GSM移动通信原理

MA000001GSM移动通信原理课程内容GSM移动通信概述GSM系统结构与接口GSM系统Um接口GSM移动区域与编号计划GSM移动通信网组网GSM通信流程课程目标1.了解移动通信的多址技术，蜂窝技术2.了解GSM系统结构、接口、业务3.掌握Um接口的物理信道结构、Um接口的逻辑信道功能与组合、理解GSM话音的处理过程4.掌握GSM移动区域的划分5.掌握GSM编号计划6.了解GSM组网方式7.了解GSM通信流程课程重点1.移动通信的发展历程，多址技术，蜂窝技术2.GSM系统结构，接口及业务3.Um接口4.GSM移动区域的划分5.GSM编号计划6.GSM组网方式7.GSM通信流程（安全性管理和移动性管理）1.GSM移动通信概述1.1GSM概述与发展简史1.2多址技术1.3功率控制1.4蜂窝技术1.5GSM主要参数1.1GSM概述与发展简史移动通信的定义GSM的发展历程及现状移动通信发展展望第三代移动通信系统介绍1.1GSM概述与发展简史移动通信是指通信双方或至少一方是处于移动中进行信息交流的通信.移动体之间的通信只能依靠无线电传输.那什么是无线通信呢？无线通信指利用电磁波的辐射和传播，经过空间传送信息的通信方式.电磁波是它的载体.1.1GSM概述与发展简史电磁波频段与波段(C=L*F)频段名称频率范围波段名称波长范围极低频（ELF）3~30Hz极长波100~10Mm超低频（SLF）30~300Hz超长波10~1Mm特低频（ULF）300~3000Hz特长波1000~100Km甚低频（VLF）3~30KHz甚长波100~10Km低频（LF）30~300KHz长波10~1Km中频（MF）300~3000kHz中波1000~100m高频（HF）3~30MHz短波100~10m甚高频（VHF）30~300MHz超短波10~1m特高频（UHF）300~3000MHz分米波1~0.1m超高频（SHF）3~30GHz厘米波10~1cm极高频（EHF）30~30GHz毫米波10~1mm至高频（THF）30~3000GHz亚毫米波1~0.1mm光波310-6~310-8m1.1GSM概述与发展简史移动通信并不是一项很新的技术，但却是一项正在急剧发展的技术.20年代开始在军事及某些特殊领域使用（美国警察的车载无线电系统），40年代才逐步向民用扩展（美国所建第一个公用汽车电话网）.移动通信经历了由模拟通信向数字化通信的发展过程.目前，比较成熟的数字移动通信制式主要有泛欧的GSM，美国的ADC和日本的JDC（现改称PDC）.目前GSM制式的销售额占34%，CDMA制式占28%，TDMA占18%，WLL占7%1.1GSM概述与发展简史其中，GSM的发展历程如下：1982年，欧洲邮电行政大会CEPT设立了“移动通信特别小组”即GSM，以开发第二代移动通信系统为目标.1986年，在巴黎，对欧洲各国经大量研究和实验后所提出的八个建议系统进行现场试验.1987年，GSM成员国经现场测试和论证比较，就数字系统采用窄带时分多址TDMA，规则脉冲激励长期预测(RPE-LTP)话音编码和高斯滤波最小频移键控(GMSK)调制方式达成一致意见.1.1GSM概述与发展简史1988年，十八个欧洲国家达成GSM谅解备忘录(MOU).1989年，GSM标准生效.1991年，GSM系统正式在欧洲问世，网路开通运行.移动通信跨入第二代.1992年，系统命名为：GlobalSystemforMobile（全球通）组织机构：SpecialMobileGroup1993年，PhaseII规范1994年，全世界范围运行1995年，DCS1800商业运行1996年，引入微蜂窝的技术，GSM900/1800双网运行1997年已有109个国家239个运营者运营着超过4400万用户的GSM网络1.1GSM概述与发展简史在我国......1993年我国首先在浙江嘉兴建立了GSM实验网目前有中国移动与中国联通两家运营商中国电信也在积极酝酿进入移动领域截止99年底中国移动用户数已达5000万，中国联通超过400万，年增长率99%以上神州行与如意通移动用户快速增长截止99年8月中国移动已覆盖全国31个省区的308个地市和1856个县市，全国交通干线实现无缝覆盖.地市覆盖率为91%，县市覆盖率为86%专家预测，到2000年底，全国移动用户超过7500万，到2005年达2亿.1.1GSM概述与发展简史我国移动用户增长：1.1GSM概述与发展简史全球移动用户增长(1999年全球无线通信市场比1998年增长了21.6%，达到281亿美圆)02468101219992004全球移动用户（亿）1.1GSM概述与发展简史1G2G3G2.5G80s初80s末96年2002年无线通信系统时间GSMPDCD-AMPSIS-95AW-CDMACDMA2000TD-SCDMAAMPSTACSNMTNTTGPRSIS-95B无线通信在今天的发展1.1GSM概述与发展简史第三代移动通信技术：GSM系列：GPRS（GeneralPacketRadioService）：是GSM网络过渡3G（第三代移动通讯）的第一步，能够将数据传送由今天9.6Kbps的速率逐步提升到每秒115Kbps的速度.它还不是真正的第三代移动通信系统.1.1GSM概述与发展简史GPRS的特点有：GPRS向用户提供从9.6kbps到多于150kbps的接入速率.GPRS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)提高了无线信道的利用率在技术上提供了按数据量计费的可能GPRS支持一个用户占用多个信道：提供较高的接入速率GPRS是移动网和IP网的结合：可提供固定IP网支持的所有业务1.1GSM概述与发展简史GPRS对于运营商：可提供更多更优质的增值业务可提高无线资源的利用率运营商将从IP业务的迅猛发展中得到更多的商机.GPRS对于用户：计费合理——GPRS可以采用以所传输的数据量为依据的计费方法覆盖广泛——依靠GSM广泛的覆盖，GPRS向用户提供无处不在的业务业务丰富——GPRS可向用户提供固定IP网可以提供的所有业务性能优越——GPRS支持更高的接入速率、更短的建立时间1.1GSM概述与发展简史EDGE（EnhancedDataRatesforGlobalEvolution）：EDGE令网络容量及数据传送比GPRS更快，足有283Kbps.网络商只需在软硬件上作出少许相应改动，便可继续沿用现有GSM系统，去支持移动多媒体服务，完全符合低成本高效益的理念，能够与日后WCDMA制式共存.WCDMA（WidebandCodeDivisionMultipleAccess）：由GSM网络核心繁衍而来的WCDMA，数据传送可达到每秒2Mbit（室内）及384Kbps（移动空间）的速率，采用5MHz（区别于窄带200KHz)的宽频网络.1.1GSM概述与发展简史CDMA系列：cdmaOne（CodeDivisionMultipleAccessOne）：属于CDMA第二代，能达到1.25MHz，目前全球用户接近三千五百万.cdma2000（CodeDivisionMultipleAccess2000）：cdma2000是从cdmaOne蜕变进化出来支援3G的一种制式.确保投资发展CDMA的网络商，能够简单及有效率地由cdmaOne过渡到3G进程.cdma2000第一阶段将提供每秒144Kbps的数据传送率，第二阶段支持每秒2Mbps的数据传送速率，是cdma发展3G的最终目标.1.1GSM概述与发展简史1985年：CCITT提出FPLMTS（未来公众陆地移动通信系统）概念1991年：ITU正式成立TG8/1任务组，负责FPLMTS标准制定1992年：ITU召开WARC(世界无线通信系统会议)，对FPLMTS的频率进行了划分，使这次会议成为第三代移动通信标准制定中的里程碑第三代移动通信：如上述，不管通过GSM还是GPRS的方式，最终目标还是3G.3G在其制定过程也经历了一段相当的时间，包括ITU的IMT-2000和欧洲的UMTS.1.1GSM概述与发展简史1994年：ITU-T和ITU-R正式携手研究FPLMTS1996年：ITU将FPLMTS改为IMT-2000（国际移动电信系统2000＝2000年＋2000MHz）1998年6月：ITU征集IMT-2000的无线接口技术方案1999年：方案评审，制定规范(包括无线接口标准)2000年：完善规范并制定网络部分标准1.1GSM概述与发展简史能实现全球漫游：用户可以在整个系统甚至全球范围内漫游，且可以在不同的速率、不同的运动状态下获得有服务质量的保证；能提供多种业务：提供话音、可变速率的数据、活动视频，特别是多媒体业务；能适应多种环境：可以综合现有的公众电话交换网（PSTN）、综合业务数字网、无绳系统、地面移动通信系统、卫星通信系统、提供无缝隙的覆盖；足够的系统容量，强大的多种用户管理能力，高保密性能和服务质量.3G实现的目标：1.1GSM概述与发展简史为实现上述目标，对3G无线传输技术提出了以下要求：高速传输以支持多媒体业务；室内环境至少2Mbit/s；室内外步行环境至少384kbit/s；室外车辆运动中至少144kbit/s；卫星移动环境至少9.6kbit/s.传输速率能够按需分配.上下行链路能适应不对称需求.1.1GSM概述与发展简史目前3G的标准主要有：cdma2000朗讯、摩托罗拉、北电、高通、三星等W-CDMA爱立信、诺基亚、西门子等TD-SCDMA中国提出UMTS欧洲标准1.2多址技术多址技术使众多的用户共用公共的通信线路.常用的使信号多路化的方法基本上有三种，它们分别采用频率、时间或代码分隔的多址连接方式，即人们通常所称的频分多址FDMA、时分多址TDMA和码分多址CDMA三种接入方式.GSM系统采用了FDMA、TDMA方式.1.2多址技术1.2.1频分多址FDMAFDMA是以不同的频率信道实现通信的.频分就是把整个可分配的频谱划分成许多单个无线电信道（发射和接收载频），每个信道可以传输一路话音或控制信息.模拟蜂窝系统是FDMA结构的一个典型例子，但GSM系统也采用了FDMA.1.2多址技术1.2.2时分多址TDMATDMA是以不同的时隙实现通信时分多址是指在一个宽带的无线载波上，将某一信道按时间加以分割，各信号按一定顺序占用某一时间间隙（时隙）.即多路信号利用同一个信道在不同时间各自独立地传送.1.2多址技术1.2.3码分多址CDMACDMA是以不同的代码序列实现通信的码分多址是一种利用扩频技术所形成的不同的码序列实现的多址方式.它不像FDMA、TDMA那样把用户的信息从频率和时间上进行分离，它可在一个信道上同时传输多个用户的信息.其关键是信息在传输以前要进行特殊的编码，编码后的信息混合后不会丢失原来的信息.1.3功率控制当手机在小区内移动时，它的发射功率需要进行变化.当它离基站较近时，需要降低发射功率，减少对其它用户的干扰，当它离基站较远时，就应该增加功率，克服增加了的路径衰耗.所有的GSM手机都可以以2dB为一等级来调整它们的发送功率，GSM900移动台的最大输出功率是8W（规范中最大允许功率是20W，但现在还没有20W的移动台存在）.DCS1800移动台的最大输出功率是1W.相应地，它的小区也要小一些.1.4蜂窝技术1.4.1大区制与小区制移动通信系统是采用一个叫基站的设备来提供无线服务范围的.基站BTS的覆盖范围有大有小，我们把基站BTS的覆盖范围称之为蜂窝，即小区CELL.采用大功率的基站主要是为了提供比较大的服务范围，但它的频率利用率较低，也就是说基站提供给用户的通信通道比较少，我们也称之为大区制.采用小功率的基站主要是为了提供大容量的服务范围，同时它采用频率复用技术来提高频率利用率，有限的频率得到多次使用，所以系统的容量比较大