第1章GSM概述

1、1 第1章 GSM概述 2 l移动通信概述 lGSM系统概述 lGSM系统中的信令 l基站简介 3 l移动通信概念 l移动通信特点 l移动通信中的主要技术 4 l移动通信：通信双方中至少有一方在移动中 进行信息交换。 移动-移动；移动-固定 单向或双向 工作方式：单工、半双工、（全）双工 准双工：仅在有信号时发射，而接收机常开 FDD、TDD 信息形式：语音、数据、多媒体、图象 按不同的依据有多种分类方式 与无线电通信不是相同概念 5 l有线和无线相结合 l电波传播条件恶劣，存在严重多径衰落 l强干扰条件下工作 l具有多普勒效应 l存在盲区 l用户经常移动 6 l同频复用 l多信道共用 l多址

2、技术 l切换 l位置登记 l漫游 l分集技术 l跳频 l语音间断传输 l 提高频率利用率 跟踪交换 抗衰落、抗干扰 7 l同频复用 小区制结构（无线区群）中， 间隔一定的距离重复使用相同的频率 提高频率利用率 l多信道共用 多个用户共同享用多个信道 8 l分集技术 发送端把具有独立衰落特性的信号分散传送； 接收端对多个分集信号进行集中合并处理 微分集类型 l极化分集 (不同极化) l空间分集 (不同位置上) l时间分集 (时间间隔) l角度分集 (不同的路径和方向) l场分量分集 (不同的场分量) l频率分集 (频率间隔) 9 l切换 通话中移动台由一个小区进入另一个小区，为保 持通话不中断而

3、进行的频道转换。 l小区重选 移动台在空闲状态由一个小区进入另一个小区 l位置登记 移动台向系统发送报文表明自己所处位置的过程 l漫游 移动台离开注册入网的归属区后仍能入网使用 10 lGSM网络结构 l频率复用 l跳频 11 l系统组成 l网络结构 lGSM系统中的接口 12 13 l网络子系统NSS（或交换子系统SS） MSC HLR、VLR、AUC、EIR l基站子系统（BSS） BSC BTS l操作维护子系统（OSS） OMC l移动台子系统（MS） 14 lNSS： MSC： l电话交换功能（与呼叫相关）-核心 l类型：普通MSC 网关MSC（GMSC）-选路 汇接MSC（TMSC

4、）-汇接 GMSC和TMSC可独立设置，或与MSC合设； 可兼完成普通MSC的功能 15 HLR l移动用户管理（用户数据管理）-静态 l存储信息：用户信息（入网、业务） 位置信息（LAI） 号码：MSISDN、IMSI VLR l移动性管理 -动态 l用户离开时，信息即被删除 l存储信息：用户信息、位置信息、 TMSI、MSRN 16 EIR： l移动设备管理 防止非法设备入网使用 l我国的GSM系统未安装 AUC： l功能：安全性管理 l存鉴权信息和加密密钥等用于安全方面的信息 17 lBSC BSC l各种接口管理，无线资源和无线参数管理 如：切换定位、时间确定；功率控制；时间提前量确定

5、 BTS： l提供与MS的接口及无线链路 l由BSC控制并服务于某小区的无线收发设备， 完成信道转接，与MS间无线传输及相关控制 18 lOSS： 操作控制、维护管理 主要管理项目及功能单元： l移动用户管理 计费管理 移动设备管理 安全性管理 移动网络管理 lOMC： 网络监视、操作 无线规划 交换系统管理 性能管理 19 lMS：提供用户接入系统的接口 用户设备：手机、车载台、MT MS=ME+SIM lGSM移动台必须插入SIM才能正常呼叫 l在紧急呼叫时可不插SIM 20 l我国的GSM网络结构 二、三级混合网络结构 l无线覆盖区域结构 21 lGSM中的接口 lGSM数字信号处理 l

6、Um接口 l移动用户的接续过程（逻辑信道应用） l移动用户的呼叫处理过程 22 l接口类型、位置 A、Abis、Um、Sm B、C、D、E、F、G -网络子系统内部接口 l与基站子系统密切相关的接口 A： MSCBSC Abis： BSCBTS Um： BTSMS 23 24 lBS与MS的数字信号处理过程相似 区别：BSC处理信号来自MSC的64kbit/s的 PCM信号(8bit) MS处理的语音信号来自话筒 25 lMS对语音信号的处理过程 26 l概念 仅在有信息需发送时才打开发射机，而在无声 段关闭发射机 关发射机时信道不分配给其他用户使用 l作用 为MS省电 减少空中干扰电平 间接

7、提高频率利用率 27 l信道 l分级帧结构 28 l信道 物理信道：物理的 实际存在的 lGSM中：一个载频上的一个时隙 每个载频分为8个时隙-8个物理信道 l一个时隙中传送的信息格式-突发 逻辑信道：根据信息种类人为定义 l必须映射到物理信道才能实现信息传输 l类型：业务信道TCH：传送编码后的话音或用户数据 （可能被FACCH借用） 控制信道CCH：传送信令或同步数据 29 l逻辑信道的分类 TCH FCCH频率校正信道 BCH 广播信道 SCH同步信道 BCCH广播控制信道 PCH寻呼信道 CCH CCCH公共控制信道 RACH随机接入信道 AGCH允许接入信道 SDCCH独立专用控制信

8、道 DCCH专用控制信道 SACCH慢速随路控制信道 FACCH 快速随控制信道 30 l逻辑信道到物理信道的映射 C0载频 lTS0：FCCH、SCH、BCCH、PCH、AGCH TS0：RACH lTS1：SDCCH；SACCH lTS2TS7：TCH l上下行偏移3个时隙，使MS收发不需同时进行 C1Cn载频 l全部8个时隙(TS0TS7)用作TCH 31 l时隙帧结构 突发脉冲序列-时隙 共156.25bit，占时0.577ms l类型 普通突发脉冲序列NB 保护间隔：8.25bit （TCH、BCCH、PCH、AGCH、SDCCH） 频率校正突发脉冲序列FB（FCCH） 同步突发脉冲

9、序列SB（SCH） 接入突发脉冲序列AB（RACH） 保护间隔：68.25bit 空闲突发脉冲序列DB 无信息时代替NB发送 32 l分级帧结构 33 l频率复用：间隔一定的距离重复使用相同频 率 提高频率利用率的措施： l同频复用 l多信道共用 34 lGSM中频道序号对应工作频率的计算 已知n为频道序号 GSM900 n：1124 l上行：fl(n)=890.2+(n-1)*0.2MHz l下行：fh(n)=935.2+(n-1)*0.2MHz = fl(n)+45MHz DCS1800 n：512885 l上行：fl(n)=1710.2+(n-512)*0.2MHz l下行：fh(n)=

10、1805.2+(n-512)*0.2MHz = fl(n)+95MHz 35 l频率复用方式 43 、33、26、13方式 l 43方式：4个基站组成一个无线区群，每个基 站3个扇区 即至少需12个载频构成一个区群覆盖的频道组 l复用越紧密，频率利用率越高 但需考虑同频干扰问题 l选择复用方式需考虑网络具体情况 36 l概念： 通话期间，工作载频在几个频点上跳变 工作时隙不变 l采用跳频技术的原因 多径衰落与频率有关 不同频率，其衰落谷点位置不同 利用跳频技术尽可能 l作用：改善由衰落造成的误码特性 提高系统的抗衰落性能 37 l跳频的类型 快跳频FFH：跳频速率高于比特传输速率 慢跳频SFH

11、：跳频速率低于比特传输速率 GSM中采用SFH，跳频速率为217跳/秒 每个时隙（帧）一跳，即传156.25bit一跳 速率为：1/4.62ms217 38 l跳频的实现 基带跳频： l适用于多发射机系统 频率合成器跳频（射频跳频）： l可单发射机工作 GSM系统中跳频的实现 lBTS设备可能支持两种跳频方式，但只能选一种 实现 lMS只能采用频率合成器跳频方式 39 在GSM系统中采用NO.7信令系统 lNO.7信令系统 lGSM中的信令与协议 40 lNO.7信令的层次 以功能划分模块，完成相对独立的功能 以原语在模块间传递业务信息和网管信息 层次结构 41 层次结构 lMTP(消息传递部

12、分)（分三级） 信令网功能（网络层）-第三层 信令链路功能（链路层）-第二层 物理层-第一层 lSCCP(信令连接控制部分)：加强MTP部分功能 lTCAP(事务处理能力应用部分)：应用业务通信时提供规 约和功能 lOMAP(操作维护管理部分)：监视、测量及管理功能， 协议测试及在线监视 lMAP(移动应用部分)：负责移动网特有的信令 lCAP(CAMEL应用部分)：提供移动智能业务 lISUP(ISDN应用部分)：在ISDN环境中提供语音/非话交 换功能，支持承载、补充业务 lTUP(电话用户部分)：有关电话呼叫建立、释放功能及 程序，支持部分补充业务 42 图1-7 NO.7信令系统的层次

13、结构 43 lGSM中信令分层 高层应用、网络层、链路层、物理层 图1-8 NO.7系统在GSM网络中的应用 44 lGSM网络接口与协议 不同接口采用不同协议 图1-9 GSM系统中的协议 45 Um接口：MS-BTS 在信令中包含其他GSM设备的信令 l物理层：无线信道 链路层：LAPDm（基于ISDN） 网络层：RIL3-RR(支持无线连接、测量报告处理) l无线接口三层协议： 无线资源管理RR、移动性管理MM、连接管理CM 图1-10 MS与GSM 各设备通信关系 46 Abis接口 l物理层：PCM (2Mbit/s) l链路层：LAPD l网络层：BTSM和RR BTSM为BTS管

14、理层：用于支持分配传输路径 和测量报告 A接口 l物理层：PCM l链路层：MTP2 l网络层：MTP3、SCCP l用户部分：BSSAP和Um三层信令 BSSAP为BSS应用层 47 lGSM的分层结构和协议 GSM采用OSI七层模型 各对等层间进行信息交换 物理层：GSM L1提供物理链路 为高层提供TCH和CCH 链路层：L2(基于ISDN的D信道的LAPDm) 提供数据码流传送中的纠错能力 A(MTP2)、 Abis(LAPD)、Um(LAPDm) 网络层：信息流组织和选路中的协调和调度 L3：RR、MM、CM A（MTP3/SCCP） Abis（BTSM/RR） Um（RR/MM/C

15、M） 48 图1-11 GSM系统中层次结构和各自协议 49 lGSM信令系统的特点 严格分层：支持业务开放和系统互连 网络侧(MSC/HLR/VLR/EIR)-OSI七层一致的NO.7 信令互连 用户接入侧(MSC和BTS、空中接口) -ISDN用户/网络口一致的三层结构 业务综合接入 Um上的不同协议 MS对HLR设置补充业务参数 BTS和BSC不对MM-CM处理 移动性管理和通信接续信息 RR：MS和BSC间交换无线资源分配消息 50 图1-13 Um接口信令示意图 51 图1-14 Abis接口上的4层信令 52 lGSM网络中与BSS有关的信令链路 MTL：MSC与BSC之间的信令链

16、路，俗称A接口，采用 中国7#信令，链路速率64kb/s RSL：BSC与BTS之间的信令链路，俗称Abis接口，第 二层采用LAPD，链路速率64kb/s OML：OMC-R与编码器及OMC-R与BSC之间的信令链 路，采用X.25分组交换协议，链路速率64kb/s XBL：编码器与BSC之间的信令链路，第二层采用 LAPD，链路速率64kb/s CBL：CBC与BSC之间的信令链路，采用X.25分组交换 协议，链路速率64kb/s 53 l基站信令（三层） 层3： Abis：BTS的操作维护部分 SW下载、TRX 配置、失效管理、CPU 复位、硬件测试 BTS操作维护协议：各系统不能混用

17、层2 ：Abis：OML、RSL(业务管理) BTS操作维护：OML 层1：G.703（A、Abis采用） 图1-15 基站信令的三层结构 54 lBSS：BSC、BTS lBTS基站机房的基本配置 主设备（天馈系统、直放站与室内分布系统） 传输设备 电源 空调 监控 l基站故障时的故障处理流程 55 56 l基站中各类信号的传输 用户信息和信令：通过传输线由BSC经过传输设备和主设备 相连，无线信号经主设备中的收发信部分通过天馈线收发 电源：提供可由交流市电或油机提供，两者间用转换设备转 换，在短暂停电时间由蓄电池供电，所提供的电源经通信电 源设备提供给主设备、传输设备等 监控：告警信号传至基站设备与主设备告警、传输设备的告 警信号经由传输设备送至OMC。 l监控系统主要完成对动力和环境的监控 动力的监控：交直流、空调 环境的监控：水浸、火情、温度、湿度、烟雾、门禁、 防盗等 57 l当基站故障时，处理流程为先电源，后传输， 最后主设备。 l对电源部分，检查开关电源输出、设备电源输 入(指示灯） l对传输部分，在