无线通信技术基础_13第二代移动通信系统

1、无线通信无线通信技术基础技术基础第第13章、第二代移动通信系统章、第二代移动通信系统内容介绍内容介绍 第第一代移动通信系统（一代移动通信系统（1G）的用户容量和通信质量受到模拟调制技术的）的用户容量和通信质量受到模拟调制技术的限制限制，无法，无法满足大城市中移动用户数量急剧增加的需要，如何提高蜂窝系统满足大城市中移动用户数量急剧增加的需要，如何提高蜂窝系统的用户容量和通信质量成为移动通信发展的主要问题，采用大量数字技术的的用户容量和通信质量成为移动通信发展的主要问题，采用大量数字技术的蜂窝移动通信系统在这两个方面可以提供很大程度的改善。蜂窝移动通信系统在这两个方面可以提供很大程度的改善。 第二

2、第二代移动通信系统（代移动通信系统（2G）的主要特征是完全采用数字技术，包括）的主要特征是完全采用数字技术，包括：数数字话音编码、字话音编码、数字信号处理数字信号处理、数字调制等等。、数字调制等等。2G系统在系统在20世纪世纪90年代初开始年代初开始投入商用，最典型的系统是欧洲的投入商用，最典型的系统是欧洲的GSM系统和北美的系统和北美的CDMA IS-95系统。系统。其其主要主要技术特点是：技术特点是：n 采用了抗干扰性能良好的数字调制技术。采用了抗干扰性能良好的数字调制技术。n 采用了功率控制技术解决大尺度衰落和远近效应问题。采用了功率控制技术解决大尺度衰落和远近效应问题。n 采用了均衡、

3、分集、信道编码等技术解决小尺度多径衰落问题。采用了均衡、分集、信道编码等技术解决小尺度多径衰落问题。n 采用了数字话音编码技术提供低码率、高质量的话音通信采用了数字话音编码技术提供低码率、高质量的话音通信。 本章重点本章重点一一USDC移动通信系统。移动通信系统。二二GSM移动通信系统。移动通信系统。三三CDMA（IS-95）移动通信系统）移动通信系统。第第13.1节、概述节、概述n 第二代移动通信系统（第二代移动通信系统（2G）是以传送话音和数据业务为主的窄带数字通信）是以传送话音和数据业务为主的窄带数字通信系统，系统，典型系统典型系统包括包括：USDC、GSM、CDMA IS-95和和PH

4、S等。等。2G系统除系统除了可以提供话音服务之外，还可以提供了可以提供话音服务之外，还可以提供低速率数据和低速率数据和短消息服务。短消息服务。n 2G系统普遍采用了数字话音编码、信道编码、数字调制和先进的呼叫处理系统普遍采用了数字话音编码、信道编码、数字调制和先进的呼叫处理技术，同时采用了新的网络结构。从技术，同时采用了新的网络结构。从GSM系统开始，在系统开始，在BTS和和MSC之间引之间引入了一个新的设备：基站控制器（入了一个新的设备：基站控制器（BSC）。BSC设置在设置在MSC与多个与多个BTS之之间，可以分担大量原来需要间，可以分担大量原来需要MSC进行处理的工作，使进行处理的工作，

5、使MSC的运算量大大降的运算量大大降低。这种结构上的更新还使得低。这种结构上的更新还使得MSC和和BSC之间的数据接口完全标准化，标之间的数据接口完全标准化，标准化和互操作性是第二代移动通信系统的新特征，系统运营商可以使用不准化和互操作性是第二代移动通信系统的新特征，系统运营商可以使用不同制造商提供的的同制造商提供的的MSC和和BSC设备。这一改革促进了竞争，推动了技术进设备。这一改革促进了竞争，推动了技术进步步，大大，大大降低了设备价格。它最终使得降低了设备价格。它最终使得MSC、BSC和和BTS、MS等设备成等设备成为可以直接现货采购的标准设备为可以直接现货采购的标准设备，类似于，类似于P

6、STN中的交换机和中的交换机和电话机电话机。第第13.1节、概述节、概述n 2G系统在空中接口系统在空中接口中引入中引入了专用控制信道（公共信道信令了专用控制信道（公共信道信令），话音），话音信息和信息和控制信息可以同时在控制信息可以同时在MS、BTS、BSC和和MSC之间传输。之间传输。2G系统还在系统还在MSC之间以及之间以及MSC与与PSTN之间提供了专用的话音信道和信令信道之间提供了专用的话音信道和信令信道。n 与主要与主要用用于于话音话音通信的通信的1G系统相比，系统相比，2G系统增加系统增加了传输了传输寻呼及其它数据寻呼及其它数据业务的功能，如传真、短消息和数据接入业务的功能，如传

7、真、短消息和数据接入等。等。网络的控制功能则被分散于网络的控制功能则被分散于整个系统的不同设备中，包括做为用户终端的移动台在内也承担了更多的整个系统的不同设备中，包括做为用户终端的移动台在内也承担了更多的控制功能控制功能，2G系统系统的的越越区切换主要由移动台来控制，称为移动台辅助切换区切换主要由移动台来控制，称为移动台辅助切换（MAHO）。）。2G系统的移动台系统的移动台有许多有许多1G系统的用户终端所不具备的功能系统的用户终端所不具备的功能，如如：接收功率报告、邻近基站搜索、信道编码、交织和加密：接收功率报告、邻近基站搜索、信道编码、交织和加密等。等。n 2G系统中也包含了数字无绳电话的标

8、准系统中也包含了数字无绳电话的标准，典型系统典型系统是欧洲的是欧洲的数字增强无绳数字增强无绳电话（电话（DECT）。它。它允许无绳电话通过允许无绳电话通过自动选择信号最强的基站自动选择信号最强的基站来进行来进行通通信。在信。在DECT中，基站更多地用于控制交换、信令及越区切换。中，基站更多地用于控制交换、信令及越区切换。第第13.2节、节、USDC系统系统n 美国数字蜂窝（美国数字蜂窝（USDC）系统）系统是是20世纪世纪80年代末期年代末期由由美国美国的的技术人员开发技术人员开发出出的的2G系统。系统。USDS与与AMPS使用相同频段使用相同频段，同样，同样使用使用45MHz间隔的间隔的FD

9、D双工双工方式方式和和30KHz的的FDMA载频。但是，载频。但是，USDC采用采用了时分多址（了时分多址（TDMA）技术，可以在每个技术，可以在每个AMPS信道上支持信道上支持3个全速率或个全速率或6个半速率用户，因此，个半速率用户，因此，USDC系统最高可以提供的用户容量是系统最高可以提供的用户容量是AMPS系统的系统的6倍倍。n USDC系统与系统与AMPS共享相同的频带、蜂窝频率复用方案和基站站点共享相同的频带、蜂窝频率复用方案和基站站点，用，用户可以户可以使用一个双模使用一个双模移动终端接入移动终端接入AMPS和和USDC信道信道。USDC也被称为数也被称为数字字AMPS（D-AMP

10、S），采用双模采用双模技术技术，AMPS向向USDC的的演进可以逐渐进演进可以逐渐进行行。这种后向兼容的方式成为北美移动通信系统技术演进的特点，在从这种后向兼容的方式成为北美移动通信系统技术演进的特点，在从2G的的CDMA IS-95向向3G的的CDMA2000的演进中仍然采用这种方式。的演进中仍然采用这种方式。n 由于另外一个非常具有竞争力的数字扩频移动通信系统由于另外一个非常具有竞争力的数字扩频移动通信系统CDMA IS-95投入投入商用，延缓并商用，延缓并最最后终止后终止了了USDC在美国的使用。在美国的使用。第第13.2节、节、USDC系统系统1、USDC的无线接口的无线接口参数参数U

11、SDC（IS-54）双工和多址方式双工和多址方式TDMA/FDMA/FDD反向信道频带反向信道频带824 849MHz前向信道频带前向信道频带869 894MHz信道带宽信道带宽30KHz调制调制/4 DQPSK谱效率谱效率1.62 bps/Hz信道编码信道编码7比特比特CRC和和1/2比率、约束长度为比率、约束长度为6的卷积编码的卷积编码交织交织2时隙交织器时隙交织器每信道用户数量每信道用户数量3（全速率话音编码器，（全速率话音编码器，7.95Kbps/用户）用户）6（半速率话音编码器，（半速率话音编码器，3.975Kbps/用户）用户）第第13.2节、节、USDC系统系统n USDC的无线

12、信道的无线信道p 控制信道：控制信道：USDC的控制信道与的控制信道与AMPS的控制信道基本相同。除了的控制信道基本相同。除了AMPS原有的原有的42个控制信道以外，个控制信道以外，USDC还指定了还指定了42个附加控制信道，个附加控制信道，称为辅助控制信道，因此称为辅助控制信道，因此USDC的控制信道是的控制信道是AMPS的的两倍两倍，可以可以寻呼寻呼双倍的控制信道业务。双倍的控制信道业务。p 话音话音信道：信道：USDC的话音信道在每个前向链路和反向链路中仍然都占的话音信道在每个前向链路和反向链路中仍然都占30KHz的频段，每个话音信道采用时分多址（的频段，每个话音信道采用时分多址（TDM

13、A）方式，提供）方式，提供6个个时隙。对于全速率话音，时隙。对于全速率话音，3个用户以等间隔方式占用个用户以等间隔方式占用6个时隙中的两个时隙中的两个，个，可以支持可以支持3个用户同时个用户同时通话通话；对于对于半速率话音，半速率话音，6个用户分别占用一个个用户分别占用一个时隙，可以支持时隙，可以支持6个用户同时个用户同时通话通话（AMPS只支持只支持1个个用户用户通话，因此通话，因此USDC的最大通话容量是的最大通话容量是AMPS的的6倍倍）。）。在每个在每个USDC的的30KHz话音话音信道上，还可以同时提供信道上，还可以同时提供3个个数据信道数据信道。第第13.2节、节、USDC系统系统

14、n USDC业务信道的帧业务信道的帧结构结构第第13.2节、节、USDC系统系统n USDC的的话音编码话音编码：USDC采用采用矢量矢量和激励线性预测和激励线性预测编码器（编码器（VSELP），），属于码本激励线性预测编码器（属于码本激励线性预测编码器（CELP）的一种变形。这类编码器是以码）的一种变形。这类编码器是以码本为基础来确定如何量化差值激励信号的本为基础来确定如何量化差值激励信号的。IS-54标准选取的是标准选取的是Motorola公司的公司的算法，算法，VSELP编码器输出速率为编码器输出速率为7.95Kbps，每，每20ms为一个话音帧，为一个话音帧，每秒为一个用户产生每秒为一

15、个用户产生50个话音帧，每帧包含个话音帧，每帧包含159话音比特。话音比特。n USDC的的信道编码信道编码：话音话音编码帧编码帧中的中的159个比特根据它们在话音识别时的重个比特根据它们在话音识别时的重要性分为两类：要性分为两类：77个第一类比特和个第一类比特和82个第二类比特。第一类比特是个第二类比特。第一类比特是重要比重要比特，特，由一个比率为由一个比率为1/2，约束长度，约束长度K = 6的卷积码来保护。除了卷积编码外，的卷积码来保护。除了卷积编码外，第一类比特中的第一类比特中的12个最重要比特用个最重要比特用7比特比特CRC检错码来进行分组编码。这检错码来进行分组编码。这就保证了重要

16、的话音编码比特在接收器中被检测到的概率较高。第二类比就保证了重要的话音编码比特在接收器中被检测到的概率较高。第二类比特是不太重要的特是不太重要的比特，比特，没有对它们进行差错保护没有对它们进行差错保护。经过信道编码后，每个经过信道编码后，每个话音编码帧的话音编码帧的159比特用比特用260个信道编码比特来表示，个信道编码比特来表示，总速率总速率为为13Kbps。第第13.2节、节、USDC系统系统n USDC的的交织交织编码：编码：在发送之前，经过信道编码的话音数据与邻近话音帧在发送之前，经过信道编码的话音数据与邻近话音帧的数据交织到两个时隙上，每个时隙只包含每个话音帧的一半数据。话音的数据交

17、织到两个时隙上，每个时隙只包含每个话音帧的一半数据。话音数据被放到数据被放到2610交织器交织器中中。第第13.2节、节、USDC系统系统n USDC的调制：的调制：在控制信道上在控制信道上，与与AMPS使用相同的调制使用相同的调制方式方式（10Kbps二二进制进制FSK调制调制）。在话音信道上，在话音信道上，USDC用总比特速率为用总比特速率为48.6Kbps的数字的数字调制代替了调制代替了AMPS的模拟的模拟FM调制调制。为了。为了限制相邻信道的干扰，限制相邻信道的干扰，还采用还采用了了频频谱谱成形技术成形技术。由于。由于对称差分相移键控调制（通常叫做对称差分相移键控调制（通常叫做/4-D

18、QPSK）在移动）在移动无线环境中有许多优点，所以无线环境中有许多优点，所以USDC采用了这种调制方式，信道的符号速采用了这种调制方式，信道的符号速率为率为24.3Kbps（总速率（总速率48.6Kbps），符号持续时间为），符号持续时间为41.1523 s。n USDC的的解调解调和和解码解码：解调解调和和解码可以解码可以在在中频中频或或基带基带上上完成。完成。在基带上在基带上实实现可以采用现可以采用DSP技术技术，这样不仅可以降低了设备成本，而且可以大大简化，这样不仅可以降低了设备成本，而且可以大大简化射频电路。射频电路。DSP技术还可以支持技术还可以支持USDC均衡器和双模式功能的实现均

19、衡器和双模式功能的实现。n USDC的的均衡均衡：如果：如果均方均方时延时延扩展扩展超过超过4.12s，就就需要采用均衡技术来减需要采用均衡技术来减少误比特率少误比特率。IS-54标准中没有确定具体的均衡实现方式，但是为标准中没有确定具体的均衡实现方式，但是为USDC系系统规定了均衡器统规定了均衡器。第第13.2节、节、USDC系统系统n IS-94标准标准：利用利用了了IS-54提供的系统功能，将蜂窝电话直接连到专用交换提供的系统功能，将蜂窝电话直接连到专用交换机机上上，将将MSC的智能功能前移到基站系统中，这样就有可能利用放置于建的智能功能前移到基站系统中，这样就有可能利用放置于建筑物内的

20、小型基站来构成微小区，在一个建筑或园区内提供无线筑物内的小型基站来构成微小区，在一个建筑或园区内提供无线PBX业务。业务。IS-94规定了一项技术，用来提供使用非标准控制信号的专用或封闭式的蜂规定了一项技术，用来提供使用非标准控制信号的专用或封闭式的蜂窝系统。窝系统。IS-94系统于系统于1994年提出并迅速用于办公建筑和饭店等场合年提出并迅速用于办公建筑和饭店等场合。n IS-136：提供提供了一组新的性能和业务，规定了短消息功能和专用用户组特了一组新的性能和业务，规定了短消息功能和专用用户组特性，使其更适合于无线性，使其更适合于无线PBX的应用和寻呼应用。而且，的应用和寻呼应用。而且，IS

21、-136规定了一种规定了一种“休眠休眠”模式，可以使蜂窝电话大大节省电池能量。模式，可以使蜂窝电话大大节省电池能量。IS-136的用户终端与的用户终端与IS-54的用户终端不的用户终端不兼容，兼容，IS-136对全部控制信道均对全部控制信道均采用采用了了48.6Kbps速率速率（不支持（不支持10Kbps FSK），每个移动终端只需要使用），每个移动终端只需要使用48.6Kbps的调制解调的调制解调器，这样可以降低器，这样可以降低IS-136用户终端的成本用户终端的成本。第第13.3节、节、GSM系统系统n 全球全球移动通信移动通信系统系统（GSM：Global System for Mobi

22、le Communications）是是全世界范围内应用最广泛全世界范围内应用最广泛的第二代移动通信系统的第二代移动通信系统，GSM系列主要包括系列主要包括GSM900、DCS1800和和PCS1900三部分，三者之间的主要区别是无线信道三部分，三者之间的主要区别是无线信道的工作频段不同，其它技术完全相同，用户只需要一个的工作频段不同，其它技术完全相同，用户只需要一个GSM标准的多频用标准的多频用户终端，就可以自动选择三者中最好的服务户终端，就可以自动选择三者中最好的服务。n GSM是世界上第一个对数字调制技术、网络层结构和业务类型等作出了详是世界上第一个对数字调制技术、网络层结构和业务类型等

23、作出了详细规定的数字蜂窝移动通信系统。在细规定的数字蜂窝移动通信系统。在GSM之前，欧洲各国在整个欧洲大陆之前，欧洲各国在整个欧洲大陆上采用不同的标准建立了很多互不兼容的第一代移动通信系统，往来于欧上采用不同的标准建立了很多互不兼容的第一代移动通信系统，往来于欧洲各国之间的洲各国之间的用户用户无法无法用用一种一种标准手机标准手机进行通信，这在一定程度上影响了进行通信，这在一定程度上影响了欧洲的一体化进程。欧洲的一体化进程。GSM就是就是为了解决欧洲第一代蜂窝系统五花八门的状为了解决欧洲第一代蜂窝系统五花八门的状况而发展起来的，它制订了一个况而发展起来的，它制订了一个统一标准统一标准，通过通过I

24、SDN得到大范围的移动通得到大范围的移动通信业务，力求建立一个统一的泛欧第二代数字蜂窝移动通信系统。信业务，力求建立一个统一的泛欧第二代数字蜂窝移动通信系统。第第13.3节、节、GSM系统系统n GSM的原意是的原意是“Group Special Mobile：移动特别小组：移动特别小组”，是欧洲电信管，是欧洲电信管理部门（理部门（CEPT）下设的移动通信特别小组委员会的简称）下设的移动通信特别小组委员会的简称，这个小组这个小组负责负责在在900MHz频段为欧洲制定一个公共的移动通信系统。后来，出于商业上频段为欧洲制定一个公共的移动通信系统。后来，出于商业上的原因，的原因，GSM改名为现在的改

25、名为现在的“全球移动通信系统全球移动通信系统”。n GSM于于1991年开始在欧洲市场投入商用，随后南美、亚洲和澳洲的几个国年开始在欧洲市场投入商用，随后南美、亚洲和澳洲的几个国家也相继采用家也相继采用GSM系统建设自己的第二代数字蜂窝移动通信系统。我国最系统建设自己的第二代数字蜂窝移动通信系统。我国最早引进的第二代移动通信系统就是早引进的第二代移动通信系统就是GSM系统，中国移动和中国联通分别建系统，中国移动和中国联通分别建设了两个覆盖全国的设了两个覆盖全国的GSM网络网络。n 随着随着GSM用户数量的日益增长，用户数量的日益增长，900MHz频段提供频段提供的容量的容量已经不能满足需已经不

26、能满足需求求，又制定，又制定了了GSM的等效技术标准：的等效技术标准：DCS1800，它在，它在1800MHz的频段上的频段上提供与提供与GSM900完全相同的移动通信完全相同的移动通信业务业务。北美北美（美国、加拿大）国家根（美国、加拿大）国家根据自己的频率据自己的频率资源，资源，制定制定了了1900MHz频段的频段的GSM标准（标准（PCS1900）。第第13.3节、节、GSM系统系统1、GSM的用户业务的用户业务n GSM的用户业务按照的用户业务按照ISDN的原则分为：电信业务、数据业务和补充业务。的原则分为：电信业务、数据业务和补充业务。电信业务主要是标准的移动电话业务；数据业务包括计

27、算机之间的通信和电信业务主要是标准的移动电话业务；数据业务包括计算机之间的通信和分组交换业务；除此之外，分组交换业务；除此之外，GSM还可以提供一些还可以提供一些ISDN补充业务补充业务。p 电信业务：主要包括电话呼叫和电信业务：主要包括电话呼叫和传真传真业务，业务，电信业务电信业务还包括短消息业还包括短消息业务（务（SMS），允许移动台传送一定长度的字母或数字消息），允许移动台传送一定长度的字母或数字消息。p 数据业务：数据业务：数据数据业务业务可以可以用透明用透明方式方式或或非非透明方式传送，数据速率从透明方式传送，数据速率从300bps到到9.6Kbps。（这里的数据业务不包括（这里的数

28、据业务不包括GPRS业务）。业务）。p ISDN补充业务：补充业务：ISDN补充业务随同电信业务或数据业务一起提供给用补充业务随同电信业务或数据业务一起提供给用户，以补充这两类基本通信业务的功能。户，以补充这两类基本通信业务的功能。ISDN补充业务本质上是数字补充业务本质上是数字业务，包括呼叫限制、呼叫转移、呼叫等待、呼叫保持、来电显示、业务，包括呼叫限制、呼叫转移、呼叫等待、呼叫保持、来电显示、封闭用户群等等，这些业务在第一代模拟通信系统中是无法实现的封闭用户群等等，这些业务在第一代模拟通信系统中是无法实现的。第第13.3节、节、GSM系统系统2、GSM的特点的特点n 频谱效率高：由于采用了

29、高效率的数字调制、信道编码、交织、均衡和话频谱效率高：由于采用了高效率的数字调制、信道编码、交织、均衡和话音编码等技术，大大提高了系统的频谱效率。音编码等技术，大大提高了系统的频谱效率。n 系统容量大：由于采用了数字传输技术并增加了每个信道的传输带宽，同系统容量大：由于采用了数字传输技术并增加了每个信道的传输带宽，同频载干比（频载干比（C/I）的门限降低到）的门限降低到9dB，同频复用模式可以缩小至，同频复用模式可以缩小至4/12或或3/9甚甚至更至更小（第一代模拟系统为小（第一代模拟系统为7/21）。）。加上半速率话音技术的使用和话务分加上半速率话音技术的使用和话务分配的灵活性，使配的灵活性

30、，使GSM系统的容量（每个小区的信道数）比第一代模拟系统系统的容量（每个小区的信道数）比第一代模拟系统提高了提高了3 5倍。倍。n 话音质量高：只要信道质量在门限值以上，话音质量就能达到相同的水平。话音质量高：只要信道质量在门限值以上，话音质量就能达到相同的水平。n 安全性好：通过鉴权、加密和使用临时移动台标识码提高了安全性。安全性好：通过鉴权、加密和使用临时移动台标识码提高了安全性。n 互联性好：实现了与互联性好：实现了与PSTN、ISDN等传统固定通信系统的互联。等传统固定通信系统的互联。n 在在SIM卡的基础上实现了自动卡的基础上实现了自动漫游漫游（机卡分离）。（机卡分离）。第第13.3

31、节、节、GSM系统系统3、GSM的网络结构的网络结构第第13.3节、节、GSM系统系统n GSM系统的网络结构主要包括四个相关的系统的网络结构主要包括四个相关的子系统。子系统。p 移动台（移动台（MS：Mobile Station）。）。p 基站子系统（基站子系统（BSS：Base Station Subsystem）p 网络交换子系统（网络交换子系统（NSS：Network and Switching Subsystem）p 操作支持子系统（操作支持子系统（OSS：Operation Support Subsystem）。）。n 移动台（移动台（MS）：主要主要包括发送、接收和天馈线等单元包

32、括发送、接收和天馈线等单元，GSM的移动台只的移动台只有插入有插入SIM卡才可以正常使用卡才可以正常使用。第第13.3节、节、GSM系统系统n 基站基站子系统子系统（BSS）：）：也也叫做无线子系统叫做无线子系统。BSS由由基站控制器（基站控制器（BSC）和和所属的基所属的基站收发信台（站收发信台（BTS）构成）构成。p BTS就是通常俗称的基站，包括多套工作于不同频率的发信机、收信就是通常俗称的基站，包括多套工作于不同频率的发信机、收信机和共用的机和共用的天馈线天馈线等设备。每个等设备。每个BTS的无线信号的覆盖范围称为无线的无线信号的覆盖范围称为无线小区或蜂窝小区或蜂窝小区。小区。BTS是

33、连接移动台（是连接移动台（MS）和移动交换中心（）和移动交换中心（MSC）的核心设备的核心设备。BTS与与MS之间的无线信道接口是之间的无线信道接口是Um接口接口，Um是一个开是一个开放型接口，有公开的接口标准和规范，按照该标准生产的放型接口，有公开的接口标准和规范，按照该标准生产的GSM移动终移动终端可以接入到任何厂商的端可以接入到任何厂商的BTS。p 由于由于BTS的数量众多，为了管理方便，在的数量众多，为了管理方便，在BTS与与MSC之间引入了之间引入了BSC，一个一个BSC可以管理若干个可以管理若干个BTS。它们之间。它们之间的接口的接口是是Abis接口。接口。Abis接接口是一个准开

34、放的接口，设备厂家可以在一定的准则下自行定义，因口是一个准开放的接口，设备厂家可以在一定的准则下自行定义，因此，此，BTS和和BSC必须采用同一厂商的设备必须采用同一厂商的设备。第第13.3节、节、GSM系统系统n 网络交换子系统（网络交换子系统（NSS）：主要包括移动主要包括移动交换中心（交换中心（MSC）、归属位置寄）、归属位置寄存器（存器（HLR）、拜访位置寄存器（）、拜访位置寄存器（VLR）、鉴权中心（）、鉴权中心（AUC）和设备识别）和设备识别寄存器（寄存器（EIR）。）。MSC是是GSM系统的业务和管理中心，负责业务信道的交系统的业务和管理中心，负责业务信道的交换和移动通信系统的集

35、中控制与管理。换和移动通信系统的集中控制与管理。MSC与所辖的与所辖的BSC之间的通信接口之间的通信接口称为称为A接口，接口，A接口是一个标准的开放接口，不同厂家的接口是一个标准的开放接口，不同厂家的MSC和和BSC可以可以完全完全兼容兼容。p HLR：存储存储并管理着所有所辖用户移动台的身份和状态数据并管理着所有所辖用户移动台的身份和状态数据。p AUC：产生产生鉴权参数以认证移动用户鉴权参数以认证移动用户合法性合法性。p EIR：识别识别移动台移动台合法性合法性。p VLR：每个每个MSC还要还要设置设置VLR，作为登录其辖区的漫游移动用户身份作为登录其辖区的漫游移动用户身份的动态的动态数

36、据库数据库，实现实现移动台的漫游移动台的漫游管理管理。p NSS还包括还包括短短消息中心（消息中心（SMC）和语音信箱（和语音信箱（VM）。）。第第13.3节、节、GSM系统系统n 操作支持子系统（操作支持子系统（OSS）：包括操作维护中心（包括操作维护中心（OMC）和操作维护终端和操作维护终端（OMT），），OSS通过分组交换网或计算机局域网与其它子系统连接，管理通过分组交换网或计算机局域网与其它子系统连接，管理各个功能单元各个功能单元。 一一个大城市的个大城市的GSM系统，可能包括多个系统，可能包括多个MSC、几十个、几十个BSC和几千个和几千个BTS、为几百万个为几百万个MS提供移动通信

37、服务提供移动通信服务。MSC之间、之间、MSC与与BSC、BSC与与BTS之之间一般采用光纤传输间一般采用光纤传输，当当直接直接建立光纤连接有困难时，可以先采用无线（微建立光纤连接有困难时，可以先采用无线（微波、卫星）连接作为过渡。移动通信系统的最大特点就是波、卫星）连接作为过渡。移动通信系统的最大特点就是MS与与BTS之间采用之间采用的是无线信道的是无线信道。第第13.3节、节、GSM系统系统4、GSM的无线的无线信道信道n GSM系统的无线信道采用频分双工（系统的无线信道采用频分双工（FDD）方式，将分配的整个频带分成）方式，将分配的整个频带分成前向（下行）传输链路和反向（上行）传输链路前

38、向（下行）传输链路和反向（上行）传输链路。然后。然后，采用频分多址，采用频分多址+时分多址（时分多址（TDMA/FDMA）的混合多址方式将多个用户移动台同时接入到）的混合多址方式将多个用户移动台同时接入到GSM系统系统中中，即即首先首先将前向链路和反向链路的有效频段以将前向链路和反向链路的有效频段以FDMA的方式划的方式划分分为多为多个个200KHz带宽的载波信道（载频带宽的载波信道（载频），），每个载频用绝对无线频率信每个载频用绝对无线频率信道号（道号（ARFCN，又称载频，又称载频号号，一一个个ARFCN代表着一对前向和反向载频代表着一对前向和反向载频）来来标识，然后标识，然后每个每个FD

39、MA载频再采用载频再采用TDMA方式分成方式分成8个时隙（个时隙（TS）。每。每个个FDMA载频的载频的8个个TDMA时隙可以分别由时隙可以分别由8个用户在时间上个用户在时间上共享共享（每个用（每个用户户分别分别占用每个占用每个TDMA帧中的一个帧中的一个时隙时隙）。）。第第13.3节、节、GSM系统系统n GSM900系统使用系统使用了两个了两个25MHz频段，双工间隔为频段，双工间隔为45MHz。其中，。其中，890 915MHz用于移动台到基站的用于移动台到基站的反向链路反向链路（上行）（上行），935 960MHz用于基站用于基站到移动台的前到移动台的前向链路向链路（下行）（下行）。每

40、个每个25MHz频段频段采用采用FDMA方式方式分成分成124个个200KHz的的载频，载频，ARFCN为为1 124。p 上行上行中心频率：中心频率：fU (n) = 890.2 + 0.2 (n-1) MHzp 下行下行中心频率：中心频率：fD (n) = 935.2 + 0.2 (n-1) MHzn DCS1800系统系统使用使用了两个了两个75MHz频段，双工间隔为频段，双工间隔为95MHz。其中其中，1710 1785MHz用于用于反向链路，反向链路，1805 1880MHz用于前用于前向链路。向链路。每个每个75MHz频段被分成频段被分成374个个200KHz的的载频，载频，ARF

41、CN为：为：512 885。p 上行中心频率：上行中心频率：fU (n) = 1710.2 + 0.2(n-512) MHzp 下行中心频率：下行中心频率：fD (n) = 1805.2 + 0.2(n-512) MHz第第13.3节、节、GSM系统系统n 每个每个200KHz的的FDMA载频又被分成载频又被分成8个个TDMA时隙，时隙号为：时隙，时隙号为：TS0 TS7。每个时隙都分配等时长的时间段每个时隙都分配等时长的时间段，时间时间长度长度为为576.92s，每个时间段内有，每个时间段内有156.25个信道比特，其中，有个信道比特，其中，有8.25个比特的保护时间以及个比特的保护时间以及

42、6个比特的开始和个比特的开始和停止时间用来防止相邻时隙间的停止时间用来防止相邻时隙间的重叠。重叠。8个时隙组成一个个时隙组成一个TDMA帧，时间帧，时间长长度度（TDMA帧长）帧长）为为4.615ms。第第13.3节、节、GSM系统系统n 前向和前向和反向信道反向信道的的数据速率数据速率都是都是270.833Kbps（156.25bit/576.92s），），即即每个每个数据数据比特比特的的持续时间持续时间是是3.692s（1/270.833Kbps），调制方式采用调制方式采用BT = 0.3的的GMSK调制。调制。每个用户的有效信道传输速率为每个用户的有效信道传输速率为33.854Kbps（

43、270.833Kbps/8个用户）。当个用户）。当GSM超负荷运行时，每个用户的实际数据超负荷运行时，每个用户的实际数据传输速率最大可以达到传输速率最大可以达到24.7Kbps。n 每个每个FDMA载频和一个载频和一个TDMA时隙时隙的的组合组合构成了前向链路和反向链路中的构成了前向链路和反向链路中的一个物理信道（比如第一个物理信道（比如第50号载频的第号载频的第0时隙），每个的物理信道在不同的时隙），每个的物理信道在不同的时间可以映射为不同的逻辑信道，也这就是说，每个具体的帧或时隙可以时间可以映射为不同的逻辑信道，也这就是说，每个具体的帧或时隙可以专门用来处理业务数据、信令数据或者是控制信道

44、数据专门用来处理业务数据、信令数据或者是控制信道数据。第第13.3节、节、GSM系统系统参数参数GSM900DCS1800双工和多址方式双工和多址方式TDMA/FDMA/FDD反向信道频率（手机反向信道频率（手机基站）基站）890 915 MHz1710 1785 MHz前向信道频率（基站前向信道频率（基站手机）手机）935 960 MHz1805 1880 MHzTx/Rx双工频率间隔双工频率间隔45 MHz95 MHz最大最大ARFCN数数124个个374个个ARFCN信道间隔信道间隔200 KHz调制数据速率调制数据速率270.833333 Kbps帧长帧长4.615 ms每帧用户数（全

45、速率）每帧用户数（全速率）8个个时隙长时隙长576.9s比特长比特长3.692sTx/Rx时隙间隔时隙间隔3个时隙个时隙调制方式调制方式0.3 GMSK交织最大延迟交织最大延迟40 ms语音编码比特速率语音编码比特速率13.4 Kbps第第13.3节、节、GSM系统系统5、GSM的的逻辑信道逻辑信道n GSM系统要求其逻辑信道具有相当的广泛性，而且它们可以用来连接系统要求其逻辑信道具有相当的广泛性，而且它们可以用来连接GSM网络的物理层和数据链路层。网络的物理层和数据链路层。GSM为特定的逻辑信道提供了明确的时隙分为特定的逻辑信道提供了明确的时隙分配和帧结构，这些逻辑信道在有效传输用户数据的同

46、时，还能在每个载频配和帧结构，这些逻辑信道在有效传输用户数据的同时，还能在每个载频和时隙上提供网络控制功能和时隙上提供网络控制功能。n GSM系统的逻辑信道可以分为两种基本类型：业务信道（系统的逻辑信道可以分为两种基本类型：业务信道（TCH）和控制信和控制信道（道（CCH）。业务信道携带数字化的用户话音编码或用户数据，在前向链业务信道携带数字化的用户话音编码或用户数据，在前向链路和反向链路上具有相同的功能路和反向链路上具有相同的功能和和传输传输格式格式。控制信道用于在基站和移动。控制信道用于在基站和移动台之间传输台之间传输信令信令数据数据和和同步指令，某些类型的控制信道分别被定义给前向同步指令

47、，某些类型的控制信道分别被定义给前向链路或反向链路。链路或反向链路。第第13.3节、节、GSM系统系统第第13.3节、节、GSM系统系统n 业务信道（业务信道（TCH） GSM的的TCH可以是全可以是全速率也速率也可以是半可以是半速率，速率，用于送数字话音或用户数据用于送数字话音或用户数据。采用采用全全速率时速率时，用户数据包含在每一帧的，用户数据包含在每一帧的某个某个时隙内时隙内。采用。采用半半速率时速率时，用户，用户数据仍然映射到相同的数据仍然映射到相同的时隙，但是在时隙，但是在间隔的间隔的TDMA帧发送，也就是说，两个半帧发送，也就是说，两个半速率信道的用户共享同一个载频的相同时隙，但是

48、每隔一速率信道的用户共享同一个载频的相同时隙，但是每隔一帧交替帧交替发送发送。第第13.3节、节、GSM系统系统 在在GSM标准中，很多载频的第一个时隙（标准中，很多载频的第一个时隙（TS0）时隙内是不发送）时隙内是不发送TCH数数据的，这些载频的据的，这些载频的TS0时隙是为广播控制信道保留的。而且，每隔时隙是为广播控制信道保留的。而且，每隔13个个TDMA帧，帧，TCH的数据帧就会被一个慢速辅助控制信道（的数据帧就会被一个慢速辅助控制信道（SACCH）数据或空闲帧打）数据或空闲帧打断。断。26个连续的个连续的TDMA帧组成了一个业务信道复帧（帧组成了一个业务信道复帧（F0 F25），其中，

49、第），其中，第13帧（帧（F12）和第）和第26帧（帧（F25）分别是）分别是SACCH数据帧或空闲帧。采用全速率数据帧或空闲帧。采用全速率TCH时，第时，第26帧包含空闲比特；采用半速率帧包含空闲比特；采用半速率TCH时，第时，第26帧包含帧包含SACCH数据数据。第第13.3节、节、GSM系统系统p 全速率全速率TCH 全速率话音信道（全速率话音信道（TCH/FS）：）：用来传送数字化的全速率用户话音编码，用来传送数字化的全速率用户话音编码，话音编码速率为话音编码速率为13Kbps，经过信道编码，经过信道编码后后，全全速率话音数据的速率为速率话音数据的速率为22.8Kbps。 全全速率速率

50、9.6Kbps数据信道（数据信道（TCH/F9.6）：用来传送以）：用来传送以9.6Kbps发送的发送的用户数据，加上前向纠错用户数据，加上前向纠错编码，编码，9.6Kbps的数据以的数据以22.8Kbps发送发送。 全全速率速率4.8Kbps数据信道（数据信道（TCH/F4.8）：用来传送以）：用来传送以4.8Kbps发送的发送的用户数据，加上前向纠错用户数据，加上前向纠错编码，编码，4.8Kbps的数据以的数据以22.8Kbps发送发送。 全全速率速率2.4Kbps数据信道（数据信道（TCH/F2.4）：用来传送以）：用来传送以2.4Kbps发送的发送的用户数据，加上前向纠错用户数据，加上

51、前向纠错编码，编码，2.4Kbps的数据以的数据以22.8Kbps发送发送。第第13.3节、节、GSM系统系统p 半半速率速率TCH 半速率话音信道（半速率话音信道（TCH/HS）：用来传送数字化的半速率用户话音编码，）：用来传送数字化的半速率用户话音编码，话音以全速率一半的速率进行话音以全速率一半的速率进行采样，采样，话音编码的速率为话音编码的速率为6.5Kbps，加，加上信道编码后，半速率话音数据的速率为上信道编码后，半速率话音数据的速率为11.4Kbps。 半速率半速率4.8Kbps数据信道（数据信道（TCH/H4.8）：用来传送以）：用来传送以4.8Kbps发送的发送的用户数据，加上前

52、向纠错编码，用户数据，加上前向纠错编码，4.8Kbps的数据以的数据以11.4Kbps发送。发送。 半速率半速率2.4Kbps数据信道（数据信道（TCH/H2.4）：用来传送以）：用来传送以2.4Kbps发送的发送的用户数据，加上前向纠错编码，用户数据，加上前向纠错编码，2.4Kbps的数据以的数据以11.4Kbps发送。发送。第第13.3节、节、GSM系统系统n 控制信道（控制信道（CCH）p GSM系统系统主要主要有有三三种控制种控制信道：广播信道（信道：广播信道（BCH）、公共控制信道、公共控制信道（CCCH）和专用控制信道（和专用控制信道（DCCH）。每种控制信道由几个逻辑信道。每种控

53、制信道由几个逻辑信道组成，这些逻辑信道提供组成，这些逻辑信道提供GSM系统所需要的各种控制功能系统所需要的各种控制功能。p 在在GSM系统中，系统中，BCH和和CCCH前向控制信道仅在一定的载频上发送，前向控制信道仅在一定的载频上发送，并且以特定的方式分配时隙。并且以特定的方式分配时隙。BCH和和CCCH前向控制信道仅在那些被前向控制信道仅在那些被称为广播信道的载频上的某些称为广播信道的载频上的某些TDMA帧上广播，而且仅分配到帧上广播，而且仅分配到TS0时隙，时隙，TS1到到TS7用于传送常规的用于传送常规的TCH业务。业务。51个连续的个连续的TDMA帧组成一个控帧组成一个控制信道复帧（制

54、信道复帧（F0 F50）。）。p GSM定义定义了了34个载频个载频作为广播信道。每个广播信道作为广播信道。每个广播信道的的第第51帧（帧（F50）不包含任何不包含任何BCH或或CCCH前向信道数据，被当做空闲信道。而反向信前向信道数据，被当做空闲信道。而反向信道的道的CCCH则则能够能够在任何在任何帧的帧的TS0接收移动台发来的数据接收移动台发来的数据。第第13.3节、节、GSM系统系统第第13.3节、节、GSM系统系统p 广播信道（广播信道（BCH）：BCH在每个小区中指定载频的前向链路上发送，而且在每个小区中指定载频的前向链路上发送，而且仅在某些仅在某些TDMA帧的第一时隙（帧的第一时隙

55、（TS0）上发送数据。）上发送数据。BCH是是一个一个TDMA信标，信标，邻近的移动台可以识别并锁定邻近的移动台可以识别并锁定BCH来接收系统的控制信息。来接收系统的控制信息。BCH还为小区还为小区内所有的移动台提供同步，内所有的移动台提供同步，并且会并且会被相邻小区内的移动台探测到，所以接被相邻小区内的移动台探测到，所以接收功率和移动台辅助切换（收功率和移动台辅助切换（MAHO）的判决可以来自于小区外的用户）的判决可以来自于小区外的用户。BCH包括三个相互单独的信道：广播控制信道（包括三个相互单独的信道：广播控制信道（BCCH）、频率校正信道、频率校正信道（FCCH）和同步信道（和同步信道（

56、SCH）。）。 BCCH是一个前向控制信道，用于广播小区和网络识别、小区运行特是一个前向控制信道，用于广播小区和网络识别、小区运行特征（当前控制信道结构、信道利用率和阻塞）等消息征（当前控制信道结构、信道利用率和阻塞）等消息。 FCCH是一个特定的数据突发序列是一个特定的数据突发序列，允许允许用户移动台将内部频率基准用户移动台将内部频率基准（本振）的频率和基站的精确频率进行同步（本振）的频率和基站的精确频率进行同步。 当当移动台移动台与基站进行帧同步时，与基站进行帧同步时，SCH用来识别所服务的基站。用来识别所服务的基站。第第13.3节、节、GSM系统系统p 公共控制信道（公共控制信道（CCC

57、H）：CCCH是最普遍使用的控制信道，用于寻呼指是最普遍使用的控制信道，用于寻呼指定用户、给指定用户分配信令信道、接收移动台的业务要求定用户、给指定用户分配信令信道、接收移动台的业务要求。前。前向控制信向控制信道载频中所有没有被道载频中所有没有被BCH或空闲帧使用的或空闲帧使用的TDMA帧中的帧中的TS0都会被都会被CCCH占占用用。CCCH也包括三个相互单独的信道：寻呼信道（也包括三个相互单独的信道：寻呼信道（PCH）、随机接入随机接入信信道（道（RACH）、接入认可接入认可信道信道（AGCH）。）。 寻呼信道（寻呼信道（PCH）是）是一个前向链路一个前向链路信道信道，从从基站向小区内所有的

58、移动基站向小区内所有的移动台提供寻呼信号，通知指定的移动台接收来自台提供寻呼信号，通知指定的移动台接收来自MSC的呼叫的呼叫。 随机接入信道（随机接入信道（RACH）是一个反向链路信道，用来让用户回应从）是一个反向链路信道，用来让用户回应从PCH接收到的寻呼，也可以用来让移动台发出一个呼叫请求接收到的寻呼，也可以用来让移动台发出一个呼叫请求。 接入认可信道（接入认可信道（AGCH）是）是一个前向链路一个前向链路信道信道，它它载有让移动台在特载有让移动台在特定的物理信道（载频和时隙）中运行的数据定的物理信道（载频和时隙）中运行的数据。AGCH是用户在脱离控是用户在脱离控制信道之前基站发送的最后的

59、制信道之前基站发送的最后的CCCH消息消息。第第13.3节、节、GSM系统系统p 专用控制信道（专用控制信道（DCCH）：DCCH是是双向信道（与双向信道（与TCH一样），在前向和一样），在前向和反向链路中具有相同的格式和反向链路中具有相同的格式和功能功能，存在存在于除了于除了BCH载频的载频的TS0之外的任之外的任何载频和时隙何载频和时隙上上。DCCH有有三三种种类型类型：独立专用控制信道（独立专用控制信道（SDCCH），慢），慢速速随路控制信道（随路控制信道（SACCH）和快速随路控制信道（和快速随路控制信道（FACCH）。）。 独立专用控制信道（独立专用控制信道（SDCCH）载有）载有信

60、令数据，信令数据，用于提供用户所要求的用于提供用户所要求的信令信令服务服务，这些这些数据在移动台与基站相互连接之后，基站分配数据在移动台与基站相互连接之后，基站分配TCH之之前，提供服务前，提供服务。 慢速随路控制信道（慢速随路控制信道（SACCH）总是与）总是与TCH或或SDCCH相关联，并映射相关联，并映射在相同的物理信道上在相同的物理信道上。每个。每个载频都载有当前正在使用它的所有用户的载频都载有当前正在使用它的所有用户的SACCH数据数据。 快速随路控制信道（快速随路控制信道（FACCH）载有紧急控制）载有紧急控制信息信息（例如例如切换切换要求要求），FACCH以以“偷帧偷帧”的方式从