GSM网络原理.doc

通信产品知识-GSM网络原理简介（一）(2008-11-20 15:32:49)标签：文化 当前市场上存在两种制式的手机,一种是CDMA,另一种就是GSM,如加上小灵通则有三种手机了.今天我们主要来介绍一下GSM制式的手机原理.GSM(GlobalSystemforMobileCommunication)的中文是全球移动通信系统，又称“全球通”，最早在欧洲开发出来并成功运用。为区别早期的模拟移动通信系统，把模拟移动通信系统称为第一代（1G）移动通信系统，把GSM称第二代数字蜂窝移动通信系统,简称2G。GSM采用的是数字调制技术，其关键技术之一是时分多址(TDMA，每个用户在某一时隙上选用载频且只能在特定时间下收信息)，因此其话音清晰，保密容易，能提供的数据传输服务较多。GSM网能支持的用户数量为模拟网的1.8-2倍。由于GSM发展极快，在其900MHz频段满以后，又开辟了DCSl800、PCS1900等频段，但一般的手机都工作在GSM900和DCS1800两个频段，当然也有三频段的手机。GSM网络采用的是蜂窝式组网，因此又叫蜂窝移动通信系统，蜂窝通信系统的结构一般如下图所示。蜂房大小的上限比较明显：35公里范围。一、GSM的技术特性。下表为GSM无线传输的主要特点。频带有：900MHz、1800MHz及1900MHz载波间隔：200KHz调制方式：GMSK（高斯滤波最小频移键控）270.833Kbit/s均衡解调,以适应复杂的地形(如多山地区)时分复用,同一载波用于不同速率的信道 跳频,是使用相同频率的蜂房间实现CDMA的一种形式 数字话音传输,从开始的13Kbit/s(每载波8个信道)发展到6Kbit/s(每载波16个信道).旨在提高频谱效率的许多功能,如呼叫建立时用较低速率信令信道,话音安静期间减少发射,控制发射功率,慢速跳频,移动辅助切换1、发射功率GSM900DCS1800类别功率应用类别功率应用120W车载台、便携台11W手持台(典型应用)28W车载台、便携台(典型应用)20.25W手持台35W手持台42W手持台(典型应用)50.8W手持台这里所说的功率是指峰值功率，当与非TDMA系统进行比较时应以平均发射功率为基础，对于2W的移动台，其中给全速率话音的平均功率为250mW，半速率话音的平均功率为125mW。2.GSM的频率EGSM900DCS1800TXRXTXRX8809159259601710178518051880信道带宽200KHz信道带宽200KHz3.频率误差和相位误差GSM900:0.1PPM(即90Hz左右)DCS1800:0.1PPM(即180Hz左右)峰值相位误差:20平均相位误差:54.接收灵敏度GSM900:-102dBm/BER(位差错率)2%DCS1800:-100dBm/BER(位差错率)2%5、自动频率控制特性 手机的工作频率受控于网络，即由基站传送一个标准的时钟信号与手机中频率进行比较，从而使手机时钟稳定。一般手机中的时钟频率为13MHz，这个13M一方面作为逻辑部分的同步时钟，另一方面又作为压控振荡器的参考频率。6时分特性：GSM手机收发控制信号时序图如下图所示。 上述的时序图可以作如下理解:1）收发电路受脉冲信号控制,其频率为217Hz,脉冲宽度为577us.2）发脉冲相隔3个脉冲周期,约2ms,能满足收发转换,因此,GSM手机可以取消双工器.3）收发信号为断续信号,即间隙接收和间隙发射.发射是在接收的后3个BP(BURSTPULSE突发脉冲周期).4）由于收发信号为断续信号,因此测量收发信号的频率应采用频谱分析仪,而不能使用频率计.二、GSM的网络管理1空闲模式与专用模式 由于GSM网络中其可用无线信道数远小于潜在用户数，双向通信的信道只能在需要时才分配，这是与标准电话网很大的区别。因此，GSM移动台有两种模式。1）空闲模式：移动台侦听广播信道，此时不占用任一信道。2）专用模式：一条双向信道分配给需要通信的移动台，使它可以利用基础设施进行双向点对点通信。接入过程是使移动台从空闲模式转到专用模式的特殊功能。2位置管理 蜂窝系统中用户的移动性是它与固定电话网的又一主要区别，特别是对来话呼叫。网络向一固定用户路由一个呼叫，只需要知道它的网络地址（如：电话号码）就可以了，因为与用户电话线直接相连的交换机是不变的。然而蜂窝系统中，当用户移动时，与之建立联系的蜂房可能会变化。因此要想收到一个来话呼叫，首先需要定位移动用户，即系统必须确定他目前位于哪个蜂房内。 GSM引入了定位区的概念。一个定位区是一组蜂房，每个蜂房只属于一个定位区。在蜂房内用广播信道发送蜂房属于哪个定位区的识别码，从而使移动台知道它目前所在的定位区。当移动台所在的蜂房发生改变时，有两种情况： 前后所属的两个蜂房位于同一定位区：这时移动台不需要向网络发送任何信息。 前后所属的两个蜂房位于不同的定位区：这时移动台需要向网络报告定位区的变化（位置更新）。 基础设施存贮在数据库中的不是用户所在的蜂房信息，而仅仅是最近一次位置更新时所在定位区的信息。当一个来话呼叫到来时，寻呼信息只发往属于该定位区的蜂房。这种折衷的方法使系统操作人员能平衡寻呼信息的数量（当定位区包括较多蜂房时，寻呼信息增加）和位置更新信息的数量（当定位区包括较少蜂房时，此量增加）。3切换 将正在进行中的呼叫，从一个蜂房转移到另一个蜂房，以避免用户移动的有害影响的过程。这个过程首先要检测出专用模式下更换蜂房的要求（切换准备）；其次是将通信从给定蜂房中一个信道转到另一个信道，理想情况上不为用户察觉，至少要对用户的干扰最小。4漫游 通过固定线路接入电信系统时，选择哪个网络提供服务（当选择可能时）在注册时就确定了，并保持不变。当引入移动性后，会出现新的问题。由于移动终端不局限于一个地方，需要不同网络（根据终端的位置）为他提供业务。如果各网络运营者协同服务，他们就可以提供给用户比单个网络更广的覆盖范围。这就是漫游，这是GSM的一个主要特征，这样用户只需要向国内运营者注册，就可心享受覆盖全球的服务。为此，移动台的自由移动要求制定规章的机构同意相互承认批准的型号（这就是手机的FTA认证）。三、GSM功能 GSM是一种多业务系统，可依据用户要传输信息的特点，提供各种形式的通信。传统上，我们将话音业务与数据业务分开：话音业务中，信息是话音，而数据业务包括电文、图像、传真、计算机文件和消息等。另外，GSM提供了一组非传统业务，即短消息业务。1话音业务 GSM提供的最重要的业务是电话业务，它使GSM用户和通过普通电话网可达到的任何电话用户间能进行双向语音呼叫。根据GSM的术语，紧急呼叫是电话演变来的一项单独业务。它允许用户通过一个简单固定的步骤就可找到附近的紧急服务部门（如警察局或消防部门）。由电话发展而来的另一项业务是话音留言。GSM规范未将该业务定义为一项单独业务，但许多运营者将其作为一项基本业务。2数据业务 作为ISDN的继承者，GSM从一开始设计就提供了多种数据业务。只要无线传输允许，它基本上包括了提供给固定电话用户和ISDN用户（包含一些专用网，如分组交换数据网）的绝大多数业务。数据业务的分类主要取决于：可能的通信方（电话网、ISDN网或专用网用户），端到端信息流的特性（原始数据、传真、可视图文、智能电报），传输方式（分组或电路交换，端到端数字传输或利用音频调制解调器，同步或异步传输）以及终端的特性等等。依据通信用户所连接的网络类型可分为以下五种：a、与PSTN用户的连接b、与ISDN用户的连接c、GSM用户间的连接d、与分组交换公用数据网（PSPDN）用户的连接e、与电路交换公用数据网（CSPDN）用户的连接3短消息业务1）GSM能传输点对点短消息，并能区分接收短消息的“移动台被呼点对点短消息业务”（SMS-MT-PP）和使GSM用户能向另一GSM用户发短消息的“移动台呼叫点对点短消息业务”（SMS-MO/PP）。2）另一种短消息业务是“蜂房广播短消息业务（SMS-CB），它能以固定的时间间隔将一般的短消息向给定地理区域中所有用户广播。4附加业务 附加业务修改、丰富了基本业务，主要允许用户选择网络处理主呼/被呼呼叫的方法，或提供给用户一定信息使之能智能地利用业务。这些功能不是GSM特有的，也不是无线蜂窝特有的，绝大部分是直接继承固定网络，少部分在需要适应移动性时作了修改。GSM的最终目标是提供广泛的附加业务。具体说来，有如下附加业务。阻塞所有呼出呼叫（BAOC）：可禁止任何呼叫。呼叫保持（HOLD）阻塞所有呼入呼叫（BAIC）移动台不能被找到时呼叫转发（CFNRc）移动用户忙时呼叫转发（CFB）呼叫等待（CW）呼叫线路识别显示（CLIP）呼叫线路识别限制（CLIR）无应答呼叫转移（CFNRy）连接线识别显示（CoLP）连接线识别禁止（CoLR）另外，还有计费、多方会议、闭合用户组（如VPN虚拟用户网）5本地业务 作为一个GSM集成终端，它无需网络的帮助，就可以完成许多本地功能。例如：缩位拨号，存储接收的短消息，编辑短消息，自动重复失败了的呼叫，自动呼叫应答等等。另一点值得注意的是，“+“键的存在，它被指定为代替国际前缀的捷径。四、用户识别卡（SIM）GSM移动台分为两个部分：一部分是包含无线接口特有的软件和硬件；另一部分是用户数据用户识别卡（SIM）。SIM可以是一块智能卡（与信用卡大小差不多），也可分割成更小的形式，称为“插入式SIM“。SIM卡是一种钥匙，一旦从终端中拨出SIM卡，除了紧急呼叫（如果网络允许）外，就不能使用终端，也就是说，它不能用其用于任何会影响用户帐单的业务。SIM卡可通过一个四位数的PIN（个人识别码）来保护。五、安全性功能 无线连接的网络不如固定网络安全，这是由于无论从何地都可以在不影响运营者设备的情况下侦听和发射无线电波。为了稍微改进一下这种状态，使网络能防止欺骗性接入，并保证用户的秘密，GSM已引入几种安全性功能，它们包括：1）用户鉴别，