网络设计_GSM基本原理

1、学习目标学习目标学习完此课程，您将会：掌握GSM系统系统组成及主要接口。了解GSM系统相关关键技术。了解基本呼叫流程。了解移动组网方式。掌握GSM系统编号计划。课程内容课程内容移动 通信发展史GSM通信系统组成GSM通信系统关键技术呼叫流程移动通信组网方式 移动通信发展史第一代(80年代)模拟第三代(2000) IMT-2000第二代(90年代)GSM900/1800/1900CDMA IS-95TDMA IS-136PDC NMT AMPS TACS J-TACS 其他移动通信发展史第一代第一代模拟移动电话系统模拟移动电话系统n各系统间没有公共接口。各系统间没有公共接口。n无法与固定网迅速向

2、数字化推进相适应，数字承载业务很难开展。无法与固定网迅速向数字化推进相适应，数字承载业务很难开展。n频率利用率低，无法适应大容量的要求。频率利用率低，无法适应大容量的要求。n安全性差，易于被窃听，易做安全性差，易于被窃听，易做假机假机。移动通信发展史 第二代第二代数字移动通信系统数字移动通信系统 由于TACS等模拟制式存在的各种缺点，90年代开发出了以数字传输、时分多址和窄带码分多址为主体的移动电话系统，称之为第二代移动电话系统。n频谱利用率频谱利用率,系统容量最大系统容量最大 n用户能获得多种服务用户能获得多种服务(话音或非话音服务话音或非话音服务)n能自动漫游能自动漫游n话音质量比第一代好

3、话音质量比第一代好n保密性好保密性好n与与ISDN、PSTN等的互连等的互连移动通信发展史第三代第三代IMT-2000IMT-2000 第三代移动通信系统是一个综合现有移动电话系统功能和提供多种服务的综合业务系统n包含多种系统；包含多种系统；n世界范围设计的高度一致性；世界范围设计的高度一致性；nIMT-2000内业务与固定网络的兼容；内业务与固定网络的兼容；n高质量；高质量；n世界范围内使用小型便携式终端。世界范围内使用小型便携式终端。 W-CDMA 由欧洲和日本提出 CDMA2000 由美国提出 TD-SCDMA 由中国提出中国蜂窝移动通信的现状及发展 我国自从1992年在嘉兴建立和开通第

4、一个GSM演示系统，并于1993年9月正式开放业务以来，全国各地的移动通信系统中大多采用GSM系统，使得GSM系统成为目前我国最成熟和市场占有量最大得一种数字蜂窝系统。课程内容课程内容移动 通信发展史GSM通信系统组成GSM通信系统关键技术呼叫流程移动通信组网方式 GSM系统框图MS:移动台BTS：基站收发信机BSC：基站控制器SC：短消息中心OMC：操作维护中心MSC：移动业务交换中心HLR：归属位置寄存器AUC：鉴权中心VLR：拜访位置寄存器EIR：设备识别寄存器GSM系统构成*操作维护子系统(OSS)*网络子系统(NSS)MSCVLRHLRAUCEIR*基站子系统(BSS)BSCBTS*

5、移动台系统(MS)SIM卡裸机GSM用户外部网络OSSNSSBSSMS交换网络子系统（NSS） NSS主要完成交换功能和客户数据与移动性管理办法,安全性管理所须数据库功能移动业务交换中心(MSC):是网络的核心部分是网络的核心部分, ,对移动用户及在固定网络对移动用户及在固定网络用户提供呼叫的交换功能用户提供呼叫的交换功能. .它提供交换功能，完成移动用户寻呼接入、它提供交换功能，完成移动用户寻呼接入、信道分配、呼叫接续、话务量控制、计费、基站管理等功能，并提信道分配、呼叫接续、话务量控制、计费、基站管理等功能，并提供面向系统其它功能实体和面向固定网（供面向系统其它功能实体和面向固定网（PST

6、NPSTN、ISDNISDN等）的接口功等）的接口功能。作为网络的核心，能。作为网络的核心，MSCMSC与网络其他部件协同工作，完成移动用户与网络其他部件协同工作，完成移动用户位置登记、越区切换和自动漫游、合法性检验及频道转接等功能。位置登记、越区切换和自动漫游、合法性检验及频道转接等功能。 MSCMSC处理用户呼叫所需的数据三个数据库处理用户呼叫所需的数据三个数据库.(HLR .(HLR 、VLR AUC).MSCVLR AUC).MSC根根据用户当前位置和状态信息更新数据库据用户当前位置和状态信息更新数据库. .交换网络子系统（NSS）n归属位置寄存器(HLR):存储与移动用户有关的数据存

7、储与移动用户有关的数据,所有移动用户所有移动用户都在这数据库中存储相关的数据都在这数据库中存储相关的数据.(静态数据静态数据)。一个。一个HLR能够控制能够控制若干个移动交换区域或整个移动通信网，若干个移动交换区域或整个移动通信网，所有用户的重要的静态数据都存贮在HLR中，包括移动用户识别号码、访问能力、用户类别和补充业务等数据。HLR还存储且为还存储且为MSC提供移动台实际漫提供移动台实际漫游所在的游所在的MSC区域的信息（动态数据），区域的信息（动态数据），这样就使任何入局呼叫立即按选择的路径送往被叫用户。交换网络子系统（NSS） 拜访位置寄存器(VLR):存储所有进入覆盖区的移动用户的信

8、息存储所有进入覆盖区的移动用户的信息, ,允允许许MSCMSC去建立呼叫去建立呼叫. .可把它看成动态用户数据库可把它看成动态用户数据库. VLR. VLR从移动用户的从移动用户的归属位置寄存器（归属位置寄存器（HLRHLR）处获取并存储必要的数据，一旦移动用户）处获取并存储必要的数据，一旦移动用户离开该离开该VLRVLR的控制区域，则重新在另一个的控制区域，则重新在另一个VLRVLR登记，原登记，原VLRVLR将取消临将取消临时记录的该移动用户数据。时记录的该移动用户数据。 VLR的功能的功能q 用户数据的检索用户数据的检索 q IMSI附着附着/分离分离q 位置登记位置登记q 鉴权鉴权q

9、MSRN的分配的分配q 切换号码分配切换号码分配q TMSI的分配的分配交换网络子系统（NSS）n鉴权中心(AUC):用于产生为确定移动用户的身份和对呼叫保密所需鉴权用于产生为确定移动用户的身份和对呼叫保密所需鉴权, , 加密的三参数加密的三参数(RAND,SRES,Kc)(RAND,SRES,Kc)的功能实体的功能实体n移动设备识别寄存器(EIR):也是一个数据库也是一个数据库, ,存储有关移动台设备参数存储有关移动台设备参数. . AUC属于HLR的一个功能单元部分，专用于GSM系统的安全性管理。鉴权中心（AUC）存储着鉴权信息与加密密钥，用来进行用户鉴权及对无线接口上的话音、数据、信令信

10、号进行加密，防止无权用户接入和保证移动用户通信安全。 EIR存贮着移动设备的国际移动设备识别号（IMEI），通过核查白色清单、黑色清单、灰色清单这三种表格，分别列出准许使用、出现故障需监视、失窃不准使用的移动设备识别号（IMEI）。运营部门可据此确定被盗移动台的位置并将其阻断，对故障移动台能采取及时的防范措施。基站子系统（BSS）nBSS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,它主要完成无线发送接受和无线资源管理等功能.n基站子系统基站子系统BSSBSS在在GSMGSM网络的固定部分和无线部分之间提供中继，一方面网络的固定部分和无线部分之间提供中继，一方面BSSBSS

11、通过无线通过无线接口直接与移动台实现通信连接，另一方面接口直接与移动台实现通信连接，另一方面BSSBSS又连接到网络端的移动交换机。又连接到网络端的移动交换机。nBSSBSS可分为两部分。通过无线接口与移动台相连的基站收发信台（可分为两部分。通过无线接口与移动台相连的基站收发信台（BTSBTS）和另一侧与交）和另一侧与交换机相连的基站控制器（换机相连的基站控制器（BSCBSC），），BTSBTS负责无线传输、负责无线传输、BSCBSC负责控制与管理。负责控制与管理。nBSSBSS是由一个是由一个BSCBSC与一个或多个与一个或多个BTSBTS组成的，一个基站控制器根据话务量需要可以控制组成的，

12、一个基站控制器根据话务量需要可以控制数十个数十个BTSBTS。BTSBTS可以直接与可以直接与BSCBSC相连，也可通过基站接口设备相连，也可通过基站接口设备BIEBIE与远端的与远端的BSCBSC相连。相连。基站子系统还应包括码型变换器（基站子系统还应包括码型变换器（TCTC）和子复用设备（）和子复用设备（SMSM）基站子系统（BSS）TC码型变换器码型变换器 TransCoderSM子复用子复用 SubMultiplexingBIE基站接口设备基站接口设备 Base station Interface Equipment基站子系统（BSS）n基站控制器(BSC):具有对一个或多个具有对一个

13、或多个BTSBTS进行控制的功能进行控制的功能, ,位于位于MSC与与BTS之间，之间，是基站子系统（是基站子系统（BSS）的控制和管理部分，负责完成无线网络管理、无线资源）的控制和管理部分，负责完成无线网络管理、无线资源管理及无线基站的监视管理，控制移动台与管理及无线基站的监视管理，控制移动台与BTS无线连接的建立、接续和拆除无线连接的建立、接续和拆除等管理，控制完成移动台的定位、切换及寻呼，等管理，控制完成移动台的定位、切换及寻呼，是个很强的业务控制点是个很强的业务控制点. .n基站收发信机(BTS):无线接口设备无线接口设备, ,它完全由它完全由BSCBSC控制控制, ,主要负责无线传输

14、主要负责无线传输, ,完成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包括无线收发信机和天线，此外还有与无线接口相关的信号处理电路。信包括无线收发信机和天线，此外还有与无线接口相关的信号处理电路。信号处理电路将实现多址复用所需的帧和时隙的形成和管理，以及为改善无线传号处理电路将实现多址复用所需的帧和时隙的形成和管理，以及为改善无线传输所需的信道编、解码和加密、解密，速率适配等功能。输所需的信道编、解码和加密、解密，速率适配等功能。移动台（MS） 移动台是GSM系统的用户设备，可以是车载台、便携台和手持机。它包括移动终

15、端和用户识别卡(SIM).n移动终端:完成话音编码完成话音编码 信道编码信道编码 信息加密信息加密 信息的调制和解调信息发送信息的调制和解调信息发送和接受和接受.n用户识别卡(SIM):是一种智能卡是一种智能卡,存有认证用户身份所需的所有信息存有认证用户身份所需的所有信息,以防止以防止非法用户进入网络非法用户进入网络.操作维护子系统（OSS/OMC） OMC主要是对整个GSM网络进行管理和监控，主要是一个软件系统。 OMC用于BSC/BTS、MSC、VLR、HLR、AUC和EIR的操作与维护，对整个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。 具体实

16、现时，OMC可分为OMCS（NSS）和OMCR（BSS）。 OMC的任务主要 网络运行和维护 移动设备管理注册管理和计费n短消息中心（短消息中心（SC）：可开放）：可开放端到端的端到端的短消息短消息业务业务GSM系统中的接口 UmE FABisAQ CBND M N MSMM BTS BSC PSTN ISDN PSDN MSC EIR MSC VLR HLR AUC MC MC SME SME VLR GGSM系统中的主要接口nUm接口：空中接口空中接口,是移动台是移动台MS和基站系统和基站系统BSS之间的之间的接接 口口nA接口：BSC与与MSC间接口，用于在间接口，用于在MSC和和BSC

17、之间传送之间传送 BSS管理、呼叫控制、移动性管理等信息管理、呼叫控制、移动性管理等信息nAbis接口：BTS与与BSC间接口，用于间接口，用于BSC和和BTS间传送间传送BTS管理、无线资源控制、频率分配等信息管理、无线资源控制、频率分配等信息nNSS中的内部接口中的内部接口课程内容课程内容移动 通信发展史GSM通信系统组成GSM通信系统关键技术呼叫流程移动通信组网方式 GSM通信系统关键技术3.1 3.1 工作频段的分配工作频段的分配3.2 3.2 多址技术多址技术3.3 3.3 话音编码技术话音编码技术3.4 3.4 数字调制和解调技术数字调制和解调技术3.5 3.5 信道编码与交织技术

18、信道编码与交织技术3.6 3.6 分集与自适应均衡技术分集与自适应均衡技术3.7 3.7 话音控制与功率控制技术话音控制与功率控制技术 3.8 3.8 越区切换与漫游技术越区切换与漫游技术工作频段的分配GSM900 GSM900 工作的无线频率分别为：工作的无线频率分别为：上行频率上行频率 890915MHz 890915MHz 下行频率下行频率 935960MHz935960MHz 双工间隔为双工间隔为45MHz45MHz，工作带宽为，工作带宽为25MHz25MHz，载频间隔，载频间隔200KHz200KHzGSM1800：工作的无线频率分别为：上行频率:1710-1785MHz 下行频率1

19、805-1880MHz双工间隔为95MHz，工作带宽为75MHz，载频同隔为200KHz频道编号GSM900GSM900系统的频道编号为：系统的频道编号为：P-GSM900 Fu(n) = 890 + 0.2P-GSM900 Fu(n) = 890 + 0.2 n MHzn MHz(u:uplink d:downlink)(u:uplink d:downlink) Fd(n) = Fu(n) + 45 MHz Fd(n) = Fu(n) + 45 MHz 1 1 n n 124 124n n值称为绝对射频频道号（值称为绝对射频频道号（ARFCNARFCN），通常第），通常第1 1和第和第124

20、124频道作为系统保护频频道作为系统保护频道不予使用。道不予使用。 DCS1800DCS1800系统的频道编号为：系统的频道编号为： Fu(n) = 1710.2 + 0.2Fu(n) = 1710.2 + 0.2 (n-512) MHz(n-512) MHz Fd(n) = Fu(n) + 95 MHz Fd(n) = Fu(n) + 95 MHz 512 512 n n 885 885多址技术(1)多址技术（多路复用）：利用一对线路同时传输两路或两路以上的话音信号且互不干扰1.频分多址（频分多址（FDMA）：）：在频域中一个相对窄带信道里，信号功率被集中起来传输，不同信号被分配到不同频率的

21、信道，发往和来自邻近信道的干扰用带通滤波器限制，这样在规定的窄带信道里只能通过有用信号的能量而任何其他频率的信号被排斥在外。 FDMA的特点：*每路一个载频，每个频道只传一路话音 *连续传输 *基站需要相当多的共同设备（每个载频单路设计）多址技术(2)2.时分多址（时分多址（TDMA）：）：一个信道由一连串周期性的时隙构成，不同信号能量被分配到不同的时隙里，利用定时选通来限制邻近信道的干扰，从而只让在规定时隙中有用的信号通过。TDMA的特点 *有效地提高频谱利用率 *减少基站工作波道数 *适应非话业务的传输 *发射信号速率随着用户数时隙的增大而提高 *系统的同步是关键GSM数字移动通信系统中采

22、用TDMA/FDMA方式每个频道宽度:200KHz每个频道: 8个时隙 多址技术(3)3.码分多址（码分多址（CDMA）：）：是每一个信号被分配一个伪随机二进制序列进行扩频，不同信号能量被分配到不同的伪随机序列。在接收机里，信号用相关器加以分离，这种相关器只接收选定的二进制序列并压缩其频谱，凡不符合该二进制序列的信号就不压缩带宽。结果只有有用信号的信息才被识别和提取出来。CDMA的特点 *系统容量大 *话音质量高 *软越区切换 *衰落影响小用户2用户3用户1CDMACDMA频率时间码话音编码技术在数字移动通信中,发送端必须把模拟话音转换成数字信号,接受端将数字信号还原为模拟话音。话音编码器的类

23、型：波形编码器、声码器、混合编码器GSM采用编码器是长期线性预测规则脉冲激励（RPELTP）编码器话音编码器的输出比特速率是：13Kbit/SMOS近似4 MOS:平均评价得分（Mcan Opinion Score)MOS5.0MOS5.0：广播质量，最高级话音质量；：广播质量，最高级话音质量；MOS4.0MOS4.0：长途质量，接近透明编码；：长途质量，接近透明编码；MOS3.5MOS3.5：通信质量，能听出质量有所下降，但可以正常通信；：通信质量，能听出质量有所下降，但可以正常通信；MOS3.0MOS3.0及以下：合成质量；及以下：合成质量；3.03.0仍具有一定的自然度和较好的可懂度，仍

24、具有一定的自然度和较好的可懂度，2.52.5只能保持一定的可懂度，自然度已基本失去。只能保持一定的可懂度，自然度已基本失去。数字调制和解调技术调制的作用是把消息置入消息载体，便于传输或处理。在通信系统中为了适应不同的信道情况（如数字信道或模拟信道、单路信道或多路信道等）,常常要在发信端对原始信号进行调制,得到便于信道传输的信号，然后在收信端完成调制的逆过程-解调，还原出原始信号。 数字调制的基本方式 *移幅键控（ASK） *移频键控（FSK） *移相键控（PSK） GSM数字移动通信系统中采用GMSK（高斯最小移频键控）调制指数：0.3,在200KHz带宽中,传输270.8Kbit/S的数字信

25、号GSM/EDGE调制技术nGSMGSM系统目前采用的调制方式为系统目前采用的调制方式为GMSKGMSK，其归一化带宽BT=0.3。调制速率为270.833kbit/s。中心频率间隔200KHz.GMSK调制是在下述两者之间的折中：相当高的无线频谱效率（1bit/Hz数量级）和合理的解调复杂性。需要指出的是200KHz的信道间隔的选择会导致两个相邻频率调制谱之间不可忽视的交叠，因此在频率规划中必须考虑到邻道干扰，小区内不使用相邻频道。nGSM系统为了提高数据传输速率，采用了新的调制方案：系统为了提高数据传输速率，采用了新的调制方案：EDGE（Enhanced rates for GSM Evo

26、lution）。）。EDGE方案中采用方案中采用8PSK调制，调制，8PSK调制也是衡包络调制，每个符号可携带3比特信息，因此调制，因此调制速率基本是速率基本是GMSK调制的调制的3倍。倍。解调n经过空间传播，接收到的信号是与发射信号之间存在差别，差别在于：接经过空间传播，接收到的信号是与发射信号之间存在差别，差别在于：接收信号中包含同频干扰、多径干扰、杂散信号和噪声等。解调器必须从接收信号中包含同频干扰、多径干扰、杂散信号和噪声等。解调器必须从接收到的失真信号中估计出可能性最大的调制数据序列，因此每个突发脉冲收到的失真信号中估计出可能性最大的调制数据序列，因此每个突发脉冲中要包含定标信号，接

27、收机可以预先知道这个定标信号，中要包含定标信号，接收机可以预先知道这个定标信号，GSMGSM中采用训练中采用训练序列，训练序列使得接收机可以估计传播引起的信号失真。序列，训练序列使得接收机可以估计传播引起的信号失真。nGSMGSM规范没有限制采用那一种解调算法，但规定了通过信道译码纠错后测规范没有限制采用那一种解调算法，但规定了通过信道译码纠错后测量的总体性能指标。一个重要的限制是算法必须能处理间隔量的总体性能指标。一个重要的限制是算法必须能处理间隔1616 s s（约（约4 4比比特宽度）接收到的两个功率相等的多径信号。在这种情况下的字符间干扰特宽度）接收到的两个功率相等的多径信号。在这种情

28、况下的字符间干扰与调制本身引入的字符间干扰相比较，有惊人的增加，因而采用均衡是比与调制本身引入的字符间干扰相比较，有惊人的增加，因而采用均衡是比不可少的。不可少的。解调n适用于移动通信的均衡器一般有两种：判决反馈均衡器适用于移动通信的均衡器一般有两种：判决反馈均衡器DFEDFE和最大似然和最大似然序列估计器序列估计器MLSEMLSE。DFEDFE存在误码扩散问题，其性能比存在误码扩散问题，其性能比MLSEMLSE略差。略差。nMLSEMLSE一般采用维特比（一般采用维特比（ViterbiViterbi）算法，它的优点是算法能适用于卷积）算法，它的优点是算法能适用于卷积码的最大似然译码，并有可能

29、采用共同的部件实现解调和译码。码的最大似然译码，并有可能采用共同的部件实现解调和译码。n维特比解调是一种最大似然技术，它在考虑可能信号的一些假设及噪声维特比解调是一种最大似然技术，它在考虑可能信号的一些假设及噪声统计特性的基础上，要找到最有可能的发射序列。统计特性的基础上，要找到最有可能的发射序列。信道编码 信道编码：信道编码：就是在数字信号进行射频调制进入信道之前进行的编码.目的在于使信号在接收端能够检出或纠正信道中各种干扰引起的误码.信道编码又称为差错编码 为了发现或纠正差错为了发现或纠正差错, ,采用增加采用增加冗余度冗余度的方法进行信道编码的方法进行信道编码 若发送信息: 1 0 0

30、1 1 0 信道编码后:1111,0000,0000,1111,1111,0000收到的码组可能是:1111,0010,1000,0110,1110,0000 判决结果: 1 0 0 X 1 0交织技术 交织技术交织技术:就是把信息码在发端加以排列组合,使信息码相互穿插交织后发送到信道中去.接收端进行去交织,恢复成原始的码序列.目的是将冲击差错转换成随机差错,再用信道编码的方法来进行纠正。解交织与信道译码n解交织是交织的逆过程，并不复杂。解交织是交织的逆过程，并不复杂。n信道译码是信道编码的逆过程。信道译码是信道编码的逆过程。GSM协议未规定信道译码的方法，具体译协议未规定信道译码的方法，具体

31、译码方法由厂家自己决定。码方法由厂家自己决定。n信道编码分为外码编码和内码编码，因此译码时应先进行内码译码，然后信道编码分为外码编码和内码编码，因此译码时应先进行内码译码，然后进行外码译码。内码译码可采用进行外码译码。内码译码可采用Viterbi译码方法，外码可采用捕错译码方法。译码方法，外码可采用捕错译码方法。分集技术 为了减少由多径引起的系统性能降低，GSM系统BTS在无线接口采用分集接收技术，即接收处理部分有两套，接收两路不同的信号。分集技术分集技术:就是把各个分支的信号,按照一定的方法再集合起来变害为利.把收到的多径信号先分离成互不相关的多路信号,由少变多,在将这些信号的能量合并起来,

32、由多变少,从而改善接收质量.分集技术包括分集技术包括:时间分集时间分集,空间分集空间分集,频率分集频率分集,极化分集等极化分集等空间分集的两路信号来自不同的接收天线。极化分集的两路信号来自两个极化方向。自适应均衡技术 自适应均衡技术自适应均衡技术:接收端在信道均衡器中产生与信道特性相反的特性,抵消信道产生的干扰,从而正确的判决和恢复有用信号 目前将分集接受和自适应均衡技术组合在一起,以便同时对抗平坦衰落和码间干扰话音控制与功率控制 话音控制：话音控制：就是采用非连续发射（DTX） 在语音通信中,双方交谈时每方说话时间平均不会超过交谈时间的40%. 采用话音控制可以: *减少同频干扰 改善通话质

33、量,提高容量 *减少发射机的功率 延长电池的工作时间语音传输有两种方式，一种是不管用户是否讲话，话音在13kbit/s上（20ms一帧）连续编码；另一种是不连续发送方式DTX（Discontinuous Transmission），在语音激活期间进行13kbit/s编码，在话音非激活期间进行500bit/s编码，每480ms传输一帧（每帧20ms）,仅传送舒适噪声SID功率控制技术n功率控制功率控制: :目的在于使在保证服务质量的前提下只发射所须的最小有效功率,而不是所有机都发射小区边界所须的最大功率.减少同频干扰.n动态功率控制动态功率控制: :通话过程中,基站和移动台的输出功率可以随着传播

34、路径损耗及信号质量的变化而进行调节控制,从而使得空中传播信号的强度尽量小,而基站和移动台所接收到的信号又能满足系统的期望值.位置登记、漫游、越区切换位置登记：位置登记：指移动台发送报文时，表明它本身工作时所处位置的步骤。位置登记的类型：1.定期登记 2.位置区域登记漫游漫游:移动台从一个移动交换区(住地区)移动到另一个移动交换区(访问区),需要经过位置登记方能进行通信的过程. 实现漫游的三个步骤:位置登记、转移呼叫和呼叫建立 只要各地运营商合作，采用相同的规范，遵守接口协议，就能实现移动用户的漫游位置登记、漫游、越区切换越区切换越区切换:为了保证通信的连续性,当正在通话的移动台从一个小区进入邻

35、接的另一个小区,MSC控制使一个无线频道上的通话切换到另一个小区的无线频道上.一般造成切换的条件有以下几种：（1）信号强度太弱；（2）信号质量太差；（3）信号干扰太大：这种切换发生主要原因是干扰，即移动用户正在使用的信道受到突然的干扰，于是被切换到同一个小区的另一个信道来避开干扰。（4）移动用户离基站太远；越区切换的类型越区切换的类型:1.BSC内的切换 2.相同MSC/VLR业务区,不同BSC间的切换 3.不同MSC间的切换课程内容课程内容移动通信发展史GSM通信系统组成GSM通信系统关键技术呼叫流程移动通信组网方式 GSM通信系统的信道类型一一. .业务信道业务信道业务信道用于传送编码话音

36、及用户数据 1.全速率业务信道,其总比特率为22.8Kbit/S(TCH/F) 2.半速率业务信道,其总比特率为11.4Kbit/S(TCH/H)二二. .控制信道控制信道控制信道用于传送基站与移动台之间的信令与同步数据. 1.广播信道用于向移动台广播信息,为下行链路信道 频率纠错信道（FCCH）-用于移动台频率纠错. 同步信道（SCH)-用于移动台的帧同步和基站识别 广播控制（BCCH）-广播一般的信息(小区选择信息等) GSM通信系统的信道类型 2.2.公共控制信道公共控制信道(CCCH) (CCCH) 用在控制信道专用分配给移动台之前的用在控制信道专用分配给移动台之前的MSMS与与BSB

37、S连接的建连接的建立立, ,分为三个下行链路信道（移动台寻呼分为三个下行链路信道（移动台寻呼PCHPCH、准予接入、准予接入AGCHAGCH和接入请求和接入请求RACHRACH）. . 3. 3.专用控制信道专用控制信道 分配给移动台，进行点对点传输分配给移动台，进行点对点传输 * *独立专用控制信道（独立专用控制信道（SDCCHSDCCH）独立专用控制信道，用于传送信道分配等信息）独立专用控制信道，用于传送信道分配等信息 * *慢速相关控制信道（慢速相关控制信道（SACCHSACCH）与一条业务信道或一条）与一条业务信道或一条SDCCHSDCCH联合使用，用来传联合使用，用来传送用户信息期间

38、某些特定信息送用户信息期间某些特定信息 * *快速相关控制信道（快速相关控制信道（FACCHFACCH）与一条业务信道联合使用，携带与）与一条业务信道联合使用，携带与SDCCHSDCCH同样的同样的信号。它通过借用业务信道来实现信令传输信号。它通过借用业务信道来实现信令传输GSM通信系统的信道类型m广播控制信道BCCH，广播网络系统信息：l小区频点l邻小区BCCH频点lLAIlCCCH和CBCH信道的管理l控制和选择参数等BCH仅用于下行链路m频率校正信道FCCH，携带用于校正MS频率的信息，使MS可以定位并解调出同一小区的其它信息m同步信道SCH，给出MS需要同步的所有消息及该小区的TDMA

39、帧号及BSIC广播信道广播信道BCCHGSM通信系统的信道类型CCCH面向这个小区内面向这个小区内所有移动台所有移动台寻呼信道寻呼信道PCH下行信道，下行信道，点对多点。点对多点。 用于寻呼用于寻呼MSMS，寻呼范围为，寻呼范围为MSMS所在整所在整个个LACLAC区区接入许可信道接入许可信道AGCH下行信下行信道，点对多点道，点对多点 用于用于BTS给给MS分配专用控制信道分配专用控制信道小区广播控制信道小区广播控制信道CBCH下行信道，下行信道，点对多点点对多点随即接入信道随即接入信道RACH上行信上行信道，点对点道，点对点 MS通过通过RACH发起接发起接入请求入请求l用于广播短消息及该

40、用于广播短消息及该小区的一些公用信息小区的一些公用信息 公共控制信道公共控制信道CCCHGSM通信系统的信道类型m独立专用控制信道SDCCH双向信道l用于呼叫建立过程，如鉴权l位置更新l短消息l用于指配TCHDCCH被用于某一个具体的MSm慢速随路控制信道SACCH双向信道，伴随TCH和SDCCH的专用信令信道l用于传递测量报告l 传递MS功率控制消息l传递TAm快速随路控制信道FACCH双向信道，伴随TCHl提供比SACCH高又多的速度来传送信令信息l借用20ms的突发话音突发脉冲序列来传递信令，称为偷帧专用控制信道专用控制信道DCCHGSM通信系统的信道类型信道业务信道控制信道话音信道数据

41、信道全速率话音业务信道( T C H / F S )半速率话音业务信道( T C H / H S )4.8Kbit/s半速率数据业务信道( T C H / H 4 . 8 )9.6Kbit/s全速率数据业务信道( T C H / F 9 . 6 )4.8Kbit/s全速率数据业务信道( T C H / F 4 . 8 )2.4Kbit/s全速率数据业务信道( T C H / F 2 . 4 )2.4Kbit/s半速率数据业务信道( T C H / H 2 . 4 )BCHFCCH(下行)SCH(下行)BCCH(下行)CCCHRACH(上行)AGCH(下行)PCH(下行)DCCHSDCCHFAC

42、CHSACCH14.4Kbit/s全速率数据业务信道( T C H / F 1 4 . 4)CBCH（下行）增强型全速率话音业务信道( T C H / E F R )信道组合种类 GSM系统中，几种逻辑信道组合成某种特定的类型，用于传输用户数据或信令，一般称之为信道组合类型，一种信道组合类型可以映射到一条物理信道上。信道组合类型主要有以下几种。aTCH/F + FACCH/F + SACCH/TFbTCH/H(0,1) + FACCH/H(0,1) + SACCH/TH(0,1)cTCH/H(0,0) + FACCH/H(0,1) + SACCH/TH(0,1) + TCH/H(1,1)dFC

43、CH + SCH + BCCH + CCCHeFCCH + SCH + BCCH + CCCH + SDCCH/4(0.3) + SACCH/C4(0.3)fBCCH + CCCHgSDCCH/8(0 .7) + SACCH/C8(0 . 7)其中 CCCH = PCH + RACH + AGCH 注1：当支持SMSCB（小区广播短消息业务）时，在e, g情况下用CBCH代替SDCCH(2)。注2：仅当无其它CCCH分配时，才使用组合的CCCH/SDCCH分配e)。 注3：d和e在一个小区中不能同时存在位置更新基本流程MSMSBSBSBSBSMSC-AVLRHLRMSC-BVLR 位置更新基本

44、流程12349567810位置更新基本流程(续)（1） 移动台 MS 从一个位置区（属于 MSC-B 的覆盖区内）移动到另一个位置区（属于 MSC-A 的覆盖区内） 。（2） 通过检测由基站 BS 持久发送的广播信息，移动台发现新收到的位置区识别与目前所使用的位置区识别不同。（3） （4）移动台通过该基站向 MSC-A 发送具有我在这里的信息更新请求。（5） MSC-A 把含有 MSC-A 标识和 MS 识别码的位置更新消息送给HLR（鉴权或加密计算过程可从此时开始，在图中没作描述） 。（6） HLR 发回响应消息，其中包含有全部相关的用户数据。（7） （8）在被访问的 VLR 中进行用户数据

45、登记。（9）把有关位置更新响应消息通过基站送给移动台（如果重新分配 TMSI，此时一起送给移动台） 。固定用户至移动用户入局呼叫的基本流程BSBSMSVLRBSMSCGMSCHLREXCHPSTN/ISDN移动用户入局呼叫基本流程871098111114756332478固定用户至移动用户入局呼叫的基本流程（1） 通过 7 号信令用户部分 ISUP/TUP，入口 MSC（GMSC）接受来自固定网（ISDN/PSTN）的呼叫。（2） GMSC 向 HLR 询问有关被叫移动用户正在访问的 MSC 地址（即MSRN） 。（3） HLR 请求被访问 VLR 分配 MSRN，MSRN 是在每次呼叫的基础

46、上由被访的 VLR 分配并通知 HLR 的。（4） GMSC 从 HLR 获得 MSRN 后，就可重新寻找路由建立至被访 MSC的通路。（5） （6）被访 MSC 从 VLR 获取有关用户数据。（7） （8）MSC 通过位置区内的所有基站 BS 向移动台发送寻呼消息。（9） （10）被叫移动用户的移动台发回寻呼响应消息，然后执行与前述的出局呼叫流程中的（1） 、 （2） 、 （3） 、 （4）相同的过程，直到移动台振铃，向主叫用户回送呼叫接通证实信号（图中省略） 。（11）移动用户取机应答，向固定网发送应答（连接）消息，最后进入通话阶段。移动用户至固定用户出局呼叫流程BSBSBSMSHLRVL

47、REXCHMSC2166434236533移动用户出局呼叫流程PSTN/ISDN移动用户至固定用户出局呼叫流程（1） 在服务小区内，一旦移动用户拨号后，移动台向基站请求随机接入信道。（2） 在移动台 MS 与移动业务交换中心 MSC 之间建立信令连接的建立过程。（3） 对移动台的识别码进行鉴权的过程，如果需加密，则设置加密模式等，进入呼叫建立起始阶段。（4） 分配业务信道。（5） 采用 7 号信令用户部分 ISUP/TUP 通过与固定网（ISDN/PSTN）建立至被叫用户的通路，并向被叫用户振铃，向移动台回送呼叫接通证实信号。（6） 被叫用户取机应答，向移动台发送应答（连接）消息，最后进入通话

48、阶段。切换基本流程 将一个正处于呼叫建立状态或忙状态的MS转换到新的业务信道上的过程称为切换。一般在下述两种情况下要进行切换：正在通话的用户从一个小区向另一个小区；业务平衡所需要的切换。 MS在两个小区覆盖重叠区进行通话，占用TCH的这个小区业务特别忙，这时BSC通知MS测试它邻近小区的信号强度和信道质量，假如邻近小区的业务不是很忙，就将它切换到另一个小区，BSC内部切换 BSC需要建立与新的BTS间的链路，并在新小区内分配一条TCH供MS切换到此小区后使用，而MSC对这种切换不做进一步的了解。由于切换后邻近小区发生了变化，MS必须接收了解有关的邻近小区的信息。若MS所在的位置区也变了，那么在

49、呼叫完成后还需要进行位置更新。BSCBTSBTSMSMS相同MSC/VLR业务区，不同BSC间切换 原链路 新链路MSC/VLRBSCBSCMSMS在这种情况下，网络很大程度参与了切换 1。原BSC向MSC请求切换，然后建立MSC与新的BSC、新的BTS的链路，并且保留新小区内空闲的TCH（业务信道）提供给MS。2。MSC负责释放原来的链路。不同MSC间切换 这是一种最复杂的情况，切换前需进行大量的信息传递。这种切换由于涉及两个MSC，暂定切换前MS所处的MSC为MSCA，切换后MS所处的MSC为MSCB。其余的如BSC也同样定为BSCA和 BSCB。 1 4 原链路 新链路 2 3 5 MS

50、CA MSCBBSCABSCBMSMS不同MSC间切换具体步骤说明如下：1）.BSCA根据MS送来的测量信息作决定需要切换就向MSCA发送切换请求；2）.MSCA再向MSCB发送切换请求，MSCB负责与BSCB和BTSB的链路连接；3）.MSCB向MSCA回送无线信道确认；4）.根据越局切换号码在MSCA和MSCB之间建立通信链路；5）.MSCA向MS发送切换命令，MS切换到新的TCH频率上；6）.BSCB向MSCB，MSCB向MSCA发送切换完成指令；7）.MSCA控制BSCA和BTSA释放原TCH。课程内容课程内容移动通信发展史GSM通信系统组成GSM通信系统关键技术呼叫流程移动通信组网方

51、式 移动通信组网方式n5.1 GSM5.1 GSM网络结构网络结构n5.2 GSM5.2 GSM网络功能网络功能n5.3 5.3 蜂窝的概念蜂窝的概念n5.4 5.4 无线区簇无线区簇n5.5 5.5 同邻频干扰的定义同邻频干扰的定义n5.6 5.6 中心激励与顶点激励中心激励与顶点激励n5.7 5.7 常用频率复用技术常用频率复用技术n5 5.8 .8 小区分裂与频率规划小区分裂与频率规划n5.9 5.9 编号计划编号计划GSM网络结构-大容量、少节点TMSC2TMSC2MSCMSCBSCBSCBTSBTSBTSBTSBTSBTSBTSBTSBTSBTSBSCBSCBTSBTSBTSBTSA

52、 AA A省内汇接局省内汇接局大区中心汇接局大区中心汇接局BTSBTSBTSBTSMSCMSCBSCBSCA ATMSC2TMSC2MSCMSC各各GSMGSM本地网本地网TMSC1TMSC1TMSC1TMSC1切换被最大限度的限制在BSC内部，使得切换成功率、切换速度大大提高，网络接通率也得以大大的提高。同时也大大的减少了由于切换而给MSC增加的额外负荷，相当于增加了网络容量、改善了网络的可靠性，同时为今后增加新业务、新功能奠定了基础。GSM网络功能1.支持基本业务支持基本业务 * *呼叫处理呼叫处理 * *用户识别鉴权用户识别鉴权 * *补充业务补充业务2.支持蜂窝支持蜂窝网络操作网络操作

53、 * *位置登记位置登记 * *切换切换 * *呼叫重建呼叫重建3.3.呼叫处理的附加网络功能呼叫处理的附加网络功能 * *用户识别的保密用户识别的保密 * *用户数据的保密用户数据的保密 * *非连续接收非连续接收蜂窝的概念 目前的移动通信系统一般采用小区制，即将整个网络服务区域划分为若干小区，每个小区分别设有一个(或多个)基站，用以负责本小区移动通信的联络和控制等功能。因此移动网络的覆盖区可以看成是由若干正六边形的无线小区相互邻接而构成的面状服务区。由于这种服务区的形状很像蜂窝，我们便将这种系统称之为蜂窝式移动通信系统，与之相对应的网络称之为蜂窝式网络。由若干正六边形组成无线区簇，由无线区

54、簇两两邻接组成全移动网的覆盖区。蜂窝的种类宏蜂窝小区宏蜂窝小区 :每小区的覆盖半径大多为 1km 25km,发射功率较强，一般在10w以上.存在“盲点”和“热点”微蜂窝小区微蜂窝小区 :是在宏蜂窝小区的基础上发展起来的一门技术。它的覆盖半径大约为30m-300m,发射功率较小，一般在 lW以下微微蜂窝微微蜂窝:实质就是微蜂窝的一种，只是它的覆盖半径更小，一般只有 10m 30m；基站发射功率更小，大约在几十毫瓦左右 大区制大区制: :由一个基站覆盖一个较大的服务区, 覆盖半径大多为30km 50km,发射功率一般为50W以上. 蜂窝小区系统的特点蜂窝小区系统有以下三个主要特点：蜂窝小区系统有以

55、下三个主要特点：u无线频率资源复用无线频率资源复用。由系统所选用的调制方式、带宽确定载干比，在满足这个载干比要求的前提下考虑到多径衰落等因素确定同频复用保护距离。u越区自动切换越区自动切换。当一个移动用户从某小区移动到另一个小区时，为使通话不被中断需要自动切换信道，用户不会察觉到这个过程。u信道分配和小区分裂信道分配和小区分裂。通信网的最终目的是满足用户信息传递的需要（如话务，数据等等），移动网由于其本身的特点，话务分配极不平衡。无线区簇的概念由一组频率不同的小区组成一定图样 ，称为单元无线小区群，或无线区簇无线区簇必须满足： 1) 无线区簇应能够彼此相邻接； 2) 相邻无线区簇内任意两个同频

56、复用区中心距离应该相等。ABCDEFGABCDEFG R60o i j D同邻频干扰的定义同频干扰同频干扰C/IC/I：所谓C/I，是指当不同小区使用相同频率时，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邻频干扰邻频干扰C/AC/A：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。中心激励与顶点激励中心激励：基站设在小区的中央，由全向天线形成原形覆盖区中心激励：基站设在小区的中央，由全向天线形成原形覆盖区顶点激励：基站设在正

57、六边形的三个顶点上用顶点激励：基站设在正六边形的三个顶点上用1200的定向天线扇形覆盖的定向天线扇形覆盖无线小区的模式OO型站点：全向性小区。各向同性小区，采用全向天线，在各个方向上的传播特性一致。S型站点：扇区性小区。一般常用的是3扇区型站点，即每个站点有3个扇区，采用定向天线。有时也将站点配置为6扇区型。 S3 常用频率复用技术 频率复用就是指在数字蜂窝系统中重复使用相同的频率，一般把有限的频率分成若干组，依次形成一簇频率分配给相邻小区使用。 GSM采用的频率复用结构有很多种，有43、33、26等多种结构，所有的复用一般都是把有限的频率分成若干组，依次形成一簇频率分配给相邻小区使用根据GS

58、M体制规范的建议,在各种GSM系统中常采用“4/12”，“4/12”复用方式是把频率分成复用方式是把频率分成12组，并轮流分配组，并轮流分配到到4个站点，即每个站点可用到个站点，即每个站点可用到3个频率组，个频率组，这种频率复用方式由于复用距离大，能够比较可靠的满足GSM体制对同频干扰保护比和邻频干扰保护比指标的要求，使GSM网络的运行质量好，安全性好。多重频率复用（MRP）当GSM系统要求的话务量很大时，通常采用多重频率复用方式4x3频率复用方式A3D2B1C3B2D1D3A2C1B3C2A1B3C2A1A3A1B1D1D3D2C3B2A1C3D2C3C1D2B1C2A1A2C1D3“4 3

59、”复用方式针对每基站划分为3扇区的规划区域。12个频率为一组，并轮流分配到4个站点，每个站点可用其中的3个频率。如上图所示。4x3频率复用方式A3D2B1D1D3C1B3C2B2C3A1A2A3D2B1D1D3C1B3C2B2C3A1A2A3D2B1D1D3C1B3C2B2C3A1A2A3D2B1D1D3C1B3C2B2C3A1A2A3D2B1D1D3C1B3C2B2C3A1A2A3D2B1D1D3C1B3C2B2C3A1A2A3D2B1D1D3C1B3C2B2C3A1A2“43”复用dBdBIC18)2 . 7(2)8(2log10)(4443x3频率复用方式A3C2B1B3A2C1C3B2

60、A1A3C2B1B3A2C1B3A1C1A1A3A2C3B2A1A3A3C3C1B2A1B2A1A2C1B3“3 3”复用方式针对每基站划分为3扇区的规划区域。9个频率为一组，并轮流分配到3个站点，每个站点使用其中的3个频率。如上图所示。 3x3频率复用方式dBdBIC3 .13)57. 5(2)7(22log10)(444A3C2B1C1C3B3B2A1A2A3C2B1C1C3B3B2A1A2A3C2B1C1C3B3B2A1A2A3C2B1C1C3B3B2A1A2A3C2B1C1C3B3B2A1A2A3C2B1C1C3B3B2A1A2A3C2B1C1C3B3B2A1A2A3C2B1C1C3B