GSM移动通信基本原理.ppt

1,GSM基本原理,武汉邮电科学研究院武汉虹信通信技术有限责任公司,2,主要内容,一、GSM系统概述二、GSM网络结构与功能三、信道与编码四、系统工作过程五、参数及调整六、网络优化,3,1、历史2、组网体制3、系统基本特点4、主要技术规范,一.GSM系统概述,4,1、历史,5,1、历史,6,2、组网体制,GSM采用小区制组网方式，每个覆盖小区成正六边形，其形状像“蜂窝”，故称蜂窝小区。其目的是频率复用以提高容量。必须具备越区切换、位置管理等功能。,7,分为3扇区,全向天线,2、组网体制频率复用,频率复用,8,3、系统基本特点,（1）GSM系统是一种典型的开放式结构；（2）GSM系统由几个分系统组成，各分系统之间都有定义明确的标准化方案；（3）GSM系统可以开放多种业务；（4）频率利用率高，具有灵活方便的组网结构；（5）具有鉴权和加密功能；（6）具有较强的抗干扰能力。,9,（1）工作频段,4、技术规范,GSM900主频段（PGSM）：上行：Ful8900.2N（MHz）（1To124）下行：FdlFul45（MHz）上下行频率间隔：45MHZ；带宽：25MHz；GSM1800频段：上行：Ful1710.20.2（N512）（512To885）下行：FdlFul95（MHz）上下行频率间隔：95MHz；带宽：75MHz。,10,（2）载频间隔：200kHz(3)通信方式：FDD双工（4）接入方式：TDMA（5）信道分配：每载频8个时隙，包含8个全速信道，16个半速信道；（6）每个时隙的信道速率：22.8kbit/s；（7）信道总速率：270kbit/s；（8）调制方式：GMSK,高斯滤波最小频移键控；（9）话音编码：规则脉冲激励线性预测编码RPE-LPC13kbit/s;,4、技术规范,11,1、网络结构2、组成与功能,二.GSM网络结构与功能,12,MSC,NSS,SIM,ME,OMS,BSS,MS,1、网络结构,13,2、组成与功能基本组成,基本组成:(1)网络和交换子系统(NSS)(2)无线基站子系统(BSS)（3）移动台（MS）（4）操作与维护分系统(OMS),14,BSS子系统结构,基站控制器BSC(BaseStationController)基站收发信机BTS(BaseTransceiverStation)无线操作维护中心OMC-R码变换器TC(TransCoder),OMC-R,TC,BSC,BTS,BTS,MS,MS,UM接口,Abis接口,A接口,15,BTS功能,实现跳频功能实现信道加密、解密功能实现信道编译码、交织与解交织功能实现调制与解调功能实现各种接口,16,InBTS,GSMNetworkStructure,17,BSC功能,GSMNetworkStructure,实现部分网络层的功能实现无线资源管理（RR）实现BSS管理应用部分的功能实现切换功能等实现各种接口层信令,18,BSC的一般结构,数字中继,交换网络,处理器网络,数字中继,A接口,Abis接口,19,BSS子系统容量,BSC最大容量基站:100;扇区：250;载波(RTFs):384;,20,OMC,OMC:OperationMaintenanceCenter操作维护中心（Sun工作站）OMC-R:Radio(无线部分）OMC-S:Switch(交换部分）OMC具有软件和数据库的管理、统计数据的收集、事件/告警的管理等功能。,21,MSC,MSC:MobileservicesSwitchingCenter移动交换中心功能：为其服务区内的移动用户提供交换和信令功能并提供与其他PLMN和PSTN的接口与普通PSTN交换机相比，MSC至少附加下列二个功能：移动用户的位置登记过程切换过程PSTN:PublicServiceTelecommunicationNetwork(公共业务电信网),22,HLR,HLR:HomeLocationRegister(归属位置寄存器)用于储存归属移动用户信息，包括：国际移动用户身份（IMSI）移动台ISDN号码（MSISDN）用于呼叫接续和计费的位置信息，如MS漫游号、VLR地址和MSC地址等等业务能力信息业务限制信息语音群业务信息补充业务能力信息，等等,23,VLR,VLR:VisitedLocationRegister(拜访位置寄存器)用于储存其管辖区内的移动用户信息，包括：国际移动用户身份（IMSI）移动台ISDN号码（MSISDN）MS漫游号临时移动用户身份（TMSI）用户位置区等,24,VLR功能,LA1,LA2,LA3,LA4,LA5,LA6,MSC,VLR,cell1,cell2,cell3,cell4,cell5,cell6,cell7,cell8,cell9,cell11,cell12,LA:LocationArea位置区,25,AUC:鉴权,SIM,VLR,HLR,SRESKcRAND,SRES,=?,Kc,SRESKcRAND,AUC:StoretheKi(sametoSIMKi),GSMNetworkStructure,26,AUC:鉴权,27,EIR：移动台设备识别寄存器,EIR:EquipmentIdentityRegister包含了IMEI信息。所有的手机IMEI都存储在EIR中，是手机的数据库。在GSM中有助于验证当手机遗失时，运营商可以禁止已经报失手机的使用。IMEI:InternationalMobileEquipmentIdentity国际移动设备识别码,28,E1链路,传输媒质:微波,光纤32时隙每时隙传输64kb/s传输速率:3264kb/s=2.048Mb/s0时隙用于同步16时隙用于信令,29,2M结构,CH0,CH1,CH2,CH3,CH4,CH5,CH6,CH7,CH0,CH1,CH2,CH3,CH4,CH5,CH6,CH7,SynchronousInformation,IdleTimeslot,IdleTimeslot,SignalTimeslot,OMChannel,IdleTimeslot,TS0,TS1,TS2,TS3,TS4,TS5TS15,TS16,TS30,TS31,TS1729,Carrier1,Carrier2,EachVoiceChannelisTransportedby16kb/s,30,PCM链路,31,GPRS,GPRS:GeneralPacketRadioService通用分组无线业务,32,1、TDMA信道(Um接口)2、TDMA帧结构3、时隙结构与突发4、编码（话音、业务、信令）5、关键技术(Hopping,TA),三.信道与编码,33,GSM的FDMA/TDMA结构,34,物理信道,f,t,200KHz,200KHz,上行,下行,这就是一个物理信道,每个载波8个时隙，每个时隙为一个物理信道。,35,时隙与TDMA帧,36,TDMA逻辑信道,37,话音/数据信道,38,GSMNetworkStructure,控制信道,39,BCCH广播系统消息,位置区识别号（LAI）移动台需监视的邻小区列表本小区使用的频率列表小区识别号功率控制指示DTX允许指示接入控制（例：紧急呼叫，呼叫禁止）CBCH描述,40,TDMA帧结构,41,GSM复帧业务信道,42,GSM复帧控制信道,43,TCH复帧,上行,下行,T=TCH,44,BCCH/CCCH复帧,45,GSM突发时隙中的信息比特串,46,GSM突发类型,47,GSM突发类型,48,GSM突发类型,49,话音编码,PCM调制:话音频率:3003400Hz抽样频率:8KHz(atleast6.8KHz)精度:8bit(256level)PCM速率:8KHz*8bit=64Kbit/sRPE-LTP(规则脉冲激励长期预测）编码13kbit/s=260bit/20ms,50,语音信道编码,51,TC及信道带宽,TC:TransCoder(变码器)PSTN交换中都以64kb/s为一个信道进行处理RPE-LTP编码:规则脉冲激励长期预测编码,OMC-R,TC,BSC,BTS,BTS,MS,MS,Abis接口,13Kb/sRPE-LTP编码,16Kb/s,16Kb/s,64Kb/sPCM编码,A接口,Um接口,AfterTC,ChannelisTransported(Switch)by64kb/s,52,控制信道编码,184bits,53,语音信道交织（对角交织）,20msData,54,语音对角交织,55,控制信道交织（矩形交织）,56,收发时隙偏差与定时提前,MS：在通信过程中也分为八个时隙，但只有一个时隙发送TCH（FACCH）或SACCH突发脉冲序列，其它时间只是接收或测量其它BCCH。,BTS：在通信过程中分为八个时隙，每个时隙顺次接收由不同MS发出的TCH（FACCH）或SACCH突发脉冲序列构成的复帧。,57,收发时隙偏差与定时提前,58,跳频,手机侧上行,基站侧下行,至少三个频率范围内跳动才能获得增益,59,跳频,基站实现跳频方式分为两种射频跳频：多载波板对应多频点基带跳频：单载波板实现多频点两种跳频只是实现过程形式有所区别，实现后的结果是一致的，都符合GSM规范对于MS而言，基站两种跳频方式没有区别，也不能识别。,60,射频跳频实现方式,f1,f4,f2,f3,合路到天馈系统,每个载波板只能生成并对应一个频点,不同频点通过选路电路进行控制,控制点,61,基带跳频实现方式,f1,f4,f2,f3,根据不同时刻需要产生不同频点,定时控制单元,一个载波板,基带跳频的实现与收发信机（载波板）的数量无关，每个收发信机可以在很宽的频带上进行跳频。它对宽带频率合成器要求很高。,62,四、系统工作过程,主叫呼出被叫呼入位置更新内部切换(Intra-BSSHandover)外部切换(Inter-BSSHandover),63,MS,BSC,BTS,MSC,主叫流程之一,64,MS,BSC,BTS,MSC,主叫流程之二,65,MS,BSC,BTS,MSC,主叫流程之三,66,MS,BSC,BTS,MSC,被叫流程之一,67,MS,BSC,BTS,MSC,被叫流程之二,68,MS,BSC,BTS,MSC,被叫流程之三,69,MS,BSC,BTS,MSC,位置更新流程之一,70,MS,BSC,BTS,MSC,位置更新流程之二,71,MS,BSC,BTS1,BTS2,内部切换流程,72,MS,MSC,BSS1,BSS2,外部切换流程,73,BTS公共参数(RLT,LAI,CellID,BSIC)小区参数(DTX,T3212,EnHop)小区选择与重选参数切换类型与参数,五、参数及调整,74,BTS公共参数,小区全球识别码(CELLGLID)基站识别码(BSIC)链路超时(RDLNKTO)BCCH频率表(BCCHFREQ),75,CGI小区全球识别码,CGI的格式为：MCCMNCLACCI。MCC（MobileCountryCode）：三个十进制数组成，取值范围为十进制的000999。MNC（MobileNetworkCode）：二个十进制数，取值范围为十进制的0099。,76,CGI小区全球识别码,LAC(LocationAreaCode):范围为065535。CI（CellIdentity）：范围为065535。MCC不可改变。460（China）MNC不可改变。00(CMCC)01(UNICOM)位置区码的设置必须严格按照中国电信的有关规定执行，切忌在网络中（全国范围）出现两个或两个以上的位置区采用相同的位置区码。CI取值应注意在同一个位置区不允许有两个或两个以上的小区使用相同的CI。,77,MSC/VLR与LA的关系,78,BSIC基站识别码,若在某个物理位置上，移动台能同时收到两个小区的BCCH载频，且它们的频道号相同，则移动台以BSIC来区分它们。当移动台在连接模式下（通话过程中），它必须根据BCCH上有关邻区表的规定，对邻区BCCH载频的电平进行测量并报告给基站。同时在上行的测量报告中对每一个频率点，移动台必须给出它所测量到的该载频的BSIC。基站可以依靠BSIC来区分这些小区，从而避免错误的切换，甚至切换失败。,79,BSIC基站识别码,图中小区A、B、C、D、E和F的BCCH载频具有相同的绝对频道号，其它小区则采用不同的频道号作为BCCH载频。一般要求小区A、B、C、D、E和F采用不同的BSIC。,80,BTS无线链路超时,GSM规范规定，基站中需有一计数器S，该计数器在通话开始时被赋予一个初值，即参数“无线链路超时”的值。若每次基站在应该收到SACCH的时刻无法译出一个正确的SACCH消息时，S减1。反之，基站每接收到一正确的SACCH消息时，S加2，但S不可以超过参数无线链路超时的值。当S计到0时，基站报告无线链路故障。,81,BTS无线链路超时,当移动台在通信过程中话音（或数据）质量恶化到不可接受，且无法通过射频功率控制或切换来改善时（即所谓的无线链路故障），基站或者启动呼叫重建，或者强行拆链。由于强行拆链实际上引入一次“掉话”的过程，因此必须保证只有在通信质量确实已无法接受（通常的用户已不得不挂机）时，基站才认为无线链路故障。,82,BCCH频率表(BCCHFREQ),每个小区有两个BAList表，可以相同或不同。BA(BCCH):在BCCH上通过系统信息消息类型2(SystemInformationmessagetype)发送，用于移动台的选择和重选。它包括PLMN在某个物理区域中使用的BCCH载波，最多64个频点，当BA(SACCH)中定义的频点是BA(BCCH)中定义的频点的子集时，BA(BCCH)最多可定义64个邻小区。,83,BCCH频率表(BCCHFREQ),BA(SACCH):在SACCH上通过系统信息类型5(systeminformationmessagetype5)发送的BA，它向移动台指示，哪个BCCH载波用于切换监测，最多64个频点，最多32个邻小区。当某个小区存在于另一个小区的BA(BCCH)，但不存在于BA(SACCH)时，这个小区将不参与切换判断，因而只支持服务区的呼叫，不接受到另一切换。,84,小区参数,DTX(不连续发射)T3212(周期位置更新定时器)EnHop(跳频状态)EC(紧急呼叫允许),85,DTX(不连续发射),不连续发射:指网络在与手机的通话过程中，话音间歇期间，网络不传送信号的过程。好处：无线信道的干扰得到有效的降低，从而使网络的平均通话质量得到改善；同时，DTX的应用可以减少基站和移动台的处理器负载和功耗。因此在可能的情况下，建议在网上采用下行DTX。DTX:True和False,86,87,位置更新:当MS改变所处位置区LA时通知网络的过程。GSM系统中发生位置更新的原因主要有两类，一种是移动台发现其所在的位置区发生变化（LAC不同）；另一种是网络规定移动台周期地进行位置更新。周期位置更新的频度是由网络控制的，周期长度由参数T3212确定。,T3212(周期位置更新定时器),88,T3212以十进制数表示，取值范围0255，单位为6分钟（1/10小时），如T32121，表示0.1小时；T3212255，表示25小时30分。周期位置更新是网络与移动用户保持紧密联系的一种重要手段，因此周期时间越短，网络的总体服务性能越好。但频繁的周期更新有两个负作用：,T3212(周期位置更新定时器),89,一方面则使移动台的功耗增大，使系统中移动台的平均待机时间大大缩短。因此T3212的设置需权衡网络各方面的资源利用情况而定。另一方面是网络的信令流量大大增加，对无线资源的利用率降低，在严重时会直接影响系统中各个实体的处理能力（包括MSC、BSC和BTS）。,T3212(周期位置更新定时器),90,EnHop(跳频状态),Hopping:跳频，在控制和通话过程中，一个基站和移动台同步改变通信频点，以减少外部频率干扰。根据GSM规范，规定GSM无线设备应支持跳频功能。理论分析表明，跳频可以改善空间的频谱环境，提高全网的通信质量。ON和OFF:在TCH和SDCCH信道是否使用跳频。,91,EC(紧急呼叫允许),一般情况下，GSM网络中任何移动台必须含有一合法有效的用户识别模块卡（SIM）才能获得网络的各种业务支持。但对没有SIM卡的移动台或有SIM卡但其接入等级（C0C9中的一种）被当前小区关闭（即根据当前小区的系统消息，它不可以启动接入程序）的移动台，营运者有权决定是否允许移动台进行紧急呼叫（EmergencyCall，EC），如匪警等。,92,GSM规范中的紧急呼叫电话号码定义为112，与中国的电话号码分配不同，因此除非采取特殊处理，目前中国电信下属的GSM系统无法实现GSM规范规定的紧急呼叫功能。但考虑到国际漫游用户的习惯，可以在网络中将112接至录音电话，以告知用户各种特服号码。,EC(紧急呼叫允许),93,小区选择与重选,GSMOptimization,MS工作状态C1与C2值小区重选与位置更新,94,MS工作状态,三种状态:关机、开机但空闲、通信状态MS在空闲模式（IdleMode）下执行的任务分成三个过程（PROCESS）：PLMN选择小区选择和重选位置更新C1决定小区选择C2决定小区重选,CellandCallProcedure,95,C1与C2值,CellandCallProcedure,C1算法：C1=A-MAX(B,0)其中：A=RXLEV-ACCMINB=CCHPWR-PRXLEV:手机接收电平（下行）ACCMIN:手机接入系统最小接收电平CCHPWR:手机接入系统的最大发射功率P:手机最大发射功率(手机功率级别）,96,C1与C2值,PHASE1手机：C1PHASE2手机：C2C2=C1+CRO-TO*H(PT-T)PT=/=31C2=C1-CROPT=31CRO:小区重选偏置(CellReselectionOffset)H:小区重选滞后(不同LAC的Cell)TO:临时偏置(TemporaryOffset)PT:惩罚时间(PenaltyTime)手机服务小区的选择按照C2值的大小进行排序,97,小区重选与位置更新,当MS进行小区重选时，如果原小区和目标小区属于不同位置区（LAC），则移动台在小区重选后必须启动一次位置更新。目标小区C2原小区C2，且维持5s以上才进行小区重选两次由C2引起小区重选必须间隔15s以上C2(X)0,102,六.网络优化,优化方法与流程参数优化OMC统计分析路测（参数、指标）,103,优化方法,104,告警处理流程,105,日常优化流程,106,高掉话小区处理,107,108,109,OMCR统计分析统计、观测DCR、CSSR、HOSR、TCH_BLOCK、