GSM系统原理-公司培训.ppt

1,GSM移动通信系统原理,2,目 录,总述 GSM系统原理 呼叫信令流程,3,一、总述,移动通信发展 蜂窝通信原理,4,模拟移动通信的缺陷,各个系统之间没有公共接口，难于实现漫游 无法与固定网向数字化推进相适应 频谱利用率比较低 安全保密性比较差 业务种类受限 移动设备成本高、体积大 网络的管理控制存在问题,5,数字移动通信的优点,抗干扰能力强 频谱利用率高 可方便实现数据业务 易于加密 便于网络的管理和控制 便于设备的集成,6, 频谱利用率不够高 容量问题, 传输速率较低 业务单一, 存在多个标准 无法实现全球漫游,个人通信的目标 “任何人，在任何地点、任何时间与其他任何人进行任何方式的通信。”,为什么要发展第三代？,7,一、总述,移动通信发展 蜂窝通信原理,8,蜂窝通信原理,移动通信特点 电波传播环境十分恶劣 多普勒频移产生附加调频噪声 移动台受干扰和噪声骚扰 移动设备要求有很大的动态范围 频谱拥挤 建网技术复杂,9,蜂窝通信原理,大区制 一个基站覆盖整个城市 通信质量差 频率利用率低 系统容量小,10,蜂窝通信原理,PSTN,另一有线网,另一有线网,MSC,MSC,BSC,BSC,BSC,BSC,BTS,BTS,BTS,BTS,BTS,BTS,BTS,BTS,BTS,BTS,BTS,BTS,BTS,BSC,BSC,BSC,11,基站扇区化,cell site,cell site,cell site,全向小区 （OMNI CELL SITE）,3扇区/小区 （120 SECTOR/ CELLS）,6扇区/小区 （60 SECTOR/ CELLS）,=1 ANTENNA,=3 ANTENNA,=6 ANTENNA,12,GSM常用频率复用模式,4 3标准复用模式（GSM体制推荐） 紧密复用模式 3 3 1 3（NORTEL） 2 6（MOTOROLA） 多重复用MAP（ERICSSON）,13,无线频谱分配,45MHz 双工间隔,基站 发射频率,基站 接收频率,2MHz保护频带,960,905,890,880,872,950,935,925,917,915,GSM,TACS/GSM,EGSM,ETACS,14,DCS1800频谱分配,15,GSM系统频段,GSM900主频段（P-GSM） 上行：890MHz-915MHz（移动台发，基站收） 下行：935MHz-960MHz（基站发，移动台收） GSM扩展频段（E-GSM） 上行：880MHz-890MHz（移动台发，基站收） 下行：925MHz-935MHz（基站发，移动台收） DCS1800频段 上行：1710MHz-1785MHz（移动台发，基站收） 下行：1805MHz-1880MHz（基站发，移动台收）,16,GSM绝对频道号,GSM900主频段（P-GSM） 上行：Fl=890 + 0.2 N（MHz） （1N 124） 下行：Fu=Fl + 45（MHz） GSM扩展频段（E-GSM） 上行： Fl=890 + 0.2 （N-1024）（MHz） 下行： Fu=Fl + 45（MHz） （975N 1023） DCS1800频段 上行： Fl=1710.2 + 0.2 （N-512）（MHz） 下行： Fu=Fl + 95（MHz） （512N 885）,17,二、GSM系统原理,业务 系统结构和功能 无线信道 主要技术 组网,18,GSM系统提供的业务,电信业务,用户终端业务,承载业务,基本业务,基本业务,基本业务补充业务,基本业务补充业务,19,用户终端业务：是一种电信业务，它提供给用户包括终端设备功能在内的各种必须功能，使之能与其他用户通信。,用户终端业务（一）,20,电话业务 紧急呼叫业务 数据通信 短消息业务 移动被叫点对点短消息业务 移动主叫点对点短消息业务 广播型短消息业务 语音和三类传真交替业务 自动三类传真业务,用户终端业务（二）,21,用于补充或修改基本业务，以提供用户完整的业务 补充业务不能独立存在,补充业务（一）,22,呼叫偏转（有被叫，实时前转） 呼叫前转（无条件、遇忙、无应答、不可及） 主叫号码识别 呼叫等待（被叫忙时，接收新业务） 呼叫保持（保持当前呼叫，发起新呼叫） 呼入呼出限制 其它,补充业务（二）,23,语音群呼叫（VGCS） 话音广播业务（VBS） 多用户特征（MSP） 移动定位业务,增强型补充业务,24,二、GSM系统原理,业务 系统结构和功能 无线信道 主要技术,25,GSM网络结构,PSTN,OMS,SIM,ME,MS,BTS,BTS,BSC,A,Um,MSC,MSC,VLR,VLR,HLR,AUC,EIR,B,C,E,F,G,H,D,NSS,BSS,NSS,26,系统接口,A接口：MSC与BSC间的接口 Abis接口：BSC与BTS间的接口 Um接口：BTS与MS间的接口 B接口：MSC与VLR间的接口 C接口：MSC与HLR间的接口 D接口：HLR与VLR间的接口 E接口：MSC与MSC间的接口 F接口：MSC与EIR间的接口 G接口：VLR与VLR间的接口 H接口：HLR与AUC间的接口,27,MSC/VLR业务区域,28,位置区（Location Area）,29,GSM各区域间的关系,GSM业务区,PLMN业务区,MSC业务区,位置区LAC,小区Cell,30,MSC功能与作用,呼叫处理 呼叫建立、连接与清除 切换过程 移动性管理 位置更新过程 用户身份识别 移动设备识别,操作与维护 数据库管理 测量 人机接口（MMI） 网间互通 计费,MSC,为其服务区内的移动用户提供交换和信令功能,31,HLR功能与作用,HLR:Home Location Register 用户识别号（IMSI,MSISDN） 当前用户的VLR（当前位置） 业务能力、业务限制信息 用户申请的补充业务 补充业务信息（例：当前转移的电话号码） 用户状态（registered/deregistered） 移动用户漫游号（MSRN）传递,HLR,32,VLR功能与作用,VLR:Visitor Location Register 移动台状态 部分补充业务数据 移动站的位置登记(LAI) 临时移动用户识别号(TMSI)管理 MSRN管理,VLR,33,AUC功能与作用,鉴权和加密数据 Ki,RAND A3,A8算法 Kc,Sres,A,C,D,H,E,F,34,鉴权（Authentication）,35,加密（Ciphering ),36,EIR功能与作用,EIR：Equipment Identity Register 存储移动设备分类表(IMEI) 用来管理所有移动台设备的国际移动用户识（IMSI）号码以及检查每个移动台设备是否为合法设备。 它包括一个数据库，存储着所有签约用户所使用的移动台设备的IMEI号码等。 白名单、黑名单、灰名单,37,EIR功能与作用,白名单,灰名单,黑名单,合法用户 和允许 漫游用 户的 IMEI,有故障 未经型 号认证 淘汰的 IMEI,报失被 盗或 非法使用 的IMEI,38,国际移动设备识别号(IMEI),国际移动台设备识别码(IMEI) 型号批准码(TAC)：由认证中心分配 工厂装配码(FAC)：由厂家编码，表示制造厂家及最后装配地。 序列号(SNR)： 由厂家分配 版本级别(VL)： 由认证中心确定，与TAC关联。,FAC,VL,SNR,TAC,6个数字,2个数字,6个数字,1个数字,39,国际移动用户识别码(IMSI) 移动国家号码(MCC):中国为460. 移动网号(MNC):移动为00，联通：01. 移动用户识别码(MSIN):H1H2H3,国际移动用户识别号(IMSI),40,移动用户漫游号码： 位长10位 VLR临时分配给用户的一个号码 与该MSC所属HLR有一定联系 在VLR中与IMSI一一对应,移动用户漫游号(MSRN),41,临时移动用户识别码(TMSI) 提高IMSI使用的安全性 本地分配的4字节的BDC编码,临时移动用户识别号(TMSI),42,移动用户ISDN号码(MSISDN),移动用户ISDN号码(MSISDN) 国家号码(CC):中国为86 MAC：移动接入码 ，=139(8、7、6、5、0、1) 移动用户号：H0H1H2H3ABCD H0H1H2H3：HLR识别码，由总部统一分配到本地网；H0=0 ABCD：移动用户号，由HLR自行分配,43,基站子系统(BSS)组成,基站控制器BSC 基站收发信机BTS 无线操作维护中心OMC-R 码变换器TC(Transcoder),UM接口,MS,Abis接口,接口,BTS,OMC-R,BSC,TC,BTS,44,BSC的功能作用,实现A接口物理层规定(PCM/E1) 实现A接口No.7号信令功能(SP) 实现Abis接口物理层规定(PCM/E1) 实现Abis接口数据链路层(LAPD) 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,45,BTS的一般结构,基 站 接 口 设 备,信 令 处 理,编码与交织,译码与解 交织,加密,加密,发信机,天 线,收信机,均衡 解调,解密,Abis,BTS的功能模块,Um,跳频控制,时钟,功率控制,46,BTS的功能作用,实现Abis接口物理层规定(PCM/E1) 实现Abis接口数据链路层(LAPD) 实现BTS管理功能 实现部分无线资源管理(RR) 实现Um接口物理层规定(PCM/E1) 实现Um接口数据链路层(LAPDm) 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,47,天馈系统,实现射频信号的合路与分路，控制带外的杂散，实现网络设计规定的扇区分布等。 在需要时，实现上下行信号的双工功能，抑制收发信干扰。,48,BTS信令处理,Um接口数据链路层：Dm信道链路接入协议LAPDm Abis接口数据链路层：D信道链路接入协议LAPD Abis接口与Um接口间信令协议转换 无线信道管理,49,CH0,CH1,CH2,CH3,CH4,CH5,CH6,CH7,CH0,CH1,CH2,CH3,CH4,CH5,CH6,CH7,同步信息,空闲时隙,Lapd信令&OM时隙,Lapd信令&OM信道,时隙号,TS0,TS1,TS2,TS3,TS4,TS5 TS15,TS16,TS30,TS31,TS1729,载频1,载频2,Abis接口信道分配示意,50,BSC,BTS,BTS,BSC,BTS,BTS,星状连接,链状连接,环状连接,树状连接,BSC,BTS,BTS,BTS,BTS,Abis接口连接方式,51,BSS链路连接结构,52,码变换器(Transcoder),53,MS结构,54,用户识别模块(SIM),用户固定数据网络临时数据业务相关数据 IMSI TMSI 使用的语言 Ki LAI 话费数据 接入控制级 Kc 安全算法 禁止的PLMN,55,位置区识别码(LAI)与CI,位置区识别码(Location Area Identity) 小区全球识别码(Cell Global Identity),MCC,MNC,LAC,L1L2L3L4,MCC,MNC,LAC,CI,小区识别码(CI)：二字节的BCD编码,56,GSM的功能分层,57,GSM的功能层,传输(Transmission) 用户信息（话音或数据） 信令消息（物理层到网络层） 无线资源管理(RR) 建立和释放MS到MSC间的联接 有效利用无线和对应的陆地资源 完成切换过程 移动性管理 位置管理(MS,HLR/AUC,MSC/VLR) 安全管理,58,GSM的功能层,通信管理(CM) 呼叫控制 面向电路的业务（MSC/VLR,GMSC,HLR,IWF) 路由管理 补充业务管理 修改和检查补充业务的实际配置和状态 涉及MS和HLR两个实体 短消息业务 点到点的短消息(SM-SC) 两个功能实体（SMS-GMSC,SMS-IWMSC) 运行、维护和管理(OAM) 用户全部登记管理，网络运行维护，用户设备管理,59,二、GSM系统原理,业务 系统结构和功能 无线信道 信道类型、帧结构、突发 主要技术,60,GSM的FDMA/TDMA结构,f0,f1,f2,f4,f4,f5,时间,频率,TDMA帧,61,空中接口信道,物理信道 逻辑信道 业务信道 语音信道 数据信道 随路控制信道 控制信道 广播控制信道 公共控制信道 专用控制信道,62,Traffic channel,TCH,业务信道,63,Control channel,CCH,NB,AB,NB,NB,NB,FB,SB,NB/DB,控制信道,64,同步信道消息（SCH）,TDMA帧号 基站识别码：BSIC (Base Station Identity Code),NCC,BCC,网络色码（NCC）：3 bits 基站色码（BCC）：3 bits,65,BCCH广播系统消息,位置区识别号(LAI) 移动台需监视的邻小区列表 本小区使用的频率列表 小区识别号 功率控制指示 DTX允许指示 接入控制（例：紧急呼叫，呼叫禁止） CBCH描述,66,系统消息类型,系统消息 小区信道描述 RACH控制参数 系统消息 邻小区说明 PLMN允许指示 RACH控制参数,系统消息 小区识别号 位置区识别号 控制信道说明 小区选择参数 RACH控制参数,67,系统消息类型,系统消息 位置区识别号 小区选择参数 RACH控制参数 CBCH信道说明 系统消息 邻小区说明,系统消息 小区识别号 位置区识别号 小区选项 PLMN允许指示 系统消息， 系统消息的扩展 小区重选参数,68,TC(FN/51) mod 8,系统消息发送时间,69,GSM复帧类型（一）,TRAFFIC CHANNELS,TDMA Multiframes,0,1,2,o,26-TDMA Multiframes,70,GSM复帧类型（二）,CONTROL CHANNELS,TDMA Multiframes,0,1,2,o,51-TDMA Multiframes,71,TDMA超帧与超高帧,72,二、GSM系统原理,业务 系统结构和功能 无线信道 主要技术,73,主要技术（一）,频率复用 GMSK调制 话音编码 非连续传输（DTX） 收发时隙偏差和时间提前,74,主要技术（二）,分集技术、均衡技术 切换技术 功率控制技术 跳频技术,75,GSM43标准复用模式,无线区族 4个基站 每个站3扇区 基站结构 3个120度或三叶草扇区 C/I12 dB,76,GSM 3 3 标准复用模式,复用方式 个基站个扇区 特点 不增加新基站 容量增加（有限） 抗干扰措施,77,GSM 调制频谱,Power,Frequency,200KHz,78,通过限制无用信息的发送： 减少空间干扰 降低发信机功率，延长MS的电池使用时间,使用DTX的意义,79,传播损耗,自由空间传播损耗 慢衰落分集 由地形起伏、建筑物及障碍物的遮蔽等引起慢衰落（阴影衰落） 快衰落均衡 由各种反射物和散射体产生的直射波、反射波和散射波的相互干扰和串扰，以及多普勒（Doppler）频移等产生的快衰落（多径衰落）,80,均衡多径衰落,81,分集技术,分集 空间、极化、频率,82,空间分集,83,切 换 (Handover),切换,84,切换目的： 援救切换：当移动台离开管理它的小区的无线覆盖时。 减小干扰：当移动台与另一小区联系，可以大大改进总的干扰电平时 业务量切换：当一个小区拥塞，而邻近小区较空闲时,目的,85,准则,援救切换 连接上的传输质量。传输误码率、无线传输的路径损耗、传播时延等。 减小干扰 比较相应小区的每个邻近小区的上下行链路的质量。实际使用移动台和几个邻近小区的下行路径损耗。 业务量切换 以BTS 负荷为基础，可以选择那些由于其它原因接近切换的移动台。,86,双频切换,支持同层网络间优先级切换(PL) 支持多层网络间优先级切换(HCS) 在切换候选小区排队中体现不同层的优先级 支持网络负载原因的切换 支持速度原因的切换 支持其他常规原因的切换,87,避免频繁切换,采用改进的滤波技术，去除测量数据中因衰落造成的抖动，保证测量数据更准确，切换更真实。 设置不对称的切换边界只有当邻区的信号比本小区的信号好到一定程度时才切换。 采用强行迟滞方法，一次切换后必须经过一定的时间才能切回原小区。 在多层网时，启动速度原因切换。,88,功率控制,静态 6级 动态 15级 快速功率控制 2dB,89,跳频参数,Mobile Allocation (MA) Mobile Allocation Indication Offset (MAIO) Hopping Sequence Number (HSN) HSN=0 Cyclic HSN=1-63 Pseudo Random Hopping ARFCN=Absolute Radio Frequency Channel Number,90,三、呼叫信令流程,呼叫信令流程 移动主叫 移动被叫 位置更新 切换,91,MS,BSC,BTS,MSC,(To be continued),移动主叫（一）,92,MS,BSC,BTS,MSC,(To be continued),移动主叫（二）,93,MS,BSC,BTS,MSC,(End),移动主叫（三）,94,MS,BSC,BTS,MSC,(To be continued),移动被叫（一）,95,MS,BSC,BTS,MSC,(End),移动被叫（二）,96,MS,BSC,BTS,MSC,(To be continued),位置更新（一）,97,MS,BSC,BTS,MSC,(End),位置更新（二）,98,MS,BSC,BTS1,BTS2,BSC内部切换,99,MS,MSC,BSS1,BSS2,MSC内部切换,100,谢谢！,