移动通信基站基础知识课件

主主讲 郭双郭双贵 高高级工程工程师1 1完整完整pptpptn 移移动通信通信是指通信是指通信双方双方或至少或至少一方一方处于于移移动中中进行行信息交互信息交互的通信，即的通信，即移移动体体与与移移动体体、移移动体体与与固定体固定体之之间的的通信通信。n按照按照移移动体体所所处的的运运动区域区域不同，移不同，移动通信可通信可分分为陆地移地移动通信通信、海上移海上移动通信通信和和空中移空中移动通信通信。n陆地移地移动通信以通信以蜂蜂窝移移动通信通信系系统应用最用最为广广泛，以泛，以数字蜂数字蜂窝移移动通信通信发展最展最为迅速，本章迅速，本章着重介着重介绍数字蜂数字蜂窝移移动通信系通信系统。2024/7/112024/7/112 2完整完整pptppt 第一第一节 移移动通信的特点及分通信的特点及分类 移移动通信系通信系统由于由于用用户的移的移动性性，管理技管理技术要要比比固定通信固定通信要复要复杂，移移动通信网中依靠的是通信网中依靠的是无无线电波波的的传播播，传播播环境境比比有有线媒媒质的的传播特性播特性复复杂，移移动通信通信有着与有着与固定通信固定通信不同的特点。不同的特点。一、移一、移动通信的特点通信的特点 1 1、无、无线电波波传播播环境复境复杂：移移动通信的通信的电波波处在在特高特高频（3003003000MHz3000MHz）频段，段，电波波传播主要方式是播主要方式是视距距传播播。电磁波在磁波在传播播时不不仅有有直射波直射波信号，信号，还有有经地面地面、建筑群建筑群等等产生的生的反射反射、折射折射、绕射射的的传播播，从而，从而产生生多径多径传播播引起的引起的快衰落快衰落、阴影效阴影效应引起的引起的慢衰落，慢衰落，系系统必需配有必需配有抗衰落抗衰落措施，才能保措施，才能保证正常运行。正常运行。2024/7/112024/7/113 3完整完整pptppt2 2、噪声和干、噪声和干扰严重：重：移移动台在台在移移动时即受到即受到环境噪声境噪声的干的干扰，又有，又有系系统干干扰。由于系。由于系统内有内有多个用多个用户，必，必须采用采用频率复用率复用技技术，系，系统就有就有了了互互调干干扰、邻道干道干扰、同同频干干扰等主要的等主要的系系统干干扰，这就要求系就要求系统有合理的有合理的同同频复用复用规划划和和无无线网网络优化化等措施。等措施。3 3、用、用户的移的移动性：性：用用户的的移移动性性和移和移动的的不可不可预知性知性，要求系，要求系统有完善的有完善的管理技管理技术对用用户的的位位置置进行行登登记、跟踪，跟踪，不因不因位置位置改改变中断通信。中断通信。4 4、频率率资源有限：源有限：ITUITU对无无线频率率的划分的划分有有严格格规定定，要，要设法提高系法提高系统的的频率利用率。率利用率。2024/7/112024/7/114 4完整完整pptppt二、移二、移动通信的分通信的分类 1.1.按服按服务对象分象分类：公用移公用移动通信通信和和专用移用移动通信。通信。2.2.按按组网方式分网方式分类：峰峰窝状移状移动通信通信、移、移动卫星通信、移星通信、移动数据数据通信、公用无通信、公用无绳电话、集群、集群调度度电话等。等。3.3.按工作方式分按工作方式分类：单向和向和双向双向通信方式两大通信方式两大类，双向通信方，双向通信方式可又分式可又分为单工、工、双工双工和半双工通信方式。和半双工通信方式。4.4.按采用的技按采用的技术分分类：分分为模模拟移移动通信系通信系统和和数字移数字移动通信系通信系统。2024/7/112024/7/115 5完整完整pptppt 第二第二节 移移动通信的通信的发展展历程程n8080年代年代发展起来的第一代展起来的第一代模模拟移移动通信系通信系统。n9090年代初年代初发展展为第二代第二代数字数字移移动通信系通信系统。n现正在建正在建设第三代第三代宽带数字移数字移动通信系通信系统（3G3G）。）。n3G3G以以宽带多媒体移多媒体移动通信通信为目目标，数据，数据传输速率：速率：高速移高速移动环境境 144kbit/s144kbit/s；步行慢速移步行慢速移动环境境 384kbit/s384kbit/s；室内静室内静态环境境 2Mbit/s2Mbit/s；n3G3G世界三大主流世界三大主流标准：准：WCDMAWCDMA、CDMA 2000CDMA 2000、TD-SCDMATD-SCDMA（我国提出的我国提出的标准准）。2024/7/112024/7/116 6完整完整pptppt 第三第三节 数字移数字移动通信技通信技术一、数字一、数字调制技制技术n数字数字调制是使在信道上制是使在信道上传送的送的信号特性信号特性与与信道信道特性特性相匹配相匹配的一种技的一种技术。n模模拟语音信号，音信号，经过语音音编码所得到的所得到的数字信数字信号号必必须经过调制制才能才能实际传输。n无无线传输系系统中，是利用中，是利用载波波来来携携带语音音编码信号的，即用信号的，即用语音音编码后的后的数字信号数字信号对载波波进行行调制制。n数字数字调制方式有以下几种：制方式有以下几种：2024/7/112024/7/117 7完整完整pptpptl移移频键控（控（FSKFSK）：）：载波的波的频率率按照按照数字信号数字信号 “1”1”、“0”0”变化化而而对应变化化；l移相移相键控（控（PSKPSK）：）：载波的波的相位相位按照按照数字信号数字信号“1”1”、“0”0”变化化而而对应变化化；l振幅振幅键控（控（ASKASK）：）：载波的波的振幅振幅按照按照数字信号数字信号“1”1”、“0”0”变化化而而对应变化化。lGSMGSM移移动通信系通信系统采用采用高斯高斯预滤波最小移波最小移频键控控GMSKGMSK。n移移动通信使用的通信使用的调制技制技术还有：有：二相移相二相移相键控控（BPSKBPSK）、四相移相）、四相移相键控（控（QPSKQPSK）、正交）、正交调幅幅（QAMQAM）,频谱利用率利用率较高高,设计难度度和和成本成本较高。高。2024/7/112024/7/118 8完整完整pptppt二、多址技二、多址技术 n多址技多址技术就是把就是把多个用多个用户接入接入一个一个传输媒媒质实现相互相互间通信通信时，给每个用每个用户信号信号赋予予不同的不同的特征特征，以，以区分不同区分不同的的用用户的技的技术。n常用的多址方式：常用的多址方式：頻分多址頻分多址（FDMAFDMA）、时分多址分多址（TDMATDMA）和和码分多址分多址（CDMACDMA）。nGSMGSM系系统使用：使用：频分多址（分多址（FDMAFDMA）/时分多址分多址（TDMATDMA）混和多址方式，即混和多址方式，即 FDMA/TDMAFDMA/TDMA。n3G3G系系统多址方式使用：多址方式使用：码分多址（分多址（CDMA)CDMA)方式。方式。2024/7/112024/7/119 9完整完整pptppt 1 1、频分多址（分多址（FDMAFDMA）nFDMAFDMA是把工作是把工作频段划分成段划分成多个无多个无线载频，每，每一个一个载频信道信道可以可以传输一路一路语音音或或控制控制信息，通信信息，通信时不同不同的的MSMS占用占用不同的不同的频率信道率信道进行通信。行通信。nFDMAFDMA的特点：的特点：（1 1）信道的）信道的带宽较窄窄（252530KHz30KHz），相），相邻频道要道要留有留有防防护频带；（2 2）与）与TDMATDMA系系统比，比，FDMAFDMA系系统的的复复杂程度程度低。低。（3 3）采用）采用单路路单载波波（SCPCSCPC）设计，需使用高性，需使用高性能的能的射射频（RFRF）带通通滤波器波器来减少来减少邻道干道干扰，成，成本本较高。高。2024/7/112024/7/111010完整完整pptppt2 2、时分多址（分多址（TDMATDMA）nTDMATDMA是把是把时间分成周期性的分成周期性的帧，每，每一一帧再分割再分割成成若干若干时隙隙，一个，一个时隙隙就是一个通信就是一个通信信道信道。n通信通信时，给每个用每个用户分配分配一个一个时隙隙，使各，使各移移动台台在在每每帧内内只能按只能按指定的指定的时隙隙向基站向基站发射射或或接接收收信号。同信号。同一个一个频道道就可供就可供几个用几个用户同同时进行行通信。通信。nGSMGSM系系统无无线路径上路径上采用采用TDMATDMA方式，方式，每一个每一个载频可分成可分成8 8个个时隙，一个隙，一个时隙隙为一个一个信道信道，一个，一个载频最多可有最多可有8 8个个移移动用用户同同时进行通信。行通信。供几个用供几个用户2024/7/112024/7/111111完整完整pptpptn如下如下图所示的所示的频分多址和分多址和时分多址方式：分多址方式：a.FDMA b.TDMA2024/7/112024/7/111212完整完整pptpptn时分多址（分多址（TDMATDMA）的特点）的特点 （1 1）TDMATDMA系系统中中几个用几个用户共享共享同一个同一个载频，但每个用但每个用户使用彼此使用彼此互不重叠互不重叠的的时隙隙。（2 2）TDMATDMA系系统中的中的数据数据发射是不射是不连续的的，是，是以以突突发方式方式发射，射，耗耗电较少少，移，移动台可在台可在空空闲的的时隙隙里里监听听其他其他基站基站，使，使越区切越区切换大大为简化。化。（3 3）共享）共享设备的的成本低成本低，每，每一一载频为许多用多用户提供提供业务，用，用户平均成本大大低于平均成本大大低于FDMAFDMA系系统。（4 4）移）移动台台复复杂，它需要，它需要处理复理复杂的的数字信号数字信号。2024/7/112024/7/111313完整完整pptppt 3 3、码分多址（分多址（CDMACDMA）移移动通信中，通信中，多个用多个用户使用的使用的频率率和和时间都是都是相同的相同的，而，而给每个每个移移动台台分配一个分配一个独立独立的的码序列序列，这种用种用不同不同的的正交正交编码序列序列来来区分区分不同移不同移动用用户的的通信方式通信方式，称，称为码分多址分多址。n码分多址（分多址（CDMA)CDMA)的特点的特点 （1 1）系）系统容量大。容量大。CDMA CDMA 无无线信道容量信道容量 比比 FDMAFDMA大近大近1010倍倍。（2 2）有很）有很强的抑制干的抑制干扰和多径衰落的能力。和多径衰落的能力。CDMACDMA的的扩频系系统可以把多径干可以把多径干扰信号信号解解扩去除。去除。（3 3）具有）具有软容量和小区呼吸功能。系容量和小区呼吸功能。系统忙忙时只只需少需少许增加增加系系统噪声噪声就可就可增加通增加通话用用户，即所，即所谓软容量。小区呼吸功能是指容量。小区呼吸功能是指负荷量荷量动态控制控制。2024/7/112024/7/111414完整完整pptppt（4 4）软切切换。当当 移移动台超越台超越小区小区或或扇区扇区时，由于，由于工作工作频率率相同，只是相同，只是地址地址码序列不同，不需要序列不同，不需要频率率的的切切换，称之，称之为软切切换。软切切换是先接后断切是先接后断切换，软切切换可靠性高可靠性高。（5 5）存在多址干）存在多址干扰和和远近效近效应。CDMACDMA的的地址地址码不不可能可能完全正交完全正交，在，在解解扩过程中必然程中必然带来来用用户间的的干干扰；CDMACDMA的的信道信道也采用也采用地址地址码分割，并切公用分割，并切公用载波波，增加，增加信道信道的同的同时干干扰也也增加增加。CDMACDMA系系统通通过自自动功率控制功率控制减减轻其影响。其影响。n由于由于信道地址信道地址码的相互作用，任何的相互作用，任何一个信道一个信道将受将受到其他到其他不同地址不同地址码信道信道的的干干扰，称，称为多址干多址干扰。2024/7/112024/7/111515完整完整pptpptnCDMACDMA系系统的的多址干多址干扰直接限制直接限制容量容量的的扩大。大。码分多址技分多址技术是基于以下两种是基于以下两种扩频通信通信方式：方式：（1 1）跳）跳频技技术 跳跳频技技术是是扩频通信通信中的一种，中的一种，GSMGSM系系统中中使用跳使用跳频技技术，其主要功能是可有效地减小，其主要功能是可有效地减小传播信道播信道对某个某个频率率的的选择性性衰落；可避免衰落；可避免多径多径信号信号的干的干扰。跳跳频分分为基基带跳跳频和和射射频跳跳频两种。两种。如如图所示。（所示。（a a）基）基带跳跳频 （b b）射）射频跳跳频 （2 2）扩频技技术2024/7/112024/7/111616完整完整pptpptTRXnTRX2TRX1耦耦 合合 器器基基带信号信号时隙隙交叉交叉控制控制图 1.21.2（a a）基）基带跳跳频2024/7/112024/7/111717完整完整pptpptPNPN码发生器生器可可变频率合成器率合成器射射频调制制频率合成器率合成器射射频调制制耦耦 合合 器器基基带信令信令基基带信息信息F0F1-Fn图 1.21.2（b b）射）射频跳跳频2024/7/112024/7/111818完整完整pptppt 扩频通信是将通信是将信息信号信息信号的的频谱扩展展后再后再进行行传输，提高了系，提高了系统的的抗干抗干扰能力，在能力，在强干干扰甚甚至信号至信号被噪声淹没被噪声淹没的情况下，能保的情况下，能保证可靠通信。可靠通信。常用的常用的扩频通信技通信技术如下：如下：l直接直接扩频（DSDS）将要将要传输的的信息数据信息数据用用高高速速伪随机随机码序列序列调制制，由于，由于伪随机序列随机序列的速率的速率（带宽）远大于大于信息数据信息数据速率，使要速率，使要传递信息信息数据数据信号的信号的频谱被展被展宽。l跳跳频（FHFH）荷荷载信息信息的的信号信号受受伪随机序列随机序列的的控制控制，在，在一一组预先指定先指定的的频率上率上离散地离散地跳跳变，从而从而扩展了展了发射信号射信号的的频谱。2024/7/112024/7/111919完整完整pptppt三、双工方式三、双工方式 1 1、频分双工（分双工（FDDFDD）：）：收收发信信各占用一个各占用一个频率率。优点是收、点是收、发信号同信号同时进行，行，时延小，技延小，技术成熟，成熟，缺点是缺点是设备成本高。成本高。2 2、时分双工（分双工（TDDTDD）：）：收收发信信使用使用同一个同一个频率率,但使用但使用不同不同时隙隙。优点是点是频谱利用灵活利用灵活,上、下行上、下行使用使用相同的相同的频率率，传输特性相同特性相同，有利于使用，有利于使用智能天智能天线,无无收收发间隔隔要求要求,支持支持不不对称称业务,设备成本低成本低等。等。缺点是小区半径小缺点是小区半径小,抗快衰落和多普勒效抗快衰落和多普勒效应的能的能力低于力低于FDD,FDD,终端移端移动速度不能超速度不能超过120km/h120km/h。2024/7/112024/7/112020完整完整pptppt四、四、频率复用技率复用技术 在移在移动通信系通信系统中，中，频率率资源有限源有限，为提高提高频谱利用率利用率，在，在相隔一定距离相隔一定距离后重新使用后重新使用相同的相同的频率率组，这种种采用同頻复用采用同頻复用和和頻率分頻率分组来提高来提高頻率頻率利用率利用率方式，就是方式，就是频率复用技率复用技术。n实际应用中常采用用中常采用 4/12 4/12 和和 3/9 3/9 频率复用率复用分分组方方式式。即将。即将1212组頻率頻率轮流分配到流分配到4 4个基站个基站和将和将9 9组頻頻率率轮流分配到流分配到3 3个基站个基站，每个，每个站点站点可用到可用到3 3个个频率率组。n频率复用会率复用会带来来小区小区间的的干干扰，GSMGSM系系统要求：要求：同同频干干扰保保护比比 C/I9dBC/I9dB 邻频干干扰保保护比比 C/I-9dB C/I-9dB 2024/7/112024/7/112121完整完整pptppt图 1.3 1.3 按按4/124/12方式复用的小区示意方式复用的小区示意图2024/7/112024/7/112222完整完整pptppt图1.5 1.5 按按3/93/9方式复用的小区示意方式复用的小区示意图2024/7/112024/7/112323完整完整pptppt 第四第四节 无无线电频谱管理与使用管理与使用 1 1、无、无线电频谱管理管理 2 2、移、移动通信的通信的频谱特性和管理特性和管理2024/7/112024/7/112424完整完整pptpptnGSMGSM是是全球第一个全球第一个标准化准化的的数字数字蜂蜂窝移移动通信系通信系统，它，它对数字数字调制制方式、方式、网网络结构构和和业务种种类等等进行行标准化准化规范范，GSMGSM系系统可以提供可以提供全球漫游全球漫游。n主要特点主要特点1 1、频谱效率高：采用了高效效率高：采用了高效调制器、信道制器、信道编码和和语音音编码等技等技术，系，系统具有高具有高频谱效率。效率。2 2、容量大：比、容量大：比TACSTACS（模（模拟移移动通信系通信系统）高）高3-53-5倍倍3 3、话音音质量好：量好：接收信号在接收信号在门限限值以上以上时，达到与，达到与有有线传输相同相同的水平而与无的水平而与无线传输质量无关。量无关。2024/7/112024/7/112525完整完整pptppt 4 4、开放的接口：、开放的接口：GSMGSM系系统从从空中接口空中接口到到网网络之之间以及网以及网络中中各各实体体之之间，提供的，提供的接口接口都是都是开放性的开放性的。5 5、安全性高：、安全性高：通通过鉴权、加密和、加密和TMSITMSI（临时用用户识别码）号）号码的使用，的使用，实现了安全保了安全保护，鉴权用来用来验证用用户的入网的入网权力力，加密加密防止有人跟踪而防止有人跟踪而泄漏地泄漏地理位置理位置。6 6、可与、可与ISDNISDN（综合合业务数据网）、数据网）、PSTNPSTN（公用（公用电话网）等互网）等互连，与，与其它网其它网络互互连是利用是利用现有接口有接口。n在在SIMSIM卡卡基基础上上实现漫游漫游，漫游漫游是移是移动通信的通信的重要重要特征特征，GSMGSM系系统可以提供可以提供全球漫游全球漫游。2024/7/112024/7/112626完整完整pptppt 第一第一节 GSMGSM系系统的的结构构一、一、GSMGSM系系统的的结构构 主要由主要由 移移动台台（MSMS）、）、基站子系基站子系统 （BSSBSS）和）和 网网络子系子系统（NSSNSS）三部分）三部分组成。成。GSMGSM系系统通通过一定的一定的网网络接口接口和和用用户连接接。其其结构方框构方框图见图2.12.12024/7/112024/7/112727完整完整pptpptSMC图2.1 GSM2.1 GSM系系统的的结构构图2024/7/112024/7/112828完整完整pptppt1.1.移移动台（台（MSMS）：）：是移是移动用用户设备部分，由部分，由移移动终端端和和用用户识别卡卡(SIM)(SIM)两部分两部分组成，移成，移动终端是端是“机机”，SIMSIM卡是卡是“身份卡身份卡”，存有，存有认证用用户身份的所有信息。身份的所有信息。SIMSIM卡卡还存存储与网与网络和用和用户有关的管理数据，只有有关的管理数据，只有插入插入SIMSIM卡后卡后移移动台才能台才能接入接入进网网。2.2.基站子系基站子系统（BSSBSS）：）：由由基站控制器基站控制器（BSCBSC）和）和基站收基站收发信机信机（BTSBTS）两部分两部分组成，是成，是GSMGSM系系统的基本的基本组成部分。成部分。n 基站控制器（基站控制器（BSCBSC）：具有）：具有对一个一个或或多个多个BTSBTS进行行控制控制的功能，主要的功能，主要负责无无线资源管理源管理、小区配置数小区配置数据据管理、管理、功率控制功率控制、定位定位和和切切换等。等。基站控制器（基站控制器（BSC)BSC)是一个很是一个很强的的业务控制点控制点。2024/7/112024/7/112929完整完整pptpptn 基站收基站收发信台（信台（BTSBTS）：）：是是无无线接口接口设备，主要包括，主要包括无无线发射射和和接收接收设备、天天线设备及及信号信号处理理部分。完成部分。完成无无线传输、有有线与与无无线转换、分集分集、加密加密、跳跳频等。等。实现BTS BTS 与与 MS MS 之之间无无线传输和和相关控制相关控制功能。功能。3.3.网网络子系子系统（NSSNSS）：）：由由移移动业物交物交换中心中心（MSCMSC）、）、来来访用用户位置寄存器位置寄存器（VLRVLR）、）、归属属用用户位置寄存器位置寄存器（HLRHLR）、）、鉴权中心中心（AUCAUC）和）和移移动设备识别寄存器寄存器（EIREIR）、）、短消息短消息业物中心物中心（SMC)SMC)等等单元元组成。主要完成成。主要完成交交换功能功能和和用用户数据数据与与移移动性管理性管理、安全性管理安全性管理所需的所需的数据数据库功功能能。2024/7/112024/7/113030完整完整pptppt （1 1）移移动业务交交换中心（中心（MSCMSC）：）：n是是GSMGSM系系统的的核心核心，它一，它一侧和和 BSSBSS接口，另一接口，另一侧与与外部网外部网络接口，主要提供接口，主要提供交交换功能，功能，MSCMSC可以可以从从HLRHLR、VLRVLR和和AUCAUC中中获取取有关有关处理用理用户位置登位置登记和和呼叫呼叫请求求的全部数据，支持的全部数据，支持位置登位置登记和和更新更新、越区切越区切换、漫游漫游和和计费功能。功能。n外部网外部网络用用户与与GSMGSM用用户之之间呼叫呼叫时，外部网，外部网络用用户首先被接到首先被接到入口入口移移动交交换中心中心（GMSCGMSC网关移网关移动业务交交换中心），它中心），它负责获取取移移动用用户的的位置位置信息，并把信息，并把呼叫呼叫转移到移到可向被叫用可向被叫用户提供服提供服务的的 MSCMSC。2024/7/112024/7/113131完整完整pptppt（2 2）来）来访用用户位置寄存器（位置寄存器（VLRVLR）：）：是一个是一个动态用用户数据数据库，存，存储着着进入入其控制区域内其控制区域内来来访的移的移动用用户的有关数据。的有关数据。这些数据是从些数据是从该用用户的的归属属位置寄存器位置寄存器获得得并并暂存的存的，当，当该用用户离开离开它的控它的控制区域制区域时，暂时存存储的的该用用户数据即数据即被被删除除。VLRVLR可以看作是一个可以看作是一个动态用用户数据数据库。VLRVLR总是和是和MSCMSC集成在一起的（集成在一起的（MSC/VLRMSC/VLR）。）。（3 3）归属用属用户位置寄存器（位置寄存器（HLRHLR）：它也是一个）：它也是一个数据数据库，存存储着着该GSMGSM系系统业务区内区内所有移所有移动用用户的有关数据。的有关数据。存存储的静的静态数据有：数据有：移移动用用户号号码、访问能力能力、用用户类别和和补充充业务等，等，还暂存移存移动用用户漫游漫游时的有关的有关动态信息数据。信息数据。2024/7/112024/7/113232完整完整pptppt（4 4）鉴权中心（中心（AUCAUC）：用于）：用于产生生为确定移确定移动用用户 的的身份身份和和对呼叫保密呼叫保密所需所需监权、加密加密的的3 3个个参数参数（随机数（随机数RAND.RAND.响响应数数SRES.SRES.密密钥KcKc）。）。（5 5）移）移动设备识别寄存器（寄存器（EIREIR）：也是一个）：也是一个数据数据库，存，存储有关移有关移动台台设备识别码（IMSIIMSI）。）。通通过核核查白色白色、黑色黑色和和灰色灰色三种清三种清单，完成，完成对移移动设备的的识别、监视、闭锁功能，以防止功能，以防止非法非法移移动台的使用。台的使用。（6 6）短消息）短消息业务中心（中心（SMCSMC）：短消息）：短消息业务是一是一 种种类似似传呼机呼机的的业务功能，在移功能，在移动用用户和移和移动用用户之之间或移或移动用用户和固定用和固定用户之之 间发送送较短短的信息。的信息。2024/7/112024/7/113333完整完整pptppt4.4.操作操作维护中心（中心（OMCOMC）操作操作维护中心，是中心，是对整个整个GSMGSM网网络进行行控制控制和和操操作作。通。通过它它实现对GSMGSM系系统内内的的自自检、故障故障诊断断和和处理理、话务量量统计和和计费数据数据的的记录和和传递，以及各，以及各种参数的种参数的收集收集、分析分析与与显示示等。等。5.GSM5.GSM的网的网络接口接口 如如图5.25.2所示。所示。（1 1）主要接口）主要接口 GSMGSM主要接口是指主要接口是指 A A接口接口、AbisAbis接口接口和和 U Um m 接口接口。这三种接口可保三种接口可保证不同厂商不同厂商生生产的的MSMS、BSSBSS及及NSSNSS等等设备能能够纳入入GSMGSM系系统中中正常运行正常运行和和使用使用。2024/7/112024/7/113434完整完整pptpptBTSMSVLRMSCEIRBSCHLRVLRMSCUmAbisABCDEFG图2.2 GSM2.2 GSM系系统的接口的接口 BTSMSVLRMSCEIRBSCHLRVLRMSCUmAbisABCDEFGBTSMSVLRMSCEIRBSCHLRVLRMSCUmAbisABCDEFG2024/7/112024/7/113535完整完整pptppt 1 1）A A接口。接口。nA A接口接口为NSSNSS与与BSSBSS之之间的通信接口。的通信接口。从系从系统实体来看，就是体来看，就是MSCMSC与与BSCBSC之之间的互的互连接接口，其口，其网网络连接接是通是通过采用采用标准的准的2.048Mbit/s2.048Mbit/s的的PCMPCM数字数字传输链路来路来实现的。的。nA A接口接口传送的信息包括送的信息包括对移移动台台和和基站基站的管理、的管理、移移动性性及及呼叫接呼叫接续管理等。管理等。2 2）AbisAbis接口。接口。是基站子系是基站子系统的的BSCBSC与与BTSBTS之之间的的通信接口通信接口。它是采用。它是采用标准的准的2.048Mbit/s2.048Mbit/s或或64Kbit/s64Kbit/s的的PCMPCM数字数字传输链路来路来实现。AbisAbis接口支持所有向接口支持所有向用用户提供的服提供的服务，支持，支持对BTSBTS无无线设备的的控制控制和和无无线资源源的分配。的分配。2024/7/112024/7/113636完整完整pptppt 3 3）UmUm接口（空中接口）。接口（空中接口）。UmUm接口定接口定义为 MS MS 和和 BTS BTS 之之间的的无无线通信通信接口，接口，是是GSMGSM系系统中中最重要最重要、最复最复杂的接口，包含的接口，包含信令信令接口接口和和物理接口物理接口两方面的含两方面的含义。网网络子系子系统（NSSNSS）内部接口。）内部接口。NSSNSS内部接口有：内部接口有：B B接口、接口、C C接口、接口、D D接口、接口、E E接口、接口、F F接口、接口、G G接口。接口。GSMGSM系系统与其它公用网与其它公用网络接口。接口。GSMGSM通通过移移动业务交交换中心中心 MSC MSC 与与 PSTNPSTN、ISDNISDN等等公用网公用网络连接，一般采用接，一般采用No.7No.7信令信令接口，其物理接口，其物理连接是接是2.048Mbit/s2.048Mbit/s的的PCMPCM数字数字传输链路。路。2024/7/112024/7/113737完整完整pptppt 第二第二节 GSMGSM的的 TDMA TDMA 信道信道nGSMGSM系系统的的无无线网网络，由，由小区小区构成，每个小区有构成，每个小区有多个多个载频，每个，每个载频又又有有8 8个个时隙隙，即，即8 8个物理信道个物理信道。nGSM GSM 采用采用 FDMA/TDMAFDMA/TDMA 的混和接入方式的混和接入方式。下面介下面介绍FDMA/TDMAFDMA/TDMA接入方式中的接入方式中的无无线信道信道。一、一、TDMA TDMA 信道信道nTDMATDMA信道：可分信道：可分为物理信道物理信道和和逻辑信道信道。n物理信道：一个物理信道就是物理信道：一个物理信道就是一个一个时隙隙。n逻辑信道：是根据信道：是根据 BTS BTS 与与 MS MS 之之间传递的的消息种消息种类不同而定不同而定义的不同的不同逻辑信道信道，逻辑信道信道要通要通过BTSBTS影影射射到不同的物理信道上来到不同的物理信道上来传送送，从，从BTSBTS到到MSMS的的方向方向称称为下行下行链路路，从，从MSMS到到BTSBTS方向称方向称为上行上行链路路。2024/7/112024/7/113838完整完整pptppt 逻辑信道又可分信道又可分为业务信道信道和和控制信道控制信道。1 1、业务信道（信道（TCHTCH）用于用于传送送数字数字话音音或或数据数据，还有少量有少量控制信令控制信令。业务信道可分信道可分为：语音音业务信道信道和和数据数据业务信道信道，在在TCHTCH中可安排中可安排慢速随路控制信道慢速随路控制信道（SACCH)SACCH)或或快速快速随路控制信道随路控制信道（FACCH)FACCH)。2 2、控制信道（、控制信道（CCHCCH）用于用于传送送信令信令或或同步数据同步数据。根据所完成的功能把。根据所完成的功能把 控制信道分控制信道分为：广播信道广播信道 (BCH)(BCH)、公共控制信道公共控制信道(CCCH)(CCCH)和和专用控制信道用控制信道 (DCCH)(DCCH)。（1 1）广播信道（）广播信道（BCHBCH）：用于）：用于基站基站向向移移动台广播公台广播公用用 2024/7/112024/7/113939完整完整pptppt 用于用于基站基站向向移移动台台广播广播公用信息公用信息。BCHBCH包括包括广播控制信道广播控制信道（BCCHBCCH）、）、频率校正率校正信道信道（FCCHFCCH）和）和同步信道同步信道（SCHSCH）。）。它它们携携带的的信息目信息目标是是小区内小区内所有手机，是所有手机，是一点一点 对多点多点的的单向向的的下行下行信道信道。（2 2）公共控制信道（）公共控制信道（CCCHCCCH）：用于）：用于传输MSMS接入接入过程程中所需的中所需的控制指令控制指令。接入接入许可信道可信道（AGCHAGCH）、）、寻呼信道呼信道（PCHPCH）、）、小区广播控制信道小区广播控制信道（CBCHCBCH）和）和随机接入信道随机接入信道（RACHRACH）。）。（3 3）专用控制信道（用控制信道（DCCHDCCH）：是一种）：是一种双向双向控制信道，控制信道，其用途是在其用途是在呼叫接呼叫接续阶段以及在段以及在通信通信进行中，在行中，在 MS MS 和和 BTS BTS 之之间传输必需的必需的控制信息控制信息。又分又分为SDCCHSDCCH、SACCH SACCH 和和 FACCHFACCH。2024/7/112024/7/114040完整完整pptppt二、二、TDMA TDMA 帧结构构 nGSMGSM系系统TDMATDMA的的物理信道物理信道，是用，是用帧来描述的，来描述的，每每一个一个载频被定被定义为一个一个帧。n每个每个帧的的周期周期是是4.615ms4.615ms，包括，包括8 8个个时隙隙：TS0 TS0 TS7,TS7,每个每个时隙占隙占 0.577ms0.577ms。nTDMATDMA帧的的编号以超高号以超高帧为周期的：周期的：从从 0 027156472715647，每，每27156482715648个个TDMATDMA帧为一个一个超高超高帧。n一个一个超高超高帧由由20482048个超个超帧组成，一个成，一个超超帧的的帧长为6.12s6.12s，它由，它由5151业务复复帧或或2626个控制复个控制复帧组成。成。2024/7/112024/7/114141完整完整pptppt 第三第三节 话音、信道音、信道编码和交和交织一、一、话音音编码 1.GSM 1.GSM 是是全数字系全数字系统，话音音或其他信号都要或其他信号都要进行数字化行数字化处理，第一步就是要把理，第一步就是要把话音模音模拟信号信号转换成数字信号成数字信号。2.PCM2.PCM编码是是波形波形编码，可分，可分为三个步三个步骤：采采样 量化量化 编码 3.3.采用采用PCMPCM方式方式编码数字数字话信号的信号的速率速率是：是：8bit8bit（一个字（一个字节）80008000次次/s/s64Kbit/s64Kbit/sn8 8个个时隙隙的的速率速率：64kbit/s8=512kbit/s64kbit/s8=512kbit/s。2024/7/112024/7/114242完整完整pptppt GSM GSM系系统若采用若采用这种种编码方式，方式，则8 8个个语音信道的音信道的比特率就是比特率就是 64kbt/s8 512Kbit/s，GSMGSM系系统的的载频间隔隔为200KHz200KHz,要保持在要保持在规定的定的频带内内，必需，必需大大大大降低降低每路每路语音信道音信道的的编码的的比特率比特率。4 4、GSMGSM采用了采用了规则脉冲激励脉冲激励长期期预测编码器器（RPE-RPE-LTPLTP编码器）器）,来来降低降低每路每路语音音信道信道编码比特率。比特率。这种种混和混和编码一路数字一路数字话的比特率的比特率为 13Kbt/s13Kbt/s；混合混合编码的的优点：点：编码速率低速率低,语音音质量好。量好。8 8路数字路数字话的速率是：的速率是：13Kbit/s13Kbit/s8 8104Kbit/s104Kbit/s,满足了足了无无线信道信道带宽(200Kbit/s)(200Kbit/s)的的传输要求。要求。2024/7/112024/7/114343完整完整pptppt图2.4 GSM2.4 GSM话音音编码器框器框图2024/7/112024/7/114444完整完整pptppt二、信道二、信道编码n信道信道编码的目的的目的 信道信道编码用于用于改善信道的改善信道的传输质量量，克服各种，克服各种干干扰因素因素对信号信号产生的生的不良影响不良影响。是以。是以增加比增加比特特而而降低信息量降低信息量为代价的。代价的。n编码的基本原理的基本原理 在所在所传送的数据上送的数据上增加增加一些一些冗余冗余比特信息，比特信息，进行行纠错编码，减少减少传输过程中程中比特差比特差错率率。n信道信道编码的的纠错方式方式 1.1.块卷卷积码：主要用于：主要用于纠错，纠错效果好。效果好。2.2.纠错循循环码：用于：用于检测和和纠正成正成组的的误码。3.3.奇偶校奇偶校验码：常用最：常用最简单的的检测误码的方法。的方法。2024/7/112024/7/114545完整完整pptppt三、交三、交织技技术n无无线电信道是信道是变参参信道，比特差信道，比特差错经常是常是成串成串发生的，生的，这是由于持是由于持续的的深衰落深衰落会影响到会影响到相相继一串一串的比特。的比特。n办法是信息中的法是信息中的相相继比特比特分开，把分开，把顺序相关的比序相关的比特特非相关化非相关化，使突，使突发差差错信道信道变为离散信道离散信道，再，再用用信道信道编码的的纠错功能来功能来纠正差正差错，这种种办法就法就是是交交织技技术。n交交织可以把可以把码字字顺序相关的序相关的bitbit非相关化非相关化，把，把 m m 个个bitbit的的码字分布到字分布到 n n 个个传输单元之中元之中,n,n 越大，越大，非相关性越好非相关性越好,持持续误码越少越少,传输质量越高。量越高。但会增加但会增加传输时延延，移移动台台和和中中继电路路上增加了上增加了回波回波抵消器，改善由抵消器，改善由时延延引起的引起的通通话回音回音。2024/7/112024/7/114646完整完整pptppt 第四第四节 GSMGSM的的调制技制技术一、一、GSMGSM调制方式制方式 GSMGSM采用的是采用的是高斯高斯滤波最小移波最小移频键控控GMSKGMSK。n工作原理：工作原理：在保持在保持MSKMSK较好的好的频谱特性和特性和较低低的的误码率基率基础上，在上，在MSKMSK之前加入一之前加入一高斯高斯滤波器波器，输入的入的基基带信号信号经过高斯高斯滤波器波器形成的形成的高斯脉高斯脉冲包冲包络无无陡峭沿陡峭沿、拐点拐点，经调制制后的信号后的信号比比较平滑平滑，改善了，改善了频谱特性特性。nGMSKGMSK调制方式，改善了制方式，改善了频谱特性特性，加快，加快带外衰外衰减减，满足了相足了相邻信道干信道干扰电平小于平小于-60dB-60dB要求。要求。2024/7/112024/7/114747完整完整pptppt二、二、GMSKGMSK的解的解调n可以采用正相干解可以采用正相干解调，但相干，但相干载波提取比波提取比较难。nGMSKGMSK信号的信号的解解调常采用常采用差分解差分解调和和鉴频器解器解调等等非相干非相干解解调。预调制制滤波器波器MSK输入入GMSKh=0.5图5.5 GMSK5.5 GMSK调制原理框制原理框图2024/7/112024/7/114848完整完整pptppt 第五第五节 GSMGSM的控制和管理的控制和管理 控制控制和和管理管理对GSMGSM系系统的正常运行是的正常运行是至关重要至关重要，本本节仅就就位置登位置登记和和更新更新、鉴权与与保密保密、呼叫接呼叫接续和和越区切越区切换等控制和管理等控制和管理进行行讨论。一、位置登一、位置登记和更新和更新 GSMGSM为了了跟踪跟踪 MS MS 的的位置位置变化化,对其其位置信息位置信息进行行登登记、删除除和和更新更新的的过程。程。二、二、鉴权与加密与加密 GSMGSM系系统为了保了保证安全安全，采取了，采取了鉴权与与加密加密。1.1.鉴权：确：确认 MS MS 的的合法性合法性。2.2.加密：防止第三者加密：防止第三者窃听窃听。2024/7/112024/7/114949完整完整pptppt3.3.设备识别码（IMEI)IMEI)每个每个移移动台台均有一个惟一的均有一个惟一的设备识别码 IMEIIMEI，EIREIR中存中存储了所有入网了所有入网移移动台台设备的的IMEIIMEI，目的，目的是确保系是确保系统中使用的中使用的设备不是不是盗用盗用或或非法非法的。的。EIREIR中存有中存有3 3种名种名单：即：即白名白名单（合法）、（合法）、黑名黑名单（禁用）、（禁用）、灰名灰名单（由运（由运营商决定）。商决定）。4.4.临时识别码（TMSITMSI）是是为防止防止非法非法监听听或或盗用盗用用用户识别码 IMSIIMSI，在，在无无线链路上需要路上需要传送送IMSIIMSI时，均用，均用临时用用户识别 码TMSITMSI代替代替IMSIIMSI。由由 MSC/VLR MSC/VLR 分配并定期更分配并定期更换TMSI,TMSI,在在无无线信道信道上上传送的是送的是TMSITMSI,确保了确保了IMSIIMSI的的安全性安全性。2024/7/112024/7/115050完整完整pptppt三、三、GSMGSM用用户呼叫接呼叫接续过程程 1 1、移、移动用用户主叫主叫固定用固定用户：移移动台在台在 “随机信随机信道道RACH RACH”向基站向基站发出出“信道信道请求求”信息，若信息，若BSBS接接收成功，收成功，给 MS MS 分配一个分配一个“专用接入信道用接入信道 DCCHDCCH”，即在，即在“准准许接入信道接入信道 AGCH AGCH”上，向上，向MSMS发出出“立立刻分配刻分配”指令。指令。MSMS在在发起呼叫的同起呼叫的同时，设置一定置一定时器，在器，在规定的定的时间内可内可重复呼叫重复呼叫。MS MS 收到收到 “立即分配立即分配 ”的信令后，利用分配的的信令后，利用分配的DCCHDCCH与与 BS BS 建立起建立起信令信令链路路，经 BSBS 向向 MSCMSC 发送送“业务请求信息求信息 ”。MSCMSC向向VLRVLR发送送“开始接入开始接入请求求”应答信令，答信令，VLRVLR收到后，收到后，经MSCMSC和和BSBS向向MSMS发出出“鉴权请求求”，其中包，其中包含一随机数（含一随机数（RANDRAND），），MSMS按按鉴权算法算法A3A3进行行处理理后，向后，向MSCMSC发回回“鉴权”响响应信息。信息。2024/7/112024/7/115151完整完整pptppt 若若鉴权通通过，承，承认MSMS的合法性，的合法性，VLRVLR就就给MSCMSC发送送“置密模式置密模式”信息，由信息，由 MSC MSC 经 BS BS 向向 MS MS 发送送“置密模式置密模式”指令。指令。MS MS 收到并完成置密后，要向收到并完成置密后，要向 MSC MSC 发送送“置置密模式完成密模式完成”的相的相应信息，信息，经鉴权、置密置密完成后，完成后，VLRVLR才向才向 MSC MSC 作出作出“开始接入开始接入请求求”应答。答。为了保了保护 IMSI IMSI 不被不被监听听或或盗用盗用，VLR VLR 将将给 MSMS分配一个新的分配一个新的TMSITMSI。接着接着 MS MS 向向 MSC MSC 发出出“建立呼叫建立呼叫请求求”，MSCMSC收到后，向收到后，向 VLR VLR 发出指令，要求它出指令，要求它传送建立送建立呼叫所需的信息。呼叫所需的信息。2024/7/112024/7/115252完整完整pptppt 如果成功，如果成功，MSC MSC 即向即向 MS MS 发送送“呼叫开始呼叫开始”的指令，并向的指令，并向 BS BS 发出出分配无分配无线业务信道信道的的“信信道指配道指配”指令。指令。如果如果 BS BS 有空有空闲“业务信道信道 TCH TCH”，即向，即向 MS MS 发出出“信道指配信道指配 ”指令，当指令，当 MS MS 得到得到业务信道信道时，向，向 BS BS 和和 MSC MSC 发送送“信道指配完成信道指配完成 ”的信的信息。息。MSC MSC 在在无无线链路路和和地面有地面有线链路路建立后，把建立后，把呼叫接呼叫接续到到固定网固定网络，并和被叫的，并和被叫的固定用固定用户建立建立连接接，然后，然后给 MS MS 发送送回回铃音音。当被叫固定用当被叫固定用户摘机摘机后，后，MSC MSC 向向 BSBS和和 M MS S 发送送“连接接”指令，待指令，待 MSMS 发回回“连接接”确确认后，后，即即转入入通通话状状态，完成整个，完成整个接接续过程程。2024/7/112024/7/115353完整完整pptppt2 2、固定用、固定用户主叫移主叫移动用用户：固定用固定用户向移向移动用用户拨出号出号码后后发起呼叫后，起呼叫后，固定网固定网络把把呼叫呼叫接接续到到就近就近入口入口移移动交交换中心中心 GMSCGMSC。GMSCGMSC即向相即向相应的的 HLR HLR 查询路由路由信息，信息，HLRHLR 在在保存的保存的用用户位置位置数据数据库中，中，查出被叫出被叫 MSMS 所在的所在的地区地区，并向，并向该区区 VLR VLR 查询该 MS MS 的的漫游号漫游号码MSRNMSRN，VLR VLR 把把该 MSMS 的的 MSRNMSRN 送到送到 HLRHLR,并并转发给查询路由信息的路由信息的GMSCGMSC。GMSC GMSC 即把即把呼叫呼叫接接续到被叫到被叫 MS MS 所在地区的移所在地区的移动交交换中心中心 VMSCVMSC。VMSC VMSC 向向该 VLRVLR 查询有关的有关的“呼叫参数呼叫参数 ”，获得成功后，再向相关的得成功后，再向相关的基站基站BSBS 发出出“寻呼呼请求求”。2024/7/112024/7/115454完整完整pptppt 基站控制器基站控制器 BSCBSC 根据根据 MSMS 所在的所在的小区小区，确定所，确定所用的收用的收发台台 BTSBTS，在，在“寻呼信道呼信道BCHBCH ”上上发送此送此“寻呼要求呼要求 ”信息。信息。MS MS 收到收到寻呼呼请求信息求信息后，在后，在“随机信道随机信道 RACHRACH”向向 BS BS 发送送“信道信道请求求 ”，由，由 BS BS 分配分配“专用控制信道用控制信道 DCCHDCCH”，在，在“公用控制信道公用控制信道CCCHCCCH”上上给 MS MS 发送送“立即分配立即分配 ”指令。指令。MS MS 利利用分配到的用分配到的 DCCHDCCH 与与 BS BS 建立起建立起信令信令链路路，然后向，然后向 VMSCVMSC 发回回“寻呼呼 响响应 ”。VMSCVMSC接到接到 MS MS 的的“寻呼相呼相应”后，向后，向 VLRVLR 发送送“开始接入开始接入请求求 ”，按着启，按着启动常常规的的“鉴权”和和“置密模式置密模式”的的过程之后，程之后，VLRVLR 即向即向 VMSCVMSC 发回回“开始接入开始接入应答答 ”和和“完成呼叫完成呼叫”的的请求。求。2024/7/112024/7/115555完整完整pptppt VMSC VMSC 向向 BS BS 及及 MSMS 发送送“呼叫建立呼叫建立”的信令的信令。被叫被叫 MSMS 收到收到信令信令后，向后，向 BSBS和和VMSCVMSC 发回回“呼叫呼叫证实”信息，表明信息，表明 MS MS 已可已可进入入通通信状信状态。VMSCVMSC收到收到 MSMS 的的“呼叫呼叫证实”信息后，向信息后，向 BSBS发出信道出信道“指配指配请求求”，要求，要求BSBS给MSMS分配分配无无线“业务信道信道TCHTCH”，接着，接着，MS MS 向向BSBS及及VMSCVMSC发回回“指配完成指配完成”响响应和和回回铃音音，VMSC VMSC 向固定用向固定用户发送送“连接完成接完成”信息。信息。被叫被叫MSMS摘机摘机时，向，向 VMSCVMSC 发送送“连接接”信信息。息。VMSC VMSC 向向主叫固定用主叫固定用户发送送“拨号号应答答”信息，并向信息，并向MSMS发送送“连接接”确确认信息，整个信息，整个接接续过程程全部完成。全部完成。2024/7/112024/7/115656完整完整pptppt四、越区切四、越区切换 越区切越区切换是指通信期是指通信期间，当，当 MSMS从从一个小区一个小区进入入另一个小区另一个小区时，网网络进行行实时控制把控制把 MS MS 在原小在原小区所用的区所用的信道信道转换到新小区的到新小区的某一信道某一信道的的过程。程。1 1、同一个、同一个 BSCBSC、不同、不同 BTSBTS之之间的切的切换，包括不同，包括不同扇区的切扇区的切换；2 2、同一个、同一个 MSC/VLRMSC/VLR、不同、不同 BSC BSC 之之间的切的切换；3 3、不同的、不同的 MSC/VLR MSC/VLR 之之间的切的切换。nGSMGSM系系统采取了采取了移移动台台辅助助切切换法（法（MAHOMAHO）,MSMS测量量本基站本基站和和周周围基站基站的的信号信号强度度,把把测得的得的结果果送送给MSCMSC分析和分析和处理理,从而从而作出越区切作出越区切换的决定的决定。如果不能如果不能进行切行切换,BS,BS会向会向MSMS发出拒出拒绝切切换的决定。的决定。2024/7/112024/7/115757完整完整pptppt 第六第六节 GPRS GPRS 系系统 GPRSGPRS是是通用分通用分组无无线业务的英文的英文简写，是写，是GSMGSM向向3G3G演演进的的第一第一阶段段，GPRS GPRS 也称也称为 2.5 G 2.