GSM基站基础知识

1、GSM基站基础知识 Nokia GSM基站基础知识 GSM基站基础知识 我国GSM网络的工作频段 l我国陆地蜂窝数字移动通信 网GSM通信 系统采用900MHz与1800MHz频段: l GSM900MHz频段为：890915(移动台 发,基站收),935960(基站发,移动台收); l DCS1800MHz频段为：17101785(移 动台发,基站收),18051880(基站发,移动 台收); GSM基站基础知识 GSM 频段规划 GSM基站基础知识 多址方式 lFDMA频分多址 lTDMA时分多址 lCDMA码分多址 GSM基站基础知识 GSM FDMA 和TDMA GSM基站基础知识 l

2、GSM使用TDMA（时分多址）和FDMA（频分多址）。 l这张幻灯片显示其中一个频段。各频段划分被称为ARFCN （绝对射频信道数）的200kHz频率片。除了划分频率外， ARFCN 也把时间分成8个时隙（TS），各TS依次由同 MS使用。8个TS即是一帧。幻灯片示出4个TCH（业务信 道）。每一个TCH使用特定的ARFCN和时隙。相同 ARFCN上的2个TCH使用同的时隙，另两个在同的 ARFCN上。TS数和ARFCN的组合即为物信道。 GSM FDMA 和TDMA GSM基站基础知识 频道间隔 l 相邻两频点间隔为为200kHz，每个频点 采用时分多址（TDMA）方式，分为8个 时隙，即8

3、个信道（全速率） l意味着每个用户占用的频带带宽 200kHz GSM基站基础知识 信道调制方式 系统采用GMSK(BT=0.3)即高斯最小频移键 控 2.其实是属于一种相位调制方式 3.调制速率为 4.使用维特比算法进行解调 GSM基站基础知识 语音编码 l由于GSM系统是一种全数字系统，话音和其它信号都要进 行数字化处理，因此移动台首先要将语音信号转换成模拟 电信号，以及其反变换，移动台再把这模拟电信号转换成 13Kbit/s的数字信号，用于无线传输。 l目前GSM采用的编码方案是13 Kbit/s的RPE-LTP（规则脉 冲激励长期预测），其目的是在不增加误码的情况下，以 较小的速率优化

4、频谱占用，同时到达与固定电话尽量相接 近的语音质量。 l目前，语音编码可分为全速率，半速率，增强型全速率编 码机制 l在GSM网络中语音编码在MS和TC中实现 GSM基站基础知识 信道编码 l信道编码用于改善传输质量，克服各种干扰因素对信号产生的不良影响， 但它是以增加比特降低信息量为代价的。编码的基本原理是在原始数据 上附加一些冗余比特信息，增加的这些比特是通过某种约定从原始数据 中经计算产生的，接收端的解码过程利用这些冗余的比特来检测误码并 尽可能的纠正误码。如果收到的数据经过同样的计算所得的冗余比特同 收到不一样时，我们就可以确定传输有误。根据传输模式不同，在无线 传输中使用了不同的码型

5、。 lGSM使用的编码方式主要有块卷积码、纠错循环码（FIRE CODE）、 奇偶码（PARITY CODE）。块卷积码主要用于纠错，当解调器采用最 大似然估计方法时，可以产生十分有效的纠错结果。纠错循环码主要用 于检测和纠正成组出现的误码，通常和块卷积码混合使用，用于捕捉和 纠正遗漏的组误差。奇偶码是一种普遍使用的最简单的检测误码的方法。 l无论如何处理，全速率TCH编码都将在信道编码后,在每20ms内将形成 456比特的编码序列。 GSM基站基础知识 交织技术 l移动通信中这种变参的信道上，比特差错经常是成串发生 的。这是由于持续较长的深衰落谷点会影响到相继一串的 比特。但是，信道编码仅在

6、检测和校正单个差错和不太长 的差错串时才有效，为了解决这一问题，希望找到把一条 消息中的相继比特分开的办法，即一条消息的相继比特以 非相继的方式被发送，使突发差错信道变为离散信道。这 样，即使出现差错，也仅是单个或者很短的比特出现错误， 也不会导致整个突发脉冲甚至消息块都无法被解码，这时 可再用信道编码的纠错功能来纠正差错，恢复原来的消息。 这种方法就是交织技术。 l交织技术实际上是一种时间分集技术。 l在实际网络中要考虑交织深度，虽然交织深度越深，交织 效果越好，否则将导致较长的时延。 GSM基站基础知识 加密 l在数字传输系统的各种优点中，能提供良好的保 密性是很重要的特性之一。GSM通过

7、传输加密提 供保密措施。这种加密可以用于语音，用户数据 和信令，与数据类型无关，只限于用在常规的突 发脉冲之上。加密是通过一个泊松随机序列（由 加密钥Kc与帧号通过A5算法产生）和常规突发脉 冲之中114个信息比特进行异或操作而得到的。 l在接收端再产生相同的泊松随机序列，与所收到 的加密序列进行同或操作便可得到所需要的数据 了。 GSM基站基础知识 调制和解调 l调制和解调是信号处理的最后一步。简单的说GSM所使用的 调制是的GMSK技术，其调制速率是，使用的是Viterbi（维特 比）算法进行的解调。 l调制的功能就是按照一定的规则把某种特性强加到的电磁波 上，这个特性就是我们要发射的数据

8、。GSM系统中承载信息 的是电磁场的相位，即调相方式。 l解调的功能是接收信号，从一个受调的电磁波中还原发送的 数据。从发送角度来看，首先要完成二进制数据到一个低频 调制信号的变换，然后再进一步把它变到电磁波的形式。解 调过程是一个调制的逆过程。 GSM基站基础知识 GSM网络拓扑结构 GSM基站基础知识 GSM 架构 ACEIR BTS OMC MSC VLR HLR BSC BTS BTS BTS BTS BSC BSS - Base Station Subsystem NSS - Network Subsystem NMS - Network Management SystemMS Ab

9、isAirA IWF SC PSPDN PSTN ISDN Transcoder GSM基站基础知识 GSM 架构的诺基亚实现 BTS BTS BTS BTS BTS BSS - Base Station Subsystem NSS - Network Subsystem NMS / 2000 Network Management System AbisAir A PSPDN PSTN ISDN SMSC DX 200 MSC/VLR DX 200 HLR/AC/EIR DX 200 BSC DX 200 TCSM NSS Site GSM基站基础知识 BSS in the GSM netwo

10、rk NSS BSS Control flow User data flow PSTN PLMN PSPDN CSPDN ISDN OMC PSTN Public Switched Telephone Network PSPDN Packet Switched Public Data Network PLMN Public Land Mobile Network CSPDN Circuit-Switched Public Data Network ISDN Integrated Services Digital Network GSM基站基础知识 BSS in the GSM network

11、lNSS：网络交换子系统 lBSS：基站子系统 lOMC：操作维护中心 lControl flow：控制流 lUser data flow：用户数据流 lPSTN：公众交换电话网 lPSPDN：包交换公众数据网 lPLMN：公众陆地移动网 lCSPDN：电路交换公众数据网 lISDN：集成业务数字网 GSM基站基础知识 网络交换子系统（NSS） NSS系统主要完成话路的交换功能、和BSS等其他网络 或网元的信令连接、用户数据与移动性管理、安全性管理等 功能。 NSS 主要包括：MSC（移动业务交换中心）、VLR（访 问位置登记器）、HLR（归属位置登记器）、AUC（鉴权中 心）、 EIR（设备

12、识别器）。 GSM基站基础知识 操作维护中心（OMC） OMC是NMS的一部分，主要是与BSS连接，存储着所有 BSC以及BTS方面的网络参数，主要功能是对BSS进行网络监 控、配置管理、测量统计所有关于BSS方面数据等等。 GSM基站基础知识 基站子系统（BSS） BSS系统在网络中的主要功能：无线资源的分配与管理 （包括无线信道分配、切换、功率控制等）、无线网的监控 （包括话音质量、接收电平等）、提供NSS与MS之间的链路 连 接（A接口和ABIS接口的话务和信令连接）、无线资源数据的 统计等。 主要包括码型转换器（TC）、基站控制器（BSC）和基站 （BTS） GSM基站基础知识 TC的

13、功能 l话音编码 l话务信道速率转换（64K16K) l话音激活检测 l将来自MSC的多条2M PCM压缩成一条2M PCM给BSC l提供与MSC/BSC的接口 GSM基站基础知识 BSC功能 BSC是BSS系统的核心单元，主要包括以下功能： l无线资源的配置和管理 l无线链路监控 l跳频管理 l寻呼 l对BTS和MS进行功率控制 l切换管理 l信令管理 l呼叫控制处理 l测量和观察处理 GSM基站基础知识 BTS l提供空中接口 时间提前量的计算 执行跳频 信道编码/解码以及交织加密 调制/解调制 收集空闲信道的质量报告 l维持BTS与MS的同步连接 l侦听RACH l执行功率控制 l负责

14、空中接口信令 GSM基站基础知识 BSS系统接口 GSM基站基础知识 A接口 lA接口定义为网络子系统NSS与基站子系统BSS 间的通信接口。从系统上来讲就是移动交换中心 MSC与基站控制器BSC之间的接口。 l 物理链路采用标准的的数字传输链路。 l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、接续管理等。 lA接口使用七号信令协议 lA接口属一种开放的接口 GSM基站基础知识 Abis接口 l Abis接口定义了基站子系统BSS中基站控制器 BSC和基站收发信台BTS 之间的通信标准，用于 远端互连方式。 l图示中的BS接口是Abis接口的特例，用于定义基 站控制器BSC与基

15、站收发信台BTS间距离小于10 米时的标准。 lBSC与BTS之间采用标准的数字链路来实现，此 接口支持所有面向用户提供的服务，并支持对BTS 无线设备的控制和无线频率的分配。 l Abis接口采用lapd信令协议 l Abis接口是非开放的接口 GSM基站基础知识 Um接口 l空中接口定义为移动台与基站收发信台BTS 之间的通信接 口。用于移动台与GSM系统的固定部分之间的互通。 l 物理链路是无线链路，此接口传递的信息主要包括无线资 源管理信息、移动性管理信息和接续管理信息等。 lUm接口采用lapdm信令协议 lUm接口是开放性接口 GSM基站基础知识 BTS配置类型 全向 BTS f1

16、,f2, f3 3 扇区 BTS 2 扇区 BTS f2 f1, f2 f5, f6 f1 f3, f4 GSM基站基础知识 系统组网方式 l星型 l链型 l环形 l混合型 GSM基站基础知识 GSM 蜂窝小区规划 l组网结构与频率复用 l大区制 l小区制 l高速公路 l多层网 l双频网 GSM基站基础知识 大区制 *可加上塔放 GSM基站基础知识 小区制 GSM基站基础知识 高速公路 GSM基站基础知识 全向小区与扇形小区 lO型站点： 全向性小区。全向性小区。 lS型站点： 扇区性小区。扇区性小区。 O S3 GSM基站基础知识 扇形小区组网 GSM基站基础知识 BTS主要分为 l基带部分

17、 l射频部分 GSM基站基础知识 基带部分做什么？ l信源编码（RPE-LTP语音编码，13kb/s) l信道编码（块编码，卷积编码） l加密 l交织 l帧形成 GSM基站基础知识 射频部分做什么？ l射频单元包括发射部分和接收部分； l主要功能是将TDMA帧基带信号调制到载 频上，并发射出去，以及从收信前端电路 接收高频调制信号并解调出基带信号。 GSM基站基础知识 基站的跳频 l跳频是指载波频率在某一频率范围内按照 某种图案进行跳变。 l基站调频能够起到频率分集和干扰源分集 的作用。 lGSM系统中，每秒跳频217次，属于慢跳 频。 GSM基站基础知识 基带跳频和射频跳频 l基带跳频 1，

18、基带跳频中每个载频的频点不变，时隙在各个载频之间 跳变。 2，BCCH所在时隙不参加调频（但BCCH所在的频点的其 它时隙可以参加跳频） 3，RTC, RT, AFE，都支持基带跳频 l射频跳频 1，射频跳频中载频的频点随时间不断跳变 2，BCCH所在的频点不参加跳频 3，AFE支持射频跳频， RTC, RT不支持射频跳频。 GSM基站基础知识 基站的分集技术应用 l空间分集 天线分集接收 l时间分集 交织 l频率分集 跳频 GSM基站基础知识 基站类型 l二代站 DE21/DF21 l三代站 DE34/DF34 Intratalk（室内大站），Citytalk （室外大 站）Flexital

19、k（mini站） lDE45/DF45 Primesite（微蜂窝） lUltrasite lMetrosite lConnectsite GSM基站基础知识 二代站组成 l主架和扩展架 l传输单元 l接口单元 lSUPA/XUPA lOMU lMCLX lFQHU lRTC lRFTE lTRANSCEIVER DSPU,FUCC,TXUA,RXUA GSM基站基础知识 DE34 Intratalk基站组成 lBCFA lTRUA lRTCC lAFEX lRMUJ lTRXA/TRXD lCSUA lPSUA/PSUB lCCFX l机架（主机架和扩展机架）及各种连线 GSM基站基础知识

20、DE34 MINI基站组成 lPSUA/PSUB lBCFA lTRUA lTRXA lAFEJ l机架及各种连线 GSM基站基础知识 Primesite组成 l一各单元集成整个基站的功能 l一个基站只有一个频点 l可以用几个Primesite串接构成包含多个频 点的基站 GSM基站基础知识 Ultrasite组成 lBOI控制及操作维护单元 lTSG载频射频单元 lBB2载频基带单元 lM2L2路接收耦合单元 lM6L6路接收耦合单元 lRTJ远端调谐合路单元 lWCG宽带合路单元 lDVJ2路双工滤波单元 lPWSA交流供电单元 lPWSB直流供电单元 l机架，背板及各种连线 GSM基站基

21、础知识 Metrosite组成 l机框和背板及连线 l电源单元 l接口单元VIF l传输单元（VXT,FC-STM等） l载频单元（最多4个载频） l风扇单元 GSM基站基础知识 BCF的显示 l0001 初始化 l0002 连接到abis l0003 用户测试 l0004 执行BCF-TRUA环路测试 l0005 等待lapd link的建立 l0006 下载软件，硬件数据库 l0007 配置 l0008 ok lBcfa ok，但是之前有故障发生过 GSM基站基础知识 TRX的显示 lINIT 初始化 l00 频点号 lHOP 跳频模式 lLOOP 环路测试 lPOFF 发射功率失败 l00- POFF 没有激活 GSM基站基础知识 TRX LOOP TEST步骤 lBlock基