GSM基站系统开局毕业设计论文.doc
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1、毕业设计(论文)课题: GSM基站系统开局重庆电子工程职业学院通信系 GSM基站系统开局目录摘 要31 GSM基站系统结构41.1 交换网路子系统(NSS)51.2 基站(BSS)子系统51.2.1 基站收发台 (BTS)61.2.2基站控制器(BSC)72 GSM基站系统原理概述72.1 GSM 无线接口理论72.1.1 工作频段的分配72.1.2 时分多址技术(TDMA)82.1.3 移动台和基站的时间调整92.1.4 位置更新102.2 信令协议112.2.1 信令协议概述112.2.2 链路层信令协议122.2.3 网络层信令协议123 ZXG10-BSC(V2.0)143.1基站控制
2、器的主要功能143.2基站控制器的模块结构143.4设备运行环境指标204 ZXG10-BTS(V2.0)214.1系统特点214.2BTS 硬件结构224.2.1系统主要模块224.3ZXG10-BTS(V2.0)软件组成及模块划分264.4设备运行环境指标275.BSS开局285.1ZXG10-BSC(V2.0)开局28任务描述285.1.1任务分析295.1.2 BSC开局数据配置的主要步骤305.2ZXG10-BTS(V2.0)开局33任务描述335.2.1 BTS开局数据配置的主要步骤336 总结37致 谢38参 考 文 献39GSM基站系统开局摘 要GSM数字移动通信系统是由欧洲主
3、要运营商和制造厂家组成的标准化委员会提出来的,是在蜂窝系统的基础上发展而成。中国移动通信公司也成为世界上用户最多、网路规模最大的移动通信运营商。近几十年来移动通信发展经历了巨大的变化,时下通信界最普遍关注的莫过于3G,运营商为了提高服务质量必须对所经营的网络进行优化与维护。然而在网络建设,发展业务的同时,提高网络质量,进行网络优化就成为日常维护工作的关键。GSM网络在建网及扩容时,普遍存在周期短,进度快的现象,因此或多或少会出现一些工程质量问题。另外在运行过程中,受外部环境影响,各种设备也有不同程度的损耗。ZXG10-BSC (V2)的主要表现是分布式处理、容量巨大、集成度高、升级扩容方便、组
4、网灵活、性能稳定、维护简单。ZXG10-BTS(V2.0)主要运用于业务量密集的大中城市和中小城市的业务密集地区,如繁华商业区、机场等地。支持GSM各种基本业务和GPRS在内的数据业务,功能完善,具有大容量、高集成度、高可靠性和高性价比等特点。因此,对于GSM系统的开局显得尤为重要。关键词:基站控制器、基站收发信机、基站、数据配置、开局1 GSM基站系统结构GSM基站在GSM网络中起着重要的作用,直接影响着GSM网络的通信质量。GSM基站是一种技术要求较高的产品,最初的基站设备基本都是一些国外的产品。随着我国一些高科技电信企业在移动通信领域的不断深入,一些国内的电信企业如大唐、广州金鹏等公司也
5、生产出多种型号的基站。GSM赋予基站的无线组网特性使基站的实现形式可以多种多样-宏蜂窝、微蜂窝、微微蜂窝及室内、室外型基站,无线频率资源的限制又使人们更充分地发展着基站的不同应用形式来增强覆盖,吸收话务-远端TRX、分布天线系统、光纤分路系统、直放站。蜂窝移动通信系统主要是由交换网路子系统(NSS)、无线基站子系统(BSS)和移动台(MS)三大部分组成.其中NSS与BSS之间的接口为接口,BSS与MS之间的接口为Um接口。 注:AUC:鉴权中心 MSC:移动业务交换中心 GMCS:入口MCS BSC:基站控制器 BTS:基站收发信台 HLR:归属位置寄存器 VLR:拜访位置寄存器图1-1 GS
6、M网络结构1.1 交换网路子系统(NSS)网络子系统(NSS)主要包含有GSM系统的交换功能和用于用户数据管理、移动性能管理、安全性管理、移动设备管理等所需要的数据库功能,并对GSM移动用户间通信和GSM移动用户与其他通信网用户间通信起着管理作用。NSS包括移动业务交换中心(MSC)、拜访位置寄存器(VLR)、归属位置寄存器(HLR)、设备识别寄存器(EIR)、鉴权中心(AUC),而BSS有基站(BTS)和基站控制器(BSC)组成。图1-2 网络交换系统与操作维护系统 MCS:对位于它所覆盖区域中的移动台进行控制和完成话路交换的功能实体,也是移动通信系统与其它公用通信网之间的接口。 VLR:是
7、一个数据库,是存储MCS为了处理所管辖区域中MS(统称拜访客户)的来话、去话呼叫所需检索的信息。 HLR:也是一个数据库,是存储管理部门用于移动客户管理的数据。 AUC:用于产生为确定移动客户的身份和对呼叫保密所需鉴权、加密的三参数(随机号码RAND,符合响应SERS,密钥Kc)的功能实体。 EIR:也是一个数据库,存储有关移动台设备参数。1.2 基站(BSS)子系统基站子系统(BSS)是移动通信系统中与无线蜂窝网络关系最直接的基本组成部分。在整个移动网络中基站主要起中继作用。基站与基站之间采用无线信道连接,负责无线发送、接收和无线资源管理。而主基站与移动交换中心(MSC)之间常采用有线信道连
8、接,实现移动用户之间或移动用户与固定用户之间的通信连接。说得更通俗一点,基站之间主要负责手机信号的接收和发送,把收集到的信号简单处理之后再传送到移动交换中心,通过交换机等设备的处理,再传送给终端用户,也就实现了无线用户的通信功能。所以基站系统能直接影响到手机信号接收和通话质量的好坏。一个基站的选择,需从性能、配套、兼容性及使用要求等各方面综合考虑,其中特别注意的是基站设备必须与移动交换中心相兼容或配套,这样才能取得较好的通信效果。基站子系统主要包括两类设备:基站收发台(BTS)和基站控制器(BSC)。1.2.1 基站收发台 (BTS)BTS是无线接口设备,它完全由BSC控制,主要负责无线传输,
9、完成无线与有线的转换、无线分集、无线信道加密、跳频等功能。BTS包括下列主要的功能单元:收发信机无线接口(TR1)、收发信机子系统(TRS)。其中TRS包括收发信机组(TG)、本地维护。TR1具有交换功能,它可使BSC和TG之间的连接非常灵活;TRS包括基站的所有无线设备;TG包括连接到一个发射天线的所有无线设备;LMT是操作维护功能的用户接口,它可直接连接到收发信机。发信机子系统包括基站所有无线设备,主要有收发信机组(TG)和本地维护终端(LMT)。一个收发信机组是由多个收发信机(TRX)组成,连接同一发射天线。由于信号传输到基站时可能比较弱,并且有一定的信号干扰,所以要经预选器模块滤波和放
10、大,进行双重变频、放大和鉴频处理。输入的高频信号经放大后送入第一变频器,由变频器提供的第一本机振荡信号频率为766.9125-791.8875MHz,下变频后,产生123.1MHz的第一中频信号。第一中频信号经放大、滤波、混频后,产生第二中频信号(21.3875MHz),它经过放大、滤波后送到中频集成块。 由中频集成块(包含第二中频信号放大器、限幅器和鉴频器)产生的音频输出信号和接收信号强度指示信号(RSSI)送到音频/控制板,在音频信号控制板内,由分集开关不断地比较奇数和偶数信号,并选择其中的较强信号,通过音频电路传送到移动控制中心去。1.2.2 基站控制器(BSC)BSC:具有对一个或多个
11、BTS进行控制的功能,它主要负责无线网路资源的管理、小区配置数据管理、功率控制、定位和切换等,是一个很强的业务控制点。基站控制器包括无线收发信机、天线和有关的信号处理电路等,是基站子系统的控制部分。主要包括四个部件:小区控制器(CSC)、话音信道控制器(VCC)、信令信道控制器(SCC)和用于扩充的多路端接口(EMPI)。一个基站控制器通常控制几个基站收发台,通过收发台和移动台的远端命令,基站控制器负责所有的移动通信接口管理,主要是无线信道的分配、释放和管理。当你使用移动电话时,它负责为你打开一个信号通道,通话结束时它又把这个信道关闭,留给其他人使用。除此之外,还对本控制区内移动台的越区切换进
12、行控制。如你在使用手机时跨入另一个基站的信号收发范围时,控制器又负责在另一个基站之间相互切换,并保持始终与移动交换中心的连接。GSM系统越区时采用切换方式,即当用户到达小区边界时,手机会先与原来的基站切断联系,然后再与新的服务小区的基站建立联系,当新的服务小区繁忙时,不能提供通话信道,这时就会发生掉线现象。因此,用户在使用手机通话时,应尽量避免在四角盲区使用,以减少通话掉线的机率。 2 GSM基站系统原理概述2.1 GSM 无线接口理论2.1.1 工作频段的分配我国陆地蜂窝数字移动通信 网GSM通信系统采用900MHz与1800MHz频段:GSM900MHz频段为:890915(移动台发,基站
13、收),935960(基站发,移动台收);DCS1800MHz频段为:17101785(移动台发,基站收),18051880(基站发,移动台收);GSM系统上行频段下行频段带宽双工间隔双工信道数GSM90089091593596022545124GSM900E88091592596023545174GSM1800171017851805188027595374GSM1900185019101930199026080299表1 GSM工作频段的分配相邻两频点间隔为为200kHz,每个频点采用时分多址(TDMA)方式,分为8个时隙,既8个信道(全速率),如GSM采用半速率话音编码后,每个频点可容纳1
14、6个半速率信道,可使系统容量扩大一倍,但其代价必然是导致语音质量的降低。绝对频点号和频道标称中心频率的关系为:GSM900MHz频段为: (Main Frequency Band: P-GSM) fl(n)=890.2MHz + (n-1)0.2MHz (移动台发,基站收); fh(n)=fl(n)+45MHz (基站发,移动台收); n1,124GSM1800MHz频段为: fl(n)=1710.2MHz + (n-512) 0.2MHz (移动台发,基站收); fh(n)=fl(n)+95MHz (基站发,移动台收);n512,885其中:fl(n)为上行信道频率、fh(n)为下行信道频率
15、,n为绝对频点号(ARFCN)。注:1、在我国GSM900使用的频段为:905915MHz 上行频率950960MHz 下行频率频道号为76124, 共10M带宽。中国移动公司:905909MH(上行),950954MHz(下行),共4M带宽,20个频道,频道号为7695。(目前通过中国移动TACS网的压频,为GSM网留出了更大的空间,因而GSM实际可用频点号要远大于该范围)中国联通公司:909915MH(上行),954960MHz(下行),共6M带宽,29个频道,频道号为96124。2、目前只有中国移动公司拥有GSM1800网络,拥有1800网络的移动分公司大多申请10M的带宽,频道号为51
16、2562。2.1.2 时分多址技术(TDMA)多址技术就是要使众多的客户公用公共信道所采用的一种技术,实现多址的方法基本有三种,频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)。我国模拟移动通信网TACS就是采取的FDMA技术。CDMA是以不同的代码序列实现通信的,它可重复使用所有小区的频谱,它是目前是最有效的频率复用技术。GSM的多址方式为时分多址TDMA和频分多址FDMA相结合并采用跳频的方式,载波间隔为200K,每个载波有8个基本的物理信道。一个物理信道可以由TDMA的帧号、时隙号和跳频序列号来定义。它的一个时隙的长度为0.577ms,每个时隙的间隔包含156.25比特G
17、SM的调制方式为GMSK,调制速率为270.833kbit/s。在GSM中的信道可分为物理信道和逻辑信道。一个物理信道就是一个时隙,通常被定义为给定TDMA帧上的固定位置上的时隙(TS)。而逻辑信道是根据BTS与MS之间传递的消息种类不同而定义的不同逻辑信道。这些逻辑信道是通过BTS来影射到不同的物理信道上来传送。 逻辑信道又可分为业务信道和控制信道.对于不同容量的基站,控制信息速率随之不同,因此控制信道和业务信道的安排不尽相同;对于小容量基站,只有一个TRX的情况,TS0可使用第二种mainBCCHcombined的形式。TS1TS7,可使用TCH/F的信道类型;对于中等容量的基站,如有四个
18、TRX的情况,TS0可使用第一种mainBCCH的类型,再用2个TS作为SDCCH信道类型。剩余29个用做TCH/F;对于大容量基站,可将TS0使用mainBCCH组合方式,TS2、TS4可使用第六种CCCH的组合方式。其于用做SDCCH或TCH/F。MS为了能得到或提供各种各样的服务通常需要从网络来获得许多消息。这些在无线接口广播的消息被称做系统消息,可共分为12种类型:type1、2、2bis、2ter、3、4、5、5bis、5ter、6、7、8。2.1.3 移动台和基站的时间调整移动台收发信号要求有3个时隙的间隔,由于移动台是利用同一个频率合成器来进行发射和接收的.因而在接收和发送信号之
19、间应有一定的间隔。从基站的角度上来看,上行链路的编排方式可由下行链路的编排方式延迟3个突发脉冲获得。这3个突发脉冲的延时对于整个GSM网络是个常数。典型的移动台在一个时隙间接收,在频率上平移45MHz,经过一段时间(3个突发脉冲减去传播的校正时间后发送,然后可能再次平移监视其它信道,并使接收频率移动到能重新开始整个周期。在通信过程中,如移动台在呼叫期间向远离基站的方向上移动,因而从基站发出的消息将越来越迟的到达移动台。与此同时,移动台的应答信息也会越来越迟的到达基站.如不采取措施,该时延长至当基站收到该进动台在本时隙上发送的消息会与基站在其下一个时隙收到的另一个呼叫信息重叠起来,而引起干扰。因
20、此,在呼叫进行期间由移动台向发送的基站SACCH上的测量报告的报头上携带着由移动台测量的时延值,而基站必须监视呼叫到达的时间,并BTS在下行的SACCH的系统报告上每次两秒的频次向移动台发出指令,随着移动台离开基站的距离,逐步指示移动台提前发送的时间,这就是时间的调整。在GSM中被称为时间提前量TA。时间提前量值可以由0至233us,该值会影响到小区的无线覆盖,在给定光速下,GSM小区的无线覆盖半径最大可达到35km,这个限制值是由于GSM定时提前的编码是在063之间。基站最大覆盖半径算法如下:3.7us633108m/s2=35km其中,3.7us:每个比特的时长;63:时间调整的最大比特数
21、;3108m/s:光速。但在某些情况下,客观需要基站能覆盖更远的地方,比如在沿海地区,如需用来覆盖较大范围的一些海域或岛屿。这种覆盖在GSM 中是能实现的,代价是须减少每载频所容纳的信道数,办法是仅使用TN为偶数的信道(因为TN0必须用做BCCH),空出奇数的TN,来获得较大的保持时间。这在北电中被称为扩展小区技术,这一技术有专门的接收处理.这样定时提前的编码将会增大一个突发脉冲的时长。即基站的最大覆盖半径为:3.7us(63+156.25)3108m/s2=120kmTS0TS1TS2TS3图示2-1 扩展小区的TDMA帧2.1.4 位置更新当移动台由一个位置区移动到另一个位置区时,必须进行
22、登记,也就是说一旦移动台发现其存储器中的LAI与接收到当前小区的LAI号发生了变化,就必须通知网络来更改它所存储的移动台的位置信息。这个过程就被称为位置更新。2.2 信令协议2.2.1 信令协议概述在一个复杂的系统中(如GSM),要传送的不止是用户数据,因为网络要实现的大多数功能都是分布在几个远距离的设备上,要使这些设备协调工作需要交换一些信息,因此我们就要考虑到这些信息如何从网络内的一点传送到另一点。根据电信网开放系统互连模式OSI的概念,把协议按其功能分成不同的层面:最底层称为物理层或传输层;第二层被称为链路层;第三层被称为网络层,第三层以上被称为应用层,其每一层都有各自的协议规约。图示2
23、-2 从MS到MSC之间的协议模型移动通信是由许多功能单元通过接口互连构成的,接口就是各组成单元之间的物理上和逻辑上的连接。BSS和MS两部分有A、Um、Abis接口以及Ater接口等,其中A接口和Um 接口具有统一和公开的标准,以便于生产和组网,也有利于各种ISDN业务的引入和功能发展,Abis接口和Ater接口的定义尚不统一,实现差别较大,所以BSC和BTS配置不能实现多厂家设备互连。现在让我们分别介绍以下每个接口的具体情况:Sm接口:Sm接口是人机接口,是客户与网络之间的接口,主要包括客户对移动终端进行的操作程序、移动终端向客户提供的显示和信号音等。Sm接口还包括客户识别卡(SIM)与移
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