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1、2023/11/7,1,GSM移动通信系统 基础知识,主讲：涂国平,2023/11/7,2,CH1 概述CH2 GSM通信系统CH3 GSM通信系统的关键技术CH4 GSM网支持的业务CH5 呼叫过程CH6 移动通信组网方式,目录,2023/11/7,3,CH1 概述,1.1 通信系统的一般模型1.2 模拟通信和数字通信1.3 话音信号的数字化1.4 移动通信发展史1.5 GSM移动通信发展过程,2023/11/7,4,1.1 通信系统的一般模型,信息源和收信者发送设备和接收设备:将信源和传输媒介匹配起来传输媒介:可以分为无线和有线。干扰,通信系统除了完成信息传递之外，还需要进行信息交换，传输
2、系统和交换系统共同组成一个完整的通信系统。,2023/11/7,5,几个名词,消 息信 息信 号信 令比 特信息速率（数码率、传码率）,2023/11/7,6,1.2 模拟通信和数字通信,模拟信号：信号幅度是连续的信号模拟通信：利用模拟信号完成通信的方式一个话路（信道）的 带宽：300Hz-3400Hz,数字信号：信号幅度是离散的信号数字通信：利用数字信号完成通信的方式一个话路（信道）的 传码率：64Kbit/S,信息源可分为模拟信源和离散信源。模拟信源（如电话机，电视摄像机）输出幅度连续的信号；离散信源（如计算机）输出离散的符号序列或文字。模拟信源可通过采样和量化变化为离散信源。,2023/
3、11/7,7,a 幅度连续时间连续,b 幅度连续时间离散,d 幅度离散时间离散,c 幅度离散时间连续,t,A,t,t,t,A,A,A,信号的四种形式,2023/11/7,8,1.3 话音信号的数字化,在PCM通信系统中,先对话音信号采样,然后将每个样值的幅度取其有限个允许值中最接近的一个,因此在时间和幅度方面都得到量化.,采样器,量化器,编码器,再生器,线路,译码器,接收器,低通滤波器,低通滤波器,再生器,单路PCM原理框图,采样频率fs=8000Hz,采样周期Ts=125us,每个采样值编8位码,传码率=8*8000=64000bit/s=64kbit/s,模拟信号,2023/11/7,9,
4、30/32路PCM通信系统帧结构,把时间分成一个个小段称为时隙,每一个用户占一个指定的时隙.每时隙放一个样值次,每样值编8位码.多个用户每轮流一次的总时间称一帧.每帧长:125us,分为32个时隙,其中30个时隙传送话路信息;另外一个时隙传送帧同步信号码,一个时隙传送复帧同步信号码和信令码,TS1,TS0,TS0,TS15,TS16,TS17,TS30,TS31,一帧,125us,TS0:帧同步码TS1-TS15:CH1-CH15话路TS17-TS31:CH16-CH30话路TS16:复帧同步边码和信令码,30/32路PCM的传码率=32*64000=2048000bit/s=2.048Mbi
5、t/s,TS31,2023/11/7,10,终端用户的移动性需要随时知道用户当前位置；用户在通话时，还涉及到频道的切换问题等。无线接入方式频率资源的有限性用户与基站系统之间信号的干扰信息的安全保护等网络的互通功能移动通信网之间的自动漫游，移动通信网与其他网络的互通各种业务功能的实现等（电话业务、数据业务、短消息业务、智能业务等）,移动通信的特点,2023/11/7,11,1.4 移动通信发展史,数字,2023/11/7,12,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。
6、,第一代模拟移动电话系统,2023/11/7,13,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。,2023/11/7,14,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 CDMA2
7、000 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,2023/11/7,15,1.5 GSM移动通信发展过程,2023/11/7,16,中国蜂窝移动通信的现状及发展,移动电话用户7000多万。居世界第二位。普及率不到6%模拟TACS处在保持状态，用户约500万。GSM900/1800是目前的主体网，居世界第一。CDMA试验网约有用户10万，计划规模发展。发展潜力巨大，“市场大、发展快、持续时间长”2010年2.4亿，普及率18%。每年增加2000万户以上。,我国自从1992年在嘉兴建立和开通第一个GSM演示系统，并于1
8、993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。,2023/11/7,17,2023/11/7,18,CH1 概述CH2 GSM通信系统CH3 GSM通信系统的关键技术CH4 GSM网支持的业务CH5 呼叫过程CH6 移动通信组网方式,目录,2023/11/7,19,CH2 GSM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2.7 GSM系统功能分层,2023/11/7,20,MS,BTS,BSC,MSC/HLR,O
9、MC,SC,MSC/AUC,EIR,MSC/VLR,BTS,MS,PLMNPSTNISDNPSTDN,No.7MAP,X.25,Um,MS: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,A,Abis,2023/11/7,21,GSM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,2023/11/7,22,2.2交换网络子系
10、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,2023/11/7,2
11、3,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其关的数据.(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。,2023/11/7,24,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
12、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,2023/11/7,25,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
13、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。,2023/11/7,26,2.3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。
14、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
15、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.,2023/11/7,27,BSS的结构,TC码型变换器 TransCoderSM子复用 SubMultiplexingBIE基站接口设备 Base station Interface Equipment,2023/11/7,28,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
16、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。,2023/11/7,29,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
17、的业务控制点.BSC主要由下列部分构成：系统控制功能(System Control Function)模块交换网络功能(Digital Switching Network Function)模块Abis接口功能(Abis Interface Function)模块A接口功能(A Interface Function)模块子复用功能(Sub-multiplex Function)模块,2023/11/7,30,2.4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
18、.,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,2023/11/7,31,安全性管理,用户的鉴权和加密都需通过系统提供的用户三参数组参与来完成，而用户三参数组是在AUC（鉴权中心）中生成的。每个用户在注册登记时，就被分配一个用户号码和用户识别码（IMSI）。IMSI通过SIM写卡机写入SIM卡中，同时在写卡机中又产生一个对应此IMSI的唯一的用户密钥Ki，它被分别存储在SIM卡和AUC中。AUC中还有个伪随机码发生器，用户产生一个不可预测的伪随机数（RAND
19、）。RAND和Ki经AUC的A8算法（也叫加密算法）产生一个Kc，经A3算法（鉴权算法）产生一个响应数（SRES）。由RAND、SRES、Kc一起组成该用户的一个三参数组，AUC中每次对每个用户产生7-10组三参数组，传送给HLR，存储在该用户的用户资料库中。,2023/11/7,32,鉴权是为了保护合法用户，防止假冒合法用户的“入侵”。当用户请求接入时，MSC/VLR通过控制信道将RAND传送给用户，SIM卡收到后，用此RAND与SIM卡中的Ki经同样的A3算法得到响应数SRES，传送给MSC/VLR。MSC/VLR将收到的SRES与三参数组中的SRES进行比较，若相同就允许接入，若不同则拒
20、绝此次呼叫。VLR一次向HLR要5组三参数组，每鉴权一次用一组，当只剩下二组时，再向HLR要5组，如此反复。,鉴权,2023/11/7,33,2023/11/7,34,加密是指无线信道上的加密，是为了防止在BTS和MS之间交换用户信息和用户参数时被非法个人或团体监听或窃取。MS侧以A8算法得到Kc。根据MSC/VLR发送出的加密命令，BTS侧和MS侧同时使用Kc。在MS侧，由Kc、TDMA帧号和加密命令M一起经A5算法，对用户信息数据流进行加密（也叫扰码），在无线路径上传送。在BTS侧，把收到的数据流、TDMA帧号和Kc再经A5算法解密后传送给BSC和MSC。,加密,2023/11/7,35,
21、2023/11/7,36,加密,2023/11/7,37,2.5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OMCS和OMCR。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,2023/11/7,38,GSM系统中的接口,2023/11/7,39,2
22、.6 GSM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,2023/11/7,40,2.7 GSM系统功能分层,传输：数据传输功能，在沿着通信路径的各段上提供携带用户数据，并提供实体间传送信令的方法。RR：无线资源管理，在呼叫期间建立和释放移动台和MSC之间的稳定连接，主
23、要由MS和BSC完成；,RR：无线资源管 CM：呼叫管理MM：移动性管理 OAM：运行维护管理,2023/11/7,41,GSM系统功能分层,MM：移动性和安全性管理，当环境发生变化时，移动台可以作出不同网络的蜂房选择，使呼叫用户过程有效建立，还需基础设施来管理用户的位置数据（位置更新）；CM：通信管理，应用户要求，在用户之间建立连接，维持和释放呼叫。（可分为CC呼叫控制、SSM附加业务管理、SMS短消息业务）；OAM：运行、管理和维护平面，为运营者操作提供手段；它直接由传输层提供服务。,2023/11/7,42,CH1 概述CH2 GSM通信系统CH3 GSM通信系统的关键技术CH4 GSM
24、网支持的业务CH5 呼叫过程CH6 移动通信组网方式,目录,2023/11/7,43,CH3 GSM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,2023/11/7,44,3.1工作频段的分配,GSM900 工作的无线频率分别为：上行频率 890915MHz 下行频率 935960MHz 双工间隔为45MHz，工作带宽为25MHz，载频间隔200KHz,(Mz),880,890,905,915,925,935,960,950
25、,1710,1785,1805,1880,GSM1800：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200KHz,EGSM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,2023/11/7,45,频道编号,GSM900系统的频道编号为：P-GSM900 Fl(n)=890+0.2n MHz Fu(n)=Fl(n)+45 MHz 1 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。E-GSM900 Fl(
26、n)=890+0.2(n-1024)975 n 1023 Fu(n)=Fl(n)+45 MHz 0 n 124DCS1800系统的频道编号为：Fl(n)=1710.2+0.2(n-512)MHz Fu(n)=Fl(n)+95 MHz 512 n 885,2023/11/7,46,3.2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
27、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）：利用一对线路同时传输两路或两路以上的话音信号且互不干扰,用户1,用户2,用户3,频率,时间,2023/11/7,47,3.2多址技术（续）,3。2。2时分多址（TDMA）：一个信道由一连串周期性的时隙构成，不同信号能量被分配到不同的时隙里，利用定时选通来限制邻近信道的干扰，从而只让在规定时隙中有用的信号通过。,GSM数字移动通信系统中采用TDMA/FDMA方式每个频道宽度:200KHz每个频道:8个时隙,TDMA的特点*有效地提高频谱利用率*减少基站工作波道数*适应非话业务的传输*发射信号速率随着用户数时隙的增大而提高*系统的同步是
28、关键,用户1,用户2,用户3,频率,时间,2023/11/7,48,3.2多址技术（续）,3。2。3码分多址（CDMA）：是每一个信号被分配一个伪随机二进制序列进行扩频，不同信号能量被分配到不同的伪随机序列。在接收机里，信号用相关器加以分离，这种相关器只接收选定的二进制序列并压缩其频谱，凡不符合该二进制序列的信号就不压缩带宽。结果只有有用信号的信息才被识别和提取出来。,用户2,用户3,用户1,CDMA,频率,时间,码,CDMA的特点*系统容量大*话音质量高*软越区切换*衰落影响小,2023/11/7,49,FDMA TDMA CDMA示意,用户1,用户2,用户3,用户1,用户2,用户3,用户1
29、,用户2,用户3,FDMA,TDMA,CDMA,频率,频率,频率,时间,时间,时间,码,2023/11/7,50,3.3话音编码技术,数字话音编码的基本要求 编码速率要低，话音质量要高 应有较强的抗噪声干扰和抗误码的性能,MOS:平均评价得分（Mcan Opinion Score),GSM采用编码器是长期线性预测规则脉冲激励（RPELTP）编码器话音编码器的输出比特速率是：13Kbit/SMOS近似4,话音编码器的类型：波形编码器、声码器、混合编码器,2023/11/7,51,话音质量指标,MOS5.0：广播质量，最高级话音质量；MOS4.0：长途质量，接近透明编码；MOS3.5：通信质量，能
30、听出质量有所下降，但可以正常通信；MOS3.0及以下：合成质量；3.0仍具有一定的自然度和较好的可懂度，2.5只能保持一定的可懂度，自然度已基本失去。,2023/11/7,52,3.4数字调制和解调技术,数字移动通信系统的调制方式的特性*高的带宽效率*对多径衰落不敏感*高的功率效率*低的带外辐射*低的载波与同频道干扰（C/I）的功率比,数字调制的基本方式*移幅键控（ASK）*移频键控（FSK）*移相键控（PSK）,GSM数字移动通信系统中采用GMSK（高斯最小移频键控）调制指数：0.3,在200KHz带宽中,传输270.8Kbit/S的数字信号,2023/11/7,53,数字调制,GSM系统目
31、前采用的调制方式为GMSK，其归一化带宽BT=0.3。调制速率为270.833kbit/s。中心频率间隔200KHz.GMSK调制是在下述两者之间的折中：相当高的无线频谱效率（1bit/Hz数量级）和合理的解调复杂性。需要指出的是200KHz的信道间隔的选择会导致两个相邻频率调制谱之间不可忽视的交叠，因此在频率规划中必须考虑到邻道干扰，小区内不使用相邻频道。GSM系统为了提高数据传输速率，采用了新的调制方案：EDGE（Enhanced rates for GSM Evolution）。EDGE方案中采用8PSK调制，8PSK调制也是衡包络调制，每个符号可携带3比特信息，因此调制速率基本是GMS
32、K调制的3倍。,2023/11/7,54,解调,经过空间传播，接收到的信号是与发射信号之间存在差别，差别在于：接收信号中包含同频干扰、多径干扰、杂散信号和噪声等。解调器必须从接收到的失真信号中估计出可能性最大的调制数据序列，因此每个突发脉冲中要包含定标信号，接收机可以预先知道这个定标信号，GSM中采用训练序列，训练序列使得接收机可以估计传播引起的信号失真。GSM规范没有限制采用那一种解调算法，但规定了通过信道译码纠错后测量的总体性能指标。一个重要的限制是算法必须能处理间隔16s（约4比特宽度）接收到的两个功率相等的多径信号。在这种情况下的字符间干扰与调制本身引入的字符间干扰相比较，有惊人的增加
33、，因而采用均衡是比不可少的。,2023/11/7,55,解调,适用于移动通信的均衡器一般有两种：判决反馈均衡器DFE和最大似然序列估计器MLSE。DFE存在误码扩散问题，其性能比MLSE略差。MLSE一般采用维特比（Viterbi）算法，它的优点是算法能适用于卷积码的最大似然译码，并有可能采用共同的部件实现解调和译码。维特比解调是一种最大似然技术，它在考虑可能信号的一些假设及噪声统计特性的基础上，要找到最有可能的发射序列。,2023/11/7,56,3.5信道编码与交织技术,GSM系统信道编码一般采用级联码，分为内码和外码，外码采用线性分组码，对全速率语音业务信道而言，外码采用了加奇偶校验位是
34、为了检错；对控制信道而言，外码采用法尔码（Fire），它能纠正误码长度小于等于12比特的单个突发错误。内码采用卷积码，主要用于纠正短突发错误和随机错误。重排和交织技术是使误码的分布随机化，分散由衰落引起的长突发误码。,去交织码器,信道,交织码器,内编码器,内解码器,外编码器,外解码器,话音编码器,话音解码器,13 kbit/s,33.9 kbit/s,22.8 kbit/s,话音输入,话音输出,2023/11/7,57,3.5信道编码与交织技术,3.5.1信道编码:就是在数字信号进行射频调制进入信道之前进行的编码.目的在于使信号在接收端能够检出或纠正信道中各种干扰引起的误码.信道编码又称为差错
35、编码 为了发现或纠正差错,采用增加冗余度的方法进行信道编码,若发送信息:1 0 0 1 1 0 信道编码后:1111,0000,0000,1111,1111,0000收到的码组可能是:1111,0010,1000,0110,1110,0000 判决结果:1 0 0 X 1 0,2023/11/7,58,3.5信道编码与交织技术(续),3.5.2交织技术:就是把信息码在发端加以排列组合,使信息码相互穿插交织后发送到信道中去.接收端进行去交织,恢复成原始的码序列.目的是将冲击差错转换成随机差错,再用信道编码的方法来进行纠正,3,4,1,2,3,4,1,2,3,4,1,2,3,4,1,2,3,4,1
36、,3,4,1,2,3,4,1,2,3,4,1,2,3,4,1,2,3,4,1,2,3,4,1,2,3,4,1,2,2,消息分组,交织,交织后的消息分组,发生误码,2023/11/7,59,解交织与信道译码,解交织是交织的逆过程，并不复杂。信道译码是信道编码的逆过程。GSM协议未规定信道译码的方法，具体译码方法由厂家自己决定。信道编码分为外码编码和内码编码，因此译码时应先进行内码译码，然后进行外码译码。内码译码可采用Viterbi译码方法，外码可采用捕错译码方法。,2023/11/7,60,3.6分集与自适应均衡技术,分集技术:就是把各个分支的信号,按照一定的方法再集合起来变害为利.把收到的多径
37、信号先分离成互不相关的多路信号,由少变多,在将这些信号的能量合并起来,由多变少,从而改善接收质量.分集技术包括:时间分集,空间分集,频率分集,极化分集等,为了减少由多径引起的系统性能降低，GSM系统BTS在无线接口采用分集接收技术，即接收处理部分有两套，接收两路不同的信号。,空间分集的两路信号来自不同的接收天线。极化分集的两路信号来自两个极化方向。,2023/11/7,61,自适应均衡技术,均衡的基本途径:*频域均衡*时域均衡,目前将分集接受和自适应均衡技术组合在一起,以便同时对抗平坦衰落和码间干扰,自适应均衡技术:在接受端在信道均衡器中产生与信道特性相反的特性,抵消信道产生的干扰,从而正确的
38、判决和恢复有用信号,2023/11/7,62,3.7话音控制与功率控制技术,话音控制：就是采用非连续发射（RTX）在语音通信中,双方交谈时每方说话时间平均不会超过交谈时间的40%.采用话音控制可以:*减少同频干扰 改善通话质量,提高容量*减少发射机的功率 延长电池的工作时间,GSM系统采用的是13Kbit/s的语音编码方案，称为RPE-LTP（规则脉冲激励-长期预测）。它旨在无差错时，产生与固定电话网相近的话音质量，但使用较低的速率以优化无线电频谱的使用。语音传输有两种方式，一种是不管用户是否讲话，话音在13kbit/s上（20ms一帧）连续编码；另一种是不连续发送方式DTX（Disconti
39、nuous Transmission），在语音激活期间进行13kbit/s编码，在话音非激活期间进行500bit/s编码，每480ms传输一帧（每帧20ms）,仅传送舒适噪声SID,2023/11/7,63,功率控制技术,功率控制:目的在于使在保证服务质量的前提下只发射所须的最小有效功率,而不是所有机都发射小区边界所须的最大功率.减少同频干扰.动态功率控制:通话过程中,基站和移动台的输出功率可以随着传播路径损耗及信号质量的变化而进行调节控制,从而使得空中传播信号的强度尽量小,而基站和移动台所接收到的信号又能满足系统的期望值.,2023/11/7,64,3.8越区切换与漫游技术,位置登记：指移动
40、台发送报文时，表明它本身工作时所处位置的步骤。位置登记的类型：1.定期登记 2.位置区域登记漫游:移动台从一个移动交换区(住地区)移动到另一个移动交换区(访问区),需要经过位置登记方能进行通信的过程.实现漫游的三个步骤:位置登记、转移呼叫和呼叫建立 只要各地运营商合作，采用相同的规范，遵守接口协议，就能实现移动用户的漫游,2023/11/7,65,越区切换,越区切换:为了保证通信的连续性,当正在通话的移动台从一个小区进入邻接的另一个小区,MSC控制使一个无线频道上的通话切换到另一个小区的无线频道上.一般造成切换的条件有以下几种：（1）信号强度太弱；（2）信号质量太差；（3）信号干扰太大：这种切
41、换发生主要原因是干扰，即移动用户正在使用的信道受到突然的干扰，于是被切换到同一个小区的另一个信道来避开干扰。（4）移动用户离基站太远；越区切换的类型:1.BSC内的切换 2.相同MSC/VLR业务区,不同BSC间的切换 3.不同MSC间的切换,2023/11/7,66,GSM的主要特点可以归结为,1.频谱效率：由于采用高效调制器、信道编码、交织、均衡和话音编码技术，使系统具备高频谱效率。2.容量：由于每个信道的传输带宽增加，使同频复用载干比要求降低到9DB，故GSM系统的同频复用模式可以缩小到4/12或3/9甚至更加小（模拟为7/21）；加上半速率话音编码的引入和自动话务分配以减少越区切换的次
42、数，使GSM系统的容量效率（每兆赫每小区信道数）比TACS系统高35倍。3.话音质量：鉴于数字传输技术的特点以及GSM规范中有关空中接口和话音编码的定义，在门限值以上，话音质量总是可以达到相应的水平而与无线传输质量无关。4.接口开放：GSM标准提供的开放性接口，不仅限于空中接口，而且包括网络之间以及网络各设备之间，例如A接口和Abis 接口。,2023/11/7,67,GSM的主要特点可以归结为,5.安全性：通过鉴权、加密和TMSI号码的使用，达到安全的目的。鉴权是用来证实用户的入网权利，从网络向MS发送一个质疑信号，然后MS端的SIM卡按照其密钥计算出一个签字响应发回鉴权中心，该密钥也存在于
43、网络中，网络鉴权中心比较两个签字响应，若一致则通过，否则取消。加密是用于空中接口，由SIM卡和网络AUC的密钥决定。TMSI是一个由业务网络给用户制定的临时识别号，以防止有人跟踪而泄露其地理位置。6.与ISDN、PSTN等的互连：与其他网络的互连通常利用现有的标准接口，如ISUP或TUP等。7.在SIM卡的基础上实现漫游：漫游是移动通信的重要特征。,2023/11/7,68,CH1 概述CH2 GSM通信系统CH3 GSM通信系统的关键技术CH4 GSM网支持的业务CH5 呼叫过程CH6 移动通信组网方式,目录,2023/11/7,69,4.1 概述,GSM数字移动通信系统是一种多业务系统,能
44、提供许多不同类型的业务,GSM系统提供的业务分为:电信业务,承载业务,补充业务,电信业务提供包括终端设备(TE)功能在内的完整通信业务能力,这种通信是遵循由网络运营部门之间双方认可的协议在使用者之间完成的.承载业务提供接入点(ISDN中称为用户-网络接口)之间传输信号的能力.补充业务是对两类基本业务的改进和补充,不能单独向用户提供,必须与基本业务一起提供,终端网,终端设备,终端设备,GSM PLMN,传输网,PLMN:公共陆地移动通信网,电信业务,承载业务,2023/11/7,70,GSM支持的业务接入点,MS:移动台MT:移动终端,支持专用于Um接口管理的功能和转换TE:终端设备*TE1:提
45、供ISDN接口的终端设备*TE2:提供非ISDN接口的终端设备TA:终端适配器,S,MT0,MT1,MT1,MT2,TE1,TE2,TE2,R,Um,TA,MS,1,2,3,3,3,1,2,3为接入点,承载业务的接入可在接入点1和2处进行,电信业务的接入可在接入点3进行,2023/11/7,71,电话业务目前GSM系统所提供的业务中，电话业务是最重要的。GSM系统中，由电话业务引伸出一种特殊业务紧急呼叫。话音信箱业务是由电话业务引伸出来的另一种特色业务。数据业务GSM数字移动通信系统的数字业务基本上包括了大部分为固定电话用户和ISDN用户提供的数字业务。GSM系统也可接入某些特殊网络，如分组交
46、换数据网（PSPDN），从而得到这些网络提供的数据业务。短消息业务GSM系统使得用户之间可以传送短消息，其中又分为MS接收点对点短消息（SMSMT/PP）和MS发送点对点短消息（SMSMO/PP）。另一种短消息业务称为小区广播型短消息（SMSCB），它能以固定时间间隔将一般的短消息（如天气预报等等）向特定区域内的所有用户广播。,2023/11/7,72,CH1 概述CH2 GSM通信系统CH3 GSM通信系统的关键技术CH4 GSM网支持的业务CH5 呼叫过程CH6 移动通信组网方式,目录,2023/11/7,73,CH5 呼叫过程,5.1 GSM通信系统的信道类型5.2 位置更新基本流程5.
47、3 固定用户至移动用户入局呼叫的基本流程5.4 移动用户至固定用户出局呼叫流程5.5 切换基本流程图,2023/11/7,74,5.1 GSM通信系统的信道类型,一.业务信道业务信道用于传送编码话音及用户数据 1.全速率业务信道,其总比特率为22.8Kbit/S(TCH/F)2.半速率业务信道,其总比特率为11.4Kbit/S(TCH/H)二控制信道控制信道用于传送基站与移动台之间的信令与同步数据.1.广播信道用于向移动台广播信息,为下行链路信道 频率纠错信道（FCCH）-用于移动台频率纠错.同步信道（SCH)-用于移动台的帧同步和系站识别 广播控制（BCCH）-广播一般的信息(小区选择信息等
48、),2023/11/7,75,信道类型,2.公共控制信道(CCCH)用在控制信道专用分配给移动台之前的MS与BS连接的建立,分为三个下行链路信道（移动台寻呼、准予接入和小区广播）3.专用控制信道 分配给移动台，进行点对点传输*独立专用控制信道（SDCCH）独立专用控制信道，用于传送信道分配等信息*慢速相关控制信道（SACCH）与一条业务信道或一条SDCCH联合使用，用来传送用户信息期间某些特定信息*快速相关控制信道（FACCH）与一条业务信道联合使用，携带与SDCCH同样的信号。它通过借用业务信道来实现信令传输,2023/11/7,76,信道类型,2023/11/7,77,信道组合种类,GSM
49、系统中，几种逻辑信道组合成某种特定的类型，用于传输用户数据或信令，一般称之为信道组合类型，一种信道组合类型可以映射到一条物理信道上。信道组合类型主要有以下几种。aTCH/F+FACCH/F+SACCH/TFbTCH/H(0,1)+FACCH/H(0,1)+SACCH/TH(0,1)cTCH/H(0,0)+FACCH/H(0,1)+SACCH/TH(0,1)+TCH/H(1,1)dFCCH+SCH+BCCH+CCCHeFCCH+SCH+BCCH+CCCH+SDCCH/4(0.3)+SACCH/C4(0.3)fBCCH+CCCHgSDCCH/8(0.7)+SACCH/C8(0.7)其中 CCCH=
50、PCH+RACH+AGCH 注1：当支持SMSCB（小区广播短消息业务）时，在e,g情况下用CBCH代替SDCCH(2)。注2：仅当无其它CCCH分配时，才使用组合的CCCH/SDCCH分配e)。注3：d和e在一个小区中不能同时存在,2023/11/7,78,5.2位置更新基本流程,2023/11/7,79,5.2位置更新基本流程(续),2023/11/7,80,5.3固定用户至移动用户入局呼叫的基本流程,2023/11/7,81,5.3固定用户至移动用户入局呼叫的基本流程,2023/11/7,82,5.4移动用户至固定用户出局呼叫流程,2023/11/7,83,5.4移动用户至固定用户出局呼
