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1 西瑞克斯 北京 通信设备有限公司工程管理部 GSM网络基础知识 2 掌握GSM网络结构基本知识掌握GSM网络参数的基本知识掌握GSM网络运营方面的基本知识 培训目标 通过本课程的学习 希望大家能够掌握 3 提纲 第一部分GSM网络结构知识第二部分GSM话务量的计算第三部分GSM上下行链路预算第四部分GSM无线资源管理第五部分GSM网络参数的使用 4 系统组成基站设备频段分配TMDA信道概念移动台 移动用户 第一部分GSM网络结构知识 5 系统组成 OSS 操作支持子系统BSS 基站子系统NSS 网络子系统NMC 网络管理中心SEMC 安全性管理中心PCS 用户识别卡个人化中心DPPS 数据后处理系统MS 移动台OMC 操作维护中心MSC 移动业务交换中心VLR 来访用户位置寄存器HLR 归属用户位置寄存器AUC 鉴权中心EIR 移动设备识别寄存器BSC 基站控制器BTS 基站收发信台PSPDN 分组交换公用数据网PSTN 公用电话网ISDN 综合业务数字网PLMN 公用陆地移动电话网 GSM通信系统概述 6 系统组成原理图 7 GSM系统的典型结构如图所示 由图可见 GSM系统是由若干各子系统或功能实体组成 其中基站子系统 BSS 在移动台 MS 和网络子系统 NSS 之间提供和管理传输通路 特别是包括了MS与GSM系统的功能实体之间的无线接口管理 NSS必须管理通信业务 保证MS与相关的公用通信网或与其它MS之间建立通信 也就是说NSS不直接与MS互通 BSS也不直接与公用通信网互通 MS BSS和NSS组成GSM系统的实体部分 操作支持系统 OSS 则提供运营部门一种手段来控制和维护这些实际运行部分 8 1 移动台 MS 移动台是公用GSM移动通信网中用户使用的设备 也是用户能够直接接触的整个GSM系统中的唯一设备 移动台的类型不仅包括手持台 还包括车载台和便携式台 随着GSM标准的数字式手持台进一步小型 轻巧和增加功能的发展趋势 手持台的用户将占整个用户的极大部分 9 移动台另外一个重要的组成部分是用户识别模块 SIM 它是一张符合ISO标准的 智慧 卡 它包含所有与用户有关的和某些无线接口的信息 其中也包括鉴权和加密信息 使用GSM标准的移动台都需要插入SIM卡 只有当处理异常的紧急呼叫时 可以在不用SIM卡的情况下操作移动台 SIM卡的应用使移动台并非固定地属于一个用户 因此 GSM系统是通过SIM卡来识别移动电话用户的 这为将来发展个人通信打下了基础 10 2 基站子系统 BSS 基站子系统 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接 负责无线发送接收和无线资源管理 另一方面 基站子系统与网路子系统 NSS 中的移动业务交换中心 MSC 相连 实现移动用户之间或移动用户与固定网路用户之间的通信连接 传送系统信号和用户信息等 当然 要对BSS部分进行操作维护管理 还要建立BSS与操作支持子系统 OSS 之间的通信连接 11 基站子系统是由基站收发信台 BTS 和基站控制器 BSC 这两部分的功能实体构成 实际上 一个基站控制器根据话务量需要可以控制数十个BTS BTS可以直接与BSC相连接 需要说明的是 基站子系统还应包括码变换器 TC 和响应的子复用设备 SM 码变换器在更多的实际情况下是置于BSC和MSC之间 在组网的灵活性和减少传输设备配置数量方面具有许多优点 12 基站收发信台 BTS 基站收发信台 BTS 属于基站子系统的无线部分 由基站控制器 BSC 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与移动台 MS 之间通过空中接口的无线传输及相关的控制功能 BTS主要分为基带单元 载频单元 控制单元三大部分 基带单元主要用于必要的话音和数据速率适配以及信道编码等 载频单元主要用于调制 解调与发射机 接收机之间的耦合等 控制单元则用于BTS的操作与维护 另外 在BSC与BTS不设在同一处需采用Abis接口时 传输单元是必须增加的 以实现BSC与BTS之间的远端连接方式 如果BSC与BTS并置在同一处 只需要采用BS接口时 传输单元是不需要的 13 基站控制器 BSC 基站控制器 BSC 是基站子系统 BSS 的控制部分 起着BSS的变换设备的作用 即各种接口的管理 承担无线资源和无线参数的管理 BSC主要由下列部分构成 与MSC相接的A接口或与码变换器相接的Ater接口的数字中继控制部分 与BTS相接的Abis接口或BS接口的BTS控制部分 公共处理部分 包括与操作维护中心相接的接口控制 交换部分 14 3 网路子系统 NSS 网路子系统 NSS 主要包含有GSM系统的交换功能和用于用户数据与移动性管理 安全性管理所需的数据库功能 它对GSM移动用户之间通信和GSM移动用户与其它通信网用户之间通信起着管理作用 NSS由一系列功能实体构成 整个GSM系统内部 即NSS的各功能实体之间和NSS与BSS之间都通过符合CCITT信令系统No 7协议和GSM规范的7号信令网路互相通信 15 移动业务交换中心 MSC 移动业务交换中心 MSC 是网路的核心 它提供交换功能及面向系统其它功能实体 基站子系统BSS 归属用户位置寄存器HLR 鉴权中心AUC 移动设备识别寄存器EIR 操作维护中心OMC和面向固定网 公用电话网PSTN 综合业务数字网ISDN 分组交换公用数据网PSPDN 电路交换公用数据网CSPDN 的接口功能 把移动用户与移动用户 移动用户与固定网用户互相连接起来 16 移动业务交换中心MSC可从三种数据库即归属用户位置寄存器 HLR 访问用户位置寄存器 VLR 和鉴权中心 AUC 获取处理用户位置登记和呼叫请求所需的全部数据 反之 MSC也根据其最新获取的信息请求更新数据库的部分数据 MSC可为移动用户提供一系列业务 电信业务 例如 电话 紧急呼叫 传真和短消息服务等 载业务 例如 3 1KHz电话 同步数据0 3kbit s 2 4kbit s及分组组合和分解 PAD 等 补充业务 例如 呼叫前转 呼叫限制 呼叫等待 会议电话和计费通知等 17 当然 作为网路的核心 MSC还支持位置登记 越区切换和自动漫游等移动特征性能和其它网路功能 对于容量比较大的移动通信网 一个网络子系统NSS可包括若干个MSC VLR和HLR 为了建立固定网用户与GSM移动用户之间的呼叫 无需知道移动用户所处的位置 此呼叫首先被接入到入口移动业务交换中心 称为GMSC 入口交换机负责获取位置信息 且把呼叫转移到可向该移动用户提供即时服务的MSC 称为被访MSC VMSC 因此 GMSC具有与固定网和其它NSS实体互通的接口 目前 GMSC功能就是在MSC中实现的 根据网路的需要 GMSC功能也可以在固定网交换机中综合实现 18 访问用户位置寄存器 VLR 访问用户位置寄存器 VLR 是服务于其控制区域内移动用户的 存储着进入其控制区域内已登记的移动用户相关信息 为已登记的移动用户提供建立呼叫接续的必要条件 VLR从该移动用户的归属用户位置寄存 HLR 处获取并存储必要的数据 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将取消临时记录的该移动用户数据 因此 VLR可看作为一个动态用户数据库 VLR功能总是在每个MSC中综合实现的 19 归属用户位置寄存器 HLR 归属用户位置寄存器 HLR 是GSM系统的中央数据库 存储着该HLR控制的所有存在的移动用户的相关数据 一个HLR能够控制若干个移动交换区域以及整个移动通信网 所有移动用户重要的静态数据都存储在HLR中 这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 HLR还存储且为MSC提供关于移动用户实际漫游所在的MSC区域有关动态信息数据 这样 任何入局呼叫可以即刻按选择路径送到被叫的用户 20 鉴权中心 AUC GSM系统采取了特别的安全措施 例如用户鉴权 对无线接口上的话音 数据和信号信息进行加密等 因此 鉴权中心 AUC 存储着鉴权信息和加密钥 用来防止无权用户接入系统和保证通过无线接口的移动用户通信的安全 AUC属于HLR的一个功能单元部分 专用于GSM系统的安全性管理 21 移动设备识别寄存器 EIR 移动设备识别寄存器 EIR 存储着移动设备的国际移动设备识别码 IMEI 通过检查白色清单 黑色清单或灰色清单这三种表格 在表格中分别列出了准许使用的 出现故障需监视的 失窃不准使用的移动设备的IMEI识别码 使得运营部门对于不管是失窃还是由于技术故障或误操作而危及网路正常运行的MS设备 都能采取及时的防范措施 以确保网路内所使用的移动设备的唯一性和安全性 22 4 操作支持子系统 OSS 操作支持子系统 OSS 需完成许多任务 包括移动用户管理 移动设备管理以及网路操作和维护 移动用户管理可包括用户数据管理和呼叫计费 用户数据管理一般由归属用户位置寄存器 HLR 来完成这方面的任务 HLR是NSS功能实体之一 用户识别卡SIM的管理也可认为是用户数据管理的一部分 但是 作为相对独立的用户识别卡SIM的管理 还必须根据运营部门对SIM的管理要求和模式采用专门的SIM个人化设备来完成 呼叫计费可以由移动用户所访问的各个移动业务交换中心MSC和GMSC分别处理 也可以采用通过HLR或独立的计费设备来集中处理计费数据的方式 23 移动设备管理是由移动设备识别寄存器 EIR 来完成的 EIR与NSS的功能实体之间是通过SS7信令网路的接口互连 为此 EIR也归入NSS的组成部分之一 网络操作与维护是完成对GSM系统的BSS和NSS进行操作与维护管理任务的 完成网路操作与维护管理的设施称为操作与维护中心 OMC 从电信管理网路 TMN 的发展角度考虑 OMC还应具备与高层次的TMN进行通信的接口功能 以保证GSM网路能与其它电信网路一起纳入先进 统一的电信管理网路中进行集中操作与维护管理 直接面向GSM系统BSS和NSS各个功能实体的操作与维护中心 OMC 归入NSS部分 24 1 Sm接口 该接口是人机接口 是客户与网络之间的接口 主要包括客户对移动终端进行操作的程序 移动终端向客户提供的显示和信号音等 还包括客户识别卡 SIM 与终端 ME 间接口的内容 2 Um接口 该接口是空中无线接口 是MS和BTS间的通信接口 用于MS与GSM系统的固定部分间的互通 其物理连接通过无线链路实现 Um接口传递的信息包括无线资源管理 移动性管理和接续管理等 3 Abis接口 该接口是BSS系统的两个功能实体BSC与BTS间的通信接口 用于BTS和BSC间的远端互连方式 物理连接通过标准的2Mbit s或64Kbit s的PCM数字传输链路来实现 Abis接口支持系统向移动台提供的所有服务 并支持对BTS无线设备的控制和无线频率的分配 4 A接口 是MSC与BSS部分之间的接口 基于2Mbit s数字接口 采用14位7号信令方式 主要传递呼叫处理 移动性管理 基站管理 移动台管理等信息 GSM通信系统内部接口 25 5 B接口 MSC与VLR间的接口 主要用于MSC向VLR询问有关移动当前位置信息 或通知VLR有关MS的位置更新信息等 B接口作为设备内部接口 一般不作规定 但应能完成GSM规范所规定的功能 6 C接口 MSC与HLR间的接口 是一个7号信令网的接口 采用24位7号信令方式 2Mbit s或64Kbit s的数字接口 它主要是完成被叫移动用户信息的传递以及获取被叫用户被分配的漫游号码 7 D接口 HLR与VLR间的接口 一个7号信令网的接口 采用24位7号信令方式 2Mbit s或64Kbit s的数字接口 它主要交换位置信息和用户信息 当移动台漫游到某VLR所辖区后 VLR将通知MS的HLR HLR向VLR发送有关该用户的业务消息 以便VLR给漫游客户提供适合的业务 同时HLR还通知前一个移动用户服务的VLR删除该移动用户的信息 GSM通信系统内部接口 26 8 E接口 MSC与MSC间的接口 也是采用24位7号信令方式 用于移动台在呼叫期间从一个MSC区域移动到另一个MSC区时为了通话连续而进行的局间切换 以及两个MSC间建立用户呼叫接续时传递有关消息 9 F接口 MSC与EIR间的接口 采用24位7号信令方式 用于MSC检验移动台的IMEI时使用 10 G接口 是VLR间的接口 当MS以TMSI启动位置更新时 VLR使用G接口向前一个VLR获取MS的IMAI和相应的信息 11 NSS或BSS与OMC之间的接口 该接口是基于X 25接口或七号信令网的接口 执行TMNQ3协议 GSM通信系统内部接口 27 基站设备 宏蜂窝 主要用于覆盖室外的基站设备覆盖面积大 约1km 25km输出功率大提供的载频多建网成本高 28 微蜂窝 作为宏蜂窝的补充和延伸覆盖盲区覆盖面积较小 约30m 300m输出功率小 1w 2w 提供的载频不多安装灵活主要用于提高覆盖和提高系统容量 基站设备 29 微微蜂窝 覆盖面积小 仅适用于小范围通信区域输出功率小 0 25w 提供的载频仅为1个安装灵活典型产品 NOKIAINSITE 基站设备 30 工作频段的分配 MHz GSM频段分配 31 工作频段的分配 CDMA上行 CDMA下行 825835 联通CDMA 870880 联通CDMA GSM上行 890909915 移动GSM 联通GSM GSM下行 移动GSM 联通GSM 935954960 我国移动通信工作频段 原部队AMPS 原部队AMPS 845 EGSM EGSM 西北五省AMPS 西北五省AMPS ETACS ETACS TACS TACS 880 890 905 925 935 950 32 工作频段的分配 DCS1800 DCS上行 17101785 DCS下行 18051880 DCS 1800工作频段 33 频道间隔 功能 相邻二频道间隔为200KHz每个频道采用TDMA方式 每个频道分成8个时隙 Slot 即8个信道每个信道占用带宽25KHz上下行间隔45MHz 34 35 36 频道配置 频道序号 1 124 123个频点1 94为中国移动所有 96 124为中国联通所有95频点为保护 隔离 频点频点与频率的对应关系 Fu n 890 2MHz n 1 0 2MHzFd n Fl n 45MHz 37 频道配置 GSM1800工作的无线频率分配为 GSM1800 1710 1785MHz上行频率1805 1880MHz下行频率双工间隔为95MHz 工作带宽为75MHz 载频间隔为200KHz 频道序号和频点标称中心频率的关系为 上行频率fu n 1710 2MHz n 512 0 200MHz下行频率fd n fu n 95MHzn 512 885频道中国移动公司拥有15M的带宽 频道号为512 587 1710 1725 1805 1820中国联通公司拥有10M的带宽 频道号为662 7121745 1755 1840 1850 38 干扰保护比 C I 干扰保护比 信号强度与干扰信号的比值一定的干扰保护比才能保证正常通话GSM规范参数 同频干扰保护比 C I 9dB邻频干扰保护比 C I 9dB载波偏离400KHz干扰保护比 C I 41dB 39 时分多址概念 时分多址 每一频点分成8个时隙 每个时隙为一个信道 因此一个频点可以供给8个移动用户同时使用 TMDA信道概念 40 信道 物理信道 逻辑信道物理信道就是一个时隙逻辑信道根据BTS与MS之间传递信息种类不同而定义为不同的信道逻辑信道分成业务信道和控制信道业务信道 TCH 传送话音或客户数据 点对点方式传送 41 控制信道 CCH 广播信道 BCH 仅用于下行链路频率校正信道 FCCH 用于校正MS频率 使MS可以定位并解调出同一小区的其它信息同步信道 SCH 携带TDMA帧号及BSIC广播控制信道 BCCH MS空闲时需大量的网络信息 均由BCCH发送 所在这些信息均称为系统消息 BCCH发送的系统消息有8类 42 控制信道 CCH 公共控制信道 CCCH 不仅供一个MS使用RACH 随机接入信道 上行信道 当MS想与BS建立连接时 通过此信道发送接入请求 三位请求原因 五位随机数 AGCH 允许控制信道 下行信道 为MS指派一SDCCHPCH 寻呼信道 下行信道 用于寻呼MS 寻呼标识为MS的TMSI IMSI 43 控制信道 CCH 专用控制信道 DCCH 仅供一个MS使用SDCCH 独立专用控制信道 传送建立连接时的信令 位置更新消息 短消息 CBCH 鉴权加密及附加业务SACCH 慢速链路控制信道 伴随TCH SDCCH的信道 上行传送TA PWRC及无线测量报告 下行传送系统消息5 6等及第一层报头消息FACCH 快速 和TCH有关 用于传送信令 44 TDMA帧 TDMA帧 每一个载频定义为一个TDMA帧每帧包括8个时隙 TS0 TS7 每个帧有一个帧号 帧号以2715648个帧为周期循环编号复帧 51复帧用于BCCH SDCCH CCCH等控制信道 26复帧用于TCH SACCH FACCH等业务信道超帧 26个51复帧或51个26复帧组成一个超帧超高帧 2048个超帧组成一个超高帧 45 2047 1时隙 156 25比特时长 151复帧 51TDMA帧 126复帧 26TDMA帧 1超帧 51个26复帧 1326TDMA帧 1超帧 26个51复帧 1326TDMA帧 1超高帧 2048超帧 2715648TDMA帧 周期为120ms 周期为235ms 1TDMA周期为4 615ms 46 突发脉冲序列格式 突发脉冲序列因消息不同而格式不同 共同部分 尾比特 总是0 用以判断起始和终止位消息比特 描述业务或信令消息 空闲 频率校正信道除外 训练序列 收发双方已知的序列 用以确认脉冲中其它比特的位置保护间隔 在实际系统中 各个时隙会有所滑动 即信号重叠 为避免互相干扰 相邻时隙之间采用保护间隔 47 突发脉冲序列 突发脉冲序列指一个时隙上的消息格式 发送的消息不同 格式就不同 突发脉冲序列也就不同 普通脉冲突发序列频率校正脉冲突发序列同步脉冲突发序列接入脉冲突发序列空闲脉冲突发序列 48 信道的映射 控制信道 51复帧 C0的TS0映射BCH和CCCH下行 51复帧的TS0全部取出组成新的51复帧 用于携带SCH和CCCH上行 上行只含有RACH C0的TS0只映射RACHC0的TS1映射专用控制信道专用信道上下行是相同的 因此上下行C0的TS1具有相同结构当小区只一个载频时 C0的TS0既作控制信道又作专用信道 49 信道的映射 业务信道 26复帧 26复帧用于携带TCH SACCH携带BCCH载频的TS0 TS1之外可安排业务信道业务信道上下行结构一样 50 移动台 移动用户 MS 移动设备SIM卡 51 SIM卡 52 SIM卡简介 结构 CPU程序存储器 ROM 工作存储器 RAM 数据存储器 EPROM 串行通信单元 53 移动用户号码 MSISDN MSISDN号码是主叫用户为呼叫数字公用陆地移动通信网中用户所需拨的号码 号码结构为 CCNDCSN CC 国家码 我国为86NDC 网络接入号 中国移动为135 139 中国联通为130 133SN 用户号码 8位 其中前四位为本地网HLR号 后四位为用户号 国内移动号码 国际移动号码 54 国际移动客户识别码 IMSI 在GSM系统中 每个用户都分配有一个唯一的IMSI 用于身份识别 号码结构为 MCCMNCMSIN NMSI IMSI MCC 移动国家码 唯一识别移动用户所属国家 中国为460MNC 移动网号 中国移动为00 中国联通为01MSIN 移动用户识别码 唯一识别某一移动用户NMSI 国家移动用户识别码 55 临时移动用户识别码 TMSI 考虑到安全性 IMSI在空中接口传输一次 鉴权成功后由VLR自行分配一个4字节的编码 TMSI与IMSI相互对应 且仅在VLR管辖区范围内代替IMSI临时使用TMSI是通话时临时使用的 每次通话所指派的TMSI是不一样的 即使在同一地点 56 移动用户漫游号码 MSRN 当移动用户成为进入一个新的业务区成为漫游用户时 HLR请求MS所在业务区给被叫用户提供一个漫游号码 MSRN 并将此号码送至HLR HLR收到后通知GMSC GMSC根据此号码选择路由 将呼叫接至被叫用户所在MSC VLR交换局 路由一旦建立 此号码被释放 57 位置区识别码 LAI 位置区 移动台可任意移动而不需要进行位置更新的区域 由一个或若干个小区组成LAI用于检测位置更新和信道切换的请求 MCC MNC LAC LAC 位置区号码 用于识别GSM网络中的一个位置区 由运营商自定 58 LAC 本地区域识别码LocationAreaCode 59 全球小区识别码 CGI 全球唯一的小区标识 LAC CI CI 小区识别号 60 全球小区识别码 CGI CID 基站编号 CellID CellIdentifier 61 基站识别色码 BSIC 用于识别相邻基站的号码 NCC BCC NCC PLMN色码 主要用于区分不同的运营者BCC 基站色码 用于识别相同载频的不同BTS 62 B49 字母B和BSIC码值 范围0 63 菜单10 2 NO7B49 16x 63 国际移动设备识别码 IMEI 唯一识别移动台 15位十进制编码 FAC TAC SNR SP TAC 型号批准码 由欧洲认证中心分配FAC 工厂装配码 表示生产厂家及地址SNR 由厂家分配 用于识别每个设备SP 备用码 64 国际移动设备识别码 IMEI 唯一识别移动台 15位十进制编码 FAC TAC SNR SP TAC 型号批准码 由欧洲认证中心分配FAC 工厂装配码 表示生产厂家及地址SNR 由厂家分配 用于识别每个设备SP 备用码 65 话务量有关参数无线信道配置模型话务量计算方法 第二部分话务量计算 66 一 话务理论中的有关参数1 呼叫话务量A2 呼损率B3 繁忙小时集中率K4 用户忙时话务量a 67 1 话务量A 定义 每个小时呼叫次数与每次呼叫的平均占用信道时间之积 即A Ct0 式中 C是每小时的平均呼叫次数 t0是每次呼叫占用信道的时间 包括接续时间和通话时间 当t0是以小时做单位 则A的单位是爱尔兰Erl 如果在一个小时之内不断地占用信道 则其呼叫话务量为1Erl 它是一个信道具有的最大话务量 设有100对线 中继线群 上平均每小时有2100次占用 平均每次占用时间为2min 求这群中继线路上完成的话务量 A 2100 1 30 70Erl 68 举例 同时占用线路数占用时间 小时 00 210 320 530 540 450 1五对线完成话务量 A 1 2 0 0 2 1 0 3 2 0 5 3 0 5 4 0 4 5 0 1 2 45Erl 69 2 呼损率B 定义 在一个电话网络中 由于用户数 信道数 不能保证每个用户的呼叫都是成功的 对于一个用户而言 呼叫中总是存在着一定比例的失败呼叫 称为呼损 呼损与呼叫话务量之比叫呼损率 用B表示 B Al A Ci CAAl 呼损 A 话务量Ci 呼叫失败的次数CA 总的呼叫次数 70 3 繁忙小时集中率k 定义 K 繁忙小时话务量 全天话务量 占线数n是一个随机变量它的均值也称为数学期望 71 4 用户忙时话务量a 定义 a Ca T K 3600式中 Ca 每天平均呼叫次数T 每次呼叫平均占用时K 忙时集中率 例如 每天平均呼叫三次 Ca 3每天呼叫平均占用2min T 120s当忙时集中率10 K 0 1则a 0 01Erl 用户 72 二 每个信道所能容纳的用户数m 定义 每个信道所能容纳的用户数 用m表示 m A n a 式中 A n 信道平均话务量 73 第一步 根据信道数n 呼损率B 求话务总量A 利用公式 B An n Ai i 查表求出A 5 597其中 爱尔兰损失概率表 见下页 第二步 求出用户忙时话务量aa Ca T K 3600第三步 求每个信道能容纳的用户数mm A n a 205 8 8 25 7用户 信道第四步 系统所容纳的用户数m n 205 8用户 74 爱尔兰损失概率表 A n 75 三 容量预算方法 基于室内场所用户模型进行预算 76 77 概述信号在无线路径上的衰落自由空间传播模型无线信号衰落上下行链路 第三部分移动通信环境特点 78 移动通信环境的特点 受各种因素的影响 移动通信的环境是相当恶劣的地形影响 MS处于复杂的地形及人为环境中MS的移动性使得MS与BS之间的传播路径不断变化 且移动方向和速度都会导致电平的变化人为噪声严重 点火噪声 电力线噪声 工业噪声干扰严重 同频干扰 邻频干扰 互调干扰 远近效应 79 陆地移动通信环境的特点 波导效应 主要发生在两旁有高大建筑的街道沿传播方向的街道信号增强 垂直于传播方向的街道上信号减弱 二者相差可达10dB左右波导效应在离基站10公里左右有所减弱波导效应对电磁传播有较大影响 80 信号在无线路径上的衰落 无线路径损耗相关因素 载频频率传播速度传播地形 地平面的吸收 反射 曲率地面的绕射 地面上建筑物产生的传输损耗 81 自由空间 相对介电参数和相对导磁率为1的均匀介质的空间自由空间是一个理想空间损耗由能量扩散而引起损耗公式 Pr Pt 4 d 2G1G2d 接收机和发射机之间的距离G1G2 接收机和发射机天线的增益 信号在无线路径上的衰落 82 传播模型 自由空间的损耗公式是一个理想公式 实际传播描述必须考虑各种环境因素传播模型分为统计模型 决定模型统计模型 利用测试数据进行统计分析得到的模型统计模型对数据的要求较低 可以利用数据加以修正决定模型 根据路径上的地形等几何信息 利用波的绕射等分析而得决定模型对数据的要求较高 不能利用数据加以修正 信号在无线路径上的衰落 83 自由空间传播模型 在自由空间里传播的电波不产生反射 折射 散射 绕射和吸收等现象 只存在因扩散而造成的衰减 所以 其基本传输损耗Lbf可由下式计算 结论 1 在频率相同的情况下 随着距离的增加 损耗也在增加 2 在距离相同的前提下 随着频率的升高 损耗也在增加 3 在频率一定的情况下 距离增加一倍 损耗增加6dB 4 损耗和距离 频率并不是成正比关系 垂直隔离度Iv 28 0 40log10 d C 84 OKUMURA模型 OKUMURA HATA模型适用条件 f为150 1500MHz 基站天线有效高度为30 200米 移动台天线高度为1 10米 通信距离为1 35km d的单位为km f的单位为MHz 为城市市区的基本传播损耗中值 hb hm 基站 移动台天线有效高度 单位为米 85 COST 231模型 适用条件 GSM900 1800基站天线有效高度为30 200米移动台天线高度为1 10米通信距离为1 35km 86 长期衰落 产生原因 MS和BS之间的高大建筑和树林等会阻挡电磁传播 产生阴影 致使信号强度下降 大气折射造成同一地点场强的慢衰落场强随地形等发生缓慢变化衰落服从对数正态分态长期衰落也称慢衰落 阴影衰落 87 短期衰落 短期衰落 无线信号在经过短期或短距离传播后幅度快速衰落产生原因 多径效应导致到达接收机的信号有时延及相位差 矢量叠加后会形成一个严重的衰落谷底 甚至接近零 88 多径效应 多径信号 远地散射体产生的回波 这种回波的时延较长且较稳定移动台附近半径为50 400波长的建筑物和树林等反射和散射的回波 这类回波数量大 时延短 是构成多径信号的主要部分 89 多径效应 90 瑞利分布 多径效应产生的信号幅度变化符合瑞利分布 因此短衰落也叫瑞利衰落瑞利衰落信号强度随时间变化而急剧变化 91 上下行链路功率分析是为了获得基站可用的最大发射功率 避免无效的下行覆盖 减小干扰和系统噪声 上行链路 手机发射功率 人体损耗 建筑物损耗 路径损耗 天线增益 分集增益 馈线及其它损耗 双工器损耗 基站接收灵敏度 下行链路 基站发射功率 合路器 双工器 馈线及其它损耗 天线增益 路径损耗 建筑物损耗 人体损耗 手机接收灵敏度 上下行链路组成 92 上行链路 UplinkBudget MSpwr MSantgain BTSsen BTSantgain OthersULgains OthersULlosses 下行链路 DownlinkBudget BTSpwr BTSantgain OthersDLgains OthersDLlosses MSsen MSantgain 链路平衡 UplinkBudget DownlinkBudget 上下行链路计算 93 分集接收跳频小区选择与重选切换分析功率控制 第四部分GSM网络技术及其参数 94 分集接收 分集技术 在若干支路上接收相互间相关性很小的载有同一消息的信号 然后通过合并技术将各个支路的信号合并输出空间分集时间分集频率分集极化分集 95 时间分集 时间分集 通过一定的时延来发送同一消息 或在系统所能承受的时延范围内在不同的时间内各发送消息的一部分 时间分集通过交织技术来完成交织技术 把N个分组中的第1个比特取出来组成新的N1分组 第2个比特取出来组成新的N2分组 然后发送新的分组某个新的分组丢失 对于原信息串来说丢失的是某个数据位 利用信道编码纠错 可以恢复原来的消息 96 极化分集 把二付接收天线极化角度互成一定的角度 可以获得较好的效果这种分集天线可以集成于一付天线内实现 对于个扇区只需一付Tx天线和一付Rx天线采用双工器 则只需一付收发合一的天线 但对天线要求较高 97 频率分集 频率分集 同一个信息使用几个频率发送 从而可提高无线信号抗衰落的能力频率分集主要采用跳频技术来实现频率差别越大 衰落特性就越独立 效果就越好跳频可以起到干扰源分集的作用 提高通话质量跳频对于大量用户的系统特别重要 98 跳频 一 概述1 为了提高系统信道编码及交织的有效性 可以采用跳频技术 慢跳频的原理是 所有移动台依据从一个算法中导出的频率序列上发送它的时隙 移动台在一个时隙上发射或接收 下一个时隙又跳到另一个频率上发射或接收 2 跳频算法的参数是在呼叫建立及切换时发给移动台的 每一突发脉冲序列改变一次频率 跳频的速率大约为217次 秒 3 支持广播控制信道 BCCH 的物理信道不跳 4 基站台与移动台在一个小区内 跳频是同步的 5 同一呼叫 TDMA第N帧时用C0而第N 1帧时用C1 6 对慢速移动终端 跳频改善通话质量明显 大约有6 5dB系统增益 99 跳频技术 跳频分类 慢跳频 快跳频GSM采用慢跳频 基带跳频 射频跳频频率分集主要采用跳频技术来实现频率差别越大 衰落特性就越独立 效果就越好跳频可以起到干扰源分集的作用 提高通话质量跳频对于大量用户的系统特别重要 100 慢跳频分散深衰落影响的示意图 101 GSM慢跳频示意图 4 615ms 102 二 GSM系统采用跳频的目的 1 频率分集 无线传输受到瑞利衰落的影响 在信号的不同频率上有不同的衰落 频率相差愈大 其相关性越小 频率相差1MHz时 几乎是完全不相关 因此在跳频时分散到不同频率上的突发脉冲帧不会受到同一瑞利衰落的影响 从而改善了传输质量 当高速移动的移动终端 它受到同一频率的两个突发脉冲帧之间位置变化 也要承受衰落的影响 所以慢跳频系统对快速移动的终端系统增益的改善不大 103 2 干扰分集 同一小区内所有的信道采用相同的跳频序列号 相邻小区采用不同的跳频序列号 这样可避免小区之间的干扰 因相邻小区之间采用不相关的频率集合 跳频序列有64个不同值 同样 频率复用的同频小区 也可采用不同的跳频序列 由于采用跳频技术 可以使频率复用利用率大大提高 每一跳频序列的频率个数不宜小于5个 跳频的频率数愈大 系统的改善度也就愈明显 104 基带跳频 技术特点 腔体合成器最多可配置8个发信机 且衰耗较小腔体合成器的发信机仅能使用固定的频率发射有一个固定发射BCCH的发射机 但若出现故障 则会引起整个小区的瘫痪 105 射频跳频 采用混合合成器 每个发射机能发射所有参与跳频的频点小区分配表CA 定义该小区用到的所有频点移动分配表MA 定义参与跳频的所有频点移动分配索引MAI 用来确定集合MA中一个确切的元素移动分配索引偏移量MAIO MAI的一个初始偏移量跳频序列号HSN 确定了跳频过程中所有频率运行的轨迹跳频指示H 网络是否应用跳频 106 跳频指示 指示参数 H格式 0 不跳频1 跳频传送 在指配命令中由基站发送给移动台手机中左上H位置 如果载频跳频功能打开该处显示 H 否则显示空格 107 移动分配索引 MAIO MAI的一个初始偏移量 也称跳频起点格式 表示范围0 63传送 在指配命令中由基站发送给移动台采用同一组MA的不同小区 MAIO的取值可以一致 但HSN不能相同采用不同的MAIO 可以让同一站址的不同扇区使用相同的频率组 MA 而不发生频率冲突 108 跳频序列号HSN 定义HSN确定了跳频过程中频点运行的轨迹 相邻的采用相同MA的小区 取不同的跳频序列号可以保证在跳频过程中频率的利用不发生冲突 格式此参数以十进制数表示 范围为0 63 其中 0 为循环跳频1 63 为伪随机跳频 传送跳频序列号HSN包含于信息单元 信道描述 之中 在 立即指配命令 指配命令 等消息中由基站发送给移动台 设置及影响在采用跳频的小区中可任选跳频序列号 但必须注意采用相同频率组的小区必须采用不同的跳频序列号 109 跳频频点数对跳频的影响 2载频跳频 110 跳频频点数对跳频的影响 3载频 111 射频频点个数对跳频的影响 以上数据是对爱立信RBS2000和RBS200的6个基站 每个基站2载频 进行14天统计而得的数据结论 当只有二个频点时跳频效果不明显 应观察后再决定是否跳频结论 当有3个或3个以上的频点时 一定要采用跳频 112 一 无线小区的划分方法 由于电波传播和地形地物有关 所以小区的划分应根据环境和地形条件而定 为了研究方便 假定整个服务区的地形地物相同 并且基地台采用全向天线 它的覆盖面积大体是一个圆 即无线小区是圆形的 又考虑到多个小区彼此邻接来覆盖整个区域时 用圆的内接正多边形来近似的代替圆形 将是实际的 不难看出由正多边形彼此邻接构成平面时 只能是正三角形 正方形和正六边形 以三种图形比较 正六边形和圆的近似程度最好 而且用正六边形彼此邻接填满整个服务区所需的个数最少 换言之 在其他条件都相同时 按正六边形划分区域最经济 因此 在系统设计时无线小区都采用正六边形 113 114 二 正六边形无线区群的构成方法 采用正六边形小区相互邻接排布 就能扩大服务区 构成的方法如下 首先 由若干个正六边形小区构成单位无线区群 再由单位无线区群彼此邻接 形成大服务区域 若同频无线小区之间的距离大于同频复用距离 则各个单位无线区群可以使用相同的波道组 以实现有效利用频谱的目的 115 三 单位无线区群的构成应满足以下两个条件 1 若干单位无线区群能彼此邻接2 相邻单位无线区群的同频小区中心间隔距离dg是一样的 满足以上两个条件的关系式如下 N a2 ab b2式中N为构成单位无线区群的正六边形的数目 a及b均为正整数 包括零在内 但a b不能同时为零 按照以上条件 可确定N有如下数值a 1b 1N 3a 2b 0N 4a 2b 1N 7a 2b 2N 12a 3b 0N 9 116 117 118 在图中相同的数字表示无线区群中可以使用相同的频率组 但是无线小区中心间隔距离必须大于同频复用距离D 只有这样才能避免同频干扰 同频小区中心距离用dg表示 与小区半径r0的比值与N有关 他们的关系是 dg r0 3N 119 蜂窝移动电话系统 由于采用信道频率复用技术 对于一个单基站系统可以用增加信道数的办法来扩大系统的业务量 它的容量极限取决于所有可用的信道的总数 蜂窝状系统可以依靠在同一业务区内多次重复使用频道组的方法来扩大系统的业务容量 这种结构特点是 减少基站覆盖区的同时 用大量的无线基站小区来覆盖原来的一个基站所覆盖的区域 不同的小区使用不同的信道组 由于频率的复用和单基站系统相比较 容量大大增加 无线小区频率复用距离与信号和同频干扰比的关系 在满足同频干扰容限条件下 去找出最小所需的D r0值 D是同频复用距离 r0是小区半径 DI是同频干扰信号距离 120 基地台的位置有两种方式 一种是基地台位于正六边形的中心 称为 中心发射 它采用全向天线 另一种是在正六边形相同间隔的三个顶点上设基地台 称为 顶点发射方式 其基地台采用三个120 扇形覆盖的定向天线或60 扇形覆盖的定向天线 对于120 扇形天线 每个基站三个无线区的正六边形 或者60 扇形天线每个基站三个无线区的三叶草形 对于60 扇形天线 每个基站六个无线区的三角形 如下页图所示 四 蜂窝网中的不同无线区结构 121 122 三角形 三种主要的无线区图形 123 小区选择过程描述 小区选择 移动台开机进入空闲模式时优先选择服务小区的过程选择小区后首先调谐到该小区的BCCH上 接收寻呼信息和系统消息BA BCCH 分配表 包含PLMN某个区域使用的BCCH载波 最多64个载频BA SACCH 分配表 在SACCH信道上通过系统消息5发送 它向移动台指示哪个BCCH用于切换 最多32个邻小区当只有BA BCCH 没有BA SACCH 小区不参与切换判决 小区选择与重选 124 空闲模式下的小区选择 移动台开机存在二种情况 移动台中未存有上次BCCH信息移动台存有上次BCCH信息根据以上二种情况 移动台在开机进行小区选择会有不同的情况 125 移动台未存BCCH信息 搜索124个信道 计算每个载频的平均电平 每载波取样5个点调谐到最大电平上 并判断该载波是否是BCCH 根据FCCH 若是 尝试解码SCH并读取BCCH系统消息若不是 搜索次高的载波上 并做同样的判断若搜索过30个最强的载波后仍未找合适的小区 则监测其余载波直至找到合适小区 此时不考虑PLMN识别 但仅限于进行紧急呼叫 126 移动台存有BCCH信息 首先搜索已存的BCCH 译码该小区的BCCH并驻留若移动台未驻留该小区 则检查该小区的BA表 若表中所有BCCH搜索仍未找到合适小区 执行无存储操作C1 小区选择和重选的路径损耗准则小区依据C1的值进行判决 127 移动台驻留小区的条件 MS解码正确 小区是PLMN的一部分小区未被罢止C1 0C1 RxLev RxLev Access Min MAX MS TXPWR CCH P 0 128 移动台驻留小区的条件 页面三 aaabbbcccddd aaabbbcccddd aaabbbcccddd efgh 帮助页面 SCHC1rxC2 1CHC1rxC2 2CHC1rxC2 1N2N 第一行为服务小区信息第二行为第一相邻小区信息第三行为第二相邻小区信息第四行ef gh指示临近小区其他信息aaa频点号 十进制 bbb手机空闲模式显示C1值 通话状态显示字母 B 和BSIC码 ccc接收信号强度电平 单位dBm 小于 100时负号不显示 dddC2值 e g如果小区在禁止LA内 显示F 否则显示空格 f h小区被禁止接入显示B 正常优先级小区显示N 低优先级小区显示L 否则显示空格 129 小区选择图例 130 小区接入禁止 定义 Cell Bar Access用以表示小区是否允许移动台接入格式 0 表示允许接入1 表示不允许接入设置及影响 该参数仅用于一些特殊场合 一般情况下设为0当希望小区只用于切换业务时将该值设为1 131 Cell Bar Access使用说明 双层网结构 微蜂窝用于用户覆盖 基站用于支持高速移动用户或切换业务 对于慢速用户不接入 132 Rxlev Access Min 允许最小接收电平 格式 133 Rxlev Access Min 传送 该电平在系统消息中周期传送设置及影响 该值可改变覆盖有效范围设置太高 接入困难 覆盖范围变小 设置太低 可扩大覆盖范围 但小区边缘通话质量将下降 且会导致上行信号弱 导致功率控制下MS以最大功率发射 从而增加上行干扰 134 控制信道最大功率电平 MS TxPWR MAX CCH MS的发射功率是受网络控制的 网络通过POWERCOMMAND对MS进行功率控制 此命令在SACCH上传送强调 SACCH必须在SDCCH或TCH出现以后才开始使用 RACH传送消信时使用的功率由控制信道最大功率电平决定设置及影响 关系到MS接入成功率和邻信道干扰 在有一定接入成功率前提下应尽量减小MS的接入电平 135 控制信道最大功率电平 136 小区重选 小区选择后将驻留于某个小区 MS开始测量邻近小区的BCCH载频的信号电平 记录其中的6个相邻小区的电平 在满足一定条件时MS将从一个小区转到另一个小区 小区重选影响小区重选的因素有优先级 是否被禁止接入 无线信号强度小区重选采用的信道质量标准为C2 137 发生小区重选的情形 MS计算某小区的C2值超过当前小区的C2连续5秒当前服务小区被禁止MS监测下行链路出现故障MS随机接入 当最大重传后接入尝试仍不成功MS计算某小区 不在同一位置区 C2值超过当前小区C2与小区重选滞后值之和连续5秒钟 若此前15秒钟发生过小区重选则不再发生小区重选 138 最大重传次数 Max Retrans 为了防止未能接收RACH的接入请求 网络允许MS在收到立即指配命令前发送多个信道请求消息 M 设置 M越大则接通率越高 但RACH CCCH的负荷越重 M越小则系统负荷轻 但接通率变低 139 定义 Cell Bar Qualify用于优先选择某些小区CBQ 0 优先级为正常 CBQ 1 优先级为较低当优先级为正常的小区不存在时才转入较低级的小区 小区禁止限制 140 CBQ的应用 A B小区话务量较大 此时可将其它小区设为正常 A B小区设为较低 以均衡话务量 141 CBQ的应用 A 微蜂窝B 为了让B更多的吸收话务量 B优先级设为正常 A为较低 这样B范围内只要符合小区选择门限 MS将选B 142 小区优先级设置 143 小区优先级设置 CBQ 0 CBA 1 此时小区只允许做切换业务 不允许MS直接接入 这种方法适用于双层网或微蜂窝环境下 一般下层小区用以叫收话务量而上层网络保证覆盖CBQ仅影响小区选择 对小区重选不起作用 优化时必须结合CBQ C2一起使用 144 小区选择相关参数 2 允许接入的最小接收电平RxLevAccessMin 6bits 110 大于 48dBm 允许MS接入本小区的最小接收电平 取值应当接近MS的灵敏度 且不应大于 90dBm 附加重选参数指示AddReselPI 即ACS 1bit 决定从SYS3 4或SYS7 8的剩余字节中提取PI和C2相关参数 是否采用重选参数指示ReselPI 1bit 用于通知MS是否采用C2作为小区重选参数及计算C2的参数是否存在 0表示C2 C1 小区重选偏移量ReselOff 6bits 取值0 126dB 一般业务量小区取0 较小业务量CRO取0 20 临时偏移量