数字移动通信系统(w)PPT课件

.,1,GSM数字蜂窝移动通信系统,.,2,GSM历史,1979年，世界无线电管理委员会(WARC)划定了今后欧洲用于蜂窝移动通信系统的频段；,1982年，欧洲邮政与电信委员会（CEPT）内建立了特别移动组（GroupeSpecialMobile)；,1986年，在巴黎建立了GSM永久核心；,1988年，欧洲电信标准协会（ETSI）成立，并接管了GSM委员会；,.,3,GSM历史,1990年，GSM规范Phase1被冻结；,1991年，DCS1800规范Phase1被冻结；GSM委员会开始考虑下一代无线通信系统；,1992年，GSM委员会更名为“SpecialMobileGroup”,GSM系统更名为“GlobalSystemforMobileCommunication”,DCS1800规范Phase2被冻结；,1992年，GSM开始商业运营；,.,4,GSM历史,1993年，GSM规范Phase2被冻结；,1994年，GSM商用运营远超出GSM委员会的范围（中国、印度、中东、远东、俄罗斯等国家和地区）,1996年，ETSI推出GSM规范Phase2,1995年，DCS1800商用系统开始在泰国、卡塔尔、英国等国家和地区运营；,.,5,01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05系列：无线接口物理层06系列：语音编码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：Interwork和MAP等11系列：测试12系列：网管,GSM规范体系,.,6,GSM系统简介,GSM系统的业务GSM系统的结构GSM系统的功能,.,7,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,GSM系统的业务,.,8,业务分类,.,9,用户终端业务,用户终端业务是一种电信业务，它提供给用户包括终端设备功能在内的各种必须功能，使之能与其他用户通信。,电话业务紧急呼叫业务短消息业务移动被叫点对点短消息业务移动主叫点对点短消息业务广播型短消息业务语音和三类传真交替业务自动的三类传真业务话音群呼叫业务话音广播业务,.,10,承载业务,用户终端业务是一种电信业务，它在某个接入点上提供用户所需的传送相应信号的能力。,双向异步数据电路（3009600bps）双向同步数据电路（12009600bps）异步分组数据接入电路（3009600bps）双向同步分组数据（24009600bps）交替语音和数据数据后接语音业务,.,11,基本业务和补充业务,补充业务用于补充或修饰基本业务，以提供用户完整的业务补充业务不能独立存在例如：主叫号码显示、呼叫转移等。,.,12,网络物理结构网络信令结构网络各部分功能,GSM系统结构和功能,.,13,网络物理结构,MS,MS,BSS,BSS,MSC,MSC,OMC,HLR,VLR,AUC,EIR,PDN,PSTN,ISDN,Um接口,A接口,GCR,.,14,NSS,BSC,A,Um,MSC,MSC,VLR,VLR,HLR,AUC,EIR,B,C,E,F,G,H,D,NSS,BSS,.,15,MS,MS,BSC,BTS,A接口,Um接口,BTS,OMC_R,TRAU,Abis接口,Asub接口,BSS,.,16,.,17,系统接口,A接口：MSC与BSC间的接口Abis接口：BSC与BTS间的接口B接口：MSC与VLR间的接口C接口：MSC与HLR间的接口D接口：HLR与VLR间的接口E接口：MSC与MSC间的接口F接口：MSC与EIR间的接口G接口：VLR与VLR间的接口H接口：HLR与AUC间的接口I接口：MSC与GCR间的接口Um接口：BTS与MS间的接口,.,18,网络信令结构,.,19,归属位置登记处HLR,用于储存归属移动用户信息，包括：国际移动用户身份（IMSI）移动台ISDN号码（MSISDN）用于呼叫接续和计费的位置信息，如MS漫游号、VLR地址和MSC地址等等业务能力信息业务限制信息语音群业务信息补充业务能力信息，等等,.,20,拜访位置登记处VLR,用于储存其管辖区内的移动用户信息，包括：国际移动用户身份（IMSI）移动台ISDN号码（MSISDN）MS漫游号临时移动用户身份（TMSI）用户位置区等,必要时，VLR需从HLR提取有关用户信息,.,21,鉴权中心AUC,用于储存相关HLR中所有用户的加密键，包括：用于用户身份鉴别的加密键（A3、A8算法）用于无线接口加密的加密键（A5算法）,.,22,鉴权,SIM,VLR,HLR,SresKcRAND,Sres,=?,Kc,SresKcRAND,.,23,加密,SIM,VLR,SresKcRAND,Sres,Kc,BTS,Speech,Data,Speech,Data,A5,MS,A5,Um,.,24,设备身份登记处EIR,用于储存移动台设备身份（IMEI）,.,25,移动业务交换中心MSC,为其服务区内的移动用户提供交换和信令功能与普通交换机相比，MSC至少附加下列二个功能：移动用户的位置登记过程切换过程,.,26,移动业务交换中心MSC,BSC,MSC/VLR,HLR/AUC/EIR,MSC/VLR,C,F,F,C,E,G,A,Um,B，H为内部接口,.,27,关于回声抵消器1-回声的产生,回声主要源于2/4线转换的不平衡,回声抵消器,.,28,关于回声抵消器2-理论延时,20ms,原语音,语音压缩后,信道编码后,信道译码后,语音解压缩后,20ms,20ms,20ms,20ms,20ms,80ms,.,29,GSM网络中的回声抵消器,位置：GSM系统与PSTN系统的接口,服务对象：移动用户,可能的问题：,硬件设备故障,设置,.,30,基站分系统BSS,实现无线通信所需的各种功能，BSS由下列功能实体组成：一个基站控制器（BSC）一个或多个基站收发信台（BTS）语音压缩与速率适配单元（TRAU）,.,31,操作维护中心OMC,实现GSM系统的操作和维护，一般包括下列功能：PLMN的管理用户管理终端管理计费统计等安全管理操作与性能管理系统控制设备维护，等等,.,32,BSS分系统简介,BSS分系统的功能实体BSS分系统的一般结构BSS分系统的接口BSS分系统的信令结构,.,33,BSS的功能实体,基站控制器BSC基站收发信机BTS无线子系统操作维护中心OMC_R码变换器和速率适配单元TRAU,.,34,A接口,Um接口,BTS,TC,BSS的一般结构,Abis接口,.,35,BSC的一般结构和功能1,BSC的一般结构,交换网络,数字中继,数字中继,处理器网络,A接口,Abis接口,.,36,BSC的一般结构和功能2,BSC的功能,实现A接口物理层规定（PCM/E1）实现A接口No7号信令功能（SP）实现Abis接口物理层规定（PCM/E1）实现Abis接口数据链路层（LAPD）实现A接口与Abis接口间业务信道交换功能实现部分网络层的功能实现无线资源管理（RR）实现BSS管理应用部分的功能实现切换功能等等,.,37,BSC的交换功能,BSC的交换功能用于实现A接口与Abis接口间物理信道的交叉连接Abis上的业务信道速率为16K，BSC与TRAU之间的业务信道速率为16K，因此BSC需实现16K的子速率交换功能Abis接口的信道安排与BTS的无线信道具有固定的对应关系，其分配由BSC控制；A接口信道由MSC分配，因此，BSC中必须有交换网络实现它们之间的交叉连接,.,38,TRAU,TC,MUX,TRAU,PCM/E1,PCM/E1,.,39,复用与反复用,64K全速率交换矩阵,.,40,Abis信道分配举例,CH0,CH1,CH2,CH3,CH4,CH5,CH6,CH7,CH0,CH1,CH2,CH3,CH4,CH5,CH6,CH7,同步信息,空闲时隙,空闲时隙,信令时隙,OM信道,空闲时隙,时隙号,TS0,TS1,TS2,TS3,TS4,TS5TS15,TS16,TS30,TS31,TS1729,载频1,载频2,.,41,BSC的交换功能的实现,BSC的交换功能通常由下列模块实现：数字中继：用于实现A接口和Abis接口物理层上ITU的有关E1协议（G703、G704等等）交换电路模块若交换电路采用64K全速率交换，则在交换网络的前后需有复用与反复用设备,.,42,BSC的交换时钟,GSM系统设备一般要求BSC的时钟同步于MSC的时钟，而BTS的时钟同步于BSC的时钟，因此必须注意在系统中传输网络的时钟问题,.,43,BSC的信令功能1,Abis接口数据链路层协议：D信道链路接入协议LAPDA接口No.7号信令低层协议：MTP、SCCP,.,44,BSC的信令功能2,A接口与Abis接口间的协议转换，如加密过程、信道指配过程等。,.,45,BSC的信令功能3,无线资源管理：无线资源分配无线资源释放无线资源的性能管理，等等,.,46,切换,实现BSC内的所有切换过程对于BSC间（或MSC间）的切换，产生切换候选小区表,关于切换完成,.,47,BTS的一般结构和功能1,BTS的功能模块,编码与交织,译码与反交织,调制,均衡解调,加密,解密,天馈,发信机,收信机,跳频控制,时钟,信令处理,基站接口设备,Um,Abis,.,48,BTS的一般结构和功能2,BTS的功能,实现Abis接口物理层规定（PCM/E1）实现Abis接口数据链路层（LAPD）实现BTS管理功能实现部分无线资源管理功能（RR）实现Um接口数据链路层（LAPDm）实现Um接口物理层规定（TDMA）实现跳频功能实现信道加密、解密实现信道编译码、交织与反交织实现调制与解调功能,.,49,信道编码,GSM系统中采用由块码与卷积码组成的结联码对无线信道实现前向的纠错功能实现坏帧的检测可用于话音质量检测可用于无线链路状态的监视区分不同小区的信道请求消息，等等,.,50,交织与反交织,将需在无线信道上传送的数据流按一定的规则进行重新排序，以避免在无线信道上引入突发性的误码段，提高信道编码的功效。实际上，交织与反交织是减小快衰落影响的有效手段。,.,51,加密与解密,实现GSM规定的有关A5算法，对用户身份数据和用户业务数据提供保密功能,.,52,调制解调,采用GSM规范规定的规一化带宽为0.3的GMSK调制与解调,.,53,信道均衡,用于克服时延弥散,t,t,.,54,发信机,实现用户基带数据到射频信号的转换上变频信号激励功率放大功率控制,.,55,收信机,实现射频信号到用户基带数据的转换低噪声放大下变频信号激励自动增益控制（AGC）信号场强提取（RSSI）,.,56,天馈系统,实现射频信号的合路与分路，控制带外的杂散，实现网络设计规定的扇区分布等。在需要时，实现上下行信号的双工功能，抑制收发信干扰。,.,57,跳频,跳频的实现一般有基带跳频和射频跳频两种,收发信1,基带处理1,收发信2,基带处理2,收发信n,基带处理n,交换网络,基带跳频,.,58,BTS的信令,Um接口数据链路层：Dm信道链路接入协议LAPDmAbis接口数据链路层：D信道链路接入协议LAPDAbis接口与Um接口间信令协议转换无线信道管理,.,59,BTS的其它功能,信道测量：信号电平、信号质量预处理切换功能TRAU帧形成、提取和管理,.,60,BSS接口,BSS与MSC之间的接口A接口BSC与BTS之间的接口Abis接口BTS与移动台接口Um接口,.,61,A接口,GSM规范08系列物理层：PCM/E1信令传输机制：No.7公共信令高层：BSSMAP,.,62,Abis接口连接方式,BSC,BTS,BTS,BSC,BTS,BTS,星状连接,链状连接,环状连接,.,63,Abis接口信令协议,GSM规范08系列物理层（PCM/E1）数据链路层（LAPD）第三层（BTSM）无线链路层管理消息专用信道管理消息公共信道管理消息TRX管理消息,.,64,Um接口,GSM规范04和05系列物理层：TDMA数据链路层：LAPDm网络层：RR、MM、CM,.,65,TDMA帧结构,.,66,FDMA、TDMA和CDMA,FDMA,TDMA,CDMA,f,f,f,t,t,t,.,67,Um接口物理层介绍,物理信道逻辑信道和物理信道与逻辑信道的映射系统消息无线测量功率控制切换算法,.,68,物理信道,GSM系统频段中国GSM系统实用频段TDMA帧结构信道容量突发,.,69,GSM900主频段（PGSM）：下行（基站发，移动站收）：935MHZ960MHZ上行（移动站发，基站收）：890MHZ915MHZGSM扩展频段（G1）：下行（基站发，移动站收）：925MHZ935MHZ上行（移动站发，基站收）：880MHZ890MHZGSM1800频段：下行（基站发，移动站收）：1805MHZ1880MHZ上行（移动站发，基站收）：1710MHZ1785MHZ,GSM系统频段,.,70,GSM900主频段（PGSM）：下行：Fdl9350.2N（MHZ）（1N124）上行：FulFdl45（MHZ）GSM1800频段：下行：Fdl1805.20.2（N512）（512N885）上行：FulFdl95（MHZ）N为绝对频道号。,绝对频道号,.,71,GSM900主频段（PGSM）：下行（基站发，移动站收）：950MHZ960MHZ上行（移动站发，基站收）：905MHZ915MHZGSM扩展频段（G1）：不归GSM系统使用DCS1800频段：下行（基站发，移动站收）：1805MHZ1850MHZ上行（移动站发，基站收）：1710MHZ1755MHZ目前国家无委已核准中国电信申请的DCS1800频段的低10M频段*,中国的GSM实用频段,.,72,TDMA帧结构,.,73,每载频占带宽200KHZ，包含8个物理信道GSM900可容纳124个载频GSM1800可容纳374个载频,信道容量,.,74,频率,时间,信道容量（图示）,.,75,正常突发（NB）频率突发（FB）同步突发（SB）接入突发（AB）填充突发（DB）时隙长度为156.25比特，保护段8.25比特尾比特：3比特，000,尾比特信息比特扩展训练序列信息比特尾比特,尾比特训练序列信息比特尾比特保护段,尾比特填充比特尾比特,突发,.,76,逻辑信道及其与物理信道的映射,逻辑信道信道组合,.,77,业务信道TCH广播控制信道BCCH频率校正信道FCCH同步信道SCH准予接入信道AGCH寻呼信道PCH随机接入信道RACH小区广播信道CBCH独立专用控制信道SDCCH慢速随路控制信道SACCH快速随路控制信道FACCH,逻辑信道,.,78,业务信道,业务信道按承载的业务可分为话音信道和数据信道,话音信道可分为：,全速率话音信道半速率话音信道,数据信道可分为：,9.6k全速率数据信道（TCH/F9.6）4.8k全速率数据信道（TCH/F4.8）4.8k半速率数据信（TCH/H4.8）2.4k半速率数据信道（TCH/H2.4）2.4k全速率数据信道（TCH/F2.4）,.,79,广播信道,频率校正信道,仅由网络发送，用于移动站的频率校正,同步信道,仅由网络发送，用于移动站的帧同步和识别基站。主要包括以下内容：基站色码BSIC帧号,广播控制信道,仅由网络发送，其内容包括基站的各自信息,.,80,公共控制信道,寻呼信道,仅由网络发送，用于寻呼移动站,准予接入信道,仅由网络发送，用于给移动站分配SDCCH或者直接分配TCH,随机接入信道,仅由移动站发送，用于向网络申请信道,.,81,专用控制信道,独立专用控制信道,双向信道，用于移动站和网络之间信令的消息传递,慢速随路控制信道,双向信道，与SDCCH或TCH相随，用于移动站和网络之间功率控制、测量报告和短消息等信令的传递,快速随路控制信道,双向信道，与业务信道相随，用于在业务信道上移动站和网络的信令消息的传递,.,82,小区广播信道,小区广播信道（CBCH）,单向，由网络发送到移动站，用于网络发送广播短消息,.,83,i)TCH/F+FACCH/F+SACCH/Fii)TCH/H(0,1)+FACCH/H(0,1)+SACCH/TH(0,1)iii)TCH/H(0,0)+FACCH/H(0,1)+SACCH/TH(0,1)+TCH/H(1,1)iv)FCCH+SCH+BCCH+CCCHv)FCCH+SCH+BCCH+CCCH+SDCCH/4+SACCH/C4vi)BCCH+CCCHvii)SDCCH/8+SACCH/C8,CCCH=PCH+RACH+AGCH,信道组合,.,84,系统消息,系统消息的种类系统消息的发送时间与位置,.,85,系统消息1跳频时使用系统消息2，2bis，2ter邻小区描述系统消息3CGI，RACH控制参数等系统消息4CGI，CBCH有关参数等系统消息5，5bis，5ter邻小区描述系统消息6CGI，允许的NCC等系统消息7小区重选参数系统消息8小区重选参数,系统消息的种类,.,86,TC(FN/51)mod8,系统消息的发送时间,.,87,功率控制,MS的功率控制BTS的功率控制,.,88,MS功率控制,MS,BTS,MSTXPWRMAXCCH（BCCH）,信道请求（RACH）,MS通过测量报告向网络报告实际使用的功率,连接模式,空闲模式,MS采用MSTXPWRMAXCCH接入系统,.,89,BTS功率控制,静态功率控制根据网络的需要，BTS可以从额定功率向下，以2dB为步长，调整六个功率等级动态功率控制（选项）在连接模式下，BTS可以从设计的最大发射功率向下，以2dB为步长，调整15个功率等级,.,90,Um接口信令结构,Um接口信令结构Um接口第二层LAPDmUm接口第三层RR,.,91,Um接口信令结构,.,92,第一层,第三层,O&M层,O&M层,第二层,Um接口信令结构（续）,.,93,LAPDm,作为空中接口的数据链路层，LAPDm用于保证消息在Um接口上的正确传递。LAPDm是D信道链路接入协议LAPD的变化形式，其区别在于帧定位和帧检验过程,.,94,位置更新过程包括：正常位置更新过程周期位置更新过程IMSIATTACH/DETACH位置更新信令流程,位置更新过程,.,95,正常和周期位置更新流程,位置更新请求,业务请求,鉴权请求,鉴权响应,鉴权,加密模式命令,加密模式完成,加密模式设置,位置更新接收,TMSI重分配完成,信道释放,RR连接释放,Um,Abis,RACH,信道激活,信道激活证实,SABM,DISC,释放指示,SACCH去活,RF信道释放,.,96,Detach流程,Detach,业务请求,信道释放,RR连接释放,Um,Abis,RACH,信道激活,信道激活证实,SABM,DISC,释放指示,RF信道释放证实,SACCH去活,RF信道释放,.,97,早分配晚分配（OACSU）特别早分配移动主叫信令流程,移动主叫过程,.,98,移动主叫（早分配）,CM业务请求,业务请求,鉴权请求,鉴权响应,鉴权,加密模式命令,加密模式完成,加密模式设置,指配命令,指配完成,提醒,Um,Abis,RACH,信道激活,信道激活证实,SABM,连接,连接证实,建立,呼叫处理,呼叫初始化,指配业务信道,用户提醒,呼叫接收,.,99,移动主叫（晚分配）,CM业务请求,业务请求,鉴权请求,鉴权响应,鉴权,加密模式命令,加密模式完成,加密模式设置,指配命令,指配完成,提醒,Um,Abis,RACH,信道激活,信道激活证实,SABM,连接,连接证实,建立,呼叫处理,呼叫初始化,指配业务信道,用户提醒,呼叫接收,.,100,移动主叫（特别早分配）,立即指配（TCH）,CM业务请求,业务请求,鉴权请求,鉴权响应,鉴权,加密模式命令,加密模式完成,加密模式设置,RACH,信道激活,信道激活证实,SABM,建立,呼叫处理,呼叫初始化,提醒,Um,Abis,连接,连接证实,用户提醒,呼叫接收,信道模式修改,信道模式修改证实,改变传输模式,.,101,移动被叫（早分配）移动被叫（晚分配）移动被叫信令流程,移动被叫过程,.,102,寻呼响应,业务请求,鉴权请求,鉴权响应,鉴权,加密模式命令,加密模式完成,加密模式设置,Um,Abis,RACH,信道激活,信道激活证实,SABM,移动被叫（早分配）,寻呼请求,指配命令,指配完成,提醒,连接,连接证实,呼叫处理,呼叫初始化,指配业务信道,用户提醒信息,呼叫接收,建立,.,103,寻呼响应,业务请求,鉴权请求,鉴权响应,鉴权,加密模式命令,加密模式完成,加密模式设置,Um,Abis,RACH,信道激活,信道激活证实,SABM,移动被叫（晚分配）,寻呼请求,指配命令,指配完成,提醒,连接,连接证实,呼叫处理,呼叫初始化,指配业务信道,用户提醒信息,呼叫接收,建立,.,104,双频组网简介,.,105,为什么要引入GSM双频网？,移动电话用户迅猛增长，900Mhz频段频率资源日趋紧张。建造GSM900微蜂窝既复杂又不经济。GSM900和GSM1800除射频部分不同外，其它标准完全一样，而且双频操作也已经标准化。双频网络可以充分发挥现有GSM网络覆盖面广、业务种类多、漫游能力强的优势。GSM1800有丰富的频率资源，可以大规模的扩充GSM网络的容量。GSM1800和GSM900基本可以共站址，建设快，投资省。,.,106,双频网覆盖方式,.,107,双频网覆盖方式,.,108,双频网组网方式,独立的MSC,GSM900MSC,GSM900BSC,GSM900BTS,GSM1800MSC,GSM1800BSC,GSM1800BTS,HLR/AUC,特点：网络结构清晰，对现有GSM900网影响小，网络容量可以很大。支持GSM1800采用灵活的自费政策。GSM900和GSM1800可为不同厂家的设备。GSM900和GSM1800之间的切换时间长，信令负荷大，成功率低。当双频手机比例很高时，GSM900和GSM1800双层网间的业务均衡不容易。适应性：适用于GSM1800市区全覆盖。,.,109,双频网组网方式,共用MSC,GSM900BSC,GSM900BTS,GSM1800BSC,GSM1800BTS,特点：对现有GSM900网有影响，要求MSC有富裕。GSM900和GSM1800可为不同厂家的设备。GSM900和GSM1800之间的切换时间短，成功率高，信令负荷较小。当双频手机比例很高时，GSM900和GSM1800双层网间的业务均衡较难。适应性：适用于高密度区GSM1800连续全覆盖，或逐步达到全覆盖。,GSM900/1800MSC,.,110,双频网组网方式,共用BSC,GSM900BTS,GSM1800BTS,特点：对现有GSM900无线网络有影响。GSM900和GSM1800须是同一厂家的设备。GSM900和GSM1800之间的切换时间短，成功率高，信令负荷小。双频手机比例很高时，GSM900和GSM1800双层网间的业务均衡容易实现。适应性：适用于GSM1800热点覆盖，或逐步达到高密度区连续全覆盖。,GSM900/1800MSC,GSM900/1800BSC,.,111,双频网组网方式,GSM900/1800BTS,这种方式局限性很大，一般只有在更换GSM900基站时，可考虑使用。,GSM900/1800MSC,GSM900/1800BSC,共用BTS,.,112,双频系统话务管理策略1(TrafficManagementStrategy1),GSM900layer,GSM1800layer,db,db,双频手机选择GSM1800小区并建立呼叫。无论在Idlemode还是在Connectedmode,只要GSM1800提供足够好的覆盖，双频手机便保持在GSM1800网络上。只要有可能，双频手机就从GSM900小区切换到GSM1800小区。双频手机只在必须时才从GSM1800小区切换到GSM900小区。,.,113,GSM1800layer,db,db,双频手机在Idlemode时选择GSM900小区。在发起