网络基础知识-GSM移动通信基础简介[详细]

1、华信邮电咨询设计研究院有限公司 罗建迪 2008 4,GSM移动通信网简介,移动通信发展简史 移动通信原理 GSM系统组成,内容提纲,移动通信发展简史,AMPS,TACS,NMT,其它,GSM,CDMA,IS95,第一代 80年代,模拟,第二代 90年代,数字,第三代,IMT-2000,WCDMA,CDMA,2000,模,拟,技,术,数,字,技,术,语,音,业,务,宽,带,业,务,TD- SCDMA,DAMPS,第2.5代20世纪初,GPRS,CDMA1X,数,据,业,务,数据,第一代系统简介,接入技术： 频分多址技术FDMA; 业务： 仅能提供9.6kbits通信带宽; 缺点： 频谱利用率低

2、； 终端笨重且昂贵； 漫游范围小； 安全性低。 典型系统： 1979年，美国芝加哥 AMPS（Advance Mobile Phone Service ）； 1981年，北欧 NMT (Nordic Mobile Telephone)； 1985年，英国 TACS (Total Access Communication System)。,第二代系统简介,接入技术: 时分多址技术TDMA和码分多址技术CDMA两种； 业务： 提供语音及低速率数据业务（9.628.8kbits）； 缺点： 容量不大提高系统容量； 多种制式不兼容全球标准； 数据传输速率低多媒体应用。 典型系统： 1992年，欧洲全球

3、移动通信系统GSM； 1995年，美国CDMA（ IS95 ）； 日本PDC个人数字蜂窝系统。,GSM 2.5G 代系统简介,GPRS(General Packet Radio Service) 原理：分组交换技术，无线资源利用率高； 速率：160kbit/s EDGE（Enhancement DataRates for GSM evolution） 原理：分组交换技术，新的调制技术：8psk； 速率：384kbit/s CDMA 1X 原理：分组交换技术； 速率：153kbit/s,第三代系统简介,接入技术： 第三代移动通信系统的接入技术主要是码分多址技术 业务： 针对不同的业务应用，提供从

4、9.6kbits直至2Mbits的接入速率 主要标准： WCDMA：基于GSM-MAP CDMA2000：基于ANSI-41 TD-SCDMA： 基于GSM系统,移动通信发展简史 移动通信原理 GSM系统组成,内容提纲,移动通信组网大区制,第一代模拟移动通信网一般采用大区制 主要特点： 基站天线很高：几十米至几百米； 基站发射功率大：50200W； 覆盖半径：3050公里； 网络结构简单、成本低； 容量小，一般用户几十至几百个； 一般用于专网； 频率相对丰富，在此区域内，使用信道组f1、f2、f3.fn。,移动通信组网小区制,随用户增多，话务量增大，网络容量的增加，原来信道组（f1,f2.fn

5、)不能满足需要，采用的办法是频率复用 基本小区分类：（r：小区半径） 超小区： r 20km（农村）； 宏小区： r 1-20km（人口稠密地区）； 微小区： r 0.1-1km（城市繁华区）； 皮小区： r 0.1km（办公室、家庭）。 特点： 频率利用率较高； 组网灵活； 网络复杂。,蜂窝理论,网络无线设计时，将基站发射功率降低； 每一个基站覆盖 范围缩小，原 先由一个基站覆盖的区域； 现在由多个基站覆盖，整个网络图如同蜂窝一般。,频率复用,若干个小区簇彼此邻接组成蜂窝式服务区域； 每个小区簇内的配置可以重复：,移动通信系统必须尽可能有效利用分配的频率。 频率资源是有限的； 将有限的资源为

6、更多的移动用户服务是移动通信技术不断更新发展的主题。 移动通信系统多址方式： FDMA TDMA CDMA SDMA；,多址接入技术,频分多址FDMA： Frequency Division Multiple Access,多址接入技术,FDMA信道每次只能传递一路电话： 在分配成语音信道后，基站和移动台就会同时地连续不断地发射。 如果一个FDMA信道被分配为话音信道，但没有使用，并且处于空闲状态，它不能被其他用户使用。 FDMA通常是窄带系统，TACS为代表，每信道25kHz带宽。 FDMA比TDMA简单，同步和组帧比特少，系统开销小。 非线性效应：许多信道共享一个天线，功率放大器的非线性会

7、产生交调频率（IM），产生额外的RF辐射。,业务信道在不同频段分配给不同用户,时分多址TDMA： Time Division Multiple Access,多址接入技术,多个用户共享一个载波频率，分享不同时隙； TDMA系统的数据传递是不连续的，是分组发射，可以关闭不连续发送，可以利用空闲时隙监听其他基站，实现切换处理； 可以按照不同的用户提供不同的带宽； TDMA的效率：发射的数据中信息所占的百分比； 质量控制通过频率规划来实现；,业务信道在不同时间分配给不同用户,码分多址CDMA： Code Division Multiple Access,所有用户在同一时间、同一频段上、 根据编码获得

8、业务信道,多址接入技术,多个用户共享一个载波频率，分享不同码道； TDMA系统的数据传递是连续的； 可以按照不同的用户提供不同的带宽； CDMA的效率：发射的数据中信息所占的百分比； 质量控制通过扰码规划来实现；,在相同时隙、相同频率或相同地址码的情况下，可以根据信号不同的中间传播路径而区分。 SDMA是一种信道增容方式，例如空分码分多址（SD-CDMA）。 波束赋形天线采用智能天线： 基站的智能天线形成多个波束覆盖整个小区，智能天线可定位于每个MS。,多址接入技术,空分多址SDMA： Space Division Multiple Access,业务信道在不同空间分配给不同用户,移动通信发展

9、简史 移动通信原理 GSM系统组成,内容提纲,GSM的英文全称是GlobalSystemforMobileCommunications，中文含义是“全球移动通信系统”。 GSM是由欧洲主要电信运营者和制造厂家组成的标准化委员会设计出来的，它在蜂窝系统的基础上发展而成 1991年在欧洲开通了第一个系统。目前世界上大概有75的手机使用的标准是GSM。 全世界162个国家已经建设了400个GSM通信网络。 我国1994年开始建设GSM网，2007年底，移动用户达到3.8亿；联通GSM用户1.2亿；CDMA用户0.41亿 中国移动增值业务收入占总收入比例已经达到25.7%，彩铃、WAP、彩信等业务收入

10、保持增长,GSM系统简介,其他运营商,省际长途,二干,核心层,核心层,汇聚层,汇聚层,接入层,接入层,接入层,图例：,长途汇接局,关口局,MSC,BSC,基站,手机,SDH,波分,光缆,基站,BSC,BSC,BSC,基站,基站,MSC,MSC,MSC,关口局,长途汇接局,GSM,BSS,基站控制器,基站,基站,VLR 交换机,VLR 交换机,A,E,网关交换机GW,基站控制器,基站,基站,G,设备数据库,F,用户位置寄存器HLR,鉴权中心AUC,D,C,基站控制器,基站,基站,BSS,BSS,VLR 交换机,公网,GSM网络结构,交换子系统,交换子系统（NSS）主要完成交换功能和客户数据与移动

11、性管理、安全性管理所需的数据库功能。 NSS 由一系列功能实体所构成，各功能实体介绍如下： MSC：是GSM系统的核心，是对位于它所覆盖区域中的移动台进行控制和完成话路交换的功能实体，也是移动通信系统与其它公用通信网之间的接口。它可完成网路接口、公共信道信令系统和计费等功能，还可完成BSS、MSC之间的切换和辅助性的无线资源管理、移动性管理等。另外，为了建立至移动台的呼叫路由，每个MS、还应能完成入口MSC（GMSC）的功能，即查询位置信息的功能。 VLR：是一个数据库，是存储MSC为了处理所管辖区域中MS（统称拜访客户）的来话、去话呼叫所需检索的信息，例如客户的号码，所处位置区域的识别，向客

12、户提供的服务等参数。,交换子系统,HLR：也是一个数据库，是存储管理部门用于移动客户管理的数据。每个移动客户都应在其归属位置寄存器（HLR）注册登记，它主要存储两类信息：一是有关客户的参数；二是有关客户目前所处位置的信息，以便建立至移动台的呼叫路由，例如MSC、VLR地址等。 AUC：用于产生为确定移动客户的身份和对呼叫保密所需鉴权、加密的三参数（随机号码RAND，符合响应SRES，密钥Kc）的功能实体。 EIR：也是一个数据库，存储有关移动台设备参数。主要完成对移动设备的识别、监视、闭锁等功能，以防止非法移动台的使用。 短消息中心（SC） ：提供短消息业务。在GSM网络中移动用户和固定用户之

13、间或移动用户和移动用户之间发送讯息长度较短的信息。,完成16kbit/sRPE-LTP(规则脉冲激励长期预测)编码和64kbit/s A律PCM之间的语音变换。 语音编码比特率转换： 16kbps 64kbps 当TC位于MSC侧时，通过MSC和BSC之间以及BSC和BTS之间的传输线路子复用器SM、BIE，可以充分利用在空中接口使用的低语音编码传输速率，降低传输线路的成本。,TCSM功能,TCSM(变码器及子复用单元)功能,基站子系统BSS可分为两部分： 通过无线接口与移动台相连的基站收发信台（BTS） 与移动交换中心相连的基站控制器（BSC）， BTS负责无线传输、BSC负责控制与管理。,

14、基站子系统BSS,typ. 80.512 TRX typ. 50.80 base stations typ. 10,000 users,基站控制器（Base Station Controller）功能 切换控制 功率控制 跳频管理 信令管理 无线资源管理 观察、测量其它主要处理功能,BSC 功能,基站功能（Base station transceiver） 保持与手机同步 GMSK 调制 射频信号处理 分集接收 无线接口定时 侦测手机接入请求 无线链路加密/解密 信道编码、解码和交织 跳频 向BSC传送测量数据,typ. 1.8 TRX 1.3 sectors avg. 7,5 traffic channels per TRX supports typ. 300 users,BTS功能,终端：完成话音编码、信道编码、信息加密、信息的调制和解调、信息发射和接收。 语音和数据传送 长效电池 重量轻，携带方便 其他增强功能：拍照、MP3、美观、智能。 SIM card:也称作智能卡，存有认证客户身份所需的所有信息，并能执行一些与安全保密有关的重要信息