GSM移动通信网络的构成

1、GSM移动通信网络的基本构成一. 数字蜂窝陆地移动通信系统概论 1. 移动通信系统的发展历程 1.1. 大区制移动系统  单站覆盖整个区域 、 高功率发信设备  优点：组网简单，投资少、见效快，覆盖区域大。  缺点：容量不足、服务质量差、频谱利用率低 1.2. 蜂窝移动通信系统  接近正六边形的小区联网  小区覆盖变小，具有以下特点： 1.频谱利用率提高 2.组网灵活 3.系统发信功率降低 4.设备增多，结构复杂 2. 数字移动通信系统与模拟移动通信系统的不同之处 · 数字调制对载干比（C/I）的要求低得多

2、83; 时分多址更能提供设计上的灵活性 · 数字系统中需增加信道编码 · 需采用自适应均衡技术 · 需采用回波控制技术 · 实施相当简单 3. 数字移动通信系统分析比较 · 世界上最具代表性和比较成熟的制式有：  欧洲的 GSM  美国的 ADC（也常称 D-AMPS）  日本的 JDC（现改称为 PDC） · GSM的主要目标是与ISDN兼用；优点是各种接口规定明确，网路适合未来数字化要求；缺点是数模不兼容。 · 

3、美国数字系统D-AMPS的目标是扩大容量和数模兼容；优点是充分利用现有模拟系统；缺点是不能与ISDN兼容，接口实现较困难。 · 日本PDC的情况类似美国，但数模不兼容。 4. GSM数字移动通信系统的发展历程 · 1982年：设立“移动通信特别小组”，即GSM。 · 1986年：进行现场试验 · 1987年：作出技术选择 · 1988年：十八个欧洲国家达成GSM谅解备忘录 · 1989年：GSM标准生效 · 1991年：GSM系统正式在欧洲问世，网路开通运

4、行。从此，移动通信跨入了第二代。 二. GSM的基本特点 · 可与各种公用通信网互连互通，明确了接口规。 · 能提供穿越国界的自动漫游功能 · 支持多种业务 · 具有很好的网络安全性 · 组网结构灵活方便，频率复用率高，话务承担能力强。 · 抗干扰能力强，通信质量高。 · 用户终端更小、更轻便、功能更强。 三. GSM中使用的基本技术 1. 数字信号调制和解调 将需要远距离传输的低频信号加载到高频振荡的射频信号上，使这些射频信号的幅度、频率或相位受这些低频

5、信号的控制，这个处理过程称为调制。相反的过程称为解调。这里的低频信号称为调制信号，射频信号称为载波。 2. 时分多址技术 · 多址技术 · 实现方法：  频分多址（FDMA）  时分多址（TDMA）  码分多址（CDMA） · TDMA系统具有如下特性：  每载频多路  突发脉冲序列传输  时间色散，需自适应均衡  传输开销大  对新技术开放  共用设备的成本低  移动台较复杂 3. 时间色散和均衡 · 起源于反射，

6、但与多径衰落不同，其反射信号来自远离接收天线的物体。 · GSM系统中1比特对应约 1.1公里。 · 采用自适应均衡技术来缓解这一问题的严重性。 · GSM规要求均衡器应能处理时延高达15s左右（约对应4比特的时间）的反射信号。 4. 频率复用 · 频率复用是指在不同的地理区域上用一样的载波频率进行覆盖，这些区域必须隔开足够的距离，以致所产生的同频与邻频干扰可以忽略不计。 · 频率复用方式就是指将可用频道分成若干组。 5.话音编码 · 即将话音模拟信号转换成数字信号。

7、83; PCM编码分为三步：采样、量化、编码。 · GSM采用：线性预测编码长期预测编码规则脉冲激励编码器（LPCLTPRPE编码器）。 · GSM每话音信道的编码速率为13kbit/s。 6.信道编码 · 采用数字传输时，所传信号的质量常常用“接收比特中有多少是错误的”来表示。 · 为了能检出和校正接收比特流中的差错，在原信息上加入了一些多余的比特帮助检错。 · 为此加大了传输的开销。 7.交织技术 · 比特差错成串发生，而信道编码仅能检测和校正单个差错和不太长的

8、差错串。 · 把相继比特分散开发送 · 这样，在传输过程中，即使发生了成串差错，恢复成一条相继比特串的消息时，差错也就变成单个的（或长度很短），这时再用信道编码的纠错功能纠正差错，恢复原消息。 8.衰落和抗衰落 8.1. 阴影衰落  阴影效应  当移动台通过不同障碍物形成的电磁场阴影时，接收场强中值就会发生变化。  可以通过调整基站位置，增加发射功率、天线高度的方法减少阴影衰落的不良影响。 8.2. 多径衰落  多径效应 ü 信号经直射和多次反射、散射 ü 形成合成场强 &#

9、252; 形成随机驻波场  多径衰落也称快衰落  随信号瞬时值变动 8.3. 分集技术 分集技术就是在几个支路上接收同一个信号，然后通过合并技术将几个支路信号合并输出。 8.3.1. 空间分集 空间分集就是使两副独立的接收天线间保持一定的间隔距离，从而能各自接收同一个信号，最后再把接收到的信号矢量合并到一起。 8.3.2. 频率分集 · 跳频相当于频率分集，是指载波频率在很宽频带围按某种序列进行跳变。 · 加强安全性、抗干扰性，提高通信质量。 · 基带跳频 · 射频跳频 ·&

10、#160;两种跳频方式的比较 9. 干扰和抗干扰 9.1. 互调干扰  互调干扰的产生原因  主要考虑三阶互调干扰，它的两种形式为   2a -b、a +b -c  无三阶互调信道组 9.2. 同信道干扰  信道复用  信道复用产生同信道干扰  同信道复用保护距离 9.3. 邻信道干扰 邻信道干扰是指相邻或邻近信道之间的干扰。主要考虑发射机调制边带扩展和边带噪声的干扰。 四. 系统的结构与功能 1. 交换子系统(网络子系统NSS) 1.1. MSC（移动业务交换中心）  MSC是网络的核心  提

11、供交换功能  提供到固定网的接口  提供与其他MSC互连的接口  MSC从三种数据库取得所需数据 1.2. HLR（归属位置寄存器）  与电信业务有关的用户信息都由归属位置寄存器HLR掌管。  每个用户当前位置的信息都存贮在HLR中。 1.3. VLR（拜访位置寄存器）  VLR存贮进入其覆盖区的移动用户的全部有关信息。 1.4. AUC（鉴权中心）  HLR从功能上分出一个子功能实体鉴权中心，其功能只限于管理与安全性有关的用户数据，对用户进行鉴权。 1.5. EIR（设备识别寄存器）  对移动台IMEI进行核查，

12、防止非法移动台进入网络。 2. 基站子系统（BSS） · BSS包含GSM网络中无线通信部分的所有地面基站基础设施 · 与移动台连接 · 把无线信道连接到PCM信道上 · 两部分：基站收发信台（BTS）、基站控制器（BSC）。 3. 移动台（MS）和SIM卡 · 移动台是用户设备 · 国际移动台设备识别码（IMEI） · SIM卡代表客户 · 国际移动用户识别码（IMSI） · 个人识别码（PIN） 4. 操作和维护

13、子系统（操作和维护中心OMC） · 用于管理和监控 · 接口还未开放 五. 主要接口 1. A接口 NSS与BSS之间的接口，物理通过标准的 2.048Mb/s 或 1.544Mb/s PCM 数字传输链路来实现。 2. Abis接口 BSC与BTS之间的接口，物理通过标准的2.048Mb/s 或64kb/s PCM数字传输链路来实现。 3. Um接口（空中接口） BTS与MS之间的接口，物理通过无线链路来实现。 六. 编号计划 1. 移动台ISDN（MSISDN） · MSISDN是指主叫客户为呼叫数字公用陆地蜂窝移动通信网中的客户

14、所需拨的。 · 的结构：CC + NDC + SN  CC=国家码  NDC=国目的地码  SN=客户 · 可扩充 2. 国际移动客户识别码（IMSI） · 特定的客户识别码 · 用于GSM网所有信令中，存储在SIM卡、HLR和VLR中。 · IMSI结构：MCC + MNC + MSIN  MCC=移动国家  MNC=移动网号  MSIN=移动客户识别码 3. 移动客户漫游（MSRN） · 用于选择路由的临时 &#

15、183; 路由一旦建立，此就可立即释放。 · 结构与移动台ISDN（MSISDN）相似 4. 临时移动客户识别码（TMSI） 为了对IMSI，MSC/VLR可给来访移动客户分配一个唯一的TMSI。它由MSC自行分配，仅限在本MSC业务区使用。 5. 位置区识别码（LAI） · 用于移动客户的位置更新、寻呼 · 结构：MCC + MNC + LAC  MCC=移动客户国家码  MNC=移动网号  LAC=位置区 6. 全球小区识别码（CGI） · CGI用来识别一个位置区的小区

16、 · 结构：MCC + MNC + LAC + CI  CI=小区号，最大16 bit。 7. 基站识别码（BSIC） · BSIC是用于识别相邻网络的相邻基站的，为6 bit编码。 · 结构为：NCC + BCC  NCC=网络色码  BCC=基站色码 · 规划原则 8. 国际移动台设备识别码（IMEI） 唯一地识别一个移动台设备的编码，为一个15位的十进制数字。 七. 关于无线接口 1. 工作频段的划分 · GSM通信系统采用900MHz频段：  上行

17、（移动台发，基站收）890915MHz  下行（基站发，移动台收）935960MHz  双工间隔为45MHz，相邻两频道间隔为200kHz。 · 我国GSM采用：  上行（移动台发，基站收）899909915MHz  下行（基站发，移动台收）944954960MHz · 随着业务的发展，可视需要向下发展，或向DCS1800过渡，即1800MHz频段：  上行（移动台发，基站收）17101785MHz  下行（基站发，移动台收）18051880MHz · GSM系统整个工作频段

18、被分为124对载频，其序号用n表示。上下两频段中序号为n的载频频率可用下式计算：  上行，下频段：Fl(n)=(890+0.2n) MHz  下行，上频段：Fu(n)=Fl(n)+45=(935+0.2n) MHz  式中，n=1124，称为绝对射频信道（ARFCN） 2. 保护带宽 当一个地区有不同移动通信系统共存时，系统之间应有约400kHz的保护带宽，即它们之间要少用一个频道。 3. 载波干扰保护比 · 载波干扰保护比（C/I）是指接收到的希望信号电平与非希望信号电平的比值，简称载干比。 · GSM规中规定： 

19、0;同频载干比：C/I9dB  邻频载干比：C/I-9dB  载波偏离400kHz时的载干比：C/I-41dB 4. 帧结构 · TDMA帧：每帧8个时隙 · 复帧：由TDMA帧构成 · 超帧：由复帧构成 · 超高帧：2048个超帧 5. 逻辑信道 5.1. 广播信道 是下行的点到多点的信道。它包含网络与本小区的通用信息。 5.1.1. 频率校正信道(FCCH) 它是未经调制的纯正弦波。使移动台能够调谐到广播频率。 5.1.2. 同步信道(SCH) 包含基站识别码（BSIC）和移动台的帧同步（T

20、DMA帧号）。 5.1.3.广播控制信道(BCCH) 包含网络与小区的特定信息，如：小区所用的频率、跳频序列、信道组合、寻呼组、邻区信息 5.2. 公共控制信道（CCCH） 公共控制信道是被用来建立点到点的连接。 5.2.1. 寻呼信道(PCH) 它是下行信道，用于特定位置区中所有BTS寻呼移动台。 5.2.2. 随机接入信道(RACH) 它是公共控制信道中唯一的上行信道，是一个点到点的信道。移动台用它来初始化一个报文，或者作为寻呼信道的响应。 5.2.3. 允许接入信道(AGCH) 它是随机接入信道的响应，被用来为移动台分配独立专用控制信道，是一个下行的点到点的信道。 5.3. 专用控制信道

21、 专用控制信道用于呼叫建立、发送测量报告与切换控制，是双向的点到点的信道。 5.3.1. 独立专用控制信道(SDCCH) 用于系统信令：呼叫建立、鉴权、位置更新、话务信道分配与短消息的传输。 5.3.2. 慢速随路控制信道(SACCH) 它与独立专用控制信道、话务信道联系在一起。用于传送测量报告、功率控制，有时也用来传输短消息。 5.3.3. 快速随路控制信道(FACCH) 用于切换。它被映射到一个话务信道上，置换掉20毫秒的语音。 5.4. 话务信道 双向信道，既可以传语音，又可以传数据。 · 半速率话务信道(TCH/H) 6.5 kbit/s · 全

22、速率话务信道(TCH/F) 13 kbit/s · 增强型全速率话务信道(TCH/EFR) 13 kbit/s，能提供比全速率话务信道更好的语音质量。 6. 基站与移动台间时间提前量的调整 · 由于在空中接口采用了TDMA技术，那么任一移动台只能在指配给它的时隙发送信息，而在其余时间里保持静默，否则它会干扰使用同样载频上不同时隙的其它用户。 · 时间提前量直接用比特来表示，围是063个比特。 · 每秒2次 八. 呼叫处理 1. 客户状态 移动台客户一般是处于MS开机、MS关机和MS忙三种状态之一，因此网路需要对这三种状态做相应处理。 1.1. MS开机，网路对它作“附着”标记。