GSM基础理论培训.ppt

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1、Edited by Lulei,1,GSM基础理论培训,东信网络技术服务有限公司技术支持部,Edited by Lulei,2,GSM网络背景GSM系统组成与接口GSM频段和频率规划GSM无线关键技术GSM信道GSM移动区域与编号计划GSM基本流程,目录,Edited by Lulei,3,GSM：是Global System For Mobile communication（全球移动通信系统）的简称。由欧洲的标准化委员会设计的。1990年完成了GSM900的规范，共产生大约130项的全面建议书，不同建议书经分组而成为一套12系列。1991年在欧洲开通了第一个系统，将GSM更名为“全球移动通信

2、系统”（Global system for mobile communication）。从此移动通信跨入了第二代数字移动通信系统。1992年大多数欧洲GSM运营商开始商用业务。1995年我国开始GSM运营。,GSM网络背景,Edited by Lulei,4,GSM系统技术规范共分12章：0112（除10外）共11个系列01：概述02：GSM业务方面03：GSM网络功能和结构04：空中接口（L2&L3）05：无线路径上的物理层（L1）06：话音编码规范07：对移动台的终端适配08：A&Abis接口09：网络互联11：测试规范12：网络管理操作维护 GSM系统技术规范中只对功能和接口定制进行了详

3、细规范，未对硬件做出规定。这样可以减少对设计者限制，也使运营者可以购买不同厂家的设备。,GSM系统规范,Edited by Lulei,5,GSM网络背景GSM系统组成与接口GSM频段和频率规划GSM无线关键技术GSM信道GSM移动区域与编号计划GSM基本流程,目录,Edited by Lulei,6,GSM网络组成 GSM网络由核心网侧移动交换系统（NSS）、无线侧基站子系统（BSS）、操作维护中心（OMC）、移动用户设备MS、中继线路及其传输设备组成。,GSM系统组成,Edited by Lulei,7,MSC,MSC是整个网络的核心,协调、控制整个GSM网络中BSS、OSS的各个功能实体

4、。接口管理支持电信业务，承载业务和补充业务支持位置登记、越区切换和自动漫游等其它网络功能,MSC：移动交换中心,HLR,HLR：归属位置寄存器,Edited by Lulei,8,归属用户位置寄存器(HLR)是GSM系统的中央数据库,存储该HLR控制的所有存在的移动用户的相关信息。所有移动用户的重要数据都存储在HLR中.包括用户识别号码,访问能力、用户类别和补充业务等数据，HLR也存储部分漫游移动用户所在MSC区域的有关动态数据。,AUC,AUC：鉴权中心,Edited by Lulei,9,鉴权中心（AUC）存储着鉴权信息和加密密钥，防止无权用户接入系统和防止无线接口中数据被窃AUC属于HL

5、R的一个功能单元部分，专用于GSM系统的安全性管理,EIR,EIR：设备识别寄存器,Edited by Lulei,10,移动设备识别寄存器（EIR）存储着移动设备的国际移动设备识别码（IMEI），通过合成三种表格（百名大、灰名单、黑名单）使得网络具有防止无权用户接入、监视故障设备的运行和保障网络运行安全的功能。,OSS网管系统,Edited by Lulei,11,无线部分的网管OMC-R。交换部分的网管OMC-S,BSC,BSC：基站控制器,Edited by Lulei,12,接口管理BTS-BSC之间的信道管理无线参数及无线资源管理无线链路的测量话务量统计切换支持呼叫控制操作与维护,B

6、TS,BTS：基站收发信机,Edited by Lulei,13,BTS受控于基站控制器（BSC）实现BTS与移动台（MS）空中接口的功能,移动用户设备MS,移动台由SIM卡与机身设备组成,Edited by Lulei,14,SIM卡上包含所有与用户有关的无线接口一侧的信息，也含有鉴权和加密实现的信息。固化数据：IMSI、Ki、安全算法（A3、A8）；临时网路数据：TMSI、LAI、KC；业务相关数据：PIN（个人识别号）、PUK机身设备可以是手持机，车载台等。,GSM主要接口,Edited by Lulei,15,Edited by Lulei,16,GSM网络背景GSM系统组成与接口GS

7、M频段和频率规划GSM无线关键技术GSM信道GSM移动区域与编号计划GSM基本流程,目录,GSM频段,Edited by Lulei,17,900MHz频段：（上行）890915（移动台发、基站收）（下行）935960（基站发、移动台收）双工间隔为45MHz，工作带宽为25 MHz，载频间隔为200 kHz。小区半径0.535（KM）DCS1800MHz频段：（上行）17101785（移动台发、基站收）（下行）18051880（基站发、移动台收）双工间隔为95MHz，工作带宽为75 MHz，载频间隔为200 kHz。小区半径：0.535（KM),频道配置,Edited by Lulei,18,

8、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25kHz频道配置采用等间隔频道配置方法干扰保护比载波干扰保护比（C/I）就是指接收到的希望信号电平与非希望信号电平的比值同频道干扰保护比：C/I9 db邻频道干扰保护比：C/I-9 db,频率复用,Edited by Lulei,19,GSM 采用的频率复用结构有4X3、3X3、2X6等多种结构，所有的复用都是把有限的频率分成若干组，依次形成一簇频率分配给相邻小区使用。如“4X3”复用方式，把频率分成12组，并轮流分配到4个站点，即每个站点可用到3个频率组,Edi

9、ted by Lulei,20,GSM网络背景GSM系统组成与接口GSM频段和频率规划GSM无线关键技术GSM信道GSM移动区域与编号计划GSM基本流程,目录,多址技术,Edited by Lulei,21,多址技术技术要使众多的客户公用公共通信信道所采用的一种技术实现多址的方法基本上有三种：频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CMDA）。在GSM中，无线路径上采用以时分多址（TDMA）为基础，结合FDMA的方式。每一频点（频道或叫TRX）上可分成8个时隙，每一时隙为一个信道。,调制技术,Edited by Lulei,22,数字调制解调技术在选择数字调制解调技术时，要考虑到

10、两方面的因素：功率的有效性和频谱的有效性。对于功率有效的技术，它要求在相对低的载噪比（8.4 db或12dB）的情况下具有低的差错概率（对应于10-4或10-8）。对于频谱有效性，它应能在单位频带内具有高的比特率（2bit/s.HZ)。GSM采用：高斯滤波最小移频键控GMSK,分集技术,Edited by Lulei,23,分集技术：利用多经信号改善接收系统性能，降低多经衰落种类：空间分集、频率分集、时间分集、极化分集空间分集：接收天线间隔保证衰落信号的独立性，理论上0.5波长可以保证不相关，一般10个波长或0.1个天线挂高；分集支路越多越好。频率分集：调频、扩频时间分集：符号交织、检错、纠错

11、编码分集信号的合并技术：选择型合并、等增益合并、最大比合并、开关式合并选择性合并：接收端选择最佳SNR等增益合并：增益系数为1，比最大比合并低1.05dB最大比合并：各分集之路径相位调整后，按适当的增益系数同相相加，再送入检测器开关式合并：仅使用一套接收设备，监视接收信号的包络，一般要求发射机采用两副天线,编码方式,Edited by Lulei,24,编码可分为信源编码和信道编码信源编码：为了提高数字信号的有效性以及为了使模拟信号数字化而采取的编码。主要任务是改进话音采样和编码算法，以降低信源的基本数码率。信道编码：为了提高数字通信的可靠性而采取的编码，目的在于使信号在接收端能够检查甚至纠正

12、传输期间由各种干扰引起的差错信道编码与信源编码的区别：信源编码是为了提高传输效率，减少带宽，所以尽量去减少信源的冗余度，而信道编码是为了检测或纠正差错，采用了增加冗余度的方法，也就是在原来信息码的基础上多加一些码元，按照一定的代数结构或其他相关特性，利用码间的相互关系去判断或纠正差错,交织技术,Edited by Lulei,25,交织就是把信息码在发端加以排列组合，使信息码相互穿插交织后再发送到信道中去。交织技术的目的就是使成片或突发差错转换成随机差错在接收端，进行反交织，恢复成原始的码序列后，就可以按纠正随机错误的编码来进行纠正。,调频技术,Edited by Lulei,26,调频技术：

13、改善衰落；大大改善多经环境中的慢速移动的移动台通信质量，相当于频率分集。基带跳频：同一用户基带信号按照一定规则在固定的若干频率上轮流发射射频调频：按照跳频序列在整个可用频段内发射和接收，不含BCCH所在载频,时间调整TA,Edited by Lulei,27,时间调整（TA）当一个特定连接建立时，BTS不断测量自己脉冲与收到的MS时隙之间的时间偏移量。时间调整的提前是063个比特之间的任意值，63个比特是BTS与BS之间最长距离GSM最远覆盖距离为35km，采用双时隙技术后理论上可扩展到120KM,不连续发射技术,Edited by Lulei,28,DTX：不连续发射（Discontinuo

14、us Transmission）在语音间歇期关闭发射仅发射静音指示帧接收端码变换器产生舒适噪声,VAD:语音激活检测(Voice Activity Detection)码变换器实现,功控技术,Edited by Lulei,29,延长电池寿命降低网络干扰包括上行功控和下行功控功率控制基于电平和质量BSC、BTS是判决者,功率控制,Edited by Lulei,30,GSM网络背景GSM系统组成与接口GSM频段和频率规划GSM无线关键技术GSM信道GSM移动区域与编号计划GSM基本流程,目录,帧和信道,Edited by Lulei,31,帧,Edited by Lulei,32,突发脉冲（1

15、）,Edited by Lulei,33,突发脉冲（2）,Edited by Lulei,34,逻辑信道类型,Edited by Lulei,35,下行逻辑信道,Edited by Lulei,36,上行逻辑信道,Edited by Lulei,37,逻辑信道作用举例,Edited by Lulei,38,逻辑信道的物理组合,Edited by Lulei,39,TCH/F+FACCH/F+SACCH/TF（全速率TCH）TCH/H+FACCH/H+SACCH/TH（半速率TCH）26帧复帧FCCH+SCH+BCCH+CCCH（主BCCH）FCCH+SCH+BCCH+CCCH+SDCCH/4+

16、SACCH/4(组合BCCH)BCCH+CCCH（扩展BCCH）SDCCH/8+SACCH/C8（主SDCCH）+FACCH/851帧复帧,逻辑信道组合帧结构-主BCCH,Edited by Lulei,40,逻辑信道组合帧结构-主SDCCH,Edited by Lulei,41,逻辑信道组合帧结构-组合BCCH,Edited by Lulei,42,逻辑信道组合帧结构-TCH,Edited by Lulei,43,采用半速率，帧结构并未变化。系统将复帧中的奇数帧分配给一个用户，而将其中的偶数帧分配给另一用户，原先的第26空闲帧就成为第二个用户的SACCH。这样，原有的一个TCH时隙上可以接入

17、两个用户的业务，增加了信道容量,Edited by Lulei,44,GSM网络背景GSM系统组成与接口GSM频段和频率规划GSM无线关键技术GSM信道GSM移动区域与编号计划GSM基本流程,目录,移动网络的区域划分,Edited by Lulei,45,IMSI,Edited by Lulei,46,IMSI：在PLMN中，IMSI用来唯一地识别一个移动用户的号码。在包括漫游区域在内的所有位置都是有效的。,其中：MCC：Mobile Country Code，移动国家码，三个数字，如中国为 460。MNC：Mobile Network Code，移动网号，两个数字，如中国联通01，中国移动的

18、MNC为00和02两个网号。MSIN：Mobile Subscriber Identification Number，在某一PLMN内MS唯一的识别码。编码格式为：H1 H2 H3 S XXXXXX。唯一地识别PLMN中移动用户。NMSI：National Mobile Subscriber Identification，在某一国家内MS唯一的识别码。,TMSI,Edited by Lulei,47,TMSI：为了对IMSI保密，由VLR给来访用户分配的一个唯一临时号码。在无线通道上替代IMSI使用的临时移动用户识别码。TMSI仅在本地使用，是一个4字节的BCD编码。应能在每次呼叫建立，每次位

19、置更新，每次激活补充业务时，重新分配TMSI,LAC,Edited by Lulei,48,在检测位置更新时，要使用位置区识别LAI，寻呼移动台是以LAI为单位进行。,其中，MCC与MNC与IMSI中的相同。MCC：Mobile Country Code，移动国家码，三个数字，如中国为 460。MNC：Mobile Network Code，移动网号，两个数字，如中国联通01，中国移动的MNC为00和02两个网号。LAC：Location Area Code，是2个字节长的十六进制BCD码，0000与FFFE不能使用。例:460018C90,CI,Edited by Lulei,49,CGI是

20、所有GSM PLMN中小区的唯一标识，是在位置区识别LAI的基础上再加上小区识别CI构成的。编码格式为LAI+CICI：Cell Identity，是2个字节长的十六进制BCD码，可由运营部门自定例：4600117A728FD,BSIC,Edited by Lulei,50,用于移动台识别相邻的、采用相同载频的、不同的基站收发信台（BTS），特别用于区别在不同国家的边界地区采用相同载频的相邻BTS。NCC-PLMN色码：用来唯一地识别相邻国家不同的PLMN。相邻国家要具体协调NCC的配置。3个比特BCC-BTS色码：用来唯一地识别采用相同载频、相邻的、不同的BTS。3个比特,BSIC的组成,N

21、CC-PLMN色码。用来唯一地识别相邻国家不同的PLMN。相邻国家要具体协调NCC的配置。3个比特BCC-BTS色码。用来唯一地识别采用相同载频、相邻的、不同的BTS。3个比特,IMEI,Edited by Lulei,51,IMEI（国际移动台识别码）：IMEI用于唯一地识别一个移动台设备，为一个15位的十进制数字。IMEI构成：型号批准码（TAC）：由欧洲型号认证中心分配；工厂装配码（FAC）：由厂家编码，表示生产厂家及其装配地；序号码（SNR）：由厂家分配；备用（SP）：3GPP规定为0。,MSISDN,Edited by Lulei,52,MSISDN：MSISDN是指主叫用户为呼叫G

22、SM/WCDMA移动用户所需拨的号码。,CC：Country Code，国家码，如中国为86。NDC：National Destination Code，国内接入号，如中国移动的NDC目前有139、138、137、136、135，比如：156，186HLR识别号：H0 H1 H2 H3 由总部统一指派SN：Subscriber Number，四位，由各HLR自行分配MSISDN的一般格式为86-139(或8-0)-H0 H1 H2 H3 ABCD典型的MSISDN举例：8613905710001,MSRN,Edited by Lulei,53,MSRN：移动用户的特性决定它的位置是不断变动的，

23、MSISDN只指出了用户所属的HLR。当呼叫一个移动用户时，为使网络再次进行路由选择，根据HLR的要求，由VLR临时分配给移动用户的一个号码。该号码在接续完成后即可以释放给其他用户使用。同时在分配MSRN的同时，启动90秒的释放定时器，以保证在故障情况下能及时释放MSRN。与MSISDN具有相同的号码结构，具体由运营商自行规定,Edited by Lulei,54,GSM网络背景GSM系统组成与接口GSM频段和频率规划GSM无线关键技术GSM信道GSM移动区域与编号计划GSM基本流程,目录,基本流程,Edited by Lulei,55,MS主叫,Edited by Lulei,56,Edited by GMJ,57,MS主叫信令（1）,Edited by Lulei,58,主叫接入阶段、鉴权阶段主要信令：,MS主叫信令（2）,Edited by Lulei,59,TCH指配阶段、取被叫漫游号码阶段主要信令：,MS被叫,Edited by Lulei,60,Edited by GMJ,61,MS被叫信令（1）,Edited by Lulei,62,被叫接入阶段、鉴权阶段主要信令流程：,MS被叫信令（2）,Edited by Lulei,63,被叫TCH指配阶段、通话阶段主要信令流程：,切换,Edited by Lulei,64,谢谢,