GSM基础知识

第1页1.工作频段无线技术双工方式多址方式调制方式GSMFDDTDMAGMSK(高斯滤波最小频移键控)WCDMAFDD(室外)TDD(室内)CDMABPSK(上行)、QPSK(下行)CDMAFDDCDMA64阶正交调制+OQPSK(上行)、BPSK(下行)CDMA20001xFDD(室外)TDD(室内)CDMAQPSKTD-SCDMATDDCDMAQPSK、8PSK(2Mbps)、16QAM(HSDPA)GSM的双工方式为FDD，即在一个时刻内，上下行信号发射链路采用两个不同频点。TD-SCDMA的双工方式为TDD，即在一个频点上，上下行信号发射链路采用两个不同时刻。GSM的多址方式为TDMA，即不同用户利用同一频点在不同时刻各自独立的发送接收信号。TD-SCDMA的多址方式为CDMA，即不同用户利用同一频点同一时刻采用不同OVSF码(信道化码)正交化来各自独立的发送接收信号。GSM850：824-894MHzPGSM900：890-960MHzEGSM900：880-960MHzDCS1800：1710-1880MHzPCS1900：1850-1990MHzGSM900和1800频段主要由欧洲和中国使用GSM850和1900频段主要由美国使用小灵通是PHS，主要工作在1900－1915MHz，也有1880－1920MHz的1）GSM900频段：初期的GSM的工作频率是890～915MHz（移动台发射，上行），935～960MHz（基站发射，下行）共25MHz的双工频率。后加入了EGSM，频率向下延伸10MHz，为880～915MHz（移动台发射，上行），925～960MHz（基站发射，下行），为与EGSM区别，把前者称之为PGSM。GSM900频段上行与下行频段的间隔为45MHz，信道间隔为200KHz，PGSM共有124个信道，EGSM共有174个信道。PGSM（PrimaryGSM）上行：890.2MHz~914.8MHz下行：935.2MHz~959.8MHz其对应的频道号（ARFCN）为1~124，共124个信道，中心频道为62。EGSM（EnhancedGSM）上行：880.2MHz~914.8MHz下行：925.2MHz~959.8MHzEGSM对应频道号分为两个部分880.2MHz~889.8MHz的频道号为975~1023，共49个频道第2页890.0MHz~914.8MHz的频道号为0~124，共125个频道共174个频道，中心频道为37。这里要注意，不存在两个中心频道，因为中心频道指的是频带中心频率所在的频道号，虽然EGSM频带定义的频道号不连续，但其使用的频率是连续的，从880.2MHz到914.8MHz，其中心频率是897.4MHz，此频率对应的频道号为37。0~124上行：FT（n）=890+0.2×n下行：FR（n）=FT（n）+45975~1023上行：FT（n）=890+0.2×（n-1024）下行：FR（n）=FT（n）+452）DCS1800频段：DCS1800频段上行与下行频段的间隔为95MHz，信道间隔为200KHz，共有374个频点。512~885上行：FT（n）=1710.2+0.2×（n-512）下行：FR（n）=FT（n）+95ARFCN上行下行带宽PGSM9001~124890.2~914.8MHz935.2~959.8MHz25MEGSM900975~10230~124880.2~889.8MHz890.0~914.8MHz925.2~934.8MHz935.0~959.8MHz10M25MDCS1800512~8851710.2~1784.8MHz1805.2~1879.8MHz75M移动ARFCN上行下行带宽EGSM9001000~10231~95885.2~889.8MHz890.2~909MHz930.2~934.8MHz935.2~954MHz5M19MDCS1800512~6361710.2~1735MHz1805.2~1830MHz25MEGSM900频段，移动的95频点为隔离频点，一般不用。DCS1800频段，移动最初的频点规划是512~561，带宽10M；现在扩展了15M，为25M。联通ARFCN上行下行带宽EGSM90096~124909.2~914.8MHz954.2~959.8MHz6MDCS1800662~7361740.2~1755MHz1835.2~1850MHz15MDCS1800频段，联通最初的频点规划是687~736，带宽10M；现在全国扩展了5M，为15M；个别地区（北京、广东、上海）扩展了10M，为20M。第3页2.GSM系统结构MSBTSBTSBSCBSSOMCMSC/VLRNMCEIRHLR/AUCDPPSPCSSEMCOSSPSTNISDNPDNNSSMS：移动台，公用GSM移动通信网中用户使用的设备，由SIM卡与机身设备组成。BSS：基站子系统，是GSM系统中与无线蜂窝方面关系最直接的基本组成部分。BSS通过无线接口Um直接与MS相接，负责无线发送接收和无线资源管理。另一方面，BSS通过A接口与NSS中的MSC相连，实现移动用户之间或移动用户与固定网路用户之间的通信连接，传送系统信号和用户信息等。NSS：网络交换子系统，主要包含有GSM系统的交换功能和用于用户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能，对GSM移动用户之间通信和GSM移动用户与其它通信网用户之间通信起着管理作用。OSS：操作支持子系统，是智能管理和服务中心，实现移动用户管理、移动设备管理以及网络操作和控制。1）MS：MS可以是单独的MT，或者是由MT直接与TE相连接而构成，或者是由MT通过相关TA与TE相连接而构成MT：移动终端TE：终端设备TA：终端适配器第4页所有的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。2）BSS：BSS包括BTS和BSC，两者通过Abis接口直接互连BTS：基站收发台，属于BSS的无线接口设备，完全由BSC控制BSC：基站控制器，在BSC内充当控制器和话务集中器3）NSS：NSS包括MSC，VLR，HLR，AUC，EIR，OMCMSC：移动业务交换中心，它是网络的核心，提供交换功能及面向系统其它功能实体的接口功能，把移动用户与移动用户、移动用户与固定网用户互相连接起来。VLR：拜访位置寄存器，它服务于其控制区域内移动用户，存储着进入其控制区域内已登记的移动用户相关信息，为已登记的移动用户提供建立呼叫接续的必要条件。HLR：归属位置寄存器，它是GSM系统的中央数据库，存储着该HLR控制的所有存在的移动用户的相关数据。AUC：鉴权中心，它存储着鉴权信息和加密密钥，用来防止无权用户接入系统和保证通过无线接口的移动用户通信的安全。EIR：设备识别寄存器，它存储着移动设备的国际移动设备识别码（IMEI），通过检查白色清单、黑色清单或灰色清单这三种表格，使得运营部门对于不管是失窃还是由于技术故障或误操作而危及网路正常运行的MS设备，都能采取及时的防范措施，以确保网路内所使用的移动设备的唯一性和安全性。OMC：操作维护中心，它是完成网络操作与维护管理的设施。4）OSS：OSS包括NMC、SEMC、PCS、DPPS等NMC：网路管理中心SEMC：安全性管理中心PCS：个人化中心DPPS：数据后处理系统PSTN：公用电话网ISDN：综合业务数字网PSPDN：分组交换公用数据网CSPDN：电路交换公用数据网3.区域定义第5页小区基站区位置区MSC区PLMN区服务区服务区：MS可获得服务的区域，可由1个或若干个PLMN组成。例如中国大陆地区。PLMN区：由1个公用陆地移动通信网（PLMN）提供通信业务的地理区域，可由1个或若干个MSC组成。例如移动的PLMN是46000和46002，中国联通的PLMN是46001。MSC区：由一个MSC所控制的所有小区共同覆盖的区域，构成PLMN网的一部分，可由1个或若干个位置区组成。位置区：指MS可任意移动不需要进行位置更新的区域，可由1个或若干个小区（或基站区）组成。基站区：由置于同一基站点的1个或数个BTS包括的所有小区所覆盖的区域小区：采用基站识别码或全球小区识别进行标识的无线覆盖区域。在采用全向天线结构时，小区即为基站区。基站识别色码BSIC：BSIC用于采用相同载频的相邻的不同基站收发台（BTS）的识别。特别用于识别在不同国家的边界地区采用相同载频的相邻BTS。BSIC占6比特，NCC占高3位，BCC占低3位，取值均为0－7。BSIC=NCC+BCCNCC：PLMN色码（网络色码），用来唯一的识别相邻国家不同的PLMN，相邻国家要具体协调NCC的配置。BCC：BTS色码（基站色码），用来唯一的识别采用相同载频的相邻BTS。举例：NCC=2，BCC=6，可得BSIC=NCC×8+BCC=2×8+6=22第6页频率复用频率复用是蜂窝移动无线电系统的核心概念。在频率复用系统中，处在不同地理位置（不同的小区）上的用户可以同时使用相同频率的信道，频率复用系统可以极大地提高频谱效率。但是如果系统设计得不好，将产生严重的干扰，这种干扰称为同信道干扰。频率复用是有条件的，GSM规定同邻频保护比满足以下要求：同频载干比：C/I≥9dB；工程中加3dB的余量，即C/I≥12dB邻频抑制比：C/A≥－9dB；工程中加3dB的余量，即C/A≥－6dB频率复用最重要的原则：1.同一基站内不能同邻频，一般跳频时（指射频跳频），同一基站各小区的跳频序列号（HSN）一致，但起跳频序列偏移量（MAIO）不能邻频。2.相对小区不能同频，应避免邻频，特别是BCCH载频。采用跳频时，相邻基站的起跳点可相同，但跳频算法不可一致。3.BSIC的设计也应注意，BCC可在0－7之间选择，相近的同邻频小区的BSIC应尽量不一致，应尽量避免在近距离内出现同频（特别是BCCH载频）、同BSIC的情况。GSM系统的无线接口采用慢速跳频技术，跳频按实现方式分为基带跳频：将话音信号随时间的变换使用不同频率的发射机发射。射频跳频：又称合成器跳频，话音信号使用固定的发射机，在一定跳频序列的控制下，频率合成器合成不同的频率来进行发射。（BCCH频点不参与跳频）4.网络协议结构第7页CMMMRRLAPDmSigL1L3L2L1MSRRBTSMLAPDmSigL1LAPDSigL1LAPDSigL1BTSMRRSCCPMTPBSSMAPCMMMBSSMAPSCCPMTPMSCBSCBTSUm接口A接口Abis接口GSM网络协议结构GSM协议分层结构1.接入层ASL1G：无线接口的最低层，属于层1。它提供传送比特流所需的物理链路（例如无线链路），为高层提供各种不同功能的逻辑信道，包括业务信道和逻辑信道，每个逻辑信道有它自己的服务接入点LAPDm：Dm信道上的链路接入协议，属于层2。主要目的是在移动台和基站之间建立可靠的专用数据链路，层2协议基于ISDN的D信道链路接入协议（LAP-D），但作了更动，因而在Um接口的层2协议称之为LAPDm。LAPDm帧在所有TCH上的最大长度是23，在SACCH上是21，保留2个字用于时间提前量和传输功率控制。RR：无线资源，属于层32.非接入层NASMM：移动性管理，属于层3CM：连接管理，属于层3。分为CC呼叫控制、SMS短消息业务和SS补充业务GPRS协议分层结构1.接入层ASL1G：物理层MAC/RLC：无线链路控制/媒体介入控制，RLC用来将LLCPDU分片成RLC/MAC传输块，以及将RLC/MAC传输块重组成LLCPDU，MAC用来使多个MS共享同一个传输媒体GRR：GRR模块与MAC/RLC模块相结合，共同实现分组数据传输业务LLC：LogicLinkControl，逻辑链路控制，