GSM通信系统原理培训讲义

1、12移动通信发展史AMPSTACSNMT其它第一代 80年代模拟模拟技术GSMCDMA IS95TDMAIS-136PDC第二代 90年代数字需求驱动需求驱动数数字字技技术术语音业务第三代 IMT-2000UMTSWCDMAcdma2000需求驱动需求驱动宽带带业务TD-SCDMA多址技术与双工技术v多址技术时分多址，频分多址和码分多址v双工技术时分双工与频分双工功率功率频率频率时间时间功率功率FDMA多址技术频分(信道化)，就是把整个可分配的频谱划分成许多单个无线电信道（发射和接收载频对），每个信道可以传输一路话音或控制信息。在系统的控制下，任何一个用户都可以接入这些信道中的任何一个。系统采

2、用：模拟蜂窝系统和数字蜂窝系统频率频率时间时间功率功率FDMA TDMA多址技术在一个宽带的无线载波上，按时间划分为若干时分信道，每一用户占用一个时隙，只在这一指定的时隙内收（或发）信号。GSM采用这种方式。每个频率资源可划分出8个时隙。多址技术时间时间频率频率功率功率/码码道道时隙时隙timePower/codefrequencyFDMA TDMA CDMACDMA允许一个信道上同时传输多个用户的信息，也就是说，允许用户之间的相互干扰。其关键是信息在传输以前要进行特殊的编码，编码后的信息混合后不会丢失原来的信息。有多少个互为正交的码序列，就可以有多少个用户同时在一个载波上通信。n FDD：用

3、户的收发信息，通过上行和下行的不同频率信道进行传递，从而实现用户能够同时进行信息的收发。n FDMA：用户在收发信息时，区别于其他用户的方式，是独占一个频率的无线信道。nTDD：用户的收发信息，通过上行和下行的频率信道不同时间间隙进行传递，从而实现用户能够同时进行信息的收发。nTDMA：用户在收发信息时，区别于其他用户的方式，是独占一个频率的无线信道的某些固定时间间隙双工技术移动通信845MHz双工间隔基站发射频率基站接收频率2MHz保护频带960905890880872950935925917 915GSMTACS/GSMEGSMETACS移动通信9基站发射频率基站接收频率2MHz保护频带1

4、8801805178590MHz双工间隔1710DCS1800移动通信10GSM900主频段（主频段（P-GSM）w上行：890MHz-915MHz（移动台发，基站收）w下行：935MHz-960MHz（基站发，移动台收）GSM扩展频段（扩展频段（E-GSM）w上行：880MHz-890MHz（移动台发，基站收）w下行：925MHz-935MHz（基站发，移动台收）DCS1800频段频段w上行：1710MHz-1785MHz（移动台发，基站收）w下行：1805MHz-1880MHz（基站发，移动台收）移动通信11GSM900主频段（主频段（P-GSM）w上行：Fl=890 + 0.2 N（MH

5、z） （1N 124）w下行：Fu=Fl + 45（MHz）GSM扩展频段（扩展频段（E-GSM）w上行： Fl=890 + 0.2 （N-1024）（MHz）w下行： Fu=Fl + 45（MHz） （975N 1023）DCS1800频段频段w上行： Fl=1710.2 + 0.2 （N-512）（MHz）w下行： Fu=Fl + 95（MHz） （512N 885）莆田在用频点：莆田在用频点：1-94，999-1023,512-561,586-560移动通信12GSM系统结构PSTNOMCOMCNMCOMSSIMMEMSBTSBTSBTSBTSBSCBSCAUmMSCMSCMSCMSCV

6、LRVLRVLRVLRHLRHLRAUCAUCEIREIRBCEFGHDNSSNSSBSSBSSNSS移动通信13GSM系统结构NSS 是整个系统的核心，它与GSM 移动用户之间及移动用户与其它通信网用户之间通信起着交换、连接与管理的作用。主要负责完成呼叫处理、通信管理、移动管理、安全性管理、用户数据和设备管理、计费记录处理、信令处理等BSS 是GSM系统中与无线蜂窝方面关系最直接的基本组成部分，它通过无线接口直接与移动台相连，负责无线信息的发送接收、无线资源管理及功率控制等；同时，它与NSS相连，实现移动用户间或移动用户与固定网络用户之间的通信连接，传送系统信息和用户信息等；当然，也要与操作

7、支持子系统OSS之间实现互通。OSS完成移动用户管理、移动设备管理、系统的操作与维护。BSC 基站控制中心BTS 基站收发信台MSC 移动交换中心VLR 拜访位置寄存器HLR 归属位置寄存器AUC 鉴权中心EIR 设备识别寄存器OMC 操作维护中心NMC 网络管理中心PSTN 公用电话网PDN 公用数据网ISDN 综合业务数字网BSCBTSBSSOMCNMCOSSNSSMSC/VLRHLR/AUCEIRPSTNISDNPDNGSM 系统结构图移动通信14系统接口A A接口：接口：MSCMSC与与BSCBSC间的接口间的接口AbisAbis接口：接口：BSCBSC与与BTSBTS间的接口间的接口

8、UmUm接口：接口：BTSBTS与与MSMS间的接口间的接口C C接口：接口：MSCMSC与与HLRHLR间的接口间的接口D D接口：接口：HLRHLR与与VLRVLR间的接口间的接口E E接口：接口：MSCMSC与与MSCMSC间的接口间的接口G G接口：接口：VLRVLR与与VLRVLR间的接口间的接口移动通信15各模块功能（一）vMS (Mobile Station)：移动台，实现移动终端功能vBTS (Base Transceiver Station)：基站收发信台，实现移动通信系统与MS之间的无线通信vBSC (Base Station Controller)：基站控制器，实现无线系

9、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vMSC (Mobile service Switching center)：移动业务交换中心，实现移动业务交换功能vOMC (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移动通信16各模块功能（二）vHLR (Home Location Register)：归属位置登记处。实际上是一个数据库，主要储存二类数据：用户数据，主要包括：v用户的身份IMSI (International Mobile Subscriber Identification)

10、v用户ISDN号码vVLR地址用户的位置信息vVLR (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中描述移动通信17各模块功能（三）vAUC (Authenticate Center) : 鉴权中心，用于对用户身份的鉴别vEIR (mob

11、ile 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。移动通信18GPRS移动台类型 Type C 仅ATTACH至GPRS ； Type BType B 可同时ATTACH至GPRS和常规GSM服务；可收听电路交换和GPRS寻呼；支持电路交换呼叫或GPRS数据传输，但不支持同时通讯。 Type AType A GPRS 与常规GSM同时运行；同时进行电路交换和GPRS数据传输。 移动通信19/Um接口上的信息由各种无线逻辑信道承载MSMS基站Um接口/无线逻辑信道类型：/控制信道/业务信道上行方向：移动台到

12、基站方向下行方向：基站到移动台方向20移动区域和识别号服务区是指移动台可获得服务的区域，即不同通信网用户无需知道移动台的实际位置而可与之通信的区域。一个服务区可由一个或若干个公用陆地移动通信网（PLMN）组成，可以是一个国家或是一个国家的一部分，也可以是若干个国家。PLMN是由一个公用陆地移动通信网提供通信业务的地理区域。由一个或若干个移动业务交换中心（MSC）组成。在该区内具有共同的编号制度（比如相同的国内地区号）和共同的路由计划。MSC 是由一个移动业务交换中心所控制的所有小区共同覆盖的区域构成PLMN 网的一部分。一个MSC 区可以由一个或若干个位置区组成。移动通信21移动区域和识别号位

13、置区是指移动台可任意移动不需要进行位置更新的区域。位置区可由一个或若干个小区（或基站区）组成。为了呼叫移动台，可在一个位置为了呼叫移动台，可在一个位置区内所有基站同时发寻呼信号。区内所有基站同时发寻呼信号。基站区由置于同一基站点的一个或数个基站收发信台（BTS）包括的所有小区所覆盖的区域。小区即采用基站识别码或全球小区识别进行标识的无线覆盖区域。在采用全向天线结构时，小区即为基站区。移动通信22/控制信道/广播控制信道(BCCH)/公共控制信道(CCCH)/专用控制信道(DCCH)/频率校正信道(FCCH)/同步信道(SCH)/广播信道(BCH)/随机接入信道(RACH)/准许接入信道(AGC

14、H)/寻呼信道(PCH)/独立专用控制信道(SDCCH)/快速随路控制信道(FACCH)/慢速随路控制信道(SACCH)/业务信道(TCH)/小区广播信道(CBCH)移动通信23/频率校正信道（FCCH，下行信道，广播方式，每小区一个） 为了保证移动台和基站能够正确的接收对方的信息，必须保证移动台和基站的频率一致，即移动台的接收频率与基站的发射频率一致，移动台的发射频率和基站的接收频率一致。在GSM系统中，由于一个基站要同时和若干移动台进行通信，因此采用主从同步方式，以基站的频率为基准，基站在频率校正信道上发送频率信息，移动台根据该信息调整自己的频率，保持自己的频率与基站同步。移动通信24/同

15、步信道（SCH，下行信道，广播方式，每小区一个） 由于Um接口采用TDMA方式，为了保证移动台和基站能够正确的接收对方的信息，必须保证移动台和基站的时间基准一致。基站在同步信道上发送定时信息，移动台根据该信息调整自己的时间基准，保持自己的时间基准与基站同步。刚才最后一响，是北京时间一点整。基站的时间基准移动台A的时间基准移动台B的时间基准实际发送的是缩减帧号（RFN）和基站识别号（BSIC）移动通信25/广播信道（BCCH，下行信道，广播方式） 通过在广播信道上广播系统消息1-4，将必要的网络参数通知移动台。/随机接入信道（RACH，上行信道，多点对点方式） 该信道又称争抢信道。移动台首先通过

16、该信道申请接入网络。由于同时可能有多个移动台会通过该信道申请接入网络，因此可能会发生碰撞。在该信道传递的信息有以下三个：1. 接入原因（主叫、被叫、位置更新等）2. 随机参考值3. 发送该消息的时刻（隐含）移动通信26/准许接入信道（AGCH，下行信道，点对多点方式） 网络通过该信道对移动台在RACH上提出的接入申请进行初步确认，若为正确认，则分配一个（独立专用控制）信道给移动台，以便进行进一步确认。在该信道传递的信息有以下两个：1. 接入申请中的接入原因、随机参考值和该消息发送的时刻2. 对独立专用控制信道的描述（该信道所在绝对载频号、时隙号、子信道号等）移动通信27/寻呼信道（PCH，下行

17、信道，点对多点方式） 该信道用于网络发送寻呼消息，以通知被叫移动台启动寻呼流程。在该信道传递的信息有以下三个：1. 被寻呼的移动台身份识别号2. 寻呼模式3. 寻呼流程需要何种信道移动通信28/独立专用控制信道（SDCCH，双向信道，点对点方式） 该信道主要用于在网络和移动台间传送用于呼叫接续所需要的信令。/快速随路控制信道（FACCH，双向信道，点对点方式） 该信道主要用于在通话过程中在网络和移动台间传送信令。该信道实际上是临时借用TCH信道。移动通信29/慢速随路控制信道（SACCH，双向信道，点对点方式） 该信道主要用于传送一些辅助信息。该信道始终与SDCCH或TCH伴随在一起。对于下行

18、信道而言，主要传送：功率控制命令时间调整命令必要的网络参数（通过系统消息如系统消息5和6，由于移动台在非空闲模式下无法接收系统消息，为使移动台及时了解网络参数的改变）。对于上行信道而言，主要传送测量报告（用于提供功率控制和切换所必须的信息）实际使用的发射功率、实际使用的时间调整量移动通信30/业务信道（TCH，双向信道，点对点方式） 该信道主要在网络和移动台间传送业务（包括话音、数据等）。移动通信31/移动台使用信道的顺序搜寻网络时，寻找BCCH空闲状态，监听BCH和PCH需要与网络通信时，在RACH上发送信道请求监听AGCH，若收到确认信息，则转入分配的SDCCH+SACCH，当与网络完成接

19、续等信令后，则转入网络分配的TCH+FACCH+SACCH，完成业务通信后，回到空闲状态移动通信32/所谓物理信道，是指一个时隙（约577us，156.25个比特）。/所谓逻辑信道，是指GSM04.03中描述的信道。/所谓逻辑信道到物理信道的映射，是指一个物理信道（时隙）要承载若干逻辑信道。只有一些特定的逻辑信道才能组合在一起（信道组合），在一个物理信道上承载。这些逻辑信道必须根据某种规则复用在一个物理信道上，这种规则是建立在TDMA帧结构上的。移动通信33204720462101个超高帧2048个超帧012345671个帧8个时隙0252410504911个复帧26个帧1个复帧51个帧050

20、4910252411个超帧51个复帧1个超帧26个复帧移动通信34MCCMNCLACCILAICGIMCC: Mobile Country CodeMNC: Mobile Network CodeLAC: Location Area CodeCI : Cell IdentificationLAI: Location IdentificatoinCGI: Cell Global Identification移动通信35NCCBCCBSICNCC: Network Colour CodeBCC:Base station Colour CodeBSIC:Base Staion Identificat

21、ion Code移动通信36 移动台收到SCH后，即认为已同步于该小区。但为了正确地译出下行公共信令信道上的信息，移动台还必须知道公共信令信道所采用的训练序列码（TSC）。按照GSM规范的规定，训练序列码有八种固定的格式，分别用序号07表示。每个小区的公共信令信道所采用的TSC序列号由该小区的BCC决定。因此：BSIC的作用之一是通知移动台本小区公共信令信道所采用的训练序列号。移动通信37由于BSIC参与了随机接入信道（RACH）的译码过程，因此它可以用来避免基站将移动台发往相邻小区的RACH误译为本小区的接入信道。移动通信38当移动台在连接模式下（通话过程中），它必须根据BCCH上有关邻区表

22、的规定，对邻区BCCH载频的电平进行测量并报告给基站。同时在上行的测量报告中对每一个频率点，移动台必须给出它所测量到的该载频的BSIC。当在某种特定的环境下，即某小区的邻区中包含两个或两个以上的小区采用相同的BCCH载频时，基站可以依靠BSIC来区分这些小区，从而避免错误的切换，甚至切换失败。移动通信39移动台在连接模式下（通话过程中）必须测量邻区的信号，并将测量结果报告给网络。由于移动台每次发送的测量报告中只能包含六个邻区的内容，因此必须控制移动台仅报告与当前小区确实有切换关系的小区情况。BSIC中的高三位（即NCC）用于实现上述目的。网络运营者可以通过广播参数允许的NCC控制移动台只报告N

23、CC在允许范围内的邻区情况。移动通信40C CB BA AE ED DD DF F移动通信41 PSTN MS呼叫流程 MSC/VLR BSS MSRN IMSI MSRN MSISDN HLRGMSC移动通信42 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)MCCMNCMSIN国内移动用户识别码国际移动用户识别码移动通信43 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BSC编码 临时移动用户识别号(TMSI)移动

24、通信44 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)移动通信45 移动用户ISDN号码(MSISDN) 移动用户ISDN号码(MSISDN) 国家号码(CC):中国为86 MAC：移动接入码 ，=139(8、7、6、5、0、1) 移动用户号：H0H1H2H3ABCD H0H1H2H3：HLR识别码，由总部统一分配到本地网；H0=0 ABCD：移动用户号，由HLR自行分配 CCMACSN国内有效移动用户ISDN号码国际移动用户ISDN移动通信46RxLevel & C/I/dBm

25、：P(dBm)=10lgP(mW)/Rxlev:0信号强度小于-110dBm1信号强度在-110dBm和-109dBm之间2信号强度在-109dBm和-108dBm之间n信号强度在(-111+n)dBm和(-110dBm+n)之间63信号强度大于-48dBm/接收灵敏度：-104dBm/-102dBm/C/I：载(波)干(扰)比，即载波的信号电平(dBm)减去干扰的信号电平(dBm)/按照GSM规范，C/I9dB移动通信47TA/TA：Time Adjust，时间调整量，是指移动台信号到达基站的实际时间和假设该移动台与基站距离为0时移动台信号到达基站的时间的差值。基站对移动台信号到达的时间始终

26、进行监控，根据到达时间的变化在下行的SACCH发TA命令。TA/2TA/2BTS发MS收/发BTS收时间调整后BTS收Short Burst移动通信48BER/FER/Rxquality/BER：Bit Error Rate，误比特率，在信道译码纠错前估计的数字/FER：Frame erase rate，帧擦除率，又称误帧率，所谓擦除帧或误（坏）帧是指一个话音帧在经过译码纠错后，CRC校验错误。/Rxquality：0-7级，根据BER的范围而确定0级BER0.2%1级0.2%BER0.4%2级0.4%BER0.8%3级0.8%BER1.6%4级1.6%BER3.2%5级3.2%BER6.4%

27、6级6.4%BER0 移动通信84小区选择C1 = Rxlev - Rxlev_access_min - Max ( Ms_txpwr_max_cch - P), 0)C2 = C1 + Cell_reselect_offset - Temporary_offset * H(Penalty_time - T)当Penalty_time不等于11111时H(x) = 0 x 0C2 = C1 - Cell_reselect_offset当Penalty_time等于11111时移动通信85小区重选滞后v小区重选滞后（Cell Reselection Hysteresis）仅用于位置区不同的相邻小

28、区重选。位置区相同吗？移动通信86小区禁止限制小区禁止限制小区接入禁止小区选择优先级小区重选状态00正常正常01禁止禁止10低正常11低正常 小区禁止：Cell Bar (CB) 小区禁止限制：Cell Bar Qualify (CBQ)移动通信87小区选择和小区重选小区选择和小区重选移动通信88小区选择和小区重选小区选择和小区重选/小区重选 移动台在进行小区选择后，若发现有更佳的小区（这些小区应为驻留小区的邻区，移动台会定期对这些邻区进行测量），或判断驻留在本小区的条件已不满足，则将启动小区重选。小区重选的标准是在前面小区选择标准的基础上增加一个标准-C2，即选取C2最大的小区作为重选小区。

29、C2的计算方法如下： 当某个小区被选择为重选小区时，该小区对应的T定时器清零并启动，直到它等于PENALTY_TIME为止，并保持该值。移动通信89系统控制参数八 邻小区描述 (Adjacent cell allocation)注意设置相邻小区正确的绝对频道号和相应的BSIC (a) (b)(c)A AB BC C小区小区 A的泄漏区的泄漏区D DD DC CQ QP PP PQ QC CA AA AB BB B移动通信90系统控制参数十四 等待指示（T3122）：0 255秒等待指示对于业务量超载地区相当重要。网络忙！稍后移动通信91系统控制参数十五多频段指示多频段指示 ( Multiban

30、d Report)-00： 移 动 台 需 根 据 邻 区 的 信 号 强 度， 报 告 6 个 信 号 最 强 的 NCC 已 知 的 且 是 允 许 的 邻 区 测 量 结 果， 而 不 管 邻 区 处 于 哪 个 频 段。-01： 移 动 台 需 报 告 邻 区 表 中 包 含 的 每 个 频 段（ 不 包 含 当 前 服 务 区 所 用 频 段） 的、 信 号 强 度 最 强、 NCC 已 知 且 是 允 许 的 一 个 邻 区 测 量 结 果。 在 剩 余 位 置 上 报 告 当 前 服 务 区 所 用 频 段 中 的 邻 区。 若 还 有 剩 余 位 置， 则 报 告 其 余 邻 区 的 情 况， 而 不 管 邻 区 处 于 哪 个 频 段。-10： 移 动 台 需 报 告 邻 区 表 中 包 含 的 每 个 频 段（ 不 包 含 当 前 服 务 区 所 用 频 段） 中、 信 号 强 度 最 强、 NCC 已 知 且 是 允 许 的 两 个 邻 区 的 测 量 结 果。 在 剩 余 位 置 上 报 告 当 前 服 务 区 所 用 频 段 中 的 邻 区。 若 还 有 剩 余 位 置， 则 报 告 其 余 邻 区 的 情 况， 而 不 管 邻 区 处 于 哪