色 黑色和灰色三种清单 运营部门就可判断出移动设备是属于准许使用的 还是失窃而不准使用的 还是由于技术故障或误操作而危及网络正常运行的MS设备 以确保网络内所使用的移动设备的惟一性和安全性 6 操作维护中心OMC网络操作维护中心 OMC 负责对全网进行监控与操作 31 GSM系统结构与功能 操作支持子系统OSS完成移动用户管理 移动设备管理 系统的操作与维护 32 GSM系统结构与功能 移动台由SIM卡与物理设备组成 二者是分离的 SIM卡上包含所有与用户有关的无线接口一侧的信息 也含有鉴权和加密实现的信息 固化数据 IMSI Ki 安全算法 A3 A8 临时网络数据 TMSI LAI KC 被禁止的PLMN PLMN选择预编程业务相关数据 PIN 个人识别号 物理设备可以是手持机 车载机或是由移动终端直接与终端设备相连而构成 移动台通过无线接口接入GSM系统 具有无线传输与处理功能 此外 移动台必须提供与使用者之间的接口 比如 为完成通话呼叫所需要的话筒 扬声器 显示屏和各种按键 或者提供与其它一些终端设备 TE 之间的接口 如与个人计算机或传真机之间的接口 移动台的功能 33 GSM系统结构与功能 接口管理BTS BSC之间的信道管理无线参数及无线资源管理无线链路的测量话务量统计切换支持呼叫控制操作与维护 BSS中BSC的功能 34 GSM系统结构与功能 BTS主要分为基带单元 载频单元和控制单元三部分 BTS受控于基站控制器 BSC 服务于某小区的无线收发信设备 实现BTS与移动台 MS 空中接口的功能 BTS的功能 35 GSM系统结构与功能 MSC是整个网络的核心 协调与控制整个GSM网络中BSS OSS的各个功能实体 接口管理支持一系列业务 电信业务 承载业务和补充业务支持位置登记 越区切换和自动漫游等其它网络功能 MSC的功能 36 GSM系统结构与功能 访问用户位置寄存器 VLR 是服务于其控制区域内移动用户的 它存储着进入其控制区域内已登记的移动用户相关信息 为已登记的移动用户提供建立呼叫接续的必要条件 VLR的功能 37 GSM系统结构与功能 归属用户位置寄存器 HLR 是GSM系统的中央数据库 存储该HLR控制的所有存在的移动用户的相关信息 所有移动用户的重要数据都存储在HLR中 包括用户识别号码 访问能力 用户类别和补充业务等数据 HLR也存储部分漫游移动用户所在MSC区域的有关动态数据 HLR的功能 38 GSM系统结构与功能 EIR的功能 移动设备识别寄存器 EIR 存储着移动设备的国际移动设备识别码 IMEI 通过核查三种表格 白名单 灰名单 黑名单 使得网络具有防止无权用户接入 监视故障设备的运行和保障网络运行安全的功能 在三种表格中分别列出了准许使用的 出现故障需监视的 失窃不准使用的移动设备的IMEI识别码 InternationalMobileEquipmentIdentity 国际移动设备身份码 39 GSM系统结构与功能 AUC的功能 AUC属于HLR的一个功能单元部分 专用于GSM系统的安全性管理 鉴权中心 AUC 存储着鉴权信息和加密密钥 防止无权用户接入系统和防止无线接口中数据被窃 40 2 GSM系统的业务 GSM系统提供的业务可分为三大类 承载业务 BEARSERVICES 电信业务 TELESERVICES 附加业务 SUPPLEMENTARYSERVICES 其中承载业务和电信业务也叫作基本电信业务 BASICTELECOMMUNICATIONSERVICES 附加业务可以分为GSM附加业务 GSMBASICTELECOMMUNICATIONSERVICES 和非GSM附加业务 NON GSMBASICTELECOMMUNICATIONSERVICES 41 GSM系统的业务 GSM承载业务bearservices 承载业务是为了提供数据传送的纯传输业务 它提供GSM网络和其他网络之间的低层交换功能 欧洲电信标准协会ETSI为GSM定义的承载业务有 DCDA datacircuitduplexasynchronous数据电路双工异步传送异步传送速率 300 9600bps业务号 BS21 BS22 BS23 BS24 BS25 BS26DCDS datacircuitduplexsynchronous数据电路双工同步传送同步传送速率 1200 9600bps业务号 BS31 BS32 BS33 BS34 42 GSM系统的业务 GSM承载业务bearservices PADCDA packetassembler disassemblerdedicatedPADaccess消息包异步传送速率 300 9600bps业务号 BS41 BS42 BS44 BS45 BS46Alternatespeech dataCDA circuitduplexAsynchronous语音 数据电路双工异步传送业务号 BS61SpeechfollowedbyCDA circuitduplexsynchronous语音切换到数据电路双工同步传送业务号 BS81 43 GSM系统的业务 GSM电信业务teleservices 电信业务使用通信终端之间从高 低层网到通信控制层的功能基本语音 数据电信业务 Telephony电话业务允许PLMN网与PSTN等他网之间的语音信息传送业务号 TS11Emergencycall紧急呼叫业务用于建立移动台与紧急呼叫中心的连接业务号 TS12 44 GSM系统的业务 GSM电信业务teleservices Shortmessageservices短消息业务属于数据业务 允许移动台收发其他移动用户的短消息业务号 移动接受TS21 移动始发TS22 广播短消息TS23Automatictelefax 自动三类传真 传真业务属于数据业务业务号 TS62Alternativespeechandtelefax 交替语音和三类传真 传真 语音交替业务允许语音和传真业务中交替传送业务号 TS61 45 Page45 附加业务是GSM基本电信业务的附加业务 它总是和基本电信业务并存的 GSM系统的业务 附加业务 46 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 GSM系统各部分之间的接口如图7 2所示 3 GSM网络接口 47 图7 2GSM系统的接口 48 49 1 GSM接口 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 sPCM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 50 1 GSM接口 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 sPCM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 51 1 GSM接口 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 52 2 GSM接口 NSS内部接口 C NSS系统内部接口 53 2 GSM接口 NSS内部接口 B接口 B接口定义为访问用户位置寄存器 VLR 与移动业务交换中心 MSC 之间的内部接口 用于移动业务交换中心 MSC 向访问用户位置寄存器 VLR 询问有关移动台 MS 当前位置信息或者通知访问用户位置寄存器 VLR 有关移动台 MS 的位置更新信息 54 2 GSM接口 NSS内部接口 C接口 C接口定义为归属用户位置寄存器 HLR 与移动业务交换中心 MSC 之间的接口 用于传递路由选择和管理信息 在建立一个至移动用户的呼叫时 入口移动业务交换中心 GMSC 应向被叫用户所属的归属用户位置寄存器 HLR 询问被叫移动台的漫游号码 C接口的物理链接方式是标准的2 048MB S的PCM数字传输链路 55 2 GSM接口NSS内部接口 D接口 D接口定义为归属用户位置寄存器 HLR 与访问用户位置寄存器 VLR 之间的接口 用于交换有关移动台位置和用户管理的信息 为移动用户提供的主要服务是保证移动台在整个服务区内能建立和接收呼叫 实用化的GSM系统结构一般把VLR综合于移动业务交换中心 MSC 中 而把归属用户位置寄存器 HLR 与鉴权中心 AUC 综合在同一个物理实体内 D接口的物理链接是通过移动业务交换中心 MSC 与归属用户位置寄存器 HLR 之间的标准2 048Mb s的PCM数字传输链路实现的 56 2 GSM接口 NSS内部接口 E接口 E接口定义为控制相邻区域的不同移动业务交换中心 MSC 之间的接口 此接口用于切换过程中交换有关切换信息以启动和完成切换 E接口的物理链接方式是通过移动业务交换中心 MSC 之间的标准2 048Mbit sPCM数字传输链路实现的 57 2 GSM接口 NSS内部接口 F接口 F接口定义为移动业务交换中心 MSC 与移动设备识别寄存器 EIR 之间的接口 用于交换相关的国际移动设备识别码管理信息 F接口的物理链接方式是通过移动业务交换中心 MSC 与移动设备识别寄存器 EIR 之间的标准2 048Mbit s的PCM数字传输链路实现的 58 2 GSM接口 NSS内部接口 G接口 G接口定义为访问用户位置寄存器 VLR 之间的接口 此接口用于向分配临时移动用户识别码 TMSI 的访问用户位置寄存器 VLR 询问此移动用户的国际移动用户识别码 IMSI 的信息 G接口的物理链接方式是标准2 048Mbit s的PCM数字传输链路 59 3 GSM接口 GSM系统与公众电信网的接口 公众电信网主要是指公众电话网 PSTN 综合业务数字网 ISDN 分组交换公众数据网 PSPDN 和电路交换公众数据网 CSPDN GSM系统通过MSC与这些公众电信网互连 GSM系统与PSTN和ISDN网的互连方式采用7号信令系统接口 其物理链接方式是通过MSC与PSTN或ISDN交换机之间标准2 048Mbit s的PCM数字传输实现的 60 4 GSM各接口协议 自学 GSM系统各功能实体之间的接口定义明确 同样GSM规范对各接口所使用的分层协议也作了详细的定义 协议是各功能实体之间共同的 语言 使各个接口互相传递有关的消息 为完成GSM系统的全部通信和管理功能建立起有效的信息传送通道 不同的接口可能采用不同形式的物理链路 完成各自特定的功能 传递各自特定的消息 这些都由相应的信令协议来实现 GSM系统各接口采用的分层协议结构是符合开放系统互连参考模型的 分层的目的是允许隔离各组信令协议功能 按连续的独立层描述协议 每层协议在明确的服务接入点对上层协议提供它自己特定的通信服务 下图给出了GSM系统主要接口所采用的协议分层示意图 61 4 GSM各接口协议 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Um MS与BTS间接口MSC 移动业务交换中心RR 无线资源管理Abis BTS与BSC间接口BSC 基站控制器MS 移动台SCCP 信令连结控制部分BTS 基站收发信台L1 L3 信号层1 3A BSC与MSC间接口BSSMAP 基站子系统LAPDm ISDN的Dm数据链路协议移动应用部分 62 信号层1 物理层 这是无线接口的最低层 提供传送比特流所需的物理链路 如无线链路 为高层提供各种不同功能的逻辑信道 信号层2 L2 主要目的是在移动台和基站之间建立可靠的专用数据链路 L2协议基于ISDN的D信道链路接入协议 LAP D 但作了改动 因而在Um接口的L2协议称之为LAP Dm 信号层3 L3 这是实际负责控制和管理的协议层 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 其中一个CM子层中含有多个呼叫控制 CC 单元 提供并行呼叫处理 为支持补充业务和短消息业务 CM子层中还包括补充业务管理 SS 单元和短消息业务管理 SMS 单元 GSM各接口协议 协议分层结构 63 GSM各接口协议 信号层3的互通 RR在基站子系统中终止 RR消息在BSS中进行处理和转译 映射成BSS移动应用部分 BSSMAP 的消息在A接口中传递移动性管理 MM 和接续管理 CM 都至MSC终止 MM和CM消息在A接口中是采用直接转移应用部分 DTAP 传递 基站子系统 BSS 则透明传递MM和CM消息 BSSAP BSS应用部分SCCP 信令连接控制部分DTAP 直接转移应用部分MTP 消息传递部分BSSMAP BSS移动应用部分 A接口信令协议的参考模型 64 GSM各接口协议 NSS内部及GSM与PSTN之间的协议 与非呼叫相关的信令采用移动应用部分 MAP 用于NSS内部接口 B C D E F G 之间的通信 与呼叫相关的信令则采用电话用户部分 TUP 和ISDN用户部分 ISUP 分别用于MSC之间和MSC与PSIN ISDN之间的通信 65 5 GSM无线接口 Um接口频率规划GSM无线信道特点GSM系统频点分配Um接口物理信道物理信道帧结构突发脉冲种类与功能突发脉冲应用实例Um接口逻辑信道为什么引入逻辑信道 逻辑信道的分类逻辑信道的功能逻辑信道的组合逻辑信道应用实例 66 GSM无线接口 Um接口话音处理话音在无线信道上的传送话音编码信道编码交织加密调制跳频时延调整 Um接口控制技术自动功率控制 APC 非连续发射 DTX 非连续接收 DRX 跳频技术时延调整 67 GSM无线接口 小区采用全方向性天线建议采用N 7的复用方式 频率组选用原则相邻小区尽量不采用相邻频率 用户数量大 话务量大的小区可采用多组频率 68 GSM无线接口 几个基本概念 突发脉冲序列 占有一个限定的持续时间和占有限定的无线频谱 它们在时间和频率窗上输出 而这个窗被人们称为时隙 时隙 TimeSlot 是隙缝的时间间隔 它的持续时间被用于作为时间单元BP 意为突发脉冲序列周期 BurstPeriod 使用一个给定的信道就意味着在特定的时刻和特定的频率中传送突发脉冲序列 此突发脉冲系列大约由100多个调制比特组成 200KHz带宽称为频隙 FrequencySlot 相当于GSM规范书中的无线频道 RadioFrequencyChannel 也称射频信道TDMA帧 Frame 通常被表示为接连发生的i个时隙 GSM系统目前采用全速率业务信道 i取为8 69 GSM无线接口 物理信道上的突发脉冲 BP 0 577ms 一个slot的时间长度 Slot 是一个15 26ms长和200kHz宽的矩形 70 GSM无线接口 Um接口频率规划 您知道吗 GSM无线信道有什么特点 GSM系统频点如何分配 71 GSM无线接口 Um接口频率规划 GSM900无线频道特点 上行 MS BTS 890 915MHZ下行 BTS MS 935 960MHZ双工间隔 45MHz载频间隔 200KHz移动16MHz 联通9MHz由于GSM900频段不够用 又对GSM900进行了频段上的扩展 称为EGSM上行 880 890MHz下行 925 935MHz 72 73 DCS1800 上行 MS BTS 1710 1785MHZ下行 BTS MS 1805 1880MHZ双工间隔 95MHz载频间隔 200KHz GSM无线接口 Um接口频率规划 GSM850 GSM900 DCS1800 PCS1900是移动通信系统在发展过程中出现的四种不同的四种不同的频段代号 属于2 2 5代通信系统 在不同的地区有不同程度的运用 GSM850主要在日本等运用 中国主要用GSM900 DCS1800 PCS1900在美国GSM850 GSM900可以覆盖45KM DCS1800 PCS1900只有3 4 5KM 但高频段所传输的业务量比低频段多很多 可以减缓通信信道的拥塞 这两种系统可以自动切换 中国移动 中国联通的移动GSM业务都是在使用GSM900 GSM1800 74 GSM频道编号方法GSM900频道编号 上行频率Fl n 890 0 2n MHz下行频率Fu n 935 0 2n MHz其中 n为绝对射频号 从1到124移动 1 95联通 96 124DCS1800频道编号 上行频率Fl n 1710 0 2 n 511 MHz下行频率Fu n 1805 0 2 n 511 MHz其中 n为绝对射频号 从512 885 实际上 我国从512 512 224 GSM无线接口 Um接口频率规划 75 GSM无线接口 Um接口物理信道 您知道吗 每个载频上的时隙是如何成帧的 Um接口上有哪几种突发脉冲序列 76 物理信道帧结构 什么是突发脉冲 GSM的每个载频是时分复用分给八个全速率用户使用 每个用户在一个限定的 不连续的时间段内 轮流获得时隙 占用载频发送信号 突发脉冲一个突发脉冲占用的时间缝隙 时隙 77 每个载频上的帧结构如何组成 帧结构中涉及以下概念 时隙TDMA帧复帧超帧超高帧 业务信道与信令信道的帧结构组成不同 请看下页图示 78 79 业务信道帧结构8时隙 TDMA帧26TDMA帧 1复帧51复帧 1超帧2048超帧 1超高帧 控制信道帧结构8时隙 TDMA帧51TDMA帧 1复帧26复帧 1超帧2048超帧 1超高帧 80 突发脉冲种类与功能 每一种突发脉冲完成什么功能 Um接口上有哪几种突发脉冲 Internet 81 Um接口突发脉冲种类 普通突发脉冲序列 NB NB用于构成TCH 以及除FCCH SYCH RACH和突发空闲脉冲以外的所有控制信息信道 携带它们的业务信息和控制信息频率校正突发脉冲序列 FB 用于构成频率校正信道 携带频率校正信息同步突发脉冲序列 SB 用于构成同步信道 携带系统的同步信息接入突发脉冲序列 AB 构成移动台的随机接入信道 携带随机接入信息空闲突发脉冲 DB 与NB的结构相同 作用是当无用户信息输出时 用此脉冲代替普通突发脉冲在TDMA时隙中传送 突发脉冲是以不同的信息格式携带不同逻辑信道 在一个时隙内传输的 是由100多个调制比特组成的脉冲系列 因此可以将突发脉冲看成是逻辑信道在物理信道传输的载体 82 图GSM系统中数据突发格式 83 Um接口突发脉冲功能 普通突发 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空闲突发 当无用户信息传输时 用空闲时隙代替普通突发脉冲在TDMA时隙中传送 84 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 空闲突发在双向信道上完成鉴权 加密后 进入空闲状态 85 GSM无线接口 Um接口逻辑信道 您知道吗 为什么引入逻辑信道 逻辑信道的种类 每一种逻辑信道的功能 逻辑信道如何组合 86 为什么引入逻辑信道 Um接口物理信道上传送的信息种类繁多 每一类信息均有一定的要求和规律 由一定的物理信道支撑 为了表述每一类信息的方便 定义了多种逻辑信道 如果把TDMA帧的每个时隙看作是物理信道 那么在物理信道上传输的内容就是逻辑信道 87 逻辑信道的分类 逻辑信道分为两类 专用信道 主要是指用于传送用户语音或数据的业务信道 以及一些用于控制的专用控制信道公共信道 基站向移动台广播消息的广播信道和用于传送MSC与MS之间建立连接所需的双向信号的公共控制信道或者是分为业务信道 TCH 和控制信道 CCH 88 逻辑信道类型 89 话音业务信道全速率话音业务信道 TCH F 半速率话音业务信道 TCH H 增强型全速率话音业务信道 EnhancedTCH F 业务信道 90 数据业务信道9 6kbit s 全速率数据业务信道 TCH F9 6 4 8kbit s 全速率数据业务信道 TCH F4 8 4 8kbit s 半速率数据业务信道 TCH H4 8 2 4kbit s 全速率数据业务信道 TCH F2 4 2 4kbit s 半速率数据业务信道 TCH H2 4 业务信道 91 作用 控制信道 CCH 用于传送信令或同步数据 分类 三大类 广播信道 BCH 公共控制信道 CCCH 专用控制信道 DCCH 控制信道 92 特点 下行信道 传频率校正 同步及系统消息分类 三种 频率校正信道 FCCH 同步信道 SYCH 广播控制信道 BCCH 1 广播信道 BCH 93 频率校正信道 FCCH 传送 移动台的频率校正信息同步信道 SYCH 传送同步信息 BTS识别码BSIC帧同步 TDMA帧号广播控制信道 BCCH 传送 手机由此获得各种系统参数 1 广播信道 BCH 功能 94 特点 系统内移动台共用分类 寻呼信道 PCH 随机接入信道 RACH 接入允许信道 AGCH 2 公共控制信道 CCCH 95 寻呼信道 PCH 下行 用于 寻呼移动台随机接入信道 RACH 上行 用于 移动台提出入网申请 请求分配一条SDCCH 接入允许信道 AGCH 下行 用于 入网应答 分配一条SDCCH 独立专用控制信道 或TCH 业务信道 2 公共控制信道 CCCH 功能 96 特点 由基站分给某一特定的移动台专用 分类 独立专用控制信道 SDCCH 非组合的SDCCH 8 与CCCH组合的SDCCH 4 3 专用控制信道 DCCH 慢速随路控制信道 SACCH TCH F随路控制信道 SACCH TF TCH H随路控制信道 SACCH TH SDCCH 4随路控制信道 SACCH C4 SDCCH 8随路控制信道 SACCH C8 快速随路控制信道 FACCH TCH F随路控制信道 FACCH F TCH H随路控制信道 FACCH H 97 独立专用控制信道 SDCCH 双向 用于 传送鉴权 业务信道指配信息 慢速随路控制信道 SACCH 双向 与一条业务信道或一条SDCCH联用 在传送用户信息期间代传某些特定信息 例如无线传输的测量报告 功率控制 快速随路控制信道 FACCH 与一条业务信道联用 携带与SDCCH同样的信号 只在未分配SDCCH时才分配FACCH 通过从业务信道借取的帧来实现信令传输 传送诸如 越区切换 等指令信息 3 专用控制信道 DCCH 功能 98 还有其他的逻辑信道吗 小区广播控制信道CBCH 用于下行短消息业务的小区广播信息 YES 99 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 即将公共控制信道复用 在一个或两个物理信道上复用公共控制信道逻辑信道的组合多种组合方法 TCH F FACCH F SACCH TFTCH H FACCH H SACCH TH26复帧FCCH SCH BCCH CCCHFCCH SCH BCCH CCCH SDCCH 4 SACCH C4BCCH CCCHSDCCH 8 SACCH C851复帧 100 逻辑信道组合的实例 一 广播和公共控制信道的复帧组合示意图 101 逻辑信道组合的实例 二 业务信道的复帧组合示意图 102 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 SYCH 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 103 帧偏离 定时提前量 半速率信道 GSM前向信道与反向信道相对应的帧相差3个时隙 以容纳时延调准 帧偏离由于GSM采用TDMA 每载频8个时隙 应严格保持时隙间的同步GSM的小区半径可以达到35km 从手机出来的信号需要经过一定时间才能到达基站 单程传输极限时间是100 s 双程传输极限时间为200 s 因此我们必须采取一定的措施 来保证信号在恰当的时候到达基地站 时隙开始时刻 以克服由突发脉冲的传输延时所带来的定时的不确定 时延调整 104 时延调整 定时提前量 如何进行时延调整 采用定时提前量参数调整发信时间1 正常通话中 当MS接近基站时 基站就会通知MS减小定时提前量 2 而当MS远离小区中心时 基站就会要求MS加大定时提前量 GSM中 基站要指示移动台以一定的提前量发送突发脉冲 以补偿所增加的延时 105 GSM无线数字传输 Um接口话音处理 您知道吗 话音是如何在无线信道上传送的 您知道语音编码 信道编码 交织 加密 调制吗 106 话音在无线信道上的传送 发送话音在MS中的处理过程 我们以话音的发送为例 讲述话音的无线传输 话音的接收仅仅是发送的反过程 107 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输码率为 13Kbit s 13kbit s 20ms 260bit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 108 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 50 132 78 260 增加到456bit 378 78 456 相应的话音速率从13K增加到22 8K 260 13k 456 22 8k 109 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 交织编码 110 交织编码 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 111 一次交织 块间交织 流入GSM交织编码器的输入码流是20ms的帧 每帧含456bit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 交织深度M 114 的块 输出按列输出 每次读出114bit 刚好是一个时隙的长度 456bit交织示意图 112 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块进行交织 形成第二次交织后的114bit块 113 Viterbi均衡与天线分集 均衡是用于解决符号间干扰均衡分为时域均衡和频域均衡在数字通信中多采用时域均衡GSM系统中多采用Viterbi均衡算法GSM采用两副天线独立的接收同一信号GSM900两副天线间距离约为6米DCS1800大约为3米 114 跳频即 在不同时隙发射载频 频隙 在不断地改变为何引入跳频 可减少瑞利衰落 快衰落 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 BurstPeriod 传送频率保持不变 即在一个时隙内 采用相同的频隙 跳频技术 115 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 116 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 话音激活与功率控制 117 为何需要DTX DiscontinuousTransmission 1 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 2 可降低手机功耗 延长电池使用时间 3 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 1 在说话时 正常发射信号 2 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 3 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 118 为何需要DRX DiscontinuousReception 1 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 系统按照国际移动用户识别码IMSI InternationalMobileSubscriberIdentificationNumber 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 2 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 119 呼叫接续 电话通信网的最基本任务 呼叫连接移动中为了建立一个呼叫连接需要解决三个问题用户所在的位置用户识别用户所需提供的业务移动网络为完成呼叫连接所进行的一系列操作称为呼叫接续 120 移动性管理 越区切换位置管理 121 越区切换 通话中移动台跨越小区时 通话信道从一个小区切换到另一个小区 122 越区切换原因 系统的强度或质量下降到由系统规定的一定参数以下 此时移动台被切换到信号强度较强的相邻小区由于某小区业务信道容量全部被占用或几乎全部被占用 这时移动台被切换到业务信道容量较空闲的相邻小区 123 越区切换 包含三个方面的问题 1 越区切换的启动条件 准则 2 越区切换由谁控制 3 越区切换信道分配 124 1 相对信号强度准则SBS1 SBS2切换 A点切换 缺点 SBS1可能还很强 不必要的切换 S微小的起伏会引起切换抖动 1 越区切换准则 125 2 具有门限规定的相对信号强度准则SBS1 SBS2 且SBS1 Th切换 设Th Th2 则B点切换 特点 克服了 1 的缺点 二个条件不相关 Th难以选得很合适 126 3 具有滞后余量的相对信号强度准则SBS1h h 0 切换 C点切换 特点 克服了 1 2 的缺点 二个条件等效于一个条件 SBS2 SBS1 h h 0 127 4 具有滞后余量和门限规定的相对信号强度准则SBS2 SBS1 h 且SBS1 Th切换 若Th Th2 在C点切换 若Th Th3 在D点切换 特点 克服了 1 2 的缺点 结论 1 2 不可取 3 4 可取 128 MS BS及网络 由谁控制切换 1 移动台控制越区切换MS监测当前基站和相邻几个基站的信号强度及质量 按某种越区切换准则判定应该切换并选定最佳基站后 向当前基站发送越区切换请求 2 网络控制越区切换移动台当前基站及相邻几个基站监测MS的信号强度及质量 报告给网络 网络按某种越区切换准则选择最佳基站后 通知新 旧基站及MS进行越区切换 2 越区切换的控制策略 129 3 移动台辅助越区切换MS监测当前基站及相邻几个基站信号强度及质量 通过当前基站报告给网络 由网络决定切换 讨论 方法 3 综合考虑了MS接收信号质量及网络资源二方面条件 容易做到最佳 为GSM及N CDMA等蜂窝网采用 2 越区切换的控制策略 130 常用的做法是小区预留部分信道用于越区切换特点 小区内呼损增加 但减少了越区切换通话中断即掉话概率 这符合人们的使用习惯 越区切换 硬切换 软切换 接力切换 3 越区切换新小区的信道分配 131 切换类型 同一BSC内不同小区间的切换同一MSC VLR内不同BSC控制的小区间的切换不同MSC VLR控制的小区间的切换不同PLMN的基站间切换 GSM不定义 132 位置管理 1 基本概念2 位置登记 更新 3 呼叫传递及寻呼4 位置登记 更新 策略 133 1 位置管理的内容1 系统跟踪记录MS位置变化