GSM网络基础知识(1)

1、杭州华星创业 莆田项目组GSM网络基础知识网络基础知识HXCY 杭州华星创业杭州华星创业杭州华星创业杭州华星创业 莆田项目组莆田项目组2013年年8月月杭州华星创业 莆田项目组课程内容第一章第一章 GSM工作频段工作频段第二章第二章 GSM网络结构网络结构第三章第三章 GSM网络接口与协议网络接口与协议第四章第四章 GSM信道结构信道结构第五章第五章 GSM编号计划编号计划第六章第六章 无线路径损耗和衰落无线路径损耗和衰落杭州华星创业 莆田项目组移动通信发展历程移动通信发展历程GSM数据网络的发展历程2G:GSMGSM是全球移动通讯系统(Global System for Mobile Com

2、munications)的简称2.5G:GPRSGPRS是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的简称 2.75G:EDGEEDGE是增强型数据速率GSM演进技术 (Enhanced Data Rate for GSM Evolution )的简称杭州华星创业 莆田项目组GSMGSM的工作频段的工作频段 我国GSM通信系统：900 MHz和1800MHz。GSM900工作的无线频率分配为： GSM900：890915MHz上行频率 935960MHz下行频率 移动：890909，935954双工间隔为45MHz，载频间隔200KHz。频道序号和频点标称中心

3、频率的关系为： fu(n)=890.200MHz+(n-1)0.200MHz 上行频率 fd(n)= fu(n)+45MHz 下行频率 n=1124频道GSM900频段共有124个载波频道。杭州华星创业 莆田项目组在我国这25M带宽分别由两家 GSM运营商使用：中国移动中国移动：890909MH（上行）， 935954MHz（下行），共19M带宽，95个频道，频道号为195。中国联通中国联通：909915MH（上行），954960MHz（下行），共6M带宽。另外,中国移动和中国铁通还分配了EGSM频率：885890MHz 上行频率930935MHz 下行频率频点为999-1024GSMGSM的

4、工作频段的工作频段杭州华星创业 莆田项目组 GSM1800工作的无线频率分配为： 1710-1785MHz 上行频率 1805-1880MHz 下行频率双工间隔为95MHz，工作带宽为75MHz，载频间隔为200KHz。频道序号和频点标称中心频率的关系为： fu(n)=1710.2MHz + (n-512)0.200MHz 上行频率 fd(n)= fu(n)+95MHz 下行频率 n=512885频道目前只有中国移动拥有GSM1800网络。 1710M1720M/18051815M, 17251730M/18201825M GSM的工作频段杭州华星创业 莆田项目组GSM系统上行频段下行频段带宽

5、双工间隔双工信道数GSM90089091593596022545124GSM1800171017851805188027595374EGSM885-890930-935254525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);我国我国GSM网络的工作频段网络的工作频段杭州华星创业 莆田项目组同频干扰保护比：同频干扰保护比：C/I9dB。所谓C/I，是指当不同小区使用相

6、同频率时，另一小区对服务小区产生的干扰，它们的比值即C/I，GSM规范中一般要求C/I 9dB；工程中一般加3dB余量，即要求C/I12dB邻频干扰保护比：邻频干扰保护比：C/I-9dB。 C/A是指在频率复用模式下，邻近频道会对服务小区使用的频道进行干扰，这两个信号间的比值即C/A。GSM规范中一般要求C/A-9dB，工程中一般加3dB余量，即要求C/A-6dB 载波偏离400kHz的干扰保护比：C/I-41dB干扰保护比干扰保护比杭州华星创业 莆田项目组课程内容第一章第一章 GSM工作频段工作频段第二章第二章 GSM网络结构网络结构第三章第三章 GSM网络接口与协议网络接口与协议第四章第四

7、章 GSM信道结构信道结构第五章第五章 GSM编号计划编号计划第六章第六章 无线路径损耗和衰落无线路径损耗和衰落杭州华星创业 莆田项目组蜂窝移动通信系统主要是由操作与维护系统（OSS）、交换网路子系统（NSS）、无线基站子系统 (BSS)和移动台（MS）四大部分组成。杭州华星创业 莆田项目组MSC: 移动交换中心 BSC:基站控制器 SMC: 短消息中心HLR: 归属位置寄存器 BTS: 基站收发信台 VM： 语音邮箱AUC: 鉴权中心 MS: 移动台（手机） OMC：操作维护中心VLR: 访问者位置寄存器 EIR: 设备识别寄存器 其他MSC/VLRMAPBTSBTSSMC&VMOM

8、CGSM900GSM1800M900/M1800 BSCPSTNISDNTUP,ISUPMAPA接口局域网/广域网MSHLR/AUC/EIRM900/M1800 MSC/VLR杭州华星创业 莆田项目组杭州华星创业 莆田项目组在 GSM 网络中，基站子系统BSS主要负责以下功能： 无线网络的控制 空中接口和 A接口的信令 手机和NSS之间连接的建立 移动性管理 话音编码的转换 原始统计数据的收集 杭州华星创业 莆田项目组BSS系统是在一定的无线覆盖区中由MSC控制，与MS进行通信的系统设备，它主要负责完成无线发送接收和无线资源管理等功能。功能实体可分为基站控制器（BSC）和基站收发信台（BTS）

9、。 BSC：具有对一个或多个BTS进行控制的功能，它主要负责无线网路资源的管理、小区配置数据管理、功率控制、定位和切换等，是个很强的业务控制点。 BTS：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。ABIS接口:定义为BSC和BTS之间的通信接口，其物理连接通过2Mb/s数据链路实现。该接口协议不公开,所以BSC和BTS必需使用同一个厂家的产品。基站子系统杭州华星创业 莆田项目组杭州华星创业 莆田项目组 在 GSM 网络中，交换子系统 (NSS) 主要用以实现以下功能: 通话控制 网间互联 终端用户数据及服务处理 计费 收集原始

10、的统计数据 移动性管理 安全性管理 A接口和 PSTN 的接口信令 BSS 控制杭州华星创业 莆田项目组交换网路子系统（NSS）主要完成交换功能和客户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能。NSS 由一系列功能实体所构成，各功能实体介绍如下： MSC：移动交换中心，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。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

11、，即查询位置信息的功能。 网络子系统杭州华星创业 莆田项目组VLR：拜访位置寄存器，是一个数据库，是存储MSC为了处理所管辖区域中MS（统称拜访客户）的来话、去话呼叫所需检索的信息，例如客户的号码，所处位置区域的识别，向客户提供的服务等参数。HLR：归属位置寄存器，也是一个数据库，是存储管理部门用于移动客户管理的数据。每个移动客户都应在其归属位置寄存器（HLR）注册登记，它主要存储两类信息：一是有关客户的参数；二是有关客户目前所处位置的信息，以便建立至移动台的呼叫路由，例如MSC、VLR地址等。 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

12、，符合响应SRES，密钥Kc）的功能实体。 EIR：设备识别寄存器，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。网络子系统杭州华星创业 莆田项目组GSM系统还有个操作维护子系统（OSS），它主要是对整个GSM网络进行管理和监控。通过它实现对GSM网内各种部件功能的监视、状态报告、故障诊断等功能、数据创建与删除、基站重启与关闭等。操作维护子系统杭州华星创业 莆田项目组课程内容第一章第一章 GSM工作频段工作频段第二章第二章 GSM网络结构网络结构第三章第三章 GSM网络接口与协议网络接口与协议第四章第四章 GSM信道结构信道结构第五

13、章第五章 GSM编号计划编号计划第六章第六章 无线路径损耗和衰落无线路径损耗和衰落杭州华星创业 莆田项目组无线接口其他其他MSCBTSHLR/AUC/LRSMCPSTN ISDNOMCMSUmMSUmUmA-bis接接口口BSCMSC/VLRA接接口口MAP接口接口BTSBTS杭州华星创业 莆田项目组无线接口杭州华星创业 莆田项目组GSM网络接口名称名称接口接口UmMSBTSAbisBTS BSCABSC MSCBMSC VLRCMSC HLRDVLR HLREMSC MSCFMSC EIRGVLR VLRHHLR AUC杭州华星创业 莆田项目组GSMGSM网络接口与协议网络接口与协议杭州华星

14、创业 莆田项目组GSMGSM网络接口与协议网络接口与协议杭州华星创业 莆田项目组通信管理（CM）无线资源管理（RR）移动和安全管理（MM）综合处理TCH0 TCH1 TCH2 。SACCH 。TCH25 IDL复帧复帧物理链路层物理链路层(L1)数据链路层数据链路层(L2)网络应用层网络应用层(L3)RACHBCCHAGCH/PCHSDCCHSACCHTCHFACCH无线接口（Um口）分层结构杭州华星创业 莆田项目组GSMGSM网络接口与协议网络接口与协议杭州华星创业 莆田项目组课程内容第一章第一章 GSM工作频段工作频段第二章第二章 GSM网络结构网络结构第三章第三章 GSM网络接口与协议网

15、络接口与协议第四章第四章 GSM信道结构信道结构第五章第五章 GSM编号计划编号计划第六章第六章 无线路径损耗和衰落无线路径损耗和衰落杭州华星创业 莆田项目组GSM中的信道分为物理信道和逻辑信道，一个物理 信 道 就 为 一 个 时 隙 ( T S ) ， 而 逻 辑 信 道 是根据BTS与MS之间传递的信息种类的不同而定义的 不 同 逻 辑 信 道 。 这 些 逻 辑 信 道 的 信 息 附着在物理信道上传送。从BTS到MS的方向称为下行链路，相反的方向称为上行链路。GSM信道结构杭州华星创业 莆田项目组GSM多址方式时间时间FDMA频率频率TDMA时间时间频率频率CDMA频频率率时间时间码

16、码无线通信中几种信道复用方式:FDMA 频分复用TDMA 时分复用CDMA 码分复用GSM系统采用频频分复用和时分复分复用和时分复用用两种复用方式杭州华星创业 莆田项目组频率频率200kHzBP15/26ms隙缝隙缝时间时间时隙和帧结构帧和信道帧和信道杭州华星创业 莆田项目组0123204420452046204701234849504701242501242514950001457623TB3TB3GP8.25TB：尾比特TB3TB3GP8.25GP：保护期TB3TB3GP8.25TB3TB3GP 68.2558信息比特26训练序列58信息比特固定比特142信息比特39扩展的训练序列64信息

17、比特39同步序列41信息比特36常规突发序列（NB）频率校正突发序列（FB）同步突发序列（SB）接入突发序列（AB）1超高帧=2048超帧=2715648TDMA帧（3小时28分53秒760毫秒）1超帧=1326TDMA帧（6.12秒）1复帧=26TDMA帧（120ms）1复帧=51TDMA帧（3060/13ms）1TDMA帧=8时隙（120/26=4.615ms）1时隙=156.25比特持续期（15/26=0.577ms）（1比特持续期：48/13=3.68us）BCCHCCCHSDCCHTCHSACCH/TFACCH时隙和帧结构杭州华星创业 莆田项目组8bit41同步同步bit36加密加密

18、bit3bit68.25bit尾比特尾比特保护间隔数据 接入突发脉冲序列接入突发脉冲序列(AB)：用于：用于MS初始化初始化接入接入3bit142bit3bit8.25bit尾比特尾比特保护间隔数据 频率校正突发脉冲序列频率校正突发脉冲序列(FB)：用于：用于MS与与BTS之间的之间的频率同步频率同步3bit39加密加密bit39加密加密bit3bit 8.25bit尾比特尾比特保护间隔数据数据64同步同步bit 同步突发脉冲序列同步突发脉冲序列(SB)：用于：用于MS与与BTS之间的定之间的定时同步时同步时隙和帧结构突发脉冲突发脉冲杭州华星创业 莆田项目组3bit57加密加密bit57加密加

19、密bit3bit8.25bit尾比特尾比特保护间隔数据数据26bit11训练序列偷帧标志 普通突发脉冲序列普通突发脉冲序列(NB)：用于携带业务信道和除：用于携带业务信道和除RACH之外的控制信道之外的控制信道上的信息上的信息3bit142调制调制bit3bit8.25bit尾比特尾比特保护间隔 虚拟突发脉冲序列虚拟突发脉冲序列(DB)：用于：用于BTS在无信息下发的时隙发在无信息下发的时隙发送填充帧送填充帧时隙和帧结构杭州华星创业 莆田项目组逻辑信道分类 GSM900 和和 GSM1800 的逻辑信道划分是一样的的逻辑信道划分是一样的广播控制信道广播控制信道(BCCH)控制信道控制信道通用控

20、制信道通用控制信道(CCCH)话音信道话音信道 (TCH)FCCH SCHBCCH(系统消息系统消息)TCH/FAGCHRACHSDCCHFACCHSACCHTCH/HTCH/9.6FTCH/ 4.8F, HTCH/ 2.4F, HPCH通用信道通用信道(CCH)专用信道专用信道 (DCH)逻辑信道逻辑信道杭州华星创业 莆田项目组GSM控制信道SDCCHFACCHSBCCHControl Channel(控制信道控制信道)DCCHNBACCHSACCHBCCH仅为下行仅为下行BCCH同步信道同步信道SCHFCCHFBNB/DBCCCHRACH-上行上行PCH/AGCH-下行下行CBCH-下行下

21、行NBNBABNB/AB杭州华星创业 莆田项目组GSM控制信道BCCH广播控制信道SCH同步信道FCCH频率校准信道CCCH 通用控制信道RACH 随机接入信道PCH 寻呼信道AGCH 接入允许信道CBCH 小区广播信道 SDCCH 独立专用控制信道SACCH 慢速随路控制信道FACCH 快速随路控制信道 杭州华星创业 莆田项目组 1、控制信道（、控制信道（CCH） 控制信道控制信道分为广播信道、公共控制信道和专用控制信道三种。（1）广播信道包括FCCH、SCH、BCCH三种信道。其特点为下行信道，且是点对多点的方式，用于向移动台传递小区的各项广播信息，使移动台与基站取得同步。 频率校正信道（

22、频率校正信道（FCCH）：向移动台传递频率校正信号，使移动台能 调到相应的频率上。 同步信道（同步信道（SCH）：）：用于向移动台传送帧同步号，即TDMA帧号，同时 也传送基站识别码BSIC。 广播控制信道（广播控制信道（BCCH）：用于向移动台传送所有小区的通用消息。如 LAI、小区内允许MS最大输出功率、相邻小 区的BCCH载频等。杭州华星创业 莆田项目组2、公共控制信道公共控制信道包括PCH、RACH、AGCH三种信道。 该类信道主要用于寻呼被叫，以及完成移动台所需专用控制信道的申请和分配。所以移动通信的实现不仅要有传递话音的业务信道，而全要相应的控制信道配合才行。 寻呼信道寻呼信道用于

23、在小区内寻呼移动台，是下行信道。PCH含有被叫移动台的号码信息，故只有相应的移动台才会响应。 随机接入信道随机接入信道是一个点对点的下行信道。当移动台经RACH申请到专用信道后，系统经AGCH将分配给该移动台的专用信道通知移动台。所以AGCHRACH成对使用。3、 专用控制信道专用控制信道由SDCCH、SACCH、FACCH三种信道组成，用于向特定的呼叫提供专门的信道来传递其专用信令信息。是点对点的双向信道。 杭州华星创业 莆田项目组 独立专用控制信道（独立专用控制信道（SDCCH）：）：是一个点对点的双向信道，主要用于在移动台呼叫建立之前，即在使用TCH之前，传送系统信息：如登记和鉴权呼在此

24、信道上进行。 慢速随路控制信道（慢速随路控制信道（SACCH）：与一个业务信道或一个独立专用控制信道相关,用于传送有关连接信息的点对点的双向连接数据信道。如传送服务小区及相邻小区的信号强度，移动台功率等级管理等信息。 快速随路控制信道（快速随路控制信道（FACCH）：一个TCH相关，用于传送速度（实时）要求高的信令信息，它工作于借用模式，每当需要传送该类信息时，例如需要完成一次切换，则需借用TCH，即当前的一个20ms的话音信息位置被借用来传送这些信息。由于译码器会重复最后20ms的话音，故这种中断不会让用户感觉到。杭州华星创业 莆田项目组GSM业务信道TCHTraffic Channels(

25、业务信道业务信道)Speech(话音话音)TCH/FSTCH/HSTCH/EFRNBData(数据数据)TCH/9.6TCH/2.4TCH/4.8NBTCHSACCHFACCH杭州华星创业 莆田项目组GSM业务信道缩略语缩略语NB = 常规突发脉冲序列常规突发脉冲序列FB = 频率校正突发脉冲序列频率校正突发脉冲序列AB = 接入突发脉冲序列接入突发脉冲序列 DB = 填充突发脉冲序列填充突发脉冲序列SB = 同步突发脉冲序列同步突发脉冲序列话音业务信道TCH/FS：全速率语音信道 13Kbit/sTCH/HS: 半速率语音信道 5.6Kbit/s数据业务信道TCH/F9.6: 9.6kbit

26、/s 全速率数据信道TCH/F4.8: 4.8kbit/s 全速率数据信道TCH/H4.8: 4.8kbit/s 半速率数据信道TCH/H2.4: =2.4kbit/s 半速率数据信道TCH/F2.4: =2.4kbit/s 全速率数据信道杭州华星创业 莆田项目组信道使用信道组时隙业务(Traffic)任意时隙广播(Broadcast)0,2,4,6,(必须先用0)*专用(Dedicated)任意时隙组合(Combined) 只能用0杭州华星创业 莆田项目组FCCHSCHBCCHPCHAGCHBCCHCCCH通用通用信道信道SDCCHSACCHFACCHTCH/FTCH/HDCCHTCH专用专

27、用信道信道逻辑信道分类下行逻辑信道下行逻辑信道杭州华星创业 莆田项目组RACHCCCH通用通用信道信道SDCCHSACCHFACCHTCH/FTCH/HDCCHTCH专用专用信道信道逻辑信道分类上行逻辑信道上行逻辑信道杭州华星创业 莆田项目组搜寻频率校正脉冲搜寻频率校正脉冲搜寻同步脉冲搜寻同步脉冲解读系统消息解读系统消息侦听寻呼消息侦听寻呼消息发送接入脉冲发送接入脉冲信令信道分配信令信道分配呼叫建立呼叫建立话音信道分配话音信道分配通话通话呼叫释放呼叫释放FCCHSCHBCCHPCHRACHAGCHSDCCHSDCCHTCHFACCH逻辑信道分类关机状态关机状态空闲状态空闲状态专用模式专用模式空

28、闲状态空闲状态逻辑信道作用举例逻辑信道作用举例杭州华星创业 莆田项目组TCH/F+FACCH/F+SACCH/TF（全速率TCH）TCH/H+FACCH/H+SACCH/TH（半速率TCH）26帧复帧FCCH+SCH+BCCH+CCCH（主BCCH）FCCH+SCH+BCCH+CCCH+SDCCH/4+SACCH/4(组合BCCH)BCCH+CCCH（扩展BCCH）SDCCH/8+SACCH/C8（主SDCCH）+FACCH/851帧复帧逻辑信道组合杭州华星创业 莆田项目组CHANNEL CONFIGURATIONSCombined CCCH/SDCCH/4 Multiframef sbbbb

29、cfcfcscc cccccc fcfs t t t tttt t ff t t t tttt t fsf s ss ssss sst tttr r sfssss s sr rrrr r rsfr r r r rrrr r rf r r r rtrt t trf t t t rtrt ttDownlinkUplinkCHANNELS f = FCCH b = BCCH r = RACH s = SCH/SACCH c = CCCH t = SDCCH/451 TDMA frames = 235 mst0501.2.3.4.杭州华星创业 莆田项目组BCCH/CCCH Multiframef sb

30、bbb cfcfcsc cc cccc c fcfsc cc cccc c ff c cccccc c fsf c c ccccc csr rrrr r rfrrrr r r r rrrr r rrfr r r r rrrr r rf r r r rrrr r rrf r r r rrrr rrDownlinkUplinkCHANNELS f = FCCH b = BCCH r = RACH s = SCH c = CCCH = PCH/AGCH51 TDMA frames = 235 msr050CHANNEL CONFIGURATIONS杭州华星创业 莆田项目组CHANNEL CONFIG

31、URATIONSSDCCH/8 Multiframet tttt t tftttt t t t tttt t ttft t t t tttt t tf s s s ssss ssf ss ss sssssss ssfsssstttt t tsft t t t tttt t tf t t t tttt t ttf t t t tttt ttDownlinkUplinkCHANNELS t = SDCCH/8 s = SACCH/4tt51 TDMA frames = 235 mss1.2.3.5.6.7.8.4.050杭州华星创业 莆田项目组CHANNEL CONFIGURATIONSFull

32、Rate Traffic Channel (TCH) Multiframet tttt t tftttttttt t ttft t t ttDownlink, UplinkCHANNELS t = TCH s = SACCH ts26 TDMA frames = 120 ms025杭州华星创业 莆田项目组课程内容第一章第一章 GSM工作频段工作频段第二章第二章 GSM网络结构网络结构第三章第三章 GSM网络接口与协议网络接口与协议第四章第四章 GSM信道结构信道结构第五章第五章 GSM编号计划编号计划第六章第六章 无线路径损耗和衰落无线路径损耗和衰落杭州华星创业 莆田项目组 1、移动台的国际身

33、份号码ISDN（MSISDN） 是在公用交换电话网编号计划中唯一地识别移动电话的鉴约号码。CCITT建议结构为： MSISDNCCNDCSN CC国家码即在国际长途电话通信网中的号码 NDC国内目的地码 SN用户号码 如139222234561392222便是NDC，前三位用于识别网号，后四位为HLR号码用于识别归属区.杭州华星创业 莆田项目组2、国际移动用户识别码（IMSI） 是唯一地识别GSM PLMN网中某一用户的信息。 IMSIMCCMNCMSIN MCC移动网的国家号码（中国460） MNC移动网号(移动00,联通01) MSIN移动台识别号 ，最长为15位。 3、移动台漫游号码（MSRN） 用于一次呼叫的路由选择。 MSRNCCNDCS