GSM基本原理1

GSM移动通信系统基础CH1概述CH2GSM通信系统CH3GSM通信系统的关键技术CH4呼叫过程CH5移动通信组网方式目录☆CH1移动通信发展史第一代(80年代)模拟第三代(2000)IMT-2000第二代(90年代)GSM900/1800/1900CDMAIS-95TDMAIS-136PDCNMTAMPSTACSJ-TACS其他数字移动通信发展史(续)•各系统间没有公共接口。•无法与固定网迅速向数字化推进相适应，数字承载业务很难开展。•频率利用率低，无法适应大容量的要求。•安全性差，易于被窃听，易做假机。第一代――模拟移动电话系统第一代移动电话系统采用了蜂窝组网技术，现在存在于世界各地比较实用的、容量较大的系统主要有：（1）北美的AMPS；（2）北欧的NMT-450/900；（3）英国的TACS；其工作频带都在450MHz和900MHz附近，载频间隔在30kHz以下。移动通信发展史(续)•频谱利用率,系统容量最大•用户能获得多种服务(话音或非话音服务)•能自动漫游•话音质量比第一代好•保密性好•与ISDN、PSTN等的互连第二代――数字移动通信系统由于TACS等模拟制式存在的各种缺点，90年代开发出了以数字传输、时分多址和窄带码分多址为主体的移动电话系统，称之为第二代移动电话系统。移动通信发展史(续)•包含多种系统；•世界范围设计的高度一致性；•IMT-2000内业务与固定网络的兼容；•高质量；•世界范围内使用小型便携式终端。第三代――IMT-2000•W-CDMA由欧洲和日本提出•CDMA2000由美国提出•TD-SCDMA由中国提出第三代移动通信系统是一个综合现有移动电话系统功能和提供多种服务的综合业务系统中国蜂窝移动通信的现状及发展我国自从1992年在嘉兴建立和开通第一个GSM演示系统，并于1993年9月正式开放业务以来，全国各地的移动通信系统中大多采用GSM系统，使得GSM系统成为目前我国最成熟和市场占有量最大得一种数字蜂窝系统。CH1概述CH2GSM通信系统CH3GSM通信系统的关键技术CH4呼叫过程CH5移动通信组网方式目录☆CH2GSM通信系统•2.1系统的组成•2.2交换网络子系统•2.3无线基站子系统•2.4移动台•2.5操作维护子系统•2.6系统的主要接口MSBTSBSCMSC/HLROMCSCMSC/AUCEIRMSC/VLRBTSMSPLMNPSTNISDNPSTDNNo.7MAPX.25X.25orNo.7UmMS:移动台BTS：基站收发信机BSC：基站控制器SC：短消息中心OMC：操作维护中心MSC：移动业务交换中心HLR：归属位置寄存器AUC：鉴权中心VLR：拜访位置寄存器EIR：设备识别寄存器2.1GSM系统框图AAbisGSM系统构成*操作维护子系统(OSS)*网络子系统(NSS)MSCVLRHLRAUCEIR*基站子系统(BSS)BSCBTS*移动台系统(MS)SIM卡裸机GSM运营者用户外部网络OSSNSS2.2交换网络子系统(NSS)移动业务交换中心(MSC):是网络的核心部分,对移动用户及在固定网络用户提供呼叫的交换功能.它提供交换功能，完成移动用户寻呼接入、信道分配、呼叫接续、话务量控制、计费、基站管理等功能，并提供面向系统其它功能实体和面向固定网（PSTN、ISDN等）的接口功能。作为网络的核心，MSC与网络其他部件协同工作，完成移动用户位置登记、越区切换和自动漫游、合法性检验及频道转接等功能。MSC处理用户呼叫所需的数据三个数据库.(HLR、VLR、AUC).MSC根据用户当前位置和状态信息更新数据库.NSS主要完成交换功能和客户数据与移动性管理办法,安全性管理所须数据库功能交换网络子系统(NSS)•归属位置寄存器(HLR):存储与移动用户有关的数据,所有移动用户都在这数据库中存储相关的数据.(静态数据)。一个HLR能够控制若干个移动交换区域或整个移动通信网，所有用户的重要的静态数据都存贮在HLR中，包括移动用户识别号码、访问能力、用户类别和补充业务等数据。HLR还存储且为MSC提供移动台实际漫游所在的MSC区域的信息（动态数据），这样就使任何入局呼叫立即按选择的路径送往被叫用户。交换网络子系统(NSS)拜访位置寄存器(VLR):存储所有进入覆盖区的移动用户的信息,允许MSC去建立呼叫.可把它看成动态用户数据库.VLR从移动用户的归属位置寄存器（HLR）处获取并存储必要的数据，一旦移动用户离开该VLR的控制区域，则重新在另一个VLR登记，原VLR将取消临时记录的该移动用户数据。VLR的功能»用户数据的检索»IMSI附着/分离»位置登记»鉴权»MSRN的分配»切换号码分配»TMSI的分配交换网络子系统(NSS)•鉴权中心(AUC):用于产生为确定移动用户的身份和对呼叫保密所需鉴权,加密的三参数(RAND,SRES,Kc)的功能实体•移动设备识别寄存器(EIR):也是一个数据库,存储有关移动台设备参数.EIR存贮着移动设备的国际移动设备识别号（IMEI），通过核查白色清单、黑色清单、灰色清单这三种表格，分别列出准许使用、出现故障需监视、失窃不准使用的移动设备识别号（IMEI）。运营部门可据此确定被盗移动台的位置并将其阻断，对故障移动台能采取及时的防范措施。AUC属于HLR的一个功能单元部分，专用于GSM系统的安全性管理。鉴权中心（AUC）存储着鉴权信息与加密密钥，用来进行用户鉴权及对无线接口上的话音、数据、信令信号进行加密，防止无权用户接入和保证移动用户通信安全。2.3无线基站子系统(BSS)•基站子系统BSS在GSM网络的固定部分和无线部分之间提供中继，一方面BSS通过无线接口直接与移动台实现通信连接，另一方面BSS又连接到网络端的移动交换机。•BSS可分为两部分。通过无线接口与移动台相连的基站收发信台（BTS）和另一侧与交换机相连的基站控制器（BSC），BTS负责无线传输、BSC负责控制与管理。•BSS是由一个BSC与一个或多个BTS组成的，一个基站控制器根据话务量需要可以控制数十个BTS。BTS可以直接与BSC相连，也可通过基站接口设备BIE与远端的BSC相连。基站子系统还应包括码型变换器（TC）和子复用设备（SM）当BTS与BSC为远端配置方式时，则需采用Abis接口，这时，BTS与BSC两侧都需配置BIE设备；而当BSC与BTS之间的间隔不超过10米时，可将BSC与BTS直接相连，采用内部BS接口，不需要接口设备BIE。BSS系统是在一定的无线覆盖区中由MSC控制,与MS进行通信的系统设备,它主要完成无线发送接受和无线资源管理等功能.BSS的结构TC码型变换器TransCoderSM子复用SubMultiplexingBIE基站接口设备BasestationInterfaceEquipmentMSAter接口BS接口Um接口BSCBIEBTSBTSBIEAbis接口SMSMTCA接口MSCOMCQ3接口BSS结构基站控制器(BSC)•基站控制器(BSC):具有对一个或多个BTS进行控制的功能,位于MSC与BTS之间，是基站子系统（BSS）的控制和管理部分，负责完成无线网络管理、无线资源管理及无线基站的监视管理，控制移动台与BTS无线连接的建立、接续和拆除等管理，控制完成移动台的定位、切换及寻呼，是个很强的业务控制点.•BSC主要由下列部分构成：系统控制功能(SystemControlFunction)模块交换网络功能(DigitalSwitchingNetworkFunction)模块Abis接口功能(AbisInterfaceFunction)模块A接口功能(AInterfaceFunction)模块子复用功能(Sub-multiplexFunction)模块基站收发信机(BTS)•基站收发信机(BTS):无线接口设备,它完全由BSC控制,主要负责无线传输,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包括无线收发信机和天线，此外还有与无线接口相关的信号处理电路。信号处理电路将实现多址复用所需的帧和时隙的形成和管理，以及为改善无线传输所需的信道编、解码和加密、解密，速率适配等功能。•BTS主要分为基带单元、载频单元及控制单元三大部分。基带单元，主要用于必要的话音和数据的速率适配以及信道编码等载频单元，主要用于调制/解调与发射机/接收机之间的耦合公共控制单元，主要用于BTS的操作与维护。2.4移动台(MS)•移动终端:完成话音编码信道编码信息加密信息的调制和解调信息发送和接受.•用户识别卡(SIM):是一种智能卡,存有认证用户身份所需的所有信息,以防止非法用户进入网络.移动台是GSM系统的用户设备，可以是车载台、便携台和手持机。它包括移动终端和用户识别卡(SIM).SIM卡还存储与网络和用户有关的管理数据,只有插入SIM卡后移动终端才能接入进网,2.5操作维护子系统（OMC）OMC主要是对整个GSM网络进行管理和监控，主要是一个软件系统。OMC用于BSC/BTS、MSC、VLR、HLR、AUC和EIR的操作与维护，对整个网络进行管理和监控。通过它实现对GSM网内各种部件功能的监视、状态报告、故障诊断等功能。具体实现时，OMC可分为OMC－S和OMC－R。OMC的任务主要•网络运行和维护•移动设备管理•注册管理和计费OMC与MSC之间的接口（Q3接口）目前还未开放•短消息中心（SC）：可开放端到端的短消息业务UmEFABisAQCBNDMNMSMMBTSBSCPSTNISDNPSDNMSCEIRMSCVLRHLRAUCMCMCSMESMEVLRGGSM系统中的接口2.6GSM系统中的主要接口•Um接口：空中接口,是移动台MS和基站系统BSS之间的接口•A接口：BSC与MSC间接口，用于在MSC和BSC之间传送BSS管理、呼叫控制、移动性管理等信息•Abis接口：BTS与BSC间接口，用于BSC和BTS间传送BTS管理、无线资源控制、频率分配等信息•NSS中的内部接口GSM系统中的主要接口有Um接口、Abis接口、A接口以及NSS中的内部接口CH1概述CH2GSM通信系统CH3GSM通信系统的关键技术CH4呼叫过程CH5移动通信组网方式目录☆CH3GSM通信系统的关键技术3.1工作频段的分配3.2多址技术3.3话音编码技术3.4数字调制和解调技术3.5信道编码与交织技术3.6分集与自适应均衡技术3.7话音控制与功率控制技术3.8越区切换与漫游技术3.1工作频段的分配GSM900工作的无线频率分别为：上行频率890~915MHz下行频率935~960MHz双工间隔为45MHz，工作带宽为25MHz，载频间隔200KHz(Mz)8808909059159259359609501710178518051880GSM1800：工作的无线频率分别为：上行频率:1710-1785MHz下行频率1805-1880MHz双工间隔为95MHz，工作带宽为75MHz，载频同隔为200KHzEGSM频段TACS频段GSM频段GSM1800频段上行频率下行频率上行频率下行频率频道编号GSM900系统的频道编号为：P-GSM900Fu(n)=890+0.2nMHz(u:uplinkd:downlink)Fd(n)=Fu(n)+45MHz1n124n值称为绝对射频频道号（ARFCN），通常第1和第124频道作为系统保护频道不予使用。DCS1800系统的频道编号为：Fu(n)=1710.2+0.2(n-512)MHzFd(n)=Fu(n)+95MHz512n8853.2多址技术3。2。1频分多址（FDMA）：在频域中一个相对窄带信道里，信号功率被集中起来传输，不同信号被分配到不同频率的信道，发往和来自邻近信道的干扰用带通滤波器限制，这样在规定的窄带信道里只能通过有用信号的能量而任何其他频率的信号被排斥在外。FDMA的特点：*每路一个载频，每个频道只传一路话音*连续传输*基站需要相当多的共同设备（每个载频单路设计）多路复用（多址技术）：利用一