培训讲座PPT GSM基本原理

1、gsm 原理原理 内部培训 2 目录 1. gsm系统基本结构和原理 2. gsm系统中的无线参数 3. 关于双频组网 一. gsm系统基本结构和原理 4 移动通信与特点 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互的通信。 可以是移动台与移动台之间的通信，也可以是移动台与固定用户之间的 通信。由于用户的移动性，其管理技术要比固定通信复杂，同时，由于 移动通信网中依靠的是无线电波的传播，其传播环境要比固定网中有线 媒质的传播特性复杂，因此，移动通信有着与固定通信不同的特点。 1 、 无线电波传播环境复杂。移动通信的电波处在特高频（ 300m 3000mhz ）频段，即分米微波段，传播

2、的主要方式是空间传播，又称视 距传播，电磁波在传播时不仅有直射信号，而且还会经地面、建筑群或 障碍物等产生反射、折射、绕射传播，从而产生多径传播引起的快衰落、 阴影效应引起的慢衰落等衰落，以及多卜勒频移。因此移动通信系统要 有分集接收等抗衰落措施，才能保证正常运行。 2 、噪声和干扰严重。 移动台在移动时既受到环境噪声的干扰，又有系统干扰。由于系统内有 多个用户和采用频率复用技术，因此，移动通信系统有互调干扰、邻道 干扰、同频干扰等主要的系统干扰。这就要求移动通信系统需要合理的 同频复用规划和无线网络优化等措施。 3 、用户的移动性。用户具有移 动性和移动的不可予知性，因此，系统中要有完善的管

3、理技术来对用户 的位置进行登记、跟踪，不因为位置的改变而中断通信。 4 、有限的频 率资源。无线网络频率资源是有限的， itu 对无线频率的划分有严格的 规定，采取频率复用和跳频技术等，提高系统的频率利用率是移动通信 系统的又一重要特点。 5 移动通信多址技术 在蜂窝通信系统中，移动台是通过基站和其他移动台进行通信的，因此必须对移动台和基站 的信息加以区别，使基站能区分是哪个移动台发来的信号，而各移动台又能识别出哪个信号 是发给自己的，要解决这个问题，就必须给每个信号赋以不同的特征，使多用户共用公共的 信道，这就是多址技术。当把多个用户接入一个公共的传输媒质实现相互间通信时，需要给 每个用户的

4、信号赋以不同的特征，以区分不同的用户，这种技术称为多址技术。移动通信中 常用的主要有、和等多址方式。、频分多址（）。把 整个可分配的频谱划分成许多单个无线载频，每个载频信道可以传输一路话音或控制信息， 在通信时，不同的移动台占用不同频率的信道进行通信。、时分多址 (tdma) 。 tdma 是 把时间分成周期性的帧，每一帧再分割成若干时隙 ( 无论帧或时隙都是互不重叠的 ) ，每一个 时隙就是一个通信信道。通信时，给每个用户分配一个时隙，使各个移动台在每帧内只能按 指定的时隙向基站发射信号。这样，同一个频道就可以供几个用户同时进行通信。 3 、码分 多址 (cdma) 。对于时域上的脉冲信号，

5、其脉冲宽度越窄，频谱就越宽。那么，如果用所需 要传送的信号信息去调制很窄的脉冲序列，就可以将信号的带宽进行扩展。所谓扩频调制， 就是指用所需要传送的原始信号去调制窄脉冲序列，使信号所占的频带宽度远大于所传原始 信号本身需要的带宽。这个窄脉冲序列称为扩频码。由于信号扩展在非常宽的带宽上，因此 来自同一无线信道的用户干扰就很小，使得多个用户可以同时分享同一无线信道。在通信系 统中，如果多用户使用相同频率和时间上都是重叠的，而采用每个移动台分配一个独特的码 序列，与所有别的码序列都不相同，用这种不同的正交编码序列来区分不同的用户，在发送 时，信号信息和该用户的码序列相乘进行扩频调制，在接收端，接收器

6、使用与发端同样的码 序列对宽带信号进行解扩，恢复出原始信号，而其他使用不同码型的信号因为和接收机本地 产生的码型不同而不能被解调。这种靠不同的码序列来区分不同的移动台，称为码分多址。 6 多址技术多址技术 多址技术主要是解决多用户共享系统无线资源的问题。频率、时间、正 交码是 三种易于使用的资源，对应的有三种基本的多址方式，即频分多址 （fdma）、时 分多址（tdma）和码分多址（cdma） 多址方式的选择取决于通信系统的应用环境和要求。移动通信网络面 临着用户 数量和通信业务量的激增，从而引发了在有限的频率资源情况下如何提 高通信系 统的容量问题。 7 频分多址频分多址 频分多址是把通信系

7、统的总频段划分成若干个等 间隔的频道(也称信道)分配给不 同的用户使用。这些频道互不交叠，其宽度应能 传输一路数字话音信息，而在相 邻频道之间无明显的串扰 。 8 时分多址时分多址 时分多址是把时间分割成周期性的帧，每一帧再分割成若干个时隙(无论帧或时 隙都是互不重叠的)，再根据一定的时隙分配原则，使各个移动台在每帧内只能按 指定的时隙向基站发送信号，在满足定时和同步的条件下，基站可以分别在各时 隙中接收到各移动台的信号而不混扰。同时，基站发向多个移动台的信号都按顺 序安排。在预定的时隙中传输，各移动台只要在指定的时隙内接收，就能在合路 的信号中把发给它的信号区分出来 9 码分多址码分多址 码

8、分多址系统中，不同用户传输信息所用的信号不是靠频率不同 或时隙不同来 区分，而是用各自不同的编码序列来区分，也可以说是靠信号的 不同波形来区 分。cdma通信系统既不分频道又不分时隙，无论传送何种信息的 信道都靠采用不 同的码型来区分。这种信道属于逻辑信道，逻辑信道无论从频域 或者时域来看都 是相互重叠的，也可以说它们均占用相同的频段和时间。 10 tdma与fdma比较 1、 tdma系统的基站只用一部发射机，可以避免象fdma系统那样因多部 不同频率的发射和同时工作而产生的互调干扰。 2、tdma系统不存在频率分配问题，对时隙的管理和分配通常要比对频率 的管理与分配简单而经济。所以，tdm

9、a系统更容易进行时隙的动态分配。 如果采用话音检测技术，实现有话音时分配时隙，无话音时不分配时隙， 这样还有利于提高系统容量。因移动台只在指定的时隙中才接收基站发 给的信息，因而在一帧的其它时隙中，可以测量其它基站发送的信号强 度，或检测网络系统发送的广播信息和控制信息，这对于加强通信网络 的控制功能和保证移动台的越区切换都有利。 3、 tdma系统必须有精确的定时和同步，保证各移动台发送信号不会在 基站发生重叠或混淆，并且能准确地在指定的时隙中接收基站发给它的 信号。同步技术是tdma系 统正常工作的重要保证，它也是非常复杂的技 术问题。 11 移动通信的发展 移动通信并不是一项很新的技术，

10、但却是发展非常迅速的技术。移动通信可以说 从 1897 年马可尼所完成的无线通信试验之日起就产生了。现代移动通信的发展始 于 20 世纪 20 年代（美国警察的车载无线电系统），而公用移动通信是从 20 世纪 60 年代开始的。公用移动通信系统的发展已经经历了第一代 (1g) 和第二代 (2g) ， 并将继续朝着第三代 (3g) 和第四代 (4g) 的方向发展。第一代移动通信系统为模 拟蜂窝移动通信系统，以美国的 amps(is-54) 和英国的 tacs 为代表，采用频分 双工、频分多址制式。由于采用频分多址，信道利用率较低，因此通信容量有限； 模拟通信，保密性较差；不能提供非话数据业务。第

11、二代移动通信系统为数字蜂 窝移动通信系统，以 gsm 和窄带 cdma 为典型代表。采用了数字技术，多址方 式由频分多址转向时分多址和码分多址技术，双工技术仍采用频分双工。典型的 数字移动通信制式主要有泛欧的 gsm 、美国的 d-amps （ is-136 ）、日本的 jdc （又称 pdc ）和窄带 cdma 系统（ is-95 ）等。第三代移动通信系统即 imt-2000 ，要能高速传输支持多媒体业务，在车速环境下 144kb/s ；步行环境 384kb/s ；室内环境 2mb/s 。目前有三大主流技术标准 wcdma 、 cdma2000 和 td-scdma 。中国提出的 td-sc

12、dma 采用了 tdd 、智能天线和同步 cdma 技 术，具有适合非对称数据传输、容量大、频段使用灵活等特点。 12 移动通信的发展 由大区向蜂窝的发展： * 容量大幅度提高 * 功率大大降低功率大大降低 * 连续覆盖面广 * 技术难度提高 13 移动通信的发展 由模拟向数字的发展： 第一代蜂窝系统： * amps （美国） * tacs （英国） * nmt （北欧） * namts （日本） 第二代蜂窝系统： * gsm/dcs1800 （欧洲） * is-95 cdma （美国） 第三代蜂窝系统： * wcdma （欧洲） * cdma2000 （美国） * td-scdma （中国）

13、 14 gsm 系统 gsm 系统由移动台 ms 、基站子系统 bss 、网络子系统 nss 和操作子系统 oss 四个部分组 成，如图 1.1 所示。移动台是移动网中的用户终端，包括移动设备 (me) 和移动用户识别模块 sim 卡。 sim 卡上包含所有与用户有关的信息，也含有鉴权和加密实现的信息。基站子系统 (bss) 由基站收发信台 (bts) 和基站控制器 (bsc) 组成；负责在一定区域内与移动台之间的无 线通信。 bsc 是 bss 的控制部分，一个基站控制器通常控制几个基站收发台，主要功能是进 行无线信道管理、实施呼叫和通信链路的建立和拆除，并为本控制区内移动台越区切换进行 控

14、制等； bts 是 bss 的无线部分，实际是负责于某小区的无线收发信设备，包括发射机、接 收机、天线、连接基站控制器的接口电路以及收发信台本身所需要的检测和控制装置等，它 完成 bsc 与无线信道之间的转换，实现 bts 与 ms 之间通过空中接口的无线传输及相关的控 制功能。网络子系统由移动交换中心 (msc) 和操作维护中心 (omc) 以及归属位置寄存器 (hlr) 、访问位置寄存器 (vlr) 、鉴权认证中心 (auc) 和设备标志寄存器 (eir) 等组成。 msc 是整个网络的核心，它为本 msc 区域内的移动台提供所有的交换和信令功能，同时它 在 msc 之间完成路由功能，并实

15、现移动网与其他网的互连。 hlr 是一种用来存储本地用户 位置信息的数据库，存储包括用户识别号码、访问能力、用户类别和补充业务等数据，也存 储漫游用户所在 msc 区域的有关动态数据。 vlr 是一个用于存储进入其覆盖区已登记的用 户相关信息的数据库，为建立呼叫接续提供必要条件，当漫游用户登记时还要给该用户分配 一个新的漫游号码 (msrn) ，用于其 hlr 选路，物理上可与 msc 合设记作 msc/vlr 。鉴 权中心 (auc) 存储着鉴权信息和加密密钥，可以不断为提供一组参数 ( 包括随机数 rand 、 符号响应 sres 和加密键 kc 三个参数 ) ，以此来鉴别用户身份的合法性

16、，从而只允许有权用 户接入网络并获得服务。操作支持子系统 oss 完成移动用户管理、移动设备管理和系统的操 作与维护。对全网中每一个设备实体进行监控和操作，实现对 gsm 网内各种部件的功能监视、 状态报告、故障诊断、话务量的统计和计费数据的记录与传递等功能。 15 gsm系统结构 msc bsc bsc bts bts ms eir msc ms bts bts omc hlr vlr pstn isdn pdn umabisa auc 16 17 各模块功能（一） ms (mobile station)：移动台，实现移动终端功能 bts (base transceiver station)

17、：基站收发信台，实现移动通信系统与 ms之间的无线通信 bsc (base station controller)：基站控制器，实现无线系统到交换系统 的集线功能、无线资源管理功能以及其它与无线相关的控制功能 msc (mobile service switching center)：移动业务交换中心，实现移动 业务交换功能 omc (operation and maintenance center)：操作维护中心，提供人机界 面实现对系统设备的监测和控制功能 18 各模块功能（二） hlr (home location register)：归属位置登记处。实际上是一个数据 库，主要储存二类数

18、据： 用户数据，主要包括： 用户的身份imsi (international mobile subscriber identification) 用户isdn号码 vlr地址 用户的位置信息 有关用户数据在gsm03.08中描述 19 各模块功能（三） vlr (visitor location register)：拜访位置登记处。实际上是一个数据 库，储存用户信息，主要包括： msrn (mobile station roaming number) : 移动台漫游号码 tmsi (temporary mobile subscriber identification) : 临时移动用户身份 移

19、动台登记的位置区（lac） 与补充业务有关的数据 有关用户数据在gsm03.08中描述 20 各模块功能（四） auc (authenticate center) : 鉴权中心，用于对用户身份的鉴别 eir (mobile station equipment identity register) : 移动台设备身份登记 处，用于储存及鉴别移动台的设备身份。 21 gsm 系统接口 gsm 系统的主要接口有 a 接口、 abis 接口和 um 接口等，见图 1.2 。 (1)a 接口 定义为网络子系统 (nss) 与基站子系统 (bss) 之间的通信接口，从系统的功能实 体来说，就是移动业务交换

20、中心 (msc) 与基站控制器 (bsc) 之间的互连接口，其 物理链接通过采用标准的 2.048 mb/s 的 pcm 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、移动性管理和接续管理等。 (2)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，用于 bts 与 bsc 之间的远端互连，物理链接通过采用标准的 2.048 mb/s 或 64 kb/s 的 pcm 数字传输链路来实现。 (3)um 接口 ( 空中接口 ) 定义为移动台 ms 与基站收发台 bts 之间的通信接口，用于移动台与 gsm 系统的固定部

21、分之 间的互通，其物理链接通过无线方式实现。此接口传递的信息包括无线资源管理， 移动性管理和接续管理等。此外还有网络子系统内部接口，见图 1.3 。 b 接口： msc 和与它相关的 vlr 之间的内部接口。 c 接口： msc 和 hlr 之间的接口， 物理链接方式是标准的 2.048mb/s 的 pcm 数字传输链路。 d 接口： hlr 和 vlr 之间的接口，也是通过 msc 与 hlr 之间标准的 2.048mb/s 的 pcm 数字传 输链路实现的。 e 接口： msc 之间的接口；是通过 msc 与 msc 之间标准的 2.048mb/s 的 pcm 数字传输链路实现。 g 接口

22、： vlr 之间的接口； h 接口： hlr 和 auc 之间的接口。 22 逻辑信道 业务信道tch 广播信道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 23 gsm控制信道 控制信道分为以下三类。 (1) 广播信道 (bcch) ：一种一点到多点的单方向下行控 制信道。 bs 在 bcch 中向所有 ms 广播一系列的信息，用于移动台入网、位置 登记和呼叫建立 ( 如同步信息 ) 。包括频率校正信道、同步信道和广播

23、控制信道。 sch 传同步信息和基站识别码。 (2) 公共控制信道 (ccch) ：一种一点对多点的 双向控制信道，用于传送呼叫接续阶段所必需的各种信令信息。其中， ccch 又 可以分为三种：随机接入信道 (rach) 、准予接入信道 (agch) 和寻呼信道 (pch) 。 rach 是上行信道，用于移动台在申请入网时，向基站发送入网请求信 息。 agch 是下行信道，用于基站向移动台发送指配专用控制信道 dcch 的信息。 pch 是下行信道，传送基站对移动台的寻呼信息。 (3) 专用控制信道 (dcch) ： 一种“点对点”的双向控制信道，其用途是在呼叫接续阶段和在通信进行当中， 在移动台和基站之间传输必需的控制信息。包括独立专用控制信道 sdcch 和随 路控制信道（ facch 、 sacch ）。 sdcch 双向，传送鉴权、业务信道指配等 信息。随路控制信道传送功率控制、越区切换和无线传输测量报告等信息。一个 基本的逻辑信道应用过程如下。 ms 开机，在 fcch 上接收频率校正信息，在 sch 上接收同步信号，在 bcch 上接收系统消息，在 rach 上接入申请，在 agch 上允许接入并分配 sdcch ，在 sdcch 上进行鉴权，在 sacch 上功率控 制。 gsm 无线接口上，