第七章---时分多址(TDMA)-数字蜂窝网课件

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第七章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网1主要内容uGSM系统总体系统总体uGSM系统的无线接口系统的无线接口uGSM系统的控制与管理系统的控制与管理u三种三种TDMA蜂窝系统分析比较蜂窝系统分析比较uGPRS通用分组无线业务通用分组无线业务2GSM系统总体u模拟蜂窝移动通信存在的缺点模拟蜂窝移动通信存在的缺点各系各系统间统间没有公共接口没有公共接口,相互之相互之间间不能漫游不能漫游;很很难难开展数据承开展数据承载业务载业务;频谱频谱利用率低无法适利用率低无法适应应大容量的需求大容量的需求;安全保密性差,易被窃听,易做安全保密性差,易被窃听,易做“假机假机”。uGSM系统的提出系统的提出早在早在1982年,欧洲已有几大模年,欧洲已有几大模拟拟蜂蜂窝窝移移动动系系统统在运在运营营,例如北欧多国的,例如北欧多国的NMT(北欧移(北欧移动电话动电话)和英国的)和英国的TACS(全接入通信系(全接入通信系统统),西欧其它各),西欧其它各国也提供移国也提供移动业务动业务。当。当时这时这些系些系统统是国内系是国内系统统,不可能在国外使用。,不可能在国外使用。为为了方便全欧洲了方便全欧洲统统一使用移一使用移动电话动电话,需要一种公共的系,需要一种公共的系统统,1982年北欧年北欧国家向国家向CEPT(欧洲(欧洲邮电邮电行政大行政大会)提交了一份建议书,要求制定会)提交了一份建议书,要求制定900MHz频频段的公共欧洲段的公共欧洲电电信信业务规业务规范范,建立全欧统一的蜂窝网移动通信建立全欧统一的蜂窝网移动通信系统,以解决欧洲各国由于采用多种不同模拟蜂窝系统造成的互不兼容、系统,以解决欧洲各国由于采用多种不同模拟蜂窝系统造成的互不兼容、无法提供漫游服务的问题。无法提供漫游服务的问题。同年成立了同年成立了一个在欧洲一个在欧洲电电信信标标准学会(准学会(ETSI)技)技术术委委员员会下的会下的“移移动动特特别别小小组组Group Special Mobile)简简称称“GSM”,来制定有关的来制定有关的标标准和建准和建议议书书。3GSM系统总体(续)uGSM的发展的发展1986年在巴黎,年在巴黎,GSM 小小组对组对欧洲各国及各公司欧洲各国及各公司经经大量研究和大量研究和实验实验后所提出的后所提出的8个建个建议议系系统进统进行了行了现场实验现场实验。1987年年5月月GSM成成员员国就数字系国就数字系统统采用窄采用窄带时带时分多址分多址TDMA、规则规则脉冲激励脉冲激励线线性性预测预测RPE一一LTP话话音音编码编码和高斯和高斯滤滤波最小移波最小移频键频键控控GMSK调调制方式达成一致意制方式达成一致意见见。1988年,欧洲年,欧洲18个国家的运个国家的运营营者和管理者者和管理者签签署了署了谅谅解解备备忘忘录录(MoU),相互达成履行),相互达成履行规规范的范的协议协议。与此同。与此同时还时还成立了成立了MoU组织组织,致力于,致力于GSM标标准的准的发发展。展。1990年完成了年完成了GSM900的的规规范,共范,共产产生大生大约约130项项的全面建的全面建议书议书,不同建,不同建议书经议书经分分组组而成而成为为一套一套12系列。系列。1991年在欧洲开通了第一个系年在欧洲开通了第一个系统统,同,同时时MoU组织为该组织为该系系统设计统设计和注册了市和注册了市场场商商标标,将,将GSM更名更名为为“全球移全球移动动通信系通信系统统”(Globa1 system for Mobile communications)。)。从从此移此移动动通信跨入了第二代数字移通信跨入了第二代数字移动动通信系通信系统统。同年,移。同年,移动动特特别别小小组还组还完成了制定完成了制定1800MHz频频段的公共欧洲段的公共欧洲电电信信业务业务的的规规范,名范,名为为DCSI800系系统统。该该系系统统与与 GSM900具具有同有同样样的基本功能特性,因而的基本功能特性,因而该规该规范只占范只占GSM建建议议的很小一部分,的很小一部分,仅仅将将GSM900和和DCSI800之之间间的差的差别别加以描述,加以描述,绝绝大部分二者是通用的,二系大部分二者是通用的,二系统统均可通称均可通称为为GSM系系统统1992年大多数欧洲年大多数欧洲GSM运运营营者开始商用者开始商用业务业务,到到1994年年5月已有月已有50个个GSM网在世界上网在世界上运运营营1993年欧洲第一个年欧洲第一个DCSI800系系统统投入运投入运营营。到。到1994年已有年已有6个运个运营营者采用了者采用了该该系系统统。我国自从我国自从1992年在嘉年在嘉兴兴建立和开通第一个建立和开通第一个GSM演示系演示系统统,并于,并于1993年年9月正式开放月正式开放业业务务以来以来,全国各地的移,全国各地的移动动通信系通信系统统中大多采用中大多采用GSM系系统统,使得,使得GSM系系统统成成为为目前我国最目前我国最成熟和市成熟和市场场占有量最大占有量最大的一种数字蜂窝系统。的一种数字蜂窝系统。4GSM系统总体(续)uGSM标准所包含的内容标准所包含的内容GSM标准只对功能和接口制定了详细规范,未对硬件做出规定。这样做目的标准只对功能和接口制定了详细规范,未对硬件做出规定。这样做目的是尽可是尽可能减少对设计者限制,又使各运营者有可能购买不同厂家的设备。能减少对设计者限制,又使各运营者有可能购买不同厂家的设备。GSM标准标准共共有有12项内容项内容 这这些系列些系列规规范都是由范都是由ETSI组组建的不同工作建的不同工作组组和和专专家家组编组编写而成的。写而成的。1988年春天完成第一年春天完成第一阶阶段段标标准的第一个版本,以支撑当准的第一个版本,以支撑当时时的投的投标标活活动动。后来修改。后来修改过过几次,几次,1990年以后除了年以后除了传传真方面的真方面的规规范外,其它很少作改范外,其它很少作改动动,1992年底基本年底基本冻结冻结。第二第二阶阶段段标标准到准到1993年底也基本完成了主要部分,并与年底也基本完成了主要部分,并与1994年底年底冻结冻结,为为了提高了提高系系统统的性能,从的性能,从1994年年6月又开始考月又开始考虑虑第第2阶阶段的有关段的有关标标准的定准的定义义,后并入第二,后并入第二阶阶段段标标准,并宣布准,并宣布还还会有第三会有第三阶阶段的段的标标准。准。实际实际上由于第三代移上由于第三代移动动通信系通信系统统的提出,已中止第三的提出,已中止第三阶阶段段标标准准。5 GSM网络结构网络结构u数字蜂窝移动通信是在模拟蜂窝移动通信的基础上发展起数字蜂窝移动通信是在模拟蜂窝移动通信的基础上发展起来的,在网络组成、设备配置、网络功能和工作方式上,来的,在网络组成、设备配置、网络功能和工作方式上,二者都有相同之处。二者都有相同之处。u但因数字蜂窝网但因数字蜂窝网采用全数字传输采用全数字传输,因而在,因而在实现技术和管理实现技术和管理控制控制等方面,均与模拟蜂窝网有较大的差异。等方面,均与模拟蜂窝网有较大的差异。简单说来,数字蜂窝网技术更先进、功能更完备且通信更可靠,简单说来,数字蜂窝网技术更先进、功能更完备且通信更可靠,并能适应与其它发展中数字通信网并能适应与其它发展中数字通信网(如综合业务数字网如综合业务数字网ISDN、公、公用数据网用数据网PDN)的互连。的互连。6GSM网络结构网络结构(续)uGSM 蜂窝系统的网络结构蜂窝系统的网络结构u主要组成部分分为移动台、基站子系统和网络子系统主要组成部分分为移动台、基站子系统和网络子系统7移动台u移移动动台台:是移是移动动客客户设备户设备部分,由两部分部分,由两部分组组成成移移动终动终端端(MS)“机机”,它可完成,它可完成话话音音编码编码、信道、信道编码编码、信息加密、信息的、信息加密、信息的调调制和解制和解调调、信息、信息发发射和接收射和接收。用户识别模块(用户识别模块(subscriberidentitymodule),简称),简称SIM卡卡“身份卡身份卡”,类类似于似于IC卡,卡,是一张符合是一张符合ISO(开放系统互连开放系统互连)标准的标准的“智能智能”磁卡,包含与用户有关的无线接口的信息,也包括磁卡,包含与用户有关的无线接口的信息,也包括鉴权和加鉴权和加密密的信息。的信息。只有插入只有插入SIM后移动终端才能接入进网,除处理异常的紧急呼叫时,后移动终端才能接入进网,除处理异常的紧急呼叫时,可以在不用可以在不用 SIM卡的情况下操作移动台。卡的情况下操作移动台。SIM卡的应用使一部移动台可以为不同用户服务,因为卡的应用使一部移动台可以为不同用户服务,因为 GSM 系统系统是通过是通过 SIM 卡来识别移动用户的,这为今后发展卡来识别移动用户的,这为今后发展个人通信个人通信打下了打下了基础基础8基站子系统基站子系统(BSS)u基站子系统基站子系统(BSS):是:是 GSM 系统的基本组成部分,主要功能系统的基本组成部分,主要功能通过无线接口与移动台相接,进行无线发送、接收及无线资源管理。通过无线接口与移动台相接,进行无线发送、接收及无线资源管理。基站子系统与网络子系统基站子系统与网络子系统(NSS)中的移动交换中心中的移动交换中心(MSC)相连,实相连,实现移动用户与固定网络用户之间或移动用户之间的通信连接。现移动用户与固定网络用户之间或移动用户之间的通信连接。u基站子系统主要由基站收发信机基站子系统主要由基站收发信机(BTS)和基站控制器和基站控制器(BSC)构成。构成。BTS可以直接与可以直接与BSC相连接,也可以通过基站接口设备相连接,也可以通过基站接口设备(BIE)采用远端采用远端控制的连接方式与控制的连接方式与BSC相连接。此外,基站子系统为了适应无线与有相连接。此外,基站子系统为了适应无线与有线系统使用不同传输速率进行传输,在线系统使用不同传输速率进行传输,在BSC与与MSC之间增加了码变换之间增加了码变换器及相应的复用设备。器及相应的复用设备。BSC:具有对一个或多个:具有对一个或多个BTS进行控制的功能,它主要负责无线网路资进行控制的功能,它主要负责无线网路资源的管理、小区配置数据管理、功率控制、定位和切换等,是个很强的源的管理、小区配置数据管理、功率控制、定位和切换等,是个很强的业务控制点。业务控制点。BTS:完全由:完全由BSC控制,主要负责无线传输,完成无线与有线的转换、控制,主要负责无线传输,完成无线与有线的转换、无线分集、无线信道加密、跳频等功能。无线分集、无线信道加密、跳频等功能。9网络子系统网络子系统(NSS)u网络子系统:对网络子系统:对 GSM 移动用户之间的通信和移动用户与其它通信网移动用户之间的通信和移动用户与其它通信网用户之间的通信起着管理作用。用户之间的通信起着管理作用。其主要功能包括:交换、移动性管理与安全性管理等。其主要功能包括:交换、移动性管理与安全性管理等。由很多功能实体构成由很多功能实体构成,它们之间的信令传输都符合它们之间的信令传输都符合 CCITT 信令系统信令系统 No.7 协议。协议。uMSC:是:是GSM系系统统的核心,是的核心,是对对位于它所覆盖区域中的移位于它所覆盖区域中的移动动台台进进行控行控制和完成制和完成话话路交路交换换的功能的功能实实体,也是移体,也是移动动通信系通信系统统与其它公用通信网之与其它公用通信网之间间的接口。的接口。移动交换中心可以从三种数据库移动交换中心可以从三种数据库(即原籍用户位置寄存器、访问用户位置即原籍用户位置寄存器、访问用户位置寄存器和鉴权中心寄存器和鉴权中心)获取有关处理用户位置登记和呼叫请求等所需的全部获取有关处理用户位置登记和呼叫请求等所需的全部数据。数据。作为网络的核心,作为网络的核心,MSC还支持位置登记和更新、过区切换和漫游服务等还支持位置登记和更新、过区切换和漫游服务等项功能。项功能。u HLR:是是 GSM 系统的中央数据库,存储该系统的中央数据库,存储该 HLR管辖区的所有移动用管辖区的所有移动用户的有关数据。户的有关数据。静态数据有移动用户码、访问能力、用户类别和补充业务等。静态数据有移动用户码、访问能力、用户类别和补充业务等。还暂存移动用户漫游时的有关动态信息数据。还暂存移动用户漫游时的有关动态信息数据。10网络子系统网络子系统(NSS)(续)uVLR:也也是一个数据是一个数据库库,存储进入其控制区域内来访移动用户的有关数据。存储进入其控制区域内来访移动用户的有关数据。这些数据是从该移动用户的原籍位置寄存器获取并进行暂存的,一旦移动用户离这些数据是从该移动用户的原籍位置寄存器获取并进行暂存的,一旦移动用户离开该开该 VLR 的控制区域,则临时存储的该移动用户的数据就会被消除。因此,的控制区域,则临时存储的该移动用户的数据就会被消除。因此,VLR 可看作是一个可看作是一个动态用户的数据库动态用户的数据库。实际情况下,实际情况下,VLR的功能总是在每个的功能总是在每个MSC中综合实现的。中综合实现的。uAUC:鉴权中心存储着鉴权信息和加密密钥,用来防止无权用户接入系统和保鉴权中心存储着鉴权信息和加密密钥,用来防止无权用户接入系统和保证无线通信的安全。证无线通信的安全。GSM系统采取了特别的通信安全措施,包括对移动用户鉴权,对无线链路上的话系统采取了特别的通信安全措施,包括对移动用户鉴权,对无线链路上的话音、数据和信令信息进行保密等。音、数据和信令信息进行保密等。uEIR:存储着移动设备的国际移动设备识别码存储着移动设备的国际移动设备识别码(IMEI),通过核查通过核查白色、黑色白色、黑色和灰色和灰色三种清单,运营部门就可判断出移动设备是属于准许使用的,还是失窃三种清单,运营部门就可判断出移动设备是属于准许使用的,还是失窃而不准使用的,或是由于技术故障或误操作而危及网络正常运行的而不准使用的,或是由于技术故障或误操作而危及网络正常运行的 MS 设备,设备,以确保网络内所使用的移动设备的唯一性和安全性。以确保网络内所使用的移动设备的唯一性和安全性。uOMC:负责对全网进行监控与操作。例如,系统的自检、报警与备用设备的:负责对全网进行监控与操作。例如,系统的自检、报警与备用设备的激活,系统的故障诊断与处理,话务量的统计和计费数据的记录与传递,以及激活,系统的故障诊断与处理,话务量的统计和计费数据的记录与传递,以及与网络参数有关的各种参数的收集、分析与显示等。与网络参数有关的各种参数的收集、分析与显示等。11GSM网络接口u在实际的在实际的GSM通信网络中,由于网络规模不同、运营环境通信网络中,由于网络规模不同、运营环境的不同和设备生产厂家的不同,各组成部分可以有不同的的不同和设备生产厂家的不同,各组成部分可以有不同的配置方法。配置方法。比如,把比如,把MSC和和VLR合并在一起,或者把合并在一起,或者把 HLR、EIR 和和AUC合并合并为一个实体为一个实体u为了各个厂家所生产的设备可以通用,各组成部分的连接为了各个厂家所生产的设备可以通用,各组成部分的连接都必须严格符合规定的接口标准及相应的协议。都必须严格符合规定的接口标准及相应的协议。与与模模拟拟移移动动通信系通信系统统相比相比在模在模拟拟移移动动通信系通信系统统中,中,TACS规规范只范只对对Um接口接口进进行了行了规规定,而未定,而未对对A接口做任何的限制。因此,各接口做任何的限制。因此,各设备设备生生产产厂家厂家对对A接口都采用各自的接口都采用各自的接口接口协议协议,对对Um接口遵循接口遵循TACS规规范。也就是范。也就是说说,NSS系系统统和和BSS系系统统只能采用一个厂家的只能采用一个厂家的设备设备,而,而MS可用不同厂家的可用不同厂家的设备设备。12GSM网络接口(续)uGSM系统各部分之间的接口系统各部分之间的接口13GSM的区域、号码、地址与识别uGSM系统的区域系统的区域从地理位置范从地理位置范围围来看来看,GSM系系统统分分为为GSM服服务务区区公用公用陆陆地移地移动动网网(PLMN)业务业务区区 移移动动交交换换控制区(控制区(MSC区区)位置区(位置区(LA区)区)基站区基站区扇扇区区14GSM系统的区域uGSM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(如如PSTN或或ISDN)用户无需知道移动台的实际位置而可与之通信的区用户无需知道移动台的实际位置而可与之通信的区域。域。由由联联网的网的GSM全部成全部成员员国国组组成,移成,移动动用用户户只要在服只要在服务务区内,就能得区内,就能得到系到系统统的各种服的各种服务务,包括完成国,包括完成国际际漫游漫游。一个服务区可由一个或若干个公用陆地移动通信网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。组成。uPLMN区。一个区。一个 PLMN区可由一个或若干个移动交换中心组成。在该区可由一个或若干个移动交换中心组成。在该区内具有共同的编号制度和共同的路由计划。区内具有共同的编号制度和共同的路由计划。每个国家有一个或多个每个国家有一个或多个。我国有两个:中国移动我国有两个:中国移动GSM通信网通信网络络,以网,以网络络号号“00”表示;中国表示;中国联联通通 GSM移移动动通信网通信网络络,网,网络络号用号用“01”表示。表示。15GSM系统的区域(续)uMSC区。指一个移动交换中心所控制的区域。区。指一个移动交换中心所控制的区域。从地理位置来看,从地理位置来看,MSC包含多个位置区。包含多个位置区。u位置区。由若干基站区组成。位置区。由若干基站区组成。在位置区内移动台移动时,不需要作位置更新。通常呼叫移动台在位置区内移动台移动时,不需要作位置更新。通常呼叫移动台时,向一个位置区内的所有基站同时发送寻呼信号。时,向一个位置区内的所有基站同时发送寻呼信号。系统中,位置区域以位置区识别码(系统中,位置区域以位置区识别码(LAI)来区分)来区分MSC业务区的业务区的不同位置区。不同位置区。u基站区。指基站收、发信机有效的无线覆盖区,简称小区基站区。指基站收、发信机有效的无线覆盖区,简称小区16GSM系统的区域(续)u扇区。当基站收发信天线采用定向天线时,基站区分为若干个扇区。扇区。当基站收发信天线采用定向天线时,基站区分为若干个扇区。如采用如采用 120定向天线时,一个小区分为定向天线时,一个小区分为 3 个扇区;若采用个扇区;若采用 60定定向天线时,一个小区分为向天线时,一个小区分为 6 个扇区。个扇区。u各区域总结17GSM系统的号码与识别uGSM网络是十分复杂的,它包含无线、有线信道,并与其它网络如PSTN、ISDN、公用数据网或其它PLMN网互相连接。u为了将一次呼叫接续传至某个移动用户,需要调用相应的实体。因此,正确地寻址就非常重要了。u各种号码就是用于识别不同的移动用户、不同的移动设备各种号码就是用于识别不同的移动用户、不同的移动设备以及不同的网络的。以及不同的网络的。18国际移动客户识别码国际移动客户识别码u为了在无线路径和整个为了在无线路径和整个GSM移动通信网上正确地识别某个移动客户,就移动通信网上正确地识别某个移动客户,就必须给移动客户分配一个特定的识别码。这个识别码称为国际移动客户识必须给移动客户分配一个特定的识别码。这个识别码称为国际移动客户识别码别码(IMSI)。此码在所有位置此码在所有位置(包括在漫游区包括在漫游区)都是有效的。通常在呼叫建立和位置更新时,都是有效的。通常在呼叫建立和位置更新时,需要使用需要使用IMSI。存储在用户识别模块存储在用户识别模块(SIM)、HLR、VLR中。中。u IMSI 的格式的格式 MCC移动国家号码,由移动国家号码,由3位数字组成,唯一地识别移动客户所属的国家。我国为位数字组成,唯一地识别移动客户所属的国家。我国为460MNC移动网(移动网(PLMN网)号,由网)号,由2位数字组成,用于识别移动客户所归属的移动网。位数字组成,用于识别移动客户所归属的移动网。移动移动GSM PLMN网为网为00,联通,联通GSMPLMN网为网为01。MSIN移动用户识别码,采用等长移动用户识别码,采用等长11位数字构成。唯一地识别国内位数字构成。唯一地识别国内GSM移动通信网移动通信网中移动客户。中移动客户。19临时移动用户识别码临时移动用户识别码u考虑到移动用户识别码的安全性,GSM系统能提供安全保密措施,即空中接口无线传输的识别码采用临时移动用户识别码(TMSI)代替IMSI。两者之间可按一定的算法互相转换。TMSI只在本地有效(即在只在本地有效(即在该该MSC/VLR区域内),区域内),如访问位置寄如访问位置寄存器存器(VLR)可给来访的移动用户分配一个可给来访的移动用户分配一个TMSI(只限于在该访问只限于在该访问服务区使用服务区使用)。IMSI只在起始入网登记时使用,在后续的呼叫中,只在起始入网登记时使用,在后续的呼叫中,使用使用TMSI,以避免通过无线信道发送其,以避免通过无线信道发送其IMSI,从而防止窃听者检测用户,从而防止窃听者检测用户的通信内容,或者非法盗用合法用户的的通信内容,或者非法盗用合法用户的IMSI。TMSI总长不超过总长不超过 4 个字节,个字节,其格式可由各运营部门决定。其格式可由各运营部门决定。20国际移动设备识别码国际移动设备识别码u国际移动设备识别码国际移动设备识别码(IMEI):区别移动台设备的标志,可用于:区别移动台设备的标志,可用于监控被窃或无效的的移动设备。监控被窃或无效的的移动设备。IMEI 为为一个一个15位的十位的十进进制数数字制数数字,格式为格式为 TAC:型号批准码,由欧洲型号标准中心分配。型号批准码,由欧洲型号标准中心分配。FAC:装配厂家号码。装配厂家号码。由厂家由厂家编码编码,表示生,表示生产产厂家及其装配地厂家及其装配地 SNR:产品序号,产品序号,由厂家分配由厂家分配。用于区别同一个用于区别同一个TAC和和FAC中的每台移中的每台移动设备。动设备。SP:备用。备用。备备作将来使用作将来使用。21移动台的号码u移动台的号码类似于移动台的号码类似于PSTN中的电话号码,中的电话号码,在呼叫接续在呼叫接续时所需拨的号码,其编号规则应与各国的编号规则相一致。时所需拨的号码,其编号规则应与各国的编号规则相一致。u移动台的号码有下列两种:移动台的号码有下列两种:移动台国际移动台国际 ISDN 号码号码(MSISDN)移动台漫游号码移动台漫游号码(MSRN)22移动台国际移动台国际 ISDN 号码号码u移动台国际移动台国际 ISDN 号码号码(MSISDN):为呼叫:为呼叫GSM系统中的某个移动用户所需系统中的某个移动用户所需拨的号码。拨的号码。u号码的结构为:号码的结构为:u CC国家码。我国为国家码。我国为86。uNDC国内地区码,每个国内地区码,每个PLMN有一个有一个NDC,移动,移动GSM网为网为139,中国,中国GSM网为网为130。uSN移动用户号码,采用等长移动用户号码,采用等长8位编号计划。位编号计划。编码格式为编码格式为H0H1H2H3ABCD;H0 H1 H2 H3 为为HLR,即原籍位置寄存器号码即原籍位置寄存器号码 H0 H1 H2 由集团公司分配,由集团公司分配,H3由省公司分配由省公司分配 ABCD 为移动用户号码为移动用户号码当客户号码容量受限时,可扩充国内地区码。移动可启用当客户号码容量受限时,可扩充国内地区码。移动可启用138,137,联通可启用,联通可启用131,132等等 23移动台漫游号码移动台漫游号码u移动台漫游号码(MSRN)当移动台漫游到一个新的服务区时,由当移动台漫游到一个新的服务区时,由 VLR 给它分配一个临时给它分配一个临时性的漫游号码,并通知该移动台的性的漫游号码,并通知该移动台的 HLR,用于建立通信路由。,用于建立通信路由。一旦该移动台离开该服务区,此漫游号码即被收回,一旦该移动台离开该服务区,此漫游号码即被收回,并可分配并可分配给其它来访的移动台使用。给其它来访的移动台使用。漫游号码的组成格式与移动台国际漫游号码的组成格式与移动台国际(或国内或国内)ISDN号码相同。号码相同。如:移动如:移动GSM网技网技术术体制体制规规定定139后第一位后第一位为为零零MSISDN号号码为码为移移动动客客户户漫游号漫游号码码(MSRN),即,即 1390MlM2M3ABC。MlM2M3为为MSC的号的号码码。MlM2与与MSISDN号号码码中的中的HlH2相同。相同。24位置区识别码位置区识别码u位置区识别码(LAI)在检测位置更新和信道切换时,在检测位置更新和信道切换时,要使用位置区识别码要使用位置区识别码uLAI 的组成格式 MCC 和和 MNC 均与均与 IMSI 的的 MCC和和MNC相同。相同。LAC:位置区码,用于识别位置区码,用于识别 GSM 移动通信网中的一个位置区,最多不移动通信网中的一个位置区,最多不超过两个字节,采用十六进制编码,由各运营部门自定。超过两个字节,采用十六进制编码,由各运营部门自定。在一个在一个GSM PLMN网中网中 表示表示为为 X1X2X3X4,可定可定义义65536个不同的位置个不同的位置区。区。25小区识别码小区识别码u小区识别码CGI在在 LAI 后面加上小区的标志号后面加上小区的标志号(CI),用来用来识别识别一个位置区内的一个位置区内的小区小区uCGI的结构是:3位数字 2位数字 最大16bit 最大16bit MCC MNC LAC CI|-LAI-|-CGI-|CI是一个2字节BCD编码,由各MSC自定。26基站识别色码u基站识别色码基站识别色码(BSIC)移动台识别相同载频的不同基站,特别用于区别在不同国家的边移动台识别相同载频的不同基站,特别用于区别在不同国家的边界地区采用相同载频且相邻的基站界地区采用相同载频且相邻的基站 uBSIC为为6bit编码编码,其,其结结构是:构是:uNCC国家色国家色码码,主要用来区分国界各,主要用来区分国界各侧侧的运的运营营者者(国内区国内区别别不同的省不同的省),为为XY1Y2。X:运:运营营者者(移动移动X1,联联通通0)Y1、Y2:uBCC:BTS色码,用来识别相同载频的不同基站。色码,用来识别相同载频的不同基站。由运由运营设营设定定。27主要业务主要业务uGSM 系统定义的所有业务是建立在综合业务数字网(ISDN)概念基础上的,并考虑移动特点作了必要修改。uGSM系统可提供的业务分为基本通信业务和补充业务。补充业务只是对基本业务的扩充,它不能单独向用户提供,这些补充业务只是对基本业务的扩充,它不能单独向用户提供,这些补充业务也不是专用于补充业务也不是专用于 GSM 系统的,大部分补充业务是从固定系统的,大部分补充业务是从固定网所能提供的补充业务中继承过来的。网所能提供的补充业务中继承过来的。着重讨论基本通信业务的分类及定义着重讨论基本通信业务的分类及定义28主要业务主要业务(续)uGSM 系统能提供 6 类 10 种电信业务29主要业务主要业务(续)u电话业务电话业务电话业务是电话业务是 GSM 系统提供的最主要的业务。系统提供的最主要的业务。GSM移动通信网与固定网移动通信网与固定网连接,可提供移动用户与固定网电话用户之间的实时双向会话,也可提连接,可提供移动用户与固定网电话用户之间的实时双向会话,也可提供任两个移动用户之间的实时双向会话。供任两个移动用户之间的实时双向会话。其中包括各种特服呼叫、各其中包括各种特服呼叫、各类类查询业务查询业务和申告和申告业务业务,以及提供人工、自,以及提供人工、自动动无无线电寻线电寻呼呼业务业务。u紧急呼叫业务紧急呼叫业务来源于电话业务,它允许数字移动客户在紧急情况下,进行紧急呼叫操来源于电话业务,它允许数字移动客户在紧急情况下,进行紧急呼叫操作,即拨作,即拨119或或110或或120等时,依据客户所处基站位置,就近接入火警等时,依据客户所处基站位置,就近接入火警中心中心(119)、匪警中心、匪警中心(110)、急救中心、急救中心(120)等。当客户按紧急呼叫键等。当客户按紧急呼叫键(SOS键键)时,应向客户提示如何拨叫紧急中心。时,应向客户提示如何拨叫紧急中心。紧急呼叫业务优先于其它业务,在移动台没有插入客户识别卡紧急呼叫业务优先于其它业务,在移动台没有插入客户识别卡(SIM)或或移动客户处于锁定状态时,也可按移动客户处于锁定状态时,也可按SOS键或拨键或拨112(欧洲统一使用的紧急欧洲统一使用的紧急呼叫服务中心号码,目前我国使用的移动台均符合欧洲标准呼叫服务中心号码,目前我国使用的移动台均符合欧洲标准),即可接通,即可接通紧急呼叫服务中心紧急呼叫服务中心(目前我国目前我国GSM移动通信网是用送辅导音方式,提示移动通信网是用送辅导音方式,提示客户拨不同紧急呼叫服务中心号码呼叫不同紧急服务中心,因我国各紧客户拨不同紧急呼叫服务中心号码呼叫不同紧急服务中心,因我国各紧急呼叫服务中心尚未联网急呼叫服务中心尚未联网)。30主要业务主要业务(续)u短消息业务包括移动台之间的点对点短消息业务包括移动台之间的点对点短消息业务,以及小区广播式短消息业以及小区广播式短消息业务。务。点对点短消息业务是由短消息业务中心完成存储和前转功能的。点对点短消息业务是由短消息业务中心完成存储和前转功能的。短短消息业务中心是与消息业务中心是与GSM系统相分离的独立实体,不仅可服务于系统相分离的独立实体,不仅可服务于GSM用户,也可服务于具备接收短消息业务功能的固定网用户。点对点用户,也可服务于具备接收短消息业务功能的固定网用户。点对点消息的发送或接收应在呼叫状态或空闲状态下进行,由控制信道传消息的发送或接收应在呼叫状态或空闲状态下进行,由控制信道传送短消息业务,其消息量限制为送短消息业务,其消息量限制为 160 个字符。个字符。小区广播式短消息业务是小区广播式短消息业务是GSM移动通信网以有规则的间隔向移动台移动通信网以有规则的间隔向移动台广播具有通用意义的短消息,例如道路交通信息等。移动台连续不广播具有通用意义的短消息,例如道路交通信息等。移动台连续不断地监视广播消息,断地监视广播消息,并能在显示器上显示广播消息。此短消息也是并能在显示器上显示广播消息。此短消息也是在控制信道上传送的,移动台只有在空闲状态下才可接收广播消息,在控制信道上传送的,移动台只有在空闲状态下才可接收广播消息,其消息量限制为其消息量限制为 93 个字符。个字符。31主要业务主要业务(续)u可视图文接入可视图文接入是一种通过网络完成文本、图形信息检索和电子函可视图文接入是一种通过网络完成文本、图形信息检索和电子函件功能的业务。件功能的业务。u智能用户电报传送智能用户电报传送能够提供智能用户电报终端间的文本通信业务。智能用户电报传送能够提供智能用户电报终端间的文本通信业务。此类终端具有文本信息的编辑、存储处理等能力此类终端具有文本信息的编辑、存储处理等能力u传真GSM的传真业务是指语言和三类传真交替传送的业务。自动三类的传真业务是指语言和三类传真交替传送的业务。自动三类传真是指能使用户经传真是指能使用户经PLMN以传真编码信息文件的形式自动交换以传真编码信息文件的形式自动交换各种函件的业务。各种函件的业务。32主要内容uGSM系统总体系统总体uGSM系统的无线接口系统的无线接口uGSM系统的控制与管理系统的控制与管理u三种三种TDMA蜂窝系统分析比较蜂窝系统分析比较uGPRS通用分组无线业务通用分组无线业务33GSM系统的无线接口uGSM数字蜂窝网的无线接口即数字蜂窝网的无线接口即Um接口,是系统的最重要接口,是系统的最重要接口,也就是通常所称的空中接口。接口,也就是通常所称的空中接口。GSM系统的无线传输特征信道类型及其组合话音和信道编码跳频和间断传输技术34GSM系统的无线传输特征uGSM等三种数字蜂窝网的主要参数35TDMA/FDMA接入方式uTDMA/FDMA接入方式GSM在在25MHz的频段中,先的频段中,先频分频分成成124个个 载频(载频间隔载频(载频间隔200kHz),每个载频再),每个载频再 时分时分成成8个时隙。个时隙。若干个小区若干个小区(3 个,个,4 个或个或 7 个个)构成一个区群,区群内不能使用相同构成一个区群,区群内不能使用相同频道,同频道距离保持相等;每个小区含有多个载频,每个载频上含频道,同频道距离保持相等;每个小区含有多个载频,每个载频上含有有 8 个时隙。个时隙。36工作频率u工作频率工作频率上行上行(移动台发、基站收移动台发、基站收)890915 MHz 下行下行(基站发、移动台收基站发、移动台收)935960 MHz 收、发频率间隔为收、发频率间隔为 45 MHz。移动台采用较低频段发射,传播损耗较低,有利于移动台采用较低频段发射,传播损耗较低,有利于补偿上、下行功补偿上、下行功率不平衡的问题。率不平衡的问题。u我国我国陆陆地公用蜂地公用蜂窝窝数字移数字移动动通信网通信网GSM通信系通信系统统采用采用900MHz频频段段。随着随着业业务务的的发发展,可展,可视视需要向下需要向下扩扩展,或向展,或向1.8GHz频频段的段的DCSI800过过渡,即渡,即1800MHz频频段:段:17101785(移(移动动台台发发、基站收)、基站收)18051880(基站(基站发发、移、移动动台收)台收)37频道序号u频道序号频道序号采用等采用等间间隔隔频频道配置方法道配置方法由于载频间隔是由于载频间隔是 0.2 MHz,因此,因此GSM系统整个工作频段分为系统整个工作频段分为 124 对载频,对载频,其频道序号用其频道序号用 n 表示,则上、下两频段中序号为表示,则上、下两频段中序号为 n 的载频可用下式计的载频可用下式计 下频段下频段 fl(n)=(890+0.2 n)MHz 上频段上频段 fh(n)=(935+0.2 n)MHz 频频道序号道序号 n 为为1124。例如。例如 n=1,fl(1)=890.2 MHz,fh(1)=935.2 MHz,其它序号的载频依次类推。,其它序号的载频依次类推。每个载频有每个载频有 8 个时隙,因此个时隙,因此GSM系统总共有系统总共有 1248=992 个物理信道,个物理信道,有的书籍中简称有的书籍中简称 GSM 系统有系统有 1000 个物理信道。个物理信道。38调制方式u调制方式调制方式GSM 的调制方式是高斯型最小移频键控的调制方式是高斯型最小移频键控(GMSK)方式。方式。矩形脉冲在调制器之前先通过一个高斯滤波器。这一调制方案由矩形脉冲在调制器之前先通过一个高斯滤波器。这一调制方案由于改善了频谱特性,从而能满足于改善了频谱特性,从而能满足CCIR提出的邻信道功率电平小提出的邻信道功率电平小于于60 dBW的要求。的要求。高斯滤波器的归一化带宽高斯滤波器的归一化带宽 BT=0.3。基于。基于200 kHz的载频间隔及的载频间隔及 270.833 kb/s 的信道传输速率,其频谱利用率为的信道传输速率,其频谱利用率为 1.35 b/s/Hz。39载频复用与区群结构u载频复用与区群结构载频复用与区群结构GSM系统中,系统中,基站发射功率为每载波基站发射功率为每载波 500 W,每时隙平均为,每时隙平均为 500/8=62.5 W。移动台发射功率分为。移动台发射功率分为 0.8 W,2 W,5 W,8 W和和20 W五种,可供用户选择。小区覆盖半径最大为五种,可供用户选择。小区覆盖半径最大为 35 km,最小为,最小为 500 m,前者适用于农村、郊区,后者适用于市区。,前者适用于农村、郊区,后者适用于市区。由于系统采取了多种抗干扰措施由于系统采取了多种抗干扰措施(如自适应均衡、跳频和纠错编码如自适应均衡、跳频和纠错编码等等),同频道射频防护比可降到,同频道射频防护比可降到C/I=9 dB,因此在业务密集区,因此在业务密集区,可采用可采用 3 小区小区 9 扇区的区群结构。扇区的区群结构。40信道类型及其组合uGSM系统的信道类型系统的信道类型u物理信道物理信道时隙时隙帧结构是基础帧结构是基础u逻辑信道逻辑信道业务信道业务信道控制信道控制信道uGSM系统信道的组合系统信道的组合建立逻辑信道与物理信建立逻辑信道与物理信道的映射关系道的映射关系41帧的格式uGSM系统各种帧及时隙的格式系统各种帧及时隙的格式42帧的格式(续)u帧帧结构的层次结构的层次43帧的格式(续)u时隙时隙:最小单位:最小单位每个时隙含每个时隙含 156.25 个码元,占个码元,占 120/26/8 0.577 ms。uTDMA 帧帧由由07 共共 8 个时隙组成,帧长度为个时隙组成,帧长度为 120/264.615 ms。u复帧复帧由若干个由若干个TDMA帧构成复帧,帧构成复帧,是组合逻辑信道的基础是组合逻辑信道的基础由由 26 帧组成的复帧,复帧长帧组成的复帧,复帧长 120 ms,主要用于业务信息的传输,主要用于业务信息的传输,也称作业务复帧也称作业务复帧由由 51 帧组成的复帧,复帧长帧组成的复帧,复帧长 235.385 ms,专用于传输控制信息,专用于传输控制信息,也称作控制复帧也称作控制复帧u超帧超帧由由 51 个业务复帧或个业务复帧或 26 个控制复帧均可组成一个超帧,超帧的周期为个控制复帧均可组成一个超帧,超帧的周期为 1326 个个TDMA帧,超帧长帧,超帧长 5126 4.615 10-36.12 s。u超高帧超高帧由由 2048 个超帧组成超高帧,超高帧的周期为个超帧组成超高帧,超高帧的周期为 20481326=2715648 个个TDMA 帧,即帧,即12 533.76 秒,即秒,即 3 小时小时 28 分分 53 秒秒 760 毫秒。毫秒。44帧的格式(续)u帧的编号帧的编号(FN)以超高帧为周期,从以超高帧为周期,从0到到 2715647上行传输所用的帧号和下行传输所用的帧号相同,但上行帧相对于下行帧上行传输所用的帧号和下行传输所用的帧号相同,但上行帧相对于下行帧来说,在时间上推后来说,在时间上推后 3 个时隙个时隙允许移动台在这允许移动台在这 3 个时隙的时间内,进行帧调整以及对收发信机的调谐和个时隙的时间内,进行帧调整以及对收发信机的调谐和转换。转换。为什么要有帧号?为什么要有帧号?45逻辑信道u逻辑信道的分类逻辑信道的分类46业务信道u业务信道业务信道TCH 主要传输数字主要传输数字话音或数据话音或数据,其次还有少量的随路控制信令。,其次还有少量的随路控制信令。随路控制信令:慢速辅助控制信道或快速辅助控制信道随路控制信令:慢速辅助控制信道或快速辅助控制信道业务信道有全速率业务信道业务信道有全速率业务信道(TCH/F)和半速率业务信道和半速率业务信道(TCH/H)之分。之分。半速率业务信道所用时隙是全速率业务信道所用时隙的一半。半速率业务信道所用时隙是全速率业务信道所用时隙的一半。目前使用的是全速率业务信道目前使用的是全速率业务信道,将来采用低比特率话音编码器后将来采用低比特率话音编码器后可使用半速率业务信道,从而在信道传输速率不变的情况下,时隙可使用半速率业务信道,从而在信道传输速率不变的情况下,时隙数目可加倍。数目可加倍。47业务信道(续)u话音业务信道话音业务信道载有编码话音的业务信道分为全速率话音业务信道载有编码话音的业务信道分为全速率话音业务信道(TCH/FS)和和半速率话音业务信道半速率话音业务信道(TCH/HS),两者的总速率分别为,两者的总速率分别为 22.8 kb/s 和和 11.4kb/s。u数据业务信道数据业务信道在全速率或半速率信道上,通过不同的速率适配和信道编码,用在全速率或半速率信道上,通过不同的速率适配和信道编码,用户可使用下列各种不同的数据业务:户可使用下列各种不同的数据业务:9.6 kb/s,全速率数据业务信道全速率数据业务信道(TCH/F9.6)4.8 kb/s,全速率数据业务信道全速率数据业务信道(TCH/F4.8)4.8 kb/s,半速率数据业务信道半速率数据业务信道(TCH/H4.8)2.4 kb/s,全速率数据业务信道全速率数据业务信道(TCH/F2.4)2.4 kb/s,半速率数据业务信道半速率数据业务信道(TCH/H2.4)48控制信道u控制信道控制信道(CCH)用于传送信令和同步信号用于传送信令和同步信号u主要有三种:主要有三种:广播信道广播信道(BCH)公共控制信道公共控制信道(CCCH)专用控制信道专用控制信道(DCCH)49广播信道(BCH)u广播信道是一种广播信道是一种“一点对多点一点对多点”的单方向控制信道,用的单方向控制信道,用于基站向移动台广播公用的信息(下行)。于基站向移动台广播公用的信息(下行)。u传输的内容主要是移动台入网和呼叫建立所需要的有关信传输的内容主要是移动台入网和呼叫建立所需要的有关信息。息。频率校正信道频率校正信道(FCCH):传输供移动台校正其工作频率的信息;:传输供移动台校正其工作频率的信息;同步信道同步信道(SCH):传输供移动台进行同步和对基站进行识别的信:传输供移动台进行同步和对基站进行识别的信息,因为基站识别码是在同步信道上传输的;息,因为基站识别码是在同步信道上传输的;广播控制信道广播控制信道(BCCH):传输系统公用控制信息,例如公共控制:传输系统公用控制信息,例如公共控制信道信道(CCCH)号码以及是否与独立专用控制信道号码以及是否与独立专用控制信道(SDCCH)相组相组合等信息。合等信息。50公用控制信道(CCCH)u CCCH是一种双向控制信道,用于呼叫接续阶段传输链路是一种双向控制信道,用于呼叫接续阶段传输链路连接所需要的控制信令。连接所需要的控制信令。u公用:为系统内移动台所共用公用:为系统内移动台所共用寻呼信道寻呼信道(PCH):下行信道,传输基站寻呼移动台的信息:下行信道,传输基站寻呼移动台的信息随机接入信道随机接入信道(RACH):上行信道,用于移动台随机提出的入网:上行信道,用于移动台随机提出的入网申请,即请求分配一个独立专用控制信道申请,即请求分配一个独立专用控制信道(SDCCH)准许接入信道准许接入信道(AGCH):下行信道,用于基站对移动台的入网申:下行信道,用于基站对移动台的入网申请作出应答,即分配一个独立专用控制信道。请作出应答,即分配一个独立专用控制信道。51专用控制信道(DCCH)uDCCH是一种是一种“点对点点对点”的双向控制信道,其用途是在呼叫接续阶段的双向控制信道,其用途是在呼叫接续阶段以及在通信进行当中,在移动台和基站之间传输必需的控制信息。以及在通信进行当中,在移动台和基站之间传输必需的控制信息。u专用:专用:基站分给特定移动台基站分给特定移动台独立专用控制信道独立专用控制信道(SDCCH):用于在分配业务信道之前传送有关信令。:用于在分配业务信道之前传送有关信令。例如,登记、鉴权等信令均在此信道上传输,经鉴权确认后,再分配业例如,登记、鉴权等信令均在此信道上传输,经鉴权确认后,再分配业务信道务信道(TCH);慢速辅助控制信道慢速辅助控制信道(SACCH):在移动台和基站之间,:在移动台和基站之间,需要周期性地传需要周期性地传输一些信息。例如输一些信息。例如,移动台要不断地报告正在服务的基站和邻近基站的移动台要不断地报告正在服务的基站和邻近基站的信号强度,以实现信号强度,以实现“移动台辅助切换功能移动台辅助切换功能”。此外,基站对移动台的功。此外,基站对移动台的功率调整、时间调整命令也在此信道上传输,因此率调整、时间调整命令也在此信道上传输,因此 SACCH 是双向的点对是双向的点对点控制信道。点控制信道。SACCH 可与一个业务信道或一个独立专用控制信道联用。可与一个业务信道或一个独立专用控制信道联用。SACCH安排在业务信道时,以安排在业务信道时,以SACCH/T表示;安排在控制信道时,以表示;安排在控制信道时,以SACCH/C表示。表示。快速辅助控制信道快速辅助控制信道(FACCH):传送与:传送与SDCCH相同的信息,只有在没有分相同的信息,只有在没有分配配 SDCCH的情况下,才使用这种控制信道。使用时要中断业务信息,的情况下,才使用这种控制信道。使用时要中断业务信息,把把FACCH插入业务信道,每次占用的时间很短,约插入业务信道,每次占用的时间很短,约 18.5 ms。52总结uGSM通信系统为什么设置多种控制信道?通信系统为什么设置多种控制信道?增强系统的控制功能增强系统的控制功能保证话音通信质量保证话音通信质量u与模拟蜂窝系统的比较与模拟蜂窝系统的比较模拟蜂窝系统:模拟蜂窝系统:“中断中断-猝发猝发”的控制方式的控制方式要在通信进行过程中进行控制信令的传输,必须中断话音信息的传输,一般为要在通信进行过程中进行控制信令的传输,必须中断话音信息的传输,一般为 100 ms左右。如果这种中断过于频繁,会使话音产生可以听到的左右。如果这种中断过于频繁,会使话音产生可以听到的“喀喇喀喇”声,声,势必明显地降低话音质量。因此,模拟蜂窝系统必须限制在通话过程中传输控势必明显地降低话音质量。因此,模拟蜂窝系统必须限制在通话过程中传输控制信息的容量。制信息的容量。GSM 系统系统专用控制信道传输控制信令专用控制信道传输控制信令除去除去FACCH外,不会在通信过程中中断话音信号,因而能保证话音的传输质外,不会在通信过程中中断话音信号,因而能保证话音的传输质量。其中,量。其中,FACCH虽然也采取虽然也采取“中断中断-猝发猝发”的控制方式,但使用机会较少,的控制方式,但使用机会较少,而且占用的时间较短而且占用的时间较短(约约 18.5 ms),其影响程度明显减小。,其影响程度明显减小。GSM系统还采用系统还采用信息处理技术,以估计并补偿这种因为插入信息处理技术,以估计并补偿这种因为插入FACCH而被删除的话音。而被删除的话音。53时隙的格式u在在 GSM 系统中,每帧含系统中,每帧含 8 个时隙,时隙的宽度为个时隙,时隙的宽度为 0.577 ms,其中包含,其中包含156.25 bit。uTDMA信道上一个时隙中的信息格式称为突发脉冲序列信道上一个时隙中的信息格式称为突发脉冲序列u根据所传信息的不同,时隙所含的具体内容及其组成的格根据所传信息的不同,时隙所含的具体内容及其组成的格式也不相同。式也不相同。常规突发常规突发(NB,Normal Burst)脉冲序列脉冲序列频率校正突发频率校正突发(FB,Frequency Correction Burst)脉冲序列脉冲序列同步突发同步突发(SB,Synchronisation Burst)脉冲序列脉冲序列接入突发接入突发(AB,Access Burst)脉冲序列脉冲序列虚设时隙虚设时隙空闲突发脉冲序列空闲突发脉冲序列u时隙结构的设计需要考虑的问题?时隙结构的设计需要考虑的问题?54常规突发(NB,Normal Burst)脉冲序列u也称普通突发脉冲序列,携带业务信道及控制信道(也称普通突发脉冲序列,携带业务信道及控制信道(随机接入信道、随机接入信道、同步信道和频率校正信道除外同步信道和频率校正信道除外)的信息)的信息u信息位信息位占占 116 bit,分成两段,各,分成两段,各 58 bit。其中,。其中,57 位为数据位为数据(加密比特加密比特),另,另用用 1 位(标志位)表示此数据的性质是业务信号或控制信号。位(标志位)表示此数据的性质是业务信号或控制信号。u训练序列训练序列26 位训练序列,用作自适应均衡器的训练序列,以消除多径效应产生的位训练序列,用作自适应均衡器的训练序列,以消除多径效应产生的码间干扰码间干扰将训练序列放在两段信息的中间位置,是考虑到信道会快速发生变化,这将训练序列放在两段信息的中间位置,是考虑到信道会快速发生变化,这样作可以使前后两部分信息比特和训练序列所受信道变化的影响不会有太样作可以使前后两部分信息比特和训练序列所受信道变化的影响不会有太大的差别。大的差别。55常规突发(NB,Normal Burst)脉冲序列(续)u尾比特尾比特TB(0,
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