GSM系统构架与信令流程

GSM网络构架和信令流程3GSM网络结构和信道GSM信令流程介绍系统消息位置区更新主被叫连接释放切换12GSM网络基本知识移动通信技术发展第一代模拟通信第二代数字通信第三代宽带通信B3G/4G主要技术：•AMPS•TACS•NMT特点：•频率利用率低•速率低•提供语音业务主要技术：•GSM•CDMAIS95特点：•提供语音、传真、短信、及分组业务•频率使用率中等•GSM:13kbit/s•GPRS:144Kbit/s•EDGE:384Kbit/s主要技术：•CDMA2000•WCDMA•TD-SCDMA特点：•提供语音、传真、多媒体消息。高速分组业务，多媒体业务•频率利用率高•速率达到2Mbit/s主要技术：•FDD-LTE•TDD-LTE特点：•提供高速的分组数据业务•使用OFDM技术，频率利用率很高•速率达到100Mbit/s当前主要通信技术对比目前主要应用的移动通信技术有GSM/GPRS/EDGE,CDMA/CDMA2000-EVDO,WCDMA,TD-SCDMA。各种技术的特点如下：技术参数GSMCDMA2000WCDMATD-SCDMA载波间隔200KHz1.25MHz5MHz1.6MHz码片速率N/A1.2288Mchips/s3.84Mchips/s1.28Mchips/s基站同步需要需要可选需要双工方式FDDFDDFDDTDD多址方式TDMA+FDMACDMACDMATDMA+CDMA+FDMA切换方式硬切换软切换、硬切换软切换、硬切换接力切换2G/3G网络拓扑结构GSM/GPRSBSSBTSBSCNodeBRNCPCUUMTSUTRANSS7SCPSMSSCEPSTNISDNInternet,IntranetMSC/VLRGMSCHLR/AUCSGSNCGBGGGSNGPRS骨干网OtherPLMNAGbIu_CSIu_PSGiGpC/D/GsGr/Gs/Gd/GeGcA-bisIubumuuGSM发展介绍GSM是GlobalSystemForMobileCommunications的缩写，由欧洲电信标准组织ETSI制订的一个数字移动通信标准，GSM是全球移动通信系统(GlobalSystemforMobilecommunications)的简称。它的空中接口采用时分多址技术。自90年代中期投入商用以来，被全球超过100个国家采用。目前GSM仍然是应用最为广泛的移动电话标准。1982年，GSM小组成立，主要目标定位于实现欧洲各国移动通信系统的互联互通1986年，在巴黎，对提出的八个建议系统进行现场试验1987年，确定采用频分双工－窄带时分多址（FDD－TDMA）、规则脉冲激励－长期预测话音编码（RPE-LTP）和高斯滤波最小频移键控（GMSK）调制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PHASEI，主要定义了900M频段的技术标准PHASEII标准，增加了1800M频段的技术标准PHASEII＋标准，主要增加了GPRS部分的内容1991年，GSM系统在欧洲正式开通运行，移动通信跨入第二代1994年，GSM进入我国GSM频段配置中国GSM900使用频率①中国移动●上行频段：890-909MHz（1-95）●下行频段：935-954MHz②中国联通●上行频段：909-915MHz（96-124）●下行频段：954-960MHz中国DCS1800使用频率①中国移动●上行频段：1710-1720MHz（512-561）●下行频段：1805-1815MHz②中国联通●上行频段：1745-1755MHz(685-735)●下行频段：1840-1850MHz7180517851710188095MHZ双工间隔基站接收频率基站发射频率DCS1800频率MHZ20MHZ保护频带925915TACS/GSM频率MHZ96045MHZ双工间隔950935905890880基站发射频率基站接收频率10MHZ保护频带DCS1800GSMTACS/GSMETACS/EGSMGSM频点号计算GSM:上行：890.2------915.0MHZ下行：935.2------960.0MHZ上行频率f(n)=890.2+0.2*（n）MHz；下行频率f(n)=935.2+0.2*（n）MHz其中频点号N为1----124（共124个频点）EGSM:上行：880.2------890.0MHZ下行：925.2------935.0MHZ上行频率f(n)=880+0.2（n-974）MHz；下行频率f(n)=925.2+0.2（n-974）MHz其中频率号N975~1023（共49个频点）DCS1800：上行：1710.2------1785.0MHZ下行：1805.2------1880.0MHZ上行频率f(n)=1710+0.2（n-511）MHz,下行频率f(n)=1805+0.2（n-511）MHz其中,n为绝对频率号,从512~885（共374个频点）多址技术PowerTDMAPowerFDMAPowerCDMA多址技术使众多的用户共用公共的通信线路而相互不干扰常用的方法基本上有三种：频分多址FDMA、时分多址TDMA、码分多址CDMAGSM系统采用的是TDMA和FDMA混合的多址方式GSM频率复用1、频率复用概念频率复用技术是指同一载频的无线信道用于覆盖不同的区域，这些区域彼此相隔一定的距离，以便把频率干扰控制在系统允许范围内，这样作的结果相当于宝贵的频率资源获得再生。在按蜂窝结构的移动网中，蜂窝小区是以N个正六边形组成群，各蜂窝小区群可以按一定的规律使用相同的频率组。假设每个群有N个小区，则需用N组频率。A3A2A1A3A2A1D3D2D1C3C2C1C3C2C1D3D2D1A3A2D3D2D1A1B3B2B1C3C2C1B3B2B1B3B2B1C3C2C1B3B2B1C3C2C1A3A2A12、频率复用方式根据GSM体制的推荐，GSM无线网络规划基本上采用4*3频率复用方式，即每4个基站为一群，每个基站分成3个三叶草形60°扇区或3个120°扇区，共需12组频率。因为这种方式同频干扰保护比C/I能够比较可靠的满足GSM标准的要求。在引入跳频等技术后，又采用了3*3,1*3等拥有更高频率使用率的复用方式。4*3频率复用方式GSM切换切换（Handover）是移动通信系统的一个非常重要的功能。作为无线链路控制的一种手段，切换能够使用户在穿越不同的小区时保持连续的通话。TargetBSSourceBSTargetBSSourceBS硬切换：先断后连（GSM的切换方式）软切换：先连后断（CDMA中同频的切换方式）GSM功率控制功率控制作为改善无线链路质量的一个重要手段，主要是指BSS系统根据配置的门限值、BTS上报的上下行链路的接收电平和接收质量的测量报告，进行综合判决，调整MS和BTS的发射功率。根据测量报告中的接收质量和接收电平，通过功率控制算法计算，确定BTS/MS合适的发射功率。在BSS系统中引入功率控制的主要目的如下：降低干扰提高链路质量稳定性，特别是减少质量差呼叫。节能功率控制分为以下两种：上行链路功率控制即MS功率控制。调整MS输出功率，使BTS获得稳定的接收信号强度，从而降低相邻信道间的干扰，降低MS功耗。下行链路功率控制即BTS功率控制。调整BTS输出功率，使MS获得稳定接收信号强度，从而降低相邻信道间的干扰，降低BTS功耗。3GSM网络结构和信道目录GSM信令流程介绍系统消息位置区更新主被叫连接释放切换21GSM网络基本知识GSM网络结构BSCBSCCoreNetworkBTSBTSBTSBTSAGbA-bisA-bisA-bisA-bisCNBSSMSUMCSPSAGbCSPSBSS网元功能BSC主要功能实现A接口物理层规定实现A接口No.7号信令功能实现Abis接口物理层规定实现Abis接口数据链路层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主要功能实现Abis接口物理层规定实现Abis接口数据链路层实现部分无线资源管理(RR)实现Um接口物理层规定实现Um接口数据链路层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GSM信道GSM900和GSM1800的逻辑信道划分是一样的广播控制信道控制信道通用控制信道话音信道(TCH)FCCHSCHBCCH(系统消息)TCH/FAGCHRACHSDCCHFACCHSACCHTCH/HTCH/9.6FTCH/4.8F,HTCH/2.4F,HPCH通用信道专用信道逻辑信道GSM控制信道1、广播信道用于向MS广播各类信息。可分为FCCH：频率校正信道，用于MS频率校正。通过FCCH，MS就可以定位一个小区并解调出同一小区的其它信息SCH：同步信道：用于MS的帧同步和BS的识别。该消息含移动台帧同步和基站识别的信息：基站识别码(BSIC)BCCH：广播控制信道：用于发送小区系统信息；这些系统消息使得MS可以在空闲模式下有效工作。2、公共控制信道主要携带接入管理功能所需的信令信息，也可用来携带其它信令，CCCH由网络中各MS共同使用，有三种类型：PCH：寻呼信道，用于BTS寻呼MS；RACH：随机接入信道，用于MS随机接入网络上行信道，请求分配一个SDCCHAGGH准予接入信道，用于给成功接入的接续分配专用控制信道。3、专用控制信道：是点对点的双向控制信道。根据通信控制过程的需要，将DCCH分配给MS使之BTS进行点对点信令传输，可分为：SDCCH：独立专用控制信道；SACCH：与TCH或者SDCCH联用，在传送用户信息期间带传某些特定信息，上行链路主要传递无线测量报告，下行链路主要传递部分系统消息。这些消息包括通信质量、LAI、CELLID、邻区BCCH信号强度、TA、功率控制级别等。FACCH：全速率快速随路控制信道；与TCH联用，用于在传输过程中给系统提供比慢速随路控制信道（SACCH）速度和及时性高得多的信令信息，如“越区切换”等指令信息。GSM业务信道话务信道（TCH）主要用来传送话音信息和数据信息。1、话音业务信道TCH/FS：全速率语音信道13Kbit/sTCH/HS:半速率语音信道6.5Kbit/s2、数据业务信道TCH/F9.6:9.6kbit/s全速率数据信道TCH/F4.8:4.8kbit/s全速率数据信道TCH/H4.8:4.8kbit/s半速率数据信道TCH/H2.4:=2.4kbit/s半速率数据信道TCH/F2.4:=2.4kbit/s全速率数据信道2GSM网络结构和信道目录GSM信令流程介绍系统消息位置区更新主被叫连接释放切换31GSM网络基本知识主要信令流程在移动通信中主要的流程过程包括以下几个：空闲态下的系统消息小区选择重选移动主/被叫流程连接释放位置区更新切换系统消息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，可分为12种类型：TYPE1、2、2bis、2ter、3、4、5、5bis、5ter、6、7、8。每个系统消息都有下面不同的元素做组成：1、当前网络、位置区、和小区的识别消息；2、小区提供切换的测量报告消息和小区选择的进程消息；3、当前控制信道结构的描述消息；4、该小区不同的可选项的消息；5、关于临小区bcch频点的分配。下面介绍几个网优常用的系统消息。此信令给出小区频率信息和小区接入的控制信息SystemInformationType1SystemInformationType2/2ter/2bis此信令给出Idle时候的测量频点、NCCPermitted、RACH控制参数测量BCCH频点此信令给出CGI、控制信道信息、DTX、RACH信道相关信息、…MSC的版本是否允许在本小区