《GSM基本原理课程》PPT课件.ppt

GSM原理培训讲义（上）,湖南分公司技术支持部,2019/6/10,公司介绍,北京日讯在线科技有限公司，成立于2000年3月，是集移动通信第三方网络优化产品和服务为一体的专业化高科技企业，致力于为全球移动运营商提供2G/3G网络优化的整体解决方案。日讯总部和生产基地设立于北京高新技术开发区，注册资金6000万元，拥有员工500余人，其中研发技术人员约占总人数的四分之三。 日讯科技拥有一流的技术实力，专注于网络优化领域：由一流的网络优化专家、移动通信技术专家、高素质的软硬件开发人员组成的技术团队，在移动通信领域有着多年的产品开发和项目实施经验；公司生产的测试设备、分析系统全部为自主研发产品，荣获多项专利；专业而完善的第三方网络优化和评估服务，也始终处于国内市场领先地位。 日讯科技营销和服务网络遍布全国，在多个省会城市设有分公司，快捷周到的为各地用户提供售前和售后支持。公司在国内市场取得领先的同时，开始积极拓展海外市场，目前产品和服务已在南亚、欧洲等地赢得了客户认可。 日讯科技将继续秉承“专业、专注、专心”的企业理念，依托强大的技术实力和优质的售前售后服务体系，始终如一的做到产品领先、服务社会、追求卓越，全力打造出国际一流的通信企业，努力为通信业的发展作出贡献！,2019/6/10,GSM原理课程内容,1.GSM系统概述 2.GSM体系结构 3.系统接口简介 4.GSM系统主要参数 5.信道类型和组合,2019/6/10,一、GSM系统概述,名词解释： GSM是Global System for Mobile Communication 的缩写。意思是全球移动通信系统。,1.工作频段 我国陆地公用蜂窝数字移动通信网GSM通信系统采用900MHz频段： 890915（移动台发、基站收） 935960（基站发、移动台收） 双工间隔为45MHz，工作带宽为25 MHz，载频间隔为200 kHz。 随着业务的发展，可视需要向下扩展，或向1.8GHz频段的GSM1800过渡，即1800MHz频段： 17101785（移动台发、基站收） 18051880（基站发、移动台收） 双工间隔为95MHz，工作带宽为75 MHz，载频间隔为200 kHz。,2.频道间隔 相邻两频道间隔为200kHz。 每个频道采用时分多址接入（TDMA）方式，分为8个时隙，即8个信道（全速率）。每信道占用带宽200 kHz/825 kHz。 将来GSM采用半速率话音编码后，每个频道可容纳16个半速率信道。,2019/6/10,二、GSM体系结构,2019/6/10,数字公用陆地移动通信网PLMN的网络结构,2019/6/10,1.交换网路子系统（NSS）主要完成交换功能和客户数据与移动性管理、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：,蜂窝移动通信系统主要是由 1 .交换网路子系统（NSS） 2.无线基站子系统(BSS) 3.移动台（MS） 三大部分组成,数字公用陆地移动通信网PLMN的网络结构,2019/6/10,移动交换中心（MSC）,MSC从三种数据库，拜访位置寄存器（VLR）、归属位置寄存器（HLR）和鉴权中心（AUC）中取得处理用户呼叫请求所需的全部数据。反之，MSC根据其最新数据更新数据库。,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。,2019/6/10,MSC交换机实物图,负责为手机与手机，手机与固定电话之间进行通信提供电路。,2019/6/10,拜访位置寄存器（VLR）,VLR通常与MSC合设，其中存储MSC所管辖区域中的移动台（称拜访客户）的相关用户数据，包括：用户号码、移动台的位置区信息、用户状态和用户可获得的服务等参数。 VLR是一个动态用户数据库。VLR从移动用户的归属位置寄存器（HLR）处获取并存贮必要的数据，一旦移动用户离开该VLR的控制区域，则重新在另一个VLR登记，原VLR将取消该移动用户的数据记录。,2019/6/10,归属位置寄存器（HLR）,HLR存储管理部门用于移动用户管理的数据。每个移动用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：一是有关移动用户的参数，包括移动用户识别号码、访问能力、用户类别和补充业务等数据；一是有关移动用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。,2019/6/10,鉴权中心（AUC）,AUC属于HLR的一个功能单元部分，专门用于GSM系统的安全性管理。鉴权中心产生鉴权三参数组（随机数RAND、符号响应SRES、加密键Kc），用来鉴权用户身份的合法性以及对无线接口上的话音、数据、信令信号进行加密，防止无权用户接入和保证移动用户通信的安全。,2019/6/10,设备识别寄存器（EIR）,EIR存储有关移动台设备参数。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。 EIR中存有三种名单： 白名单存贮已分配给可参与运营的GSM各国的所有设备识别标识IMEI。 黑名单存贮所有应被禁用的设备识别标识IMEI。 灰名单存贮有故障的以及未经型号认证的设备识别标识IMEI，由网路运营者决定。,2019/6/10,基站子系统BSS为PLMN网络的固定部分和无线部分提供中继，一方面BSS通过无线接口直接与移动台实现通信连接，另一方面BSS又连接到移动交换子系统MSS的移动交换中心MSC。 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）以及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。,BSS子系统,2019/6/10,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）以及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。 一个BSS系统由一个BSC与一个或多个BTS组成，BSS子系统可由多个BSC和BTS组成。一个基站控制器BSC根据话务量需要可以控制数十个BTS。BTS可以直接与BSC相连，也可以通过基站接口设备BIE与远端的BSC相连。基站子系统还应包括码变换器（TC）和子复用设备（SM）。,BSS子系统,2019/6/10,BSS子系统结构图,2019/6/10,基站控制器（BSC）：,BSC是基站系统（BSS）的控制部分，在BSS中起交换作用。 BSC一端可与多个BTS相连，另一端与MSC和操作维护中心OMC相连，BSC面向无线网络，主要负责完成无线网络管理、无线资源管理及无线基站的监视管理，控制移动台和BTS无线连接的建立、接续和拆除等管理，控制完成移动台的定位、切换和寻呼，提供语音编码、码型变换和速率适配等功能，并能完成对基站子系统的操作维护功能。 BSS中的BSC所控制的BTS的数量随业务量的大小而改变。,2019/6/10,BSC 基站控制器实物图,对基站进行管理和控制、分担交换机的工作量,2019/6/10,基站收发信台（BTS）,基站收发信台（BTS）包括基带单元、载频单元和控制单元三部分，属于基站系统的无线部分，是由基站控制器控制，服务于某个小区的无线收发信设备，完成BSC与无线信道之间的转换，实现BTS与MS之间通过空中接口的无线传输及相关的控制功能。 当BTS与BSC为远端配置方式时，则需采用Abis接口，这时，BTS与BSC两侧都需配置BIE设备；而当BSC与BTS之间的间隔不超过10米时，可将BSC与BTS直接相连，采用内部BS接口，不需要接口设备BIE。,2019/6/10,BTS框架工作原理,2019/6/10,码型变换器（TC）：,码型变换器TC主要完成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。在典型的实施方案中，ZXG10-TC位于MSC与BSC之间。 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。 BSC与TC之间的接口称为Ater接口；在TC与MSC之间的接口称为A接口。,2019/6/10,操作维护中心（OMC）,OMC系统按照功能划分成几大模块，各大模块又分为前台和后台两个子模块，强调各模块的独立性以及模块间接口的通用性，以适应系统结构的变化及功能的增加。 OMC即操作维护中心，用于对GSM系统的交换实体进行管理。它主要具有以下功能：维护测试功能、障碍检测及处理功能、系统状态监视功能、系统实时控制功能、局数据的修改、性能管理、用户跟踪、告警、话务统计功能等。 OMC的功能大部分分布在MSC/VLR、HLR/AUC、BSS等实体中与操作维护相关的有关模块中完成，OMC操作台主要实现OMC的人机接口。OMC功能与一般的维护台功能类似，但需遵守相关规范要求。,2019/6/10,三、GSM网络接口构造,PSTN,OMS,SIM,ME,MS,BTS,BTS,BSC,A,Um,MSC,MSC,VLR,VLR,HLR,AUC,EIR,B,C,E,F,G,H,D,NSS,BSS,NSS,2019/6/10,GSM网络接口,2019/6/10,各接口简单介绍,Sm接口为人机接口，是用户与移动网之间的接口，在移动台中实现，包括键盘、液晶显示以及用户识别卡等。,1.Sm接口:,2019/6/10,2. Um接口,Um接口是移动台与基站收发信台之间的无线接口，包含信令接口和物理接口两方面的含义，无线接口的不同是数字移动通信网与模拟移动通信网主要区别之一。 Um接口被定义为MS与BTS之间的通信接口，我们也可称它为空中接口，在所有GSM系统接口中，Um接口是最重要的。 首先，它实现了各种制造商的移动台与不同运营者的网络间的兼容性，从而实现了移动台的漫游。其次，它的制定解决了蜂窝系统的频谱效率，采用了一些抗干扰技术和降低干扰的措施。很明显，Um接口实现了MS到GSM系统固定部分的物理连接，即无线链路，同时它负责传递了无线资源管理、移动性管理和接续管理等信息。,2019/6/10,3.Abis接口:,Abis接口是基站系统中基站控制器BSC与基站收发信台BTS之间的无线接口，支持所有向用户提供的服务，着重支持对BTS无线设备的控制和分配的无线资源管理。 在Abis接口上BSC提供BTS配置、BTS监测、BTS测试及业务控制等信令控制信息。 通常采用2Mbit/sPCM链路，符合CCITTG.703和G.704要求。,2019/6/10,4.A接口:,A接口是基站与移动交换中心之间的接口，所传递的信息主要是基站管理、呼叫处理和移动性管理，当然还有具体通信信息。 BSC与MSC之间的接口即A接口，它用于BSC和MSC之间的报文和进/出移动台的报文（通过CC或MM协议鉴别器实现）。,2019/6/10,移动交换子系统NSS内部接口图,2019/6/10,5.B接口:,B接口：MSC与VLR接口，MSC通过该接口向VLR传送漫游用户位置信息，并在呼叫建立时向VLR查询漫游用户的有关用户数据，通常MSC与VLR合设，其间采用内部接口。 用于移动业务交换中心（MSC）向访问用户位置寄存器（VLR）询问有关移动台（MS）当前位置信息或者通知访问用户位置寄存器（VLR）有关移动台（MS）的位置更新信息等。,2019/6/10,C接口定义为归属用户位置寄存器（HLR）与移动业务交换中心（MSC）之间的接口。用于传递路由选择和管理信息。如果采用归属用户位置寄存器（HLR）作为计费中心，呼叫结束后建立或接收此呼叫的移动台（MS）所在的移动业务交换中心（MSC）应把计费信息传送给该移动用户当前归属的归属用户位置寄存器（HLR），一旦要建立一个至移动用户的呼叫时，入口移动业务交换中心（GMSC）应向被叫用户所属的归属用户位置寄存器（HLR）询问被叫移动台的漫游号码。C接口的物理链接方式与D接口相同。,6. C接口 :,2019/6/10,D接口定义为归属用户位置寄存器（HLR）与访问用户位置寄存器（VLR）之间的接口。用于交换有关移动台位置和用户管理的信息，为移动用户提供的主要服务是保证移动台在整个服务区内能建立和接收呼叫。实用化的GSM系统结构一般把VLR综合于移动业务交换中心（MSC）中，而把归属用户位置寄存器（HLR）与鉴权中心（AUC）综合在同一个物理实体内。因此D接口的物理链接是通过移动业务交换中心（MSC）与归属用户位置寄存器（HLR）之间的标准2.048Mb/s 的PCM 数字传输链路实现的。,7. D接口 :,2019/6/10,E接口定义为控制相邻区域的不同移动业务交换中心（MSC）之间的接口。当移动台（MS）在一个呼叫进行过程中，从一个移动业务交换中心（MSC）控制的区域移动到相邻的另一个移动业务交换中心（MSC）控制的区域时，为不中断通信需完成越区信道切换过程，此接口用于切换过程中交换有关切换信息以启动和完成切换。E接口的物理链接方式是通过移动业务交换中心（MSC）之间的标准2.048Mbit/s PCM 数字传输链路实现的。,8. E接口 :,2019/6/10,MSC与EIR接口，MSC向EIR查询移动台设备的合法性。 F接口定义为移动业务交换中心（MSC）与移动设备识别寄存器（EIR）之间的接口。用于交换相关的国际移动设备识别码管理信息。F接口的物理链接方式是通过移动业务交换中心（MSC）与移动设备识别寄存器（EIR）之间的标准2.048Mbit/s 的PCM 数字传输链路实现的。,9. F接口 :,2019/6/10,VLR之间的接口，当移动台由某一VLR进入另一VLR覆盖区域时，新老VLR通过该接口交换必要的信息，仅用于数字移动通信系统。 G接口定义为访问用户位置寄存器（VLR）之间的接口。当采用临时移动用户识别码（TMSI）时，此接口用于向分配临时移动用户识别码（TMSI）的访问用户位置寄存器（VLR）询问此移动用户的国际移动用户识别码（IMSI）的信息。G接口的物理链接方式与E接口相同。,10. G接口 :,2019/6/10,是常规的电话网局间信令接口，用于建立移动网至公用电话网的话路接续。,11. MSC与PSTN的接口 :,2019/6/10,四、GSM系统主要参数,2019/6/10,四、GSM系统主要参数,2019/6/10,信道的分类列表,2019/6/10,五、信道类型和组合,2019/6/10,信道的分类,无线子系统的物理信道支撑着逻辑信道。逻辑信道可分为业务信道（Traffic Channel）和控制信道（Control Channel）两大类，其中后者也称信令信道（Signalling Channel）。,2019/6/10,业务信道:,业务信道（TCH）载有编码的话音或用户数据，它有全速率业务信道（TCH/F）和半速率业务信道（TCH/H）之分，两者分别载有总速率为22.8和11.4kbit/s的信息。使用全速率信道所用时隙的一半，就可得到半速率信道。因此一个载频可提供8个全速率或16个半速率业务信道（或两者的组合）并包括各自所带有的随路控制信道。,2019/6/10,话音业务信道:,载有编码话音的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（TCH/HS），两者的总速率分别为22.8 和11.4kbit/s。 对于全速率话音编码，话音帧长20ms，每帧含260比特，提供的净速率为13kbit/s。,2019/6/10,数据业务信道:,在全速率或半速率信道上，通过不同的速率适配、信道编码和交织，支撑着直至9.6kbit/s 的透明和非透明数据业务。用于不同用户数据速率的业务信道，具体有： 9.6kbit/s，全速率数据业务信道（TCH/F9.6） 4.8kbit/s，全速率数据业务信道（TCH/F4.8） 4.8kbit/s，半速率数据业务信道（TCH/H4.8） 2.4kbit/s，全速率数据数据业务信道（TCH/F2.4） 2.4kbit/s，半速率数据数据业务信道（TCH/H2.4） 数据业务信道还支撑具有净速率为12kbit/s 的非限制的数字承载业务。 在GSM系统中，为了提高系统效率，还引入额外一类信道，即TCH/8，它的速率很低，仅用于信令和短消息传输。如果TCH/H可看作为TCH/F的一半，则TCH/8便可看作为TCH/F的八分之一。TCH/8应归于慢速随路控制信道（SACCH）的范围。,2019/6/10,控制信道的分类,2019/6/10,广播信道:,广播信道仅作为下行信道使用，即BS至MS单向传输。它分为如下三种信道： 频率校正信道（FCCH） 载有供移动台频率校正用的信息。 同步信道（SCH） 载有供移动台帧同步和基站收发信台识别的信息。实际上，该信道包含两个编码参数。 基站识别码（BSIC），它占有6个比特（信道编码之前），其中3个比特为07范围的PLMN色码，另3个比特为07 范围的基站色码（BCC）。 简化的TDMA帧号（RFN），它占有19个比特。 广播控制信道（BCCH） 通常，在每个基站收发信台中总有一个收发信机含有这个信道，以向移动台广播系统信息。BCCH所载的参数主要有： CCCH（公共控制信道）号码以及CCCH是否与SDCCH（独立专用控制信道）相组合。 为接入准许信息所预约的各CC