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中国华信邮电咨询设计研究院有限公司2020年2月25日 GSM原理讲座 主要内容 一 GSM系统的概念二 GSM系统无线接口原理三 GSM系统的协议构成四 GSM系统的呼叫流程五 GPRS系统简介 GSM系统的概念 GSM移动通信系统的起源 发展GSM移动通信系统的特点GSM移动通信系统的结构GSM移动通信系统的业务GSM移动通信系统的编号计划GSM移动通信系统中的几个基本概念 GSM系统的概念 GSM移动通信系统的起源 发展GlobalSystemforMobileCommunication1989年 GSM标准生效1991年 GSM系统正式在欧洲问世1995年 GSM系统在中国商用Phase1 Phase2 Phase2 GSM移动通信系统的特点分系统组成 接口开放提供多种业务采用TDMA的复用方式采用了鉴权和加密采用了跳频方式 GSM系统的概念 MSC 2 VLR BSCDCS1800 BSCDCS1800 BTSDCS1800 BTSDCS1800 OMCS MSC 1 VLR BSCGSM900 BSCGSM900 BTSGSM900 BTSGSM900 SMP SCP VMS SMS Operation maintenancesubsystem BasestationsubsystemBSS Valueaddedservices Othernetworks IN C7 ISUP A INTERFACE E1 A INTERFACE E1 TCP IP C7 MAP C7 MAP GSM900Network DCS1800Network C7 MAP C7 MAP GMSC VLR GMSC VLR GSM系统的概念 GSM系统 GSM系统结构图 GSM系统的概念 GSM移动通信系统的业务基本业务电信业务 Teleservices 为用户通信包括终端设备在内完整能力的通信业务 如电话业务 短消息业务和传真业务 承载业务 BearerServices 提供用户接入点间信号传输的能力 如同步 异步双工电路型 300 9600b s 异步PAD接入电路型 300 9600b s 等 补充业务补充业务是对两类基本业务的改进和补充 它不能单独向用户提供 而必须与基本业务一起提供 GSM系统的概念 GSM系统的区域定义 GSM移动通信系统的编号计划HLRCC NDC HLRN86139H0H1H2H3XXXXMSCCC NDC LSP86139H00H1H2H3XXX GSM系统的概念 GSM系统的概念 GSM移动通信系统的编号计划MSISDN CC NDC SN86139H0H1H2H38286IMSI MCC MNC MSIN460001234567890 GSM移动通信系统的编号计划TMSI4字节 由VLR分配MSRNMSC No XXX GSM系统的概念 GSM移动通信系统的编号计划LAIMCC MNC LAC00571FCGILAI CI46000571F51C3 GSM系统的概念 GSM移动通信系统的编号计划MSISDN CC NDC SN8613957188286IMSI MCC MNC MSIN460001234567890 GSM系统的概念 GSM移动通信系统的编号计划BSICNCC BCC61IMEITAC FAC SNR SP448954814775407 GSM系统的概念 TAC 型号批准码 由欧洲型号批准中心分配 FAC 最后装配码 表示生产厂家或最后装配所在地 由厂家进行编码 SNR 序号码 这个数字的独立序号码唯一地识别每个TAC和FAC的每个移动设备 SP 备用 GSM移动通信系统的编号计划HLRMSCMSISDNIMSITMSIMSRNLAICGIBSICIMEI GSM系统的概念 几个基本概念 移动通信中三项关键技术多址复用频率复用功率控制 GSM系统的概念 几个基本概念 多址复用FDMATDMACDMASDMA GSM系统的概念 GSM系统的概念 几个基本概念 多址复用 几个基本概念 双工方式FDDTDD GSM系统的概念 移动通信系统是采用一个叫基站的设备来提供无线服务范围的 基站的覆盖范围有大有小 我们把基站的覆盖范围称之为蜂窝 采用大功率的基站主要是为了提供比较大的服务范围 但它的频率利用率较低 也就是说基站提供给用户的通信通道比较少 系统的容量也就大不起来 对于话务量不大的地方可以采用这种方式 我们也称之为大区制 采用小功率的基站主要是为了提供大容量的服务范围 同时它采用频率复用技术来提高频率利用率 在相同的服务区域内增加了基站的数目 有限的频率得到多次使用 所以系统的容量比较大 这种方式称之为小区制或微小区制 GSM系统的概念 什么是蜂窝 在GSM网络的规划中 应以一定数量和形状的蜂窝小区为基本单位构成小区簇 每个小区簇内的配置可以重复 小区簇构成应满足两个基本条件 若干个小区簇彼此邻接组成蜂窝式服务区域邻接小区簇中的同频无线小区的中心间距相等 几个基本概念 频率复用 GSM系统的概念 7 1 4 3 3 3 1 3 几个基本概念 频率复用 GSM系统的概念 几个基本概念 频率复用 4 3频率复用举例 联通 GSM系统的概念 几个基本概念 功率控制 GSM系统的概念 GSM系统的概念 GSM系统的主要性能 主要内容 一 GSM系统的概念二 GSM系统无线接口原理三 GSM系统的协议构成四 GSM系统的呼叫流程五 GPRS系统简介 GSM系统无线接口原理 GSM系统的频率分配GSM系统的无线信道结构GSM系统的语音处理过程 GSM系统无线接口原理 GSM系统的频率分配 工作频段GSM900EGSM900DCS1800PCS1900 GSM系统无线接口原理 GSM系统的频率分配 频道间隔200kHz全速率 8信道 载频半速率 16信道 载频 GSM系统无线接口原理 GSM系统的频率分配 频道配置GSM900n 1 124fu n 890 2MHz n 1 0 2MHzfd n fu n 45MHzDCS1800n 512 885Fu n 1710 2MHz n 512 0 2MHzFd n fu n 95MHz移动 905 909 950 954联通 909 915 954 960 GSM系统无线接口原理 GSM系统的频率分配 干扰保护比同频C I 9dB 12dB 邻频C I 9dB 6dB GSM系统无线接口原理 GSM系统的无线信道结构 基本术语时隙 突发脉冲帧 复帧物理信道 逻辑信道 帧和信道 GSM系统无线接口原理 帧和复帧 GSM系统无线接口原理 突发脉冲 接入突发脉冲序列 AB 用于MS初始化接入 频率校正突发脉冲序列 FB 用于MS与BTS之间的频率同步 同步突发脉冲序列 SB 用于MS与BTS之间的定时同步 GSM系统无线接口原理 突发脉冲 普通突发脉冲序列 NB 用于携带业务信道和除RACH之外的控制信道上的信息 虚拟突发脉冲序列 DB 用于BTS在无信息下发的时隙发送填充帧 GSM系统无线接口原理 逻辑信道类型 GSM900andGSM1800的逻辑信道划分是一样的 GSM系统无线接口原理 下行逻辑信道 BCCH CCCH 通用信道 DCCH TCH 专用信道 GSM系统无线接口原理 上行逻辑信道 RACH CCCH 通用信道 DCCH TCH 专用信道 GSM系统无线接口原理 逻辑信道作用举例 搜寻频率校正脉冲搜寻同步脉冲解读系统消息侦听寻呼消息发送接入脉冲信令信道分配呼叫建立话音信道分配通话呼叫释放 FCCHSCHBCCHPCHRACHAGCHSDCCHFACCHTCHFACCH GSM系统无线接口原理 逻辑信道的物理组合 TCH F FACCH F SACCH TF 全速率TCH TCH H FACCH H SACCH TH 半速率TCH 26帧 复帧FCCH SCH BCCH CCCH 主BCCH FCCH SCH BCCH CCCH SDCCH 4 SACCH C4 组合BCCH BCCH CCCH 扩展BCCH SDCCH 8 SACCH C8 主SDCCH 51帧 复帧 GSM系统无线接口原理 逻辑信道组合帧结构 主BCCH GSM系统无线接口原理 逻辑信道组合帧结构 组合BCCH GSM系统无线接口原理 逻辑信道组合帧结构 主SDCCH GSM系统无线接口原理 逻辑信道组合帧结构 TCH GSM系统无线接口原理 GSM系统无线接口原理 GSM系统的无线信道结构 系统消息广播消息移动台在空闲模式下 与网络设备间的联系是通过广播的系统消息实现的 网络设备向移动台广播系统消息 使得移动台知道自己所处的位置 以及能够获得的服务类型 在广播的系统消息中的某些参数还控制了移动台的小区重选 随路消息移动台在进行呼叫时 与网络设备间的联系是通过随路的系统消息实现的 网络设备向移动台发送的随路系统消息中的某些内容 控制了移动台的传输 功率控制与切换等行为 系统消息4为广播消息 内容 位置区标识 当前小区的位置区标识 小区选择参数 小区选择参数信息 随机接入信道控制信息 控制移动台在初始接入时的行为 小区广播信道描述 小区的广播短消息信道描述信息 小区广播信道移动分配信息 小区广播短信道跳频频点信息 系统消息4剩余字节 小区重选参数信息 系统消息5为随路消息 内容 邻近小区描述 移动台监视邻近小区载频的频点参考 GSM系统无线接口原理 系统消息举例 GSM系统无线接口原理 GSM系统的无线信道结构 时间调整 0 0 0 t 2t 3 7us bit 63bit 3 108 m s 2 35km BTS发 MS收 MS发 BTS收 GSM系统无线接口原理 GSM系统的无线信道结构 跳频频率分集干扰分集 非跳频 跳频 GSM系统无线接口原理 GSM系统的无线信道结构 跳频按变化速度分快跳频慢跳频按使用合成器分基带跳频合成器跳频 GSM系统无线接口原理 GSM系统的无线信道结构 跳频 GSM系统无线接口原理 GSM系统的无线信道结构 跳频 基带跳频 合成器跳频 DTX 不连续发射在语音间歇期关闭发射仅发射SIDframes接收端码变换器产生舒适噪声VAD 语音激活检测码变换器实现 延长电池寿命降低干扰 GSM系统无线接口原理 延长电池寿命降低网络干扰包括上行功控和下行功控电平和质量驱动BSC是总判决者 时间 信号电平 目标电平值 e g 85dm BCCH载频不参加功率控制 GSM系统无线接口原理 GSM系统的无线信道结构 功率控制 GSM系统无线接口原理 GSM系统的语音处理过程 流程 A D转换 交织 加密 突发脉冲格式化 语音编码 分段 调制 语音 8KHz13比特 20ms 信道编码 13kbps 22 8kbps 33 8kbps 270 833kbps 发射 编码方式称为规则脉冲激励 长期预测编码 RPE LTP 其处理过程是先进行8KHZ抽样 抽样精度为13bit 调整每20ms为一帧 每帧长为4个子帧 每个子帧长5ms 然后进行语音编码 编码后纯比特率为13kbit s GSM系统无线接口原理 语音编码 块编码器 激励编码器 50bit 3 2 4 132bit 78bit 456bit GSM系统无线接口原理 信道编码 GSM系统无线接口原理 GSM系统的语音处理过程 交织 012345678 452453454455 08 448 19 449 210 450 311 451 412 452 513 453 614 454 715 455 突发脉冲序列 主要内容 一 GSM系统的概念二 GSM系统无线接口原理三 GSM系统的协议构成四 GSM系统的呼叫流程五 GPRS系统简介 GSM系统的协议构成 GSM系统的主要接口GSM系统的协议分层结构GSM系统信令网结构 GSM系统的协议构成 GSM系统的主要接口 MS BSS MSC VLR VLR HLR MSC EIR Um A B C E F D G GSM系统的协议构成 GSM系统的协议分层结构 GSM系统的协议构成 GSM系统的协议分层结构 GSM系统的协议构成 GSM系统的网络结构 GSM系统的协议构成 GSM系统的信令网结构 TMSC1 HSTP TMSC2 LSTP MSC TMSC1 H LSTP MSC 信令链 话路 SP SP 主要内容 一 GSM系统的概念二 GSM系统无线接口原理三 GSM系统的协议构成四 GSM系统的呼叫流程五 GPRS系统简介 GSM系统的呼叫流程 小区选择小区重选立即指配鉴权 加密 TMSI再分配位置更新主叫信令流程被叫信令流程切换信令流程 GSM系统的呼叫流程 开机 空闲 通话 小区重选 小区选择 位置更新 起呼 主叫 寻呼 被叫 切换 收发短消息 通话结束 GSM系统的呼叫流程 小区选择开机后进行选择最高优先级中允许接入的C1最大的且大于0的小区C1 RXLEV ACCESS MIN MAX MS TXPWR MAX CCH P 0 SIM卡中是否存储了上次关机时的BCCH信息 搜索的范围不同小区选择成功后进入空闲状态 GSM系统的呼叫流程 小区重选小区重选是在空闲状态下进行的 目的是驻留到最好的小区小区重选的主要依据是C2C2 C1 CRO TO H PT T PT31H x 0 x 0除与C2有关 重选的发生还与相关参数及网络状况有关 GSM系统的呼叫流程 位置更新空闲时网络对手机定位只能到位置区 因此重选到新的位置区后应该通知HLR位置更新主要包括到达新位置区引起的位置更新周期位置更新 GSM系统的呼叫流程 主叫由用户主动发起的呼叫过程包括几个阶段 立即指配鉴权 加密话务信道分配通话资源释放 GSM系统的呼叫流程 被叫用户在空闲时接到寻呼后发生主要包括以下几个阶段立即指配鉴权 加密寻呼响应话务信道分配通话资源释放 GSM系统的呼叫流程 切换切换的控制权在BSC通话时 手机不断将周围小区的信息通过测量报告上报到BSC BSC做出判决切换算法各厂家是不同的 规范没有规定 BSC内部的切换 GSM系统的呼叫流程 GSM系统的呼叫流程 切换类型正常切换紧急切换更好小区切换负荷切换快速移动切换 主要内容 一 GSM系统的概念二 GSM系统无线接口原理三 GSM系统的协议构成四 GSM系统的呼叫流程五 GPRS系统简介 GPRS系统简介 GGSNGPRS网关支持节点 SGSNGPRS服务支持节点 GPRS系统简介 GPRS系