《GSM网络原理讲义》课件

GSM网络原理讲义投稿人：GSM网络概述全球标准GSM是全球通用的移动通信标准，广泛应用于世界各地。数字蜂窝GSM采用数字技术，并利用蜂窝结构实现无线信号覆盖。无线通信GSM主要利用无线电波进行通信，通过基站和移动设备进行数据传输。GSM网络架构GSM网络架构主要由两部分组成：**无线电接入网（RAN）**和**核心网（CN）**。无线电接入网负责与移动终端进行无线通信，包括基站、基站控制器和移动交换中心。核心网负责提供各种网络服务，例如呼叫控制、数据传输、短信服务和移动性管理等。GSM网络频率规划900900MHz欧洲GSM网络的标准频率。18001800MHz美国GSM网络的标准频率。19001900MHz美国PCS网络的标准频率。蜂窝结构及覆盖GSM网络采用蜂窝结构，将覆盖区域划分为多个六边形的小区。每个小区由一个基站负责，基站通过无线电波与手机进行通信。小区之间相互重叠，以确保手机始终能连接到信号最强的基站。手机号码与用户识别1手机号码每个GSM用户都有一个唯一的手机号码，用于识别和联系。2IMSI国际移动用户识别码（IMSI）是每个GSM用户的唯一身份标识符。3用户身份认证GSM网络使用IMSI和SIM卡进行身份验证，确保用户身份的合法性。呼叫流程与信令1建立连接手机发起呼叫，基站接收信号2信令交换基站与核心网交换信息，建立连接3呼叫连接核心网与对方手机建立连接GSM网络的呼叫流程涉及多个步骤，包括手机与基站之间的通信，基站与核心网之间的信令交换，以及核心网与对方手机的连接。信令是用来控制和管理呼叫的指令，例如呼叫建立、呼叫终止、数据传输等等。信令的传输依托于各种协议，例如GSM协议中的SS7协议和LAPDm协议。移动性管理位置更新移动性管理的核心功能，负责追踪手机位置，确保及时定位。切换管理当手机移动到另一个小区时，需要进行切换，保持通话连接。漫游管理手机在不同网络之间移动时，需要进行漫游，确保通话正常进行。小区切换与漫游小区切换当移动用户在移动时，当其信号强度下降到一定程度，则会自动切换到更强信号的小区。漫游当移动用户到达另一个运营商的覆盖范围时，其手机会自动切换到该运营商的网络，并使用该运营商的资费标准。切换流程切换流程包括小区搜索、信号强度比较、切换信号发送和接收、切换完成确认等步骤。码分多址(CDMA)技术独特的信号识别每个用户分配一个独特的码片序列，即使多个用户同时发送信号，也可以通过码片序列识别不同的用户。抗干扰能力强CDMA利用码片序列的正交性，有效抑制不同用户信号之间的干扰，提高通信质量。容量大，频谱利用率高多个用户可以在同一频率上同时通信，提高了频谱利用率，支持更多用户接入网络。时分多址(TDMA)技术时间分配TDMA将一个无线信道划分为多个时间段，每个用户在分配的时间段内独占信道。提高容量通过时间复用，TDMA可以在同一频率上支持更多用户，提高系统容量。减少干扰不同用户在不同的时间段传输数据，减少了用户之间的相互干扰。频分多址(FDMA)技术频率划分将整个可用频谱划分为多个子频带，每个用户占用一个子频带，不同用户使用不同的子频带进行通信。频谱利用率在一定频谱范围内，FDMA技术可以支持多个用户同时通信，提高频谱利用率。简单易行FDMA技术实现简单，在早期移动通信系统中得到广泛应用。编码与调制技术数字信号将语音信号转换为数字信号，以便进行高效的传输和处理。模拟信号将数字信号调制为模拟信号，以便通过无线电波进行传播。语音编码技术压缩将模拟语音信号转换为数字信号，并减少数据量，以便高效传输。量化将连续的模拟信号转换为离散的数字信号，用有限的数字表示语音波形。编码将数字信号转换成特定的编码格式，以优化传输效率和质量。信道编码技术增加数据传输的可靠性。在信道中，数据可能会受到噪声、干扰、衰落等因素的影响，导致数据错误。信道编码技术通过添加冗余信息来提高数据传输的可靠性。提高数据传输的效率。信道编码技术可以有效地抑制信道噪声和干扰，提高信号的抗噪声能力，从而提高数据传输的效率。提高数据传输的抗干扰能力。信道编码技术可以通过纠错和检错功能，有效地抵御信道中的噪声和干扰，提高数据传输的抗干扰能力。接入网部分接入网是GSM网络中连接用户设备（如手机）和核心网的桥梁。它负责无线信号的传输和处理，将用户数据传输到核心网，并完成用户认证、鉴权等功能。接入网的主要组成部分包括基站、基站控制器和无线资源管理系统等。核心网部分核心网是GSM网络的控制中心，负责管理和控制整个网络的运行。它主要负责以下功能：用户管理呼叫控制移动性管理数据业务处理无线电接入技术1GSM无线电接入GSM网络通过无线电波将用户终端与基站连接，并利用无线电信道传输语音和数据。2无线信道GSM网络使用时分多址(TDMA)和频分多址(FDMA)技术将多个用户共享有限的无线频谱资源。3空中接口GSM使用空中接口标准(GSM05.08)定义无线信号的传输和接收，确保不同设备之间的兼容性。蜂窝频点重复利用优势劣势提高频谱利用率增加干扰扩展网络容量降低信号质量降低运营成本需要更复杂的功率控制功率控制与干扰管理功率控制确保信号质量，避免过高功率造成干扰。干扰管理减少不同基站之间的信号干扰，提高系统容量。射频电路设计电路元件选择选择合适的射频元件，如放大器、滤波器、混频器等，以满足信号处理的要求。电路匹配设计通过阻抗匹配技术，最大限度地将信号能量传输到负载，提高电路效率。线性度和噪声控制在设计过程中，要控制电路的线性度和噪声水平，保证信号传输的质量。天线及传播特性天线是GSM网络中不可或缺的组成部分，负责发射和接收无线信号。天线的类型和参数直接影响着信号覆盖范围、信号强度以及网络质量。传播特性是指无线信号在传播过程中的衰减、反射、衍射等现象，影响着信号的覆盖范围和质量。了解传播特性对于优化网络覆盖、减少干扰至关重要。网络规划与优化覆盖范围确保网络信号在所有区域都能覆盖到用户，并提供高质量的通信服务。容量规划根据用户数量和流量需求，规划网络容量，以满足用户需求，并保证网络的稳定运行。干扰控制优化基站配置和功率控制，减少不同基站之间的干扰，提升网络质量。性能指标通过监测网络性能指标，如掉话率、呼叫成功率等，不断优化网络配置，提升用户体验。网络测试与维护性能测试确保网络性能满足预期，例如延迟、吞吐量和可靠性。安全测试识别潜在的安全漏洞并实施防范措施以保护网络安全。故障排除快速诊断和解决网络问题，确保网络正常运行。网络演进与5G11G模拟蜂窝网络，支持语音通话，传输速度慢。22G数字蜂窝网络，支持数据传输，传输速度提升。33G宽带数据传输，支持视频通话，网络速度大幅提升。44G高速数据传输，支持高清视频和移动游戏，网络速度显著提升。55G超高速数据传输，支持虚拟现实和物联网，网络速度大幅提升。发展趋势与挑战5G的影响5G技术的快速发展将为GSM网络带来新的机遇和挑战。更高的带宽和更低的延迟将使GSM网络能够提供更丰富的服务，如物联网和车联网应用。网络安全随着网络规模的不断扩大，网络安全问题变得越来越突出。