GSM系统概述课件

1、GSM系统前 言当今社会是一个充满激烈竞争的社会，对于即将毕业步入社会的大四学生来说，培养其社会适应能力和就业竞争力已经迫在眉睫，本次毕业实习旨在培养学生对社会的认知能力，是使他们从学生角色转换为社会角色（单位员工）的过渡，这能让学生们熟悉社会单位的规章制度和运作方式以及企业文化、产品开发方式和过程；能锻炼学生的团队协作意识、组织能力和沟通能力以及对知识的灵活运用能力等；还能培养学生的纪律和安全意识，提升个人形象。本次毕业实习单位是南昌通顺通信网络科技有限公司。南昌通顺通信网络科技有限公司拥有比较完善的管理机制和较为成熟的研发技术，是一家专业从事嵌入式移动通讯终端设备产品的设计、测试技术服务的

2、高科技设计公司，致力于GSM/GPRS，CDMA2000（EVDO），WCDMA及TD-SCDMA等通信技术终端的研发和产品化。主要研发人员拥有平均超过5年的丰富专业经验，能提供从结构设计（MD），硬件设计（HW）、软件设计（SW）、射频设计（RF）、生产制造（Manufacturing），测试（TE）到品质保障（QA）的全套高、中、低端移动终端方案及无线通讯方案设计，能够提供全方位多层次的服务及满足客户需求的高性价比方案设计。随着第三代移动通讯技术3G在全球的不断发展，公司开始在3G领域加大研发投入。此外，为配合智能手机平台的蓬勃发展，也在不断加大Android/Windows Mobile

3、等智能平台方案的研发投入。该公司在通信技术方面成绩显著，科技实力雄厚。对于实习生，该公司指导老师们主要向实习生传授通信网络和GSM通信系统的基础知识，其中包括基站系统的主要组成部分以及相关结构的工作原理，使实习者对通信领域有了更深入的认识。本次为期一个月的实习不仅使学生对企业的规章制度有了切实体会，还加强了学生对大学所学专业知识的理解，并且对专业知识的实际应用有了基本概念。毕业实习培养、锻炼和提高实习生实事求是、遵纪守法、敬业乐业的素质以及吃苦耐劳、开拓进取和创新精神，增强了学生的社会适应能力和加深了学生基本专业知识掌握程度，成效显著。第一章 GSM系统结构1.1 GSM简介GSM是Globa

4、l System For Mobile Communications的缩写,即全球移动通信系统。它是由欧洲电信标准组织ETSI制订的一个数字移动通信标准，其空中接口采用时分多址（简称TDMA）技术。自90年代中期投入商用以来，被全球超过100个国家采用。GSM标准的设备占据当前全球蜂窝移动通信设备市场80%以上。GSM属于第2代（2G）蜂窝移动通信技术。2代的说法是相对于应用于80年代的模拟蜂窝移动通信技术以及目前正逐渐进入商用的宽带码分多址（简称CDMA）技术。模拟蜂窝技术被称为一代移动通信技术，宽带CDMA技术被称为三代移动通信技术，即3G。 GSM网络一共有4种不同的蜂窝单元尺寸：巨蜂窝

5、，微蜂窝，微微蜂窝和伞蜂窝。覆盖面积因不同的环境而不同。巨蜂窝可以被看作那种基站天线安装在天线杆或者建筑物顶上那种；微蜂窝是那些天线高度低于平均建筑高度的那些，一般用于市区内；微微蜂窝是那种只覆盖几十米的范围，主要用于室内的很小的蜂窝；伞蜂窝用于覆盖更小的蜂窝网的盲区，填补蜂窝之间的信号空白区域。 蜂窝半径范围根据天线高度、增益和传播条件可以从百米以上至数十公里。实际使用的最长距离GSM规范支持到35公里，还有个扩展蜂窝的概念，蜂窝半径可以增加一倍甚至更多。 GSM同样支持室内覆盖，通过功率分配器可以把室外天线的功率分配到室内天线分布系统上，这是一种典型的配置方案，用于满足室内高密度通话要求，

6、在购物中心和机场十分常见，然而这并不是必须的，因为室内覆盖也可以通过无线信号穿越建筑物来实现，这样可以提高信号质量，减少干扰和回声。1.2 GSM系统组成GSM系统主要由移动台（MS）、交换网路子系统（NSS）、基站子系统（BSS）和操作支持子系统（OSS）四部分组成。GSM系统结构如图1.1所示图1.1 GSM系统结构注：OSS中：NMC：网路管理中心；DPPS：数据后处理系统；PCS：用户识别卡个人化中心；SEMC：安全性管理中心；NSS中：OMC：操作维护中心；HLR：归属位置寄存器；AUC：鉴权中心； MSC：移动业务交换中心；VLR：拜访位置寄存器；EIR：移动设备识别寄存器；BSS

7、中：BSC：基站控制器； BTS：基站收发信台； PDN：公用数据网；PSTN：公用电话网；ISDN：综合业务数据网。GSM网络结构如图1.2所示：图1.2 GSM网络结构其中BSS在GSM网络中起着重要的作用，直接影响着GSM网络的通信质量。GSM基站是一种技术要求较高的产品，随着我国一些高科技电信企业在移动通信领域的不断深入，这些企业也生产出多种型号的基站。如今无线频率资源的限制使得人们更充分地发展着基站的不同应用形式以增强覆盖，吸收话务远端TRX、分布天线系统、光纤分路系统、直放站。第二章 GSM系统各组成部分的原理2.1 移动台（MS）2.1.1 MS概述移动台（MS）是GSM系统中的

8、用户设备，有车载型、便携型和手持型，也可以配有终端设备（TE）或终端适配器（TA）。MS是物理设备，它还必须包含用户识别模块（SIM），SIM卡和硬件设备。没有SIM卡MS是不能接入GSM网络的（紧急业务除外），由此可知，移动台并非固定于一个用户，在系统中的任何一个移动台都可以利用SIM卡来识别移动用户，保证合法用户使用移动网。MS也有自己的识别码，称为国际移动设备识别号（IMEI）。网络可以对IMEI进行检查，比如关断有障碍的移动台，检查移动台的型号许可代码等。MS不仅能完成传统的电话业务、数字业务，如传输文字、图像、传真等，还能完成短消息等非传统的业务。如今已经全球普及的手机就是一个典型的

9、GSM移动台。2.1.2 GSM手机工作原理简介GSM移动电话的原理框图如图2.1所示：图2.1 GSM移动电话原理框图移动电话(以下均称手机)电路结构可分为四个部分：无线部分、传输处理部分、接口部分和电源部分。其电路原理可归纳为两大部分：射频电路和基带电路。1. 无线部分 包括天线回路、发送、接收、调制解调和振荡器等高频系统。其中发送部分由射频功率放大器、带通滤波器组成，接收部分由高频滤波、高频放大、变频及中频滤波器组成，调制解调器采用GMSK，即高斯滤波最小频移键控。2. 传输处理 (1) 发送通道的处理包括语音编码、信道编码、加密、TDMA帧形成。 1) 语音编码：用户的话音通过MIC转

10、化成电信号，这个电信号通过ADC转化成数字的、代表语音的13Kbitps的信息流。 2) 信道编码：为了检测甚至纠正传输期间产生的差错，在数据流中引入冗余码，通过从信源数据计算得到的信息来提高其速率。信道编码的结果是一个码字流。GSM的源编码与信道编码如图2.1所示：图2.2 GSM的源编码与信道编码3) 交织：将几个码字的比特混合起来，使得在已调制信号中相互靠近的比特能扩展到几个码字上。由于调制流中连续出错的可能性是紧密相关的，而且由于当差错被去相关后，信道编码性能会改善,交织的目的就是去除差错及它们在码字中位置的相关性，交织以后，信息流就成了信息块的序列。4) 突发脉冲格式化：为有助于接收

11、信号的同步和均衡，向加密的信息块中增加一些二进制信息使其成为二进制信息块。 5) 加密：通过仅由移动台和基站收发台知道的加密方式修改这些信息块的内容。6) 调制：使用GMSK调制技术，在适当时刻将数码信号转变为合适的频率的模拟信号，然后通过射频电路的处理以无线电波的形式发射出去。 （2）接收通道的处理包括均衡、信道分离、解密、信道解码和语音解码，可看作是发送通道的逆过程 1）解调：无线电波被天线接收以后，接收机根据多址规则接收相应的信息，在 突发脉冲格式化期间引入的附加信息的帮助下对这部分信号进行解调，结果为二进制信息块的序列。 2）均衡：采用均衡解调的目的是校正因复杂地形引起的无线电信号失真

12、。 3）解密：通过与加密相反的方法修改这些比特。 4）去交织：为了重建码字，把不同的突发脉冲的比特放回原位。 5）信道解码：利用附加的冗余码，检测或纠正解调器输出中可能的差错，从解调器的输出中恢复信源信息。 6）语音解码：通过译码器DAC将数字语音信息还原成模拟的语音信号。控制部分对移动电话进行控制和管理。包括定时控制、数字系统控制、天线系统控制以及人机接口控制等，若采用跳频，还应包括对跳频的控制。控制器采用微处理器CPU。 3接口部分 包括模拟语音接口、数字接口及人机接口三个部分。模拟语音接口包括A/D、D/A变换、话筒和扬声器；数字接口主要是数字终端适配器；人机接口主要有显示器和键盘。 4

13、电源部分 电源部分包括电池直接供电的电路和由电池供电通过专用集成电源IC转换成各路直流电压的电路。2.2 交换网路子系统（NSS）网络子系统（NSS）主要包含有GSM系统的交换功能和用于用户数据管理、移动性能管理、安全性管理、移动设备管理等所需要的数据库功能，并对GSM移动用户间通信和GSM移动用户与其他通信网用户间通信起着管理作用。NSS包括移动业务交换中心(MSC)、拜访位置寄存器(VLR)、归属位置寄存器(HLR)、设备识别寄存器(EIR)、鉴权中心(AUC)组成。NSS与BSS之间的连接如图2.3所示：图2.3 NSS与BSS之间的连接其中，连接线上的字母为相关接口标准，具体说明见下表

14、2-1所示：表2-1 GSM系统中的接口表接口名定位用途接口名定位用途UmMS-BTS无线接口EMSC-SM-GMSC短消息传输AbisBTS-BSC多种MSC-MSC切换ABSC-MSC多种GVLR-HLR用户信息管理CGMSC-HLR主叫HLR寻址FMSC-EIR手机身份验证SM-GMSC-HLR主叫短消息寻址BMSC-VLR多种DVLR-HLR本地和用户信息管理HHLR-AUC鉴权数据交换OMC：操作维护中心，OMC的任务是对全网进行监控和操作，例如系统的自检、报警与备用设备的激活、系统的故障诊断与处理、话务量的统计和计费数据的记录与传递，以及各种资料的收集、分析与显示等；MSC：移动交

15、换中心，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。它可完成信道的管理和分配、呼叫的处理和控制、过区切换和漫游的控制、用户位置信息的登记与管理、用户号码和移动设备号码的登记和管理、服务类型的控制、对用户实施鉴权、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，此外，MSC还可以为系统中连接别的MSC及为其它公用通信网络，如公用交换电信网（PSTN）、综合 业务数字网（ISDN）和公用数据网（PDN）提供链路接口，保证用户在转移或漫游的 过程中实现无间

16、隙的服务，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。由此可见，MSC的功能与固定网络的交换设备有相似之处（如呼叫的接续和信息的交换），也有特殊的要求（如无线资源的管理和适应用户移动性的控制）。 VLR：访问位置寄存，是一种用于存储来访用户位置信息的数据库。一个VLR通常为一个MSC控制区服务，也可为几个相邻MSC控制区服务。当移动用户漫游到新的MSC 控制区时，它必须向该地区的VLR申请登记，VLR要从该用户的HLR查询有关的参数，要给该用户分配一个新的漫游号码（MSRN），并通知其HLR修改该用户的位置信息，准备为其它用户呼叫此

17、移动用户时提供路由信息，如果移动用户由一个VLR服务区移动到另 一个VLR服务区时，HLR在修改该用户的位置信息后，还要通知原来的VLR，删除此移动用户的位置信息。 HLR：原地位置寄存器，是一种用来存储本地用户位置信息的数据库。在蜂窝通信网中，通常设置若干个HLR，每个用户都必须在某个HLR（相当于该用户的原籍）中登记。登记的内容分为两类：一种是永久性的参数，如用户号码、移动设备号码、接入的优先等级、预定的业务类型以及保密参数等；另一种是暂时性的需要随时更新的参数， 即用户当前所处位置的有关参数，即使用户漫游到HLR所服务的区域外，HLR也要登记由 该区传送来的位置信息，这样做的目的是保证当

18、呼叫任一个不知处于哪一个地区的移动用户时，均可由该移动用户的原地位置寄存器获知它当时处于哪一个地区，进而建立起通信链路。AUC：鉴权中心，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，以此能可靠地识别用户的身份，只允许有权用户接入网络并获得服务。 EIR：设备标志寄存器，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。2.3 基站子系统（BSS）基站子系统(BSS)是移动通信系统中与无线蜂窝网络关系最直接的基本组成部分，在整个移动网络中基站主要起中继作用。基站

19、与基站之间采用无线信道连接，负责无线发送、接收和无线资源管理，而主基站与移动交换中心(MSC)之间常采用有线信道连接，实现移动用户之间或移动用户与固定用户之间的通信连接。说得更通俗一点，基站之间主要负责手机信号的接收和发送，把收集到的信号简单处理之后再传送到移动交换中心，通过交换机等设备的处理，再传送给终端用户，也就实现了无线用户的通信功能，所以基站系统能直接影响到手机信号接收和通话质量的好坏。一个基站的选择，需从性能、配套、兼容性及使用要求等各方面综合考虑，其中特别注意的是基站设备必须与移动交换中心相兼容或配套，这样才能取得较好的通信效果。基站子系统主要包括两类设备：基站收发台(BTS)和基

20、站控制器(BSC)。2.3.1 基站收发台（BTS）1. 原理简述一个完整的基站收发台包括无线发射/接收设备、天线和所有无线接口特有的信号处理部分。基站收发台可看作一个无线调制解调器，负责移动信号的接收、发送处理。一般情况下在某个区域内，多个子基站和收发台相互组成一个蜂窝状的网络，通过控制收发台与收发台之间的信号相互传送和接收来达到移动通信信号的传送，这个范围内的地区也就是我们常说的网络覆盖面。如果没有了收发台，那就不可能完成手机信号的发送和接收，基站收发台不能覆盖的地区也就是手机信号的盲区，所以基站收发台发射和接收信号的范围直接关系到网络信号的好坏以及手机是否能在这个区域内正常使用。基站收发

21、台BTS是无线接口设备，它完全由BSC控制，主要负责无线传输，完成无线与有线的转换、无线分集、无线信道加密、跳频等功能。BTS包括下列主要的功能单元：收发信机无线接口(TR1)、收发信机子系统(TRS)。其中TRS包括收发信机组（TG）、本地维护。TR1具有交换功能，它可使BSC和TG之间的连接非常灵活；TRS包括基站的所有无线设备；TG包括连接到一个发射天线的所有无线设备；LMT是操作维护功能的用户接口，它可直接连接到收发信机。发信机子系统包括基站所有无线设备，主要有收发信机组（TG）和本地维护终端（LMT）。一个收发信机组是由多个收发信机(TRX)组成，连接同一发射天线。基站发射机工作原理

22、：把由频率合成器提供的频率为766.9125-791.8875MHz的载频信号与168.1MHz的已调信号，分别经滤波进入双平衡变频器，并获得频率为935.0125-959.9875MHz的射频信号，此射频信号再经滤波和放大后进入驱动级，驱动级的输出功率约2.4W，然后加到功率放大器模块。功率控制电路采用负反馈技术自动调整前置驱动级或推动级的输出功率以使驱动级的输出功率保持在额定值上。也就是把接收到的信号加以稳定再发送出去，这样可有效地减少或避免通信信号在无线传输中的损失，保证用户的通信质量。功率放大器模块的作用是把信号放大到10W，不过这也依据实际情况而定，如果小区发射信号半径较大，也可采用

23、25W或40W的功放模块，以增强信号的发送半径。基站收发台在基站控制器的控制下，完成基站的控制与无线信道之间的转换，实现手机通信信号的收发与移动平台之间通过空中无线传输及相关的控制功能，收发台可对每个用户的无线信号进行解码和发送。2. BTS的配置及分类BTS配置应符合以下要求：（1）室内BTS应支持以下容量：全向BTS应支持以下配置：1-4个TRX及4个2Mbits端口；扇区BTS应支持以下配置：两扇区BTS，1+1个TRX至2+2个TRX及4个2Mbits端口；三扇区BTS，1+1+1个TRX至4+4+4个TRX及4个2Mbits端口。（2）室外BTS应支持以下容量：全向BTS应支持以下配

24、置：1-3个TRX及2个2Mbits端口；扇区BTS应支持以下配置： 两扇区BTS，1+1个TRX至2+2个TRX及2个2Mbits端口；三扇区BTS，1+1+1个TRX至2+2+2个TRX及2个2Mbits端口。（3）室外小型BTS应支持以下容量：全向BTS应支持以下配置：1-2个TRX及1个2Mbits端口。对以上配置，在运营者需要时，还应能在记录减小对实际运行影响的情况下扩容到更大的配置，且能在现场对BTS进行扩容。扇区：在蜂窝通信网中，基站可设在小区的中心，用全向天线形成圆形的覆盖区，这就是“中心激励”方式，也可将基站设在每个小区六边形的三个顶点上，每个基站采用三副120度扇形辐射的定

25、向天线，分别覆盖三个相邻小区的各三分之一的区域，每个小区由三副120度扇形天线共同覆盖，这就是“顶点激励”方式，而每副天线覆盖的区域就是一个基站扇区。 3. BTS的测试指标就GSM基站测试而言，测试的主要依据为GSM05.05系列及11.20系列技术规范中所定义的有关GSM基站定型验证测试的条款。其中05.05系列侧重于基站及手机收发信机的指标要求；而11.20系列则侧重于基站系统的测试需求与测试方法。对于系统运营管理人员来说，依据GSM05.05及11.20系列逐项对基站进行测试既无此必要也极不现实。通常采用的方法是从整个规范中选择出十分关键的相关指标，针对这些指标进行相应的测试。这些指标

26、包括：平均载波功率、相位和频率误差、功率与时间关系、输出RF频谱、互调衰减、杂散辐射、合路器调谐等。2.3.2 基站控制器（BSC） 1.原理简述基站控制器包括无线收发信机、天线和有关的信号处理电路等，是基站子系统的控制部分。主要包括四个部件：小区控制器(CSC)、话音信道控制器(VCC)、信令信道控制器(SCC)和用于扩充的多路端接口(EMPI)。一个基站控制器通常控制几个基站收发台，通过收发台和移动台的远端命令，基站控制器负责所有的移动通信接口管理，主要是无线信道的分配、释放和管理。当用户使用移动电话时，它负责为用户打开一个信号通道，通话结束时它又把这个信道关闭，留给其他人使用。除此之外，

27、还对该控制区内移动台的越区切换进行控制。如用户在使用手机时跨入另一个基站的信号收发范围时，控制器又负责在另一个基站之间相互切换，并保持始终与移动交换中心的连接。GSM系统越区时采用切换方式，即当用户到达小区边界时，手机会先与原来的基站切断联系，然后再与新的服务小区的基站建立联系，当新的服务小区繁忙时，不能提供通话信道，这时就会发生掉线现象。因此，用户在使用手机通话时，应尽量避免在四角盲区使用，以减少通话掉线的机率。如图2.4所示是华为公司生产的基站控制器BSC6000 图2.4 华为BSC6000设备和性能指标控制器的核心是交换网络和公共处理器(CPR)。公共处理器对控制器内部各模块进行控制管

28、理，并通过X.25通信协议与操作维护中心(OMC)相连接。交换网络将完成接口和接口之间的64kbit/s数据/话音业务信道的内部交换。控制器通过接口设备数字中继器(DTC)与移动交换中心相连，通过接口设备终端控制器(TCU)与收发台相连，构成一个简单的通信网络。图2.5所示为BSC6000内部单元配置有插框固定配置单板和插框可变配置单板：图2.5 BSC6000 插框固定配置单板其中：GOMU 操作维护单元，单板式服务器，每局1PCS，需要备份时配置2PCS。GXPUM 主业务处理单元，实现产品核心业务的处理，每框2PCS；GXPUT 传输处理单元，实现产品核心业务的处理，每框2PCS；GTN

29、U TDM交换单元，完成TDM交换功能，是整个系统电路域的交换中心，每框2PCS；GSCU GSM交换单元，为所在插框提供维护管理和GE交换平台，每框2PCS；GGCU 通用时钟单元，完成上级的时钟提取和锁定，提供3级时钟，每局2PCS。在整个蜂窝移动通信系统中，基站子系统是移动台与移动中心连接的桥梁，其地位极其重要，整个覆盖区中基站的数量、基站在蜂窝小区中的位置，基站子系统中相关组件的工作性能等因素决定了整个蜂窝系统的通信质量。基站的选型与建设，已成为组建现代移动通信网络的重要一环。2.3.3 基站天线作为收发信号的重要工具，天线的工作尤为重要，它既是基站收发台的一部分也是基站控制台的重要器

30、件，任何类型天线应能承受风速为150Kmh的风力负载，天线的连接头处一般应在天线的下面，天线应有防结冰性能。基站使用的天线分为发射天线和接收天线，且有全向和定向之分，一般可有下列三种配置方式：发全向、收全向方式；发全向、收定向方式；发定向、收定向方式。从字面上我们就可以理解每种方式的不同，发全向主要负责全方位的信号发送；收全向自然就是个方位的接收信号了；定向的意思就是只朝一个固定的角度进行发送和接收。一般情况下，频道数较少的基站(如位于郊区)常采用发全向、收全向方式，而频道数较多的基站采用发全向、收定向的方式，且基站的建立也比郊区更为密集。由于信号传输到基站时可能比较弱，并且有一定的信号干扰，

31、所以要经预选器模块滤波和放大，进行双重变频、放大和鉴频处理。输入的高频信号经放大后送入第一变频器，由变频器提供的第一本机振荡信号频率为766.9125-791.8875MHz，下变频后，产生123.1MHz的第一中频信号。第一中频信号经放大、滤波、混频后，产生第二中频信号(21.3875MHz)，它经过放大、滤波后送到中频集成块。 由中频集成块(包含第二中频信号放大器、限幅器和鉴频器)产生的音频输出信号和接收信号强度指示信号(RSSI)送到音频/控制板，在音频信号控制板内，由分集开关不断地比较奇数和偶数信号，并选择其中的较强信号，通过音频电路传送到移动控制中心去。GSM移动通信基站天线具有如下

32、特殊技术: 采用压低上半球近旁瓣和零值填充技术实现完美的方向图赋形；天线阻抗设计为带内良好匹配，带外急剧恶化，从而提高抗干扰性；关键辐射部件采用优良的导电材料和三防措施，确保天线电性能的稳定性；馈电网络采取直流接地技术提供良好的雷电保护；馈电系统无导致交调干扰的接点；通过特殊处理和避免不同金属材料连接以防电耦腐蚀；采用低损耗高屏蔽的馈线以提高天线电性能；采用高精密的模具生产，确保批生产的一致性；采用抗紫外线辐射、耐高低温、韧性高、密封性好的护罩，提高天线的使用寿命；天线安装架设方便，调整灵活。2.4 操作支持子系统（OSS）主要包括网路管理中心(NMC) 、安全性管理中心(SEMC)、 集中计

33、费管理的数据后处理系统(DPPS) 和用户识别卡个人化管理中心(PCS)等。第三章 GSM系统原理概述3.1 GSM工作频段的分配我国陆地蜂窝数字移动通信网GSM通信系统采用900MHz与1800MHz频段：GSM900MHz频段为：890915(移动台发,基站收)，935960(基站发,移动台收);DCS1800MHz频段为：17101785(移动台发,基站收)，18051880(基站发，移动台收)；各系统的频段分配如表3-1所示：表3-1 各GSM系统的频段分配GSM系统上行频段下行频段带宽双工间隔双工信道数GSM90089091593596022545124GSM900E88091592

34、596023545174GSM1800171017851805188027595374GSM1900185019101930199026080299相邻两频点间隔为为200kHz，每个频点采用时分多址（TDMA）方式，分为8个时隙，即8个信道（全速率），如GSM采用半速率话音编码后，每个频点可容纳16个半速率信道，可使系统容量扩大一倍，但其代价必然是导致语音质量的降低。绝对频点号和频道标称中心频率的关系为：GSM900MHz频段为: (Main Frequency Band： P-GSM) fl(n)=890.2MHz + (n-1)0.2MHz (移动台发,基站收）； fh(n)=fl(n)

35、+45MHz (基站发,移动台收)； n1，124GSM1800MHz频段为： fl(n)=1710.2MHz + (n-512) 0.2MHz (移动台发,基站收）； fh(n)=fl(n)+95MHz (基站发,移动台收）；n512，885其中：fl(n)为上行信道频率，fh(n)为下行信道频率，n为绝对频点号（ARFCN）。注：1、在我国GSM900使用的频段为：上行频率：905915MHz下行频率：950960MHz频道号为76124, 共10M带宽。中国移动公司：905909MHz（上行），950954MHz（下行），共4M带宽，20个频道，频道号为7695。（目前通过中国移动TAC

36、S网的压频，为GSM网留出了更大的空间，因而GSM实际可用频点号要远大于该范围）；中国联通公司：909915MHz（上行），954960MHz（下行），共6M带宽，29个频道，频道号为96124。2、目前只有中国移动公司拥有GSM1800网络，拥有1800网络的移动分公司大多申请10M的带宽，频道号为512562。3.2 GSM的码分多址（CDMA）技术在CDMA系统中，不同用户传输的信息是靠各自不同的编码序列来区分的。CDMA的示意图如图4-6所示，可以看出信号在时间域和频率域是重叠的，用户信号是靠各自不同的编码序列mi来区分的。CDMA的示意图如图3.1： 图3.1 CDMA示意图 CDM

37、A是一种以扩频通信为基础的调制和多址连接技术。扩频通信技术在发信端用一高速伪随机码（PN码）与数字信号相乘，由于伪随机码的速率比数字信号的速率大得多，因而扩展了信息的传输带宽。在收信端，用相同的伪随机码与接收信号相乘，进行相关运算，将扩频信号解扩。扩频通信具有隐蔽性强、保密性高、抗干扰能力强等优点。 CDMA移动通信系统的原理示意图如图3.2所示：扩频通信中用的伪随机码常常采用m序列，这是因为它具有容易产生和自相关特性优良的优点。其归一化自相关函数只有1和-1/K两个值，K是m序列长度，所以只有在收发端伪随机码相位相同时才能恢复发送信号，码分多址技术就是利用了这一点，可以采用不同相位的相同m序

38、列作为多址通信的地址码，由于m序列的自相关特性与长度有关，因此，作为地址码，其长度应尽可能长，以供更多用户使用，同时可以获得更高的处理增益和保密性，但是又不能太长，否则不仅使电路复杂，也不利于快速捕获与跟踪。图3.2 CDMA扩频通信系统原理示意图3.2.1 地址码的选择 在CDMA蜂窝系统中，综合采用了3种码。一种是长度为2的PN短码，它通过在长度为2-1的m序列14个连“0”输出后再加人一个“0”获得。它用于区分不同的基站信号，不与基站保持同步，但使用的PN码序列相位偏移不同。规定每个基站的PN码相位偏移只能是64的整数倍，因而有512个值可被不同基站使用，使用相同序列不同相位作为地址码，

39、便于搜索、同步。另一种是长度为2-1的PN长码，在前向信道它用于信号的保密，在反向信道它用于区分不同的移动台，这样长的码有利于信号的保密，同时基站知道特定移动台的长码及其相位，因而不需要对它进行搜索、捕获。第3种码是Walsh序列，CDMA蜂窝系统将前向物理信道划分为多个逻辑信道，即一个导频信道、一个同步信道（必要时可改作业务信道，因为移动台在获得同步后不需再监听同步信道）、7个寻呼信道（必要时可改作业务信道）和55个前向业务信道（最多63个），划分的方法是采用Walsh序列对信号进行调制。由于Walsh序列的正交性，不同信道的信号是正交的，同时区分了不同移动台用户，相邻基站可以使用相同的Wa

40、lsh序列，虽然可能不满足正交性，但可以由PN短码提供区分，在反向链路，Walsh序列用于对信号进行正交码多进制调制，以提高通信链路的质量。反向信道由PN长码来区分，不同用户的接入信道长码产生使用公用掩码，长码掩码与移动台有关。3.2.2 扩频码速率的选择 CDMA蜂窝系统扩频码（在前向链路是Walsh序列，在反向链路是PN长码）的速率规定为1.2288MHz，这个规定考虑了频谱资源的限制、系统容量、多径分离的需要和基带数据速率等多个因素。在美国，FCC规定划分给蜂窝通信的频谱带宽为单向25MHz，并分配给两家公司，每家分得单向频谱带宽总计为12.5MHz，其中最窄的一段带宽为1.5MHz。为

41、获得最大适应性，信号带宽应小于1.5MHz，选择1.2288MHz的码速率，滤波后可获得1.25MHz的带宽，在12.5MHz宽频带内可以划分出10条信道。决定CDMA数字蜂窝系统容量的主要因素是：系统的处理增益、信号比特能量与噪声功率谱密度比、话音占空比、频率重用效率和每小区的扇区数目。为了取得高的系统处理增益，从而获得高的系统容量，扩频码速率应尽可能高，通常陆地移动通信环境的多径延迟为1100us，为了充分发挥扩频码分多址技术，实现多径分离的作用，要求扩频码序列的持续时间应小于lus，也就是扩频码速率应大于1MHz，选择1.2288MHz的另一个原因是，这个速率可以被基带数据速率9.6kb

42、it/s整除，且除数为2的幂指数（128 = 2）。3.3 GSM的信令协议3.3.1 信令协议概述在一个复杂的系统中（如GSM），要传送的不止是用户数据，因为网络要实现的大多数功能都是分布在几个远距离的设备上，要使这些设备协调工作需要交换一些信息，因此我们就要考虑到这些信息如何从网络内的一点传送到另一点。根据电信网开放系统互连模式OSI的概念，把协议按其功能分成不同的层面：最底层称为物理层或传输层；第二层被称为链路层；第三层被称为网络层，第三层以上被称为应用层，其每一层都有各自的协议规约。移动通信是由许多功能单元通过接口互连构成的，接口就是各组成单元之间的物理上和逻辑上的连接。BSS和MS两

43、部分有A、Um、Abis接口以及Ater接口等，其中A接口和Um 接口具有统一和公开的标准，以便于生产和组网，也有利于各种ISDN业务的引入和功能发展，Abis接口和Ater接口的定义尚不统一，实现差别较大，所以BSC和BTS配置不能实现多厂家设备互连。每个接口的具体情况如下：Sm接口：Sm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的操作程序、移动终端向客户提供的显示和信号音等。Sm接口还包括客户识别卡（SIM）与移动终端（ME）间接口的内容。Um接口：Um接口是空中无线接口，是移动台和BTS之间的通信接口，用于移动台与GSM系统的固定部分之间的互通，其物理连接通过无线

44、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。Abis 接口：Abis 接口为BSS系统的两个功能实体BSC与BTS之间的通信接口，用于BTS和BSC之间的远端互连方式，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。由于Abis 接口是GSM系统BSS的内部接口，所以是一个未开放的接口，可由各设备厂家自行定义。A 接口：BSS部分与MSC之间的接口为A 接口。A 接口基于2Mbit/s数字接口，采用14位七号信令方式，主要传递呼叫处理、移动性管理、基站

45、管理、移动台管理等信息。NSS或BSS与OMC之间的接口：该接口是基于X.25接口或七号信令网接口，执行TMN Q3协议。3.3.2 链路层信令协议 由上述信息可知，在GSM系统中不同的接口使用了不同的协议，单从链路层来讲，分别涉及到移动台和BTS之间的LAPDm，BTS和BSC之间的LAPD，以及七号信令系统中的MTP2协议。除无线接口外，信令信息都使用64kbit/s电路传输。GSM各接口的链路层协议见下表3-2：表3-2 GSM各接口的链路层协议接口链路层协议MS BTSLAPDm（GSM特有）BTS BSCLAPD（由ISDN修改）BSC MSCMTP，第二层（SS7协议）MSC/VL

46、R（HLR SS7网络）MTP，第二层（SS7协议）3.3.3 网络层信令协议网络层的功能之一就是选择并建立这样一个连续的链路段，组成一个消息路由；另一个功能是支持两个实体之间并行存在的几个独立连接，这些连接对应于不同的应用通信。（1） BSS网络层无线接口从移动台的角度看来，消息的源点和宿点取决于应用协议，移动台可以编址不同的网络功能实体，每个实体具有唯一的地址对应关系，网络按地址要求把消息送到相应的设备。通过SAPI可使我们在移动台上区别出信令消息和短消息两种情况，但这还不足以判断消息属于那种应用协议，因此需要一个网络编址来加以补充。这就是协议鉴别器的功能。GSM中定义了几个协议鉴别器（P

47、D），一般我们把它们看作是消息的一部分，其分类如下表3-3：表3-3无线接口上的协议鉴别器协议鉴别器功能起点/终点CC，SS呼叫控制管理和附加业务管理MS-MSC（HLR）MM位置管理和安全管理MS-MSC/VLRRR无线资源管理MS-BSC从上表中我们可以看到，BTS并没有在该表中出现，这说明移动台除了链路管理，并不与BTS对话。（2） BSS网络层Abis接口Abis接口信令链路上的消息可以有许多可能的源点和宿点，如何来区分呢？从功能角度上看，我们可将BTS和BSC之间的报文与移动台和BSC以外的实体（包括移动台和BSC）的所有其它报文区分开，更进一步应将不同的移动台即不同的信道区分开。Abis接口上的消息鉴别器如表3-4表3-4 Abis接口上的消息鉴别器报文鉴别器+附加数据源点/宿点用途无线链路层管理+信道参考+无线链路参考MSBSC或之外无线路径消息中继专用信道参考+信道参考BTSBSC与一给定的业务信道互连公共信道参考+信道参考BTSBSC与一给定的BCCH或CCCH/RACH的互连TRX管理BTSBSC控制TRX状态