移動(dòng)通信GSM和CDMA數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng).ppt

1、a,1,第四章 GSM和CDMA數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng),4.1 GSM系統(tǒng) 4.1.1 GSM歷史 由于模擬系統(tǒng)有四大缺點(diǎn)： 1. 各系統(tǒng)間沒有公共接口； 2. 很難開展數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)； 3. 頻譜利用率低無法適應(yīng)大容量的需求； 4.安全保密性差，易被竊聽，易做“假機(jī)”。,a,2,1982年北歐國(guó)家為了方便全歐洲統(tǒng)一使用移動(dòng)電話，需要一種公共的系統(tǒng)，向CEPT（歐洲郵電行政大會(huì)）提交了一份建議書，要求制定900MHz頻段的公共歐洲電信業(yè)務(wù)規(guī)范。在這次大會(huì)上就成立了一個(gè)在歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)（ETSI）技術(shù)委員會(huì)下的“移動(dòng)特別小組Group SpecialMobile）簡(jiǎn)稱“GSM”，來制定有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和

2、建議書。,a,3,1987年5月GSM成員國(guó)就數(shù)字系統(tǒng)采用窄帶時(shí)分多址TDMA、規(guī)則脈沖激勵(lì)線性預(yù)測(cè)RPE一LTP話音編碼和高斯濾波最小移頻鍵控GMSK調(diào)制方式達(dá)成一致意見 1991年在歐洲開通了第一個(gè)系統(tǒng)，將GSM更名為“全球移動(dòng)通信系統(tǒng)”（Globa1 system for Mobile communications）,a,4,移動(dòng)特別小組還完成了制定1800MHz頻段的公共歐洲電信業(yè)務(wù)的規(guī)范，名為DCSI800系統(tǒng)。 1993年我國(guó)開通了第一個(gè)數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)。,a,5,4.1.2 GSM系統(tǒng)組成 MS：移動(dòng)臺(tái); BSS: 基站子系統(tǒng) NSS: 網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng),a,6,4.1.3 GSM系

3、統(tǒng)結(jié)構(gòu),a,7,4.1.4 系統(tǒng)接口,a,8,4.1.5 我國(guó)GSM通信網(wǎng)結(jié)構(gòu) 采用獨(dú)立網(wǎng)號(hào)方式來組網(wǎng)的。 “中國(guó)電信” GSM網(wǎng)路接入號(hào)為“139”， “中國(guó)聯(lián)通” GSM網(wǎng)路接入號(hào)為“130”。 全國(guó)GSM移動(dòng)電話網(wǎng)按大區(qū)設(shè)立一級(jí)匯接中心、省內(nèi)設(shè)立二級(jí)匯接中心、移動(dòng)業(yè)務(wù)本地網(wǎng)設(shè)立端局構(gòu)成三級(jí)網(wǎng)路結(jié)構(gòu)。三級(jí)網(wǎng)路結(jié)構(gòu)組成了一個(gè)完全獨(dú)立的數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)路。,a,9,GSM數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)與PSTN網(wǎng)相重疊。公用電話網(wǎng)有它的國(guó)際出口局，而GSM數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)卻無國(guó)際出口局，國(guó)際間的通信仍然還需借助于公用電話網(wǎng)的國(guó)際局。 在“中國(guó)聯(lián)通”GSM移動(dòng)交換局所在地，聯(lián)通網(wǎng)和主網(wǎng)(郵電部門的GSM移動(dòng)通信網(wǎng)和

4、PSTN網(wǎng))之間各設(shè)一個(gè)網(wǎng)間接口局，聯(lián)通網(wǎng)和主網(wǎng)經(jīng)過網(wǎng)間接口局連通。,a,10,省內(nèi)GSM移動(dòng)通信網(wǎng)的網(wǎng)路結(jié)構(gòu) 省內(nèi)設(shè)若干個(gè)移動(dòng)業(yè)務(wù)匯接中心(即二級(jí)匯接中心)。二級(jí)匯接中心可以是單獨(dú)設(shè)置的匯接中心(即不帶客戶，只作匯接)，也可兼作移動(dòng)端局(與基站相連，可帶客戶)。省內(nèi)GSM移動(dòng)通信網(wǎng)中一般設(shè)置二三個(gè)移動(dòng)匯接局較為適宜，最多不超過四個(gè)，每個(gè)移動(dòng)端局至少應(yīng)與省內(nèi)兩個(gè)二級(jí)匯接中心相連。,a,11,移動(dòng)業(yè)務(wù)本地網(wǎng)的網(wǎng)路結(jié)構(gòu) 全國(guó)可劃分為若干個(gè)移動(dòng)業(yè)務(wù)本地網(wǎng)，每個(gè)移動(dòng)業(yè)務(wù)本地網(wǎng)中應(yīng)設(shè)立一個(gè)HLR和一個(gè)或若干個(gè)移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心(MSC)， 還可以幾個(gè)移動(dòng)業(yè)務(wù)本地網(wǎng)共用一個(gè)MSC。,a,12,信令網(wǎng)路結(jié)構(gòu)

5、在建網(wǎng)初期，由于國(guó)內(nèi)的No.7信令網(wǎng)不適宜傳輸MAP（移動(dòng)應(yīng)用部分）消息，作為過渡，可先建立移動(dòng)專用No.7信令網(wǎng)。,a,13,4.1.6 GSM的區(qū)域、號(hào)碼、地址與識(shí)別 1. 區(qū)域定義,服 務(wù) 區(qū),PLMN,PLMN,MSC,MSC,位置區(qū),基站,基站,扇區(qū),扇區(qū),PLMN：Public Land Mobile Network 公用陸地移動(dòng)通信網(wǎng),a,14,2. 號(hào)碼與識(shí)別 (1)國(guó)際移動(dòng)客戶識(shí)別碼(IMSI) GSM移動(dòng)通信網(wǎng)給移動(dòng)客戶分配一個(gè)特定的識(shí)別碼。存儲(chǔ)在客戶識(shí)別模塊(SIM)、HLR、VLR中。,a,15,MCC: 移動(dòng)國(guó)家號(hào)碼，由3位數(shù)字組成，我 國(guó)為460。 MNC: 移動(dòng)網(wǎng)

6、號(hào)，由2位數(shù)字組成， 郵電部門GSM PLMN網(wǎng)為00， “中國(guó)聯(lián)通公司”GSM PLMN網(wǎng)為0l。 MSIN: 移動(dòng)客戶識(shí)別碼，采用等長(zhǎng)11位 數(shù)字構(gòu)成。,a,16,(2) 臨時(shí)移動(dòng)客戶識(shí)別碼(TMSI) 為了對(duì)IMSI保密，MSCVLR可給來訪移動(dòng)客戶分配一個(gè)唯一的TMSI號(hào)碼，僅限在本MSC業(yè)務(wù)區(qū)內(nèi)使用。,a,17,(3) 國(guó)際移動(dòng)臺(tái)設(shè)備識(shí)別碼(IMEI) 唯一地識(shí)別一個(gè)移動(dòng)臺(tái)設(shè)備的編碼，為一個(gè)15位的十進(jìn)制數(shù)數(shù)字，其結(jié)構(gòu)是： 6位數(shù)字 2位數(shù)字 6位數(shù)字 l位數(shù)字 TAC FAC SNR SP TAC: 型號(hào)批準(zhǔn)碼; FAC: 工廠裝配碼，表示生產(chǎn)廠家及其 裝配地。 SNR: 序號(hào)碼，

7、 SP: 備用，備作將來使用。,a,18,(3) 移動(dòng)臺(tái)ISDN號(hào)碼(MSISDN) 主叫客戶為呼叫數(shù)字公用陸地蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)中客戶所需撥的號(hào)碼。號(hào)碼的結(jié)構(gòu)為：,a,19,CC：國(guó)家碼。我國(guó)為86。 NDC：國(guó)內(nèi)目的地碼，即網(wǎng)路接入號(hào)， 郵電部門GSM網(wǎng)為139，“中國(guó)聯(lián) 通公司”GSM網(wǎng)為130。 SN客戶號(hào)碼，采用等長(zhǎng)7位編號(hào)計(jì)劃。 (4) 移動(dòng)客戶漫游號(hào)碼(MSRN) (與MSISDN結(jié)構(gòu)相同）,a,20,(5) 位置區(qū)識(shí)別碼(LAI) 位置區(qū)識(shí)別碼用于移動(dòng)客戶的位置更新， 其號(hào)碼結(jié)構(gòu)是： 3位數(shù)字 2位數(shù)字 最大16bit MCC MNC LAC |-LAI-| MCC：移動(dòng)客戶國(guó)家碼

8、，同IMSI中的前三位數(shù) 字。 MNC：移動(dòng)網(wǎng)號(hào)，同IMSI中的MNC。 LAC：位置區(qū)號(hào)碼，為一個(gè)2字節(jié)BCD編碼， 在一個(gè)GSM PLMN網(wǎng)中可定義65536個(gè) 不同的位置區(qū)。,a,21,(6) 全球小區(qū)識(shí)別碼(CGI) CGI是用來識(shí)別一個(gè)位置區(qū)內(nèi)的小區(qū)，它是在位置區(qū)識(shí)別碼 (LAI)后加上一個(gè)小區(qū)識(shí)別碼(CI)，其結(jié)構(gòu)是： 3位數(shù)字 2位數(shù)字 最大16bit 最大16bit MCCMNC LAC CI |-LAI-| |-CGI-| CI是一個(gè)2字節(jié)BCD編碼，由各MSC自定,a,22,(7) 基站識(shí)別碼(BSIC) BSIC主要用于識(shí)別相鄰國(guó)家的具有相同載頻的相鄰基站，為6bit編碼

9、，其結(jié)構(gòu)是： 3bit 3bit NCCBCC |-BSIC-| NCC: PLMN色碼(國(guó)家色碼)，為XY1Y2。 X：運(yùn)營(yíng)者(郵電X1，聯(lián)通0) 主要用來區(qū)分國(guó)界各側(cè)的運(yùn)營(yíng)者(國(guó)內(nèi)區(qū)別不同的省)，為XY1Y2,a,23,BCC: 基站色碼，識(shí)別基站。由運(yùn)營(yíng)設(shè)定,a,24,4.1.7 GSM系統(tǒng)主要業(yè)務(wù),a,25,4.2 GSM系統(tǒng)的無線傳輸方式及其 特征 GSM系統(tǒng)采用TDMA和FDMA兩種多址方式。區(qū)群內(nèi)小區(qū)數(shù)為3、4或7個(gè)，每個(gè)小區(qū)含多個(gè)載頻，每個(gè)載頻含有8個(gè)時(shí)隙。 基站發(fā)射功率為每載波500W，每時(shí)隙平均為500/8=62.5W。 移動(dòng)臺(tái)發(fā)射功率分為0.8W、2W、5W、8和20W，

10、供用戶選擇。,a,26,小區(qū)半徑為最大35km(用于農(nóng)村)，最小為500m(市區(qū))。 采用多種抗干擾技術(shù)如自適應(yīng)均衡、跳頻和糾錯(cuò)碼等。 4.2.1 GSM工作頻段 (1) 歐洲GSM通信系統(tǒng)在以下的射頻頻段： 上行: 890915MHz（移動(dòng)臺(tái)發(fā)、基站收） 下行: 935960MHz（基站發(fā)、移動(dòng)臺(tái)收） 收發(fā)頻率間隔為45MHz。,a,27,載頻間隔：0.2MHz 系統(tǒng)載頻數(shù): (915-890)/0.2-1=124(對(duì))； 下頻段: fl(n)=(890+0.2n)MHz； 上頻段: fh(n)=(935+0.2n)MHz； n=1124. 每個(gè)載頻有8個(gè)時(shí)隙，系統(tǒng)共有物理信道 1248=9

11、92(個(gè)),a,28,(2) 我國(guó)陸地公用蜂窩數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)GSM通信系統(tǒng)采用900MHz頻段： 上行：905915（移動(dòng)臺(tái)發(fā)、基站收） 下行：950960（基站發(fā)、移動(dòng)臺(tái)收） 下頻段: fl(n)=890.200(n-1) 0.200MHz; 上頻段: fh(n)=fl(n)45MHz; n= 76124頻道 每個(gè)載頻有8個(gè)時(shí)隙，系統(tǒng)共有物理信道 498=392(個(gè)),a,29,隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展，可向下擴(kuò)展，或向1.8GHz頻段的DCSI800過渡，即1800MHz頻段： 上行：17101785（移動(dòng)臺(tái)發(fā)、基站收） 下行：18051880（基站發(fā)、移動(dòng)臺(tái)收） 頻道間隔 相鄰兩頻道間隔為200k

12、Hz，每個(gè)頻道采用時(shí)分多址接入（TDMA）方式，分為8個(gè)時(shí)隙，即8個(gè)信道。每信道占用帶寬200kHz8=25kHz,a,30,3. 頻率復(fù)用形式 按信道分配原則，把n個(gè)信道分為12組。 復(fù)用方式 : (1) 采用定向天線,區(qū)群內(nèi)4個(gè)小區(qū)每小區(qū)3組頻率,區(qū)群內(nèi)3個(gè)小區(qū)每小區(qū)3組頻率,a,31,(2) 采用全向天線，12組選 7，區(qū)群內(nèi)7個(gè)小區(qū),a,32,我國(guó)每小區(qū)可用頻道數(shù)都是在可用頻段為10MHz情況下： 郵電部： 使用4MHz，序號(hào)為7695 中國(guó)聯(lián)通公司：使用6MHz，序號(hào)為95124 。 郵電部建的GSM數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)如采用412頻率復(fù)用方式時(shí)，每小區(qū)可用頻道數(shù)最大僅有2個(gè)(16個(gè)信道)

13、，有些只能用到1個(gè)(8個(gè)信道)。為此，郵電部下屬大部分郵電管理局將4MHz帶寬向下端擴(kuò)展2MHz，即占用模擬B網(wǎng)2MHz。,a,33,4.2.2 信道類型及其組合 1. 時(shí)分多址技術(shù)（TDMA） 在GSM中，無線路徑上是采用時(shí)分多址（TDMA）方式。每一頻點(diǎn)（頻道或叫載頻TRX）上可分成8個(gè)時(shí)隙，每一時(shí)隙為一個(gè)信道，因此，一個(gè)TRX最多可有8個(gè)移動(dòng)客戶同時(shí)使用。,FDMA,TDMA,a,34,TDMA系統(tǒng)具有如下特性： a.每載頻多路; b.突發(fā)脈沖序列; c.傳輸速率高，自適應(yīng)均衡; d.傳輸開銷大; e.對(duì)于新技術(shù)是開放的; f.共享設(shè)備的成本低; g.移動(dòng)臺(tái)較復(fù)雜。,a,35,（2）TD

14、MA的幀 結(jié)構(gòu),a,36,(3) TDMA信道概念 物理信道: 一個(gè)時(shí)隙(TS) 信道 控制信道（CCH） 邏輯信道 業(yè)務(wù)信道 (TCH) 邏輯信道要映射到物理信道上傳送。,a,37,a,38, 業(yè)務(wù)信道（TCH）：用于傳送編碼后的 話音或客戶數(shù)據(jù)，和少量的隨路控制信令 。 話音業(yè)務(wù)信道 業(yè)務(wù)信道 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道,a,39,全速率業(yè)務(wù)信道(TCH/F)； 半速率業(yè)務(wù)信道(TCH/H):所用時(shí)隙是全速率所用時(shí)隙的一半。 控制信道(CCH)：用于傳送信令或同步數(shù)據(jù)。根據(jù)所需完成的功能又把控制信道分為廣播、公共及專用三種控制信道。 廣播信道(BCH)：是“一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)”的單向控制信道，用于基站向移動(dòng)臺(tái)廣

15、播公用的信息。,a,40,廣播信道又分為：頻率校正信道(FCCH)、同步信道(SCH)和廣播控制信道(BCCH)。 公用控制信道(CCCH)：是一種雙向控制信道，用于呼叫接續(xù)階段傳輸鏈路連接所需要的控制信令。又分為尋呼信道(PCH)、隨機(jī)接入信道(RACH)和準(zhǔn)許接入信道(AGCH); 專用控制信道(DCCH)：實(shí)施“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”的雙向控制信道。用于呼叫接續(xù)階段及通信進(jìn)行當(dāng)中，在移動(dòng)臺(tái)與基站之間傳輸必要的控制信息。,a,41,又分為獨(dú)立專用控制信道(SDCCH)、慢速隨路控制信道(SACCH)和快速隨路控制信道(FACCH)。,a,42,（4）時(shí)隙格式 TDMA信道上一個(gè)時(shí)隙中的信息格式稱為突發(fā)脈

16、沖序列。共有五種類型。 常規(guī)(普通)突發(fā)脈沖(NB, Nornal Burst)序列：用于傳輸業(yè)務(wù)信道TCH和專用控制信道(DCCH)的信息。 頻率校正突發(fā)(FB, Frequency Correction Burst)脈沖序列 :用于校正移動(dòng)臺(tái)的載波頻率,a,43,a,44,同步突發(fā)(SB, Synchronisation Burst)脈沖序列:：用于移動(dòng)臺(tái)的時(shí)間同步。 接入突發(fā)(AB, Access Burst)脈沖序列：。用于上行傳輸方向，在隨機(jī)接入信道(RACH)上傳送，用于移動(dòng)用戶向基站提出入網(wǎng)申請(qǐng)。 空閑突發(fā)脈沖序列（DB）：此突發(fā)脈沖序列在某些情況下由BTS發(fā)出，不攜帶任何信息。

17、它的格式與普通突發(fā)脈沖序列相同，其中加密比特改為具有一定比恃模型的混合比特。,a,45,（5）信道的組合方式 (邏輯信道到物理信 道的映射 ) 業(yè)務(wù)信道的組合 C0C1Cn-1 表示每個(gè)基站的n個(gè)載頻; C0為主載頻。 TS0TS1TS7表示每個(gè)載頻的8個(gè)時(shí)隙 業(yè)務(wù)信道的復(fù)幀(26幀)與物理信道 (一個(gè)時(shí)隙)的映射關(guān)系:,a,46,a,47, 控制信道的組合方式 控制信道復(fù)幀(51幀）,F(FCCH):頻率校正信道;S(SCH):同步信道； B(BCCH):廣播控制信道；I(IDEL):空閑信道。,a,48,a,49,SDCCH：專用控制信道； SACCH：慢速隨路控制信道。,a,50,公用控

18、制信道和專用道的綜合復(fù)用,a,51,4.2.3 語音和信道編碼 數(shù)字化話音信號(hào)在無線傳輸時(shí)主要面臨三個(gè)問題： 選擇低速率的編碼方式，以適 應(yīng)有限帶寬的要求； 選擇有效的方法減少誤碼率，即信道編碼問題； 選用有效的調(diào)制方法，減小雜波輻射，降低干擾。,a,52,GSM話音和信道編碼組成框圖,a,53,交織編碼 在陸地移動(dòng)通信這種變參信道上，比特差錯(cuò)經(jīng)常是成串發(fā)生的。 信道編碼僅在檢測(cè)和校正單個(gè)差錯(cuò)和不太長(zhǎng)的差錯(cuò)串時(shí)才有效。 希望能找到把一條消息中的相繼比特分散開的方法，再用信道編碼糾錯(cuò)功能糾正差錯(cuò)，恢復(fù)原消息，這種方法就是交織技術(shù)。,a,54,4.2.4 跳頻和間斷傳輸技術(shù) 跳頻 采用跳頻技術(shù)是為

19、了確保通信的秘密性和抗干擾性。 跳頻技術(shù)是靠躲避干擾獲得抗干擾能力。 Bw：跳變頻率范圍； Bc：最小跳變的頻率間隔。,a,55,采用每幀改變頻率的方法,a,56,2. 間斷傳輸 4.3 GSM系統(tǒng)的控制與管理 1. 位置登記,a,57,2. 鑒權(quán)與加密 鑒權(quán)的是為了確認(rèn)移動(dòng)臺(tái)的合法性。作用是保護(hù)網(wǎng)路，防止非法盜用。同時(shí)通過拒絕假冒合法客戶的“ 入侵” 而保護(hù)GSM移動(dòng)網(wǎng)路的客戶。,a,58,a,59,a,60,2. 加密 GSM系統(tǒng)中的加密是指無線路徑上的加密，是指BTS和MS之間交換客戶信息和客戶參數(shù)時(shí)不被非法個(gè)人或團(tuán)體所得或監(jiān)聽。,a,61,a,62,3. 設(shè)備識(shí)別 系統(tǒng)識(shí)別的目的是確保系統(tǒng)中使用的設(shè)備