GSM移动通信原理

GSM移动通信原理移动通信原理 2024/5/41课程内容课程内容GSM移动通信概述GSM系统结构与接口GSM系统Um接口GSM移动区域与编号计划GSM移动通信网组网GSM通信流程2024/5/42课程目标课程目标1.了解移动通信的多址技术，蜂窝技术2.了解GSM系统结构、接口、业务3.掌握Um接口的物理信道结构、Um接口的逻辑信道功能与组合、理解GSM话音的处理过程4.掌握GSM移动区域的划分5.掌握GSM编号计划6.了解GSM组网方式7.了解GSM通信流程2024/5/43课程重点课程重点1.移动通信的发展历程，多址技术，蜂窝技术2.GSM系统结构，接口及业务3.Um接口4.GSM移动区域的划分5.GSM编号计划6.GSM组网方式7.GSM通信流程（安全性管理和移 动性管理）2024/5/441.GSM移动通信概述移动通信概述1.1 GSM概述与发展简史1.2 多址技术1.3 功率控制1.4 蜂窝技术1.5 GSM主要参数2024/5/451.1 GSM概述与发展简史概述与发展简史移动通信的定义GSM的发展历程及现状移动通信发展展望第三代移动通信系统介绍2024/5/461.1 GSM概述与发展简史概述与发展简史移动通信是指通信双方或至少一方是处于移动中进行信息交流的通信.移动体之间的通信只能依靠无线电传输.那什么是无线通信呢？无线通信指利用电磁波的辐射和传播，经过空间传送信息的通信方式.电磁波是它的载体.2024/5/471.1 GSM概述与发展简史概述与发展简史电磁波频段与波段(C=L*F)2024/5/481.1 GSM概述与发展简史概述与发展简史移动通信并不是一项很新的技术，但却是一项正在急剧发展的技术.20年代开始在军事及某些特殊领域使用（美国警察的车载无线电系统），40年代才逐步向民用扩展（美国所建第一个公用汽车电话网）.移动通信经历了由模拟通信向数字化通信的发展过程.目前，比较成熟的数字移动通信制式主要有泛欧的GSM，美国的IS-95AIS-95A和日本的JDC（现改称PDC）.目前GSM制式的销售额占34%，CDMA制式占28%，TDMA占18%，WLL占7%2024/5/491.1 GSM概述与发展简史概述与发展简史其中，GSM的发展历程如下：1982年，欧洲邮电行政大会CEPT设立了“移动通信特别小组”即GSM，以开发第二代移动通信系统为目标.1986年，在巴黎，对欧洲各国经大量研究和实验后所提出的八个建议系统进行现场试验.1987年，GSM成员国经现场测试和论证比较，就数字系统采用窄带时分多址TDMA，规则脉冲激励长期预测(RPE-LTP)话音编码和高斯滤波最小频移键控(GMSK)调制方式达成一致意见.2024/5/4101.1 GSM概述与发展简史概述与发展简史1988年，十八个欧洲国家达成GSM谅解备忘录(MOU).1989年，GSM标准生效.1991年，GSM系统正式在欧洲问世，网路开通运行.移动通信跨入第二代.1992年，系统命名为：Global System for Mobile（全球通）组织机构：Special Mobile Group1993年，Phase II规范1994年，全世界范围运行1995年，DCS1800商业运行1996年，引入微蜂窝的技术，GSM900/1800双网运行1997年已有109个国家239个运营者运营着超过4400万用户的GSM网络2024/5/4111.1 GSM概述与发展简史概述与发展简史在我国.1993年我国首先在浙江嘉兴建立了GSM实验网目前有中国移动与中国联通两家运营商中国电信也在积极酝酿进入移动领域截止99年底中国移动用户数已达5000万，中国联通超过400万，年增长率99%以上神州行与如意通移动用户快速增长截止99年8月中国移动已覆盖全国31个省区的308个地市和1856个县市，全国交通干线实现无缝覆盖.地市覆盖率为91%，县市覆盖率为86%到2002年底，全国移动用户超过2亿.2024/5/4121.1 GSM概述与发展简史概述与发展简史我国移动用户增长：2024/5/4131.1 GSM概述与发展简史概述与发展简史全球移动用户增长(1999年全球无线通信市场比1998年增长了21.6%，达到281亿美圆)2024/5/4141.1 GSM概述与发展简史概述与发展简史1G2G3G2.5G80s初80s末96年2002年无线通信系统时间GSMPDCD-AMPS IS-95AW-CDMACDMA2000TD-SCDMAAMPSTACSNMTNTT GPRSIS-95B无线通信在今天的发展2024/5/4151.1 GSM概述与发展简史概述与发展简史第三代移动通信技术：GSM系列：GPRS（General Packet Radio Service）：是GSM网络过渡3G（第三代移动通讯）的第一步，能够将数据传送由今天9.6Kbps的速率逐步提升到每秒115Kbps的速度.它还不是真正的第三代移动通信系统.2024/5/4161.1 GSM概述与发展简史概述与发展简史GPRS的特点有：GPRS向用户提供从9.6kbps到多于150kbps的接入速率.GPRS支持多用户共享一个信道的机制(每个时隙允许最多8个用户共享)提高了无线信道的利用率在技术上提供了按数据量计费的可能GPRS支持一个用户占用多个信道：提供较高的接入速率GPRS是移动网和IP网的结合：可提供固定IP网支持的所有业务2024/5/4171.1 GSM概述与发展简史概述与发展简史GPRS对于运营商：可提供更多更优质的增值业务可提高无线资源的利用率运营商将从IP业务的迅猛发展中得到更多的商机.GPRS对于用户：计费合理GPRS可以采用以所传输的数据量为依据的计费方法覆盖广泛依靠GSM广泛的覆盖，GPRS向用户提供无处不在的业务业务丰富GPRS可向用户提供固定IP网可以提供的所有业务性能优越GPRS支持更高的接入速率、更短的建立时间2024/5/4181.1 GSM概述与发展简史概述与发展简史EDGE（Enhanced Data Rates for Global Evolution）：EDGE令网络容量及数据传送比GPRS更快，足有283Kbps.网络商只需在软硬件上作出少许相应改动，便可继续沿用现有GSM系统，去支持移动多媒体服务，完全符合低成本高效益的理念，能够与日后WCDMA制式共存.WCDMA（Wideband Code Division Multiple Access）：由GSM网络核心繁衍而来的WCDMA，数据传送可达到每秒2Mbit（室内）及384Kbps（移动空间）的速率，采用5MHz（区别于窄带200KHz)的宽频网络.2024/5/4191.1 GSM概述与发展简史概述与发展简史CDMA系列：cdmaOne（Code Division Multiple AccessOne）：属于CDMA第二代，能达到1.25MHz.cdma2000（Code Division Multiple Access2000）：cdma2000是从cdmaOne蜕变进化出来支援3G的一种制式.确保投资发展CDMA的网络商，能够简单及有效率地由cdmaOne过渡到3G进程.cdma2000第一阶段将提供每秒144Kbps的数据传送率，第二阶段支持每秒2Mbps的数据传送速率，是cdma发展3G的最终目标.2024/5/4201.1 GSM概述与发展简史概述与发展简史1985年：CCITT提出FPLMTS（未来公众陆地移动通信系统）概念1991年：ITU正式成立TG8/1任务组，负责FPLMTS标准制定1992年：ITU召开WARC(世界无线通信系统会议)，对FPLMTS的频率进行了划分，使这次会议成为第三代移动通信标准制定中的里程碑第三代移动通信：如上述，不管通过GSM还是GPRS的方式，最终目标还是3G.3G在其制定过程也经历了一段相当的时间，包括ITU的IMT-2000和欧洲的UMTS.2024/5/4211.1 GSM概述与发展简史概述与发展简史1994年：ITU-T和ITU-R正式携手研究FPLMTS1996年：ITU将FPLMTS改为IMT-2000 （国际移动电信系统 20002000年2000MHz）1998年6月：ITU征集IMT-2000的无线接口技术方案1999年：方案评审，制定规范(包括无线接口标准)2000年：完善规范并制定网络部分标准2024/5/4221.1 GSM概述与发展简史概述与发展简史能实现全球漫游：用户可以在整个系统甚至全球范围内漫游，且可以在不同的速率、不同的运动状态下获得有服务质量的保证；能提供多种业务：提供话音、可变速率的数据、活动视频，特别是多媒体业务；能适应多种环境：可以综合现有的公众电话交换网（PSTN）、综合业务数字网、无绳系统、地面移动通信系统、卫星通信系统、提供无缝隙的覆盖；足够的系统容量，强大的多种用户管理能力，高保密性能和服务质量.3G实现的目标：2024/5/4231.1 GSM概述与发展简史概述与发展简史为实现上述目标，对3G无线传输技术提出了以下要求：高速传输以支持多媒体业务；室内环境至少2Mbit/s；室内外步行环境至少384kbit/s；室外车辆运动中至少144kbit/s；卫星移动环境至少9.6kbit/s.传输速率能够按需分配.上下行链路能适应不对称需求.2024/5/4241.1 GSM概述与发展简史概述与发展简史目前3G的标准主要有：cdma2000 朗讯、摩托罗拉、北电、高通、三星等W-CDMA爱立信、诺基亚、西门子等TD-SCDMA中国提出2024/5/4251.2 多址技术多址技术多址技术使众多的用户共用公共的通信线路.常用的使信号多路化的方法基本上有三种，它们分别采用频率、时间或代码分隔的多址连接方式，即人们通常所称的频分多址FDMA、时分多址TDMA和码分多址CDMA三种接入方式.GSM系统采用了FDMA、TDMA方式.2024/5/4261.2 多址技术多址技术1.2.1 频分多址频分多址FDMAFDMA是以不同的频率信道实现通信的.频分就是把整个可分配的频谱划分成许多单个无线电信道（发射和接收载频），每个信道可以传输一路话音或控制信息.模拟蜂窝系统是FDMA结构的一个典型例子，但GSM系统也采用了FDMA.2024/5/4271.2 多址技术多址技术1.2.2 时分多址时分多址TDMATDMA是以不同的时隙实现通信时分多址是指在一个宽带的无线载波上，将某一信道按时间加以分割，各信号按一定顺序占用某一时间间隙（时隙）.即多路信号利用同一个信道在不同时间各自独立地传送.2024/5/4281.2 多址技术多址技术1.2.3 码分多址码分多址CDMACDMA是以不同的代码序列实现通信的码分多址是一种利用扩频技术所形成的不同的码序列实现的多址方式.它不像FDMA、TDMA那样把用户的信息从频率和时间上进行分离，它可在一个信道上同时传输多个用户的信息.其关键是信息在传输以前要进行特殊的编码，编码后的信息混合后不会丢失原来的信息.2024/5/4291.3 功率控制功率控制当手机在小区内移动时，它的发射功率需要进行变化.当它离基站较近时，需要降低发射功率，减少对其它用户的干扰，当它离基站较远时，就应该增加功率，克服增加了的路径衰耗.所有的GSM手机都可以以2dB 为一等级来调整它们的发送功率，GSM900 移动台的最大输出功率是8W（规范中最大允许功率是20W，但现在还没有20W的移动台存在）.DCS1800移动台的最大输出功率是1W.相应地，它的小区也要小一些.2024/5/4301.4 蜂窝技术蜂窝技术1.4.1 大区制与小区制大区制与小区制移动通信系统是采用一个叫基站的设备来提供无线服务范围的.基站BTS的覆盖范围有大有小，我们把基站BTS的覆盖范围称之为蜂窝，即小区CELL.采用大功率的基站主要是为了提供比较大的服务范围，但它的频率利用率较低，也就是说基站提供给用户的通信通道比较少，我们也称之为大区制.采用小功率的基站主要是为了提供大容量的服务范围，同时它采用频率复用技术来提高频率利用率，有限的频率得到多次使用，所以系统的容量比较大，这种方式称之为小区制或微小区制.2024/5/4311.4 蜂窝技术蜂窝技术1.4.1 大区制与小区制大区制与小区制按无委会规定，我国目前可用频道号为1-124，共124个频点.1-95给移动，96-124给联通.一般采用12组频率复用方案.对于有向天线，可采用120度的定向天线，如采用4/12方式复用，4个基站，12个小区.每个小区可用5个频点，一般也可用到4个频点.对于采用全向天线，一般建议采用其中的7组频率.2024/5/4321.4 蜂窝技术蜂窝技术1.4.2 频率复用基础频率复用基础频率复用指处在不同地理位置（不同的小区）上的用户可以同时使用相同频率的信道.频率复用系统可以极大地提高频谱效率.但如果系统设计得不好，将产生严重的干扰.同频干扰（C/I）：因频率复用造成的相邻小区相同频率对信道的干扰.GSM要求C/I=9dB.邻频干扰（C/A）：小区内外相邻频率产生的干扰.GSM要求C/A=-9dB.2024/5/4331.4 蜂窝技术蜂窝技术1.4.2 频率复用基础频率复用基础频率复用方案：在系统的作用区域内重复使用相同的频率这种频率复用方案使整个频谱分配被划分为K个频率复用的模式.如K可取3、4、7等值.公式：(D/R)2=3K D：频率复用距离 R：小区半径 K：频率复用模式2024/5/4341.4 蜂窝技术蜂窝技术1.4.2 频率复用基础频率复用基础注意：从理论上来说，K应该大些，但分配的信道总数是固定的.如果K太大，则K个小区中分配给每个小区的信道数将减少，频谱效率就会降低.小区复用模式图2024/5/4351.5 GSM主要参数主要参数特性 GSM900 DCS1800发射频带(MHz)基 站 935960 18051880移动台 890915 17101785 (带宽25M)(带宽75M)双工间隔 45MHZ 95MHZ射频带宽 200KHZ 200KHZ射频双工信道总数 124 374小区半径（Km）最小 0.5 0.5最大 35 35多址方式 TDMA TDMA调制 GMSK GMSK传输 速率（kbps）270.833 270.833编码算法 RPE-LTP RPE-LTP信道编码 具有交织脉冲检错 具有交织脉冲检错 和1/2编码率卷积码 和1/2编码率卷积码每载频信道数 全速率 8 8半速率 16 16 2024/5/4361.5 GSM主要参数主要参数移动通信移动通信1.8GHz频段的分配情况频段的分配情况在在1800MHz频段，移动通信只用了低部频段，移动通信只用了低部45MHz 2024/5/4372.GSM系统结构与接口系统结构与接口2.1 GSM系统结构与功能2.2 GSM系统的业务2.3 GSM接口2.4 GSM各接口协议2.5 GSM无线接口2024/5/4382.1 GSM系统结构与功能系统结构与功能OMCHLR/AUC/EIRSMCMSC/VLRBSC其他MSCBTSMSMSBTSBTSMAP接口A-bis接口A接口PSTNISDN2024/5/4392.1 GSM系统结构与功能系统结构与功能 一个GSM系统可由三个子系统组成，即操作支持子系统(OSS)，基站子系统(BSS)和网路子系统(NSS)三部分.基站子系统BSS是GSM系统中与无线蜂窝方面关系最直接的基本组成部分.通过无线接口直接与移动台相连，负责无线发送接收和无线资源的管理.它与NSS相连，实现移动用户间或移动用户与固定网路用户之间的通信连接，传送系统信息和用户信息等.与操作支持子系统OSS之间实现互通.2024/5/4402.1 GSM系统结构与功能系统结构与功能网路子系统NSS是整个系统的核心，它对GSM移动用户之间及移动用户与其它通信网用户之间通信起着交换、连接与管理的功能.主要负责完成呼叫处理、通信管理、移动管理、部分无线资源管理、安全性管理、用户数据和设备管理、计费记录处理、公共信道、信令处理和本地运行维护等.2024/5/4412.1 GSM系统结构与功能系统结构与功能操作支持子系统OSS完成移动用户管理、移动设备管理、系统的操作与维护.2024/5/4422.1 GSM系统结构与功能系统结构与功能2.1.1 移动台的功能移动台的功能 移动台由SIM卡与物理设备组成，二者是分离的.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、被禁止的PLMN、PLMN选择预编程 业务相关数据：PIN(个人识别号)物理设备可以是手持机，车载机或是由移动终端直接与终端设备相连而构成.2024/5/4432.1 GSM系统结构与功能系统结构与功能2.1.2 BSC的功能的功能接口管理BTS-BSC之间的信道管理无线参数及无线资源管理 无线链路的测量话务量统计切换支持呼叫控制操作与维护 2024/5/4442.1 GSM系统结构与功能系统结构与功能2.1.3 BTS的功能的功能 BTS主要分为基带单元、载频单元和控 制单元三部分.BTS受控于基站控制器(BSC)，服务于某小区的无线收发信设备，实现BTS与移动台(MS)空中接口的功能.2024/5/4452.1 GSM系统结构与功能系统结构与功能2.1.4 MSC的功能的功能 MSC是整个网络的核心，协调与控制整个GSM网络中BSS、OSS的各个功能实体.接口管理支持一系列业务：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.2024/5/4462.1 GSM系统结构与功能系统结构与功能2.1.5 VLR的功能的功能 访问用户位置寄存器(VLR)是服务于其控制区域内移动用户的.它存储着进入其控制区域内已登记的移动用户相关信息，为已登记的移动用户提供建立呼叫接续的必要条件.2024/5/4472.1 GSM系统结构与功能系统结构与功能2.1.6 HLR的功能的功能 归属用户位置寄存器(HLR)是GSM系统的中央数据库，存储该HLR控制的所有存在的移动用户的相关信息.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，HLR也存储部分漫游移动用户所在MSC区域的有关动态数据.2024/5/4482.1 GSM系统结构与功能系统结构与功能2.1.7 AUC的功能的功能 鉴权中心(AUC)存储着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属于HLR的一个功能单元部分，专用于GSM系统的安全性管理.2024/5/4492.1 GSM系统结构与功能系统结构与功能2.1.8 EIR的功能的功能移动设备识别寄存器(EIR)存储着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.在三种表格中分别列出了准许使用的、出现故障需监视的、失窃不准使用的移动设备的IMEI识别码.2024/5/4502.2 GSM系统的业务系统的业务GSM系统提供的业务可分为三大类：电信业务(TELESERVICES)承载业务(BEAR SERVICES)附加业务(SUPPLEMENTARY SERVICES)其中承载业务和电信业务也叫作基本电信业务(BASIC TELECOMMUNICATION SERVICES)附加业务可以分为GSM附加业务(GSM BASIC TELECOMMUNICATION SERVICES)和非GSM附加业务(NON-GSM BASIC TELECOMMUNICATION SERVICES)2024/5/4512.3 GSM接口接口2.3.1 主要接口主要接口GSM系统的主要接口指A接口、Abis接口和Um接口.A接口、Um接口为开放式接口.2024/5/4522.3 GSM接口接口2.3.2 主要接口（主要接口（A接口）接口）A接口定义为网路子系统（NSS）与基站子系统（BSS）之间的通信接口.其物理链接通过采用标准的2.048Mb/s PCM数字传输链路来实现.此接口传递的信息包括移动台管理、基站管理、移动性管理、接续管理等.2024/5/4532.3 GSM接口接口2.3.3 主要接口（主要接口（Abis接口）接口）Abis 接口定义为基站子系统的两个功能实体基站控制器（BSC）和基站收发信台（BTS）之间的通信接口.物理链接通过采用标准的2.048Mb/s 或64kbit/s PCM 数字传输链路来实现.BS接口作为Abis 接口的一种特例，用于BTS（与BSC并置）与BSC之间的直接互连方式，此时BSC与BTS之间的距离小于10米.2024/5/4542.3 GSM接口接口2.3.4 主要接口（主要接口（Um接口）接口）Um 接口（空中接口）定义为移动台与基站收发信台（BTS）之间的通信接口，用于移动台与GSM系统的固定部分之间的互通.其物理链接通过无线链路实现.传递的信息包括无线资源管理，移动性管理和接续管理等.2024/5/4552.3 GSM接口接口2.3.5 NSS内部接口内部接口C 2024/5/4562.3 GSM接口接口2.3.5 NSS内部接内部接口（口（B接口）接口）B接口定义为访问用户位置寄存器（VLR）与移动业务交换中心（MSC）之间的内部接口.用于移动业务交换中心（MSC）向访问用户位置寄存器（VLR）询问有关移动台（MS）当前位置信息或者通知访问用户位置寄存器（VLR）有关移动台（MS）的位置更新信息.2024/5/4572.3 GSM接口接口2.3.5 NSS内部接内部接口（口（C接口）接口）C接口定义为归属用户位置寄存器（HLR）与移动业务交换中心（MSC）之间的接口.用于传递路由选择和管理信息.在建立一个至移动用户的呼叫时，入口移动业务交换中心（GMSC）应向被叫用户所属的归属用户位置寄存器（HLR）询问被叫移动台的漫游号码.C接口的物理链接方式是标准的2.048MB/S的PCM数字传输链路.2024/5/4582.3 GSM接口接口2.3.5 NSS内部接内部接口（口（D接口）接口）D接口定义为归属用户位置寄存器（HLR）与访问用户位置寄存器（VLR）之间的接口.用于交换有关移动台位置和用户管理的信息，为移动用户提供的主要服务是保证移动台在整个服务区内能建立和接收呼叫.实用化的GSM系统结构一般把VLR综合于移动业务交换中心（MSC）中，而把归属用户位置寄存器（HLR）与鉴权中心（AUC）综合在同一个物理实体内.D接口的物理链接是通过移动业务交换中心（MSC）与归属用户位置寄存器（HLR）之间的标准2.048Mb/s 的PCM 数字传输链路实现的.2024/5/4592.3 GSM接口接口2.3.5 NSS内部接内部接口（口（E接口）接口）E接口定义为控制相邻区域的不同移动业务交换中心（MSC）之间的接口.此接口用于切换过程中交换有关切换信息以启动和完成切换.E接口的物理链接方式是通过移动业务交换中心（MSC）之间的标准2.048Mbit/s PCM 数字传输链路实现的.2024/5/4602.3 GSM接口接口2.3.5 NSS内部接内部接口（口（F接口）接口）F接口定义为移动业务交换中心（MSC）与移动设备识别寄存器（EIR）之间的接口.用于交换相关的国际移动设备识别码管理信息.F接口的物理链接方式是通过移动业务交换中心（MSC）与移动设备识别寄存器（EIR）之间的标准2.048Mbit/s 的PCM 数字传输链路实现的.2024/5/4612.3 GSM接口接口2.3.5 NSS内部接内部接口（口（G接口）接口）G接口定义为访问用户位置寄存器（VLR）之间的接口.此接口用于向分配临时移动用户识别码（TMSI）的访问用户位置寄存器（VLR）询问此移动用户的国际移动用户识别码（IMSI）的信息.G接口的物理链接方式是标准2.048Mbit/s 的PCM 数字传输链路2024/5/4622.3 GSM接口接口2.3.5 GSM系统与公众电信网的接系统与公众电信网的接口口公众电信网主要是指公众电话网（PSTN），综合业务数字网（ISDN），分组交换公众数据网（PSPDN）和电路交换公众数据网（CSPDN）.GSM系统通过MSC与这些公众电信网互连.GSM系统与PSTN和ISDN网的互连方式采用7号信令系统接口.其物理链接方式是通过MSC与PSTN或ISDN交换机之间标准2.048Mbit/s 的PCM 数字传输实现的.2024/5/4632.4 GSM各接口协议各接口协议 CM：通信管理 BTSM：BTS的管理部分 MTP：信息传递部分 MM：移动性管理 Um：MS与BTS间接口 MSC：移动业务交换中心RR：无线资源管理 Abis：BTS与BSC间接口 BSC：基站控制器 MS：移动台 SCCP：信令连结控制部分 BTS：基站收发信台L1-L3：信号层1-3 A：BSC与MSC间接口 BSSMAP：基站子系统LAPDm：ISDN的Dm数据链路协议移动应用部分2024/5/4642.4 GSM各接口协议各接口协议2.4.1 协议分层结构协议分层结构信号层1（物理层）这是无线接口的最低层、提供传送比特流所需的物理链路（例如 无线链路）、为高层提供各种不同功能的逻辑信道.信号层2（L2）主要目的是在移动台和基站之间建立可靠的专用数据链路，L2协议基于ISDN的D信道链路接入协议（LAP-D），但作了更 动，因而在Um接口的L2协议称之为LAP-Dm.信号层3（L3）这是实际负责控制和管理的协议层.L3包括三个基本子层：无线资源管理（RR）、移动性管理（MM）和接续管理（CM）.其中一个CM子层中含有多个呼叫控制（CC）单元，提供并行呼 叫处理.为支持补充业务和短消息业务，CM子层中还包括补充业 务管理（SS）单元和短消息业务管理（SMS）单元.2024/5/4652.5 GSM无线接口无线接口Um接口频率规划GSM无线信道特点GSM系统频点分配Um接口物理信道物理信道帧结构突发脉冲种类与功能突发脉冲应用实例Um接口逻辑信道为什么引入逻辑信道？逻辑信道的分类逻辑信道的功能逻辑信道的组合逻辑信道应用实例2024/5/4662.5 GSM无线接口无线接口Um接口话音处理话音在无线信道上的传送话音编码信道编码交织加密调制Um接口控制技术自动功率控制（APC）非连续发射（DTX）非连续接收（DRX）跳频技术时延调整2024/5/4672.5 GSM无线接口无线接口小区采用全方向性天线建议采用N=7 的复用方式；频率组选用原则相邻小区不采用相邻频率；用户数量大、话务量大的小区可采用多组频率2024/5/4682.5 GSM无线接口无线接口几个基本概念：突发脉冲序列：占有一个限定的持续时间和占有限定的无线频谱，它们在时间和频率窗上输出时隙（Time Slot）是隙缝的时间间隔，它的持续时间被用于作为时间单元BP，意为突发脉冲序列周期（Burst Period）.使用一个给定的信道就意味着在特定的时刻和特定的频率中传送突发脉冲序列200KHz带宽称为频隙（Frequency Slot），相当于GSM规范书中的无线频道（Radio Frequency Channel），也称射频信道TDMA帧（Frame）通常被表示为接连发生的 i 个时隙.GSM系统目前采用全速率业务信道，i 取为82024/5/4692.5 GSM无线接口无线接口物理信道上的突发脉冲2024/5/4702.5 GSM无线接口无线接口2.5.1 Um接口频率规划接口频率规划您知道吗？GSM无线信道有什么特点？GSM系统频点如何分配？2024/5/4712.5 GSM无线接口无线接口2.5.1 Um接口频率规划接口频率规划GSM900无线频道特点：上行（MSBTS）：890-915MHZ下行（BTSMS）：935-960MHZ双工间隔：45MHz载频间隔：200KHz2024/5/4722.5 GSM无线接口无线接口2.5.1 Um接口频率规划接口频率规划2024/5/473DCS1800：上行（MSBTS）：1710-1785MHZ下行（BTSMS）：1805-1880MHZ我国目前实际使用低45MHz双工间隔：95MHz载频间隔：200KHz 频点使用情况见示意图.2.5 GSM无线接口无线接口2.5.1 Um接口频率规划接口频率规划2024/5/4742.5 GSM无线接口无线接口2.5.1 Um接口频率规划接口频率规划2024/5/475GSM频道编号方法 GSM900频道编号：上行频率F l(n)=(890+0.2n)MHz 下行频率Fu(n)=(935+0.2n)MHz 其中：n 为绝对射频号，从1到124DCS1800频道编号：上行频率F l(n)=1710+0.2(n-511)MHz 下行频率Fu(n)=1805+0.2(n-511)MHz其中：n为绝对射频号，从512-885，实际上，我国从512-（512+224）2.5 GSM无线接口无线接口2.5.1 Um接口频率规划接口频率规划2024/5/4762.5 GSM无线接口无线接口2.5.1 Um接口频率规划接口频率规划GSM系统频点分配基本的频率复用技术将所有系统频点分为12组；通常每个小区分配一组频点；然后根据小区天线情况分配：小区采用全方向性天线；小区采用定向天线；2024/5/4772.5 GSM无线接口无线接口2.5.1 Um接口频率规划接口频率规划频率的紧密复用技术：（MRP）同心圆技术Intelligent Underlay Overlay(IUO)Fraction Reused2024/5/4782.5 GSM无线接口无线接口2.5.2 Um接口物理信道接口物理信道您知道吗？每个载频上的时隙是如何成帧的？Um接口上有哪几种突发脉冲序列？2024/5/479物理信道帧结构物理信道帧结构什么是突发脉冲？GSM的每个载频是时分复用的每个载频分给八个全速率用户使用；每个用户在一个限定的、不连续的时间段内占用载频发送信号；突发脉冲一个突发脉冲占用的时间缝隙时隙；2024/5/480每个载频上的帧结构如何组成每个载频上的帧结构如何组成帧结构中涉及以下概念：时隙TDMA帧复帧超帧超高帧业务信道与信令信道的帧结构组成不同，请看下页图示：2024/5/4812024/5/482控制信道帧结构控制信道帧结构8时隙时隙TDMA帧帧26TDMA帧帧1复帧复帧51复帧复帧1超帧超帧2048超帧超帧1 1超高帧超高帧超高帧超高帧业务信道帧结构业务信道帧结构8时隙时隙TDMA帧帧51TDMA帧帧1复帧复帧26复帧复帧1超帧超帧2048超帧超帧1 1超高帧超高帧超高帧超高帧2024/5/483突发脉冲种类与功能突发脉冲种类与功能Um接口上有哪几种突发脉冲？每一种突发脉冲完成什么功能？2024/5/484Um接口突发脉冲种类接口突发脉冲种类常规突发脉冲序列（NB）频率校正突发脉冲序列（FB）同步突发脉冲序列（SB）接入突发脉冲序列（AB）虚拟突发脉冲序列（DB）2024/5/4853bit142bit3bit8.25bit尾比特尾比特保护间隔数据 频率校正突发脉冲序列频率校正突发脉冲序列(FB)：用于用于MS与与BTS之间的频率同步之间的频率同步3bit39加密加密bit39加密加密bit3bit8.25bit尾比特尾比特保护间隔数据数据64同步同步bit 同步突发脉冲序列同步突发脉冲序列(SB)：用于用于MS与与BTS之间的定时同步之间的定时同步突突发发脉脉冲冲 普通突发脉冲序列普通突发脉冲序列(NB)：用于携带业务信道和除用于携带业务信道和除RACH之外的控制信道上的信息之外的控制信道上的信息3bit57加密加密bit57加密加密bit3bit8.25bit尾比特尾比特保护间隔数据数据26bit11训练序列偷帧标志2024/5/486 虚拟突发脉冲序列虚拟突发脉冲序列(DB)：用于用于BTS在无信息下发的时隙发送填充帧在无信息下发的时隙发送填充帧8bit41同步同步bit36加密加密bit3bit68.25bit尾比特尾比特保护间隔数据 接入突发脉冲序列接入突发脉冲序列(AB)：用于用于MS初始化接入初始化接入3bit58bit58bit3bit8.25bit尾比特尾比特保护间隔26bit训练序列2024/5/487Um接口突发脉冲功能接口突发脉冲功能常规突发双向信道上完成常规信息的传送频率校正突发下行信道上完成手机频率校正功能同步突发下行信道上完成手机帧同步功能接入突发上行信道上完成手机接入申请功能2024/5/488突发脉冲应用实例突发脉冲应用实例以手机开机为例，说明突发脉冲的应用：开机频率校正突发 接收下行信道信息，完成手机频率校正功能同步突发 接收下行信道信息，完成手机帧同步功能常规突发 接收下行信道上的系统消息接入突发 在上行信道上完成手机接入申请功能常规突发 在双向信道上完成鉴权，加密后，进入空闲状态2024/5/4892.5 GSM无线接口无线接口2.5.3 Um接口逻辑信道接口逻辑信道您知道吗？为什么引入逻辑信道？逻辑信道的种类？每一种逻辑信道的功能？逻辑信道如何组合？2024/5/490为什么引入逻辑信道为什么引入逻辑信道Um接口物理信道上传送的信息种类繁多；每一类信息均有一定的要求和规律；由一定的物理信道支撑；为了表述每一类信息的方便，定义了多种逻辑信道.2024/5/491逻辑信道的分类逻辑信道的分类逻辑信道分为两类：业务信道（Traffic Channel）：传业务信息，包括：话音和数据；控制信道（Control Channel），或称为信令信道（Signalling Channel）：传各种控制信息；2024/5/492逻辑信道类型逻辑信道类型2024/5/493话音业务信道全速率话音业务信道（TCH/F)半速率话音业务信道（TCH/H)增强型全速率话音业务信道（Enhanced TCH/F）业务信道业务信道Speech Traffic Type话音编码速率话音编码速率（Kbit/s）信道编码速率信道编码速率（Kbit/s）Full-rate Speech1322.8Enhanced Full-rate Speech12.2Half-rate Speech6.511.42024/5/494数据业务信道9.6kbit/s，全速率数据业务信道（TCH/F9.6）4.8kbit/s，全速率数据业务信道（TCH/F4.8）4.8kbit/s，半速率数据业务信道（TCH/H4.8）2.4kbit/s，全速率数据业务信道（TCH/F2.4）2.4kbit/s，半速率数据业务信道（TCH/H2.4）业务信道业务信道2024/5/495作用：控制信道（CCH）用于传送信令或同步数据.分类（三大类）广播信道（BCH）公共控制信道（CCCH）专用控制信道（DCCH）控制信道控制信道2024/5/496特点：下行信道，传频率校正、同步及系统消息分类（三种）：频率校正信道（FCCH）同步信道（SCH）广播控制信道（BCCH）广播信道（广播信道（BCH）2024/5/497频率校正信道（FCCH），传送：移动台的频率校正信息同步信道（SCH），传送同步信息：基站识别码BSIC简化TDMA帧号广播控制信道（BCCH），传送：手机由此获得各种系统参数 广播信道（广播信道（BCH）功能）功能2024/5/498特点：系统内移动台共用分类：寻呼信道（PCH）随即接入信道（RACH）接入允许信道（AGCH）公共控制信道（公共控制信道（CCCH）2024/5/499寻呼信道（PCH），下行，用于：寻呼移动台随即接入信道（RACH），上行，用于：移动台提出入网申请，请求分配一条SDCCH；接入允许信道（AGCH），下行，用于：入网应答，分配一条SDCCH或TCH 公共控制信道（公共控制信道（CCCH）功能）功能2024/5/4100特点：由基站分给某一特定的移动台专用分类：独立专用控制信道（SDCCH）非组合的SDCCH/8；与CCCH组合的SDCCH/4 专用控制信道（专用控制信道（DCCH）慢速随路控制信道（SACCH）TCH/F随路控制信道（SACCH/TF）TCH/H随路控制信道（SACCH/TH）SDCCH/4 随路控制信道（SACCH/C4）SDCCH/8 随路控制信道（SACCH/C8）快速随路控制信道（FACCH）TCH/F随路控制信道（FACCH/F）TCH/H随路控制信道（FACCH/H）2024/5/4101独立专用控制信道（SDCCH），双向，用于：传送鉴权、业务信道指配信息；慢速随路控制信道（SACCH），双向，与一条业务信道或一条SDCCH联用；在传送用户信息期间代传某些特定信息，例如无线传输的测量报告、功率控制.快速随路控制信道（FACCH）与一条业务信道联用，携带与SDCCH同样的信号；只在未分配SDCCH时才分配FACCH；通过从业务信道借取的帧来实现信令传输；传送诸如“越区切换”等指令信息.专用控制信道（专用控制信道（DCCH）功能）功能2024/5/4102还有其他的逻辑信道吗还有其他的逻辑信道吗小区广播控制信道CBCH，用于下行短消息业务的小区广播信息！YES！2024/5/4103搜寻频率校正脉冲搜寻频率校正脉冲搜寻同步脉冲搜寻同步脉冲解读系统消息解读系统消息侦听寻呼消息侦听寻呼消息发送接入脉冲发送接入脉冲信令信道分配信令信道分配呼叫建立呼叫建立话音信道分配话音信道分配通话通话呼叫释放呼叫释放FCCHSCHBCCHPCHRACHAGCHSDCCHSDCCHTCHFACCH关机状态关机状态空闲状态空闲状态专用模式专用模式空闲状态空闲状态逻辑信道作用举例逻辑信道作用举例2024/5/4104逻辑信道的组合逻辑信道的组合几种不同的逻辑信道可以在同一物理时隙上传输，同一逻辑信道也可以在不同的物理时隙上传输.逻辑信道的组合逻辑信道的组合多种组合方法：多种组合方法：TCH/F+FACCH/F+SACCH/TFTCH/H+FACCH/H+SACCH/TH26复帧FCCH+SCH+BCCH+CCCHFCCH+SCH+BCCH+CCCH+SDCCH/4+SACCH/C4BCCH+CCCHSDCCH/8+SACCH/C851复帧2024/5/4105逻辑信道组合 主主BCCH2024/5/4106逻辑信道组合组合组合BCCH2024/5/4107逻辑信道组合独立独立SDCCH2024/5/4108逻辑信道组合TCH信道信道2024/5/4109逻辑信道应用实例逻辑信道应用实例以MS开机为例，说明逻辑信道的应用：开机FCCH：接收频率校正信息SCH：接收BS同步信号BCCH：接收系统消息 RACH：接入申请 AGCH：允许接入，并分配SDCCHSDCCH/SACCH：在SDCCH上进行鉴权；在SACCH上进行功率控制空闲状态接收BCCH 2024/5/41102.5 GSM无线接口无线接口2.5.4 Um接口话音处理接口话音处理您知道吗？话音是如何在无线信道上传送的？您知道语音编码、信道编码、交织、加密、调制吗？2024/5/4111话音在无线信道上的传送话音在无线信道上的传送发送话音在MS中的处理过程我们一话音的发送为例，讲述话音的无线传输；话音的接收仅仅是发送的反过程.语音语音A/D8KHz，13bit语音编码语音编码分段分段20ms13kbit/s信道编码信道编码交织交织突发脉冲突发脉冲加密加密22.8kbit/s调制调制33.8kbit/s发送发送2024/5/4112话音处理过程综述话音处理过程综述首先，语音通过一个模/数转换器，实际上是经过8KHZ抽样，每个脉冲均匀量化为13bit；每20ms为一段，再经语音编码后降低传码率为13bit/s；经信道编码变为22.8Kbit/s；再经码字交织、加密和突发脉冲格式化后变为33.8kbit/s的码流；经调制后发送出去.接收端的处理过程相反.2024/5/4113信道编码信道编码为了检测和纠正传输期间引入的误码，在数据流中引入冗余BIT用于纠错；信道编码器把话音分成“很重要（50bit）、较重要（132bit）和不重要（78bit）三部分.对前两部分分别加入3、4位奇偶校正码（50+3）+（132+4）=189bit，然后做1：2的卷积（189*2=378bit），再加上不重要的78bit，形成了456bit/20ms=22.8kbit/s的信道编码组.结果使20ms段BIT数从260BIT增加到456BIT，相应的话音速率从13K增加到22.8K.2024/5/4114块编码器块编码器激励激励编码器编码器50bit50+3=53(132+4)+53)*2=378132bit78bit456bit2024/5/4115为什么引入话音交织？为什么引入话音交织？无线传输干扰和误码通常在某个较小时间段内发生，影响连续的几个突发脉冲；如果把话音帧内的BIT顺序按一定的规则错开，使原来连续的BIT分散到若干个突发脉冲中传输，则可分散误码，使连续的长误码变为若干分散的短误码，以便于纠错，提高话音质量便于纠错，提高话音质量.交织交织2024/5/4116交织交织交织处理的两个优点：交织处理的两个优点：可以减少一个话音帧内的误码数量；通过信道解码，可实现部分误码的纠正.交织处理的两个缺点：交织处理的两个缺点：话音处理的长时延；信号处理的复杂程度.2024/5/4117一次交织（块间交织）一次交织（块间交织）第一次交织把456bit/20ms的话音码分成8块，每块57bit.前后两个20ms段的块交织，组成8个 114bit的块2024/5/4118二次交织（块内交织）二次交织（块内交织）第二次把每个114bit块里来自两个20ms话音码段的57bit块进行比较交织，形成第二次交织后的114bit块2024/5/41191 2 3 4 5 6 7 8.452 453 454 455 456816.456210.450614.45419.449412.452715.455311.451513.453.B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 A4,B0 A5,B1 A6,B2 A7,B3 B4,C0 B5,C1 B6,C2 B7,C3一次交织：一次交织：二次交织：二次交织：语音交织语音交织2024/5/4120为什么引入加密技术？为什么引入加密技术？对无线接口上传送的信息（话音或数据）进行加密，防止无线侦听导致失密；GSM系统的加密技术仅仅保护无线接口.加密技术加密技术2024/5/4121加密技术加密技术+A5A5KcTDMA帧号KcTDMA帧号未加密话音已加密话音无线传播解密话音MS侧BTS侧把交织后的114bit块和一个114bit的加密块进行加密2024/5/4122调制技术调制技术GMSK高斯滤波最小频移键控高斯滤波最小频移键控进一步压缩调制频谱；进一步压缩调制频谱；防止信号能量扩散到邻近信道，防止信号能量扩散到邻近信道，带外辐射带外辐射-60-80dB；在在200KHz频道间隔中，传输频道间隔中，传输270.8Kbit/s的数字信号。的数字信号。2024/5/4123 2.5 GSM无线接口无线接口2.5.3 Um接口控制技术接口控制技术您知道吗？系统如何控制手机与基站的功率？系统如何控制手机的信号传输起始时刻？什么是DTX、DRX？什么是跳频技术？系统如何控制手机的发射时刻？2024/5/4124为何需要为何需要APC？可降低手机功耗，延长电池使用时间；可减小系统内的干扰，提高频率利用率，增加系统容量.如何进行如何进行APC？MS功率控制：MS接收BTS发射的信号，得到射频信号强度、质量等级参数，进行APC；手机起始发射功率由系统消息决定；可能导致切换、掉话.BTS功率控制：BTS接收MS发射信号，得到射频信号强度、质量等级参数，（BTS预处理）上报BSC，由BSC进行APC自动功率控制技术（自动功率控制技术（APC）2024/5/4125为何需要为何需要DTX？通话是双向的，对于MS用户/来说，平均的说话时间约在40%以下；可降低手机功耗，延长电池使用时间；可减小系统内的干扰，提高频率利用率，增加系统容量.如何进行如何进行DTX？采用VAD（话音激活检测）技术：在说话时，正常发射信号；在停止说话时，每隔一段时间发送一个静音帧，由静音帧在BTS产生舒适噪声；使对方不会误以为通话中断.重新开始说话时，由VAD功能检测到话音，重新正常发射信号.非连续发射技术（非连续发射技术（DTX）2024/5/4126为何需要为何需要DRX？手机绝大部分时间处于空闲状态，此时需要随时准备接收BTS发来的寻呼信号；系统按照IMSI将MS用户分类，不同类别的手机在不同的时刻接收系统寻呼消息，无需连续接收；可降低手机功耗，延长电池使用时间；如何进行如何进行DRX？系统根据IMSI将MS分类，分时刻接收寻呼消息.非连续接收技术（非连续接收技术（DRX）2024/5/4127跳频即：在跳频即：在不同时隙发射载频不同时隙发射载频在不断地改变在不断地改变为何引入跳频？为何引入跳频？可减少瑞利衰落，提高每用户的话音质量；可减小系统内的干扰，提高频率利用率，增加系统容量GSM系统的无线接口采用了慢速跳频（SFH）技术，即系统在整个突发序列传输期(BP)，传送频率保持不变跳频技术跳频技术2024/5/4128跳频技术跳频技术GSM跳频示意图跳频示意图频率频率f 0帧f 1f 2f 3f 4时间时间2024/5/4129为什么引入时延调整？为什么引入时延调整？由于GSM采用TDMA，每载频8个时隙，应严格保持时隙间的同步；GSM的小区半径可以达到35km，从手机出来的信号需要经过一定时间才能到达基站，因此我们必须采取一定的措施，来保证信号在恰当的时候到达基地站.时延调整时延调整时延调整2024/5/4130时延调整时延调整如何进行时延调整？如何进行时延调整？采用时间提前量参数（采用时间提前量参数（TA）调整发信时间）调整发信时间正常通话中，当MS接近基站时，基站就会通知MS减小时间提前量；而当MS远离小区中心时，基站就会要求MS加大时间提前量.2024/5/41313.GSM移动区域与编号计划移动区域与编号计划3.1 GSM区域定义3.2 编号计划2024/5/41323.1 GSM区域定义区域定义 PLMN区区.服务区服务区 PLMN区区MSC区区.MSC区区.位置区位置区.位置区位置区.基站覆盖区基站覆盖区.基站覆盖区基站覆盖区.小区小区小区小区.2024/5/41333.1 GSM区域定义区域定义3.1.1 服务区服务区服务区是指移动台可获得服务的区域，即不同通信网（如PLMN、PSTN或ISDN）用户无需知道移动台的实际位置而可与之通信的区域.一个服务区可由一个或若干个公用陆地移动通信网（PLMN）组成，可以是一个国家或是一个国家的一部分，也可以是若干个国家.2024/5/41343.1 GSM区域定义区域定义3.1.2 PLMN区区PLMN是由一个公用陆地移动通信网(PLMN）提供通信业务的地理区域.一个PLMN区可由一个或若干个移动业务交换中心（MSC）组成.在该区内具有共同的编号制度（比如相同的国内地区号）和共同的路由计划.2024/5/41353.1 GSM区域定义区域定义3.1.3 MSC区区MSC是由一个移动业务交换中心所控制的所有小区共同覆盖的区域构成PLMN网的一部分.一个MSC区可以由一个或若干个位置区组成.2024/5/41363.1 GSM区域定义区域定义3.1.4 位置区位置区位置区是指移动台可任意移动不需要进行位置更新的区域.位置区可由一个或若干个小区（或基站区）组成.为了呼叫移动台，可在一个位置区内所有基站同时发寻呼信号.2024/5/41373.1 GSM区域定义区域定义3.1.5 基站覆盖区基站覆盖区由置于同一基站点的一个或数个基站收