第六章 GSM及其增强移动通信系统

1、第六章第六章 GSM及其增强及其增强 移动通信系统移动通信系统2Mobile Communication Theory目录目录6.16.26.36.46.56.66.76.83Mobile Communication Theory6.1 6.14Mobile Communication TheoryGSM业务就是GSM系统为了满足一个特殊用户的通信要求而向用户提供的服务v 分类v GSM支持的基本业务 v 分别介绍 电信业务电信业务 承载业务承载业务附加业务附加业务6.1 GSM系统业务分类系统业务分类5Mobile Communication Theory6.1 基本业务分类功能电信业务（

2、Teleservices）又称用户终端业务 为用户通信提供包括终端设备功能在内的完整能力承载业务（Bearer Services）提供用户接入点（也称“用户/网络”接口 ）间信号传输的能力电信业务电信业务6Mobile Communication Theory6.1 其中，短消息业务的传送过程见下页电信业务类型业务码电信业务名称功 能话音传输11电 话为数字移动通信系统的用户和其它所有与其联网的用户之间提供双向电话通信紧急呼叫12通过一种简单而同一的手续将用户接到就近的紧急业务中心短消息21MS终端的点对点短消息业务由短消息业务中心完成存储和前转功能22MS起始的点对点短消息业务23小区广播短

3、消息业务传真61交替语音和三类传真语音与三类传真交替传送62自动三类传真使用户以传真编码信息文件的形式自动交换各种函件7Mobile Communication Theory6.1 VLRVLR移动台始呼的短消息移动台始呼的短消息移动台被呼的短消息移动台被呼的短消息短消短消息息NSSNSS小区广播的短消息业务小区广播的短消息业务BSSBSSBSSBSSNSSNSS操作维护接口操作维护接口空中接口空中接口A A接口接口8Mobile Communication Theory6.1 注 1. 承载业务61和81中的数据为3.1KHz信息传送能力的承载业务21-34 2. 表中“T”表示透明；“NT

4、”表示不透明业务码承载业务名称业务码承载业务名称透明属性21异步300bps双工电路型33同步4.8 kbps双工电路型T或NT22异步1.2 kbps双工电路型34同步9.6 kbps双工电路型24异步2.4 kbps双工电路型42异步PAD接入1.2 kbps电路型25异步4.8 kbps双工电路型44异步PAD接入2.4 kbps电路型26异步9.6 kbps双工电路型45异步PAD接入4.8 kbps电路型32同步2.4 kbps双工电路型46异步PAD接入9.6 kbps电路型61交替话音/数据81话音后接数据注131同步1.2 kbps双工电路型 T41异步PAD 接入1.2 kb

5、ps电路型NT9Mobile Communication Theory6.1 计计 费费 提提 示示 AOC 交交 替替 线线 业业 务务 (ALS) - 个人个人 或或 商商 业业 来来 话话 限限 制制 - BAIC 当当 漫漫 游游 在在 HPLMN 之之 外外 时时 ， 限限 制制 所所 有有 来来 话话 在在 国国 外外 时时 限限 制制 来来 话话 呼呼 出出 限限 制制 - BOC 限限 制制 所所 有有 打打 出出 去去 的的 国国 际际 电电 话话 - BOIC 限限 制制 所所 有有 打打 出出 去去 的的 国国 际际 电电 话话 ，除了打到，除了打到HPLMN国家的电话国

6、家的电话 遇遇 忙忙 呼呼 叫叫 前前 转转 - CFB 无无 应应 答答 呼呼 叫叫 前前 转转 - CFNA 无无 条条 件件 呼呼 叫叫 前前 转转 - CFU 呼呼 叫叫 保保 持持 呼呼 叫叫 等等 待待 - CW 主主 叫叫 线线 识识 别别 显显 示示 - CLIP 主主 叫叫 线线 识识 别别 限限 制制 - 永永 久久 或或 预预 呼呼 - CLIR 中中 央央 交交 换换 业业 务务 会会 议议 呼呼 叫叫 - CONF 运运 营营 者者 确确 定定 的的 呼呼 叫叫 限限 制制 (ODB)10Mobile Communication Theory6.2 GSM系统的结构系

7、统的结构6.2 11Mobile Communication Theory6.2 GSM系统的总体结构短消息业务中心（SC）功能实体可通过与SSS的连接实现点对点短消息业务，可通过与BSS的连接完成小区广播短消息业务。 UmE 12Mobile Communication Theory6.2 子单元功能MS（移动台）包括ME (移动设备)和SIM (用户识别模块)BTS（基站）为一个小区服务的无线收发信设备BSC（基站控制器）对一个或多个BTS进行控制以及相应呼叫控制MSC（移动业务交换中心）对于位于它管辖区域中的移动台进行控制、交换VLR（拜访位置寄存器）存储与呼叫处理有关的一些数据HLR（

8、归属位置寄存器）管理部门用于移动用户管理的数据库存储有关用户的参数和目前所处位置的信息EIR（设备识别寄存器）对移动设备的识别、监视、闭锁存储有关移动台设备参数的数据库AUC（鉴权中心）认证移动用户的身份和产生相应鉴权参数OMC（操作维护中心）操作维护系统中的各功能实体GSM系统可通过MSC实现与多种网络的互通，包括PSTN、ISDN、PLMN和PSPDN 13Mobile Communication Theory14Mobile Communication Theoryv GSM系统多址接入技术 采用频分多址接入（FDMA）和时分多址接入（TDMA）混合技术 FDMA是说在规定频率范围内分配

9、是说在规定频率范围内分配n个载频个载频 TDMA是说在每个载频上按时间分为是说在每个载频上按时间分为8个时间段，每个时隙段称为个时间段，每个时隙段称为一个一个时隙时隙（slot），一个载频上连续的），一个载频上连续的8个时隙组成一个个时隙组成一个帧帧 (Frame)v 物理信道是指TDMA中的时隙 即GSM的一个载频上可提供8个物理信道v 我国GSM技术体制对频率配置的规定 工作频段工作频段 频道间隔频道间隔 双工收发间隔双工收发间隔 频道配置频道配置 频率复用方式频率复用方式 干扰保护比干扰保护比 保护频带保护频带时隙时隙0 0时隙时隙1 1时隙时隙2 2时隙时隙3 3时隙时隙4 4时隙时隙

10、5 5时隙时隙6 6时隙时隙7 715Mobile Communication Theory注：国家无委分配的900MHz频段包括原来分配的TACS频段和新分配的ETACS频段vGSM网络总的可用频带为100MHzv中国电信扩展频段方式充分利用充分利用900MHz的频率资源，可视不同需要向下扩展的频率资源，可视不同需要向下扩展900MHz频段，频段，相应地向相应地向ETACS频段压缩模拟公用移动电话网的频段频段压缩模拟公用移动电话网的频段在在900MHz频率无法满足用户容量需求时，可启用频率无法满足用户容量需求时，可启用1800MHz频段频段考虑远期需要，向频率管理单位申请新的考虑远期需要，向

11、频率管理单位申请新的1800MHz频率频率分 类频 段移动台发、基站收基站发、移动台收GSM900/1800频段900MHz频段890-915MHz935-960MHz1800MHz频段1710-1785MHz1805-1880MHz国家无委分配给900MHz频段（注）886-909MHz931-954MHz中国电信的频段1800MHz频段1710-1720MHz1805-1815MHz16Mobile Communication Theory900MHz频段1800MHz频段频道间隔相邻频道间隔为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 双工收发间隔45M

12、Hz95MHz等间隔频道配置频道序号1 124512 885频道数124374频道序号和频道标称中心频率的关系 上行 下行其中， 上行 下行其中， 1890.2001 0.200f nMHznMHz 11710.200512 0.200f nM HznM Hz1124n 145hfnfnMHz 195hfnfnMHz512,513,.,885n 17Mobile Communication Theory v 在建网初期及邻省之间协调时应使用43的复用方式 即N=4，采用定向天线，每基站用3个 120 或60方向性天线构成3个扇形小区，如图67所示v 业务量较大的地区可采用其它的复用方式 如33

13、，26，13复用方式v 若采用全向天线应采用N=7的复用方式 其频率可从43复用方式的12组中任选7组， 频道不够用的小区可从剩余频率组中借用频道，但相邻频率组尽量不在相邻小区使用，如图68所示v 在话务密度高的地区，应适当采用新技术提高频谱利用率 如同心圆小区覆盖技术；智能双层网技术；微蜂窝技术等等v 在微蜂窝的频率配置时，可根据需要保留出一些专用频率18Mobile Communication Theory v 干扰保护比v 保护频带 原则原则 确保数字蜂窝移动通信系统能满足干扰保护比要求。 当某地当某地GSM900系统与模拟蜂窝移动电话系统共存时，两系统之间系统与模拟蜂窝移动电话系统共存

14、时，两系统之间(频道中心频率之间频道中心频率之间)应有约应有约400KHz的保护带宽。的保护带宽。 当某地当某地GSM1800系统与其它无线电系统的频率相邻时，应考虑系统系统与其它无线电系统的频率相邻时，应考虑系统间的相互干扰情况，留出足够的保护频带。间的相互干扰情况，留出足够的保护频带。 干扰参考载干比同道干扰C/Ic9dB200kHz邻道干扰C/Ia19dB400kHz邻道干扰C/Ia241dB600kHz邻道干扰C/Ia349dB19Mobile Communication Theory v 概念 逻辑信道是指在物理信道所传输的内容，即依据移动网通信的需要，为所传送的各种控制信令和语音或

15、数据业务在TDMA的8个时隙分配的控制逻辑信道或语音、数据逻辑信道v 形式 GSM数字系统在物理信道上传输的信息是大约由数字系统在物理信道上传输的信息是大约由100多个调制比特多个调制比特组成的脉冲串，称为突发脉冲序列组成的脉冲串，称为突发脉冲序列 （Burst） 以不同的以不同的“Burst”信息格式来携带不同的逻辑信道信息格式来携带不同的逻辑信道v 分类 专用信道专用信道 用于传送用户语音或数据的业务信道，另外还包括一些用于 控制 的专用控制信道 公共信道公共信道 用于传送基站向移动台广播消息的广播控制信道和用于传送 MSC与MS间建立连接所需的双向信号的公共控制信道 20Mobile C

16、ommunication Theory GSM定义的各种逻辑信道示意图 21Mobile Communication Theoryv 广播信道（BCH）是从基站到移动台的单向信道v 公共控制信道（CCCH）是基站与移动台间的一点对多点的双向信道组成功能频率校正信道（FCCH）传送频率校正信息同步信道（SCH）传送帧同步（TDMA帧号）信息和BTS识别码（BSIC）信息广播控制信道（BCCH）向每个BTS广播通用的信息组成功能上/下行信道寻呼信道（PCH）广播基站寻呼移动台的寻呼消息下行信道随机接入信道（RACH）MS随机接入网络时用此信道向基站发送信息并申请指配一独立专用控制信道SDCCH上行

17、信道允许接入信道（AGCH）基站向随机接入成功的移动台发送指配了的独立专用控制信道SDCCH下行信道22Mobile Communication Theoryv 专用控制信道（DCCH）是基站与移动台间的点对点的双向信道v 业务信道（TCH）是用于传送用户的话音和数据业务的信道 分类分类 根据交换方式的不同分为根据交换方式的不同分为电路交换信道电路交换信道和和数据交换信道数据交换信道 依据传输速率的不同分为依据传输速率的不同分为全速率信道全速率信道（13kbit/s）和）和半速率信道半速率信道（ 6.5kbit/s ） 注：增强全速率业务信道是指，它的速率与全速率信道的速率一样为13kbit/

18、s，只是其压缩编码方案更为优越，所以有较好的话质组成功能独立专用控制信道（SDCCH） 传送基站和移动台间的指令与信道指配信息随路信道（ACCH）慢速随路信道（SACCH）基站向移动台传送功率控制信息、帧调整信息基站接收移动台发来的移动台接收信号强度报告和链路质量报告与独立专用控制信道（SDCCH）或者业务信道公用在一个物理信道上传送信令消息快速随路信道（FACCH）传送基站与移动台间的越区切换的信令消息23Mobile Communication Theoryv问题 GSM系统的逻辑信道数系统的逻辑信道数超过超过了一个载频所提供的了一个载频所提供的8 个个物理信道物理信道 通信的根本任务是利

19、用业务信道传送语音或数据，而通信的根本任务是利用业务信道传送语音或数据，而按照一对一的信道配置方法，在一个载频上已经按照一对一的信道配置方法，在一个载频上已经没有没有业务信道的时隙业务信道的时隙了了v解决方法 将逻辑控制信道复用，即在一个或两个物理信道上复用逻辑控制信道v映射对应关系24Mobile Communication Theory一个基站有N个载频，每个载频有8个时隙，定义载频数为f0、f1、f2 、fn-1， 时隙数为TS0、TS1、TS7。v f0的TS0时隙v f0的TS1时隙v f0的TS2TS7时隙v 其它时隙映射关系小结25Mobile Communication The

20、ory f0的TS0时隙用于映射广播信道（BCH）和公共控制信道（CCCH），即BCCH、FCCH、SCH、PCH、AGCH、RACH BCH CCCHv 下行链路（ BCCH、FCCH、SCH、PCH、AGCH ）上行链路（ RACH ）26Mobile Communication TheoryF（FCCH）：移动台据此校正同步频率S（SCH）：移动台据此读TDMA帧号和基 站识别码（BSIC）B（BCCH）：移动台据此读有关小区的通 用信息I（IDEL）：空闲帧，不含任何信息，仅 作为复帧的结束标志C（CCCH）：移动台依此接受寻呼和接入27Mobile Communication The

21、ory只含有随机接入信道（RACH），用于移动台的接入 下图为51个连续的TDMA帧的TS0 TS0上RACH的复用 28Mobile Communication Theoryv 用来映射专用控制信道，重复周期为102个TS 独立专用控制信道（独立专用控制信道（SDCCH）的）的DX（D0、D1、D7）只用于移）只用于移动台建立呼叫的开始时使用，当移动台转移到业务信道动台建立呼叫的开始时使用，当移动台转移到业务信道TCH上，上，DX就就用于其它的移动台。用于其它的移动台。 慢速随路信道（慢速随路信道（SACCH）的）的AX（A0、A1、 、D7 ）主要用于传送）主要用于传送不紧要的控制信息，如

22、无线测量数据等不紧要的控制信息，如无线测量数据等v 上下行链路有相同结构，只是在时间上有一个偏移，即意味着对于一个移动台同时可双向接续 SDCCH与与SACCH在在TS1上的复用（上的复用（上行上行）SDCCH与与SACCH在在TS1上的复用（上的复用（下行下行）29Mobile Communication Theory用来映射业务信道，重复周期为26个TS以TS2时隙为例上下行链路的TCH结构完全一样，只是有3个TS的偏移，表明移动台的收发不必同时进行下行下行 TCH的复用的复用TCH上下行偏移上下行偏移30Mobile Communication Theoryv 在载频f0上： TS0：逻

23、辑控制信道，重复周期为：逻辑控制信道，重复周期为51个个TS TS1：逻辑控制信道，重复周期为：逻辑控制信道，重复周期为102个个TS TS2TS7：逻辑业务信道，重复周期为：逻辑业务信道，重复周期为26个个TSv 其它f1fN个载频的TS0TS7时隙全部是 业务信道 31Mobile Communication Theory五个层次：时隙、TDMA帧、复帧、超帧和超高帧 v 时隙是物理信道的基本单元v TDMA帧由8个时隙组成，是占据载频带宽的基本单元，即每个载频有8个时隙。v 复帧有两种类型 由由26个个TDMA帧组成的复帧。用于帧组成的复帧。用于TCH、SACCH和和FACCH 由由51

24、个个TDMA帧组成的复帧。用于帧组成的复帧。用于BCCH和和CCCHv 超帧是由51个由26帧的复帧或26个由51帧的复帧构成v 超高帧等于2048个超帧 注：超高帧的周期与加密和跳频有关。注：超高帧的周期与加密和跳频有关。 每经过一个超高帧周期，循环长度为每经过一个超高帧周期，循环长度为2715648，相当于，相当于3小时小时28分分53秒秒760毫秒，系统将重新启动密码和跳频算法毫秒，系统将重新启动密码和跳频算法32Mobile Communication TheoryGSM系统分级帧结构的示意图 分级的帧结构分级的帧结构33Mobile Communication Theory突发脉冲是

25、以不同的信息格式携带不同逻辑信道，在一个时隙内传输的，由100多个调制比特组成的脉冲序列。可看成是逻辑信道在物理信道传输的载体。v 分类结构类型逻辑信道携带信息普通突发脉冲TCH及除RACHA、SCH、FCCH和空闲突发脉冲以外的控制信道 业务信息和控制信息 频率校正突发脉冲频率校正信道（FCCH）频率校正信息同步突发脉冲同步信道（SYCH）系统同步信息接入突发脉冲随机接入信道（RACH）随机接入信息空闲突发脉冲控制信道 无34Mobile Communication Theoryv 普通突发脉冲（NB：Normal Burst） 57个加密比特：加密语音、数据或控制信息个加密比特：加密语音、

26、数据或控制信息 借用标志借用标志F：表明借用一半业务信道资源给：表明借用一半业务信道资源给FACCH 训练序列：一串已知比特，供信道均衡用训练序列：一串已知比特，供信道均衡用 尾位尾位TB：总是：总是000，是突发脉冲开始与结尾的标志，是突发脉冲开始与结尾的标志 保护时间保护时间GP：防止由于定时误差而造成突发脉冲间的重叠：防止由于定时误差而造成突发脉冲间的重叠v 频率校正突发脉冲（FB：Frequency Correction Burst）v 142个固定比特：全0，固定的的频率校正信息TB3加密比特57F1训练序列26F1加密比特57TB3GP8.25TB3固定比特142TB3GP8.25

27、频率校正突发脉冲序列频率校正突发脉冲序列35Mobile Communication Theoryv 同步突发脉冲（SB：Synchronization Burst）39个加密比特：个加密比特： TDMA帧号（帧号（TN）以及基站识别码（）以及基站识别码（BSIC）信息）信息长同步序列：易被检测长同步序列：易被检测v 接入突发脉冲（AB：Access Burst）长保护时间长保护时间GP：适应移动台首次接入或切换到新基站时不知时间的提前量：适应移动台首次接入或切换到新基站时不知时间的提前量v 空闲突发脉冲（DB：Dummy Burst） 将普通突发脉冲中的加密信息比特换成固定比特当无用户信息传

28、输时，用空闲突发脉冲替代普通突发脉冲在当无用户信息传输时，用空闲突发脉冲替代普通突发脉冲在TDMA时隙中传送时隙中传送TB3加密比特39同步序列64加密比特39TB3GP8.25TB3加密比特39同步序列64加密比特39TB3GP68.25同步突发脉冲序列同步突发脉冲序列接入突发脉冲序列接入突发脉冲序列TB3固定比特57F1训练序列26F1固定比特57TB3GP8.25空闲突发脉冲空闲突发脉冲36Mobile Communication Theory帧偏离定时提前量概念前向信道的TDMA帧定时与反向信道的TDMA帧定时的固定偏差基站指示移动台以一定的提前量发送突发脉冲长度3个时隙视具体情况而定

29、目的避免移动台同一时隙收发的必要性，从而保证收发的时隙号不变克服由突发脉冲的传输延时所带来的定时的不确定帧偏离与定时提前量示意图帧偏离与定时提前量示意图37Mobile Communication Theory业务信道种类语音数据传输速率全速率信道13kbit/s半速率信道6.5kbit/s全速率信道和半速率信道全速率信道和半速率信道38Mobile Communication Theory39Mobile Communication Theory40Mobile Communication Theory通信系统的好坏由输出的误码率来判断，但多径效应却会引起很高的误码率，使通信无法正常进行 多

30、径传输带来了额外的路径损耗多径传输带来了额外的路径损耗 多径衰落会导致数字信号传输的突发性错误多径衰落会导致数字信号传输的突发性错误多径延时扩展将导致数字信号传输的码间干扰多径延时扩展将导致数字信号传输的码间干扰多径传播环境多径传播环境 多径传播造成的符号间干扰及信号衰落多径传播造成的符号间干扰及信号衰落41Mobile Communication Theoryv 概念 阴影衰落是由于传播环境中的地形起伏、建 筑物及其它障碍物对电波遮蔽所引起的衰落v 表达式 电波传播距离的m次幂和表示阴影损耗的正 态对数分量的乘积 10( ,)10ml rr42Mobile Communication The

31、oryv 研究无线电波的多径传播的角度 研究接收信号的包洛变化反映的多径衰落特性研究接收信号的包洛变化反映的多径衰落特性 研究数字脉冲信号经过多径传播的时延特性研究数字脉冲信号经过多径传播的时延特性时延时延扩展扩展v 影响 引起码间串扰 43Mobile Communication Theoryv 信道编码与交织编码v Viterbi均衡与天线分集v 跳频技术v 话音激活与功率控制44Mobile Communication Theoryv 目的 改善传输质量改善传输质量 用有效性换取可靠性用有效性换取可靠性v 基本方法 编码：将原始数据和增加的数据比特（通过算法产生）一起发送编码：将原始数据

32、和增加的数据比特（通过算法产生）一起发送 解码：利用冗余信息检错并尽可能地纠错。如计算得到的冗余与收解码：利用冗余信息检错并尽可能地纠错。如计算得到的冗余与收到的不同，可确定有误到的不同，可确定有误v 编码方式 大多数情况下，最终的冗余码是多种编码的混合结果 块卷积码：主要用于纠错。解码器宜采用最大似然估计方法块卷积码：主要用于纠错。解码器宜采用最大似然估计方法 纠错循环码：主要用于检测和纠正成组出现的误码。通常与块卷积纠错循环码：主要用于检测和纠正成组出现的误码。通常与块卷积码混合使用，用于捕捉和纠正遗漏的组误差。码混合使用，用于捕捉和纠正遗漏的组误差。 奇偶码：一种普遍使用的，最简单的检测

33、误码的方法奇偶码：一种普遍使用的，最简单的检测误码的方法45Mobile Communication Theoryv 目的 针对多径衰落导致的突发性错误把一个较长 的突发误码离散成随机误码，再用纠正随机 误码的编码技术消除随机误码。v 原理 按行输入，按列输出。把码字顺序相关的比 特流非相化。v 方法 将912bit字符交织后分散到8个TDMA帧的时 隙中来传输46Mobile Communication Theory输入码流是输入码流是20ms的帧，每帧含的帧，每帧含456bit。每两帧（。每两帧（40ms）共）共912bit，按每行，按每行8位位写入，共写入写入，共写入114行行输出按列输

34、出，每次读出输出按列输出，每次读出114bit，恰好对应，恰好对应GSM的一个的一个TDMA时隙时隙过程：在过程：在40ms共共912bit间进行间进行将输入码流长为将输入码流长为20ms帧中的帧中的456bit分成分成8段，每段含段，每段含57bit当前帧的当前帧的456bit分别与第分别与第n-1帧后半帧的帧后半帧的228bit和第和第n+1帧前半帧的帧前半帧的228bit交织交织交织编码矩阵交织编码矩阵 交织过程交织过程47Mobile Communication Theoryv 均衡的目的 解决符号间干扰问题，适合于信号不可分离多径的条件下，且时延扩展远大于符号宽度的情况。v 均衡的分

35、类 频域均衡：使包括均衡器在内的整个系统的总传输函数满足频域均衡：使包括均衡器在内的整个系统的总传输函数满足无失真传输的条件无失真传输的条件 时域均衡：使包括均衡器在内的整个系统的冲激响应满足无时域均衡：使包括均衡器在内的整个系统的冲激响应满足无码间串扰的条件码间串扰的条件 （数字通信中常用）（数字通信中常用）v 均衡算法的限制 所用算法必须能够处理在16s之内收到的两个等功率的多经信号。因此在GSM系统中多采用Viterbi均衡算法 48Mobile Communication Theory实现方法之一实现方法之一：使用两个接收信道，它们受到的衰落影响是不相关的（即两者在某一时刻同时经受某一

36、深衰落点影响的可能性很小）。因此当合成来自两付天线的信号时，衰落程度能被减小。天线分集接收示意图天线分集接收示意图49Mobile Communication Theory跳频就是有规则地改变一个信道的频隙（载频频带）v 分类 快跳频快跳频 慢跳频慢跳频 GSM的无线接口上采用的无线接口上采用v 主要原因 频率分集频率分集 干扰分集干扰分集 v 相关规定v 抗干扰性 与跳频的频率集的大小关系密切，通常要求跳频频率集很大与跳频的频率集的大小关系密切，通常要求跳频频率集很大 在蜂窝移动通信系统中，考虑到频率资源和系统容量，每组频率在蜂窝移动通信系统中，考虑到频率资源和系统容量，每组频率的数目最少应

37、大于的数目最少应大于4个个v 限制 公共信道（广播控制信道（BCCH） ）必须使用固定频率，所以把 公共信道选在不参加跳频的频隙上（NT0）。50Mobile Communication Theoryv 目的 抗拒移动通信系统中瑞利衰落的影响v 原理 同一信号在不同频隙上有不同的瑞利衰落的影响同一信号在不同频隙上有不同的瑞利衰落的影响 频率相差越大这种干扰的相关性越小频率相差越大这种干扰的相关性越小 因此由频率分集分散到不同频隙上的突发脉冲不会受到同一瑞利衰落的影响，从而改善了传输质量。v 适用条件 当当MS高速移动高速移动时，其它衰落影响较大，时，其它衰落影响较大，GSM所采用的慢所采用的慢

38、跳频技术就无能为力了跳频技术就无能为力了 MS静止或慢速移动静止或慢速移动时，慢跳频技术可以使传输质量提高时，慢跳频技术可以使传输质量提高大约大约6.5dB 51Mobile Communication Theory干扰分集源于码分多址（CDMA）的应用v 在高业务量区域，系统所能提供的容量受载干比（C/I）限制。在允许干扰总合下，可存在的干扰源越多，系统容量越大，这就是干扰分集的目的。在GSM系统中，有时为了提高频谱的利用率，不同小区中可以包含相同频率。通常当干扰总合小于C/I=7dB 时，呼叫将受严重干扰52Mobile Communication Theoryv 如果没有跳频，只有分配在

39、1或2上的用户可以得到正确接收v 然而有了跳频，就可以在所有情况下保证质量A小区受干扰情况 f1f2f3f4移动台基站干扰电平(无跳频)0.1(C/I=10dB)0.14(C/I=8.5dB)0.25(C/I=6dB)0.28(C/I=5.5dB)移动台基站平均干扰电平(有跳频)0.19(C/I=7.2dB) 移动台移动台干扰电平(无跳频)0.10(C/I=10dB)0.14(C/I=5.5dB)移动台基站平均干扰电平(有跳频)0.19(C/I=7.2dB) GSM蜂房结构与调频组网蜂房结构与调频组网53Mobile Communication Theoryv 跳频在时隙和频隙上进行 TDMA

40、帧中的时隙帧中的时隙 蜂窝结构的每个区群分配蜂窝结构的每个区群分配n组频率，并分成若干个小区，每个小区分配组频率，并分成若干个小区，每个小区分配一组频率（跳频频率集），其中每一个频率为一个频道（频隙）。一组频率（跳频频率集），其中每一个频率为一个频道（频隙）。v 跳频序列的描述参数 GSM中规定最多可用的跳频序列个数为64个。对于n个指定的频率集合， 可以建立64n个不同的跳频序列。 跳频序列号（跳频序列号（HSN），有），有64种不同值种不同值 移动指配偏置度（移动指配偏置度（MAIO）,可包括可包括 全部全部n个频率个频率GSM慢跳频示意图慢跳频示意图54Mobile Communicat

41、ion Theory有效地减少同信道干扰55Mobile Communication Theory话音激活控制就是采用非连续发射。元 件功 能 发 端话音激活检测器检测是否有话音或仅仅是噪音发射机舒适噪音发生器产生并发送与发射机背景噪音相似的信号参数 收 端接收机舒适噪音发生器产生与发射机背景噪音相似的背景噪音信号，使收听者觉察不到话音激活控制开关的动作话音帧代换器用前面未受干扰的话音帧取代受干扰的话音帧，从而保证接收的话音质量56Mobile Communication Theoryv目的 保证通信质量的条件下，使发射机的发射功率为最小，从而降低系统内的同信道干扰的平均电平。v规定 支持基站

42、和移动台各自独立地进行发射功率控制支持基站和移动台各自独立地进行发射功率控制 总的控制范围是总的控制范围是30dB，每步调节范围是，每步调节范围是20dB，从，从20mW到到20W之间的之间的16个功率电平，每步精度为个功率电平，每步精度为3dB，最大功率电平的精度为，最大功率电平的精度为1.5dB。57Mobile Communication Theoryv过程 移动台测量信号强度和信号质量，并定期向基移动台测量信号强度和信号质量，并定期向基站报告，基站按预置的门限参数与之相比较，站报告，基站按预置的门限参数与之相比较，然后确定发射功率的增减量。同理，移动台按然后确定发射功率的增减量。同理，

43、移动台按预置的门限参数与之相比较，然后确定发射功预置的门限参数与之相比较，然后确定发射功率的增减量。率的增减量。 在实际应用中，主要是对移动台（而非基站）在实际应用中，主要是对移动台（而非基站）的发射功率进行控制：以满足覆盖区内移动用的发射功率进行控制：以满足覆盖区内移动用户能正常接收为准户能正常接收为准58Mobile Communication Theoryv 语音方案 13kbit/s RPE-LTP码（规则脉冲激励长期预测）v 目的 在保证语音或数据传输质量的条件下，提高系统的无线 资源利用率，增加系统的容量 v 过程 把语音分成把语音分成20ms 为单位的段，每个段编成为单位的段，每

44、个段编成260bit的数据的数据块，然后对每个小段分别编码块，然后对每个小段分别编码 块与块之间依靠外同步，块内部不含同步信息块与块之间依靠外同步，块内部不含同步信息 收端将收到的信息块经收端将收到的信息块经LPT和和LPC滤波重组滤波重组 经过一个预先设计好的去加重网络加以复原，恢复语音信经过一个预先设计好的去加重网络加以复原，恢复语音信号号 59Mobile Communication TheoryGSM中语音处理的一般过程 60Mobile Communication Theory6.5 61Mobile Communication Theory6.5.1 v 构成 七号信令的主体七号信

45、令的主体 GSM的专用协议的专用协议v 主要信令 MAP BSSAP（BSS应用部分）应用部分） 数据通道链路接入协议数据通道链路接入协议LAPD LAPDm协议（专用于空中接口）协议（专用于空中接口）v GSM的无线信令接口协议 三层协议的概念三层协议的概念 三层协议三层协议v GSM的地面信令接口协议GSM网络中各部分的信令网络中各部分的信令 62Mobile Communication Theory6.5.1 v GSM的无线信令接口协议 GSM 的Um接口上信令及其传输所应遵守的规定v 结构v 层间作用63Mobile Communication Theory6.5.1 OSI模型建议

46、的分层协议结构三个层次内 容功 能物 理 层各类信道为高层信息传送提供基本的无线信道数据链路层各种数据传输结构对数据传输进行控制第三层无线资源管理（RM）各类消息和程序对业务进行控制移动性管理（MM）呼叫管理64Mobile Communication Theory6.5.1 v 实体单元 OSI分层分层结构中的每层都存在实体单元v 对等层 在不同系统中为了实现共同目标而必须交换信息的同一层实体v 顺序 低层向高层提供服务v 语言 原语v 接口 业务接入点（SAP）65Mobile Communication Theory6.5.1 表示相邻层之间信息与控制的逻辑交换类 型意 义“请求”高层向

47、相邻低层请求一种业务“指示”提供某种业务的层次通知其相邻高层与“请求”类原语有关的活动“响应”某层确认收到某个低层的“指示” 类原语“证实”提供“请求”业务的层为证实操作活动已经完成对等层通信的原语对等层通信的原语66Mobile Communication Theory6.5.1v 功能 对提供业务的实体的控制对提供业务的实体的控制 数据传送数据传送v 物理层SAP 功能功能 有关信道的建立和释放命令有关信道的建立和释放命令 比特传输比特传输 控制层控制层 第三层中的无线资源管理子层 位置位置 每种控制逻辑信道的物理层和数据层之间物理层物理层SAP67Mobile Communication

48、 Theory6.5.1 68Mobile Communication Theory6.5.1 v 为上层提供不同的逻辑信道 每个逻辑信道都有自己的业务接入点每个逻辑信道都有自己的业务接入点SAP 各种逻辑信道是复用在各种逻辑信道是复用在TDMA物理信道的物理信道的TS0或或TS1时隙上时隙上的的v 移动台采用时分多址方式，可以在空闲时监测周围环境，把监测结果定时地传送给基站，以确定是否进行切换69Mobile Communication Theory6.5.1 v 协议 移动D信道链路接入协议LAPDm v LAPDm信令帧与LAPD信令帧的比较 帧结构帧结构 帧的类型和作用帧的类型和作用作

49、 用为移动台和基站之间提供可靠的无线链路主 要信令协议信令层两连接的建立和释放；根据不同的业务接入点(SAP)说明连接的复用和去复用；业务数据单元到协议数据单元的映射。用 途在L3实体之间通过Dm通路经空中接口Um传递信息支 持多个第三层实体；多个物理实体；BCCH信令；PCH信令；AGCH信令；DCCH信令。70Mobile Communication Theory6.5.1 LAPDm 帧中不含有帧校验（FSC）标志，地址和控制段也比较短LapD和和LapDm的帧结构的帧结构 71Mobile Communication Theory6.5.1 帧 名意 义任 务SABM建立异步平衡模式建

50、立证实模式时的第一个帧DISC拆线释放证实模式时的第一个帧UA无序号证实对上述两种帧的证实DM非连接模式指示非连接模式的信息帧UI无信号信息非证实模式下的信息帧I信息证实模式下的信息帧RR接收器准备好流量控制,也可以用于证实RNR接收器未准备好流量控制REJ拒绝否定证实FRMR帧拒绝错误返回报告72Mobile Communication Theory6.5.1 v 功能 专用无限信道连接的建立、操作和释放（无线资源管专用无限信道连接的建立、操作和释放（无线资源管理理RM） 位置更新、鉴权和位置更新、鉴权和TMSI的再分配（移动性管理的再分配（移动性管理MM） 电路交换呼叫的建立、维持和结束（

51、呼叫控制电路交换呼叫的建立、维持和结束（呼叫控制CC） 补充业务支持（补充业务支持（SS） 短消息业务支持（短消息业务支持（SMS）v 各个子层的功能和作用73Mobile Communication Theory6.5.1子 层作 用功 能无线资源管理RM呼叫期间移动台与MSC间连接的建立和释放；越区或漫游期间的信道切换；动态地共享有限的无线资源。呼叫建立的信道配置；加密和非连续传输模式管理；信道切换操作；功率控制和定时提前等。移动性管理MM支持用户的移动性，如：跟踪漫游移动台的位置；登记位置信息；处理用户通信过程中连接的切换。在MS和MSC间建立、保持及释放一个MM连接；由移动台启动的位置

52、更新；保密识别和用户鉴权。连接管理C M呼叫控制CC支持以交换信息为目的的通信移动台主呼（或被呼）的呼叫建立（或拆除）电路交换连接补充业务SS支持呼叫的管理功能短消息业务SMS提供快速分组消息的传输74Mobile Communication Theory6.5.2 通信协议标准应 用NO.7 信令系统网络接口X.25OMC到BSC间2M链路的数据通信G732 2048Mb/s PCM 链路PSTN到MSC、MSC到MSC、MSC到BSC、BSC到BTS、MSC到ITW(Interworking Function)之间LAPDAbis接口75Mobile Communication Theor

53、yUmE6.5.2 接口协议MSC与公共电话网（PSTN）TUP、MTPMSC与分组交换公共数据网ISUP、MTPMSC与VLR、HLR、EIRMAP、TCAP、SCCPMSC与BSCBSSAP、SCCP和MTPMSC与MSCDTAPBSC与BTSLAPD76Mobile Communication Theory77Mobile Communication Theoryv 出发点 为了建立一个呼叫连接需要解决的问题 用户所在的位置用户所在的位置 用户识别用户识别 用户所需提供的业务用户所需提供的业务v 操作过程 呼叫接续过程呼叫接续过程 移动性管理过程（越区漫游时）移动性管理过程（越区漫游时）

54、78Mobile Communication Theoryv 目的 使移动台总与网络保持联系，以便移动台在网络覆盖范围内的任何地方都能接入到网络内v 内容 移动用户的登记以及相关数据库移动用户的登记以及相关数据库 移动用户位置更新移动用户位置更新 移动用户的周期位置更新移动用户的周期位置更新79Mobile Communication Theoryv SIM（Subscriber Identity Module）卡 功能功能 存有用于用户身份认证所需的信息存有用于用户身份认证所需的信息 执行一些与安全保密有关的信息执行一些与安全保密有关的信息 存储与网络和用户有关的管理数据存储与网络和用户有关

55、的管理数据 结构结构由由CPU、ROM、RAM和和EEPROM等部件组成完整的单片计等部件组成完整的单片计算机算机 内容内容用户管理的有关信息：用户管理的有关信息：国际移动用户识别号（国际移动用户识别号（IMSI）、鉴权密钥（）、鉴权密钥（Ki）、用户接入）、用户接入等级控制以及用户注册的业务种类和相关网络信息等等级控制以及用户注册的业务种类和相关网络信息等v 登记过程80Mobile Communication Theoryv 鉴权登记v 网络识别注：注： IMSI国际移动用户识别码国际移动用户识别码81Mobile Communication Theory移动用户从一个网络服务区到达另外一

56、个网络服务区时，系统所进行的位置更新操作。v 位置更新请求过程位置更新过程82Mobile Communication Theory通常移动用户处于开机空闲状态时，被锁定在所在小区的广播信道（BCCH）载频上83Mobile Communication Theoryv 网络端接收到请求信息后便将移动台注册到一个新的VLR区域v 用户的归属寄存器HLR与新的VLR交换数据得到移动用户的新位置信息v HLR通知移动台所属的旧的VLR删除用户有关信息 MSBSSMSCVLRnewVLRoldHLR图图640 位置更新过程位置更新过程84Mobile Communication Theoryv 解决问

57、题 网络在特定时间未能收到来自移动台的任何信息v 方法 系统采取强制登记措施，要求MS每隔一定时间登记一次 定时器控制定时器控制 移动台每隔一定时间便向网络发送一次位置更新请求消息移动台每隔一定时间便向网络发送一次位置更新请求消息 如果在特定时间内网络接收不到某用户的周期位置更新消如果在特定时间内网络接收不到某用户的周期位置更新消息，则对该其做去息，则对该其做去“附着附着”处理处理85Mobile Communication Theory呼叫建立过程 86Mobile Communication Theory以固定网PSTN呼叫移动用户为例v 固定网的用户拨打移动用户的电话号码MSISDNv

58、PSTN交换机分析MSISDN号码v GMSC分析MSISDN号码v HLR分析由GMSC发来的信息v HLR查询当前为被呼移动用户服务的MSC/VLRv 由正在服务于被呼用户的MSC/VLR得到呼叫的路由信息v MSC/VLR将呼叫的路由信息传送给HLRGMSC接收包含MSRN的路由信息87Mobile Communication TheoryMSISDN移动用户的国际ISDN号码号码结构v CC为国家代码，我国为86v 国内有效ISDN号码：11位 NDC数字蜂窝移动业务接入号数字蜂窝移动业务接入号 13S(S9、8、7、6、5移动通信公司）移动通信公司） 联通公司目前的接入网号为联通公司

59、目前的接入网号为130，131)。 HLR识别号：识别号：H0 H1 H2 H3 我国的我国的H0 H1 H2 H3分配分为分配分为H0=0和和H00两种情况两种情况 H0=0时，时，H1、H2由全国统一分配，由全国统一分配，H3 由各省自行分配。一个由各省自行分配。一个HLR可以包含一个或多个可以包含一个或多个H3数值数值 H0 0时，时，S、H0、H1、H2由全国统一分配。一个由全国统一分配。一个HLR可包含可包含一个或若干个一个或若干个SH0H1H2数值数值SN（移动用户号）：（移动用户号）：ABCD。由各。由各HLR自行分配自行分配88Mobile Communication Theo

60、ryv PSTN交换机分析MSISDN号码 PSTN分析NDC，将接续转接到相应移动网的关口移动交换中心（GMSC ）v GMSC分析MSISDN号码 GMSC分析分析MSISDN号码得到被呼用户所在的归属寄存器号码得到被呼用户所在的归属寄存器HLR的地址的地址 HLR查询查询 GMSC发送一个携带MSISDN的消息 给HLR，以得到用户呼叫的路由信息89Mobile Communication TheoryHLR根据GMSC发来的消息，在其数据库中找到用户的位置信息，即被呼用户是在哪一个VLR区登记的HLR的内容v MSISDN v 国际移动用户识别IMSI ：移动用户的唯一识别号码（15位