《移動(dòng)通信》任務(wù)7 2G移動(dòng)通信系統(tǒng)

模塊三

典型移動(dòng)通信系統(tǒng)任務(wù)7

2G移動(dòng)通信系統(tǒng)任務(wù)要求知識(shí)目標(biāo)：能畫出GSM系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)；知道GSM系統(tǒng)的主要無線參數(shù)，并計(jì)算頻點(diǎn)；能描述GSM系統(tǒng)的無線信道的作用；會(huì)比較GSM系統(tǒng)與IS-95系統(tǒng)，給出各自的特點(diǎn)；會(huì)比較GSM系統(tǒng)與GPRS系統(tǒng)，給出各自的特點(diǎn)。技能目標(biāo)：能對(duì)信令流程進(jìn)行分析。素質(zhì)目標(biāo)：養(yǎng)成自主學(xué)習(xí)的良好習(xí)慣；尊重他人、交流分享，積極參與小組協(xié)作任務(wù)。知識(shí)點(diǎn)1GSM系統(tǒng)知識(shí)點(diǎn)2IS-95CDMA系統(tǒng)知識(shí)點(diǎn)3GPRS網(wǎng)絡(luò)技能點(diǎn)1GSM移動(dòng)主叫流程分析目錄GSM發(fā)展歷程日期成果1982年“移動(dòng)通信特別組”在歐洲郵政與電信大會(huì)(CEPT)內(nèi)成立1986年在巴黎，對(duì)歐洲各國經(jīng)大量研究和實(shí)驗(yàn)后所提出的八個(gè)建議系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)1987年在1986年的基礎(chǔ)上,選擇了主要無線傳輸技術(shù)1988年18個(gè)國家簽署諒解備忘錄,承諾實(shí)施GSM900規(guī)范1989年GSM成立歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)的一個(gè)技術(shù)委員會(huì)1990年第一階段GSM900規(guī)范(1987-1990年制定)被凍結(jié),開始DCS1800的修改1991年GSM系統(tǒng)正式在歐洲問世，網(wǎng)路開通運(yùn)行，移動(dòng)通信跨入第二代1992年GSM正式定名為“全球移動(dòng)通信系統(tǒng)”(GlobalSystemforMobileCommunications)1992年歐洲各大GSM900營運(yùn)者開始商業(yè)營運(yùn)GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)BSSNSSGSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)——移動(dòng)臺(tái)（MS）GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)——基站控制器（BSC）基站子系統(tǒng)BSS是GSM系統(tǒng)中與無線蜂窩方面關(guān)系最直接的基本組成部分.通過無線接口直接與移動(dòng)臺(tái)相連，負(fù)責(zé)無線發(fā)送接收和無線資源的管理.它與NSS相連，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)用戶間或移動(dòng)用戶與固定網(wǎng)路用戶之間的通信連接，傳送系統(tǒng)信息和用戶信息等.與操作支持子系統(tǒng)OSS之間實(shí)現(xiàn)互通GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)——基站收發(fā)信臺(tái)（BTS）GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)——網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS）網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS）是整個(gè)系統(tǒng)的核心，它對(duì)GSM移動(dòng)用戶之間及移動(dòng)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(fù)責(zé)完成呼叫處理、通信管理、移動(dòng)管理、部分無線資源管理、安全性管理、用戶數(shù)據(jù)和設(shè)備管理、計(jì)費(fèi)記錄處理、公共信道、信令處理和本地運(yùn)行維護(hù)等GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)——移動(dòng)交換中心（MSC）GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)——訪問位置寄存器（VLR）GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)——?dú)w屬位置寄存器（HLR）GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)——鑒權(quán)中心（AUC）GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)——設(shè)備識(shí)別寄存器（EIR）GSM主要接口GSM主要接口——Um接口GSM主要接口——A接口GSM主要接口——Abis接口GSM主要接口——NSS內(nèi)部接口上行（移動(dòng)臺(tái)發(fā)送，基站接收）頻率范圍：890MHz~915MHz下行（基站發(fā)送，移動(dòng)臺(tái)接收）頻率范圍：935MHz~960MHz01240124915MHz935MHz960MHzUPLINKDOWNLINK890MHz雙工間隔為45MHz工作帶寬為25MHz載頻間隔為200kHz頻道序號(hào)為1~124，共124個(gè)頻點(diǎn)

GSM系統(tǒng)的無線技術(shù)——工作頻段

頻道序號(hào)和頻點(diǎn)標(biāo)稱中心頻率的關(guān)系為：

fl（n）=890＋0.2×n（MHz），上行

fh（n）=fl（n）＋45（MHz），下行其中1≤n≤124，n為頻道序號(hào)，或稱絕對(duì)射頻信道號(hào)（ARFCN）01240124915MHz935MHz960MHzUPLINKDOWNLINKGSM系統(tǒng)的無線技術(shù)——工作頻段在GSM系統(tǒng)中，每個(gè)小區(qū)含有多個(gè)載頻，每個(gè)載頻上含有8個(gè)時(shí)隙，因此GSM系統(tǒng)是FDMA/TDMA的接入方式。GSM系統(tǒng)的無線技術(shù)——多址方案GMSK是一種特殊的數(shù)字FSK調(diào)制方式，調(diào)制速率為270.833千波特。在GSM中，使用高斯預(yù)調(diào)制濾波器進(jìn)一步減小調(diào)制頻譜，它可以降低頻率轉(zhuǎn)換速度。GSM系統(tǒng)的無線技術(shù)——GMSK調(diào)制

GSM中使用的信道編碼有卷積碼和分組碼。卷積碼主要用于糾錯(cuò)，分組碼主要用于檢測和糾正成組出現(xiàn)的錯(cuò)碼，通常與卷積碼混合使用。無線通信的突發(fā)誤碼的產(chǎn)生，常常是因?yàn)槌掷m(xù)時(shí)間較長的衰落引起的，如果只依靠上述的信道編碼方式來檢錯(cuò)和糾錯(cuò)是不夠的。為了更好地解決這類誤碼問題，在系統(tǒng)中采用信道交織技術(shù)。GSM系統(tǒng)的無線技術(shù)——信道編碼數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)中，為了提高系統(tǒng)抗干擾能力，常用到擴(kuò)頻技術(shù)，其中包括直擴(kuò)方式和跳頻方式，在GSM系統(tǒng)中采用的是跳頻方式。引入跳頻的原因有兩個(gè)。第一是基于頻率分集的原理，用于對(duì)抗瑞利衰落，通過跳頻，突發(fā)脈沖不會(huì)被瑞利衰落以同一種方式破壞。第二是基于干擾源特性。引入跳頻使得它可以在一個(gè)可能干擾小區(qū)的許多呼叫之間分散干擾，而不是集中在一個(gè)呼叫上。

GSM系統(tǒng)的無線技術(shù)——跳頻技術(shù)功率控制可以分為上行功率控制和下行功率控制，上行和下行功率控制是獨(dú)立進(jìn)行的。不論是上行功率控制還是下行功率控制，通過降低發(fā)射功率，都能夠減少上行或下行方向的干擾，同時(shí)降低手機(jī)或基站的功耗，表現(xiàn)出來的最明顯的好處就是：整個(gè)GSM網(wǎng)絡(luò)的平均通話質(zhì)量大大提高，手機(jī)的電池使用時(shí)間也大大延長。GSM系統(tǒng)的無線技術(shù)——功率控制話音傳輸有兩種方式：一種是無論用戶是否講話，話音總是連續(xù)編碼（每20ms一個(gè)話音幀）。另一種是非連續(xù)發(fā)送方式（DTX，DiscontinuousTransmission）：在話音激活期進(jìn)行13kbps編碼，在話音非激活期進(jìn)行500bit/s編碼，每480ms傳輸一個(gè)舒適噪聲幀（每幀20ms）。采用DTX方式有兩個(gè)目的，一是降低空中總的干擾電平，二是節(jié)約發(fā)射機(jī)的功率。GSM系統(tǒng)的無線技術(shù)——DTX傳播時(shí)延t傳播時(shí)延tTA這樣下去不行，得讓手機(jī)提前一個(gè)TA值時(shí)間發(fā)給我！！

隨著移動(dòng)到基站的距離的變化，系統(tǒng)隨時(shí)向移動(dòng)臺(tái)發(fā)送指令，指示移動(dòng)臺(tái)需要提前發(fā)送的時(shí)間，這個(gè)過程也就是時(shí)間提前量的調(diào)整。

GSM系統(tǒng)的無線技術(shù)——時(shí)間提前量GSM是數(shù)字通信系統(tǒng)，其任務(wù)是傳輸比特流。為了更好地把通信業(yè)務(wù)與傳輸方案對(duì)應(yīng)起來，引進(jìn)了信道（CHANNEL）的概念。不同的信道可以同時(shí)傳輸不同的比特流，信道可分為物理信道和邏輯信道，邏輯信道至物理信道的映射是指將要發(fā)送的信息安排到合適的TDMA幀和時(shí)隙的過程。GSM系統(tǒng)的無線信道GSM系統(tǒng)的無線信道——無線幀結(jié)構(gòu)GSM系統(tǒng)中，信道分成邏輯信道和物理信道。時(shí)隙是基本的物理信道，一個(gè)載頻包含8個(gè)物理信道。根據(jù)BTS和MS之間傳遞的信息的種類不同而定義的信道稱為邏輯信道。邏輯信道按其功能分為業(yè)務(wù)信道（TCH）和控制信道（CCH）。GSM系統(tǒng)的無線技術(shù)——物理信道GSM系統(tǒng)的無線技術(shù)——邏輯信道

業(yè)務(wù)信道攜載編碼語音或用戶數(shù)據(jù)，它有全速率業(yè)務(wù)信道（TCH/F）和半速率業(yè)務(wù)信道（TCH/H）之分：

a、話音業(yè)務(wù)信道

TCH/F：全速率話音業(yè)務(wù)信道，總速率為22.8kb/s TCH/H：半速率話音業(yè)務(wù)信道，總速率為11.4kb/sb、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道GSM系統(tǒng)的邏輯信道——業(yè)務(wù)信道

控制信道用于攜載信令或同步數(shù)據(jù)，包括三類控制信道：廣播信道、公共控制信道和專用控制信道。

a、廣播信道（BCH） 廣播信道是一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的單向下行控制信道，即基站到移動(dòng)臺(tái)單向傳輸，用于向MS廣播各類消息，分為三種信道：FCCH：頻率校準(zhǔn)信道，該信道攜載有用于MS頻率糾正的信息。SCH：同步信道，攜載MS幀同步和基站收發(fā)信臺(tái)（BTS）識(shí)別信息。BCCH：廣播控制信道用于發(fā)送小區(qū)信息。在每個(gè)基站收發(fā)信臺(tái)中總有一個(gè)收發(fā)信機(jī)含有這個(gè)信道，以向該小區(qū)中所有移動(dòng)臺(tái)廣播系統(tǒng)消息。GSM系統(tǒng)的邏輯信道——控制信道

b、公共控制信道（CCCH） 公共控制信道是一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的雙向控制信道，為網(wǎng)絡(luò)中MS所共用，它包括三種信道：PCH：尋呼信道，用于BTS尋呼MS（下行信道）。RACH：隨機(jī)接入信道，用于MS隨機(jī)提出入網(wǎng)申請(qǐng)，即請(qǐng)求分配專用控制信道（上行信道）。AGCH：準(zhǔn)予接入信道，用于BTS對(duì)MS的隨機(jī)接入請(qǐng)求作出應(yīng)答，即分配一專用控制信道或直接分配一個(gè)TCH（下行信道）。GSM系統(tǒng)的邏輯信道——控制信道

c、專用控制信道DCCH

專用控制信道是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的雙向控制信道，使用時(shí)BTS將其分配給MS，進(jìn)行BTS與MS之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸。SDCCH：獨(dú)立專用控制信道，用于在分配業(yè)務(wù)信道之前傳送有關(guān)信令，如登記、鑒權(quán)等。SACCH：慢速隨路控制信道，與一條業(yè)務(wù)信道或一條SDCCH聯(lián)合使用，用來傳送用戶信息期間某些特定信息，例如：功率和幀調(diào)整控制信息、測量數(shù)據(jù)等。FACCH：快速隨路控制信道，與一條業(yè)務(wù)信道聯(lián)合使用，攜帶與SDCCH同樣的信號(hào)，但只在沒有分配SDCCH的情況下才分配FACCH，通過業(yè)務(wù)信道借取的幀（稱為“偷幀”）來實(shí)現(xiàn)接續(xù)，傳送如“越區(qū)切換”等指令。GSM系統(tǒng)的邏輯信道——控制信道知識(shí)點(diǎn)1GSM系統(tǒng)知識(shí)點(diǎn)2IS-95CDMA系統(tǒng)知識(shí)點(diǎn)3GPRS網(wǎng)絡(luò)技能點(diǎn)1GSM移動(dòng)主叫流程分析目錄IS-95系統(tǒng)空中接口參數(shù)IS-95系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

在CDMA系統(tǒng)中，各種邏輯信道都是由不同的碼序列來區(qū)分的。任何一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)除主要傳輸業(yè)務(wù)信息外，還必須傳輸有關(guān)的控制信息。

為此，CDMA蜂窩系統(tǒng)在基站至移動(dòng)臺(tái)的傳輸方向(正向傳輸)上設(shè)置了導(dǎo)頻信道、同步信道、尋呼信道和正向業(yè)務(wù)信道；在移動(dòng)臺(tái)至基站的傳輸方向(反向傳輸)上設(shè)置了接入信道和反向業(yè)務(wù)信道。這些信道的示意如圖所示。IS-95系統(tǒng)中的無線信道IS-95系統(tǒng)中的無線信道全0信息，用Walsh0碼擴(kuò)展，直接用PN短碼進(jìn)行調(diào)制

BTS連續(xù)發(fā)射導(dǎo)頻信道導(dǎo)頻信道作用幫助手機(jī)捕獲系統(tǒng)多徑搜索提供相位參考，幫助手機(jī)進(jìn)行信道估計(jì)，作相干解調(diào)切換時(shí)手機(jī)測量導(dǎo)頻信道，進(jìn)行導(dǎo)頻強(qiáng)度比較導(dǎo)頻信道（全0）Walsh0ToQPSKIS-95系統(tǒng)中的無線信道——導(dǎo)頻信道

手機(jī)通過同步信道獲得與系統(tǒng)的同步

同步信道提供導(dǎo)頻偏置PILOT_PN

系統(tǒng)時(shí)間SYS_TIME

長碼狀態(tài)LC_STATE

尋呼信道速率P_RAT

同步信道速率固定為1200bps2.4kbps4.8kbps4.8kbps調(diào)制符號(hào)碼符號(hào)重復(fù)的碼符號(hào)1.2kbps卷積編碼r=1/2,K=9符號(hào)重復(fù)塊交織同步信道比特ToQPSKWalsh32IS-95系統(tǒng)中的無線信道——同步信道

BTS在尋呼信道上廣播

系統(tǒng)參數(shù)消息接入?yún)?shù)消息鄰區(qū)列表

CDMA信道列表尋呼信道比特19.2kbps9.6kbps19.2kbps19.2kbps調(diào)制符號(hào)碼符號(hào)重復(fù)的碼符號(hào)9.6kbps4.8kbps卷積編碼r=1/2,K=9碼符號(hào)重復(fù)塊交織尋呼信道P的長碼掩碼長碼發(fā)生器抽取器1.2288McpsWalshPToQPSKBTS通過尋呼信道

尋呼手機(jī)指配業(yè)務(wù)信道

尋呼信道速率為9600bps或4800bps

尋呼信道幀長為20msIS-95系統(tǒng)中的無線信道——尋呼信道PN碼片1.2288Mcps重復(fù)的碼符號(hào)重復(fù)的碼符號(hào)19.2kbps碼符號(hào)19.2kbps9.6kbps1.2kbps0.6kbps8.6kbps4.0kbps2.0kbps0.8kbps9.6kbps4.8kbps2.4kbps1.2kbps增加幀質(zhì)量指示比特(12,8,0或0bits/frame)每幀增加8bit編碼尾比特卷積編碼r=1/2,K=9符號(hào)重復(fù)前向業(yè)務(wù)信道信息比特(172,80,40或16bits/frame)塊交織19.2kbps64階正交擴(kuò)頻復(fù)用器長碼發(fā)生器功率控制比特抽取器抽取器擾碼IQI信道序列1.2288McpsQ信道序列1.2288Mcps基帶濾波基帶濾波Cos(2

fct)Sin(2

fct)I(t)Q(t)IS-95系統(tǒng)中的無線信道——正向業(yè)務(wù)信道IQI信道序列1.2288Mcps4.8ksps(307.2kbps)PN碼片1.2288Mcps調(diào)制符號(hào)(Walsh碼片)重復(fù)的碼符號(hào)重復(fù)的碼符號(hào)28.8kbps碼符號(hào)14.4kbps4.4kbps4.8kbps每幀增加8bit編碼尾比特卷積編碼r=1/3,K=9符號(hào)重復(fù)接入信道信息比特(80bits/frame)塊交織28.8kbps64階正交調(diào)制數(shù)據(jù)突發(fā)隨機(jī)化長碼發(fā)生器幀數(shù)據(jù)速率Q信道序列1.2288Mcps長碼掩碼1/2PN碼片時(shí)延=406.9nsD基帶濾波基帶濾波Cos(2

fct)Sin(2

fct)I(t)Q(t)s(t)接入信道與正向傳輸?shù)膶ず粜诺老鄬?duì)應(yīng)，其作用是在移動(dòng)臺(tái)接續(xù)開始階段提供通路，即在移動(dòng)臺(tái)沒有占用業(yè)務(wù)信道之前，提供由移動(dòng)臺(tái)至基站的傳輸通路。供移動(dòng)臺(tái)發(fā)起呼叫或?qū)镜膶ず暨M(jìn)行響應(yīng)，以及向基站發(fā)送登記注冊(cè)的信息等。IS-95系統(tǒng)中的無線信道——接入信道IQI信道序列1.2288Mcps4.8ksps(307.2kbps)PN碼片1.2288Mcps調(diào)制符號(hào)(Walsh碼片)重復(fù)的碼符號(hào)重復(fù)的碼符號(hào)28.8kbps碼符號(hào)28.8kbps14.4kbps7.2kbps3.6kbps8.6kbps4.0kbps2.0kbps0.8kbps9.6kbps4.8kbps2.4kbps1.2kbps增加幀質(zhì)量指示比特(12,10,8或6bits/frame)每幀增加8bit編碼尾比特卷積編碼r=1/3,K=9符號(hào)重復(fù)反向業(yè)務(wù)信道信息比特(172,80,40或16bits/frame)塊交織28.8kbps64階正交調(diào)制數(shù)據(jù)突發(fā)隨機(jī)化長碼發(fā)生器幀數(shù)據(jù)速率Q信道序列1.2288Mcps1/2PN碼片時(shí)延=406.9nsD基帶濾波基帶濾波Cos(2

fct)Sin(2

fct)I(t)Q(t)IS-95系統(tǒng)中的無線信道——反向業(yè)務(wù)信道知識(shí)點(diǎn)1GSM系統(tǒng)知識(shí)點(diǎn)2IS-95CDMA系統(tǒng)知識(shí)點(diǎn)3GPRS網(wǎng)絡(luò)技能點(diǎn)1GSM移動(dòng)主叫流程分析目錄GPRS:GeneralPacketRadioService中文譯為通用無線分組業(yè)務(wù)。它是在GSM網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，為用戶提供高速的無線數(shù)據(jù)通信，在行業(yè)內(nèi)被稱為2.5代移動(dòng)通信業(yè)務(wù)。GPRS在現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的分組交換系統(tǒng)，與互聯(lián)網(wǎng)或企業(yè)網(wǎng)相連，向移動(dòng)客戶提供豐富的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣適用于間斷的、突發(fā)性的或頻繁的、小流量數(shù)據(jù)傳輸

快速登錄按量計(jì)費(fèi)永遠(yuǎn)在線分組交換GPRS網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)

GPRS涉及的網(wǎng)元包括BTS、BSC、SGSN、GGSN、HLR。用戶使用GPRS業(yè)務(wù)時(shí)，移動(dòng)臺(tái)通過BTS、BSC、SGSN和GGSN連接到互聯(lián)網(wǎng)，用戶的數(shù)據(jù)及位置信息由HLR提供。與GSM網(wǎng)絡(luò)相比，BSC增加了新的硬件。MSBSSCSS

PSSSGSNBackboneNetworkCorporateNetworkISPNetworkGGSNGnGnGi(IP)Gi(IP)GsMSC/VLRSMS-G/IWMSCHLRBSCGrGd

AGbSOGAUCBTCBGw

A’’

NewHW

NewSWGPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分配信道控制終端的尋呼Gb接口PCU(PacketControlUnit)分組交換控制單元，是BSC新增硬件，負(fù)責(zé)將BSC接收和發(fā)送信號(hào)打包/拆包，實(shí)現(xiàn)電路交換到分組交換的第一步轉(zhuǎn)換。CCUCCUPCUBTSBSCSGSNAbisGbPCU功能GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)——PCU

SGSN的主要作用是記錄移動(dòng)臺(tái)的當(dāng)前位置信息，并且在移動(dòng)臺(tái)和GGSN之間完成移動(dòng)分組數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。