《移动通信》任务7 2G移动通信系统

模块三

典型移动通信系统任务7

2G移动通信系统任务要求知识目标：能画出GSM系统的基本组成结构；知道GSM系统的主要无线参数，并计算频点；能描述GSM系统的无线信道的作用；会比较GSM系统与IS-95系统，给出各自的特点；会比较GSM系统与GPRS系统，给出各自的特点。技能目标：能对信令流程进行分析。素质目标：养成自主学习的良好习惯；尊重他人、交流分享，积极参与小组协作任务。知识点1GSM系统知识点2IS-95CDMA系统知识点3GPRS网络技能点1GSM移动主叫流程分析目录GSM发展历程日期成果1982年“移动通信特别组”在欧洲邮政与电信大会(CEPT)内成立1986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1987年在1986年的基础上,选择了主要无线传输技术1988年18个国家签署谅解备忘录,承诺实施GSM900规范1989年GSM成立欧洲电信标准协会的一个技术委员会1990年第一阶段GSM900规范(1987-1990年制定)被冻结,开始DCS1800的修改1991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1992年GSM正式定名为“全球移动通信系统”(GlobalSystemforMobileCommunications)1992年欧洲各大GSM900营运者开始商业营运GSM网络结构BSSNSSGSM网络结构——移动台（MS）GSM网络结构——基站控制器（BSC）基站子系统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.通过无线接口直接与移动台相连，负责无线发送接收和无线资源的管理.它与NSS相连，实现移动用户间或移动用户与固定网路用户之间的通信连接，传送系统信息和用户信息等.与操作支持子系统OSS之间实现互通GSM网络结构——基站收发信台（BTS）GSM网络结构——网络子系统（NSS）网络子系统（NSS）是整个系统的核心，它对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、连接与管理的功能.主要负责完成呼叫处理、通信管理、移动管理、部分无线资源管理、安全性管理、用户数据和设备管理、计费记录处理、公共信道、信令处理和本地运行维护等GSM网络结构——移动交换中心（MSC）GSM网络结构——访问位置寄存器（VLR）GSM网络结构——归属位置寄存器（HLR）GSM网络结构——鉴权中心（AUC）GSM网络结构——设备识别寄存器（EIR）GSM主要接口GSM主要接口——Um接口GSM主要接口——A接口GSM主要接口——Abis接口GSM主要接口——NSS内部接口上行（移动台发送，基站接收）频率范围：890MHz~915MHz下行（基站发送，移动台接收）频率范围：935MHz~960MHz01240124915MHz935MHz960MHzUPLINKDOWNLINK890MHz双工间隔为45MHz工作带宽为25MHz载频间隔为200kHz频道序号为1~124，共124个频点

GSM系统的无线技术——工作频段

频道序号和频点标称中心频率的关系为：

fl（n）=890＋0.2×n（MHz），上行

fh（n）=fl（n）＋45（MHz），下行其中1≤n≤124，n为频道序号，或称绝对射频信道号（ARFCN）01240124915MHz935MHz960MHzUPLINKDOWNLINKGSM系统的无线技术——工作频段在GSM系统中，每个小区含有多个载频，每个载频上含有8个时隙，因此GSM系统是FDMA/TDMA的接入方式。GSM系统的无线技术——多址方案GMSK是一种特殊的数字FSK调制方式，调制速率为270.833千波特。在GSM中，使用高斯预调制滤波器进一步减小调制频谱，它可以降低频率转换速度。GSM系统的无线技术——GMSK调制

GSM中使用的信道编码有卷积码和分组码。卷积码主要用于纠错，分组码主要用于检测和纠正成组出现的错码，通常与卷积码混合使用。无线通信的突发误码的产生，常常是因为持续时间较长的衰落引起的，如果只依靠上述的信道编码方式来检错和纠错是不够的。为了更好地解决这类误码问题，在系统中采用信道交织技术。GSM系统的无线技术——信道编码数字移动通信系统中，为了提高系统抗干扰能力，常用到扩频技术，其中包括直扩方式和跳频方式，在GSM系统中采用的是跳频方式。引入跳频的原因有两个。第一是基于频率分集的原理，用于对抗瑞利衰落，通过跳频，突发脉冲不会被瑞利衰落以同一种方式破坏。第二是基于干扰源特性。引入跳频使得它可以在一个可能干扰小区的许多呼叫之间分散干扰，而不是集中在一个呼叫上。

GSM系统的无线技术——跳频技术功率控制可以分为上行功率控制和下行功率控制，上行和下行功率控制是独立进行的。不论是上行功率控制还是下行功率控制，通过降低发射功率，都能够减少上行或下行方向的干扰，同时降低手机或基站的功耗，表现出来的最明显的好处就是：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也大大延长。GSM系统的无线技术——功率控制话音传输有两种方式：一种是无论用户是否讲话，话音总是连续编码（每20ms一个话音帧）。另一种是非连续发送方式（DTX，DiscontinuousTransmission）：在话音激活期进行13kbps编码，在话音非激活期进行500bit/s编码，每480ms传输一个舒适噪声帧（每帧20ms）。采用DTX方式有两个目的，一是降低空中总的干扰电平，二是节约发射机的功率。GSM系统的无线技术——DTX传播时延t传播时延tTA这样下去不行，得让手机提前一个TA值时间发给我！！

随着移动到基站的距离的变化，系统随时向移动台发送指令，指示移动台需要提前发送的时间，这个过程也就是时间提前量的调整。

GSM系统的无线技术——时间提前量GSM是数字通信系统，其任务是传输比特流。为了更好地把通信业务与传输方案对应起来，引进了信道（CHANNEL）的概念。不同的信道可以同时传输不同的比特流，信道可分为物理信道和逻辑信道，逻辑信道至物理信道的映射是指将要发送的信息安排到合适的TDMA帧和时隙的过程。GSM系统的无线信道GSM系统的无线信道——无线帧结构GSM系统中，信道分成逻辑信道和物理信道。时隙是基本的物理信道，一个载频包含8个物理信道。根据BTS和MS之间传递的信息的种类不同而定义的信道称为逻辑信道。逻辑信道按其功能分为业务信道（TCH）和控制信道（CCH）。GSM系统的无线技术——物理信道GSM系统的无线技术——逻辑信道

业务信道携载编码语音或用户数据，它有全速率业务信道（TCH/F）和半速率业务信道（TCH/H）之分：

a、话音业务信道

TCH/F：全速率话音业务信道，总速率为22.8kb/s TCH/H：半速率话音业务信道，总速率为11.4kb/sb、数据业务信道GSM系统的逻辑信道——业务信道

控制信道用于携载信令或同步数据，包括三类控制信道：广播信道、公共控制信道和专用控制信道。

a、广播信道（BCH） 广播信道是一点对多点的单向下行控制信道，即基站到移动台单向传输，用于向MS广播各类消息，分为三种信道：FCCH：频率校准信道，该信道携载有用于MS频率纠正的信息。SCH：同步信道，携载MS帧同步和基站收发信台（BTS）识别信息。BCCH：广播控制信道用于发送小区信息。在每个基站收发信台中总有一个收发信机含有这个信道，以向该小区中所有移动台广播系统消息。GSM系统的逻辑信道——控制信道

b、公共控制信道（CCCH） 公共控制信道是一点对多点的双向控制信道，为网络中MS所共用，它包括三种信道：PCH：寻呼信道，用于BTS寻呼MS（下行信道）。RACH：随机接入信道，用于MS随机提出入网申请，即请求分配专用控制信道（上行信道）。AGCH：准予接入信道，用于BTS对MS的随机接入请求作出应答，即分配一专用控制信道或直接分配一个TCH（下行信道）。GSM系统的逻辑信道——控制信道

c、专用控制信道DCCH

专用控制信道是点对点的双向控制信道，使用时BTS将其分配给MS，进行BTS与MS之间点对点的传输。SDCCH：独立专用控制信道，用于在分配业务信道之前传送有关信令，如登记、鉴权等。SACCH：慢速随路控制信道，与一条业务信道或一条SDCCH联合使用，用来传送用户信息期间某些特定信息，例如：功率和帧调整控制信息、测量数据等。FACCH：快速随路控制信道，与一条业务信道联合使用，携带与SDCCH同样的信号，但只在没有分配SDCCH的情况下才分配FACCH，通过业务信道借取的帧（称为“偷帧”）来实现接续，传送如“越区切换”等指令。GSM系统的逻辑信道——控制信道知识点1GSM系统知识点2IS-95CDMA系统知识点3GPRS网络技能点1GSM移动主叫流程分析目录IS-95系统空中接口参数IS-95系统网络结构

在CDMA系统中，各种逻辑信道都是由不同的码序列来区分的。任何一个通信网络除主要传输业务信息外，还必须传输有关的控制信息。

为此，CDMA蜂窝系统在基站至移动台的传输方向(正向传输)上设置了导频信道、同步信道、寻呼信道和正向业务信道；在移动台至基站的传输方向(反向传输)上设置了接入信道和反向业务信道。这些信道的示意如图所示。IS-95系统中的无线信道IS-95系统中的无线信道全0信息，用Walsh0码扩展，直接用PN短码进行调制

BTS连续发射导频信道导频信道作用帮助手机捕获系统多径搜索提供相位参考，帮助手机进行信道估计，作相干解调切换时手机测量导频信道，进行导频强度比较导频信道（全0）Walsh0ToQPSKIS-95系统中的无线信道——导频信道

手机通过同步信道获得与系统的同步

同步信道提供导频偏置PILOT_PN

系统时间SYS_TIME

长码状态LC_STATE

寻呼信道速率P_RAT

同步信道速率固定为1200bps2.4kbps4.8kbps4.8kbps调制符号码符号重复的码符号1.2kbps卷积编码r=1/2,K=9符号重复块交织同步信道比特ToQPSKWalsh32IS-95系统中的无线信道——同步信道

BTS在寻呼信道上广播

系统参数消息接入参数消息邻区列表

CDMA信道列表寻呼信道比特19.2kbps9.6kbps19.2kbps19.2kbps调制符号码符号重复的码符号9.6kbps4.8kbps卷积编码r=1/2,K=9码符号重复块交织寻呼信道P的长码掩码长码发生器抽取器1.2288McpsWalshPToQPSKBTS通过寻呼信道

寻呼手机指配业务信道

寻呼信道速率为9600bps或4800bps

寻呼信道帧长为20msIS-95系统中的无线信道——寻呼信道PN码片1.2288Mcps重复的码符号重复的码符号19.2kbps码符号19.2kbps9.6kbps1.2kbps0.6kbps8.6kbps4.0kbps2.0kbps0.8kbps9.6kbps4.8kbps2.4kbps1.2kbps增加帧质量指示比特(12,8,0或0bits/frame)每帧增加8bit编码尾比特卷积编码r=1/2,K=9符号重复前向业务信道信息比特(172,80,40或16bits/frame)块交织19.2kbps64阶正交扩频复用器长码发生器功率控制比特抽取器抽取器扰码IQI信道序列1.2288McpsQ信道序列1.2288Mcps基带滤波基带滤波Cos(2

fct)Sin(2

fct)I(t)Q(t)IS-95系统中的无线信道——正向业务信道IQI信道序列1.2288Mcps4.8ksps(307.2kbps)PN码片1.2288Mcps调制符号(Walsh码片)重复的码符号重复的码符号28.8kbps码符号14.4kbps4.4kbps4.8kbps每帧增加8bit编码尾比特卷积编码r=1/3,K=9符号重复接入信道信息比特(80bits/frame)块交织28.8kbps64阶正交调制数据突发随机化长码发生器帧数据速率Q信道序列1.2288Mcps长码掩码1/2PN码片时延=406.9nsD基带滤波基带滤波Cos(2

fct)Sin(2

fct)I(t)Q(t)s(t)接入信道与正向传输的寻呼信道相对应，其作用是在移动台接续开始阶段提供通路，即在移动台没有占用业务信道之前，提供由移动台至基站的传输通路。供移动台发起呼叫或对基站的寻呼进行响应，以及向基站发送登记注册的信息等。IS-95系统中的无线信道——接入信道IQI信道序列1.2288Mcps4.8ksps(307.2kbps)PN码片1.2288Mcps调制符号(Walsh码片)重复的码符号重复的码符号28.8kbps码符号28.8kbps14.4kbps7.2kbps3.6kbps8.6kbps4.0kbps2.0kbps0.8kbps9.6kbps4.8kbps2.4kbps1.2kbps增加帧质量指示比特(12,10,8或6bits/frame)每帧增加8bit编码尾比特卷积编码r=1/3,K=9符号重复反向业务信道信息比特(172,80,40或16bits/frame)块交织28.8kbps64阶正交调制数据突发随机化长码发生器帧数据速率Q信道序列1.2288Mcps1/2PN码片时延=406.9nsD基带滤波基带滤波Cos(2

fct)Sin(2

fct)I(t)Q(t)IS-95系统中的无线信道——反向业务信道知识点1GSM系统知识点2IS-95CDMA系统知识点3GPRS网络技能点1GSM移动主叫流程分析目录GPRS:GeneralPacketRadioService中文译为通用无线分组业务。它是在GSM网络的基础上发展起来的，为用户提供高速的无线数据通信，在行业内被称为2.5代移动通信业务。GPRS在现有GSM网络基础上发展起来的分组交换系统，与互联网或企业网相连，向移动客户提供丰富的数据业务。GPRS网络覆盖广适用于间断的、突发性的或频繁的、小流量数据传输

快速登录按量计费永远在线分组交换GPRS网络特点

GPRS涉及的网元包括BTS、BSC、SGSN、GGSN、HLR。用户使用GPRS业务时，移动台通过BTS、BSC、SGSN和GGSN连接到互联网，用户的数据及位置信息由HLR提供。与GSM网络相比，BSC增加了新的硬件。MSBSSCSS

PSSSGSNBackboneNetworkCorporateNetworkISPNetworkGGSNGnGnGi(IP)Gi(IP)GsMSC/VLRSMS-G/IWMSCHLRBSCGrGd

AGbSOGAUCBTCBGw

A’’

NewHW

NewSWGPRS网络结构分配信道控制终端的寻呼Gb接口PCU(PacketControlUnit)分组交换控制单元，是BSC新增硬件，负责将BSC接收和发送信号打包/拆包，实现电路交换到分组交换的第一步转换。CCUCCUPCUBTSBSCSGSNAbisGbPCU功能GPRS网络结构——PCU

SGSN的主要作用是记录移动台的当前位置信息，并且在移动台和GGSN之间完成移动分组数据的发送和接收。