GSM网络基础知识

GSM网络基础知识无线咨询设计分院2010年2月2培训目标本课程结束后，学员可以：1.掌握GSM的基本知识2.了解GSM系统的基本架构3.了解GSM中的关键技术培训提纲3GSM系统网络结构2GSM系统原理3概述1移动通信的发展历史4NMTAMPSTACSGSMD-AMPSIS-136cdmaOneIS-95PDCIMT-2000198019902000移动通信中的多址技术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，使用不同的“码字”•1个信道就是1个“码道”5PowerPowerPowerFDMATDMACDMA模拟移动通信的缺陷各个系统之间没有公共接口，难于实现漫游无法与固定网向数字化推进相适应频谱利用率比较低安全保密性比较差业务种类受限移动设备成本高、体积大网络的管理控制存在问题数字移动通信的优点抗干扰能力强频谱利用率高可方便实现数据业务易于加密便于网络的管理和控制便于设备的集成为什么要发展第三代？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存在多个标准—无法实现全球漫游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2GSM系统原理3GSM系统组成aGSM系统编号计划b全国GSM网络结构c概述1GSM系统组成10PSTNOMCOMCNMCOMSSIMMEMSBTSBTSBSCAUmMSCMSCVLRVLRHLRAUCEIRBCEFGHDNSSBSSNSS系统接口A接口：MSC与BSC间的接口Abis接口：BSC与BTS间的接口Um接口：BTS与MS间的接口B接口：MSC与VLR间的接口C接口：MSC与HLR间的接口D接口：HLR与VLR间的接口E接口：MSC与MSC间的接口F接口：MSC与EIR间的接口G接口：VLR与VLR间的接口H接口：HLR与AUC间的接口MSC（移动业务交换中心）功能与作用为其服务区内的移动用户提供交换和信令功能呼叫处理呼叫建立、连接与清除切换过程移动性管理位置更新过程用户身份识别移动设备识别操作与维护数据库管理测量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:HomeLocationRegister用户识别号（IMSI,MSISDN）当前用户的VLR（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:VisitorLocationRegister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鉴权和加密数据Ki,RANDA3,A8算法Kc,SresMSCMSCBTSBTSBTSACDHEF鉴权SIMKiA8A3VLRSresKcRANDKcSres=?SresKcRANDA8A3KiAUC加密MSSIMKiA8A3KcSresA5Speech,DataVLR无线通路BTSSpeech,DataSresKcRANDA5EIR：EquipmentIdentityRegister存储移动设备分类表(IMEI)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。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。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功能与作用白名单灰名单黑名单合法用户和允许漫游用户的IMEI有故障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Ａ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实现A接口物理层规定(PCM/E1)实现A接口No.7号信令功能(SP)实现Abis接口物理层规定(PCM/E1)实现Abis接口数据链路层(LAPD)实现A接口与Abis接口间信道交换功能实现部分网络层的功能实现无线资源管理(RR)实现BSS管理应用部分的功能实现切换功能等BTS（基站收发信台）的一般结构基站接口设备信令处理编码与交织译码与解交织加密调制发信机天线收信机均衡解调解密AbisBTS的功能模块Um跳频控制时钟功率控制BTS的功能作用实现Abis接口物理层规定(PCM/E1)实现Abis接口数据链路层(LAPD)实现BTS管理功能实现部分无线资源管理(RR)实现Um接口物理层规定(PCM/E1)实现Um接口数据链路层(LAPDm)实现实现跳频功能实现信道加密、解密功能实现信道编译码、交织与解交织功能实现调制与解调功能码变换器(Transcoder)BBS64KBPS16KBPSMSC30PCMTRAFFICCHANNEL*4TC120GSMTRAFFICCHANNELS011631TC功能全称：TranscoderRateAdaptorUnit语音编解码功能（FR、EFR）非连续发射功能（DTX）数据速率适配功能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服务区服务区系指移动台可获得服务的区域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MSC区指由一个移动业务交换中心所控制的所有小区共覆盖的区域构成的PLMN网的一部分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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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86MAC：移动接入码，=139(8、7、6、5、0、1)移动用户号：H0H1H2H3ABCDH0H1H2H3：：HLR识别码，由总部统一分配到本地网；H0≠0ABCD：移动用户号，由HLR自行分配CCMACSN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):H1H2H3MCCMNCMSIN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国际移动台设备识别码(IMEI)型号批准码(TAC)：由认证中心分配工厂装配码(FAC)：由厂家编码，表示制造厂家及最后装配地序列号(SNR)：由厂家分配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系统编号计划位置区识别码(LocationAreaIdentity)小区全球识别码(CellGlobalIdentity)MCCMNCLACL1L2L3L4MCCMNCLACCI小区识别码(CI)：二字节的BCD编码全国GSM网络结构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二级网结构全国GSM网络结构信令网结构通常TMSC1连到HSTP，TMSC2和MSC连到LSTP培训提纲37GSM系统网络结构2GSM系统原理3GSM无线信道aGSM主要技术bGSM系统频率规划c概述1GPRS、EDGE系统简介dGSM的FDMA/TDMA结构TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7f0f1f2f4f4f5时间频率TDMA帧时隙与TDMA帧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TDMAFRAME1TDMAFRAME2突发脉冲序列类型GSM逻辑信道控制信道的映射BCCH与CCCH在TS0上的复用TS0上RACH的复用控制信道的映射下行SDCCH和SACCH在TS1上的复用上行SDCCH和SACCH在TS1上的复用业务信道的映射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LPC-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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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：带来了附加的额外延时信道编码与交织的使用信号调制GaussianMinimumShiftKeying（GMSK）高新数字预滤波MSK调制1001110011GSM调制频谱PowerFrequency200KHz衰落与分集距离(m)接收功率(dBm)102030-20-40-60慢衰落快衰落衰落与分集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）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低深衰落的概率时间分集符号交织、检错、纠错编码、RAKE接收机技术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。频率分集GSM采用跳频CDMA采用扩频技术时间色散与均衡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频干扰问题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GSM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ΣΣABy(n)+_I(n)I’(n)+_e(n)输出序列参考训练序列IR(n)训练序列切换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