项目5 GSM移动通信系统任务1 系统概述《现代移动通信技术与系统》

项目五

GSM移动通信系统【模块问题引入】GSM系统是第二代移动通信系统中一个应用最广泛的标准。那么

GSM系统由哪些部分组成？GSM的主要通信流程是怎样的？如何进行GSM基站系统的操作与维护？这是本模块需要涉及与解决的问题。本项目内容提纲任务1

系统概述任务2

系统结构任务3

通信过程目录任务4系统设备及维护【项目学习要求】识记：GSM移动通信网络的特点和主要技术参数等概念。领会：GSM移动通信系统的基本组成、

GSM主要通信流程。应用：会进行GSM基站日常操作。任务1系统概述一、GSM系统的特点二、GSM系统的主要技术参数三、GSM系统关键技术由于第一代模拟移动通信系统存在的缺陷和市场对移动通信容量的巨大需求，80年代初期，欧洲电信管理部门成立了一个被称为GSM（移动特别小组）的专题小组研究和发展泛欧各国统一的数字移动通信系统技术规范，1988年确定了采用以TDMA为多址技术的主要建议与实施计划，1990年开始试运行，然后进行商用，到1993年中期已经取得相当成功，吸引了全世界的注意，已成为世界上最大的移动通信网。因此，GSM移动通信系统是泛欧数字蜂窝移动通信网的简称，是发展最成熟的一种数字移动通信系统，现重命名为“Global

System

for

Mobile

Communication”，即“全球移动通信系统”。GSM已完成了向第三代移动通信系统过渡。1993年我国开通了第一代数字蜂窝移动通信网。前

言一、GSM系统的特点GSM系统的特点：GSM的移动台具有漫游功能；GSM能提供多种业务；GSM系统通话音质好，容量大；GSM具有较好的抗干扰能力和保密功能；具有越区切换功能；具有灵活的结构、组网方便。1.GSM的移动台具有漫游功能。漫游是移动通信的重要特征，对于GSM标准，可以提供全球漫游，其漫游是在SIM卡识别号和IMSI国际移动台标识号的基础上实现的。2.GSM能提供多种业务除了能提供语音业务外，还可以开放各种承载业务、补充业务和与ISDN相关的业务，可与今后的ISDN兼容。一、GSM系统的特点3.GSM系统通话音质好，容量大。鉴于数字传输技术的特点以及GSM规范中有关空中接口和话音编码的定义，在门限值以上时，话音质量总是达到较好的水平而与无线传输质量无关。由于每个信道传输带宽增加，使用同频复用载干比要求降低至9dB，因而GSM系统的同频复用模式可以缩小到4/12或3/9甚至更小，加上半速率话音编码的引入和自动话务分配以减少越区切换

的次数，使GSM系统的容量（每兆赫每小区的信道数）比TACS（全接入通信系统）高3-5倍。4.GSM具有较好的抗干扰能力和保密功能。GSM采用了5种技术对抗干扰和衰落：均衡，分集接收，跳频，交织和信道编码。GSM网络为了保证通信安全，采取了特别的鉴权与加密措施：对移动台识别码进行加密，使窃听者无法确定用户的移动台号码，起到对用户位置保密的作用。无线路径上对通信信息加密，使非法窃听者无法收到通信的具体内容。接入网络时对用户鉴权。每次登记，呼叫建立，位置更新和补充业务的激活登记或删除前进行鉴权，防止非法盗用，保护网络和用户的使用权。对用户识别码用临时识别码保护：用TMSI代替IMSI在无线路径上传输SIM卡用PIN码保护和对移动设备采用设备识别码等。5.越区切换功能.在微蜂窝移动通信网中，高频度的越区切换已不可避免，GSM采取主动参与越区切换的策略。移动台在通话期间，不

断向所在工作区基站报告本区和相邻区无线环境的详细数据。当需要越区切换时，移动台主动向本区基站发出越区切换请

求，固定方（MSC和BSC）根据来自移动台的数据，查找是否存在替补信道，以接收越区切换，如果不存在，则选择第二替补信道，直至选中一个空闲信道，使移动台切换到该信道继续通信。一、GSM系统的特点二、GSM系统的主要技术参数三、GSM系统关键技术二、GSM系统的主要技术参数GSM系统的主要技术参数见表5.1.1表5.1.1

GSM系统的主要技术参数序号技术指标技术参数1频

段GSM900：上行：890~915MHz，移动台发送，基站接收下行：935~960MHz，基站发送，移动台接收DCS1800：上行：1710～1785MHz下行：1805～1880MHz2频带宽度GSM900：主要频带宽度为25MHz×2DCS1800：75MHz

×2二、GSM系统的主要技术参数序号技术指标技术参数3上下行频率间隔900系统：45

MHz；1800系统：95MHz4载频间隔200kHz，每信道带宽=200kHz/8=25kHz，与TACS制式相同，频率利用率相同。5通信方式全双工6信道分配每载波8时隙：包含8个全速率信道、16个半速率信道。半速率话音编码技术，频率利用率提高7每个时隙传输比特率33.8

kbit/s

=

270.83

kbit/s

/88信道总速率270.83kbit/s

=33.8

kbit/s×89调制方式GMSK调制(高斯滤波最小频移键控)10接入方式TDMA

/FDMA11语音编码RPE－LTP，13kbit/s的规则脉冲激励线性预测编码12分集接收跳频每秒217跳，交错信道编码，自适应均衡一、GSM系统的特点二、GSM系统的主要技术参数三、GSM系统主要技术为了提高GSM系统的抗干扰能力，提高频谱的利用率，GSM移动通信系统采用了如下技术：自动功率控制技术分集接收技术跳频技术均衡技术不连续发射技术（DTX）三、GSM系统主要技术1．自动功率控制技术含义：在无线传播上对手机或基站的实际发射功率进行控制，以尽可能降低基站或手机的发射功率。这样就能达到降低手机和基站的功耗以及降低整个GSM网络干扰这两个目的。分类：上行功率控制和下行功率控制。上行功率控制：就是对手机的发射功率进行控制。下行功率控制：就是对基站的发射功率进行控制。上行和下行功率控制都是独立进行的。作用：通过降低发射功率减少上行或下行方向的干扰，同时降低手机或基站的功耗，直接的结果就是整个GSM网络的平均通话质量大

大提高，手机的电池使用时间大大延长。功率控制的前提:是要保证正在通话的呼叫拥有比较好的通信质量。含义：分集技术是在若干支路上接收相互间相关性很小的载有同一消息的信号，然后通过合并技术再将各个支路信号合并输出。应用：移动通信基站可以采用两副天线，实现空间分集接收技术。一副叫接收天线，另一副叫分集接收天线。（1发两收）作用：移动状态下，信号的快衰落（瑞利衰落）和慢衰落（慢对数衰落）接收信号不稳定，使通信质量严重下降。为了克服衰落，移动通信基站广泛采用分集技术，可在接收端大大降低深衰落的概率。2．分集接收技术极化分集基站天线结构示意图收、发天线共用1幅天线每个扇区1幅，1个基站3幅含义：载波频率在一定宽度范围内按跳频序列进行跳变。类型：基带跳频和射频跳频两种。基带跳频：将语音信号随着时间的变换使用不同频率发射机发射。射频跳频：将语音信号用固定的发射机发射，由跳频序列控制，采用不同频率发射。射频跳频采用两个发射机，一个固定发射载频，因它带有BCCH；另一个发射机载波频率可随着跳频序列值的改变而改变。作用：跳频是扩频通信基本技术方式中的一种，跳频相当于展宽了频谱，起到频率分集和干扰源分集的作用，因此可以提高系统抗衰落和抗干扰能力，改善无线信号传输质量，降低误码率。安全措施3．跳频技术4．均衡技术含义：均衡：接收端的均衡器产生与信道相反的特性，来抵消信道时变多径传播特性引起的码间干扰。即通过均衡器消除信道的频率和时间的选择性。由于信道是时变的，要求均衡器的特性能够自动适应信道的变化而均衡，故称自适应均衡。均衡技术：采用均衡器建立一个传输信道（即空中接口）的数学模型，计算

出最可能的传输序列。传输序列是以突发脉冲串的形式传输，在突发脉冲串

的中部加有己知训练序列，利用训练序列，均衡器能建立起该信道模型。这

个模型是随时间而改变的，但在一个突发脉冲串期间被认为是恒定的。建立

了模型，接着是产生全部可能的序列，并把它们馈入信道模型，输出序列中

将有一个与接收序列最相似，与此对应的那个序列便被认为是当前发送序列。作用：补偿时分信道中由于多径效应产生的码间干扰。5．不连续发射技术（DTX）据统计，在一个通话过程中，移动用户仅有40%的时间在通话。所以GSM系统引入不连续发射技术。DTX：Discontinuous

Transmission，GSM系统中手机或基站不连续发射信号的技术。通过禁止传输用户认为不需要的无线信号来降低干扰电平，提高系统效率和容量。如果使用DTX功能，则在空中的信号会大幅度减少，频率干扰的可能性大大降低。对于由越区覆盖和复杂的信号传播路径造成的无线干扰，DTX可起到良好的抑制作用。作用：可使掉话率、切换成功率和分配成功率等网络指标得到有效的提高。DTX模式：当用户正常讲话时，正常语音帧为260

bit/20ms

=13kb/s，而在非通话时期变为260bit/480ms，仅保持500b/s模拟背景噪声，使收端能产生信号以避免听者以为连接中断。从而改善无线的干扰环境。实现DTX的前提：VAD技术，语音激活检测技术。首先要能检测语音。即编码器能区别什么是有效语音，收端解码器能在间断期产生舒适噪音。DTX一般是以BSC为单位进行控制，也有厂家设备以小区为控制单位。不连续发射DTX和常规模式并存于GSM系统中，可根据每次呼叫的要求由系统选择模式。补充：延长MS电池使用时间的技术在GSM中，延长MS电池的使用时间的技术有：功率控制技术话音激活检测技术，VAD，Voice

Activity

Detection不连续发射技术，DTX，