GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與接口課件

GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與接口課程內(nèi)容GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)GSM系統(tǒng)主要接口GSM系統(tǒng)Um接口詳述GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能操作支持子系統(tǒng)基站子系統(tǒng)網(wǎng)絡子系統(tǒng)NMC：網(wǎng)絡管理中心DPPS：數(shù)據(jù)后處理系統(tǒng)SEMC：安全性管理中心 PCS：用戶識別卡個人化中心操作維護中心MSC：移動業(yè)務交換中心VLR：來訪用戶位置寄存器HLR：歸屬用戶位置寄存器AUC：鑒權中心EIR：移動設備識別寄存器PDN：公用數(shù)據(jù)網(wǎng)PSTN：公用電話網(wǎng)ISDN：綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)BSC：基站控制器BTS：基站收發(fā)信臺移動臺GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能網(wǎng)路子系統(tǒng)NSS是整個系統(tǒng)的核心，它對GSM移動用戶之間及移動用戶與其它通信網(wǎng)用戶之間通信起著交換、連接與管理的功能。主要負責完成呼叫處理、通信管理、移動管理、部分無線資源管理、安全性管理、用戶數(shù)據(jù)和設備管理、計費記錄處理、公共信道、信令處理和本地運行維護等。操作支持子系統(tǒng)OSS完成移動用戶管理、移動設備管理、系統(tǒng)的操作與維護。移動臺的功能 移動臺由SIM卡與物理設備組成，二者是分離的物理設備可以是手持機，車載機或是由移動終端直接與終端設備相連而構(gòu)成.SIM卡上包含所有與用戶有關的無線接口一側(cè)的信息，也含有鑒權和加密實現(xiàn)的信息。固化數(shù)據(jù)：IMSI、Ki、安全算法（A3、A8)臨時網(wǎng)絡數(shù)據(jù)：TMSI、LAI、KC、被禁止的PLMN、PLMN選擇預編程業(yè)務相關數(shù)據(jù)：PIN(個人識別號)

接口管理BTS的管理操作與維護支持呼叫控制切換話務量統(tǒng)計無線鏈路的測量無線參數(shù)及無線資源管理BSC的功能接口管理支持電信業(yè)務，承載業(yè)務和補充業(yè)務支持位置登記、越區(qū)切換和自動漫游等其它網(wǎng)絡功能MSC的功能服務于其控制區(qū)域內(nèi)移動用戶存儲進入其控制區(qū)域內(nèi)已登記的移動用戶相關信息VLR的功能GSM系統(tǒng)的中央數(shù)據(jù)庫所有移動用戶的重要數(shù)據(jù)都存儲在HLR中。包括用戶識別號碼，訪問能力、用戶類別和補充業(yè)務等數(shù)據(jù)，以及漫游移動用戶所在MSC區(qū)域的有關動態(tài)數(shù)據(jù)HLR的功能存儲移動設備的國際移動設備識別碼(IMEI)，通過核查三種表格（白名單、灰名單、黑名單）使得網(wǎng)絡具有防止無權用戶接入、監(jiān)視故障設備的運行和保障網(wǎng)絡運行安全的功能EIR的功能GSM系統(tǒng)主要接口A接口、Um接口為開放式接口Abis接口為內(nèi)部接口OMCHLR/AUC/EIRSMCMSC/VLRBSC其他MSCBTSMSMSBTSBTSMAP接口A-bis接口A接口PSTNISDNUm接口A接口A接口定義為網(wǎng)路子系統(tǒng)（NSS）與基站子系統(tǒng)（BSS）之間的通信接口.其物理鏈接通過采用標準的2.048Mb/sPCM數(shù)字傳輸鏈路來實現(xiàn).此接口傳遞的信息包括移動臺管理、基站管理、移動性管理、接續(xù)管理等.Um接口Um接口（空中接口）定義為移動臺與基站收發(fā)信臺（BTS）之間的通信接口，用于移動臺與GSM系統(tǒng)的固定部分之間的互通.其物理鏈接通過無線鏈路實現(xiàn).傳遞的信息包括無線資源管理，移動性管理和接續(xù)管理等.NSS內(nèi)部接口

MSCF接口EIRHLR/AUCC接口B接口VLRD接口G接口VLRB接口MSCE接口MAP接口B接口B接口定義為訪問用戶位置寄存器（VLR）與移動業(yè)務交換中心（MSC）之間的內(nèi)部接口.用于移動業(yè)務交換中心（MSC）向訪問用戶位置寄存器（VLR）詢問有關移動臺（MS）當前位置信息或者通知訪問用戶位置寄存器（VLR）有關移動臺（MS）的位置更新信息.D接口D接口定義為歸屬用戶位置寄存器（HLR）與訪問用戶位置寄存器（VLR）之間的接口.用于交換有關移動臺位置和用戶管理的信息，為移動用戶提供的主要服務是保證移動臺在整個服務區(qū)內(nèi)能建立和接收呼叫.實用化的GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一般把VLR綜合于移動業(yè)務交換中心（MSC）中，而把歸屬用戶位置寄存器（HLR）與鑒權中心（AUC）綜合在同一個物理實體內(nèi).D接口的物理鏈接是通過移動業(yè)務交換中心（MSC）與歸屬用戶位置寄存器（HLR）之間的標準2.048Mb/s的PCM數(shù)字傳輸鏈路實現(xiàn)的.E接口E接口定義為控制相鄰區(qū)域的不同移動業(yè)務交換中心（MSC）之間的接口.此接口用于切換過程中交換有關切換信息以啟動和完成切換.E接口的物理鏈接方式是通過移動業(yè)務交換中心（MSC）之間的標準2.048Mbit/sPCM數(shù)字傳輸鏈路實現(xiàn)的.F接口F接口定義為移動業(yè)務交換中心（MSC）與移動設備識別寄存器（EIR）之間的接口.用于交換相關的國際移動設備識別碼管理信息.F接口的物理鏈接方式是通過移動業(yè)務交換中心（MSC）與移動設備識別寄存器（EIR）之間的標準2.048Mbit/s的PCM數(shù)字傳輸鏈路實現(xiàn)的.GSM系統(tǒng)與公眾電信網(wǎng)的接口公眾電信網(wǎng)主要是指公眾電話網(wǎng)（PSTN），綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)（ISDN），分組交換公眾數(shù)據(jù)網(wǎng)（PSPDN）和電路交換公眾數(shù)據(jù)網(wǎng)（CSPDN）.GSM系統(tǒng)通過MSC與這些公眾電信網(wǎng)互連.GSM系統(tǒng)與PSTN和ISDN網(wǎng)的互連方式采用7號信令系統(tǒng)接口.其物理鏈接方式是通過MSC與PSTN或ISDN交換機之間標準2.048Mbit/s的PCM數(shù)字傳輸實現(xiàn)的.GSM各接口協(xié)議

CM：通信管理 BTSM：BTS的管理部分 MTP：信息傳遞部分MM：移動性管理 Um：MS與BTS間接口 MSC：移動業(yè)務交換中心RR：無線資源管理 Abis：BTS與BSC間接口 BSC：基站控制器MS：移動臺 SCCP：信令連結(jié)控制部分 BTS：基站收發(fā)信臺L1-L3：信號層1-3 A：BSC與MSC間接口 BSSMAP：基站子系統(tǒng)LAPDm：ISDN的Dm數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議移動應用部分NSS內(nèi)部及GSM與PSTN之間的協(xié)議與非呼叫相關的信令采用移動應用部分（MAP），用于NSS內(nèi)部接口（B、C、D、E、F、G）之間的通信.與呼叫相關的信令則采用電話用戶部分（TUP）和ISDN用戶部分（ISUP），分別用于MSC之間和MSC與PSIN、ISDN之間的通信.GSM無線接口（Um接口）Um接口頻率規(guī)劃GSM無線信道特點GSM系統(tǒng)頻點分配Um接口物理信道物理信道幀結(jié)構(gòu)突發(fā)脈沖種類與功能突發(fā)脈沖應用實例Um接口邏輯信道邏輯信道的作用邏輯信道的分類邏輯信道的功能邏輯信道的組合邏輯信道應用實例GSM無線接口幾個基本概念：突發(fā)脈沖序列：占有一個限定的持續(xù)時間和占有限定的無線頻譜，它們在時間和頻率窗上輸出時隙（TimeSlot）是隙縫的時間間隔，它的持續(xù)時間被用于作為時間單元BP，意為突發(fā)脈沖序列周期（BurstPeriod）.使用一個給定的信道就意味著在特定的時刻和特定的頻率中傳送突發(fā)脈沖序列200KHz帶寬稱為頻隙（FrequencySlot），相當于GSM規(guī)范書中的無線頻道（RadioFrequencyChannel），也稱射頻信道TDMA幀（Frame）通常被表示為接連發(fā)生的i個時隙.GSM系統(tǒng)目前采用全速率業(yè)務信道，i取為8物理信道上的突發(fā)脈沖Um接口頻率規(guī)劃GSM900無線頻道特點：上行（MS→BTS）：890-915MHZ下行（BTS→MS）：935-960MHZ雙工間隔：45MHz載頻間隔：200KHz我國目前實際占用高端10M頻段從上往下6M，電信4MDCS1800：上行（MS→BTS）：1710-1785MHZ下行（BTS→MS）：1805-1880MHZ我國目前實際使用低45MHz雙工間隔：95MHz載頻間隔：200KHz頻點使用情況見示意圖.Um接口頻率規(guī)劃GSM頻道編號方法

GSM900頻道編號：上行頻率Fl(n)=(890+0.2n)MHz下行頻率Fu(n)=(935+0.2n)MHz

其中：n為絕對射頻號，從1到124DCS1800頻道編號：上行頻率Fl(n)=1710+0.2×(n-511)MHz下行頻率Fu(n)=1805+0.2×(n-511)MHz其中：n為絕對射頻號，從512-885，實際上，我國從512-（512+224）Um接口頻率規(guī)劃Um接口頻率規(guī)劃頻率復用技術：4*3頻率復用同心圓技術（MRP）IntelligentUnderlayOverlay(IUO)Hopping物理信道幀結(jié)構(gòu)什么是突發(fā)脈沖？GSM的每個載頻是時分復用的每個載頻分給八個全速率用戶使用；每個用戶在一個限定的、不連續(xù)的時間段內(nèi)占用載頻發(fā)送信號；——突發(fā)脈沖一個突發(fā)脈沖占用的時間縫隙——時隙；每個載頻上的幀結(jié)構(gòu)如何組成幀結(jié)構(gòu)中涉及以下概念：時隙TDMA幀復幀超幀超高幀業(yè)務信道與信令信道的幀結(jié)構(gòu)組成不同，請看下頁圖示：控制信道幀結(jié)構(gòu)8時隙→TDMA幀26TDMA幀→1復幀51復幀 →1超幀2048超幀→1超高幀業(yè)務信道幀結(jié)構(gòu)8時隙→TDMA幀51TDMA幀→1復幀26復幀 →1超幀2048超幀→1超高幀Um接口突發(fā)脈沖種類常規(guī)突發(fā)脈沖序列（NB）頻率校正突發(fā)脈沖序列（FB）同步突發(fā)脈沖序列（SB）接入突發(fā)脈沖序列（AB）Um接口突發(fā)脈沖功能常規(guī)突發(fā)——雙向信道上完成常規(guī)信息的傳送頻率校正突發(fā)——下行信道上完成手機頻率校正功能同步突發(fā)——下行信道上完成手機幀同步功能接入突發(fā)——上行信道上完成手機接入申請功能突發(fā)脈沖應用實例以手機開機為例，說明突發(fā)脈沖的應用：→開機→頻率校正突發(fā)接收下行信道信息，完成手機頻率校正功能→同步突發(fā)接收下行信道信息，完成手機幀同步功能→常規(guī)突發(fā)接收下行信道上的系統(tǒng)消息→接入突發(fā)在上行信道上完成手機接入申請功能→常規(guī)突發(fā)在雙向信道上完成鑒權，加密后，進入空閑狀態(tài)Um接口邏輯信道為什么引入邏輯信道Um接口物理信道上傳送的信息種類繁多；每一類信息均有一定的要求和規(guī)律；由一定的物理信道支撐；為了表述每一類信息的方便，定義了多種邏輯信道.邏輯信道的分類邏輯信道分為兩類：業(yè)務信道（TrafficChannel）：傳業(yè)務信息，包括：話音和數(shù)據(jù)；控制信道（ControlChannel），或稱為信令信道（SignallingChannel）：傳各種控制信息；邏輯信道類型話音業(yè)務信道全速率話音業(yè)務信道（TCH/F)半速率話音業(yè)務信道（TCH/H)增強型全速率話音業(yè)務信道（EnhancedTCH/F）業(yè)務信道SpeechTrafficType話音編碼速率（Kbit/s）信道編碼速率（Kbit/s）Full-rateSpeech1322.8EnhancedFull-rateSpeech12.2Half-rateSpeech6.511.4數(shù)據(jù)業(yè)務信道9.6kbit/s，全速率數(shù)據(jù)業(yè)務信道（TCH/F9.6）4.8kbit/s，全速率數(shù)據(jù)業(yè)務信道（TCH/F4.8）4.8kbit/s，半速率數(shù)據(jù)業(yè)務信道（TCH/H4.8）≤2.4kbit/s，全速率數(shù)據(jù)業(yè)務信道（TCH/F2.4）≤2.4kbit/s，半速率數(shù)據(jù)業(yè)務信道（TCH/H2.4）業(yè)務信道作用：控制信道（CCH）用于傳送信令或同步數(shù)據(jù).分類（三大類）廣播信道（BCH）公共控制信道（CCCH）專用控制信道（DCCH）控制信道特點：下行信道，傳頻率校正、同步及系統(tǒng)消息分類（三種）：頻率校正信道（FCCH）同步信道（SCH）廣播控制信道（BCCH）廣播信道（BCH）頻率校正信道（FCCH），傳送：移動臺的頻率校正信息同步信道（SCH），傳送同步信息：基站識別碼BSIC簡化TDMA幀號廣播控制信道（BCCH），傳送：手機由此獲得各種系統(tǒng)參數(shù)廣播信道（BCH）功能特點：系統(tǒng)內(nèi)移動臺共用分類：尋呼信道（PCH）隨即接入信道（RACH）接入允許信道（AGCH）公共控制信道（CCCH）尋呼信道（PCH），下行，用于：尋呼移動臺隨即接入信道（RACH），上行，用于：移動臺提出入網(wǎng)申請，請求分配一條SDCCH；接入允許信道（AGCH），下行，用于：入網(wǎng)應答，分配一條SDCCH或TCH公共控制信道（CCCH）功能特點：由基站分給某一特定的移動臺專用分類：獨立專用控制信道（SDCCH）非組合的SDCCH/8；與CCCH組合的SDCCH/4專用控制信道（DCCH）慢速隨路控制信道（SACCH）TCH/F隨路控制信道（SACCH/TF）TCH/H隨路控制信道（SACCH/TH）SDCCH/4隨路控制信道（SACCH/C4）SDCCH/8隨路控制信道（SACCH/C8）快速隨路控制信道（FACCH）TCH/F隨路控制信道（FACCH/F）TCH/H隨路控制信道（FACCH/H）獨立專用控制信道（SDCCH），雙向，用于：傳送鑒權、業(yè)務信道指配信息；慢速隨路控制信道（SACCH），雙向，與一條業(yè)務信道或一條SDCCH聯(lián)用；在傳送用戶信息期間代傳某些特定信息，例如無線傳輸?shù)臏y量報告、功率控制.快速隨路控制信道（FACCH）與一條業(yè)務信道聯(lián)用，攜帶與SDCCH同樣的信號；只在未分配SDCCH時才分配FACCH；通過從業(yè)務信道借取的幀來實現(xiàn)信令傳輸；傳送諸如“越區(qū)切換”等指令信息.專用控制信道（DCCH）功能還有其他的邏輯信道嗎小區(qū)廣播控制信道CBCH，用于下行短消息業(yè)務的小區(qū)廣播信息！YES！邏輯信道的組合幾種不同的邏輯信道可以在同一物理時隙上傳輸，同一邏輯信道也可以在不同的物理時隙上傳輸.邏輯信道的組合多種組合方法：TCH/F+FACCH/F+SACCH/TFTCH/H+FACCH/H+SACCH/TH 26復幀F(xiàn)CCH+SCH+BCCH+CCCHFCCH+SCH+BCCH+CCCH+SDCCH/4+SACCH/C4BCCH+CCCHSDCCH/8+SACCH/C8 51復幀邏輯信道組合的實例（一）廣播和公共控制信道的復幀組合示意圖邏輯信道組合的實例（二）業(yè)務信道的復幀組合示意圖邏輯信道應用實例以MS開機為例，說明邏輯信道的應用：→開機→FCCH： 接收頻率校正信息→SCH： 接收BS同步信號→BCCH： 接收系統(tǒng)消息→RACH： 接入申請→AGCH： 允許接入，并分配SDCCH→SDCCH/SACCH： 在SDCCH上進行鑒權； 在SACCH上進行功率控制→空閑狀態(tài)接收BCCH

Um接口語音處理技術以GSM系統(tǒng)的語音發(fā)送為例，語音信號的無線傳輸流程及相關技術如下：話音的接收僅僅是發(fā)送的反過程。語音A/D轉(zhuǎn)換話音編碼分段信道編碼突發(fā)脈沖格式化加密交織調(diào)制8KHz,13bits20ms13Kbit/s22Kbit/s33.8Kbit/s發(fā)送首先，語音通過一個模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器，實際上是經(jīng)過8KHZ抽樣，每個脈沖均勻量化為13bit；每20ms為一段，再經(jīng)語音編碼后降低傳碼率為13Kbit/s；經(jīng)信道編碼后變?yōu)?2.8Kbit/s；再經(jīng)碼字交織、加密和突發(fā)脈沖格式化后變?yōu)?3.8kbit/s的碼流；經(jīng)調(diào)制后發(fā)送出去。接收端的處理過程相反。Um接口語音處理技術GSM系統(tǒng)的語音編碼方式被稱為“規(guī)則脈沖激勵——長期預測編碼(RPE-LTP)”。其處理過程是先進行8KHZ抽樣，調(diào)整每20ms為一幀，每幀長為4個子幀，每個子幀長5ms，純比特率為13kbit/s。語音編碼器建立在殘余激勵線性預測編碼器（REIP）的基礎上，并通過長期預測器（LTP）增強壓縮效果。語音編碼器以20ms為單位，經(jīng)壓縮編碼后輸出260bits，因此碼速率為13kbps。GSM的13kbps的話音速率比傳統(tǒng)的PCM線路上的直接語音編碼速率要低得多；如果采用半速率話音編碼器可以將速率進一步降低到6.5kbps。語音編碼信道編碼為了檢測和糾正傳輸期間引入的誤碼，在數(shù)據(jù)流中引入冗余BIT用于糾錯；信道編碼器把話音分成“很重要（50bit）、較重要（132bit）和不重要（78bit）三部分。對前兩部分分別加入3、4位奇偶校正碼((50+3)+(132+4))=189bits然后做1:2的卷積，189*2=378bits再加上不重要的78bit，形成了456bits/20ms=22.8kbit/s的信道編碼組最終結(jié)果使20ms段bit數(shù)從260bits增加到456bits，相應的話音速率從13Kbps增加到22.8Kbps。為什么引入話音交織？無線傳輸干擾和誤碼通常在某個較小時間段內(nèi)發(fā)生，影響連續(xù)的幾個突發(fā)脈沖；如果把話音幀內(nèi)的bit順序按一定的規(guī)則錯開，使原來連續(xù)的bit分散到若干個突發(fā)脈沖中傳輸，則可分散誤碼，使連續(xù)的長誤碼變?yōu)槿舾煞稚⒌亩陶`碼，以便于糾錯，提高話音質(zhì)量。交織處理的優(yōu)/缺點：交織優(yōu)點缺點減少一個話音幀內(nèi)的誤碼數(shù)量話音處理時延變長實現(xiàn)部分誤碼的糾正信號處理復雜程度提高一次交織（塊間交織）第一次交織把456bit/20ms的話音碼分成8塊，每塊57bits。前后兩個20ms段的塊交織，組成8個114bit的塊二次交織（塊內(nèi)交織）第二次交織把每個114bits塊里來自兩個20ms話音碼段的57bit塊進行比較交織，形成第二次交織后的114bits塊。AAAABABABABACBCBCBCBCC對無線接口上傳送的信息（話音或數(shù)據(jù)） 進行加密，防止無線偵聽導致失密；GSM系統(tǒng)的加密技術僅僅保護無線接口。加密技術＋＋A5A5KcTDMA幀號KcTDMA幀號未加密話音已加密話音無線傳播解密話音MS側(cè)BTS側(cè)

Um接口控制技術您知道嗎？系統(tǒng)如何控制手機與基站的功率？系統(tǒng)如何控制手機的信號傳輸起始時刻？什么是DTX、DRX？什么是跳頻技術？系統(tǒng)如何控制手機的發(fā)射時刻？為何需要APC？可降低手機功耗，延長電池使用時間；可減小系統(tǒng)內(nèi)的干擾，提高頻率利用率，增加系統(tǒng)容量.如何進行APC？MS功率控制：MS接收BTS發(fā)射的信號，得到射頻信號強度、質(zhì)量等級參數(shù)，進行APC；手機起始發(fā)射功率由系統(tǒng)消息決定；可能導向切換、掉話.BTS功率