GSM通信原理.pptx

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1、,GSM通信原理,1.1,1、GSM移动通信概述,2、GSM系统结构与接口,3、GSM移动区域与编号计划,4、无线逻辑信道,5、 GSM系统技术介绍,课程内容,1.1 GSM发展简史,1.2 多址技术,1.3 频率复用技术,1.GSM移动通信概述,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（FDDTDMA）、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

2、效PHASE I，主要定义了900M频段的技术标准PHASE II 标准，除了对PHASE I 标准进行必要的修正和业务补充外，主要增加了1800M频段的技术标准PHASE II 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发展简史,1.1 GSM发展简史,1.2 多址技术,1.3 频率复用技术,1.GSM移动通信概述,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,多址技术,各用户使用不同的频率,时间,频率,FDMA,频分多址FD

3、MA,时间,频率,TDMA,各用户使用不同的时隙,时分多址TDMA,时间,频率,CDMA,码,各用户使用不同的正交代码序列,码分多址CDMA,GSM系统采用了FDMA、TDMA混合方式：FDDTDMA,GSM系统频率资源,GSM900：基站收：f1（n）890n0.2 MHz基站发：f2（n）f1（n）45 MHz,GSM1800：基站收：f1（n）1710（n511）0.2 MHz基站发：f2（n）f1（n）95 MHz,系统频点配置,GSM系统频率资源,1.1 GSM发展简史,1.2 多址技术,1.3 频率复用技术,1.GSM移动通信概述,频率复用：处在不同位置(不同小区)上的用户可以同时

4、使用相同频率的信道可以极大地提高频谱利用率如果系统设计得不好，将产生严重的干扰,C,1,C,1,f,1,P,0,f,1,P,0,R,R,D,(D/R)2=3kD频率复用距离R小区半径K频率复用模式,频率复用,FDMATDMACDMAC/I 18dB 9dB-15dB容量 1461020,频率复用,1,2,3,4,1,2,3,4,1,2,3,4,1,K=4,1,1,1,1,2,1,3,4,5,6,7,1,1,K=7,A3,A1,A2,B3,B1,B2,C3,C1,C2,A3,A1,A2,A3,A1,A2,B3,B1,B2,C3,C1,C2,C3,C1,C2,A3,A1,A2,B3,B1,B2,C

5、3,C1,C2,A3,A1,A2,A3,A1,A2,B3,B1,B2,C3,C1,C2,C3,C1,C2,A3,A1,A2,B3,B1,B2,C3,C1,C2,A3,A1,A2,A3,A1,A2,B3,B1,B2,C3,C1,C2,C3,C1,C2,K=3,3x3,小区复用模式,GSM最基本的频率复用模式为43频率复用“4”表示4个站点，“3”表示每个站点有3个小区由这12个小区组成一个区群同一区群中的各小区，使用的频率不同,1,8,9,2,10,4,6,5,3,7,11,12,R,小区复用模式,1、GSM移动通信概述,2、GSM系统结构与接口,3、GSM移动区域与编号计划,4、无线逻辑信道,

6、5、 GSM系统技术介绍,课程内容,2.1 GSM系统结构与功能,2.2 GSM主要接口,2. GSM系统结构与接口,OMC,HLR/AUC/EIR,SMC,MSC/VLR,BSC,其他MSC,BTS,MS,MS,BTS,BTS,MAP接口,A-bis接口,A接口,PSTNISDN,2.1 GSM系统结构与功能,移动台由SIM卡与机身设备组成。,SIM卡上包含所有与用户有关的无线接口一侧的信息，也含有鉴权和加密实现的信息。 固化数据：IMSI、Ki、安全算法(A3、A8) 临时网络数据：TMSI、LAI、KC 业务相关数据：PIN(个人识别号)、PUK机身设备可以是手持机，车载台等。,移动台(

7、MS)的功能,接口管理,BTS的管理,操作与维护,支持呼叫控制,切换,话务量统计,无线链路的测量,无线参数及无线资源管理,BSC的功能,BTS受控于BSC,实现BTS与移动台(MS)空中接口的功能,BTS的功能,接口管理,支持电信业务，承载业务和补充业务,支持位置登记、越区切换和自动漫游等其它网络功能,MSC的功能,服务于其控制区域内移动用户,存储进入其控制区域内已登记的移动用户相关信息,VLR的功能,GSM系统的中央数据库,所有移动用户的重要数据都存储在HLR中。包括用户识别号码，访问能力、用户类别和补充业务等数据，以及漫游移动用户所在MSC区域的有关动态数据,HLR的功能,属于HLR的一个

8、功能单元部分，专用于GSM系统的安全性管理,存储鉴权信息和加密密钥，防止无权用户接入系统和防止无线接口中数据被窃,AUC的功能,存储移动设备的国际移动设备识别码(IMEI)，通过核查三种表格（白名单、灰名单、黑名单）使得网络具有防止无权用户接入、监视故障设备的运行和保障网络运行安全的功能,EIR的功能,2.1 GSM系统结构与功能,2.2 GSM主要接口,2. GSM系统结构与接口,A接口、Abis接口和Um接口其中，A接口、Um接口为开放式接口,MS,BTS,BSC,MSC,Um接口,Abis接口,A接口,2.2 BSS侧主要接口,网路子系统（NSS）与基站子系统（BSS）之间的通信接口物理

9、链路采用标准的2.048Mb/s PCM数字传输链路传输话音和七号信令传递的信令包括移动台管理、基站管理、移动性管理、接续管理等,A接口,基站控制器(BSC)和基站收发信台(BTS)之间的通信接口物理链路采用标准的2.048Mb/s数字传输链路采用LAPD协议,Abis接口,移动台与基站收发信台(BTS)之间的无线通信接口物理链路为无线链路采用LAPDm协议传递的信令包括无线资源管理，移动性管理和接续管理等,Um接口,MSC,F接口,EIR,HLR/AUC,C接口,B接口,VLR,D接口,G接口,VLR,B接口,MSC,E接口,MAP接口,NSS内部接口,1、GSM移动通信概述,2、GSM系统

10、结构与接口,3、GSM移动区域与编号计划,4、无线逻辑信道,5、 GSM系统技术介绍,课程内容,哈尔滨,沈阳,天津,乌鲁木齐,兰州,西安,上海,武汉,成都,广州,拉萨,北京,3.1 GSM区域定义,3.2 编号计划,3.GSM移动区域与编号计划,3.1 GSM区域定义,Not more than 15 digits,3 digits,2 digits,IMSI,MCC,MNC,MSIN,NMSI,MCC：移动国家码，三个数字，如中国为 460。MNC：移动网号，两个数字，如中国移动的MNC为00。MSIN：在某一PLMN内MS唯一的识别码,编码格式为:H1 H2 H3 SXXXXXXNMSI：

11、在某一国家内MS唯一识别码。,3.2 编号计划IMSI,IMSI是GSM系统分配给移动用户(MS)的唯一的识别号。采取E.212编码方式。存储在SIM卡、HLR和VLR中，在无线接口及MAP接口上传送。 IMSI分配原则：最多包含15个数字(0-9)。例:460002289000168,IMSI,TMSI是为了加强系统的保密性而在VLR内分配的临时用户识别，在某一VLR区域内与IMSI唯一对应。TMSI分配原则：包含四个字节，可以由八个十六进制数组成，其结构可由各运营部门根据当地情况而定。,TMSI,CC： Country Code，国家码，如中国为86。NDC：National Destin

12、ation Code，国内接入号，如139、130等等。SN： Subscriber NumberMSISDN的一般格式为86-139-H0 H1 H2 H3 ABCD,CC,NDC,SN,National (significant),Mobile number,Mobile station international,ISDN number,MSISDN,MSISDN是指主叫用户为呼叫GSM PLMN中的一个移动用户所需拨的号码，作用同于固定网PSTN号码采取E.164编码方式存储在HLR和VLR中，在MAP接口上传送例：13900188210,MSISDN,编码格式为CC+NDC+LSPC

13、C、NDC含义同MSISDN的规定, LSP (locally significant part) 由运营者自己决定E.164编码方式目前在网上MSC与VLR都是合一的，所以MSC-Number与VLR-Number基本上都是一样的,MSC-Number/VLR-Number,在移动被叫或切换过程中由所在业务区的MSC/VLR临时分配，用于寻址VMSC用采取E.164编码方式编码格式为: 在MSC-Number的后面增加几个字节,MSRN,采取E.164编码方式编码格式为：CC+NDC+H1 H2 H3 0000，即为用户号为全零的MSISDNCC，NDC含义同MSISDN的规定。,HLR-N

14、umber,MCC：Mobile Country Code，移动国家码，中国为 460。MNC：Mobile Network Code，移动网号，两个数字， 如中国移动的MNC为00。LAC：Location Area Code，是2个字节长的十六进制BCD码， 0000与FFFE不能使用。 例:460008C90,在检测位置更新时，要使用位置区识别LAI，寻呼移动台是以LAI为单位进行,Location Area Identification,MCC,MNC,LAC,LAI,CGI是所有GSM PLMN中小区的唯一标识，是在位置区识别LAI的基础上再加上小区识别CI构成的。编码格式为LAI+

15、CICI：Cell Identity, 是2个字节长的十六进制BCD码，可由运营部门自定例：4600017A728FD,CGI,NCC-PLMN色码。用来唯一地识别相邻国家不同的PLMN。 相邻国家要具体协调NCC的配置。BCC-BTS色码。用来唯一地识别采用相同载频、相邻的、不同的BTS。(取值07)例：25,用于移动台识别相邻的、采用相同载频的、不同的基站收发信台（BTS），特别用于区别在不同国家的边界地区采用相同载频的相邻BTS.,基站识别色码BSIC,NCC,BCC,BSIC,TAC-型号批准码，由欧洲型号批准中心分配。FAC-最后装配码，表示生产厂家或最后装配所在地，由厂家进行编码S

16、NR-序号码。这个数字的独立序号码唯一地识别每个TAC和FAC的每个移动设备。SP-备用,为0例：490547403767335,IMEI唯一地识别一个移动台设备，用于监控被窃或无效的移动设备,#06#,IMEI（15位数字）,TAC,SP,FAC,SNR,6个数字,2个数字,6个数字,1个数字,IMEI,1、GSM移动通信概述,2、GSM系统结构与接口,3、GSM移动区域与编号计划,4、无线逻辑信道,5、 GSM系统技术介绍,课程内容,时隙和帧结构逻辑信道分类逻辑信道组合公共控制信道配置,4. 无线逻辑信道,帧和信道,4.1 时隙和帧结构,8bit,41同步bit,36加密bit,3bit,

17、68.25bit,尾比特,尾比特,保护间隔,数据,接入突发脉冲序列(AB)：用于MS初始化接入,突发脉冲,4.1 时隙和帧结构,3bit,57加密bit,57加密bit,3bit,8.25bit,尾比特,尾比特,保护间隔,数据,数据,26bit,1,1,训练序列,偷帧标志,普通突发脉冲序列(NB)：用于携带业务信道和除RACH之外的控制信道上的信息,4.1 时隙和帧结构,4.2 逻辑信道分类,SDCCH,SACCH,FACCH,TCH/F,TCH/H,DCCH,TCH,专用信道,下行逻辑信道,4.2 逻辑信道分类,SDCCH,SACCH,FACCH,TCH/F,TCH/H,DCCH,TCH,专

18、用信道,上行逻辑信道,4.2 逻辑信道分类,搜寻频率校正脉冲搜寻同步脉冲解读系统消息侦听寻呼消息发送接入脉冲信令信道分配呼叫建立话音信道分配通话呼叫释放,FCCHSCHBCCHPCHRACHAGCHSDCCHSDCCHTCHFACCH,逻辑信道作用举例,4.2 逻辑信道分类,4.1 时隙和帧结构,TCH/F+FACCH/F+SACCH/TF（全速率TCH）TCH/H+FACCH/H+SACCH/TH（半速率TCH）26帧复帧FCCH+SCH+BCCH+CCCH（主BCCH）FCCH+SCH+BCCH+CCCH+SDCCH/4+SACCH/4(组合BCCH)BCCH+CCCH（扩展BCCH）SD

19、CCH/8+SACCH/C8（主SDCCH）+FACCH/851帧复帧,4.3 逻辑信道组合,主BCCH,4.3 逻辑信道组合,组合BCCH,4.3 逻辑信道组合,独立SDCCH,4.3 逻辑信道组合,TCH信道,4.3 逻辑信道组合,1、GSM移动通信概述,2、GSM系统结构与接口,3、GSM移动区域与编号计划,4、无线逻辑信道,5、 GSM系统技术介绍,课程内容,传播时延t,传播时延t,TA,这样下去不行，得让手机提前一个TA值时间发给我！,时间提前量（TA）,5. GSM系统技术介绍,频率,f 0,帧,f 1,f 2,f 3,f 4,时间,跳频,5. GSM系统技术介绍,延长电池寿命降低干扰,VAD: 语音激活检测(Voice Activity Detection)码变换器实现,DTX: 不连续发射(Discontinuous Transmission )在语音间歇期关闭发射仅发射静音指示帧接收端码变换器产生舒适噪声,DTX,5. GSM系统技术介绍,延长电池寿命降低网络干扰包括上行功控和下行功控功率控制基于电平和质量BSC、BTS是判决者,BCCH载频不参与功率控制,功率控制,5. GSM系统技术介绍,GSM移动通信概述,GSM系统结构与接口,GSM移动区域与编号计划,无线逻辑信道,GSM系统技术介绍,小结,课程结束 谢谢,