GSM移动通信系统原理

,GSM移动通信系统原理,移动通信特点电波传播环境十分恶劣多普勒频移产生附加调频噪声移动台受干扰和噪声骚扰移动设备要求有很大的动态范围频谱拥挤建网技术复杂,移动通信原理,大区制一个基站覆盖整个城市通信质量差频率利用率低系统容量小,移动通信原理,PSTN,另一有线网,另一有线网,MSC,MSC,BSC,BSC,BSC,BSC,BTS,BTS,BTS,BTS,BTS,BTS,BTS,BTS,BTS,BTS,BTS,BTS,BTS,BSC,BSC,BSC,小区制,一个区域由多个小区覆盖通信质量较好频率利用率高系统容量增大,7小区频率重复再用,cellsite,cellsite,cellsite,全向小区（OMNICELLSITE）,3扇区/小区（120SECTOR/CELLS）,6扇区/小区（60SECTOR/CELLS）,=1ANTENNA,=3ANTENNA,=6ANTENNA,基站扇区化,GSM常用频率复用模式,43标准复用模式（GSM体制推荐）紧密复用模式3313（NORTEL）26（MOTOROLA）多重复用MAP（ERICSSON）,45MHz双工间隔,基站发射频率,基站接收频率,2MHz保护频带,960,905,890,880,872,950,935,925,917,915,GSM,TACS/GSM,EGSM,ETACS,无线频谱分配,DCS1800频谱分配,GSM系统频段,GSM900主频段（P-GSM）上行：890MHz-915MHz（移动台发，基站收）下行：935MHz-960MHz（基站发，移动台收）GSM扩展频段（E-GSM）上行：880MHz-890MHz（移动台发，基站收）下行：925MHz-935MHz（基站发，移动台收）DCS1800频段上行：1710MHz-1785MHz（移动台发，基站收）下行：1805MHz-1880MHz（基站发，移动台收）,GSM绝对频道号,GSM900主频段（P-GSM）上行：Fl=890+0.2N（MHz）（1N124）下行：Fu=Fl+45（MHz）GSM扩展频段（E-GSM）上行：Fl=890+0.2（N-1024）（MHz）下行：Fu=Fl+45（MHz）（975N1023）DCS1800频段上行：Fl=1710.2+0.2（N-512）（MHz）下行：Fu=Fl+95（MHz）（512N885）,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（L2、L3）05系列：无线接口物理层06系列：语音编码（FR、EFR、HR）,GSM规范（一）,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：网络互连（ISDN、PSTN、PSPDN）10系列：PH2新功能11系列：测试12系列：网管（操作维护、用户和终端业务数据监视、性能、设备管理）,GSM规范（二）,GSM网络结构,PSTN,OMS,SIM,ME,MS,BTS,BTS,BSC,A,Um,MSC,MSC,VLR,VLR,HLR,AUC,EIR,B,C,E,F,G,H,D,NSS,BSS,NSS,系统接口,A接口：MSC与BSC间的接口Abis接口：BSC与BTS间的接口Um接口：BTS与MS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,MSC/VLR业务区域,位置区（LocationArea）,GSM各区域间的关系,GSM业务区,PLMN业务区,MSC业务区,位置区LAC,小区Cell,MSC功能与作用,呼叫处理呼叫建立、连接与清除切换过程移动性管理位置更新过程用户身份识别移动设备识别,操作与维护数据库管理测量人机接口（MMI）网间互通计费,MSC,为其服务区内的移动用户提供交换和信令功能,HLR功能与作用,HLR:HomeLocationRegister用户识别号（IMSI,MSISDN）当前用户的VLR（当前位置）业务能力、业务限制信息用户申请的补充业务补充业务信息（例：当前转移的电话号码）用户状态（registered/deregistered）移动用户漫游号（MSRN）传递,HLR,VLR功能与作用,VLR:VisitorLocationRegister移动台状态部分补充业务数据移动站的位置登记(LAI)临时移动用户识别号(TMSI)管理MSRN管理,VLR,AUC功能与作用,鉴权和加密数据Ki,RANDA3,A8算法Kc,Sres,A,C,D,H,E,F,鉴权（Authentication）,加密（Ciphering),EIR功能与作用,EIR：EquipmentIdentityRegister存储移动设备分类表(IMEI)用来管理所有移动台设备的国际移动用户识（IMSI）号码以及检查每个移动台设备是否为合法设备。它包括一个数据库，存储着所有签约用户所使用的移动台设备的IMEI号码等。白名单、黑名单、灰名单,EIR功能与作用,白名单,灰名单,黑名单,合法用户和允许漫游用户的IMEI,有故障未经型号认证淘汰的IMEI,报失被盗或非法使用的IMEI,国际移动设备识别号(IMEI),国际移动台设备识别码(IMEI)型号批准码(TAC)：由认证中心分配工厂装配码(FAC)：由厂家编码，表示制造厂家及最后装配地。序列号(SNR)：由厂家分配版本级别(VL)：由认证中心确定，与TAC关联。,FAC,VL,SNR,TAC,6个数字,2个数字,6个数字,1个数字,IMEI查询流程,呼叫建立请求IMEI传送MS发送IMEI,在EIR查询IMEI查询结果送MSC,PSTNMS呼叫流程,MSC/VLR,MSRNIMSI,MSRN,MSISDN,HLR,GMSC,国际移动用户识别码(IMSI)移动国家号码(MCC):中国为460.移动网号(MNC):移动为00，联通：01.移动用户识别码(MSIN):H1H2H3,国际移动用户识别号(IMSI),移动用户漫游号码：位长10位VLR临时分配给用户的一个号码与该MSC所属HLR有一定联系在VLR中与IMSI一一对应,移动用户漫游号(MSRN),临时移动用户识别码(TMSI)提高IMSI使用的安全性本地分配的4字节的BDC编码,临时移动用户识别号(TMSI),移动用户ISDN号码(MSISDN),移动用户ISDN号码(MSISDN)国家号码(CC):中国为86MAC：移动接入码，=139(8、7、6、5、0、1)移动用户号：H0H1H2H3ABCDH0H1H2H3：HLR识别码，由总部统一分配到本地网；H0=0ABCD：移动用户号，由HLR自行分配,基站子系统(BSS)组成,基站控制器BSC基站收发信机BTS无线操作维护中心OMC-R码变换器TC(Transcoder),UM接口,MS,Abis接口,接口,BTS,OMC-R,BSC,TC,BTS,BSC的一般结构,数字中继,交换网络,处理器网络,数字中继,A接口,Abis接口,BSC的功能作用,实现A接口物理层规定(PCM/E1)实现A接口No.7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,BTS的一般结构,基站接口设备,信令处理,编码与交织,译码与解交织,加密,加密,发信机,天线,收信机,均衡解调,解密,Abis,BTS的功能模块,Um,跳频控制,时钟,功率控制,BTS的功能作用,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(RR)实现Um接口物理层规定(PCM/E1)实现Um接口数据链路层(LAPDm)实现实现跳频功能实现信道加密、解密功能实现信道编译码、交织与解交织功能实现调制与解调功能,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,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）,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。,BTS信令处理,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,BSS链路连接结构,码变换器(Transcoder),TC功能,全称：TranscoderRateAdaptorUnit语音编解码功能（FR、EFR）非连续发射功能（DTX）数据速率适配功能与BTS的远端通信功能,MS结构,用户识别模块(SIM),用户固定数据网络临时数据业务相关数据IMSITMSI使用的语言KiLAI话费数据接入控制级Kc安全算法禁止的PLMN,位置区识别码(LAI)与CI,位置区识别码(LocationAreaIdentity)小区全球识别码(CellGlobalIdentity),MCC,MNC,LAC,L1L2L3L4,MCC,MNC,LAC,CI,小区识别码(CI)：二字节的BCD编码,GSM的功能分层,传输(Transmission)用户信息（话音或数据）信令消息（物理层到网络层）无线资源管理(RR)建立和释放MS到MSC间的联接有效利用无线和对应的陆地资源完成切换过程移动性管理位置管理(MS,HLR/AUC,MSC/VLR)安全管理,GSM的功能层,通信管理(CM)呼叫控制面向电路的业务（MSC/VLR,GMSC,HLR,IWF)路由管理补充业务管理修改和检查补充业务的实际配置和状态涉及MS和HLR两个实体短消息业务点到点的短消息(SM-SC)两个功能实体（SMS-GMSC,SMS-IWMSC)运行、维护和管理(OAM)用户全部登记管理，网络运行维护，用户设备管理,GSM的功能层,GSM系统原理,业务系统结构和功能无线信道信道类型、帧结构、突发主要技术组网,GSM的FDMA/TDMA结构,f0,f1,f2,f4,f4,f5,时间,频率,TDMA帧,时隙与TDMA帧,突发序列（BURST）,时隙,TDMAFRAME1,TDMAFRAME2,物理信道逻辑信道业务信道语音信道数据信道随路控制信道控制信道广播控制信道公共控制信道专用控制信道,空中接口信道,Trafficchannel,TCH,业务信道,Controlchannel,CCH,NB,AB,NB,NB,NB,FB,SB,NB/DB,控制信道,TDMA帧号基站识别码：BSIC(BaseStationIdentityCode),NCC,BCC,网络色码（NCC）：3bits基站色码（BCC）：3bits,同步信道消息（SCH）,位置区识别号(LAI)移动台需监视的邻小区列表本小区使用的频率列表小区识别号功率控制指示DTX允许指示接入控制（例：紧急呼叫，呼叫禁止）CBCH描述,BCCH广播系统消息,系统消息类型,系统消息小区信道描述RACH控制参数系统消息邻小区说明PLMN允许指示RACH控制参数,系统消息小区识别号位置区识别号控制信道说明小区选择参数RACH控制参数,系统消息类型,系统消息位置区识别号小区选择参数RACH控制参数CBCH信道说明系统消息邻小区说明,系统消息小区识别号位置区识别号小区选项PLMN允许指示系统消息，系统消息的扩展小区重选参数,TC(FN/51)mod8,系统消息发送时间,GSM复帧类型（一）,TRAFFICCHANNELS,TDMAMultiframes,0,1,2,o,26-TDMAMultiframes,GSM复帧类型（二）,CONTROLCHANNELS,TDMAMultiframes,0,1,2,o,51-TDMAMultiframes,TCH复帧,上行,252015121050,252015121050,T=TCH,下行,BCCH/CCCH复帧,SDCCH复帧,0,10,20,30,40,50,0,10,10,20,30,40,50,51,61,71,81,91,101,51,61,71,81,91,101,组合复帧,0,0,10,20,30,40,50,0,TDMA超帧与超高帧,GSM突发andTDMA帧,INFO,NORMALBURST,STEALINGFLAG,TAILBITS,TAILBITS,GUARDPERID,GUARDPERID,GSM突发类型,GSM突发类型,3,FEQCORRECTIONBURST(FB),3,TB,TB,FieldBits,142,GP,8.25,3,SYNCHRONISABURST(SB),3,TB,INEOBits,39,GP,3,1,1,8.25,156.25Bits,GSM突发类型,语音信道编码,卷积编码（ConverlutionalCoder),132,260bits,校验比特,bits,控制信道编码,4,456bits,184bits,数据信道编码,4,456bits,240bits,收缩处理（Punctuate),数据信道9.6kb/S,主要技术（一）,频率复用GMSK调制话音编码非连续传输（DTX）收发时隙偏差和时间提前,主要技术（二）,非连续接收（DRX）分集技术、均衡技术切换技术功率控制技术跳频技术,无线区族4各基战每个站3扇区基站结构3个120度或三叶草扇区C/I12dB,GSM43标准复用模式,GSM33标准复用模式,复用方式个基站个扇区特点不增加新基站容量增加（有限）抗干扰措施,GSM空中接口调制,10011,GaussianMinimumShiftKeying,GSM调制频谱,Power,Frequency,200KHz,RPELTP：规则脉冲激励长时线性预测编码功能：13KRPELTP64KPCM帧长：20ms速率：13Kb/sMOS：3.6复杂度：4.7MIPS抗干扰能力：7dB，BER一类0.61%，二类8.3%,语音编解码功能FR,ACELP：代数码本激励线性预测编码功能：13KACELP64KPCM帧长：20ms速率：12.8Kb/sMOS：4.0复杂度：18.1MIPS抗干扰能力：优于FR（BER很高时4，13，一样）,语音编解码功能EFR,通过限制无用信息的发送：减少空间干扰降低发信机功率，延长MS的电池使用时间,使用DTX的意义1,定量分析=40D=8dBC/I3dB等效于频率复用距离减少20%50%,使用DTX的意义2,D=4dB、8dB、12dB、16dB,D：DTX衰减因子，,收发时隙偏差与时间提前,不连续接收(DRX),传播损耗,自由空间传播损耗慢衰落分集由地形起伏、建筑物及障碍物的遮蔽等引起慢衰落（阴影衰落）快衰落均衡由各种反射物和散射体产生的直射波、反射波和散射波的相互干扰和串扰，以及多普勒（Doppler）频移等产生的快衰落（多径衰落）,均衡多径衰落,分集技术和合并技术,分集空间、极化、频率合并技术选择、最大比、等增益、开关式,空间分集,均衡,前馈横向滤波器,自适应算法,判决,反馈横向滤波器,A,B,y(n),+,_,I(n),I(n),+,_,e(n),输出序列,参考训练序列IR(n),训练序列,切换(Handover),