数字移动通信系统(w)课件.ppt
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1、GSM数字蜂窝移动通信系统,GSM历史,1979年,世界无线电管理委员会(WARC)划定了今后欧洲用于蜂窝移动通信系统的频段;,1982年,欧洲邮政与电信委员会(CEPT)内建立了特别移动组(Groupe Special Mobile);,1986年,在巴黎建立了GSM永久核心;,1988年,欧洲电信标准协会(ETSI)成立,并接管了GSM委员会;,GSM历史,1990年,GSM规范Phase 1 被冻结;,1991年,DCS1800 规范Phase 1被冻结;GSM委员会开始考虑下一代无线通信系统;,1992年,GSM委员会更名为“ Special Mobile Group”,GSM系统更名
2、为“Global System for Mobile Communication”, DCS1800规范 Phase 2被冻结;,1992年,GSM开始商业运营;,GSM历史,1993年,GSM规范 Phase 2被冻结;,1994年,GSM商用运营远超出GSM委员会的范围(中国、印度、中东、远东、俄罗斯等国家和地区),1996年,ETSI推出GSM规范Phase 2,1995年,DCS1800商用系统开始在泰国、卡塔尔、英国等国家和地区运营;,01系列:系统概述02系列:业务03系列:网络结构和网络功能04系列:无线接口信令05系列:无线接口物理层06系列:语音编码07系列:移动台终端适配功
3、能08系列:A接口和Abis接口09系列:Interwork 和MAP等11系列:测试12系列:网管,GSM规范体系,GSM系统简介,GSM系统的业务GSM系统的结构GSM系统的功能,电信业务,用户终端业务,承载业务,基本业务,基本业务,基本业务补充业务,基本业务补充业务,GSM系统的业务,业务分类,用户终端业务,用户终端业务是一种电信业务,它提供给用户包括终端设备功能在内的各种必须功能,使之能与其他用户通信。,电话业务紧急呼叫业务短消息业务移动被叫点对点短消息业务移动主叫点对点短消息业务广播型短消息业务语音和三类传真交替业务自动的三类传真业务话音群呼叫业务话音广播业务,承载业务,用户终端业务
4、是一种电信业务,它在某个接入点上提供用户所需的传送相应信号的能力。,双向异步数据电路(3009600bps)双向同步数据电路(12009600bps)异步分组数据接入电路(3009600bps)双向同步分组数据(24009600bps)交替语音和数据数据后接语音业务,基本业务和补充业务,补充业务用于补充或修饰基本业务, 以提供用户完整的业务补充业务不能独立存在例如:主叫号码显示、呼叫转移等。,网络物理结构网络信令结构网络各部分功能,GSM系统结构和功能,网络物理结构,MS,MS,BSS,BSS,MSC,MSC,OMC,HLR,VLR,AUC,EIR,PDN,PSTN,ISDN,Um接口,A接口
5、,GCR,NSS,BSC,A,Um,MSC,MSC,VLR,VLR,HLR,AUC,EIR,B,C,E,F,G,H,D,NSS,BSS,MS,MS,BSC,BTS,A 接口,Um 接口,BTS,OMC_R,TRAU,Abis 接口,Asub接口,BSS,系统接口,A接口:MSC与BSC间的接口Abis接口:BSC与BTS间的接口B接口:MSC与VLR间的接口C接口:MSC与HLR间的接口D接口:HLR与VLR间的接口E接口:MSC与MSC间的接口F接口:MSC与EIR间的接口G接口:VLR与VLR间的接口H接口:HLR与AUC间的接口I接口:MSC与GCR间的接口Um接口:BTS与MS间的接口
6、,网络信令结构,归属位置登记处HLR,用于储存归属移动用户信息,包括:国际移动用户身份(IMSI)移动台ISDN号码(MSISDN)用于呼叫接续和计费的位置信息,如MS漫游号、VLR地址和MSC地址等等业务能力信息业务限制信息语音群业务信息补充业务能力信息,等等,拜访位置登记处VLR,用于储存其管辖区内的移动用户信息,包括:国际移动用户身份(IMSI)移动台ISDN号码(MSISDN)MS漫游号临时移动用户身份(TMSI)用户位置区等,必要时,VLR需从HLR提取有关用户信息,鉴权中心AUC,用于储存相关HLR中所有用户的加密键,包括:用于用户身份鉴别的加密键(A3、A8算法)用于无线接口加密
7、的加密键(A5算法),鉴权,SIM,VLR,HLR,SresKcRAND,Sres,=?,Kc,SresKcRAND,加密,SIM,VLR,SresKcRAND,Sres,Kc,BTS,Speech,Data,Speech,Data,A5,MS,A5,Um,设备身份登记处EIR,用于储存移动台设备身份(IMEI),移动业务交换中心MSC,为其服务区内的移动用户提供交换和信令功能与普通交换机相比,MSC至少附加下列二个功能:移动用户的位置登记过程切换过程,移动业务交换中心MSC,BSC,MSC/VLR,HLR/AUC/EIR,MSC/VLR,C,F,F,C,E,G,A,Um,B,H为内部接口,关
8、于回声抵消器1-回声的产生,回声主要源于2/4线转换的不平衡,回声抵消器,关于回声抵消器2-理论延时,20 ms,原语音,语音压缩后,信道编码后,信道译码后,语音解压缩后,20 ms,20 ms,20 ms,20 ms,20 ms,80 ms,GSM网络中的回声抵消器,位置:GSM系统与PSTN系统的接口,服务对象:移动用户,可能的问题:,硬件设备故障,设置,基站分系统BSS,实现无线通信所需的各种功能,BSS由下列功能实体组成:一个基站控制器(BSC)一个或多个基站收发信台(BTS)语音压缩与速率适配单元(TRAU),操作维护中心OMC,实现GSM系统的操作和维护,一般包括下列功能:PLMN
9、的管理用户管理终端管理计费统计等安全管理操作与性能管理系统控制设备维护,等等,BSS分系统简介,BSS分系统的功能实体BSS分系统的一般结构BSS分系统的接口BSS分系统的信令结构,BSS的功能实体,基站控制器BSC基站收发信机BTS无线子系统操作维护中心OMC_R码变换器和速率适配单元TRAU,A 接口,Um 接口,BTS,TC,BSS的一般结构,Abis 接口,BSC的一般结构和功能1,BSC的一般结构,交换网络,数字中继,数字中继,处理器网络,A接口,Abis接口,BSC的一般结构和功能2,BSC的功能,实现A接口物理层规定(PCM/E1)实现A接口No7号信令功能(SP)实现Abis接
10、口物理层规定(PCM/E1)实现Abis接口数据链路层(LAPD)实现A接口与Abis接口间业务信道交换功能实现部分网络层的功能实现无线资源管理(RR)实现BSS管理应用部分的功能实现切换功能等等,BSC的交换功能,BSC的交换功能用于实现A接口与Abis接口间物理信道的交叉连接Abis上的业务信道速率为16K, BSC与TRAU之间的业务信道速率为16K,因此BSC需实现16K的子速率交换功能Abis接口的信道安排与BTS的无线信道具有固定的对应关系,其分配由BSC控制;A接口信道由MSC分配,因此,BSC中必须有交换网络实现它们之间的交叉连接,TRAU,TC,MUX,TRAU,PCM/E1
11、,PCM/E1,复用与反复用,64K全速率交换矩阵,Abis信道分配举例,CH0,CH1,CH2,CH3,CH4,CH5,CH6,CH7,CH0,CH1,CH2,CH3,CH4,CH5,CH6,CH7,同步信息,空闲时隙,空闲时隙,信令时隙,OM信道,空闲时隙,时隙号,TS0,TS1,TS2,TS3,TS4,TS5TS15,TS16,TS30,TS31,TS1729,载频1,载频2,BSC的交换功能的实现,BSC的交换功能通常由下列模块实现:数字中继:用于实现A接口和Abis接口物理层上ITU的有关E1协议(G703、G704等等)交换电路模块若交换电路采用64K全速率交换,则在交换网络的前后
12、需有复用与反复用设备,BSC的交换时钟,GSM系统设备一般要求BSC的时钟同步于MSC的时钟,而BTS的时钟同步于BSC的时钟,因此必须注意在系统中传输网络的时钟问题,BSC的信令功能1,Abis接口数据链路层协议:D信道链路接入协议LAPDA接口No.7号信令低层协议:MTP、SCCP,BSC的信令功能2,A接口与Abis接口间的协议转换,如加密过程、信道指配过程等。,BSC的信令功能3,无线资源管理:无线资源分配无线资源释放无线资源的性能管理,等等,切换,实现BSC内的所有切换过程对于BSC间(或MSC间)的切换,产生切换候选小区表,关于切换完成,BTS的一般结构和功能1,BTS的功能模块
13、,编码与交织,译码与反交织,调制,均衡解调,加密,解密,天馈,发信机,收信机,跳频控制,时钟,信令处理,基站接口设备,Um,Abis,BTS的一般结构和功能2,BTS的功能,实现Abis接口物理层规定(PCM/E1)实现Abis接口数据链路层(LAPD)实现BTS管理功能实现部分无线资源管理功能(RR)实现Um接口数据链路层(LAPDm)实现Um接口物理层规定(TDMA)实现跳频功能 实现信道加密、解密实现信道编译码、交织与反交织实现调制与解调功能,信道编码,GSM系统中采用由块码与卷积码组成的结联码对无线信道实现前向的纠错功能实现坏帧的检测可用于话音质量检测可用于无线链路状态的监视区分不同小
14、区的信道请求消息,等等,交织与反交织,将需在无线信道上传送的数据流按一定的规则进行重新排序,以避免在无线信道上引入突发性的误码段,提高信道编码的功效。实际上,交织与反交织是减小快衰落影响的有效手段。,加密与解密,实现GSM规定的有关A5算法,对用户身份数据和用户业务数据提供保密功能,调制解调,采用GSM规范规定的规一化带宽为0.3的GMSK调制与解调,信道均衡,用于克服时延弥散,t,t,发信机,实现用户基带数据到射频信号的转换上变频信号激励功率放大功率控制,收信机,实现射频信号到用户基带数据的转换低噪声放大下变频信号激励自动增益控制(AGC)信号场强提取(RSSI),天馈系统,实现射频信号的合
15、路与分路,控制带外的杂散,实现网络设计规定的扇区分布等。在需要时,实现上下行信号的双工功能,抑制收发信干扰。,跳频,跳频的实现一般有基带跳频和射频跳频两种,收发信1,基带处理1,收发信2,基带处理2,收发信n,基带处理n,交换网络,基带跳频,BTS的信令,Um接口数据链路层:Dm信道链路接入协议LAPDmAbis接口数据链路层:D信道链路接入协议LAPDAbis接口与Um接口间信令协议转换无线信道管理,BTS的其它功能,信道测量:信号电平、信号质量预处理切换功能TRAU帧形成、提取和管理,BSS接口,BSS与MSC之间的接口A接口BSC与BTS之间的接口Abis接口BTS与移动台接口Um接口,
16、A接口,GSM规范08系列物理层:PCM/E1信令传输机制:No.7公共信令高层:BSSMAP,Abis接口连接方式,BSC,BTS,BTS,BSC,BTS,BTS,星状连接,链状连接,环状连接,Abis接口信令协议,GSM规范08系列物理层(PCM/E1)数据链路层(LAPD)第三层(BTSM)无线链路层管理消息专用信道管理消息公共信道管理消息TRX管理消息,Um接口,GSM规范04和05系列物理层:TDMA数据链路层:LAPDm网络层:RR、MM、CM,TDMA帧结构,FDMA、TDMA和CDMA,FDMA,TDMA,CDMA,f,f,f,t,t,t,Um接口物理层介绍,物理信道逻辑信道和
17、物理信道与逻辑信道的映射系统消息无线测量功率控制切换算法,物理信道,GSM系统频段中国GSM系统实用频段TDMA帧结构信道容量突发,GSM900主频段(PGSM):下行(基站发,移动站收):935 MHZ960 MHZ上行(移动站发,基站收):890 MHZ915 MHZ GSM扩展频段(G1):下行(基站发,移动站收):925 MHZ935 MHZ上行(移动站发,基站收):880 MHZ890 MHZGSM1800频段:下行(基站发,移动站收):1805 MHZ1880 MHZ上行(移动站发,基站收):1710 MHZ1785 MHZ,GSM系统频段,GSM900主频段(PGSM):下行:F
18、dl9350.2N(MHZ)(1N 124)上行:FulFdl45(MHZ)GSM1800频段:下行:Fdl1805.20.2(N512)(512N 885)上行: FulFdl95(MHZ)N为绝对频道号。,绝对频道号,GSM900主频段(PGSM):下行(基站发,移动站收):950 MHZ960 MHZ上行(移动站发,基站收):905 MHZ915 MHZ GSM扩展频段(G1):不归 GSM系统使用DCS1800频段:下行(基站发,移动站收):1805 MHZ1850 MHZ上行(移动站发,基站收):1710 MHZ1755 MHZ目前国家无委已核准中国电信申请的DCS1800频段的低
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