GSM移动通信原理ISSUE2.0

1、Xian Huichen wireless network career training centreGSM通信原理通信原理ISSUE 2.0Xian Huichen wireless network career training centrePage Page 2 2学习目标学习目标l了解移动通信的多址技术，蜂窝技术l了解GSM系统结构、接口l掌握Um接口的物理信道结构、Um接口的逻辑信道功能与组合、理解GSM话音的处理过程l掌握GSM移动区域的划分l掌握GSM编号计划l了解GSM移动性管理学习完本课程，您应该能够：Xian Huichen wireless network career

2、 training centrePage Page 3 3第二章第二章 GSM 系统结构与接口系统结构与接口第三章第三章 GSM无线接口与信道无线接口与信道第四章第四章 GSM 编号与区域编号与区域第五章第五章 GSM 移动性管理移动性管理Xian Huichen wireless network career training centrePage Page 4 4移动通信的定义移动通信的定义l 移动通信是指通信双方或至少一方是处于移动中进 行信息交流的通信。l 移动体之间的通信只能依靠无线电传输。l 那什么是无线通信呢？无线通信指利用电磁波的辐射和传播，经过空间传送信息的通信方式.电磁波是

3、它的载体。Xian Huichen wireless network career training centrePage Page 5 51982年，年，GSM小组成立，主要目标定位于实现欧洲各国移动通信系统的互联小组成立，主要目标定位于实现欧洲各国移动通信系统的互联互通互通1986年，在巴黎，对提出的八个建议系统进行现场试验1987年，确定采用频分双工窄带时分多址（FDDTDMA）、规则脉冲激励长期预测话音编码（RPE-LTP）和高斯滤波最小频移键控（GMSK）调制1988年，十八个欧洲国家达成年，十八个欧洲国家达成GSM谅解备忘录谅解备忘录(MoU)1989年，年，GSM标准生效标准生效

4、PHASE I，主要定义了900M频段的技术标准PHASE II 标准，除了对PHASE I 标准进行必要的修正和业务补充外，主要增加了1800M频段的技术标准PHASE II 标准，主要增加了GPRS部分的内容1991年，年，GSM系统在欧洲正式开通运行，移动通信跨入第二代系统在欧洲正式开通运行，移动通信跨入第二代1994年，年，GSM进入我国进入我国GSM发展简史发展简史Xian Huichen wireless network career training centrePage Page 6 6移动通信发展展望移动通信发展展望1G2G3G2.5G80s初80s末96年2002年无线通信

5、系统时间GSMPDCD-AMPS IS-95AW-CDMACDMA2000TD-SCDMAAMPSTACSNMTNTT GPRSIS-95B无线通信在今天的发展Xian Huichen wireless network career training centrePage Page 7 7第一章第一章 GSM 概述概述 第三章第三章 GSM无线接口与信道无线接口与信道第四章第四章 GSM 编号与区域编号与区域第五章第五章 GSM 移动性管理移动性管理Xian Huichen wireless network career training centrePage Page 8 82.1 GSM系

6、统结构和功能系统结构和功能2.2 GSM主要接口主要接口Xian Huichen wireless network career training centrePage Page 9 9OMCHLR/AUC/EIRSMCMSC/VLRBSC其他MSCBTSMSMSBTSBTSMAP接口A-bis接口A接口PSTNISDNGSM系统结构与功能系统结构与功能Xian Huichen wireless network career training centrePage Page 1010 移动台由移动台由SIM卡与机身设备组成。卡与机身设备组成。SIM卡上包含所有与用户有关的无线接口一侧卡上包含所

7、有与用户有关的无线接口一侧的信息，也含有鉴权和加密实现的信息。的信息，也含有鉴权和加密实现的信息。 固化数据：固化数据：IMSI、Ki、安全算法、安全算法(A3、A8) 临时网络数据：临时网络数据：TMSI、LAI、KC 业务相关数据：业务相关数据：PIN(个人识别号个人识别号)、PUK机身设备可以是手持机，车载台等。机身设备可以是手持机，车载台等。移动台移动台(MS)的功能的功能Xian Huichen wireless network career training centrePage Page 1111接口管理接口管理BTS的管理的管理操作与维护操作与维护支持呼叫控制支持呼叫控制切换切

8、换话务量统计话务量统计无线链路的测量无线链路的测量无线参数及无线资源管理无线参数及无线资源管理BSC的功能的功能Xian Huichen wireless network career training centrePage Page 1212BTS受控于受控于BSC实现实现BTS与移动台与移动台(MS)空空中接口的功能中接口的功能BTS的功能的功能Xian Huichen wireless network career training centrePage Page 1313接口管理接口管理支持电信业务，承载支持电信业务，承载业务和补充业务业务和补充业务支持位置登记、越区支持位置登记、越区

9、切换和自动漫游等其切换和自动漫游等其它网络功能它网络功能MSC的功能的功能Xian Huichen wireless network career training centrePage Page 1414服务于其控制区域内移服务于其控制区域内移动用户动用户存储进入其控制区域内存储进入其控制区域内已登记的移动用户相关已登记的移动用户相关信息信息VLR的功能的功能Xian Huichen wireless network career training centrePage Page 1515GSM系统的中央数据库系统的中央数据库所有移动用户的重要数所有移动用户的重要数据都存储在据都存储在HLR

10、中。包中。包括用户识别号码，访问括用户识别号码，访问能力、用户类别和补充能力、用户类别和补充业务等数据，以及漫游业务等数据，以及漫游移动用户所在移动用户所在MSC区域区域的有关动态数据的有关动态数据HLR的功能的功能Xian Huichen wireless network career training centrePage Page 1616属于属于HLR的一个功能单的一个功能单元部分，专用于元部分，专用于GSM系系统的安全性管理统的安全性管理存储鉴权信息和加密密存储鉴权信息和加密密钥，防止无权用户接入钥，防止无权用户接入系统和防止无线接口中系统和防止无线接口中数据被窃数据被窃AUC的功能

11、的功能Xian Huichen wireless network career training centrePage Page 1717存储移动设备的国际移动设备识存储移动设备的国际移动设备识别码别码(IMEI)，通过核查三种表格，通过核查三种表格（白名单、灰名单、黑名单）使（白名单、灰名单、黑名单）使得网络具有防止无权用户接入、得网络具有防止无权用户接入、监视故障设备的运行和保障网络监视故障设备的运行和保障网络运行安全的功能运行安全的功能EIR的功能的功能Xian Huichen wireless network career training centrePage Page 18182.

12、1 GSM系统结构和功能系统结构和功能Xian Huichen wireless network career training centrePage Page 1919A接口、接口、Abis接口和接口和Um接口接口其中，其中，A接口、接口、Um接口为开放式接口接口为开放式接口MSBTSBSCMSCUm接口接口Abis接口接口A接口接口BSS侧主要接口侧主要接口Xian Huichen wireless network career training centrePage Page 2020网路子系统（网路子系统（NSS）与基站子系统（）与基站子系统（BSS）之间的通信接口）之间的通信接口物理

13、链路采用标准的物理链路采用标准的2.048Mb/s PCM数字数字传输链路传输链路传输话音和七号信令传输话音和七号信令传递的信令包括移动台管理、基站管理、传递的信令包括移动台管理、基站管理、移动性管理、接续管理等移动性管理、接续管理等A接口接口Xian Huichen wireless network career training centrePage Page 2121基站控制器基站控制器(BSC)和基站收发信台和基站收发信台(BTS)之间的通信接口之间的通信接口物理链路采用标准的物理链路采用标准的2.048Mb/s数字传数字传输链路输链路采用采用LAPD协议协议Abis接口接口Xian

14、Huichen wireless network career training centrePage Page 2222移动台与基站收发信台移动台与基站收发信台(BTS)之间的无线之间的无线通信接口通信接口物理链路为无线链路物理链路为无线链路采用采用LAPDm协议协议传递的信令包括无线资源管理，移动性管传递的信令包括无线资源管理，移动性管理和接续管理等理和接续管理等Um接口接口Xian Huichen wireless network career training centrePage Page 2323MSCF接口接口EIRHLR/AUCC接口接口B接口接口VLRD接口接口G接口接口VL

15、RB接口接口MSCE接接口口MAP接口接口NSS内部接口内部接口Xian Huichen wireless network career training centrePage Page 2424第一章第一章 GSM 概述概述 第二章第二章 GSM 系统结构与接口系统结构与接口第四章第四章 GSM 编号与区域编号与区域第五章第五章 GSM 移动性管理移动性管理Xian Huichen wireless network career training centrePage Page 25253.2 语音信号处理过程语音信号处理过程3.3 GSM系统技术介绍系统技术介绍3.4 无线逻辑信道无线逻辑

16、信道Xian Huichen wireless network career training centrePage Page 2626无线接口概述无线接口概述其他其他MSCBTSHLR/AUCSMCPSTN ISDNOMCMSUmMSA-bis接口接口BSCA接口接口MSC/VLRBTSBTSXian Huichen wireless network career training centrePage Page 2727接续管理（CM）无线资源管理（RR）移动和安全管理（MM）综合处理TCH0 TCH1 TCH2 。SACCH 。TCH25 IDL复帧复帧物理层物理层(L1)数据链路层数据

17、链路层(L2)网络应用层网络应用层(L3)第一章第一章 无线接口概述无线接口概述RACHBCCHAGCH/PCHSDCCHSACCHTCHFACCH无线接口（Um口）分层结构Xian Huichen wireless network career training centrePage Page 2828第一章第一章 无线接口概述无线接口概述时间时间FDMA频率频率TDMA时间时间频率频率CDMA频频率率时间时间码码无线接入技术Xian Huichen wireless network career training centrePage Page 29293.1 无线接口概述无线接口概述3.

18、3 GSM系统技术介绍系统技术介绍3.4 无线逻辑信道无线逻辑信道Xian Huichen wireless network career training centrePage Page 3030语音语音A/D8KHz，13bit语音编码语音编码分段分段20ms13kbit/s信道编码信道编码交织交织突发脉冲突发脉冲加密加密22.8kbit/s调制调制33.8kbit/s发送发送语音信号处理过程语音信号处理过程Xian Huichen wireless network career training centrePage Page 3131语音信号处理过程语音信号处理过程l编码方式称为规则脉

19、冲激励长期预测编码(RPE-LTP)，其处理过程是先进行8KHZ抽样，调整每20ms为一帧，每帧分为4个子帧，每个子帧长5ms，纯比特率为13kbit/s。语音编码语音编码Xian Huichen wireless network career training centrePage Page 3232块编码器块编码器激励激励编码器编码器50bit+3*2+4132bit78bit456bit语音信号处理过程语音信号处理过程信道编码信道编码Xian Huichen wireless network career training centrePage Page 33331 2 3 4 5 6

20、7 8 . . 452 453 454 455 456816.456210.450614.45419.449412.452715.455311.451513.453.B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B0,A4 B1,A5 B2,A6 B3,A7 C0,B4 C1,B5 C2,B6 C3,B7一次交织（块内）：一次交织（块内）：二次交织（块间）：二次交织（块间）：语音信号处理过程语音信号处理过程语音交织语音交织Xian Huichen wireless network career training centrePage Page 34343571261573语音信号处理过程语音

21、信号处理过程语音突发脉冲语音突发脉冲Xian Huichen wireless network career training centrePage Page 35353.1 无线接口概述无线接口概述3.2 语音信号处理过程语音信号处理过程3.4 无线逻辑信道无线逻辑信道Xian Huichen wireless network career training centrePage Page 3636传播时延传播时延t传播时延传播时延tTA这样下去不行，得让手机提前这样下去不行，得让手机提前一个一个TA值时间发给我！值时间发给我！GSM系统技术介绍系统技术介绍定时提前（定时提前（TA）Xian

22、 Huichen wireless network career training centrePage Page 3737频率频率f 0帧f 1f 2f 3f 4时间时间GSM系统技术介绍系统技术介绍跳频跳频Xian Huichen wireless network career training centrePage Page 3838延长电池寿命延长电池寿命降低干扰降低干扰lVAD: 语音激活检测(Voice Activity Detection)码变换器实现GSM系统技术介绍系统技术介绍lDTX: 不连续发射(Discontinuous Transmission ) 在语音间歇期关闭发

23、射 仅发射静音指示帧 接收端码变换器产生舒适噪声DTXXian Huichen wireless network career training centrePage Page 3939l延长电池寿命l降低网络干扰l包括上行功控和下行功控l功率控制基于电平和质量lBSC、BTS是判决者GSM系统技术介绍系统技术介绍BCCH载频不参加载频不参加功率控制功率控制时间时间信号信号电平电平目标电平值：目标电平值：e.g. -85 dBm功率控制功率控制Xian Huichen wireless network career training centrePage Page 40403.1 无线接口概述

24、无线接口概述3.2 语音信号处理过程语音信号处理过程3.3 GSM系统技术介绍系统技术介绍Xian Huichen wireless network career training centrePage Page 4141无线逻辑信道无线逻辑信道l时隙和帧结构时隙和帧结构l逻辑信道分类逻辑信道分类l逻辑信道组合逻辑信道组合l公共控制信道配置公共控制信道配置Xian Huichen wireless network career training centrePage Page 4242频率频率200kHzBP15/26ms隙缝隙缝时间时间时隙和帧结构时隙和帧结构帧和信道帧和信道Xian Hui

25、chen wireless network career training centrePage Page 43430123204420452046204701234849504701242501242514950001457623TB3TB3GP8.25TB：尾比特TB3TB3GP8.25GP：保护期TB3TB3GP8.25TB3TB3GP 68.2558信息比特26训练序列58信息比特固定比特142信息比特39扩展的训练序列64信息比特39同步序列41信息比特36常规突发序列（NB）频率校正突发序列（FB）同步突发序列（SB）接入突发序列（AB）1超高帧=2048超帧=2715648TDM

26、A帧（3小时28分53秒760毫秒）1超帧=1326TDMA帧（6.12秒）1复帧=26TDMA帧（120ms）1复帧=51TDMA帧（3060/13ms）1TDMA帧=8时隙（120/26=4.615ms）1时隙=156.25比特持续期（15/26=0.577ms）（1比特持续期：48/13=3.68us）BCCHCCCHSDCCHTCHSACCH/TFACCH时隙和帧结构时隙和帧结构Xian Huichen wireless network career training centrePage Page 44448bit41同步同步bit36加密加密bit3bit68.25bit尾比特尾比

27、特保护间隔数据 接入突发脉冲序列接入突发脉冲序列(AB)：用于：用于MS初始化接入初始化接入3bit142bit3bit8.25bit尾比特尾比特保护间隔数据 频率校正突发脉冲序列频率校正突发脉冲序列(FB)：用于：用于MS与与BTS之间的频率同步之间的频率同步3bit39加密加密bit39加密加密bit3bit8.25bit尾比特尾比特保护间隔数据数据64同步同步bit 同步突发脉冲序列同步突发脉冲序列(SB)：用于：用于MS与与BTS之间的定时同步之间的定时同步时隙和帧结构时隙和帧结构突发脉冲突发脉冲Xian Huichen wireless network career training

28、 centrePage Page 45453bit57加密加密bit57加密加密bit3bit8.25bit尾比特尾比特保护间隔数据数据26bit11训练序列偷帧标志 普通突发脉冲序列普通突发脉冲序列(NB)：用于携带业务信道和除：用于携带业务信道和除RACH之外的控制信道上的信息之外的控制信道上的信息3bit142调制调制bit3bit8.25bit尾比特尾比特保护间隔 虚拟突发脉冲序列虚拟突发脉冲序列(DB)：用于：用于BTS在无信息下发的时隙发送填充帧在无信息下发的时隙发送填充帧时隙和帧结构时隙和帧结构Xian Huichen wireless network career traini

29、ng centrePage Page 4646逻辑信道分类逻辑信道分类 GSM900 和和 GSM1800 的逻辑信道划分是一样的的逻辑信道划分是一样的广播控制信道广播控制信道(BCCH)控制信道控制信道通用控制信道通用控制信道(CCCH)话音信道话音信道 (TCH)FCCH SCHBCCH(系统消息系统消息)TCH/FAGCHRACHSDCCHFACCHSACCHTCH/HTCH/9.6FTCH/ 4.8F, HTCH/ 2.4F, HPCH通用信道通用信道(CCH)专用信道专用信道 (DCH)逻辑信道逻辑信道Xian Huichen wireless network career trai

30、ning centrePage Page 4747FCCHSCHBCCHPCHAGCHBCCHCCCH通用通用信道信道SDCCHSACCHFACCHTCH/FTCH/HDCCHTCH专用专用信道信道逻辑信道分类逻辑信道分类下行逻辑信道下行逻辑信道Xian Huichen wireless network career training centrePage Page 4848RACHCCCH通用通用信道信道SDCCHSACCHFACCHTCH/FTCH/HDCCHTCH专用专用信道信道逻辑信道分类逻辑信道分类上行逻辑信道上行逻辑信道Xian Huichen wireless network c

31、areer training centrePage Page 4949搜寻频率校正脉冲搜寻频率校正脉冲搜寻同步脉冲搜寻同步脉冲解读系统消息解读系统消息侦听寻呼消息侦听寻呼消息发送接入脉冲发送接入脉冲信令信道分配信令信道分配呼叫建立呼叫建立话音信道分配话音信道分配通话通话呼叫释放呼叫释放FCCHSCHBCCHPCHRACHAGCHSDCCHSDCCHTCHFACCH逻辑信道分类逻辑信道分类开机状态开机状态空闲状态空闲状态专用模式专用模式空闲状态空闲状态逻辑信道作用举例逻辑信道作用举例Xian Huichen wireless network career training centrePage

32、Page 5050TCH/F+FACCH/F+SACCH/TF（全速率TCH）TCH/H+FACCH/H+SACCH/TH（半速率TCH）26帧复帧FCCH+SCH+BCCH+CCCH（主BCCH）FCCH+SCH+BCCH+CCCH+SDCCH/4+SACCH/4(组合BCCH)BCCH+CCCH（扩展BCCH）SDCCH/8+SACCH/C8（主SDCCH）51帧复帧逻辑信道组合逻辑信道组合Xian Huichen wireless network career training centrePage Page 5151逻辑信道组合逻辑信道组合 主主BCCHXian Huichen wir

33、eless network career training centrePage Page 5252逻辑信道组合逻辑信道组合组合组合BCCHXian Huichen wireless network career training centrePage Page 5353逻辑信道组合逻辑信道组合独立独立SDCCHXian Huichen wireless network career training centrePage Page 5454逻辑信道组合逻辑信道组合TCH信道信道Xian Huichen wireless network career training centrePage P

34、age 5555第一章第一章 GSM 概述概述 第二章第二章 GSM 系统结构与接口系统结构与接口第三章第三章 GSM 无线接口与信道无线接口与信道第五章第五章 GSM 移动性管理移动性管理Xian Huichen wireless network career training centrePage Page 56564.1 区域定义区域定义4.2 编号计划编号计划Xian Huichen wireless network career training centrePage Page 5757 PLMN区区.服务区服务区 PLMN区区MSC区区.MSC区区.位置区位置区.位置区位置区.基站

35、覆盖区基站覆盖区.基站覆盖区基站覆盖区.小区小区小区小区. GSM区域定义区域定义Xian Huichen wireless network career training centrePage Page 58584.1 区域定义区域定义Xian Huichen wireless network career training centrePage Page 5959Not more than 15 digits3 digits2 digitsIMSIMCCMNCMSINNMSIMCC：移动国家码，三个数字，如中国为：移动国家码，三个数字，如中国为 460。MNC：移动网号，两个数字，如中国移

36、动的：移动网号，两个数字，如中国移动的MNC为为00。MSIN：在某一：在某一PLMN内内MS唯一的识别码唯一的识别码,编码格式为编码格式为:H1 H2 H3 SXXXXXXNMSI：在某一国家内：在某一国家内MS唯一识别码。唯一识别码。编号计划编号计划IMSIXian Huichen wireless network career training centrePage Page 6060IMSI是是GSM系统分配给移动用户系统分配给移动用户(MS)的唯一的唯一的识别号。的识别号。采取采取E.212编码方式。编码方式。存储在存储在SIM卡、卡、HLR和和VLR中，在无线接口中，在无线接口及及

37、MAP接口上传送。接口上传送。 IMSI分配原则：最多包含分配原则：最多包含15个数字个数字(0-9)。例例:460002289000168IMSIXian Huichen wireless network career training centrePage Page 6161TMSI是为了加强系统的保密性而在是为了加强系统的保密性而在VLR内分内分配的临时用户识别，在某一配的临时用户识别，在某一VLR区域内与区域内与IMSI唯一对应。唯一对应。TMSI分配原则：分配原则：包含四个字节，可以由八个十六进制数组成包含四个字节，可以由八个十六进制数组成，其结构可由各运营部门根据当地情况而定。，其

38、结构可由各运营部门根据当地情况而定。TMSIXian Huichen wireless network career training centrePage Page 6262CC： Country Code，国家码，如中国为，国家码，如中国为86。NDC：National Destination Code，国内接入号，如，国内接入号，如139、130等等。等等。SN： Subscriber NumberMSISDN的一般格式为的一般格式为86-139-H0 H1 H2 H3 ABCDCCNDCSNNational (significant)Mobile numberMobile statio

39、n internationalISDN numberMSISDNXian Huichen wireless network career training centrePage Page 6363MSISDN是指主叫用户为呼叫是指主叫用户为呼叫GSM PLMN中中的一个移动用户所需拨的号码，作用同于固定的一个移动用户所需拨的号码，作用同于固定网网PSTN号码号码采取采取E.164编码方式编码方式存储在存储在HLR和和VLR中，在中，在MAP接口上传送例接口上传送例SISDNXian Huichen wireless network career training ce

40、ntrePage Page 6464MCC：Mobile Country Code，移动国家码，中国为，移动国家码，中国为 460。MNC：Mobile Network Code，移动网号，两个数字，移动网号，两个数字， 如中国移动的如中国移动的MNC为为00。LAC：Location Area Code，是，是2个字节长的十六进制个字节长的十六进制BCD码码， 0000与与FFFE不能使用。不能使用。 例例:460008C90在检测位置更新时，要使用位置区识别在检测位置更新时，要使用位置区识别LAI，寻呼移，寻呼移动台是以动台是以LAI为单位进行为单位进行Location Area Iden

41、tificationMCCMNCLACLAIXian Huichen wireless network career training centrePage Page 6565CGI是所有是所有GSM PLMN中小区的唯一标识中小区的唯一标识，是在位置区识别，是在位置区识别LAI的基础上再加上小区的基础上再加上小区识别识别CI构成的。构成的。编码格式为编码格式为LAI+CICI：Cell Identity, 是是2个字节长的十个字节长的十六进制六进制BCD码，可由运营部门自定码，可由运营部门自定例：例：4600017A728FDCGIXian Huichen wireless network

42、career training centrePage Page 6666NCC-PLMN色码。用来唯一地识别相邻国家不同的色码。用来唯一地识别相邻国家不同的PLMN。 相相邻国家要具体协调邻国家要具体协调NCC的配置。的配置。BCC-BTS色码。用来唯一地识别采用相同载频、相邻的、不同色码。用来唯一地识别采用相同载频、相邻的、不同的的BTS。(取值取值07)例：例：25用于移动台识别相邻的、采用相同载频的、不同的基用于移动台识别相邻的、采用相同载频的、不同的基站收发信台（站收发信台（BTS），特别用于区别在不同国家的边），特别用于区别在不同国家的边界地区采用相同载频的相邻界地区采用相同载频的相

43、邻BTS.基站识别色码基站识别色码BSICNCCBCCBSICXian Huichen wireless network career training centrePage Page 6767TAC-型号批准码，由欧洲型号批准中心分配。型号批准码，由欧洲型号批准中心分配。FAC-最后装配码，表示生产厂家或最后装配所在地，由厂家进行编码最后装配码，表示生产厂家或最后装配所在地，由厂家进行编码SNR-序号码。这个数字的独立序号码唯一地识别每个序号码。这个数字的独立序号码唯一地识别每个TAC和和FAC的每个的每个移动设备。移动设备。SP-备用备用,为为0例：例：490547403767335IMEI唯一地识别一个移动台设备，用于监控被窃唯一地识别一个移动台设备，用于监控被窃或无效的移动设备或无效的移动设备,#06#IMEI（15位数字）位数字）TACSPFACSNR6个数字个数字2个数字个数字6个数字个数字1个数字个数字IMEIXian Huichen wireless