京東通信GSM移動通信系統(tǒng)培訓講義(保密)

1、 GSM900/DCS1800GSM Introduction GSM 移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng) GSM900/DCS1800GSM IntroductionGSM GSM 發(fā)展歷史發(fā)展歷史日日期期發(fā)發(fā) 展展 階階 段段1979 歐洲發(fā)展蜂窩通信，并為此安排蜂窩通信工作頻段1982 CEPT 成立“Groupe Special Mobile”（GSM）1986 在法國巴黎建立 GSM 標準制定協(xié)調(diào)小組1988 ETSI 全權負責管理 GSM 標準委員會的工作1990 頒布 GSM 第一階段的規(guī)范（GSM/Phase1）1991 頒布 DCS1800 第一階段的規(guī)范（DCS/Phase1）GSM

2、 委員會開始制定下一代無線通信系統(tǒng)標準 GSM900/DCS1800GSM IntroductionGSM GSM 發(fā)展歷史發(fā)展歷史日日期期發(fā)發(fā) 展展 階階 段段1992 GSM 標準委員會更名為“Special Mobile Group”GSM 系 統(tǒng) 命 名 為 ”Global System for MobileCommunications”頒布 DCS1800 第二階段的規(guī)范（DCS/Phase2）1992 GSM 系統(tǒng)投入商用1994 頒布 GSM 第二階段的規(guī)范（GSM/Phase2）1995 DCS1800 系統(tǒng)投入商用1996 頒布 GSM 第二階段增強型規(guī)范（GSM/Phase

3、2+） GSM900/DCS1800GSM IntroductionGSM GSM 標準制定委員會標準制定委員會委委員員會會名名稱稱標標 準準 分分 工工 技技 術術 規(guī)規(guī) 范范SMG1Definition of Service01, 02SMG2Specification of Radio Transmission 03, 05, 06SMG3Network ArchitetureSignalling Protocols, Oper interface03, 04, 08, 09SMG4Data Service07SMG5UMTSSMG6Operation and Maintenace121

4、1SeriesTest Specification11 GSM900/DCS1800GSM Introduction GSMGSM系統(tǒng)技術規(guī)范系統(tǒng)技術規(guī)范 GSM系統(tǒng)技術規(guī)范中只對功能和接口制定了詳細規(guī)范，未對硬件做出規(guī)定。這樣做目的是盡可能減少對設計者限制，又使各運營者有可能購買不同廠家的設備。 GSM900/DCS1800GSM Introduction GSMGSM系統(tǒng)結構系統(tǒng)結構 ISDNPSPDNCSPDNPSTNLIMNVLRAUCHLRMSCEIRBSCBTSMSOMC基站系統(tǒng)信息傳輸基站系統(tǒng)呼叫、連接和信息傳輸SSBSS基站系統(tǒng)交換系統(tǒng) GSM900/DCS1800GSM In

5、troduction GSMGSM系統(tǒng)結構系統(tǒng)結構 基站控制器 BSC基站收發(fā)信機 BTS無線操作維護中心 OMC-R碼變換器 TC（Transcoder）OMC-RTCBSCBTSBTSMSMSUM接口接口Abis接口接口A接口接口基站子系統(tǒng)（基站子系統(tǒng)（BSS）的組成）的組成 GSM900/DCS1800GSM Introduction GSMGSM系統(tǒng)結構系統(tǒng)結構 BSC的一般結構的一般結構數(shù)字數(shù)字中繼中繼交換網(wǎng)絡交換網(wǎng)絡處理器網(wǎng)絡處理器網(wǎng)絡數(shù)字數(shù)字中繼中繼A接口接口Abis接口接口 GSM900/DCS1800GSM Introduction GSMGSM系統(tǒng)結構系統(tǒng)結構 BTS的一般

6、結構的一般結構基基站站接接口口設設備備信信令令處處理理編碼與編碼與交織交織譯碼與譯碼與解交織解交織加密加密解密解密調(diào)制調(diào)制均衡均衡解調(diào)解調(diào)發(fā)信機發(fā)信機收信機收信機天天 線線跳頻控制跳頻控制時鐘時鐘AbisUm GSM900/DCS1800GSM Introduction GSMGSM系統(tǒng)結構系統(tǒng)結構 GSM移動設備的組成移動設備的組成語音語音編碼編碼信道信道編碼編碼交織交織加密加密TDMA突發(fā)突發(fā)序列形成序列形成調(diào)制調(diào)制TxRx雙工器雙工器解調(diào)解調(diào)均衡均衡解密解密解交織解交織語音語音解碼解碼信道信道解碼解碼VCO頻率合成器頻率合成器定時與控制定時與控制 GSM900/DCS1800GSM In

7、troduction GSMGSM系統(tǒng)中的不同接口系統(tǒng)中的不同接口 MSBTSBSCMSCVLRHLRMSCEIRAUCVLRPSTN ISDNPSDNUmAbisAEFCNDBG GSM900/DCS1800GSM Introduction GSMGSM系統(tǒng)空中接口調(diào)制系統(tǒng)空中接口調(diào)制 1 0 0 1 1高斯數(shù)字高斯數(shù)字預濾波預濾波MSK調(diào)制調(diào)制Gaussian Minimum Shift Keying GSM900/DCS1800GSM Introduction GSMGSM系統(tǒng)調(diào)制頻譜系統(tǒng)調(diào)制頻譜 GSM900/DCS1800GSM Introduction GSMGSM無線通信基礎無線

8、傳播無線通信基礎無線傳播陸地移動通信環(huán)境的特點陸地移動通信環(huán)境的特點1. MS的天線比較低2. MS移動性3. 信號電平隨機變化4. 在城市環(huán)境中存在著波導效應（由于街道兩旁有高大的建筑物將導致波導效應，結果使得沿傳播方向的街道上的信號增強，垂直與傳播方向的街道上的信號減弱，兩者相差大10dB以上。不過這種現(xiàn)象離基站距離越遠，減弱程度就越小。）5. 人為噪聲現(xiàn)象嚴重（主要是機動車的點火噪聲、電力線噪聲和工業(yè)噪聲。）6. 干擾現(xiàn)象嚴重（同頻干擾、鄰頻干擾、互調(diào)干擾等，隨著頻率再用系數(shù)的提高，同鄰頻干擾將成為影響網(wǎng)絡質(zhì)量的主要因素。） GSM900/DCS1800GSM Introduction

9、GSMGSM無線通信基礎無線傳播無線通信基礎無線傳播無線通信傳播方式無線通信傳播方式1. 直射（無線電波在自由空間傳播的方式。）2. 反射（當電磁波遇到比波長大得多的物體時，就會發(fā)生發(fā)射。發(fā)射常常發(fā)生在地球表面、建筑物和墻壁表面。）3. 繞射（當發(fā)射機和接收機之間的傳播路由被尖銳的邊緣阻擋時，就會發(fā)生在繞射。）4. 散射（當電磁波的傳播路由存在小于波長的物體，并且單位體積內(nèi)這種障礙物體的數(shù)目非常巨大時，就會發(fā)生散射。散射發(fā)生在粗表面、小物體或其他不規(guī)則物體，如樹葉、燈柱等。） GSM900/DCS1800GSM Introduction GSMGSM無線通信基礎無線傳播無線通信基礎無線傳播無線

10、電衰耗無線電衰耗影響接收信號電平的因素很多，有地形（平坦、準平坦、山區(qū)）、介質(zhì)（植被、水域）、地物（建筑物、建筑材料、街道走向、人體等）。當然最主要時距離、天線高度、發(fā)射功率。1. 慢衰落慢衰落是由接收點周圍地形物對信號發(fā)射，使得信號電平在幾十米范圍內(nèi)有大幅度的變化，若MS在沒有任何障礙物的環(huán)境下移動，則某點信號電平只與該點和發(fā)射機的位置的距離有關。所以通常某點信號電平時指幾十米范圍內(nèi)的平均信號電平，這個信號的變化呈正態(tài)分布。2. 快衰落快衰落時是疊加在慢衰落的信號上的，這個衰落的速度很快，每秒可達幾十次，除與地形地物有關，還與MS的速度和信號的波長有關，并且幅度最高可達幾十個dB，信號的變化

11、呈瑞利分布，因此也叫瑞利衰落。 GSM900/DCS1800GSM Introduction GSMGSM無線通信基礎無線傳播無線通信基礎無線傳播快衰落慢衰落信號強度移動臺路徑0圖一：無線電信號的快衰落和慢衰落 GSM900/DCS1800GSM Introduction GSMGSM頻率資源頻率資源我國陸地公用蜂窩數(shù)字移動通信網(wǎng)GSM通信系統(tǒng)采用900MHz頻段： 上行：890915（移動臺發(fā)、基站收） 下行：935960（基站發(fā)、移動臺收） 1.8GHz頻段的DCSI800過渡，即1800MHz頻段： 上行：17101785（移動臺發(fā)、基站收） 下行：18051880（基站發(fā)、移動臺收）頻

12、率標稱中心頻率與序號的關系有以下公式確定： 上行頻率f(n)=890+0.2nMHz 下行頻率f(n)=935+0.2nMHz其中，n為絕對頻率號，從1124。移動為194，聯(lián)通為96124，95為移動與聯(lián)通保護頻率。 GSM900/DCS1800GSM Introduction GSMGSM頻率資源頻率資源GSM擴展頻段（E-GSM）上行頻率：f(n)= 890 + 0.2 (n - 1024) (MHz)下行頻率：f(n)= 935 + 0.2 (n - 1024) (MHz)其中，n為絕對頻率號，從9751023。 DCS1800MHz頻率編號： 上行頻率f(n)=1710+0.2nMH

13、z 下行頻率f(n)=1805+0.2nMHz其中，n為絕對頻率號，從512885。移動申請了10MHz帶寬，頻率號從512562。 GSM900/DCS1800GSM Introduction GSMGSM頻率資源頻率資源（單位：（單位：MHz）保護頻帶保護頻帶45 MHz雙工間隔雙工間隔885915935930960 基基 站站接收頻率接收頻率 基基 站站發(fā)射頻率發(fā)射頻率25MHz保護頻帶保護頻帶移動移動GSM954890909移動移動EGSM聯(lián)通聯(lián)通GSM825835870880聯(lián)通聯(lián)通CDMA GSM900/DCS1800GSM Introduction95 MHz雙工間隔雙工間隔17

14、101785 18051880 基基 站站接收頻率接收頻率 基基 站站發(fā)射頻率發(fā)射頻率20 MHz保護頻帶保護頻帶（頻率單位：（頻率單位：MHz）DCS1800GSMGSM頻率資源頻率資源 GSM900/DCS1800GSM IntroductionGSMGSM頻率資源頻率資源基站扇區(qū)化基站扇區(qū)化全向小區(qū)全向小區(qū) 3 扇區(qū)扇區(qū)/小區(qū)小區(qū)（OMNI CELL SITE） （120 SECTOR/CELLS） Cell CellSite Site = 1 ANTENNA = 3 ANTENNA GSM900/DCS1800GSM IntroductionGSMGSM干擾保護比干擾保護比載干比載干比

15、載波干擾保護比又稱載干比，就是指接收到的希望信號電平與非希望信號電平的比值，此比值與MS的瞬時位置有關。這是由于地形不規(guī)則性及本地散射體的形狀、類型及數(shù)量不同，以及其他一些因素，如天線類型、方向性及高度、站址的標高及位置、當?shù)氐母蓴_源數(shù)目等所造成的。 GSM規(guī)范中規(guī)定： 同頻道干擾保護比： C/I 9dB 鄰頻道干擾保護比： C/I - 9dB 載波偏離400kHz時的干擾保護比： C/I - 41dB GSM900/DCS1800GSM IntroductionGSMGSM無線電波傳播模型無線電波傳播模型電波傳播模型可提供一定地形、地貌、人為環(huán)境下的無線電傳播路徑的衰耗的計算公式。在GSM系

16、統(tǒng)中一般使用下面的傳播模型。傳播模型可以分為經(jīng)驗模型、辦經(jīng)驗模型、半確定性模型或確定性模型。Okumura-Hata模型20世紀60年代，日本奧村（Okumura）等人在東京近郊用寬范圍的頻率、幾種固定天線高度、幾種MS天線高度，在各種各樣不規(guī)則地形和環(huán)境地物條件下測量信號強度，然后根據(jù)一系列測量結果，繪制反映頻率和距離關系曲線圖，固定天線高度作為曲線參量，產(chǎn)生各種各樣的結果，從而總結出來的經(jīng)驗公式，現(xiàn)在已經(jīng)成為移動通信中使用最多的傳播模型。 GSM900/DCS1800GSM IntroductionGSMGSM無線電波傳播模型無線電波傳播模型Okumura-Hata模型適用條件：1. GS

17、M9002. 頻率f為1501500MHz3. 基站天線有效高度hb為30200m4. MS天線高度hm為110m5. 通信距離為135km城區(qū)類型：郊區(qū)、開闊地、準開闊、農(nóng)村等。地形類型：丘陵、斜坡、孤立山峰、水陸混合。城市特有的修正因子：街道走向、建筑物密度、 GSM900/DCS1800GSM IntroductionTDMATDMA空中接口技術空中接口技術 多址技術就是要使眾多的客戶公用公共通信信道所采用的一種技術。實現(xiàn)多址的方法基本上有三種，即采用頻率、時間或碼元分割的多址方式，人們通常稱它們?yōu)轭l分多址（FDMA）、時分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）。在傳統(tǒng)的無線電廣播中，均

18、采用頻分多址（FDMA ）方式，每個廣播信道都有一個頻點，如果你要收聽某一廣播信道，則必須把你的收音機調(diào)諧到這一頻點上。模擬蜂窩移動系統(tǒng)也采用了此技術，某一小區(qū)中的某一客戶呼叫占用了一個頻點，即一個信道（實際上是占用兩個，因為是雙向連接，即雙工通信），則其它呼叫就不能再占用。 在GSM中，無線路徑上是采用時分多址（TDMA）方式。每一頻點（頻道或叫載頻TRX）上可分成8個時隙，每一時隙為一個信道，因此，一個TRX最多可有8個移動客戶同時使用，見圖2所示。 GSM900/DCS1800GSM IntroductionTDMATDMA空中接口技術空中接口技術0 1 2 3 4 5 6 7圖2：頻分

19、多址和時分多址方式 GSM900/DCS1800GSM IntroductionGSMGSM信道概念信道概念u物理信道邏輯信道邏輯信道業(yè)務信道業(yè)務信道 語音信道語音信道 數(shù)據(jù)信道數(shù)據(jù)信道 隨路控制信道隨路控制信道控制信道控制信道 廣播控制信道廣播控制信道 公共控制信道公共控制信道 專用控制信道專用控制信道 GSM900/DCS1800GSM IntroductionGSMGSM信道概念信道概念1. 物理信道是指一個載頻上一個TDMA幀的一個時隙，它相當于FDMA系統(tǒng)中的一個頻率。用戶通過某一個載頻上的信道接入系統(tǒng)通信。2. 邏輯信道GSM通信系統(tǒng)要傳輸不同類型的信息，包括業(yè)務信息和各種控制信息

20、，因而要在物理信道上安排相應的邏輯信道。這些邏輯信道有的用于呼叫接續(xù)階段，有的用于通信進行當中，也有的用于系統(tǒng)運行的全部時間內(nèi)。 邏輯信道映射到物理信道上傳送。從BTS到MS的方向稱為下行鏈路，相反的方向稱為上行鏈路。 GSM中的信道上傳遞的內(nèi)容分成業(yè)務信息（話音、數(shù)據(jù)等）和控制信息（控制呼叫進程的信令）兩大類，定義與之對應的邏輯信道稱為話音信道（TCH，Traffic channel）和控制信道（CCH，Control Channel）。 GSM900/DCS1800GSM IntroductionGSMGSM信道概念信道概念話音信道話音信道用于傳送編碼后的話音或用戶數(shù)據(jù)，在上行和下行信道

21、（downlink） 上，以點對點（BTS對一個MS，或反之）方式傳播。TCH根據(jù)攜載信息的不同，分為話音話音信道和數(shù)據(jù)話音信道；根據(jù)發(fā)送速率的不同，分為全速率話音信道（TCH/F）和半速率話音信道（TCH/H）。全速率話音信道（TCH/H）的總速率為22.8kbit/s。半速率話音信道（TCH/H）的總速率為11.4kbit/s?？刂菩诺揽刂菩诺烙糜趥魉托帕罨蛲綌?shù)據(jù)。根據(jù)所完成的功能又把控制信道定義成廣播、公共及專用三種控制信道。1. 廣播信道（BCH，Broadcast Channels）廣播信道僅作為下行信道使用，即BTS到MS單向傳輸，分為如下三種信道： GSM900/DCS1800

22、GSM IntroductionGSMGSM信道概念信道概念 頻率校正信道（FCCH，F(xiàn)requency Correction Channel） FCCH攜帶用于校正MS頻率的消息，下行信道，點對多點（BTS對多個MS）方式傳播 。 FCCH的目的有兩個：首先確認這是個BCCH信道，其次保證手機的頻率保持一致。FCCH信道只在下行的BCCH載頻的0時隙傳送。 同步信道（SCH）：攜帶MS的幀同步（TDMA幀號）和BTS的識別碼（BSIC）的信息，下行信道，點對多點方式傳播。 SCH信道只在下行的BCCH載頻的0時隙傳送。 廣播控制信道（BCCH）：廣播每個BTS的通用信息（小區(qū)特定信息）。下行

23、，點對多點方式傳播。 BCCH信道只在下行的BCCH載頻的0時隙傳送。 GSM900/DCS1800GSM IntroductionGSMGSM信道概念信道概念2. 公共控制信道（CCCH，Common Control Channels） 尋呼信道（PCH）：用于尋呼（搜索）MS。下行，點對多點方式傳播。 隨機接入信道（RACH）：MS通過此信道申請分配一個獨立專用控制信道（SDCCH），可作為對尋呼的響應或MS主叫登記時的接入。上行信道，點 對點方式傳播。 允許接人信道（AGCH）：用于為MS分配一個獨立專用控制信道（SDCCH）。下行信道，點對點方式傳播。3. 專用控制信道(DCCH，De

24、dicated Conntrol Channels) 獨立專用控制信道（SDCCH）：用在分配TCH之前呼叫建立過程中傳送系統(tǒng)信令。例如登記和鑒權在此信道上進行。上行和下行信道，點對點方式傳播 GSM900/DCS1800GSM IntroductionGSMGSM信道概念信道概念 小區(qū)廣播信道（CBCH，Cell Broadcast Channel）：用于攜載小區(qū)廣播短消息（SMSCB），它使用與SDCCH同樣的物理信道，屬于下行信道。 慢速隨路控制信道（SACCH）：它與一個TCH或一個SDCCH相關，是一個傳送連續(xù)信息的連續(xù)數(shù)據(jù)信息，如傳送移動臺接收到的關于服務及鄰近小區(qū)的信號強度的測試

25、報告。這對實現(xiàn)移動臺參與切換功能是必要的。它還用于MS 的功率管理和時間調(diào)整。上行和下行信道，點對點方式傳播。 快速隨路控制信道（FACCH）：它與一個TCH相關。工作于借用模式，即在話音傳輸過程中如果突然需要以比SACCH所能處理的高得多的速度傳送信令信息，則借用20ms的話音（數(shù)據(jù)）來傳送。這一般在切換時發(fā)生。由于語音譯碼器會重復最后20ms的話音，因此這種中斷不被用戶查覺 。 GSM900/DCS1800GSM IntroductionGSMGSM信道概念信道概念 TDMA幀號 基站識別碼：BSIC （Base Station Identity code）網(wǎng)絡色碼網(wǎng)絡色碼 (NCC) :

26、 3 bits基站色碼基站色碼 (BCC) : 3 bitsNCCBCC同步信道消息同步信道消息 GSM900/DCS1800GSM IntroductionGSMGSM信道概念信道概念BCCH廣播控制信道消息廣播控制信道消息l 位置區(qū)識別號（LAI）l 移動臺需監(jiān)視的鄰小區(qū)列表l 本小區(qū)使用的頻率列表l 小區(qū)識別號l 功率控制指示l DTX允許指示l 接入控制（例：緊急呼叫，呼叫禁止）l CBCH描述 GSM900/DCS1800GSM IntroductionGSMGSM信道概念信道概念系統(tǒng)消息類型系統(tǒng)消息類型系統(tǒng)消息1 (僅用于跳頻) 小區(qū)信道描述小區(qū)信道描述 RACH控制參數(shù)控制參數(shù)系

27、統(tǒng)消息2 鄰小區(qū)說明鄰小區(qū)說明 PLMN允許指示允許指示 RACH控制參數(shù)控制參數(shù)系統(tǒng)消息3 小區(qū)識別號小區(qū)識別號 位置區(qū)識別號位置區(qū)識別號 控制信道說明控制信道說明 小區(qū)選項小區(qū)選項 小區(qū)選擇參數(shù)小區(qū)選擇參數(shù) RACH控制參數(shù)控制參數(shù) GSM900/DCS1800GSM IntroductionGSMGSM信道概念信道概念系統(tǒng)消息類型系統(tǒng)消息類型系統(tǒng)消息4 位置區(qū)識別號位置區(qū)識別號 小區(qū)選擇參數(shù)小區(qū)選擇參數(shù) RACH控制參數(shù)控制參數(shù) CBCH信道說明信道說明系統(tǒng)消息5 鄰小區(qū)說明鄰小區(qū)說明系統(tǒng)消息6 小區(qū)識別號小區(qū)識別號 位置區(qū)識別號位置區(qū)識別號 小區(qū)選項小區(qū)選項 PLMN允許指示允許指示系

28、統(tǒng)消息7, 8 系統(tǒng)消息系統(tǒng)消息4的擴展的擴展 GSM900/DCS1800GSM IntroductionGSMGSM空中控制技術空中控制技術1. 分集 多徑衰落和陰影衰落產(chǎn)生原因是不相同的。隨著移動臺的移動，瑞利衰落隨信號瞬時值快速變動，而對數(shù)正態(tài)衰落隨信號平均值（中值）變動。這兩者是構成移動通信接收信號不穩(wěn)定的主要因素，使接收信號被大大地惡化，雖然通過增加發(fā)信功率、天線尺寸和高度等方法能取得改善，但采用這些方法在移動通信中比較昂貴，有時也顯得不切實際。而采用分集方法即在若干個支路上接收相互問相關性很小的載有同一消息的信號，然后通過合并技術再將各個支路信號合并輸出，那么便可在接收終端上大大

29、降低深衰落的概率。 分集的方法有空間分集、頻率分集、極化分集、角度分集、時間分集和分量分集等多種。 GSM900/DCS1800GSM IntroductionGSM空中控制技術空中控制技術多經(jīng)衰落多經(jīng)衰落 GSM900/DCS1800GSM IntroductionGSM空中控制技術空中控制技術10個波長左右個波長左右比較比較 / 合路合路合成信號合成信號分集分集 GSM900/DCS1800GSM IntroductionGSMGSM空中控制技術空中控制技術2. 時間色散 數(shù)字傳輸?shù)囊霂砹肆硪粏栴}是時間色散。 GSM規(guī)范要求均衡器應能處理時延高達15s左右的反射信號，15s約對應4比特

30、時間。3. 時間提前量時間調(diào)整的提前是063個比特之間的任意值。如0個比特就表示不必調(diào)整，表明MS和BTS在一起。63個比特是調(diào)整的最大量，也就是BTS與BS之間最長距離。所以我們說，GSM系統(tǒng)最大覆蓋范圍是： 3.7s 63 3 108ms = 70km 3.7s：每個比特的時長。63：時間調(diào)整的最大比特數(shù)。其覆蓋半徑是35km。 GSM900/DCS1800GSM IntroductionGSMGSM空中控制技術空中控制技術4. 跳頻技術采用跳頻技術是為了確保通信的秘密性和抗干擾性，它首先被用于軍事通信，后來在GSM標準中也被采納。 跳頻功能主要是： (1) 改善衰落。 (2) 處于多徑環(huán)境中的漫速移動的移動臺通過采用跳頻技術，大大改善移動臺的通信質(zhì)量，相當于頻率分集。 (3) 跳頻相當于頻率分集 GSM系統(tǒng)中的跳頻分為基帶跳頻和