GSM 原理PPT.ppt

1、歡迎大家進入 GSM原理學(xué)習(xí),周甲,GSM 原理簡介,Contents: Chapter1 GSM Overview Chapter2 GSM Network Architecture Chapter3 GSM Air Interface Chapter4 GSM Operation Features 內(nèi)容： 第一章 GSM概述 第二章 GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 第三章 GSM空中接口 第四章 GSM操作性能,Chapter1 GSM Overview,第一章 GSM 概述 蜂窩系統(tǒng)的概念和理論二十世紀(jì)六十年代就由美國貝爾實驗室等單位提了出來。 直到1979年美國在芝加哥開通了第一個AMPS(先進的移動

2、電話業(yè)務(wù))模擬蜂窩系統(tǒng)。 GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)起源于歐洲。 1991年在歐洲開通了第一個系統(tǒng)，同時MoU組織為該系統(tǒng)設(shè)計和注冊了市場商標(biāo)，將GSM更名為“全球移動通信系統(tǒng)”（Globa1 system for Mobile communications）。從此移動通信跨入了第二代數(shù)字移動通信系統(tǒng) 。 1994年完成對GSM系統(tǒng)技術(shù)的規(guī)范,GSMGlobal System for mobiles（全球數(shù)字移動通信系統(tǒng)）,在2000年以前，中國有43，240，000手機用戶 在中國，現(xiàn)在已經(jīng)超過兩億GSM用戶使用GSM手機。 中國GSM網(wǎng)絡(luò)已成為全球第一大網(wǎng)絡(luò)。,Personal Communi

3、cation Networks（個人通信網(wǎng)）,個人通信網(wǎng)（PCN)最早是在英國開始的。Mercury One-to-one 和Hutchison Microtel公司提供最早的DCS1800系統(tǒng) 緊接著德國開通Enet網(wǎng)絡(luò)，隨后又?jǐn)U展到泰國，法國和澳大利亞。 在美國，GSM和CDMA，DECT共享PCS頻段,The Global Standard（全球標(biāo)準(zhǔn)）,覆蓋整個歐洲本土 實現(xiàn)WW漫游 用戶可以使用多重網(wǎng)絡(luò) 第一個雙頻網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)在歐洲和亞洲,Evolution of GSM（GSM的演變）,GSM Requirements GSM 需要的條件 良好的主觀語音質(zhì)量 用戶信息加密特性 必須運行在

4、890-960MHZ工作頻段 有效的頻譜 支持國際漫游 最小限度的修改現(xiàn)有的固定公眾網(wǎng)絡(luò) 低手機服務(wù)費用 兼容ISDN（第三代兼容IP） 支持大量新業(yè)務(wù)和特性,Other GSM standards（其他GSM標(biāo)準(zhǔn)）,DCS 1800 GSM900和DCS1800使用一樣的標(biāo)準(zhǔn) DCS1800是GSM900標(biāo)準(zhǔn)的一個增補 可以使用和GSM一樣的交換 需要一些軟件的升級 手機必需支持雙頻 PCS1900 ETSI歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會 任命ANTI T1和TIA-46組織闡述PCS1900規(guī)格,Evolution of GSM,1982 “移動通信特別組”在CEPT內(nèi)建立 1986 建立一永久核心 1

5、987 在1986年原型系統(tǒng)評價的基礎(chǔ)上,選擇了主要無線傳輸技術(shù) 1987 GSM成為歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會的一個技術(shù)委員會 1987 13家運營商簽訂協(xié)議 1989 廣播系統(tǒng)的原型 1990 第一階段GSM900規(guī)范制定 1991 英國，法國，德國和意大利介紹GSM服務(wù) 1992 摩托羅拉為COMVIQ建立第一個商用系統(tǒng) 1994 第二階段GSM標(biāo)準(zhǔn)發(fā)放 1996 PHASE2+標(biāo)準(zhǔn)被定義,GSM900，DCS1800，PCS1900的差異,GSM900是最早的GSM系統(tǒng)，使用900MHZ頻段，手機最大輸出功率為1W到8W，覆蓋范圍大。 DCS1800在GSM900的基礎(chǔ)上把頻段進行擴展，工作頻率

6、移到1800MHZ。移動臺輸出功率最大功率1W，故小區(qū)范圍小，可以承受更高的用戶密度。GSM900信道從1到124，而DCS1800從512到885。 PCS1900主要在美國等地使用，其工作頻率是在1900MHZ。,GROWTH（成長）,到2000年底在中國超過76，000，000用戶 到2005年，中國GSM用戶將達到3億以上 中國GSM網(wǎng)絡(luò)已成為世界最大的網(wǎng)絡(luò),Technology Evolution（技術(shù)發(fā)展）,1G: AMPS（Advanced Mobile Phone Service ） TACS （Total Access Communications System） JTACS

7、 NMT-450 （Nordic Mobile Telephone 北歐移動電話系統(tǒng)） NMT-900 2G: GSM900/GSM850 DCS1800 PCS1900 NADC 北美數(shù)字通信系統(tǒng) PDC 日本通信系統(tǒng) IS95 CDMA,2G+ GSM -HSCSD:High Speed Circuit Switch Data（高速電路交換數(shù)據(jù)） -GPRS: General Packet Radio Service（通用分組無線業(yè)務(wù)） -EDGE: Emphases Data Rates for GSM Evolution（GSM增強數(shù)據(jù)庫改進） IS-95 CDMA（95B） -HSD

8、 3G EUROPE -W-CDMA W-CDMA for FDD/TDCDMA for TDD ASIA -TD-SCDMA(China) US -D-AMPS IS-136 -cdma2000,GSM 2G+,HSCSDHigh Speed Circuit Switched Data高速電路交換數(shù)據(jù) -數(shù)據(jù)傳輸時時隙復(fù)用 （給一個用戶同時分配四個時隙 4*14.4=57.6k） -帶寬最大64k/bit -同現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)兼容 GPRS通用分組無線業(yè)務(wù) -小區(qū)用戶共享所有資源 -速率大于100kbit （8*21.4=171.2k） -同現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)兼容（增加路由器） EDG

9、E-（GSM增強數(shù)據(jù)庫改進） -新的調(diào)制方式以獲得更高速率：3P/8 8PSK -保持200KHZ信道頻間和GSM TDMA幀結(jié)構(gòu) -與現(xiàn)有的GMSK調(diào)制服務(wù)共存,IMT2000/3G+,IMT:International Mobile Telecommunication-2000 Wireless multimedia 無線多媒體 Bandwidth on demand 384k Global coverage 全球覆蓋 提高頻譜利用率 （同樣是以容量換速率，使得一個小區(qū)內(nèi)的用戶非常少）,GSM 標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容,01章 概述 02章 服務(wù)方面 03章 網(wǎng)絡(luò)方面 04章 MS-BS接口和協(xié)議（空中

10、接口層2&3） 05章 射頻物理接口（空中接口層1） 06章 語音編碼 07章 基站終端適配 08章 BSS(基站系統(tǒng))-MSC(移動業(yè)務(wù)交換中心)接口（A&Abis） 09章 網(wǎng)絡(luò)的相互作用 10章 空為以后使用 11章 設(shè)備和類型正式標(biāo)準(zhǔn) 12章 運營和維護,第二章：GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),BSC,BTS,BTS,BTS,BSS,BSC,BTS,BTS,BTS,BSS,MSC,MSC,OMC,OMC,ADC,NMC,VLR,VLR,HLR,AUC,EIR,Interface to other network,MS,GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)： MS- Mobile Station (移動臺) BSS-Base

11、 Station System (基站系統(tǒng)) BTS-Base Transceiver Station (基站收發(fā)臺）可把它看成是一個無線解調(diào)器。簡單的說，它也是一個天線，接收手機發(fā)出的信號，同時也向手機發(fā)出信號。它完全由BSC控制，主要負責(zé)無線傳輸，完成無線與有線的轉(zhuǎn)換、無線分集、無線信道加密、跳頻等功能。 BSC-Base Station Controller (基站控制器)具有對一個或多個BTS進行控制的功能，它主要負責(zé)無線網(wǎng)路資源的管理、小區(qū)配置數(shù)據(jù)管理、功率控制、定位和切換等，是個很強的業(yè)務(wù)控制點BSC通過BTS和MS來管理信道的分配，釋放及切換。一個BSC一端連接著幾個BTS,另一

12、端連接MSC。BSC和BTS合起來叫基站子系統(tǒng)。 MSC-Mobile Switching Center (移動業(yè)務(wù)交換中心)移動業(yè)務(wù)交換中心， 它是GSM網(wǎng)絡(luò)的心臟，主要功能是協(xié)調(diào)呼叫GSM用戶和來自GSM用戶的呼叫。 同時，它通過一些設(shè)備和其它網(wǎng)絡(luò)相連，例如與固定電話相連。 OMC-Operations and Maintenance Center(操作與維護中心)對整個GSM網(wǎng)路 進行管理和監(jiān)控。通過它實現(xiàn)對GSM網(wǎng)內(nèi)各種部件功能的監(jiān)視、狀態(tài)報告、 故障診斷等功能。,NMC-Network Management Center (網(wǎng)絡(luò)管理中心) AUC-Authentication Cen

13、ter (鑒權(quán)中心)鑒權(quán)中心,它是HLR功能的一部份，它的作用是檢測用戶的權(quán)限和判斷用戶是否是合法的用戶。 HLR-Home Location Register (歸屬位置寄存器)存儲管理部門用于移動客戶管理的數(shù)據(jù)，它主要存儲兩類信息：一是有關(guān)客戶的參數(shù)；二是有關(guān)客戶目前所處位置的信息，以便建立至移動臺的呼叫路由 。 VLR-Visitors Location Register (來訪位置寄存器)來訪位置寄存器,是一個數(shù)據(jù)庫，是存儲MSC,為了處理所管轄區(qū)域中MS（統(tǒng)稱拜訪客戶）的來話、去話呼叫所需檢索的信息。 EIR-Equipment Identity Register (設(shè)備標(biāo)識寄存器)

14、存儲有關(guān)移動臺設(shè)備參數(shù)。主要完成對移動設(shè)備的識別、監(jiān)視、閉鎖等功能，以防止非法移動臺的使用。 PSTN-公共電話交換網(wǎng),MS-Mobile Station,在激活和關(guān)閉模式下都必須接入GSM服務(wù)的設(shè)備 模式： 車載臺 便攜臺 手機 重量0.8千克 大小900厘米 最小通話時間：1小時 最小待機時間：10小時,移動臺的輸出功率 類型1 20瓦 車載臺和便攜臺 類型2 8瓦 便攜臺和車載臺 類型3 5瓦 手機 類型4 2瓦 手機 類型5 0.8瓦 手機 手機的輸出功率決定了： 小區(qū)的覆蓋范圍 通話，待機時間 通話的輸出功率隨BTS控制而變化,International Mobile Equipme

15、nt Identity ( IMEI ),IMEI:國際移動設(shè)備識別碼 IMEI是唯一的用于識別移動設(shè)備的號碼,每臺手機都有且各不相同. 它主要用于檢測被盜和無效的這一類手機.,TAC = Type Approval Code 型號批準(zhǔn)碼, 由歐洲型號批準(zhǔn)中心分配,前兩位為國家代碼.同一型號的手機,前六位必定是一樣的. FAC = Final Assembly Code 最后裝配碼, 表示生產(chǎn)廠或最后裝配地,它由生產(chǎn)廠家編寫. SNR = Serial Number 序號碼, 它是唯一的識別每個手機的號碼,所以同一品牌同一型號的SNR是不可能一樣的. SVN =Software Version

16、 Number 軟件版本號.,International Mobile Subscriber Identity ( IMSI ),IMSI是國際移動用戶識別號,每個SIM卡都有維一的IMSI號,它作用是移動網(wǎng)絡(luò)用來區(qū)別移動用戶的號碼,IMSI,=,MCC,+,MNC,+,MSIN,NMSI,3 digits,2 digits,Not more than 15 digits,MCC = Mobile Country Code 移動國家號,中國為460 MNC = Mobile Network Code 移動號碼,識別移動用戶所歸屬的移動通信網(wǎng) MSIN = Mobile Station Iden

17、tification Number 移動用戶識別號,移動的識別一各移動網(wǎng)絡(luò)中的移動用戶. NMSI = National Mobile Subscriber Identity,MSISDN： 我們常說的手機號碼是MSISDN，即手機的國際ISDN號碼，它由三部分組成。 CC= Country Code NDC=National Destination Code SN= Subscriber Number 例如:手機號碼為8613011223344，其中86為中國國家號，130為國內(nèi)地區(qū)碼，11223344為移動用戶號碼。,移動臺的作用,基本的業(yè)務(wù) 附加的業(yè)務(wù) 補充的業(yè)務(wù) M=Mandatory

18、 必備的 O=optional 可選的,Subscriber Identity Module ( SIM ),SIM 卡即個人用戶識別卡,是全球通數(shù)字移動電話的一張個人資料卡,儲存著用戶的數(shù)據(jù),鑒權(quán)方法及密鑰,可供GSM系統(tǒng)對用戶身份進行鑒別.同時,用戶通過它完成與系統(tǒng)的連接和信息的交換. SIM卡有大小之分,我們現(xiàn)在都用小卡,它長25mm,寬15mm. SIM卡可以插入任何一部符合GSM規(guī)范的移動電話中,而話費則自動計人持卡用戶的帳單上,與移動臺無關(guān).,SIM卡號含義: 前六位(898600):為中國的代號 第七位:業(yè)務(wù)接入號,對應(yīng)于135,136,138, 139的5,6,8,9 第八位:

19、SIM卡功能位,一般為零 第九,十位:各省的編碼 第十一,十二位:年號 第十三位:供應(yīng)商代碼 第十四到十九位:用戶識別碼 第二十位:校驗位,4-8位PIN碼 3位偽登陸區(qū) 8位PUK碼 10位偽登陸不可用區(qū) SIM卡的內(nèi)容： 手機串號 IMSI，用戶密匙 鑒權(quán)，加密算法 網(wǎng)絡(luò)碼 PIN,PUK 計費信息 日常縮寫 附加功能,3 digits,2 digits,10 digits,460,xx,12345,SIM卡的結(jié)構(gòu)和類型 ： SIM卡是帶有微處理器的智能芯片卡，它的構(gòu)成是以下幾個模塊： - CPU - 程序存儲器(ROM) - 工作存儲器(RAM) - 數(shù)據(jù)存儲器(EPROM或E2PROM

20、) - 串行通信單元 這五個模塊必須集成在一塊集成電路中，否則其安全性會受到威脅。因為，芯片間的連線可能成為非法存取和盜用SIM卡的重要線索。,SIM卡的軟件特性 SIM卡采用新的單片機及存儲器管理結(jié)構(gòu)，因此處理功能大大增強。SIM卡中存有三類數(shù)據(jù)信息： 與持卡者相關(guān)的信息以及SIM卡將來準(zhǔn)備提供的所有業(yè)務(wù)信息，這種類型的數(shù)據(jù)存儲在根目錄下。 1）GSM應(yīng)用中特有的信息，這種類型的數(shù)據(jù)存儲在GSM目錄下。 2）GSM應(yīng)用所使用的信息，此信息可與其它電信應(yīng)用或業(yè)務(wù)共享，位于電信目錄下。 其詳細結(jié)構(gòu)如下：,3SIM卡中的保密算法及密鑰： SIM卡中最敏感的數(shù)據(jù)是保密算法A3、A8算法、密約Ki、P

21、IN、PUK和Kc。A3、A8算法是在生產(chǎn)SIM卡的同時寫入的，一般人都無法讀A3、A8算法；PIN碼可由客戶在手機上自己設(shè)定；PUK碼由運營者持有；Kc是在加密過程中由Ki導(dǎo)出；Ki需要根據(jù)客戶的IMSI和寫卡時用的母鑰(Kki)，由運營部門提供的一種高級算法DES，即KiDES(IMSI，Kki)，經(jīng)寫卡機產(chǎn)生并寫入SIM卡中，同時要將IMSI、Ki這一對數(shù)據(jù)送入GSM網(wǎng)路單元AUC鑒權(quán)中心。 如何保證Ki在傳送過程中安全保密是一件非常重要的事情。Ki在寫卡時生成，同時加密，然后進入HLRAUC后再解密，那么連寫卡和HLRAUC的操作人員也不知道Ki的真實數(shù)據(jù)。,BTS-Base Tran

22、sceiver Station（基站收發(fā)信機）,BTS通常有兩根接收一根發(fā)射天線 空間分集減小多徑衰落 BTS 在其區(qū)域內(nèi)有一套與手機通信的收發(fā)設(shè)備 一個BTS覆蓋一個地區(qū)，在0時隙BTS在其信道內(nèi)發(fā)送BCH信號，BCH幫助手機尋找網(wǎng)絡(luò)。 小區(qū)的容量由能夠登錄的BTS信道數(shù)決定。在TDMA模式下每個射頻信道由8個用戶同時使用。 BTS與BSC通過Abis接口通信，連接速率為2MB/s GSM空中接口的數(shù)據(jù)速率為13KB/S。在混合成2MB/S的Abis接口幀速度之前4路13kb/s的信道數(shù)據(jù)合成64kb/s的信道速度。 BTS從空中接口到手機的接收和發(fā)射的語音數(shù)據(jù)流為13KB/S. BTS指揮

23、手機處于發(fā)射，待機和接入狀態(tài)。,BTS,所有的BTS產(chǎn)生一個BCH廣播信道，使MS找到網(wǎng)絡(luò)。BCH信號強度還可以用作其他目的,可以用來了解MS和BTS之間的距離，傳遞網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識，對MS的尋呼信息等。 無論手機處于什么狀態(tài)，都可以接收BCH信號。 每一個BCH占用的頻點是不同的，距離較遠的地區(qū)在彼此干擾較小的情況下可以使用同一頻點。,MSC TRAU,MS,MS,BTS,BSC,RF Channels,Abis-2 MB/S,Um 空中接口,（同軸電纜,光纖）,PCM-Coding （PCM編碼）,Pulse Code Modulation 脈沖編碼調(diào)制 8b/sample，8khz數(shù)率，對數(shù) 應(yīng)

24、用在電話系統(tǒng)中 數(shù)據(jù)為64kb/s,采樣,解碼,PCM 30/32,時分復(fù)用： -一幀由N個時隙組成 -每個時隙對應(yīng)一個信道 -PCM:30/32 22/24 PCM 30/32 復(fù)用： -一幀由32個時隙組成 -30個時隙對應(yīng)30個信道 -TS0傳遞同步信號 -TS16傳遞標(biāo)志信號 每個時隙傳遞數(shù)率：64kbit/s PCM 30/32 數(shù)據(jù)數(shù)率：64*32=2.04MB/S,TS 0,TS 1,TS 2,TS 3,TS 4,TS 5,TS 6,TS 7,TS 8,TS 9,TS 10,TS 11,TS 12,TS 13,TS 14,TS 15,TS 16,TS 17,TS 18,TS 19

25、,TS 20,TS 21,TS 22,TS 23,TS 24,TS 25,TS 26,TS 28,TS 29,TS 30,TS 31,BTS-P-C-M-BSC,子復(fù)用：13k語音信息加3k控制信息，4路同時進行 TRAU：Transcoder/Rate Adapter Unit 碼變換器/數(shù)率適配單元（位于MSC內(nèi)部）（1路）,MS,BTS,SubMultiplex,TRAU,PCM,13kps,13kbps,13kbps,13kbps,子復(fù)用,64kbps,13kbps,64kbps,BTS,小區(qū) 全向型小區(qū)：同一小區(qū)中不能使用鄰頻，比如，使用了1信道，就不能用2信道，會造成同頻干擾。 扇

26、區(qū)化小區(qū)：一個120度發(fā)射信號不會傳到其他兩個扇區(qū)，因此在相隔一段距離內(nèi)可以同時使用相同頻率。,360度,BTS,全向型,扇區(qū)化,板狀天線,3根天線,BSC-基站控制器,BSC控制信道的分配，移動臺關(guān)斷，信道分離等。 在GSM網(wǎng)絡(luò)中，可以有多個BTS連接到一個BSC，也可以有多個BSC連接到一個MSC。 BTS與BSC之間通過Abis接口連接。Abis接口傳輸速率為2M/S，其傳輸介質(zhì)有微波，光纖，同軸電纜等。 微波是最好的選擇。當(dāng)一系列BTS連接在BSC上時，每個BTS將會有很高的連接速率（8M/S或16M/S），2M/S的下行或插入速率。這種結(jié)構(gòu)稱為層疊BTS BSC與MSC之間通過2M/

27、S的A接口連接，當(dāng)BSC與MSC沒有協(xié)同定位時，通過微波或是其他發(fā)射系統(tǒng)建立起內(nèi)部的連接。 在BSC內(nèi)，一些服務(wù)特性例如小區(qū)廣播等可以實現(xiàn)。,MSC-移動交換中心,在呼叫建立，維持和切斷時進行切換 所有用戶信息特性的數(shù)據(jù)庫 移動用戶方面和BSC通信，固定電話方面和PSTN通信 MSC負擔(dān)所有可承載的用戶,MSC移動交換中心,MSC是整個GSM網(wǎng)絡(luò)的核心 MSC的功能有： 1.本地GSM網(wǎng)絡(luò)和其他GSM網(wǎng)絡(luò)/非GSM網(wǎng)絡(luò)的接口 2.呼叫管理：鑒權(quán)，位置更新，連接，計費，路由，安全等 3.網(wǎng)絡(luò)服務(wù)：呼叫轉(zhuǎn)移，SMS短消息，來電顯示，呼叫保持，呼叫協(xié)調(diào)，業(yè)務(wù)屏蔽等 4.數(shù)字電路連接,VOICE,MS

28、C,CCCall Control呼叫控制 MMMobile Management移動管理 SMSecurity Management安全性管理,BSCS,BSCS,MSC,MSC,GMSC,PTSN,SMSC:服務(wù)MSC GMSC:網(wǎng)關(guān)MSC,TRAU-Transcoder/Rate Adapter Unit（碼變換器/速率適配器）,碼變換器將13kbit/s GSM數(shù)據(jù)流變換成64Kbit/s的標(biāo)準(zhǔn)速率 最初的GSM標(biāo)準(zhǔn)定義TRAU位于BTS中。在BTS之外，數(shù)據(jù)傳輸速率假定為64Kbit/s的基本速率。在實際的TRAU應(yīng)用中該標(biāo)準(zhǔn)被修改?，F(xiàn)在TRAU位于MSC中使到達MSC的數(shù)據(jù)速率為13

29、Kbit/s。這樣可以增加信道的容量，否則信道必須承載64kbit/s的數(shù)據(jù)流。這種結(jié)構(gòu)稱為微碼變換。,碼變換器/速率適配器:,Transcoder,64Kbit/s,13kbit/s,PCM,RPE-LTP,BSC,Transcoder,MSC,16Kbit/s,64kbit/s,TRAU位于MSC,BSC,BTS中,HLR-Home Location Register（歸屬位置寄存器）,MSC將所有用戶的數(shù)據(jù)儲存在HLR中 HLR中存有所有用戶的信息 在呼叫建立時MSC與HLR通信以獲取用戶信息,MSC,HLR,HLR存有一系列用戶號碼，用戶能被激活或調(diào)用 例如：所有的IMSI號碼從404

30、XX00000000001到404XX0000099999 一共有50,000個用戶。,HLR,HLR是存儲用戶信息的核心數(shù)據(jù)庫。 在SIM卡里存儲的信息大多數(shù)可以在HLR中找到,VLR-Visiting Location Register（訪問位置寄存器）,處于激活模式下的用戶將在VLR中寄存 VLR中存有所有處于激活模式下的用戶號碼 VLR暫時存儲所有激活模式下的用戶信息（開機還是關(guān)機，本地還是異地）,MSC,MSC,HLR,VLR,VLR,當(dāng)MSC發(fā)現(xiàn)有效的來自不同的MSC的用戶時，與HLR通信并在VLR中記錄,VLR,VLR是第二個存儲用戶信息的數(shù)據(jù)庫 當(dāng)一個用戶到了另外一個網(wǎng)絡(luò)覆蓋的

31、小區(qū)時，如果他的本地網(wǎng)絡(luò)允許其使用訪問網(wǎng)絡(luò)，則他在本地HLR中的信息將會臨時copy到訪問網(wǎng)絡(luò)的VLR中。由于他不屬于該網(wǎng)絡(luò)，所以在訪問網(wǎng)絡(luò)的HLR中沒有他的信息。 VLR還用來存儲位置信息和TMSI，用來取代呼叫建立時不需要的IMSI。,TMSI：臨時用戶識別碼,AUC-Authentication Center（鑒權(quán)中心）,鑒權(quán)是SIM卡的一個認(rèn)證過程 每個SIM卡都有一個IMSI和安全碼與IMSI配合使用 這套IMSI和安全碼也存在于HLR中 當(dāng)一個移動臺和MSC通信時，首先就是認(rèn)證其使用的SIM卡是可用的還是假的 鑒權(quán)中心的作用就是對SIM卡進行認(rèn)證 移動臺在進行某些功能使用時將必須使

32、用安全碼 AUC經(jīng)常和HLR一同使用,MS,MSC,AUC,HLR,EIR-Equipment Identify Register（設(shè)備身份寄存器）,EIR存儲所有用戶的手機IMEI號 在GSM系統(tǒng)中，世界上所有的手機都只有唯一的手機串號。這個串號可以幫助用戶在遺失手機的情況下鑒定手機。系統(tǒng)可以禁止沒有通過鑒定的手機黑市手機或是組裝機使用網(wǎng)絡(luò)。,EIR,EIR是手機設(shè)備數(shù)據(jù)庫 所有的IMEI號以不同的標(biāo)準(zhǔn)存儲在EIR內(nèi) 這些標(biāo)準(zhǔn)有： -允許使用的手機 -走私手機 -被竊手機 -識別不出的手機,BCBilling Center（計費中心）,BC為所有的用戶提供計費設(shè)備 BC可以直接和MSC通信

33、MSC(移動交換中心)向BC發(fā)送計費信息（通話時間） 然后BC打出賬單 計費過程： Charging to MSC呼叫相關(guān)信息 Billing to BC 計算費用，出賬單 Accounting 分賬,OMCOperations&Maintenance Center（運營維護中心）,BTSs,BTSs,BTSs,BSCs,BSCs,BSCs,OMC System,MSC,OMC 終端,OMC,BTSs,BTSs,BSCs,BSCs,OMC System,MSC,OMC-Radio,OMC-System,Equipment Alarms（告警系統(tǒng)）,BTS,BSC,碼變換器錯誤 連接失敗 模塊功

34、能異常（收發(fā)信機，處理器）,Network,BTS,Alarm,收發(fā)信機錯誤,SMSC-Short Message Service Center（短消息服務(wù)中心）,將信息送到指定的手機中 信息的傳送由SMSC進行 信息的發(fā)送通過與SMSC連接的人工終端,MS,MSC,SMSC,Manual Terminal,VMSC-Voice Mail Service Center（語音信箱業(yè)務(wù)中心）,是所有語音信箱用戶的數(shù)據(jù)庫 存儲所有的語音信息,MS,PSTN,MSC,VMSC,第三章 GSM空中接口,GSM Air Interface,MS,MS,MS,BCH,TCH,Uplink 890-915MH

35、Z,DOWNLINK 935-960MHZ,BTS,Abis interface,BCH:Broadcast Channel 廣播信道 單向，只有下行 TCH:Traffic Channel 業(yè)務(wù)信道 雙向，上下行都有,概述,Air Interface Speech Coding Types of Channel Making a Phone Call 空中接口 語音編碼 信道類型 建立呼叫,GSM空中接口,上行下行頻段分離 上行：935-960MHZ（EGSM 925-960MHZ） 下行：890-915MHZ（EGSM 880-915MHZ） 0.3GMSK調(diào)制 -270.833kbit/

36、s 時分復(fù)用和頻分復(fù)用 -GSM124頻道（ARFCN） -200KHZ頻率間隔 -時分復(fù)用狀態(tài)下8部手機共用一個ARFCN 功率控制，時間提前值，跳頻等等,工作頻段的分配,(1)工作頻段 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： 905915（移動臺發(fā)、基站收） 950960（基站發(fā)、移動臺收） 隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展，可視需要向下擴展，或向1.8GHz頻段的DCSI800過渡，即1800MHz頻段： 17101785（移動臺發(fā)、基站收） 18051880（基站發(fā)、移動臺收）,上行信道,下行信道,圖3-1 我國陸地蜂窩移動體系系統(tǒng)頻段分配圖,(2）頻道間隔 相鄰兩頻道間隔為

37、200kHz，每個頻道采用時分多址接入（TDMA）方式，分為8個時隙，即8個信道（全速率）。每信道占用帶寬200kHz8=25kHz，與模擬網(wǎng)TACS制式每個信道占用的頻率帶寬相同。從這點看二者具有同樣的頻譜利用率。 將來GSM采用半速率話音編碼后，每個頻道可容納16個半速率信道。,（3）頻道配置 采用等間隔頻道配置方法，頻道序號為76124，共49個頻點（見圖3-2）。頻道序號和頻點標(biāo)稱中心頻率的關(guān)系為： 圖3-2 900MHz頻段數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)的頻道配置 fl(n)= 890.200MHz （n-1）* 0.200MHz 移動臺發(fā)，基站收 fh(n)= fl(n) 45MHz 基站發(fā)，

38、移動臺收 n= 76124頻道,（5）頻率復(fù)用方式 頻率復(fù)用方式就是指將可用頻道分成若干組，若所有可用的頻道N（如49）分成F組（如9組），則每組的頻道數(shù)為NF（49/9 = 5.4 ,即有些組的頻道數(shù)為5個，有些為6個 ）。 在工程實際使用中是把同頻干擾保護比CI值加3dB的冗余來保護，采用12分組方式，即4個基站，12組頻率 。 以上所談每小區(qū)可用頻道數(shù)都是在可用頻段為10MHz情況下，目前10MHz中4MHz為郵電部使用，另6MHz為“中國聯(lián)通公司”使用。從頻道序號來看，7695為郵電部使用，95124為“中國聯(lián)通公司”使用 。,（6）雙工收發(fā)間隔：45MH (7) 保護帶寬：400kH

39、z 當(dāng)一個地區(qū)數(shù)字移動通信系統(tǒng)與模擬移動通信系統(tǒng)共存時，兩系統(tǒng)之間(頻道中心頻率之間)應(yīng)有約400kHz的保護帶寬，通常是由模擬B網(wǎng)預(yù)留。,0.3GMSK調(diào)制方式,0.3GMSK高斯濾波最小移頻鍵控（0.3表示了高斯濾波器的帶寬和比特率之間的關(guān)系）,DATA,Frequency,270.833kb/s,+67.708KHZ（發(fā)送0）,-67.708KHZ（發(fā)送1）,+90deg,phase,-90deg,I,Q,（發(fā)送0）,（發(fā)送1）,0.3GMSK（1）,3db,3db帶寬,0.3： BT的值 BT（歸一化的3db帶寬）=,3db帶寬,調(diào)制前速率270.833kb/s,MSK：調(diào)頻 f=67

40、.708kHZ 0: f0=fc+f 在載波頻率基礎(chǔ)上向上偏f 1: f0=fc- f 在載波頻率基礎(chǔ)上向下偏f FSK: 移頻鍵控 發(fā)送為0時，相位增加90度 發(fā)送為1時，相位減小90度 rb=270.833kb/s 0:,f,rb,+,1/4,1:,f,rb,-,1/4,無發(fā)送時為,f,rb,0.3GMSK（2）,GMSK是一種特殊的數(shù)字調(diào)頻方式，它通過在載波頻率上增加或者減少67.708KHZ，表示或者0或1，利用兩個不同的頻率來表示0和1的調(diào)制方法稱為FSK。在GSM中，數(shù)據(jù)的比特率被選擇為正好是頻偏的4倍，這樣可以減少頻譜的擴散，增加信道的有效性。比特率為頻偏4倍的FSK，稱為MSK

41、-最小頻移鍵控，通過高斯預(yù)調(diào)制濾波器，可以進一步壓縮調(diào)制頻譜。高斯濾波器降低了頻率變化的速度，防止信號能量擴散到鄰近信道頻譜。 0.3GMSK并不是一個相位調(diào)制，信息并不是象QPSK那樣，由絕對的相位來表示。它是通過頻率的偏移或者相位的變化來傳送信息的。有時把GMSK畫在I/Q平面圖上是非常有用的。如果沒有高斯濾波器，MSK將用一個比載波高67.708KHZ的信號來表示一個恒定的脈沖串1。如果載波的頻率被作為一個靜止的參考相位，我們就會看到一個67.708KHZ的信號在I/Q平面上穩(wěn)定地增長相位，它每秒種將旋轉(zhuǎn)67，708次，在每一個比特周期，相位將變化90。,0.3GMSK（3）,一個1將引

42、起90的相位增長表示，兩個1將引起180的相位增長，三個1將引起270的相位增長，如此等等。同樣的，連續(xù)的0也將引起相應(yīng)的相位變化，只是方向相反而已。高斯濾波器的加入并沒有影響0和1的90相位增減變化，因為它沒有改變比特率和頻偏之間的四倍關(guān)系，所以不會影響平均相位相對關(guān)系，只是降低了相位變化時的速率。在使用高斯濾波器時，相位的方向變換將會變緩，但可以通過更高的峰值速度來進行相位補償。如果沒有高斯濾波器，將會有相位的突變，但相位的移動速度是一致的。 精確的相位軌跡需要嚴(yán)格的控制。GSM系統(tǒng)用數(shù)字濾波器和數(shù)字I/Q調(diào)制器去產(chǎn)生正確的相位軌跡。在GSM規(guī)范中，相位的峰值誤差不得超過20。均方誤差不得

43、超過5,TDMA and FDMA（時分多址和頻分多址）,時分多址和頻分多址,多址技術(shù)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(shù)。 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。每個用戶使用時間稱為一個時隙，為0.577ms，8個時隙稱為一幀，為8*0.577=4.616ms。 MS利用上行信道發(fā)送信號，基站通過下行信道發(fā)送信號。每個信道間隔200KHZ，被稱為絕對信道號-AFRCN。 AFRCN和時隙組合在一起，形成一個物理信道。 AFRCN和時隙之間沒有太大的空

44、隙，因此要求手機和基站在恰當(dāng)?shù)臅r隙和準(zhǔn)確的頻點上發(fā)送TDMA脈沖信號。,TDMA系統(tǒng)的特性,TDMA系統(tǒng)的特性 載頻多路。如前所述，TDMA系統(tǒng)形成頻率時間矩陣，在每一頻率上產(chǎn)生多個時隙，這個矩陣中的每一點都是一個信道 突發(fā)脈沖序列傳輸。移動臺信號功率的發(fā)射是不連續(xù)的，只是在規(guī)定的時隙內(nèi)發(fā)射脈沖序列 。 傳輸速率高，自適應(yīng)均衡。每載頻含有時隙多，則頻率間隔寬，傳輸速率高，但數(shù)字傳輸帶來了時間色散，使時延擴展量加大，則務(wù)必采用自適應(yīng)均衡技術(shù) 。 傳輸開銷大。由于TDMA分成時隙傳輸，使得收信機在每一突發(fā)脈沖序列上都得重新獲得同步。TDMA系統(tǒng)通常比FDMA系統(tǒng)需要更多的開銷 。 移動臺較復(fù)雜。它

45、比FDMA系統(tǒng)移動臺完成更多的功能，需要復(fù)雜的數(shù)字信號處理。,手機功率控制,手機的發(fā)射功率需要變化 當(dāng)手機距離基站較近時，需要降低發(fā)射功率，減少其他用戶的干擾；當(dāng)他遠離基站時，需要增加功率，克服路徑衰耗。 功率的變化和路徑衰落成比例 功率變化的步進為2dbm 所有手機用戶都是以2dbm為一等級來調(diào)整發(fā)射功率的，GSM900移動臺的最大輸出功率是8W，（規(guī)范中允許的最大功率是20W,但不存在這樣的手機），DCS1800移動臺最大輸出功率為1W，故其小區(qū)范圍也小一些。,時間提前值（Time Advance）,由于GSM采用TDMA，小區(qū)半徑很大（最大35kms），因次需要進行時序調(diào)整，以保證信號在

46、恰當(dāng)?shù)臅r候到達基站。 如果沒有時序調(diào)整，那么從小區(qū)邊緣發(fā)送過來的信號將會因為傳輸時延和從基站附近發(fā)射的信號相沖突，通過時序調(diào)整，手機發(fā)出的信號可以在正確的時間到達基站。 當(dāng)MS接近小區(qū)中心時，BTS會通知它減少發(fā)射前置時間，而當(dāng)它遠離基站時，就會要求手機增加前置發(fā)射時間。 手機處于空閑模式時，可以接收和解調(diào)來自基站的BCH信號。在BCH中有一個SCH(同步信號)，用來調(diào)整手機內(nèi)部的時序。,Time Advance,T B,Synch seq 41 bits,Encrypted Bits 36,T B,Guard period 68.25,RACH Burst,63 bits Timing AD

47、V,5.25 GP,BSS 計算RACH的接入時延（以bits為單位） 告知MS時延時間（以bits為單位） 最大時延不能超過63bits,幀和復(fù)幀,1bit=3.69us 1個時隙=156.25bit=156.25*3.69=576.56us 1幀=8個時隙=8*576.56=4.615ms 復(fù)幀：一種為26幀的復(fù)幀：26*4.615=120ms 一種為51幀的復(fù)幀：51*4.615=235.4ms 超幀：由51個或者26個復(fù)幀組成 巨幀：多個超幀組成,上行和下行,上行和下行間隔8個時隙 上行和下行使用相同的時隙號 上行和下行使用相同的信道號（ARFCN) 上行和下行使用的頻段不同（GSM9

48、00中相隔45MHZ）,上行,幀,假設(shè)用戶被分配在時隙2，正處于通話模式，和機站交換信息。接收信息的 下行頻段為935960MHZ，手機發(fā)送信息的上行頻段為890-915MHZ，兩者 相差45MHZ。上下行相差3個時隙。如果在下行進隙2接收到信息，則必須在 2個時隙內(nèi)轉(zhuǎn)移到上行頻率上，在3個時隙后發(fā)送信息。然后準(zhǔn)備在下一幀同 一時隙2準(zhǔn)備接收信息。,臨近小區(qū)BCH功率測量,ARFCN,ARFCN,上行,下行,臨近小區(qū)BCH,手機必須能夠改變頻率，對臨近小區(qū)BCH進行接收與測量，以便在適當(dāng) 的時候進行越區(qū)切換。當(dāng)手機在某個時隙接收到信號以后，首先將頻率 改變45MHZ去發(fā)送信號，然后再把頻率改回

49、45MHZ發(fā)送信號,然后再將頻 率改變45MHZ+-Nkhz,來對臨近小區(qū)廣播信道的電平進行監(jiān)測。,跳頻,如果小區(qū)中存在嚴(yán)重的多徑傳播，則需要使用跳頻。 跳頻序列是由小區(qū)信道分配表（CA table）和手機信道分配表（MA table）來定義的。 小區(qū)信道分配表包含了在一個特定小區(qū)內(nèi)可以使用的跳頻序列的所有頻點。小區(qū)信道分配表可以由下行的BCH信道或SACCH信道傳給手機。 手機信道分配表是小區(qū)信道分配表的一個索引，它給出了一個特定小區(qū)可以使用的跳頻序列，通常在越區(qū)切換或分配信道時將手機信道分配表傳送給手機。 跳頻過程中也必須監(jiān)測臨近小區(qū)的BCH信道。 手機通過一張基站分配表（BA table

50、）來獲悉在哪些頻點上對相鄰小區(qū)的BCH信道進行監(jiān)測?；痉峙浔砜梢杂葿CH信道傳送，也可以由下行的SACCH信道傳送。,Speech Coding-語音編碼,telephone,PTSN,telephone,PCM Coding43kbit,ear,MS,AIR Interface,MS,ear,RPE-LTP Coding in GSM13kbit,普通的電話網(wǎng)絡(luò)用PCM編碼 GSM網(wǎng)絡(luò)中用REPLTP編碼方式,Speech Coder語音編碼器,MIC,Speech coder,Bit order,50,132,78,20ms 語音塊,260 bits,260 bits,Very impo

51、rtant,important,Other bits,語音編碼其實建立在RELP（殘余激勵 線性預(yù)測編碼器）的基礎(chǔ)上的，并通過LTP （長期預(yù)測器）增強壓縮效果。LTP通過 除去話音的元音部分，使得殘余數(shù)據(jù)的編 碼更加有利。語音編碼器以20ms為單位， 經(jīng)壓縮編碼后輸出260ms，因此碼速率為 13kbps。根據(jù)重要性不同，輸出的比特分 為182bits和78bits兩類。較重要的182bits 可以進一步細分出50個最重要的比特。,Error Correction -糾錯,CRC：循環(huán)冗余校驗碼,(25+66+3+66+25+4)*2+78=456 bits,尾比特：全0,糾錯,GSM的空間

52、接口的特性，決定了誤碼是不可避免的。GSM的比特數(shù)據(jù)經(jīng)過特殊處理后，使得誤碼常常發(fā)生在那些次要比特上，重要比特對話音的影響要比次要比特大的多。 GSM比特分為三個等級：Ia，Ib，和II類。 最重要的Ia比特將受到大量的糾錯和檢錯的保護（ 可以由CRC循環(huán)冗余校驗碼比特來進行檢錯），這些保護比特也將在TCH脈沖中傳送。Ia比特和次重要的Ib比特都有卷積到錯碼的保護。II類比特在TCH信道中占用較少的空間，沒有檢錯和糾錯的能力。,Diagonal Interleaving交織,456 bits from 20ms of speech,456 bits from 20ms of speech,57

53、,57,57,57,57,57,57,57,57,57,57,57,57,57,57,57,57,57,57,57,57,57,57,57,57,57,57,57,57,57,57,TCH,每個TCH脈沖攜帶兩個57bit的語音塊 120ms語音信號=456*6=2736bit（20ms=456bit） 2736/114=24脈沖=24幀 120ms內(nèi)的復(fù)幀有26幀 空余兩幀一幀傳送SACCH，另一幀空閑,交織,交織的目的是為了將GSM比特擴展到不同的TCH脈沖中。如果有一個脈沖因為干擾而丟失了它的信息比特，仍然可以通過糾錯編碼機制得到足夠的比特數(shù)，來保持一個可以接受的語音質(zhì)量。 語音數(shù)據(jù)的4

54、56bits劃分為8塊，每塊57bits。每個TCH傳送2個不同的20ms中的數(shù)據(jù)，每組各傳送57bits的一個小塊，即每個TCH傳送114bits語音數(shù)據(jù)。在120ms時間內(nèi)，語音編碼器將處理6個20ms的語音塊，每塊將產(chǎn)生456bits，120ms共產(chǎn)生2736bits，則需要2736/114=24個TCH脈沖傳送。一個120ms的TCH復(fù)幀有26幀，所以多出兩個脈沖不需要傳送話音。其中一個傳送SACCH，另一個作為閑置保留脈沖。,1,T,2,T,3,T,4,T,5,T,6,T,7,T,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,

55、0,T,T,T,T,T,A,T,T,T,T,T,T,T,T,T,T,T,T,-,SACCH,Idle,1復(fù)幀=26幀=120ms 24承載語音信號，1幀空閑，1幀傳送SACCH,手機利用閑置脈沖時間來進行一些復(fù)雜的測試，如臨近小區(qū)的BCH測 試，這樣就有足夠的時間調(diào)諧到相鄰的BCH信道上，并對中同步字解碼， 通過中同步字的色碼，手機可以更好的了解到被測信號的信息。,TCH 業(yè)務(wù)信道,Types of Channel信道類型,GSM中的信道分為物理信道和邏輯信道，一個物理信道就為一個時隙(TS)，而邏輯信道是根據(jù)BTS與MS之間傳遞的信息種類的不同而定義的不同邏輯信道。這些邏輯信道映射到物理信道

56、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 。 邏輯信道又分為兩大類，業(yè)務(wù)信道(TCH)和控制信道(CCH)。 業(yè)務(wù)信道（TCH）：用于傳送編碼后的話音或客戶數(shù)據(jù)，在上行和下行信道上，點對點（BTS對一個MS，或反之）方式傳播。每個激活的小區(qū)中都有TCH信道，當(dāng)正在進行呼叫的過程中出現(xiàn)當(dāng)前信道信號衰落，BTS將通訊從當(dāng)前信道轉(zhuǎn)移到載波或者時隙的TCH信道上。一個全速率TCH承載13KB/S的語音信號，而半速率載波承載6.5KB/S的語音信號。,TCH復(fù)幀全速率,1,T,2,T,3,T,4,T,5,T,6,T,7,T,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,

57、18,19,20,21,22,23,24,25,0,T,T,T,T,T,A,T,T,T,T,T,T,T,T,T,T,T,T,-,SACCH,Idle,1復(fù)幀=26幀=120ms 24承載語音信號，1幀空閑，1幀傳送SACCH,TCH業(yè)務(wù)信道半速率,1,Tb,2,Ta,3,Tb,4,Ta,5,Tb,6,Ta,7,Tb,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,0,Ta,Ta,Tb,Ta,Tb,Aa,Ta,Tb,Ta,Tb,Ta,Tb,Ta,Tb,Ta,Tb,Ta,Tb,Ab,SACCH-a,SACCH-b,1復(fù)幀=26幀=120ms 24幀承載語音信號，2個SACCH信號 （兩個MS使用）, 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定義成廣播、公共及專用三種控制信道，它們又可細分為： 廣播信道（BCH）: BCH 存在于每個ARFCN,存在于每個小區(qū)的任何時候 BCH在下行信道時隙0傳送，其他時隙將用來傳送或填充TCH信道。 BCH信道的所有時隙必須處于激活狀態(tài)，使得同頻與其他小區(qū)的手機可以測量它的功率。 BCH信道包含以下主要信道： FCH頻率校正 SCH同步 BCCH廣播控制,BCH信道的內(nèi)容：,FCH：（Frequency