GSM网络基础知识.ppt

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1、2培训目标本课程结束后，学员可以：v掌握GSM的基本知识v了解GSM系统的基本架构1. 了解GSM中的关键技术3培训提纲GSM系统网络结构系统网络结构2GSM系统原理系统原理3概述概述1移动通信的发展历史4NMTAMPSTACSGSMD-AMPSIS-136cdmaOneIS-95PDC198019902000移动通信中的多址技术v 移动通信系统中一般有三种方式来提供所需要的信道 FDMA：频分多址 每个用户使用不同频率； 一个频率就是1个信道； TDMA：时分多址 每个用户在不同的时间窗口（“时隙”）上； 每个频率上不同的“时隙”就是1个信道； CDMA：码分多址 每个用户共享频率和时隙资源

2、，使用不同的“码字” 1个信道就是1个“码道”5FrequencyTimePowerFrequencyTimePowerFrequencyTimePowerFDMATDMACDMA模拟移动通信的缺陷v各个系统之间没有公共接口，难于实现漫游v无法与固定网向数字化推进相适应v频谱利用率比较低v安全保密性比较差v业务种类受限v移动设备成本高、体积大v网络的管理控制存在问题数字移动通信的优点v抗干扰能力强v频谱利用率高v可方便实现数据业务v易于加密v便于网络的管理和控制v便于设备的集成为什么要发展第三代？v现有第二代数字移动通信系统的不足 频谱利用率不够高 容量问题 传输速率较低 业务单一 存在多个标

3、准 无法实现全球漫游v个人通信的目标 “任何人，在任何地点、任何时间与其他任何人进行任何方式的通信。”培训提纲9GSM系统网络结构系统网络结构2GSM系统原理系统原理3GSM系统组成系统组成aGSM系统编号计划系统编号计划b全国全国GSM网络结构网络结构c概述概述1GSM系统组成10PSTNOMCOMCNMCOMSSIMMEMSBTSBTSBTSBTSBSCBSCAUmMSCMSCMSCMSCVLRVLRVLRVLRHLRHLRAUCAUCEIREIRBCEFGHDNSSNSSBSSBSSNSS系统接口vA接口：MSC与BSC间的接口vAbis接口：BSC与BTS间的接口vUm接口：BTS与M

4、S间的接口vB接口：MSC与VLR间的接口vC接口：MSC与HLR间的接口vD接口：HLR与VLR间的接口vE接口：MSC与MSC间的接口vF接口：MSC与EIR间的接口vG接口：VLR与VLR间的接口vH接口：HLR与AUC间的接口MSC（移动业务交换中心）功能与作用v为其服务区内的移动用户提供交换和信令功能 呼叫处理w 呼叫建立、连接与清除位置更新过程用户身份识别移动设备识别 操作与维护w 数据库管理w 测量w 人机接口（MMI） 网间互通 计费MSCHLR（归属位置寄存器）功能与作用 HLR:Home Location Register 用户识别号（IMSI,MSISDN） 当前用户的V

5、LR（当前位置） 业务能力、业务限制信息 用户申请的补充业务 补充业务信息（例：当前转移的电话号码） 用户状态（registered/deregistered） 移动用户漫游号（MSRN）传递HLRVLR（拜访位置寄存器）功能与作用 VLR:Visitor Location Register 移动台状态 部分补充业务数据 移动站的位置登记(LAI) 临时移动用户识别号(TMSI)管理 MSRN管理VLRAUC（鉴权中心）功能与作用l鉴权和加密数据lKi,RANDlA3,A8算法lKc,SresMSCMSCBTSBTSBTSACDHEF鉴权SIMKiA8A3VLRSresKc RANDKcSre

6、s=?SresKc RANDA8A3KiAUC加密MSSIMKiA8A3KcSresA5Speech,DataVLR无线通路BTSSpeech,DataSresKc RANDA5EIR：Equipment Identity Register存储移动设备分类表(IMEI)v用来管理所有移动台设备的国际移动用户识别（IMSI）号码以及检查每个移动台设备是否为合法设备。v它包括一个数据库，存储着所有签约用户所使用的移动台设备的IMEI号码等。w 白名单、黑名单、灰名单EIR（移动设备识别寄存器）功能与作用EIR功能与作用白名单白名单 灰名单灰名单 黑名单黑名单 合法用户和允许漫游用户的IMEI有故障

7、未经型号认证淘汰的IMEI报失被盗或非法使用的IMEI基站子系统(BSS)组成 基站控制器BSC 基站收发信机BTS 无线操作维护中心OMC-R 码变换器TC(Transcoder)UM接口MSAbis接口接口BTSOMC-RBSCTCBTSBSC（基站控制器）的一般结构数字中继交换网络处理器网络数字中继A接口Abis接口BSC的功能作用v实现A接口物理层规定(PCM/E1)v实现A接口No.7号信令功能(SP)v实现Abis接口物理层规定(PCM/E1)v实现Abis接口数据链路层(LAPD)v实现A接口与Abis接口间信道交换功能v实现部分网络层的功能v实现无线资源管理(RR)v实现BSS

8、管理应用部分的功能v实现切换功能等BTS（基站收发信台）的一般结构基基站站接接口口设设备备信信令令处处理理编码与交织编码与交织译码与解译码与解交织交织加密加密调制调制发信机发信机天天线收信机收信机均衡均衡解调解调解密解密AbisBTS的功能模块Um跳频控制跳频控制时钟时钟功率控制功率控制BTS的功能作用v实现Abis接口物理层规定(PCM/E1)v实现Abis接口数据链路层(LAPD)v实现BTS管理功能 v实现部分无线资源管理(RR)v实现Um接口物理层规定(PCM/E1)v实现Um接口数据链路层(LAPDm)v实现实现跳频功能v实现信道加密、解密功能v实现信道编译码、交织与解交织功能v实现

9、调制与解调功能码变换器(Transcoder)BBS64KBPS16KBPSMSC30PCMTRAFFICCHANNEL*4TC120 GSM TRAFFICCHANNELS011631TC功能v全称：Transcoder Rate Adaptor Unitv语音编解码功能（FR、EFR）v非连续发射功能（DTX）v数据速率适配功能v与BTS的远端通信功能MS结构SIMMEMS用户识别模块(SIM)GSM系统位置区域概念v 服务区 服务区系指移动台可获得服务的区域v 公用陆地移动通信网区域(PLMN) PLMN区是指整个陆地移动通信网的地理区域v MSC区 指由一个移动业务交换中心所控制的所有

10、小区共覆盖的区域构成的PLMN网的一部分v 位置区（LAC区） 指移动台可任意移动不需要进行位置更新的区域，一个位置区可由若干个小区（或基站区）组成v 基站区 由置于同一区域的一个或数个基站收发信台(BTS)包括的所有小区所覆盖的区域 v 小区 采用基站识别码或全球小区识别码进行标识的无线覆盖区域 GSM系统编号计划 移动用户ISDN号码(MSISDN) 国家号码(CC):中国为86 MAC：移动接入码，=139(8、7、6、5、0、1) 移动用户号：H0H1H2H3ABCD H0H1H2H3：HLR识别码，由总部统一分配到本地网；H00 ABCD：移动用户号，由HLR自行分配 CCMACSN

11、国内有效移动用户ISDN号码国际移动用户ISDNGSM系统编号计划 国际移动用户识别码(IMSI) 移动国家号码(MCC): 中国为460. 移动网号(MNC): 移动为00，联通为01. 移动用户识别码(MSIN): H1H2H3MCCMNCMSIN国内移动用户识别码国际移动用户识别码GSM系统编号计划v 国际移动台设备识别码(IMEI)v 型号批准码(TAC)： 由认证中心分配v 工厂装配码(FAC)： 由厂家编码，表示制造厂家及最后装配地v 序列号(SNR)： 由厂家分配v 版本级别(VL)： 由认证中心确定，与TAC关联FACVLSNRTAC6个数字2个数字6个数字1个数字GSM系统编

12、号计划 位置区识别码(Location Area Identity) 小区全球识别码(Cell Global Identity)MCCMNCLACL1L2L3L4MCCMNCLACCI小区识别码(CI)：二字节的BCD编码全国GSM网络结构v三级网结构 第一级TMSC1负责汇接所连的二级汇接中心（TMSC2）或本地端局的业务。原则上在各省中心建立一对独立的TMSC1。一级汇接中心之间为网状网连接。 第二级TMSC2负责汇接MSC的省内业务，并同时转接至TMSC1的省际业务 第三级MSC为移动端局或本地汇接局（MTm） 全国GSM网络结构v二级网结构 全国GSM网络结构v信令网结构 通常TMSC

13、1连到HSTP，TMSC2和MSC连到LSTP 培训提纲37GSM系统网络结构系统网络结构2GSM系统原理系统原理3GSM无线信道无线信道aGSM主要技术主要技术bGSM系统频率规划系统频率规划c概述概述1GPRS、EDGE系统简介系统简介dGSM的FDMA/TDMA结构TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7f0f1f2f4f4f5时间频率TDMA

14、帧时隙与TDMA帧v Um接口上传输的单位是有大约100多个调制比特组成的脉冲串，称为“突发脉冲（Burst）” 1234567012345670 突发序列（BURST）时隙TDMA FRAME1TDMA FRAME 2突发脉冲序列类型GSM逻辑信道控制信道的映射v BCCH与CCCH在TS0上的复用v TS0上RACH的复用控制信道的映射v 下行SDCCH和SACCH在TS1上的复用v 上行SDCCH和SACCH在TS1上的复用业务信道的映射v TCH的复用 上行链路的结构与下行的一样的，唯一不同的是有一个时间的偏移，也就是说上下行的TS2是在不同时间出现，时间偏移约为3个时隙语音编码vLP

15、C-LTP-RPE编码器 GSM系统话音编码器是采用声码器和波形编码器的混合物- 混合编码器，全称为线性预测编码-长期预测编码-规则脉冲激励编码器（LPC-LTP-RPE编码器） 编码速率13kbps信道编码v信道编码技术是通过给原数据添加冗余信息，从而获得纠错能力 GSM使用分组码和卷积码混合的信道编码。首先对一些信息比特进行分组编码，构成一个“信息分组十奇偶(检验)比特”的形式，然后对全部比特做卷积编码，从而形成编码比特 使用编码增加了无效负荷和传输时间 适合纠正非连续的少量错误交织v交织：打乱原来的数据排列规则，按照一定顺序重新排列 作用：减小信道快衰落带来的影响 缺点：带来了附加的额外

16、延时信道编码与交织的使用信号调制vGaussian Minimum Shift Keying（GMSK）高新数字预滤波MSK调制 1 0 0 1 11 0 0 1 1GSM调制频谱PowerFrequency200KHz衰落与分集距离距离(m)接收功率接收功率(dBm)102030-20-40-60慢衰落慢衰落快衰落快衰落衰落与分集v 慢衰落 由地形起伏、建筑物及障碍物的遮蔽等引起慢衰落（阴影衰落）v 快衰落 由各种反射物和散射体产生的直射波、反射波和散射波的相互干扰和串扰，以及多普勒（Doppler）频移等产生的快衰落（多径衰落）衰落与分集抗快衰落措施分集在若干个支路上接收相互问相关性很小的

17、载有同一消息的信号，然后通在若干个支路上接收相互问相关性很小的载有同一消息的信号，然后通过合并技术再将各个支路信号合并输出，那么便可在接收终端上大大降过合并技术再将各个支路信号合并输出，那么便可在接收终端上大大降低深衰落的概率低深衰落的概率 v时间分集 符号交织、检错、纠错编码、RAKE接收机技术v空间分集 采用主、分集天线接收。主、分集天线的接收信号不具有同时衰减的特性。基站接收机对一定时间范围内不同时延信号的均衡能力也是一种空间分集的形式。v频率分集 GSM采用跳频 CDMA采用扩频技术时间色散与均衡v 时间色散起源于反射，主要指到达接收机的主信号和其他多径信号在空间传输时间差异而带来的同

18、频干扰问题v 与快衰落不同，其反射信号来自远离接收天线的物体，时间差大于1个比特的时间时间色散与均衡vGSM系统中采用了自适应均衡技术解决时间色散问题 前馈横向滤波器自适应算法判决反馈横向滤波器ABy(n)+_I(n)I(n)+_e(n)输出序列参考训练序列IR(n)训练序列训练序列切换v切换目的 援救切换：当移动台离开管理它的小区的无线覆盖时 减小干扰：当移动台与另一小区联系，可以大大改进总的干扰电平时 业务量切换：当一个小区拥塞，而邻近小区较空闲时切换v避免频繁切换 采用改进的滤波技术，去除测量数据中因衰落造成的抖动，保证测量数据更准确，切换更真实。 设置不对称的切换边界只有当邻区的信号比

19、本小区的信号好到一定程度时才切换。 采用强行迟滞方法，一次切换后必须经过一定的时间才能切回原小区。 在多层网时，启动速度原因切换功率控制v移动台的功率控制 移动台功率控制分为两个调整阶段，即稳态调整阶段和初始调整阶段 稳态调整是功率控制算法执行的常规方式，初始调整使用于呼叫接续最开始的时刻 初始阶段功率控制与稳态阶段功率控制的差别在于初始阶段的期望上行链路接收电平及接收质量与稳态阶段的不同，滤波器长度不同，初始阶段仅进行向下调整等功率控制v基站的功率控制 基站功率控制为可选的功能。基站功率控制与MS功率控制基本相同，基站功率控制仅使用稳态功率控制算法 基站功率控制分为静态功率控制与动态功率控制

20、，动态功率控制是在静态功率控制的基础上的微调 由0505协议规范规定基站静态功率级别分为6级（2dB/级），基站可输出的最大功率若为46dBm（40W），第6级则为34 dBm不连续发射（DTX） v在一个通信过程中，其实移动用户仅有40%的时间是在通话，大部分时间都没有在传递话音消息，这样将会大大的浪费系统资源。针对这种情况GSM引入了这一不连续发射DTX的机制，它通过禁止传输用户认为不需要的无线信号，从而减少了空间干扰，降低了发信机功率，延长MS的电池使用时间不连续接收（DRX） v系统按照IMSI将用户分为不同的寻呼组，不同寻呼组手机在不同时刻接收寻呼信息，其它时间处于休眠状态，MS可关

21、闭某些硬件设备的电源以节省功率开销P P PPPPP PBCCHMS Being pagedMS in Sleeping modeMS in listen modeMS in Sleep modeBCCH Multiframe(P=Paging Channel)跳频技术v 采用跳频技术是为了确保通信的秘密性和抗干扰性，它首先被用于军事通信，后来在GSM标准中也被采纳f0 f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f0 f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7tt0 1 2 3 4 5 6 跳频图案：（跳频图案：（5、4、7、0、6、3、1）频率复用技术GSMGSM系统的频带系统的频带vGSM9

22、00GSM900系统工作频带如下系统工作频带如下：上行上行890 890 915 MHz 915 MHz下行下行935 935 960 MHz 960 MHz双工间隔为双工间隔为45MHz45MHz，载频间隔为，载频间隔为200KHz200KHz。vGSM1800GSM1800系统工作频带如下系统工作频带如下：上行上行1710 1710 1785 MHz 1785 MHz其中无委会批准频带为其中无委会批准频带为1710 1710 1755 MHz 1755 MHz下行下行1805 1805 1880 MHz 1880 MHz其中无委会批准频带为其中无委会批准频带为1805 1805 1850

23、MHz 1850 MHz双工间隔为双工间隔为95MHz95MHz，载频间隔为，载频间隔为200KHz200KHz频率复用技术GSMGSM系统的频道编号系统的频道编号v扩展扩展GSM900GSM900系统频道编号为系统频道编号为：GSM900GSM900： F FU U(n) = 890 + 0.2(n) = 890 + 0.2 n MHzn MHz F FD D(n) = Fu(n) + 45 MHz(n) = Fu(n) + 45 MHz，0 0 n n 123 123E-GSM900E-GSM900：F FU U(n) = 890 + 0.2(n) = 890 + 0.2 (n-1024)

24、(n-1024)，974 974 n n 1023 1023 F FD D(n) = Fu(n) + 45 MHz(n) = Fu(n) + 45 MHz n n值称为绝对射频频道号（值称为绝对射频频道号（ARFCNARFCN），通常第），通常第1 1和第和第124124频道作为系统保护频道不予使用。频道作为系统保护频道不予使用。vGSM1800GSM1800系统的频道编号为：系统的频道编号为： F Fu u(n) = 1710.2 + 0.2(n) = 1710.2 + 0.2 (n-512) MHz(n-512) MHz F FD D(n) = Fl(n) + 95 MHz(n) = Fl

25、(n) + 95 MHz，512 512 n n 885 885 374 374个频道个频道频率复用技术v频率复用就是指在数字蜂窝系统中重复使用相同的频率，一般把有限的频率分成若干组，依次形成一簇频率分配给相邻小区使用：v通常的频率复用方式有 普通复用：“4 3”复用， “3 3”复用，以及更为紧密的“2 6”复用和“1 3”复用 双重复用：BCCH和TCH分别采用不同的复用方式。 同心圆复用：常规层和超级层分别采用不同的复用方式。 多重复用MRP: 各层频率分别采用不同的复用方式频率规划v频率规划的目的： 频率规划就是在频率利用率和网络容量之间寻找平衡点，做到在保证一定网络质量的前提下，使网

26、络容量最大 宽松复用经济，但干扰大需相关措施支持紧密复用01020干扰小，但不经济频率规划v 载干比的计算：v 载干比要求： 同频载干比：C/I9dB；工程中加3dB余量，即C/I12dB 邻频载干比：C/I9dB；工程中加3dB余量，即C/I6dB 载波偏离400KHz时的载干比： C/I（载波/干扰）41dB 同频干扰衰减因子 ：同频载干比：NRDq3/6) 1(rqIC频率规划v 4 3频率复用方式 “4”表示4个基站（每个基站由3个小区组成），“3”表示每基站3个小区。这12个扇形小区为一个频率复用簇，同一簇中频率不能被复用 A3D2B1C3B2D1D3A2C1B3C2A1B3C2A1

27、A3A1B1D1D3D2C3B2A1C3D2C3C1D2B1C2A1A2C1D3复用簇频率规划v 4 3频率复用方式 假设可用带宽为10MHz，信道号为4594。如果BCCH分配8194，共14个频点，其余分配给TCH用，下表为43频率规划例子 这种复用方式下，N4，则： 实际情况下，由于基站布局的不规则，天线挂高的差别，以及实际无线环境的影响，载干比C/I不可能达到这么高 频率组号A1B1C1D1A2B2C2D2A3B3C3D3各频率组的频点号949392919089888786858483807978777675747372717069686766656463626160595857565

28、55453525150494847464546. 3433NqdBqqIC20)7 . 0(1/44（最差情况）频率规划v 3 3频率复用方式 “3 3”复用方式针对每基站划分为3扇区的规划区域。9个频率为一组，并轮流分配到3个站点，每个站点使用其中的3个频率A3C2B1B3A2C1C3B2A1A3C2B1B3A2C1B3A1C1A1A3A2C3B2A1A3A3C3C1B2A1B2A1A2C1B3频率规划v 3 3频率复用方式 假设可使用带宽为10MHz，信道号为4594，BCCH采用43常规复用，频率为8194，共14个频点。TCH采用33，频率为4580，共36个频点 这种复用方式下，N3

29、，则： 实际情况下，由于基站布局的不规则，天线挂高的差别，以及实际无线环境的影响，载干比C/I不可能达到这么高 3333Nq频率组号A1B1C1A2B2C2A3B3C3各频率组的频点号807978777675747372717069686766656463626160595857565554535251504948474645dBqIC07.1621/4频率规划v同心圆技术 普通同心圆：把基站中的某几个载频的功率降低，使其覆盖范围缩小，成为内层圆，其余载频以常规功率发射，成为外层圆。由于内层圆的小区半径较小使得其使用的频率也可以在相邻小区使用，从而提高了内层频率复用率。通过BSC的控制软件实现

30、MS在内外层之间的切换，大量吸收基站附近的热点地区的话务量。222222222222222通用分组无线业务(GPRS)的特点v 传输速率快 支持4种编码方式,并采用多时隙(最多8个时隙)合并传输技术，使数据速率最高可达171.2kbitsv 可灵活支持多种数据应用v 网络接入速度快v 可长时间在线连接v 高效地利用网络资源，降低通信成本 支持多用户共享一个信道的机制(每个时隙允许最多8个用户共享)v 利用现有的无线网络覆盖，提高网络建设速度，降低建设成本 在无线接口，GPRS采用与GSM相同的物理信道，定义了新的用于分组数据传输的逻辑信道。可设置专用的分组数据信道，也可按需动态占用话音信道v GPRS的核心网络顺应通信网络的发展趋势，为GSM网向第三代演进打下基础GPRS网络结构PSTNInternetGMSCGGSNSGSNMSCBSS计算机话音数据电路交换域分组交换域GPRS是移动网和I P 网的结合SGSN:服务支持节点GGSN:网关支持节点GPRS终端GPRS终端增强型数据业务(EDGE)v采用一种改进的GSM调制技术，每时隙的速率提高到48 kbit/sv允许集中使用多达8个时隙，此时速率可达到384 kbit/sv属于增强型GPRS数据业务谢 谢智慧创造价值，分院的进步需要您我共同的努力！77结束语结束语