GSM系统基本原理培训材料课件

1、GSM系统基本原理培训材料课件移动通信2移动通信的概述GSM的系统介绍GSM 网络参数介绍移动通信3移动通信的定义GSM的发展历程及现状移动通信发展展望第三代移动通信系统介绍移动通信4移动通信是指通信双方或至少一方是处于移动中进行信息交流的通信.移动体之间的通信只能依靠无线电传输.那什么是无线通信呢？无线通信指利用电磁波的辐射和传播，经过空间传送信息的通信方式.电磁波是它的载体.移动通信5移动通信并不是一项很新的技术，但却是一项正在急剧发展的技术.20年代开始在军事及某些特殊领域使用（美国警察的车载无线电系统），40年代才逐步向民用扩展（美国所建第一个公用汽车 网）.移动通信经历了由模拟通信向

2、数字化通信的发展过程.目前，比较成熟的数字移动通信制式主要有泛欧的GSM，美国的ADC和日本的JDC（现改称PDC）.移动通信6其中，GSM的发展历程如下：202X年，欧洲邮电行政大会CEPT设立了“移动通信特别小组”即GSM，以开发第二代移动通信系统为目标.202X年，在巴黎，对欧洲各国经大量研究和实验后所提出的八个建议系统进行现场试验.202X年，GSM成员国经现场测试和论证比较，就数字系统采用窄带时分多址TDMA，规则脉冲激励长期预测(RPE-LTP)话音编码和高斯滤波最小频移键控(GMSK)调制方式达成一致意见.移动通信7202X年，十八个欧洲国家达成GSM谅解备忘录(MOU).202

3、X年，GSM标准生效.202X年，GSM系统正式在欧洲问世，网路开通运行.移动通信跨入第二代.202X年，系统命名为：Global System for Mobile（全球通）组织机构：Special Mobile Group202X年，Phase II规范202X年，全世界范围运行202X年，DCS1800商业运行202X年，引入微蜂窝的技术，GSM900/1800双网运行202X年已有109个国家239个运营者运营着超过4400万用户的GSM网络移动通信81G2G3G2.5G80s初80s末96年202X年无线通信系统时间GSMPDCD-AMPS IS-95AW-CDMACDMA202XT

4、D-SCDMAAMPSTACSNMTNTT GPRSIS-95B移动通信在今天的发展移动通信92G到3G移动通信技术的发展：GSM系列：GPRS（General Packet Radio Service）：是GSM网络过渡3G（第三代移动通讯）的第一步，能够将数据传送由今天9.6Kbps的速率逐步提升到每秒115Kbps的速度.它还不是真正的第三代移动通信系统.移动通信10GPRS的特点有：GPRS向用户提供从9.6kbps到多于150kbps的接入速率.GPRS支持多用户共享一个信道的机制(每个时隙允许最多8个用户共享)提高了无线信道的利用率在技术上提供了按数据量计费的可能GPRS支持一个用

5、户占用多个信道：提供较高的接入速率GPRS是移动网和IP网的结合：可提供固定IP网支持的所有业务移动通信11EDGE（Enhanced Data Rates for Global Evolution）：EDGE令网络容量及数据传送比GPRS更快，足有283Kbps.网络商只需在软硬件上作出少许相应改动，便可继续沿用现有GSM系统，去支持移动多媒体服务，完全符合低成本高效益的理念，能够与日后WCDMA制式共存.WCDMA（Wideband Code Division Multiple Access）：由GSM网络核心繁衍而来的WCDMA，数据传送可达到每秒2Mbit（室内）及384Kbps（移动

6、空间）的速率，采用5MHz（区别于窄带200KHz)的宽频网络. 移动通信12CDMA系列：cdmaOne（Code Division Multiple AccessOne）：属于CDMA第二代，能达到1.25MHz.cdma202X（Code Division Multiple Access202X）：cdma202X是从cdmaOne蜕变进化出来支援3G的一种制式.确保投资发展CDMA的网络商，能够简单及有效率地由cdmaOne过渡到3G进程.cdma202X第一阶段将提供每秒144Kbps的数据传送率，第二阶段支持每秒2Mbps的数据传送速率，是cdma发展3G的最终目标.移动通信132

7、02X年：CCITT提出FPLMTS（未来公众陆地移动通信系统）概念202X年：ITU正式成立TG8/1任务组，负责FPLMTS标准制定202X年： ITU召开WARC(世界无线通信系统会议)，对FPLMTS的频率进行了划分，使这次会议成为第三代移动通信标准制定中的里程碑第三代移动通信：如上述，不管通过GSM还是GPRS的方式，最终目标还是3G.3G在其制定过程也经历了一段相当的时间，包括ITU的IMT-202X和欧洲的UMTS.移动通信14202X年： ITU-T和ITU-R正式携手研究FPLMTS202X年：ITU将FPLMTS改为IMT-202X （国际移动电信系统 202X202X年2

8、02XMHz）202X年6月：ITU征集IMT-202X的无线接口技术方案202X年：方案评审，制定规范(包括无线接口标准)202X年：完善规范并制定网络部分标准移动通信15能实现全球漫游：用户可以在整个系统甚至全球范围内漫游 ，且可以在不同的速率、不同的运动状态下获得有服务质量的保证；能提供多种业务：提供话音、可变速率的数据、活动视频，特别是多媒体业务；能适应多种环境：可以综合现有的公众 交换网（PSTN）、综合业务数字网、无绳系统、地面移动通信系统、卫星通信系统、提供无缝隙的覆盖；足够的系统容量，强大的多种用户管理能力，高保密性能和服务质量.3G实现的目标：移动通信16为实现上述目标，对3

9、G无线传输技术提出了以下要求：高速传输以支持多媒体业务；室内环境至少2Mbit/s； 室内外步行环境至少384kbit/s； 室外车辆运动中至少144kbit/s； 卫星移动环境至少9.6kbit/s. 传输速率能够按需分配.上下行链路能适应不对称需求. 移动通信17目前3G的标准主要有：cdma202X 朗讯、摩托罗拉、北电、高通、三星等W-CDMA爱立信、诺基亚、西门子等TD-SCDMA中国提出移动通信18多址技术使众多的用户共用公共的通信线路.常用的使信号多路化的方法基本上有三种，它们分别采用频率、时间或代码分隔的多址连接方式，即人们通常所称的频分多址FDMA、时分多址TDMA和码分多址

10、CDMA三种接入方式.GSM系统采用了FDMA、TDMA方式.移动通信19FDMA是以不同的频率信道实现通信的.频分就是把整个可分配的频谱划分成许多单个无线电信道（发射和接收载频），每个信道可以传输一路话音或控制信息.模拟蜂窝系统是FDMA结构的一个典型例子，但GSM系统也采用了FDMA.移动通信20TDMA是以不同的时隙实现通信时分多址是指在一个宽带的无线载波上，将某一信道按时间加以分割，各信号按一定顺序占用某一时间间隙（时隙）.即多路信号利用同一个信道在不同时间各自独立地传送.移动通信21CDMA是以不同的代码序列实现通信的码分多址是一种利用扩频技术所形成的不同的码序列实现的多址方式.它不

11、像FDMA、TDMA那样把用户的信息从频率和时间上进行分离，它可在一个信道上同时传输多个用户的信息.其关键是信息在传输以前要进行特殊的编码，编码后的信息混合后不会丢失原来的信息.移动通信22当手机在小区内移动时，它的发射功率需要进行变化.当它离基站较近时，需要降低发射功率，减少对其它用户的干扰，当它离基站较远时，就应该增加功率，克服增加了的路径衰耗.所有的GSM手机都可以以2dB 为一等级来调整它们的发送功率，GSM900 移动台的最大输出功率是8W（规范中最大允许功率是20W，但现在还没有20W的移动台存在）.DCS1800移动台的最大输出功率是1W.相应地，它的小区也要小一些.移动通信23

12、l延长电池寿命l降低网络干扰l包括上行功控和下行功控l功率控制基于电平和质量lBSC、BTS是判决者BCCH载频不参加载频不参加功率控制功率控制时间时间信号信号电平电平目标电平值：目标电平值：e.g. -85 dBm移动通信24移动通信系统是采用一个叫基站的设备来提供无线服务范围的.基站BTS的覆盖范围有大有小，我们把基站BTS的覆盖范围称之为蜂窝，即小区CELL.采用大功率的基站主要是为了提供比较大的服务范围，但它的频率利用率较低，也就是说基站提供给用户的通信通道比较少，我们也称之为大区制.采用小功率的基站主要是为了提供大容量的服务范围，同时它采用频率复用技术来提高频率利用率，有限的频率得到

13、多次使用，所以系统的容量比较大，这种方式称之为小区制或微小区制.移动通信25频率复用指处在不同地理位置（不同的小区）上的用户可以同时使用相同频率的信道.频率复用系统可以极大地提高频谱效率. 但如果系统设计得不好，将产生严重的干扰.同频干扰（C/I）： 因频率复用造成的相邻小区相同频率对信道的干扰.GSM要求C/I=9DB.邻频干扰（C/A）：小区内外相邻频率产生的干扰.GSM要求C/A=-9DB.移动通信26频率复用方案：在系统的作用区域内重复使用相同的频率这种频率复用方案使整个频谱分配被划分为K个频率复用的模式.如K可取3、4、7等值.公式：(D/R)2=3K D：频率复用距离 R：小区半径

14、 K：频率复用模式移动通信27注意：从理论上来说，K应该大些，但分配的信道总数是固定的.如果K太大，则K个小区中分配给每个小区的信道数将减少，中继效率就会降低.小区复用模式图移动通信28特性 GSM900 DCS1800发射频带(MHz) 基 站 935960 18051880移动台 890915 17101785 (带宽25M) (带宽75M)双工间隔 45MHZ 95MHZ射频带宽 200KHZ 200KHZ射频双工信道总数 124 374小区半径（Km）最小 0.5 0.5最大 35 35多址方式 TDMA TDMA调制 GMSK GMSK传输 速率（kbps） 270.833 270.

15、833编码算法 RPE-LTP RPE-LTP信道编码 具有交织脉冲检错 具有交织脉冲检错 和1/2编码率卷积码 和1/2编码率卷积码每载频信道数 全速率 8 8半速率 16 16 移动通信2945MHz双工间隔基站发射频率基站接收频率2MHz保护频带960905890880872950935925917915GSMTACS/GSMEGSMETACS移动通信30基站发射频率基站接收频率2MHz保护频带18801805178590MHz双工间隔1710DCS1800移动通信31GSM900主频段（主频段（P-GSM）w上行：890MHz-915MHz（移动台发，基站收）w下行：935MHz-96

16、0MHz（基站发，移动台收）GSM扩展频段（扩展频段（E-GSM）w上行：880MHz-890MHz（移动台发，基站收）w下行：925MHz-935MHz（基站发，移动台收）DCS1800频段频段w上行：1710MHz-1785MHz（移动台发，基站收）w下行：1805MHz-1880MHz（基站发，移动台收）移动通信32GSM900的频段分配：工作带宽为25MHz，载频间隔200KHz，共124个频点，中国移动用1-95频点，中国联通用96-124频点 DCS-1800 的频率分配：双工间隔为95MHz，工作带宽为75MHz，载频间隔为200KHz，频点512885，共374个频点 。其中：

17、 中国移动：上行17101725MHz、下行18051820MHz；暂 空：上行17251745MHz、下行18201840MHz；中国联通：上行17451755MHz、下行18401850MHz；中国电信：上行17551785MHz、下行18501880MHz。频点：512-587频点：687-762移动通信33GSM系统结构NSS 是整个系统的核心，它与GSM 移动用户之间及移动用户与其它通信网用户之间通信起着交换、连接与管理的作用。主要负责完成呼叫处理、通信管理、移动管理、安全性管理、用户数据和设备管理、计费记录处理、信令处理等BSS 是GSM系统中与无线蜂窝方面关系最直接的基本组成部分

18、，它通过无线接口直接与移动台相连，负责无线信息的发送接收、无线资源管理及功率控制等；同时，它与NSS相连，实现移动用户间或移动用户与固定网络用户之间的通信连接，传送系统信息和用户信息等；当然，也要与操作支持子系统OSS之间实现互通。OSS完成移动用户管理、移动设备管理、系统的操作与维护。BSC 基站控制中心BTS 基站收发信台MSC 移动交换中心VLR 拜访位置寄存器HLR 归属位置寄存器AUC 鉴权中心EIR 设备识别寄存器OMC 操作维护中心NMC 网络管理中心PSTN 公用电话网PDN 公用数据网ISDN 综合业务数字网BSCBTSBSSOMCNMCOSSNSSMSC/VLRHLR/AU

19、CEIRPSTNISDNPDNGSM 系统结构图移动通信34GSM系统结构PSTNOMCOMCNMCOMSSIMMEMSBTSBTSBTSBTSBSCBSCAUmMSCMSCMSCMSCVLRVLRVLRVLRHLRHLRAUCAUCEIREIRBCEFGHDNSSNSSBSSBSSNSS移动通信35系统接口A A接口：接口：MSCMSC与与BSCBSC间的接口间的接口AbisAbis接口：接口：BSCBSC与与BTSBTS间的接口间的接口UmUm接口：接口：BTSBTS与与MSMS间的接口间的接口C C接口：接口：MSCMSC与与HLRHLR间的接口间的接口D D接口：接口：HLRHLR与与

20、VLRVLR间的接口间的接口E E接口：接口：MSCMSC与与MSCMSC间的接口间的接口G G接口：接口：VLRVLR与与VLRVLR间的接口间的接口移动通信36各模块功能（一）vMS (Mobile Station)：移动台，实现移动终端功能vBTS (Base Transceiver Station)：基站收发信台，实现移动通信系统与MS之间的无线通信vBSC (Base Station Controller)：基站控制器，实现无线系统到交换系统的集线功能、无线资源管理功能以及其它与无线相关的控制功能vMSC (Mobile service Switching center)：移动业务交

21、换中心，实现移动业务交换功能vOMC (Operation and Maintenance Center)：操作维护中心，提供人机界面实现对系统设备的监测和控制功能移动通信37各模块功能（二）vHLR (Home Location Register)：归属位置登记处。实际上是一个数据库，主要储存二类数据：用户数据，主要包括：v用户的身份IMSI (International Mobile Subscriber Identification)v用户ISDN号码vVLR地址用户的位置信息vVLR (Visitor Location Register)：拜访位置登记处。实际上是一个数据库，储存用户信

22、息，主要包括：MSRN (Mobile Station Roaming Number) : 移动台漫游号码TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identification) : 临时移动用户身份移动台登记的位置区（LAC）与补充业务有关的数据有关用户数据在GSM03.08中描述移动通信38各模块功能（三）vAUC (Authenticate Center) : 鉴权中心，用于对用户身份的鉴别vEIR (mobile station Equipment Identity Register) : 移动台设备身份登记处，用于储存及鉴别移动台的设备身份。移动通信39通信

23、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移动通信40UmAbisABTSBSCMSCL1L2L3MSTDMALAPDmRRMMCMTDMAPCMLAPDmLAPDRRBTSMPCMLAPDRRBTSMPCMBSSMAPSCCPMTPPCMBSSMAPSCCPMTPMMCMMSTDMA : Time Division Multiple AccessLAP

24、Dm: Link Access Protocol for Dm ChannelRR : Radio ResourceMM : Mobility ManagementCM : Connection ManagementPCM : Pulse Code ModulationLAPD : Link Access Protocol for D channelBTSM : Base Transceiver Station ManagementMTP : Message Transfer PartSCCP : Signalling Connection & Control PartBSSMAP:

25、Base Station System Mobile Application PartL1 : Layer 1L2 : Layer 2L3 : Layer 3GSM系统信令结构移动通信41 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制信道通用控制信道(CCCH)话音信道话音信道 (TCH)FCCHSCHBCCH(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

26、用信道 (DCH)逻辑信道逻辑信道移动通信42FCCHSCHBCCHPCHAGCHBCCHCCCH通用通用信道信道SDCCHSACCHFACCHTCH/FTCH/HDCCHTCH专用专用信道信道下行逻辑信道下行逻辑信道移动通信43RACHCCCH通用通用信道信道SDCCHSACCHFACCHTCH/FTCH/HDCCHTCH专用专用信道信道上行逻辑信道上行逻辑信道移动通信44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FCC

27、HSCHBCCHPCHRACHAGCHSDCCHSDCCHTCHFACCH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闲状态空闲状态移动通信45/频率校正信道（FCCH，下行信道，广播方式，每小区一个） 为了保证移动台和基站能够正确的接收对方的信息，必须保证移动台和基站的频率一致，即移动台的接收频率与基站的发射频率一致，移动台的发射频率和基站的接收频率一致。在GSM系统中，由于一个基站要同时和若干移动台进行通信，因此采用主从同步方式，以基站的频率为基准，基站在频率校正信道上发送频率信息，移动台根据该信息调整自己的频率，保持自己的频率与基站同步。移动通信46/同步信道（SCH，下行信道，广

28、播方式，每小区一个） 由于Um接口采用TDMA方式，为了保证移动台和基站能够正确的接收对方的信息，必须保证移动台和基站的时间基准一致。基站在同步信道上发送定时信息，移动台根据该信息调整自己的时间基准，保持自己的时间基准与基站同步。刚才最后一响，是北京时间一点整。基站的时间基准移动台A的时间基准移动台B的时间基准实际发送的是缩减帧号（RFN）和基站识别号（BSIC）移动通信47/广播信道（BCCH，下行信道，广播方式） 通过在广播信道上广播系统消息1-4，将必要的网络参数通知移动台。/随机接入信道（RACH，上行信道，多点对点方式） 该信道又称争抢信道。移动台首先通过该信道申请接入网络。由于同时

29、可能有多个移动台会通过该信道申请接入网络，因此可能会发生碰撞。在该信道传递的信息有以下三个：1. 接入原因（主叫、被叫、位置更新等）2. 随机参考值3. 发送该消息的时刻（隐含）移动通信48/准许接入信道（AGCH，下行信道，点对多点方式） 网络通过该信道对移动台在RACH上提出的接入申请进行初步确认，若为正确，则分配一个（独立专用控制）信道给移动台，以便进行进一步确认。在该信道传递的信息有以下两个：1. 接入申请中的接入原因、随机参考值和该消息发送的时刻2. 对独立专用控制信道的描述（该信道所在绝对载频号、时隙号、子信道号等）移动通信49/寻呼信道（PCH，下行信道，点对多点方式） 该信道用

30、于网络发送寻呼消息，以通知被叫移动台启动寻呼流程。在该信道传递的信息有以下三个：1. 被寻呼的移动台身份识别号2. 寻呼模式3. 寻呼流程需要何种信道移动通信50/独立专用控制信道（SDCCH，双向信道，点对点方式） 该信道主要用于在网络和移动台间传送用于呼叫接续所需要的信令。/快速随路控制信道（FACCH，双向信道，点对点方式） 该信道主要用于在通话过程中在网络和移动台间传送信令。该信道实际上是临时借用TCH信道。移动通信51/慢速随路控制信道（SACCH，双向信道，点对点方式） 该信道主要用于传送一些辅助信息。该信道始终与SDCCH或TCH伴随在一起。对于下行信道而言，主要传送：功率控制命

31、令时间调整命令必要的网络参数（通过系统消息如系统消息5和6，由于移动台在非空闲模式下无法接收系统消息，为使移动台及时了解网络参数的改变）。对于上行信道而言，主要传送测量报告（用于提供功率控制和切换所必须的信息）实际使用的发射功率、实际使用的时间调整量移动通信52/业务信道（TCH，双向信道，点对点方式） 该信道主要在网络和移动台间传送业务（包括话音、数据等）。移动通信53/所谓物理信道，是指一个时隙（约577us，156.25个比特）。/所谓逻辑信道，是指GSM04.03中描述的信道。/所谓逻辑信道到物理信道的映射，是指一个物理信道（时隙）要承载若干逻辑信道。只有一些特定的逻辑信道才能组合在一

32、起（信道组合），在一个物理信道上承载。这些逻辑信道必须根据某种规则复用在一个物理信道上，这种规则是建立在TDMA帧结构上的。移动通信54频率频率200kHzBP15/26ms隙缝隙缝时间时间移动通信55204720462101个超高帧2048个超帧012345671个帧8个时隙0252410504911个复帧26个帧1个复帧51个帧0504910252411个超帧51个复帧1个超帧26个复帧移动通信56TCH/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+SC

33、H+BCCH+CCCH+SDCCH/4+SACCH/4(组合BCCH)BCCH+CCCH（扩展BCCH）SDCCH/8+SACCH/C8（主SDCCH）+FACCH/851帧复帧移动通信57位置区：是指移动台可任意移动不需要进行位置更新的区域。位置区可由一个或若干个小区（或基站区）组成。为了呼叫移动台，可在一个位置区内所有基站同时发寻呼信号 MSC：是由一个移动业务交换中心所控制的所有小区共同覆盖的区域构成PLMN网的一部分。一个MSC区可以由一个或若干个位置区组成 移动通信58MCCMNCLACCILAICGIMCC: Mobile Country CodeMNC: Mobile Netwo

34、rk CodeLAC: Location Area CodeCI : Cell IdentificationLAI: Location IdentificatoinCGI: Cell Global Identification移动通信59NCCBCCBSICNCC: Network Colour CodeBCC:Base station Colour CodeBSIC:Base Staion Identification CodeNCC-PLMN色码。用来唯一地识别相邻国家不同的PLMN BCC-BTS色码。用来唯一地识别采用相同载频、相邻的、不同的BTS 移动通信60 移动台收到SCH后，即认为已同步于该小区。但为了正确地译出下行公共信令信道上的信息，移动台还必须知道公共信令信道所采用的训练序列码（TSC）。按照GSM规范的规定，训练序列码有八种固定的格式，分别用序号07表示。每个小区的公共信令信道所采用的TSC序列号由该小区的BCC决定。因此：BSIC的作用之一是通知移动台本小区公共信令信道所采用的训练序列号。移动通信