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1、安徽信尔达通信技术有限公司内部培训资料,GSM基础,GSM概述,GSM是Global System for Mobile Communication 的缩写。意思是全球移动通信系统。分GSM900、DCS1800和PCN1900三个频段，一般的所谓的双频手机就是在GSM900和DCS1800频段切换的手机。PCN1900则是特定一些国家使用的频段(如美国)GSM900/1800分别工作在890960mhz/17101880mhz频段的。GSM900的手机最大功率是8W（实际移动台没这么大的功率，一般的手机最大功率是2W，车载台功率较大），而DCS1800手机的最大功率是1W,GSM发展历史简介
2、,第一代模拟蜂窝通信系统 信道上的信息是语音信息以模拟方式传输的，使用的也是模拟调制（调频）。存在频谱利用、容量、功率利用率、保密等缺点。第二代数字蜂窝移动通信系统 以电话业务为主的窄带移动通信技术，采用语音压缩编码使话音数字化，以TDMA、FDMA多种编码方式调制。第三代IMT-2000 以有限多媒体业务为主的宽带移动通信技术。是一种全球性的个人移动通信系统，为静止或慢速移动的用户提供2Mbps数据流服务(高速移动的用户144Kbps，中速移动的384Kbps)。有几种标准：WCDMA，CDMA2000，TD-SCDMA。第四代是以多媒体为目的的广带移动通信技术,GSM结构（三个子系统及接口
3、）,GSM网络结构,GSM结构（NSS组成）,交换系统包括下列功能单元:移动业务交换中心(MSC：MOBILE SERVICES SWITCHING CENTER)拜访位置寄存器(VLR：VISITOR LOCATION REGISTER)归属位置寄存器(HLR：HOME LOCATION REGISTER)鉴权中心(AUC：AUTHENTICATION CENTER)设备识别寄存器(EIR：EQUIPMENT IDENTITY REGISTER)入口移动交换中心(GMSC：GATEWAY MOBILE SERVICES SWITCHING CENTER),GSM结构（BSS组成）,基站子系统
4、由以下两个部分组成：基站控制器（BSC:Base Station Controller）BSC控制一组基站，其任务是管理无线网络，即管理无线小区及其无线信道配置、切换，并提供基站至MSC之间的接口。无线设备的操作和维护，移动台的业务过程。无线基站（BTS：Base Transceiver Station）BTS用来提供移动台与系统的无线接口，主要由无线收发信机构成，同时控制手机的发射功率、迁时、切换。处理在称作“蜂窝小区”（简称小区）范围内的话务，一个基站能控制一个或几个“小区”，移动通信的地理覆盖区是一个个小区组合而成的，由于在移动通信存在大量的基站，故需要对基站的小区进行编号，以便识别和管
5、理。GSM空中接口的数据传输速率是13Kbps（TCH/FS）,即BTS收发语音数据速率是13KB/S。,GSM系统各网元间主要接口,Sm 客户与网络之间的接口 Um 移动台与基站之间的接口A-bis 基站与BSC之间的接口A接口 BSC与MSC之间的接口B接口 MSC与VLR之间的接口C接口 MSC与HLR之间的接口D接口 HLR与VLR之间的接口E接口 MSC与MSC之间的接口F接口 MSC与EIR之间的接口G接口 VLR与VLR之间的接口,GSM区域基本概念,小区（CELL）：小区是交换机业务区的最小单元，它是基站的一个扇形天线所覆盖的区域。而一个基站覆盖的所有小区称为基本小区。一个BS
6、C可以带512个小区。位置区（LA）：若干个基本小区组成一个位置区。一个BSC可以有一个或多个位置区组成，一个位置区可以跨域一个或多个BSC，但只归属于一个MSC。MSC的服务区：由MSC所管辖的区域称为MSC服务区，它是由若干个位置区组成，因此为便于识别管理，位置区也要进行编号。公用陆地移动通信网（PLMN）：是指一家公司负责经营的移动通信业务区域，一般由若干个服务区（移动本地网）组成，由于网内存在若干个MSC，故MSC的服务区也应进行编号，以便识别和管理。,GSM频段配置一,GSM900 小区半径:0.5km-35km；上行890915MHZ，下行935960MHZ；频道间隔：200KHz
7、；频点数：25MHz（频带带宽）/200KHz=125，共1-124个频点；调制方式GMSK；编码方式：RPE-LTP GSM900E 小区半径:0.5km-35km；上行880915MHZ，下行925960MHZ；频道间隔：200KHz；频点数：35MHz（频带带宽）/200KHz=175，共174个频点；调制方式GMSK；编码方式：RPE-LTP GSM1800 小区半径：2km(1800mhz手机的低功率)；上行17101785MHZ，下行18051880MHZ；通道号:512885，共374个频点 GSM1900 上行18501910MHZ，下行19301990MHZ，共299个频点
8、注意：上行就是手机发射、基站接收；下行就是基站到手机。上行和下行组成一对频率对（45MHZ分割），上行滞后下行3个时隙；上行和下行使用相同的时隙号；上行和下行使用相同的通道号；上行和下行使用不同的波段（间隔45MHZ）。,GSM频段配置二,绝对频点号和频道标称中心频率的关系为：GSM900MHz频段为:fl(n)=890.2MHz+(n-1)0.2MHz(移动台发,基站收）fh(n)=fl(n)+45MHz(基站发,移动台收)；n1，124GSM1800MHz频段为：fl(n)=1710.2MHz+(n-512)0.2MHz(移动台发,基站收）fh(n)=fl(n)+95MHz(基站发,移动台
9、收）；n512，885其中：fl(n)为上行信道频率、fh(n)为下行信道频率，n为绝对频点号（ARFCN）。在我国GSM900实际现网中使用的频段为：905915MHz上行频率，950960MHz下行频率，频道号为76124,共10M带宽。中国移动公司：905909MH（上行），950954MHz（下行），共4M带宽，20个频道，频道号为7695；中国联通公司：909915MH（上行），954960MHz（下行），共6M带宽，29个频道，频道号为96124。,GSM无线接入方式,FDMA（FREQUENCE DIVIDE MULTIPLE ADRESS）：频分多址，模拟蜂窝移动系统应用这种技
10、术。TDMA（TIME DIVIDE MULTIPLE ADRESS）：时分多址，目前的GSM数字移动系统应用于此种技术。具体是指：每一频带上有8个时隙，最多可有8个移动用户使用同一频带，他们使用不同的时隙。CDMA（CODE DIVIDE MULTIPLE ADRESS）：码分多址。CDMA是以不同的代码序列实现通信的。以往的蜂窝系统对邻接小区必须提供不同的频率配置，而CDMA则可重复使用所有小区全部频谱，或者说所有小区使用同一无线信道传送不同的信息。其基本原理是使用一组正交的伪随机噪声序列（简称伪码或扰码），通过相关处理实现多客户共享频率的同时入网接续的功能。因此CDMA技术是最有效的频率
11、复用技术。注意：TDMA中，每载频共分8个时隙，即为8个信道。总信道数为1248992个信道。,GSM系统中的衰落,当移动台和基站的距离逐渐增加时，所收到的信号会越来越弱，这就是发生了路径损耗。路径损耗不仅与载频频率、传播速度有关，而且还与传播地形和地貌有关。典型的损耗有：自由空间的传播损耗衰落，对数正态衰落，多径传播引起的衰落，多普勒频移等等。为了改善上行质量，GSM系统采用了分集接收等技术。,GSM系统的分集接收技术,采用分集方法在若干支路上接收相互间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的信号合并输出，那么便可在接收终端上大大降低深衰落的概率，是最经济的方法。衰落具
12、有频率、时间和空间的选择性，因此分集技术包括空间分集、时间分集、频率分集和极化分集四种。空间分集：空间设立两副接收天线，采用分集合并技术并使输出较强的有用信号，降低了传播因素的影响。时间分集：采用通过一定的时延来发送同一消息，或在系统所能承受的时延范围以内在不同时间内的各发送消息的一部分。在GSM中采用的是交织技术来实现时间分集的。频率分集：在GSM中是通过跳频技术来实现的。极化分集：通过采用垂直电子天线、垂直磁性天线和环状天线来实现的。,GSM系统跳频技术,跳频实质起到频率分集和干扰源分集的作用。跳频每秒217跳，交错信道编码，自适应均衡。1、频率分集作用：同一个信息按几个频率发送，不同频率
13、的信号所收到的衰落不同，随着频率差别增大时，衰落更加独立。2、干扰源分集作用：在业务量密集的地方，网络的容量将受到由于频率复用产生的干扰限制。当一频点出现干扰，使用跳频时，该干扰情况就会被该小区的许多呼叫所共享，网络的性能将得到提高。使用跳频的网络可比不采用跳频的网络高出3dB的增益。跳频可分为快速跳频和慢速跳频。GSM中采用慢速跳频，特点是按照固定的间隔改变一个信道使用的频率。跳频分为基带跳频和射频跳频。基带跳频通过腔体合成器来实现，射频跳频则通过混合合成器实现的。,GSM话音编码（语音传输过程一）,由于GSM系统是一种全数字系统，语音和其它信号都要进行数字化处理，因此移动台首先要将语音信号
14、转换成模拟电信号，以及其反变换，移动台再把这模拟电信号转换成13kbits/s的数字信号，用于无线传输。目前GSM采用的编码方案是13kbits/s的RPELTP（规则脉冲激励长期预测）编码，其目的是在不增加误码的情况下，以较小的速率优化频谱占用。在BTS侧能够恢复13kbits/s的源速率，但为了形成16kbits/s的TRUA帧以便于在ABIS和ATER接口上传送，因而需再增加速率为3kbits/s的信令，它可用于BTS控制远端TCU的工作，被称为带内信息。这3kbits/s包括同步和控制比特（包括坏帧指示、编码器类型、DTX指示等）。总之，带内信息能使TCC知道信息的种类（全速率语音、半
15、速率语音、数据），以及采用何种适用的方法用于上行和下行的传输。在TCU侧，为了适应PSTN网络64kbits/s的速率传输，因而它的码型速率转换将完成速率由13kbits/s转换为64kbits/s的工作。,GSM信道编码（语音传输过程二）,无线信道分为物理信道和逻辑信道两大类：物理信道是指一个载频上，TDM帧的一个时隙，它相当于FDMA系统中的一个频道。用户通过某个载频上一个信道接入系统通信。逻辑信道是从信息角度定义划分的。通常我们可以把信道上传递的内容分成业务信息（话音，数据等）和控制信息（控制呼叫进程的信令）两大类。并定义与之对应的逻辑信道称业务信道和控制信道，再将不同的信息分别放在相应
16、的逻辑信道上传送。因此根据所传信息的种类不同，可以定义不种类的逻辑信道。信道编码用于改善传输质量，克服各种干扰因素对信号产生的不良影响，但它是以增加比特降低信息量为代价的。,GSM业务信道简介,无线信道根据承载分为业务信道和控制信道，业务信道用于携载语音或用户数据，可分为话音业务信道和数据业务信道。业务信道（TCH）用于传送编码后的话音或数据信息。系统内大多数载频及时隙将用作业务信道，传送业务信息。控制信道（CCH）,GSM控制信道简介,控制信道用于携带信令或同步数据，可分为广播信道、公共控制信道和专用控制信道。广播信道（BCH）：分为频率校正信道（FCCH）、同步信道（SCH）、广播控制信道
17、（BCCH）三种。其特点均为下行信道，且为一点对多点方式。公共控制信道（CCCH）：包括寻呼信道（PCH）、随机接入信道（RACH）、允许接入信道（AGCH）三种。专用控制信道（DCCH）：包括独立专用控制信道（SDCCH）、慢速随路控制信道（SACCH）、快速随路控制信道（FACCH）。,GSM信道采用的其他技术,交织技术加密 调制和解调,GSM呼叫处理过程一,手机开机后的步骤：首先搜索124个信道，即所有的BCH通道,决定收到的广播信道BCH强度，并在每个RF信道上读取接收的信号强度，计算出平均电平跟网络同步时间和频率,由FCH/SCH调整频率和时间解码BCH的子通道BCCH网络检查SIM
18、 卡的合法身份，是否是网络允许的SIM 卡（SIM卡允许的GSM PLMN）手机的位置更新网络鉴权,GSM呼叫处理过程二,手机主叫(MOC)过程:手机给基站发送通道需求，即手机发送一个短的随即接入突发脉冲(RACH Burst)由BCH 指定传输信道 SDCCH手机和基站在独立专用信道(SDCCH)上通信权限认证指定手机在一个业务信道(TCH)上通信在TCH上进行语音通信,GSM呼叫处理过程三,GSM呼叫处理过程四,手机被叫过程：BTS在PCH呼叫通道上使用SIM中的IMSI号码来呼叫用户 由手机发送RACH 通道指定在BCH 手机和基站在SDCCH 上通信 手机用户被鉴权 手机被指定TCH通
19、道 在TCH通道上进行语音和数据通信,GSM位置更新location update,MSC存储呼叫手机的位置 为了确认移动台的位置，每个GSM PLMN 的覆盖区都被分为许多个位置区，一个位置区可以包含一个或多个小区。网络将存储每个移动台的位置区，并作为将来寻呼该移动台的位置信息。一般性位置更新流程 1、手机开机；2、每次在移动台改变位置区域的时候执行。周期性位置更新过程 1、ELSE，定时器时间到 2、计时器的值是由网络运营商制定的,GSM一般性位置更新过程,GSM系统的切换,切换就是为了维持移动台从一个小区移动到另一个小区使通话能继续进行，以满足网络管理的需要。触发切换的原因切换的种类：具
20、体分为小区内部切换、BTS内部切换、BSC内部切换、MSC内部切换、MSC间切换。,GSM系统的功率控制,功率控制是指在一定范围内，用无线方式来改变移动台或基站（或两者）的传输功率。是为了减少整个系统的干扰，提高频谱利用率，并可延长移动台的电池的寿命。当接收端的接收电平和质量很好时，可以适当的降低对端的传输功率，使通信保持在一定的水平上，这样就能减少对周围地区其它呼叫的干扰共有19个功率等级。规范中，规定上行链路的移动台功率控制的范围为2030db，每一步可改变2dbm由基站在SACCH上发送命令手机改变发射功率 每480ms为一个测量周期，发送测量报告给BSC功率计量单位转换：P(dB)=P(dBW)=10*log(PW)P(dBm)=P(dBmW)=10*log(PmW)P(dB)=P(dBm)30,GSM系统的DTX（不连续发射）,在一个通信过程中，大部分时间并没有传递话音消息，引入DTX机制后，通过禁止传输用户认为不需要的无线信号，从而降低干扰电平的方法来提高系统的效率；此外，该机制还能节省移动台的电池，从而延长移动台的待机时间。但在传送数据时，不应使用该功能。GSM系统有两种传输模式，一种是正常的模式，在这种情况下噪声将于话音具有同样的传输质量。另一种便是不连续发射（DTX）模式，在这种情况下移动台将仅传送被编码的背景噪音，产生的这种噪声可被称为“舒适噪声”。,
