移动通信 第7章 TDMA数字蜂窝网

1、第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 第第 7 章章 时分多址时分多址(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 7.1 GSM系统总体系统总体 7.2 GSM系统的无线接口系统的无线接口 7.3 GSM系统的控制与管理系统的控制与管理 7.4 三种三种TDMA蜂窝系统分析比较蜂窝系统分析比较 第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 7.1 GSM系统总体系统总体GSM发展过程发展过程：1. 1982年，北欧四国向年，北欧四国向CEPT递交建议书，要求制定递交建议书，要求制定900MHz全欧洲全欧洲 统一的蜂窝移动通信系统（解决不同模拟系统的互不兼容无法漫统一的蜂窝移动通信系统（解决不同模拟系

2、统的互不兼容无法漫 游的问题），并成立欧洲游的问题），并成立欧洲GSM（Group Special Mobile）；）；2. 1982-1985年，讨论指定模拟蜂窝网还是年，讨论指定模拟蜂窝网还是数字蜂窝网数字蜂窝网问题；问题；3. 1986年，在巴黎对提出年，在巴黎对提出8个数字蜂窝系统进行现场实验，并与个数字蜂窝系统进行现场实验，并与1987 年年5月，选定窄带月，选定窄带TDMA方案；方案；4. 1988年，年，18个欧洲国家达成个欧洲国家达成GSM谅解备忘录，颁布谅解备忘录，颁布GSM标准，即标准，即 泛欧数字蜂窝网移动通信标准（仅对功能、接口作出规定，未对泛欧数字蜂窝网移动通信标准（

3、仅对功能、接口作出规定，未对 硬件规定硬件规定 ），包括），包括GSM900和和DCS1800两个并行系统。两个并行系统。 GSM标准标准 包括包括12项内容：项内容：第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 表表 71 GSM 标标 准准 第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 图图 71 GSM蜂窝系统的网络结构蜂窝系统的网络结构 BTSBSCVLRMSCOMCHLRAUCEIRBTSBSCMSMSTE基站子系统网络子系统PSTNISDNPDN一、一、 网络结构网络结构 第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 1.1.移动台移动台( (MS) ) (1) 分类分类：车载台、便携台

4、和车载台、便携台和手机手机。(2) 接口接口：移动台通过移动台通过无线接口（空中接口）无线接口（空中接口）接入接入GSM系系统，具有无线传输与处理功能；移动台必须提供统，具有无线传输与处理功能；移动台必须提供与使用与使用者之间的接口人机接口者之间的接口人机接口（MIC、按键、扬声器，显示按键、扬声器，显示器等）；提供与器等）；提供与其它其它TE之间的接口之间的接口（PC机、机、Fax机等）机等） (3) 重要组成：重要组成：用户识别模块用户识别模块(SIM)，亦称亦称SIM卡卡。第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 2. 基站子系统基站子系统(BSS)GSM系统的基本组成部分系统的基本组

5、成部分(1) 功能功能：通过无线接口与通过无线接口与MS相连，进行无线发送接收及无线资源管相连，进行无线发送接收及无线资源管理；理；BSS与网络子系统与网络子系统(NSS)中的移动交换中心中的移动交换中心(MSC)相连，实现移动相连，实现移动用户与固定网络用户之间或移动用户之间的通信连接。用户与固定网络用户之间或移动用户之间的通信连接。(2) 组成组成：基站收发信机基站收发信机(BTS)和基站控制器和基站控制器(BSC) 。BTS、天线共用、天线共用器和天线是器和天线是BSS的无线部分，由的无线部分，由BSC实施控制；实施控制；BSC承担无线资源及承担无线资源及各种接口的控制与管理。各种接口的

6、控制与管理。 (3) BTSBTS与与BSCBSC的的连接方式连接方式：直接相连或通过基站接口设备直接相连或通过基站接口设备(BIE)采用远采用远端控制的连接方式与端控制的连接方式与BSC相连接。相连接。第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 3. 网络子系统网络子系统(NSS)交换、移动性和安全性管理功能交换、移动性和安全性管理功能 (1) 移动交换中心移动交换中心(MSC)(MSC)：是是NSS的核心，提供的核心，提供交换功能交换功能并并连接到各功能实体：基站子系统连接到各功能实体：基站子系统(BSS)、原籍位置寄存器原籍位置寄存器(HLR)、鉴权中心鉴权中心(AUC)、移动设备识别寄

7、存器移动设备识别寄存器(EIR)、操作维护中心操作维护中心(OMC)和固定网和固定网(公用电话网、综合业务数公用电话网、综合业务数字网等字网等) MSC可以从可以从HLR、VLR和和AUC三种数据库获取有关三种数据库获取有关处理处理用户位置登记用户位置登记和和呼叫请求呼叫请求等所需的全部数据；等所需的全部数据；MSC还支还支持持位置登记和更新位置登记和更新、过区切换过区切换和和漫游服务漫游服务等项功能。等项功能。 第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 (2) 原籍用户位置寄存器原籍用户位置寄存器(HLR)：GSM系统的系统的中央数据库中央数据库，存储该存储该HLR管辖区的所有移动用户的有

8、关数据。管辖区的所有移动用户的有关数据。静态数据静态数据有有移动用户码、访问能力、用户类别和补充业务等；移动用户码、访问能力、用户类别和补充业务等；HLR还暂还暂存移动用户漫游时的有关存移动用户漫游时的有关动态信息动态信息数据。数据。(3) 访问用户位置寄存器访问用户位置寄存器(VLR)：存储进入其控制区域内：存储进入其控制区域内来来访移动用户的有关数据访移动用户的有关数据，这些数据是从该移动用户的原籍位，这些数据是从该移动用户的原籍位置寄存器获取并进行暂存的，一旦移动用户离开该置寄存器获取并进行暂存的，一旦移动用户离开该VLR的控的控制区域，制区域， 则临时存储的该移动用户的数据就会被消除。

9、即则临时存储的该移动用户的数据就会被消除。即VLR可看作是一个可看作是一个动态的用户数据库动态的用户数据库。 第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 (4) 鉴权中心鉴权中心(AUC)：保障：保障GSM系统的通信安全，包括对系统的通信安全，包括对移动用户鉴权移动用户鉴权，对无线链路上的话音、数据和信令信息进对无线链路上的话音、数据和信令信息进行保密行保密等。鉴权中心存储鉴权信息和加密密钥，用来防止等。鉴权中心存储鉴权信息和加密密钥，用来防止无权用户接入系统和保证无线通信安全。无权用户接入系统和保证无线通信安全。 (5) 移动设备识别寄存器移动设备识别寄存器(EIR)：存储移动设备的国际移：

10、存储移动设备的国际移动设备识别码动设备识别码(IMEI)，通过核查通过核查白色、黑色和灰色白色、黑色和灰色三种清三种清单，运营部门就可判断出移动设备是属于准许使用的，还单，运营部门就可判断出移动设备是属于准许使用的，还是失窃而不准使用的，还是由于技术故障或误操作而危及是失窃而不准使用的，还是由于技术故障或误操作而危及网络正常运行的网络正常运行的MS设备，以确保网络内所使用的移动设设备，以确保网络内所使用的移动设备的唯一性和安全性。备的唯一性和安全性。 第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 (6) 操作与维护中心操作与维护中心( (OMC) )：负责对全网进行监控负责对全网进行监控与操作维

11、护。包括系统的与操作维护。包括系统的自检、报警自检、报警与备用与备用设备的激设备的激活活，系统的，系统的故障诊断与处理故障诊断与处理，话务量的统计和计费数话务量的统计和计费数据的记录与传递据的记录与传递，以及与网络参数有关的，以及与网络参数有关的各种参数的各种参数的收集、收集、 分析与显示分析与显示等。等。 第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 4. GSM网络接口网络接口 VLRVLRHLREIRMSCBTSBSCAbisMSCMSUmAEFCBDG图图 7-2 GSM系统的接口系统的接口 第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 (1) 主要接口主要接口：A接口、接口、Abis接口

12、和接口和Um接口。主要接口接口。主要接口的定义和标准化可的定义和标准化可保证不同厂家生产的移动台、基站子保证不同厂家生产的移动台、基站子系统和网络子系统设备系统和网络子系统设备能够纳入同一个能够纳入同一个GSM移动通信网移动通信网运行和使用。运行和使用。 (2) 网络子系统内部接口：网络子系统内部接口：B、C、D、E、F、G接口。接口。 (3) GSM系统与其它公用电话网接口：系统与其它公用电话网接口：GSM系统通过系统通过MSC与公用电信网互连。一般采用与公用电信网互连。一般采用7号信令系统号信令系统接口。接口。物理链接方式：物理链接方式：MSC与与 PSTN或或ISDN交换机之间采用交换机

13、之间采用 2.048 Mb/s的的PCM数字传输链路实现的。数字传输链路实现的。 第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 二、二、GSM的区域、号码、地址与识别的区域、号码、地址与识别 1. 区域定义区域定义 GSM系统属于小区制大容量移动通信网，其服务系统属于小区制大容量移动通信网，其服务区内设置很多基站，移动台只要在服务区内，区内设置很多基站，移动台只要在服务区内，移动通信移动通信网就必须具有控制、交换功能，以实现位置更新、呼叫网就必须具有控制、交换功能，以实现位置更新、呼叫接续、过区切换及漫游服务接续、过区切换及漫游服务等功能。等功能。第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 扇区

14、扇区基站区扇区扇区基站区位置区扇区扇区基站区扇区扇区基站区位置区MSC区扇区扇区基站区扇区扇区基站区位置区扇区扇区基站区扇区扇区基站区位置区MSC区PLMN区GSM服务区图图 7 3 GSM的区域定义的区域定义第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 (1) GSM服务区服务区：移动台可获得服务的区域，即不同通信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。网用户无需知道移动台的实际位置而可与之通信的区域。(2)公用陆地移动通信网公用陆地移动通信网(PLMN)：一个公用陆地移动通信一个公用陆地移动通信网网(PLMN)可由一个或若干个移动可由一个或若干个

15、移动交换中心组成。交换中心组成。(3) MSC区区：一个移动交换中心所控制的区域，通常它连一个移动交换中心所控制的区域，通常它连接一个或若干个基站控接一个或若干个基站控制器，每个基站控制器控制多个基制器，每个基站控制器控制多个基站收发信机。站收发信机。(4) 位置区位置区：一般由若干个小区一般由若干个小区(或基站区或基站区)组成，移动台在组成，移动台在位置区内移动无需进行位置更新。通常呼叫移动台时，向位置区内移动无需进行位置更新。通常呼叫移动台时，向一个位置区内的所有基站同时发寻呼信号。一个位置区内的所有基站同时发寻呼信号。 (5) 基站区基站区：基站收发信机有效的无线覆盖区，即小区。基站收发

16、信机有效的无线覆盖区，即小区。 (6) 扇区扇区：当基站采用有向天线收发时，基站区分为若干当基站采用有向天线收发时，基站区分为若干 个扇区。个扇区。第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 2. 号码与识别号码与识别正确寻址，识别不同的正确寻址，识别不同的MS、不同的移动不同的移动 设备及不同的网络设备及不同的网络(1) 国际移动用户识别码国际移动用户识别码(IMSI)：唯一性、所有位置有效；唯一性、所有位置有效； 建立呼叫和位置更新时使用建立呼叫和位置更新时使用 。图图 7-4 国际移动用户识别码国际移动用户识别码(IMSI)的格式的格式 MCCMNCMSINNMSIIMSI（= 15位数

17、字)3位数字1或2位数字第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 MCC：移动用户所属国家代号，移动用户所属国家代号，3位数字，中国的位数字，中国的MCC规定为规定为 460。 MNC：移动网号码，最多由两位数字组成，用于识别移动网号码，最多由两位数字组成，用于识别移动用户所归属的移动通信网。移动用户所归属的移动通信网。 MSIN：移动用户识别码，用以识别某一移动通信网移动用户识别码，用以识别某一移动通信网(PLMN)中的移动用户。中的移动用户。第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 (2) 临时移动用户识别码临时移动用户识别码(TMSI) 作用：作用：为保障移动用户识别码的安全性，为保

18、障移动用户识别码的安全性，GSM系统提供系统提供安全保密措施，安全保密措施，空中接口无线传输的识别码采用临时移动空中接口无线传输的识别码采用临时移动用户识别码用户识别码(TMSI)代替代替IMSI。 两者按一定的算法互相转两者按一定的算法互相转换。访问位置寄存器换。访问位置寄存器(VLR)可给来访的移动用户分配一个可给来访的移动用户分配一个TMSI。 两者的区别：两者的区别：IMSI只在起始入网登记时使用，在后续的呼只在起始入网登记时使用，在后续的呼叫中使用叫中使用TMSI，避免通过无线信道发送其，避免通过无线信道发送其IMSI，防止窃，防止窃听者检测用户的通信内容，或非法盗用合法用户的听者检

19、测用户的通信内容，或非法盗用合法用户的IMSI。格式：格式：由各运营部门决定，总长不超过由各运营部门决定，总长不超过 4 个字节。个字节。 第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 (3) 国际移动设备识别码国际移动设备识别码(IMEI)： 区别移动台设备的标志，可用于区别移动台设备的标志，可用于监控被窃或无效的的监控被窃或无效的的移动设备。移动设备。 图图 7-5 国际移动设备识别码国际移动设备识别码(IMEI)的格式的格式 TACFACSNRSPIMEI（ 15位数字)6位数字2位数字6位数字1位数字第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 TAC：型号批准码，由型号标准中心分配。型号

20、批准码，由型号标准中心分配。 FAC：装配厂家号码。装配厂家号码。 SNR：产品序列号，用于区别同一个产品序列号，用于区别同一个TAC和和FAC中的中的每台移动设备。每台移动设备。 SP：备用。备用。第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 (4) 移动台号码移动台号码：移动台国际移动台国际ISDN号码号码(MSISDN)：呼叫呼叫GSM系统中的系统中的 某个移动用户所需拨的号码。某个移动用户所需拨的号码。图图 7-6 移动台国际移动台国际ISDN的格式的格式 第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 CC：国家代号，即移动台注册登记的国家代号，中国国家代号，即移动台注册登记的国家代号，中

21、国为为 86。 NDC：国内地区码，每个国内地区码，每个PLMN有一个有一个NDC。 SN：移动用户号码。移动用户号码。 国内国内ISDN号码：号码：由由NDC和和SN两部分组成，长度不超两部分组成，长度不超过过 13 位数。国际位数。国际ISDN号码长度不超过号码长度不超过 15 位数。位数。第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 我国移动用户我国移动用户ISDN号码用号码用11位数字的等长号码表示。位数字的等长号码表示。NDC：包含数字蜂窝：包含数字蜂窝移动业务接入号移动业务接入号 和和HLR识别号识别号 。数字蜂窝移动业务接入号数字蜂窝移动业务接入号NDC：139X、138X 为为H

22、LR识别号：表示用户归属的识别号：表示用户归属的HLR，也用来区别也用来区别移动业务本地网移动业务本地网。123HHH、123NNN、123HHH、第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 的的分配分配12HH、第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 移动台漫游号码移动台漫游号码(MSRN)：当移动台漫游到一个新的当移动台漫游到一个新的服务区时，由服务区时，由VLR给它分配一个临时性的漫游号码，并给它分配一个临时性的漫游号码，并通知该移动台的通知该移动台的HLR，用于建立通信路由。一旦该移动用于建立通信路由。一旦该移动台离开该服务区，此漫游号码即被收回，并可分配给其台离开该服务区，此漫游

23、号码即被收回，并可分配给其它来访的移动台使用。它来访的移动台使用。组成格式与移动台国际组成格式与移动台国际(或国或国内内)ISDN号码相同。号码相同。 第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 (5) 位置区和基站识别码：位置区和基站识别码： 位置区识别位置区识别(LAI)码：码：在检测位置更新和信道越区切换在检测位置更新和信道越区切换时，要使用时，要使用LAI。位置区码位置区码(LAC)用于识别用于识别GSM的一个位的一个位置区。在置区。在LAI后加上小区的标志号可组成小区识别码。后加上小区的标志号可组成小区识别码。图图 7-7 位置区识别码的格式位置区识别码的格式 第 7 章 时分多址(

24、TDMA)数字蜂窝网 基站识别色码基站识别色码(BSIC)：用于移动台识别相同载频的不同用于移动台识别相同载频的不同 基站，特别用于区别在不同国家的边界地区采用相同载基站，特别用于区别在不同国家的边界地区采用相同载 频且相邻的基站。频且相邻的基站。 NCC：PLMN色码，用来识别相邻的色码，用来识别相邻的PLMN网。网。 BCC：BTS色码，用来识别相同载频的不同的基站。色码，用来识别相同载频的不同的基站。图图 7-8 基站识别色码基站识别色码(BSIC)的格式的格式 第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 三、三、 主要业务主要业务 1. 通信业务分类通信业务分类： 表表 7-2 GSM

25、电信业务分类电信业务分类 第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 2. 业务定义：业务定义：(1) 电话业务：电话业务：是是GSM系统提供的最主要业务。系统提供的最主要业务。 (2) 紧急呼叫业务：紧急呼叫业务：在紧急情况下在紧急情况下, 移动用户通过一移动用户通过一种简单的拨号方式即可拨通紧急服务种简单的拨号方式即可拨通紧急服务中心。中心。(3) 短消息业务：短消息业务：包括移动台之间点对点短消息业务包括移动台之间点对点短消息业务以及小区广播短消息业务。以及小区广播短消息业务。第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 (4) 可视图文接入：可视图文接入：是一种通过网络完成文本、图形信息

26、是一种通过网络完成文本、图形信息检索和电子函件功能的业务。检索和电子函件功能的业务。(5) 智能用户电报传送：智能用户电报传送：能够提供智能用户电报终端间的能够提供智能用户电报终端间的文本通信业务。此类终端具有文本信息的编辑、存储和文本通信业务。此类终端具有文本信息的编辑、存储和处理等能力。处理等能力。(6) 传真：传真：语言和语言和3类传真交替传送的业务。类传真交替传送的业务。第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 7.2 GSM系统的无线接口系统的无线接口(重点重点) 一、一、GSM系统无线传输的特征系统无线传输的特征 表表 7-3 GSM等三种数字蜂窝网主要参数等三种数字蜂窝网主要参

27、数 第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 1. TDMA/FDMA接入方式：接入方式： 图图 7-9 TDMA/FDMA接入方式接入方式 时间0 1 2 3 4 5 6 7fnfn+1fn+2fn+3fn+4帧4.6 ms时隙577s200 kHZ= 物理信值频率第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 2. 频率与频道序号：频率与频道序号： (1) GSM系统工作频段：系统工作频段： 上行上行(移动台发、基站收移动台发、基站收) 890915 MHz 下行下行(基站发、移动台收基站发、移动台收) 935960 MHz 收、发频率间隔为收、发频率间隔为 45 MHz。 移动台采用较低频

28、段发射，传播损耗较低，有利于移动台采用较低频段发射，传播损耗较低，有利于补偿上、下行功率不平衡的问题。补偿上、下行功率不平衡的问题。 第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 (2) 载频序号及频率的计算：载频序号及频率的计算： 载频间隔是载频间隔是0.2MHz，将，将GSM系统整个工作频段分系统整个工作频段分为为 124 对载频，对载频， 频道序号用频道序号用n表示。表示。 下频段下频段 fl(n)=(890+0.2 n) MHz 上频段上频段fh(n)=(935+0.2 n) MHz其中其中n=1124 n=1，fl(1)=890.2MHz, fh(1)=935.2 MHz，其它其它序号

29、序号的载频依次类推。的载频依次类推。 每个载频有每个载频有8个时隙，个时隙，GSM系统总共有系统总共有1248=992个物理信道，个物理信道，称称GSM系统有系统有1000个物理信道个物理信道。 第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 3. 调制方式：调制方式：高斯型最小移频键控高斯型最小移频键控(GMSK)方式方式 矩形脉冲在调制器之前先通过一个高斯滤波器。该矩形脉冲在调制器之前先通过一个高斯滤波器。该调制方案改善了频谱特性，能满足调制方案改善了频谱特性，能满足CCIR提出的邻信道提出的邻信道功率电平小于功率电平小于-60dBW的要求。高斯滤波器的归一化带的要求。高斯滤波器的归一化带宽宽

30、BT=0.3。基于基于200 kHz的载频间隔及的载频间隔及 270.833 Kb/s的的信道传输速率，其频谱利用率为信道传输速率，其频谱利用率为 1.35 b/s/Hz。 第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 4. 载频复用与区群结构：载频复用与区群结构： GSM系统中，基站发射功率为每载波系统中，基站发射功率为每载波500W，每时每时隙平均为隙平均为 500/8=62.5W。小区覆盖半径最大为小区覆盖半径最大为35km，最，最小为小为 500m，前者适用于农村地区，后者适用于市区。前者适用于农村地区，后者适用于市区。 由于系统采取了多种抗干扰措施，同频道射频防护由于系统采取了多种抗干

31、扰措施，同频道射频防护比比可降到可降到C/I=9dB，在业务密集区，可采用，在业务密集区，可采用 3小区小区9扇区扇区的区群结构的区群结构。 第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 二、信道类型及其组合二、信道类型及其组合 1. 帧结构：帧结构： (1) 逻辑信道与物理信道：逻辑信道与物理信道： 蜂窝通信系统要传输不同类型的信息，按逻辑功能蜂窝通信系统要传输不同类型的信息，按逻辑功能而言，分为而言，分为业务信息和控制信息业务信息和控制信息。因而在时分、频分复。因而在时分、频分复用的物理信道上要安排相应的逻辑信道。在时分多址的用的物理信道上要安排相应的逻辑信道。在时分多址的物理信道中，物理信

32、道中，基础是基础是帧结构帧结构。 第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 图图 7-10 GSM系统各种帧和时隙的格式系统各种帧和时隙的格式 第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 (2) TDMA帧及其复用：帧及其复用： 每一个每一个TDMA帧分帧分07共共8个时隙，帧长度为个时隙，帧长度为 120/264.615ms。每个时隙长度为每个时隙长度为15/260.577ms，包，包含含156.25个码元。个码元。 由若干个由若干个TDMA帧构成帧构成复帧复帧，其结构有两种，由，其结构有两种，由 26 帧组成的复帧，帧长帧组成的复帧，帧长 120 ms，主要用于业务信息的主要用于业务信息

33、的传输，也称作传输，也称作业务复帧业务复帧；由；由51帧组成的复帧，帧组成的复帧，帧长帧长 235.385ms，专用于传输控制信息，也称作专用于传输控制信息，也称作控制复帧控制复帧。第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 由由51个业务复帧或个业务复帧或26个控制复帧均可组成一个个控制复帧均可组成一个超超帧帧 ， 周 期 为， 周 期 为 1 3 2 6 个个 T D M A 帧 ， 超 帧 长帧 ， 超 帧 长 51264.61510-36.12 s。 由由2048个超帧组成个超帧组成超高帧超高帧，超高帧的周期为，超高帧的周期为2 0481326=2 715 648 个个TDMA 帧，即

34、帧，即3小时小时28分分53秒秒 760 毫秒。毫秒。第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 图图 7-11 上行帧号和下行帧号所对应的时间关系上行帧号和下行帧号所对应的时间关系 012345670123456701234567012345670101TDMA帧号TDMA帧号BTS到MSMS到BTS偏移下行C045 MHz(GSM 900)95 MHz(DCS 1800)上行C0(3) 上行帧号和下行帧号所对应的时间关系：上行帧号和下行帧号所对应的时间关系： 帧编号帧编号(FN)以超高帧为周期，从以超高帧为周期，从0到到 2715647。第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 2. 信

35、道分类信道分类 图图7- 12 GSM系统的信道分类系统的信道分类 第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 (1) 业务信道业务信道(TCH)：主要传输主要传输话音或数据话音或数据及少量的及少量的随路随路控制信令控制信令。分为全速率业务信道。分为全速率业务信道(TCH/F)和半速率业务信和半速率业务信道道(TCH/H)之分。之分。 话 音 业 务 信 道话 音 业 务 信 道 ： 分 为 全 速 率 话 音 业 务 信 道： 分 为 全 速 率 话 音 业 务 信 道(TCH/FS)和半速率话音业务信道和半速率话音业务信道(TCH/HS)，总速率分别，总速率分别为为 22.8 kb/s和和

36、11.4 kb/s。 对于全速率话音编码，话音帧长对于全速率话音编码，话音帧长20ms，每帧含每帧含260 bit 话音信息，提供的净速率为话音信息，提供的净速率为 13 kb/s。 第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 数据业务信道：数据业务信道：在全速率或半速率信道上，通过不在全速率或半速率信道上，通过不同的速率适配和信道编码，用户可使用下列各种不同的数同的速率适配和信道编码，用户可使用下列各种不同的数据业务：据业务： 9.6 kb/s, 全速率数据业务信道全速率数据业务信道 (TCH/F9.6) 4.8 kb/s, 全速率数据业务信道全速率数据业务信道 (TCH/F4.8) 4.8

37、 kb/s, 半速率数据业务信道半速率数据业务信道 (TCH/H4.8) 2.4 kb/s, 全速率数据业务信道全速率数据业务信道 (TCH/F2.4) 2.4 kb/s, 半速率数据业务信道半速率数据业务信道 (TCH/H2.4) 第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 (2) 控制信道控制信道 (CCH)：用于传送控制信令和同步信号。用于传送控制信令和同步信号。 广播信道广播信道(BCH)：一点对多点的单向控制信道，用于一点对多点的单向控制信道，用于基站向移动台广播公用的信息。传输内容主要是基站向移动台广播公用的信息。传输内容主要是移动台入网移动台入网和呼叫建立和呼叫建立所需要的有关信

38、息。分为：所需要的有关信息。分为： 频率校正信道频率校正信道(FCCH)：传输传输MS校正其工作频率的信息；校正其工作频率的信息； 同步信道同步信道(SCH)：传输传输MS进行同步和对进行同步和对BS进行识别的信进行识别的信息，基站识别码是在同步信道上传输的；息，基站识别码是在同步信道上传输的； 广播控制信道广播控制信道(BCCH)：传输公用控制信息，传输公共控传输公用控制信息，传输公共控制信道制信道(CCCH)号码及是否号码及是否与独立专用控制信道与独立专用控制信道(SDCCH)相相组合等信息。组合等信息。 第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 公用控制信道公用控制信道(CCCH)：双

39、向控制信道，用于双向控制信道，用于呼叫呼叫接续阶段传输链路连接接续阶段传输链路连接所需要的控制信令。分为：所需要的控制信令。分为： 寻呼信道寻呼信道(PCH)：下行信道，传输基站寻呼移动台的下行信道，传输基站寻呼移动台的信息；信息； 随机接入信道随机接入信道(RACH)：上行信道，用于移动台随机上行信道，用于移动台随机提出的入网申请，即请求分配一个独立专用控制信道提出的入网申请，即请求分配一个独立专用控制信道(SDCCH)； 准许接入信道准许接入信道(AGCH)：下行信道，用于基站对下行信道，用于基站对MS的的入网申请作出应答，入网申请作出应答，即分配一个独立专用控制信道。即分配一个独立专用控

40、制信道。 第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 专用控制信道专用控制信道(DCCH)：点对点双向控制信道，点对点双向控制信道，呼呼叫接续阶段叫接续阶段及及通信进行当中通信进行当中，在，在MS和和BS之间传输必需的之间传输必需的控制信息。分为：控制信息。分为： 独立专用控制信道独立专用控制信道(SDCCH)： 用于用于在分配业务信道之在分配业务信道之前前传送有关信令传送有关信令(登记、登记、鉴权等信令，经鉴权确认后，再鉴权等信令，经鉴权确认后，再分配分配TCH)。 第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 慢速辅助控制信道慢速辅助控制信道(SACCH)：双向点对点控制信道。双向点对点控制

41、信道。在在MS和和BS之间，需要之间，需要周期性地传输一些信息周期性地传输一些信息（MS要不要不断报告正在服务的断报告正在服务的BS和邻近和邻近BS的信号强度，以实现的信号强度，以实现“移动台辅助切换功能移动台辅助切换功能”)；传输；传输BS对对MS的的功率调整功率调整、时间调整命令时间调整命令。SACCH可与一个可与一个TCH或一个独立专用或一个独立专用控制信道控制信道(SDCCH)联用，构成联用，构成SACCH/T和和SACCH/C信信道。道。第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 快速辅助控制信道快速辅助控制信道(FACCH)：传送与传送与SDCCH相同的相同的信息信息，只有在没有分

42、配，只有在没有分配SDCCH的情况下，才使用这种控的情况下，才使用这种控制信道。使用时要中断业务信息制信道。使用时要中断业务信息(中断猝发中断猝发)，把，把FACCH插入业务信道，每次占用的插入业务信道，每次占用的时间很短，约时间很短，约18.5 ms。 第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 3. 时隙的格式时隙的格式： GSM系统中，每帧含系统中，每帧含8个时隙，时隙的宽度为个时隙，时隙的宽度为 0.577 ms，其中包含其中包含156.25 bit。TDMA信道上一个时隙中的信道上一个时隙中的信息格式称为信息格式称为突发脉冲序列突发脉冲序列。 根据所传信息的不同，时隙所含的具体内容及

43、其组根据所传信息的不同，时隙所含的具体内容及其组成的格式也不相同。成的格式也不相同。 (1) 常规突发常规突发(NB, Normal Burst)脉冲序列：脉冲序列：普通突普通突发脉冲序列，发脉冲序列， 用于业务信道及专用控制信道。用于业务信道及专用控制信道。第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 图图 7-13 三种突发脉冲序列的格式三种突发脉冲序列的格式 第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 (2) 频率校正突发频率校正突发(FB, Frequency Correction Burst)脉冲序列：脉冲序列：校正移动台的载波频率，格式比较简单。校正移动台的载波频率，格式比较简单。

44、起始和结束的尾比特各占起始和结束的尾比特各占3bit，保护时间，保护时间8.25bit， 与普通突发脉冲序列相同，其余的与普通突发脉冲序列相同，其余的142bit均为均为“0”，相应发送的射频是一个与载频有固定偏移的纯相应发送的射频是一个与载频有固定偏移的纯正弦波，正弦波， 以便于调整移动台的载频。以便于调整移动台的载频。 第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 (3) 同步突发同步突发(SB，Synchronisation Burst)脉冲序列：脉冲序列： 用于移动台的时间同步。主要包括用于移动台的时间同步。主要包括 64bit的位同步信号，的位同步信号，以及两段各以及两段各39bit数

45、据，用于数据，用于传输传输TDMA帧号帧号和和基站识别基站识别码码(BSIC)（用于移动台进行信号强度测量时区分同一个用于移动台进行信号强度测量时区分同一个载频对应的不同基站）。载频对应的不同基站）。 第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 (4) 接入突发接入突发(AB, Access Burst)脉冲序列：脉冲序列：在随在随机机接入信道接入信道(RACH)上传送，用于移动用户向基站提出入上传送，用于移动用户向基站提出入网申请。（起始尾比特为网申请。（起始尾比特为00111010） 图图 7-14 接入突发脉冲序列的格式接入突发脉冲序列的格式 第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网

46、链路层信息帧格式链路层信息帧格式 地址段控制字段长度指示段信息段填充段消息物理帧逻辑信道第一层物理层第二层链路层第三层网络层第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 4. 信道的组合方式信道的组合方式： (1) 业务信道的组合方式：业务信道的组合方式：1个业务信道的复帧含个业务信道的复帧含26个个(2) TDMA帧帧 ，C 0上的上的TS 0用于用于BCH和和CCCH， C 0上的上的(3) TS 1用于用于用于用于DCCH。其余载频上其余载频上8个时隙用于个时隙用于TCH。图图 715 业务信道的组合方式业务信道的组合方式 第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 (2) 控制信道的组合

47、方式：控制信道的组合方式：控制信道的复帧含控制信道的复帧含51 帧，其组帧，其组合方式类型较多，上行和下行传输组合方式也不相同合方式类型较多，上行和下行传输组合方式也不相同 BCH和和CCCH在主载频在主载频C0的的TS0上的复用（下行信道）：上的复用（下行信道）： 图图 7-16 BCH和和CCCH在在TS0上的复用上的复用 第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 图图 7-17 TS0上上RACH的复用（上行信道）的复用（上行信道） 第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 SDCCH和和SACCH在在TS1上的复用：上的复用：上、下行信道上、下行信道复用，构成相同，时间上有一个偏移

48、。复用，构成相同，时间上有一个偏移。 图图 7-18 SDCCH和和SACCH(下行下行)在在TS1上的复用上的复用 第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 公用控制信道和专用控制信道均在公用控制信道和专用控制信道均在TS0上的复用：上的复用：小容量地区或建站初期使用小容量地区或建站初期使用 图图 7-19 TS0上控制信道的综合复用上控制信道的综合复用 第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 三、话音和信道编码三、话音和信道编码 1. 数字话音信号在无线传输时面临的主要问题数字话音信号在无线传输时面临的主要问题：(1)选择低速率编码方式选择低速率编码方式，以适应有限带宽的要求；，以适

49、应有限带宽的要求；(2)选择有效的方法减少误码率选择有效的方法减少误码率，即信道编码问题；，即信道编码问题；(3)选用有效调选用有效调制方法制方法，减小杂波辐射，减小杂波辐射， 降低干扰。降低干扰。 第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 图图 7-20 GSM系统的话音和信道编码组成方框图系统的话音和信道编码组成方框图 声电输出将模拟信号变为13比特线性码RPE-LTP编码器无线子系统电声输出将模拟信号变为13比特线性码RPE-LTP译码器RPE-LTP译码器将13比特线性码变换为8比特A律码移动交换中心公用电话交换网（PSTN/ISDN）RPE-LTP译码器将8比特A律码变换为13比特

50、线性码移动台（MS）基站系统（BSS）104 kb/s13 kb/s纠错解码去交织无线GMSK解调前向纠差编码交织无线接入和GMSK调制无线接入及调制交织前向纠错编码无线解调去交织纠错解码双工器模拟话音8 000 样本/秒13比特线性码话音编码456比特/帧话音编码456比特/帧8 000 样本/秒13比特线性码8 000 样本/秒8比特A律（CCITT Rec.G.711，G.712，G713，G714）50帧260比特/帧2 . GSMGSM系统的话音和信道编码系统的话音和信道编码：第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 12345678D1D2D3D4D5D6D7D8D1D2D3D4

51、D5D6D7D8456 bit456 bit20 ms26020 ms260话音编码器话音编码器信道编码器信道编码器357 bit126 bit（训练序列）157 bit38.25交织话音尾码数据数据保护尾码第二个20ms输出单帧交织距离= 8规则脉冲激励长期预测编码时隙流（在一帧仅发一时隙）常规实发序列第一个20ms输出图图 9-21 GSM的编码流程的编码流程260：78182(3,4)-189-378 第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 图 7-22 GSM的交织方式 第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 四、跳频和间断传输技术四、跳频和间断传输技术1. 跳频技术（跳频技术

52、（FH）：）：指载波频率在很宽频率范围内按指载波频率在很宽频率范围内按某种图案某种图案( (序列序列) )进行跳变。进行跳变。 图 7-23 GSM系统的跳频示意图 第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 (1) 跳频系统的抗干扰原理及其处理增益：跳频系统的抗干扰原理及其处理增益： DS是是靠频谱的扩展和解扩靠频谱的扩展和解扩处理来提高抗干扰能力的，处理来提高抗干扰能力的，而跳频是而跳频是靠躲避干扰靠躲避干扰来达到抗干扰目的。抗干扰性能用处来达到抗干扰目的。抗干扰性能用处理增益理增益GP表征，表征，GP的表达式为的表达式为CWPBBGlg10其中：其中：BW是跳频系统的跳变频率范围；是跳频

53、系统的跳变频率范围；BC是跳频系统的是跳频系统的最小跳变的频率间隔最小跳变的频率间隔(GSM的的BC=200 kHz)。 若若BW取取15 MHz，则，则GP=18 dB。 第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 (2) 避免调频序列产生频率击中的措施：避免调频序列产生频率击中的措施：同一小区或邻近小区不同的载频采用相互正交的同一小区或邻近小区不同的载频采用相互正交的PN序列；序列；调频的设置需根据统一的超帧序号来提供频率跳变顺序和调频的设置需根据统一的超帧序号来提供频率跳变顺序和开始时间。开始时间。第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 2. 间断传输间断传输 ： 为提高频谱利用率，

54、为提高频谱利用率，GSM系统采用系统采用话音激活技术话音激活技术(间断传输间断传输(DTx)技术技术)。只在有话音时才打开发射机，可。只在有话音时才打开发射机，可以减小干扰，提高系统容量以减小干扰，提高系统容量(对移动台来说更有意义，在对移动台来说更有意义，在无信息传输时立即关闭发射机，可减少电源消耗无信息传输时立即关闭发射机，可减少电源消耗)。 GSM中，话音激活技术采用一种中，话音激活技术采用一种自适应门限话音检自适应门限话音检测算法测算法。当发端判断出通话暂停时，立即关闭发射机，。当发端判断出通话暂停时，立即关闭发射机，暂停传输；在接收端检测出无话音时，在相应空闲帧中暂停传输；在接收端检

55、测出无话音时，在相应空闲帧中填上轻填上轻微的微的“舒适噪声舒适噪声”，避免造成通信中断的错觉。，避免造成通信中断的错觉。 第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 7.3 GSM系统的控制与管理系统的控制与管理 一、位置登记一、位置登记 1. 位置登记及要求：位置登记及要求：通信网跟踪移动台的位置变化，通信网跟踪移动台的位置变化，对其位置信息进行登记、删除和更新的过程。数字蜂对其位置信息进行登记、删除和更新的过程。数字蜂窝网的用户密度大于模拟蜂窝网，因而位置登记过程窝网的用户密度大于模拟蜂窝网，因而位置登记过程必须更快、更精确。必须更快、更精确。位置信息存储在原籍位置寄存器位置信息存储在原籍

56、位置寄存器(HLR)和访问位置寄存器和访问位置寄存器(VLR)中。中。 第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 图图 7-24 位置区划分的示意图位置区划分的示意图 BTSBTSBTSBTSBTSBTSBTSBTSBTSBSCBSCBSCVLRMSCVLRMSCHLRLA1LA2LA3LA4第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 2. 位置登记过程位置登记过程: :MS“位置登记请求”“更新位置登记”询问“MS的IMSI”MSC（VLR）n（VLR）o“询问IMSI”响应查询“MS的有关参数”“查询有关参数”响应“位置信息注销”“更新位置登记”确认“位置登记请求”确认（LR）HLR图图

57、 7-25 位置登记过程位置登记过程第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 二、二、 GSM安全措施：安全措施： 1. 鉴权和加密：鉴权和加密：鉴权是为了确认移动台的合法性，而加鉴权是为了确认移动台的合法性，而加密是为防止第三者窃听。鉴权中心密是为防止第三者窃听。鉴权中心(AUC)为鉴权与加密提为鉴权与加密提供三参数组供三参数组(RAND#, SRES和和Kc)，在用户入网时，用户在用户入网时，用户鉴权密钥鉴权密钥Ki和和IMSI一起分配给用户，每一个用户均有惟一起分配给用户，每一个用户均有惟一的一的Ki和和IMSI，它们存储于它们存储于AUC数据库和数据库和SIM卡中。卡中。 第 7 章

58、 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 图图 7-26 AUC产生三参数组产生三参数组 IMSI 1KiIMSI 2Ki数据库IMSI和鉴权RAND产生随机数加密算法A8鉴权算法A3结果结果KcSRESRANDKcSRESRANDIMSI：国际移动用户识别Kc：密钥Ki：用户鉴权键SRES：符号响应RAND：随机数将三参数组传送给HLR三参数组第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 ( 1 ) 鉴权过程鉴权过程第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 (2)加密过程加密过程第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 2. 设备识别（设备识别（IMEI）：确保系统中使用的设备不是盗确保系统中使用

59、的设备不是盗用的或非法的设备。用的或非法的设备。 EIR中存储了所有中存储了所有MS的设备识别码，每一个的设备识别码，每一个MS只存储只存储本身的本身的IMEI。EIR中使用三种设备清单：中使用三种设备清单： 白名单：合法的移动设备识别号；白名单：合法的移动设备识别号； 黑名单：禁止使用的移动设备识别号；黑名单：禁止使用的移动设备识别号； 灰名单：由运营商决定，包括有故障的或未经型号灰名单：由运营商决定，包括有故障的或未经型号认证的移动设备识别号。认证的移动设备识别号。 第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 图 7-29 设备识别程序 存储所有用户的移动设备识别码存储所有被列入灰/黑名单

60、的设备EIRMSC/VLRIMEI请求MS存储本设备识别IMEI呼叫建立发送IMEI检查IMEI接入/禁止信息继续/停止呼叫建立程序第 7 章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 3. 用户识别码用户识别码( (IMSI) )保密保密 : : 为防止非法监听进而盗用为防止非法监听进而盗用IMSI，在无线链路上需要在无线链路上需要传送传送IMSI时，均用临时移动用户识别码时，均用临时移动用户识别码(TMSI)代替代替IMSI。仅在位置更新失败或。仅在位置更新失败或MS得不到得不到TMSI时，才使时，才使用用IMSI。 MS每次向系统请求一种程序，如位置更新、呼叫每次向系统请求一种程序，如位置更新、呼