移动通信技术文档gsm基本原理课程

2022/10/26GSM基本原理课程发展史及系统概述2.GSM体系结构3.系统接口简介系统主要参数5.系统编号方案6.主要业务介绍7.系统分层结构8.空中接口简介

9.主要业务流程举例12022/10/26什么是移动通信网络?移动通信是指通信的双方至少有一方能够在移动中进行信息交换的通信方式.信息交换,不仅包括双方的语音通话,还包括数据、、图象等多种业务.移动通信的工作方式包括单工、半双工、全双工的工作方式.一、GSM系统的发展史及系统概述22022/10/26移动通信的发展第一代模拟蜂窝移动通信网：AMPS、TACS系统，采用频分复用(FDMA)方法；第二代数字移动通信网：欧洲GSM系统采用时分复用，北美IS95系统采用码分复用；

GSM是GlobalSystemforMobileCommunications的缩写。意思是全球移动通信系统。第三代IMT2000移动通信网：WCDMA、CDMA2000，TDSCDMA32022/10/26GSM技术的发展1982年CEPT启动一个新系统GSM.1987年CEPT成员达成谅解备忘录(MoU),进行了频率分配.1991年,世界上第一次使用GSM进行通话.1992年,为GSM1800分配新频率.1996年,已经有120个GSM网络在运行.GSM成功的关键因素是它的标准工作在1989年创建之后并不断完善.42022/10/26GSM的主要特点:频谱效率高，由于采用了高效调制器、信道编码、交织、均衡和话音编码技术等，使系统具有高的频谱效率。话音质量受无线传输质量影响小，在900MHZ频带中，使用TDMA（时分复用多路接入）的全数字的方式工作。开放的接口：GSM标准所提供的开放性接口，不仅限于空中接口，而且包括网络之间以及网络中各设备实体之间，例如A接口。安全性好：通过鉴权、加密和TMSI号码的使用，达到安全目的。与其它网络的互连通常利用现有的标准，如ISUP或TUP等；能自动选择路由，对一个移动用户发起一次呼叫的用户将不需要知道移动用户的位置，因为呼叫将被自动选路到合适的移动设备；52022/10/26

1.工作频段我国陆地公用蜂窝数字移动通信网GSM通信系统采用900MHz频段：890～915MHZ（移动台发、基站收）935～960MHZ（基站发、移动台收）双工间隔为45MHz，工作带宽为25MHz，载频间隔为200kHz。随着业务的发展，可视需要向下扩展，或向频段的GSM1800过渡，即1800MHz频段：1710～1785（移动台发、基站收）1805～1880（基站发、移动台收）双工间隔为95MHz，工作带宽为75MHz，载频间隔为200kHz。GSM系统的工作频段分配:62022/10/262.频道间隔:相邻两频道间隔为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（全速率）。每信道占用带宽200kHz/8＝25kHz。将来GSM采用半速率话音编码后，每个频道可容纳16个半速率信道。72022/10/263.频道配置:绝对频点号和频道标称中心的频率的关系为:GSM900MHZ频段:F1(n)=890.2MHZ+(n-1)*0.2MHZ(上行)F2(n)=F1(n)+45MHZ(下行)n∈[1,124];GSM1800MHZ频段:F1(n)=1710.2MHZ+(n-512)*0.2MHZ(上行)F2(n)=F1(n)+95MHZ(下行)∈[512,885];82022/10/26数字移动通信技术

多址技术功率控制技术蜂窝技术92022/10/26一、多址技术:FDMA是以不同的频率信道实现通信的；TDMA是以不同的时隙实现通信的；CDMA是以不同的代码序列实现通信的；实现多址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（CDMA）三种接入方式。

102022/10/26移动通信的多址技术：

112022/10/26频分多址（FDMA）:频分，有时也称之为信道化，就是把整个可分配的频谱划分成许多单个无线电信道（发射和接收载频对），每个信道可以传输一路话音或控制信息。在系统的控制下，任何一个用户都可以接入这些信道中的任何一个。122022/10/26时分多址（TDMA）:时分多址是在一个宽带的无线载波上，按时间（或称为时隙）划分为若干时分信道，每一用户占用一个时隙，只在这一指定的时隙内收（或发）信号，故称为时分多址。132022/10/26码分多址（CDMA）: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，也就是说，允许用户之间的相互干扰。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。142022/10/26二、功率控制技术:功率控制是指在一定的范围内,用无线的方式来改变移动台或基站(或两者)的传输功率,它的目的与不连续发射(DTX)的目的相同,是为了减少整个系统的干扰,提高频谱利用率,并可延长移动台的电池的寿命.在GSM中,对上行链路和下行链路都可分别使用功率控制,而且可对每个处在专用模式下的移动台独立进行.规范规定上行链路的移动台功率控制的范围为20—30dB.下行链路的功率控制范围有设备制造商来决定.152022/10/26当在小区内移动时，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。162022/10/26三、蜂窝技术: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。基站的覆盖范围有大有小，我们把基站的覆盖范围称之为蜂窝。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，系统的容量也就大不起来，对于话务量不大的地方可以采用这种方式，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，在相同的服务区域内增加了基站的数目，有限的频率得到多次使用，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。172022/10/26二、GSM体系结构182022/10/26数字公用陆地移动通信网PLMN的网络结构

192022/10/261.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：

蜂窝移动通信系统主要是由1.交换网路子系统（NSS）2.无线基站子系统(BSS)3.移动台（MS）三大部分组成202022/10/26移动交换中心（MSC）MSC：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，即查询位置信息的功能。MSC从三种数据库，拜访位置寄存器（VLR）、归属位置寄存器（HLR）和鉴权中心（AUC）中取得处理用户呼叫请求所需的全部数据。反之，MSC根据其最新数据更新数据库。212022/10/26MSC交换机实物图负责为与，与固定之间进行通信提供电路。222022/10/26拜访位置寄存器（VLR）VLR通常与MSC合设，其中存储MSC所管辖区域中的移动台（称拜访客户）的相关用户数据，包括：用户号码、移动台的位置区信息、用户状态和用户可获得的服务等参数。VLR是一个动态用户数据库。VLR从移动用户的归属位置寄存器（HLR）处获取并存贮必要的数据，一旦移动用户离开该VLR的控制区域，则重新在另一个VLR登记，原VLR将取消该移动用户的数据记录。232022/10/26归属位置寄存器（HLR）HLR存储管理部门用于移动用户管理的数据。每个移动用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：一是有关移动用户的参数，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；一是有关移动用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。242022/10/26鉴权中心（AUC）AUC属于HLR的一个功能单元部分，专门用于GSM系统的安全性管理。鉴权中心产生鉴权三参数组（随机数RAND、符号响应SRES、加密键Kc），用来鉴权用户身份的合法性以及对无线接口上的话音、数据、信令信号进行加密，防止无权用户接入和保证移动用户通信的安全。252022/10/26设备识别寄存器（EIR）EIR存储有关移动台设备参数。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。EIR中存有三种名单：白名单――存贮已分配给可参与运营的GSM各国的所有设备识别标识IMEI。黑名单――存贮所有应被禁用的设备识别标识IMEI。灰名单――存贮有故障的以及未经型号认证的设备识别标识IMEI，由网路运营者决定。262022/10/26

基站子系统BSS为PLMN网络的固定部分和无线部分提供中继，一方面BSS通过无线接口直接与移动台实现通信连接，另一方面BSS又连接到移动交换子系统MSS的移动交换中心MSC。基站子系统BSS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（BTS）以及与移动交换中心相连的基站控制器（BSC），BTS负责无线传输、BSC负责控制与管理。BSS子系统272022/10/26基站子系统BSS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（BTS）以及与移动交换中心相连的基站控制器（BSC），BTS负责无线传输、BSC负责控制与管理。一个BSS系统由一个BSC与一个或多个BTS组成，BSS子系统可由多个BSC和BTS组成。一个基站控制器BSC根据话务量需要可以控制数十个BTS。BTS可以直接与BSC相连，也可以通过基站接口设备BIE与远端的BSC相连。基站子系统还应包括码变换器（TC）和子复用设备（SM）。282022/10/26BSS子系统结构图292022/10/26基站控制器（BSC）：

BSC是基站系统（BSS）的控制部分，在BSS中起交换作用。

BSC一端可与多个BTS相连，另一端与MSC和操作维护中心OMC相连，BSC面向无线网络，主要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，控制移动台和BTS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、切换和寻呼，提供语音编码、码型变换和速率适配等功能，并能完成对基站子系统的操作维护功能。

BSS中的BSC所控制的BTS的数量随业务量的大小而改变。302022/10/26BSC基站控制器实物图对基站进行管理和控制、分担交换机的工作量312022/10/26基站收发信台（BTS）基站收发信台（BTS）包括基带单元、载频单元和控制单元三部分，属于基站系统的无线部分，是由基站控制器控制，服务于某个小区的无线收发信设备，完成BSC与无线信道之间的转换，实现BTS与MS之间通过空中接口的无线传输及相关的控制功能。当BTS与BSC为远端配置方式时，则需采用Abis接口，这时，BTS与BSC两侧都需配置BIE设备；而当BSC与BTS之间的间隔不超过10米时，可将BSC与BTS直接相连，采用内部BS接口，不需要接口设备BIE。322022/10/26BTS的个部分的作用BTS主要分为基带单元、载频单元、控制单元三大部分。基带单元主要用于必要的话音和数据速率适配以及信道编码等。载频单元主要用于调制/解调与发射机/接收机之间的耦合等。控制单元则用于BTS的操作与维护。332022/10/26BTS的一般结构基站接口设备信令处理编码与交织译码与解交织加密加密发信机天线收信机均衡解调解密AbisUm跳频控制时钟功率控制342022/10/26码型变换器（TC）：

码型变换器TC主要完成16kbit/sRPE-LTP(规则脉冲激励长期预测)编码和64kbit/sA律PCM之间的语音变换。在典型的实施方案中，ZXG10-TC位于MSC与BSC之间。当TC位于MSC侧时，通过MSC和BSC之间以及BSC和BTS之间的传输线路子复用器SM、BIE，可以充分利用在空中接口使用的低语音编码传输速率，降低传输线路的成本。

BSC与TC之间的接口称为Ater接口；在TC与MSC之间的接口称为A接口。352022/10/26操作维护中心（OMC）

OMC系统按照功能划分成几大模块，各大模块又分为前台和后台两个子模块，强调各模块的独立性以及模块间接口的通用性，以适应系统结构的变化及功能的增加。OMC即操作维护中心，用于对GSM系统的交换实体进行管理。它主要具有以下功能：维护测试功能、障碍检测及处理功能、系统状态监视功能、系统实时控制功能、局数据的修改、性能管理、用户跟踪、告警、话务统计功能等。OMC的功能大部分分布在MSC/VLR、HLR/AUC、BSS等实体中与操作维护相关的有关模块中完成，OMC操作台主要实现OMC的人机接口。OMC功能与一般的维护台功能类似，但需遵守相关规范要求。362022/10/26三、GSM网络接口构造

PSTNOMCOMCNMCOMSSIMMEMSBTSBTSBSCAUmMSCMSCVLRVLRHLRAUCEIRBCEFGHDNSSBSSNSS372022/10/26MS-MSC信令平面382022/10/26GSM网络接口392022/10/26各接口简单介绍Sm接口为人机接口，是用户与移动网之间的接口，在移动台中实现，包括键盘、液晶显示以及用户识别卡等。接口:402022/10/262.Um接口Um接口是移动台与基站收发信台之间的无线接口，包含信令接口和物理接口两方面的含义，无线接口的不同是数字移动通信网与模拟移动通信网主要区别之一。Um接口被定义为MS与BTS之间的通信接口，我们也可称它为空中接口，在所有GSM系统接口中，Um接口是最重要的。首先，它实现了各种制造商的移动台与不同运营者的网络间的兼容性，从而实现了移动台的漫游。其次，它的制定解决了蜂窝系统的频谱效率，采用了一些抗干扰技术和降低干扰的措施。很明显，Um接口实现了MS到GSM系统固定部分的物理连接，即无线链路，同时它负责传递了无线资源管理、移动性管理和接续管理等信息。412022/10/26接口:Abis接口是基站系统中基站控制器BSC与基站收发信台BTS之间的无线接口，支持所有向用户提供的服务，着重支持对BTS无线设备的控制和分配的无线资源管理。在Abis接口上BSC提供BTS配置、BTS监测、BTS测试及业务控制等信令控制信息。通常采用2Mbit/sPCM链路，符合和要求。422022/10/26接口:A接口是基站与移动交换中心之间的接口，所传递的信息主要是基站管理、呼叫处理和移动性管理，当然还有具体通信信息。BSC与MSC之间的接口即A接口，它用于BSC和MSC之间的报文和进/出移动台的报文（通过CC或MM协议鉴别器实现）。432022/10/26移动交换子系统NSS内部接口图

442022/10/26接口:B接口：MSC与VLR接口，MSC通过该接口向VLR传送漫游用户位置信息，并在呼叫建立时向VLR查询漫游用户的有关用户数据，通常MSC与VLR合设，其间采用内部接口。用于移动业务交换中心（MSC）向访问用户位置寄存器（VLR）询问有关移动台（MS）当前位置信息或者通知访问用户位置寄存器（VLR）有关移动台（MS）的位置更新信息等。452022/10/26C接口定义为归属用户位置寄存器（HLR）与移动业务交换中心（MSC）之间的接口。用于传递路由选择和管理信息。如果采用归属用户位置寄存器（HLR）作为计费中心，呼叫结束后建立或接收此呼叫的移动台（MS）所在的移动业务交换中心（MSC）应把计费信息传送给该移动用户当前归属的归属用户位置寄存器（HLR），一旦要建立一个至移动用户的呼叫时，入口移动业务交换中心（GMSC）应向被叫用户所属的归属用户位置寄存器（HLR）询问被叫移动台的漫游号码。C接口的物理链接方式与D接口相同。6.C接口

:462022/10/26D接口定义为归属用户位置寄存器（HLR）与访问用户位置寄存器（VLR）之间的接口。用于交换有关移动台位置和用户管理的信息，为移动用户提供的主要服务是保证移动台在整个服务区内能建立和接收呼叫。实用化的GSM系统结构一般把VLR综合于移动业务交换中心（MSC）中，而把归属用户位置寄存器（HLR）与鉴权中心（AUC）综合在同一个物理实体内。因此D接口的物理链接是通过移动业务交换中心（MSC）与归属用户位置寄存器（HLR）之间的标准的PCM数字传输链路实现的。7.D接口

:472022/10/26E接口定义为控制相邻区域的不同移动业务交换中心（MSC）之间的接口。当移动台（MS）在一个呼叫进行过程中，从一个移动业务交换中心（MSC）控制的区域移动到相邻的另一个移动业务交换中心（MSC）控制的区域时，为不中断通信需完成越区信道切换过程，此接口用于切换过程中交换有关切换信息以启动和完成切换。E接口的物理链接方式是通过移动业务交换中心（MSC）之间的标准数字传输链路实现的。8.E接口

:482022/10/26MSC与EIR接口，MSC向EIR查询移动台设备的合法性。F接口定义为移动业务交换中心（MSC）与移动设备识别寄存器（EIR）之间的接口。用于交换相关的国际移动设备识别码管理信息。F接口的物理链接方式是通过移动业务交换中心（MSC）与移动设备识别寄存器（EIR）之间的标准的PCM数字传输链路实现的。9.F接口

:492022/10/26VLR之间的接口，当移动台由某一VLR进入另一VLR覆盖区域时，新老VLR通过该接口交换必要的信息，仅用于数字移动通信系统。G接口定义为访问用户位置寄存器（VLR）之间的接口。当采用临时移动用户识别码（TMSI）时，此接口用于向分配临时移动用户识别码（TMSI）的访问用户位置寄存器（VLR）询问此移动用户的国际移动用户识别码（IMSI）的信息。G接口的物理链接方式与E接口相同。10.G接口

:502022/10/26是常规的网局间信令接口，用于建立移动网至公用网的话路接续。11.MSC与PSTN的接口

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四、GSM系统主要参数512022/10/26特性GSM900DCS1800发射类别业务信道控制信道271KF7W271KF7W271KF7W271KF7W发射频带(MHZ)基

站移动台935～960890～9151805～18801710～1785双工间隔45MHZ95MHZ射频带宽200KHZ200KHZ射频双工信道总数124374基站最大有效发射功率射频载波峰值（W）30020业务信道平均值（W）37.52.5小区半径（KM）最小最大0.5350.535接续方式TDMATDMA调制GMSKGMSK传输

速率（kbps）270.833270.833全速率话音编译码比特率（kbps）误差保护139.8139.8编码算法RPE-LTPRPE-LTP信道编码具有交织脉冲检错和1/2编码率卷积码具有交织脉冲检错和1/2编码率卷积码控制信道结构

公共控制信道

随路控制信道

广播控制信道有快速和慢速有有快速和慢速有时延均衡能力（us）2020国际漫游能力有有每载频信道数全速率半速率816816522022/10/26五、信道类型和组合

532022/10/26信道的分类列表542022/10/26信道的分类无线子系统的物理信道支撑着逻辑信道。逻辑信道可分为业务信道（TrafficChannel）和控制信道（ControlChannel）两大类，其中后者也称信令信道（SignallingChannel）。552022/10/26业务信道: 业务信道（TCH）载有编码的话音或用户数据，它有全速率业务信道（TCH/F）和半速率业务信道（TCH/H）之分，两者分别载有总速率为和的信息。使用全速率信道所用时隙的一半，就可得到半速率信道。因此一个载频可提供8个全速率或16个半速率业务信道（或两者的组合）并包括各自所带有的随路控制信道。业务信道话音业务信道数据业务信道562022/10/26话音业务信道:载有编码话音的业务信道分为全速率话音业务信道（TCH/FS）和半速率话音业务信道（TCH/HS），两者的总速率分别为22.8和。对于全速率话音编码，话音帧长20ms，每帧含260比特，提供的净速率为13kbit/s。572022/10/26数据业务信道:在全速率或半速率信道上，通过不同的速率适配、信道编码和交织，支撑着直至的透明和非透明数据业务。用于不同用户数据速率的业务信道，具体有：，全速率数据业务信道（），全速率数据业务信道（），半速率数据业务信道（）≤，全速率数据数据业务信道（）≤，半速率数据数据业务信道（）数据业务信道还支撑具有净速率为12kbit/s的非限制的数字承载业务。在GSM系统中，为了提高系统效率，还引入额外一类信道，即TCH/8，它的速率很低，仅用于信令和短消息传输。如果TCH/H可看作为TCH/F的一半，则TCH/8便可看作为TCH/F的八分之一。TCH/8应归于慢速随路控制信道（SACCH）的范围。582022/10/26控制信道的分类控制信道广播信道（BCCH）

公共控制信道（CCCH）

专用控制信道（DCCH）

592022/10/26广播信道仅作为下行信道使用，即BS至MS单向传输。它分为如下三种信道：①频率校正信道（FCCH）载有供移动台频率校正用的信息。②同步信道（SCH）载有供移动台帧同