GSM设计基础知识

移动通信GSM GSM总体 n1988年颁布了GSM标准泛欧数字蜂窝网通信标准n包括两个并行的系统GSM900、DCS1800。n两个系统功能相同，主要的差异是频段不同。nGSM标准只对功能、接口作了详细规定，便于不同公司的产品可以互联互通。 以一个MSC为中心的网络结构人MTBTSMSCEIRHLR/AUCVLRMSCSmUmACDBFEBSCAbisPSTNGSM系统作为AN网络整体的结构 GSM服务区PLMN区PLMN区MSC区MSC区位置区LA位置区LABS小区BS小区多个MTGSM系统的号码编制 n移动用户识别码IMSI（国际移动用户识别码） n每个用户一个，在所有位置均有效，通常在呼叫建立和位置更新时使用。 n存在于SIM卡中，安全性很重要。 GSM系统的号码编制n临时移动用户识别码TMSI nIMSI只在起始呼叫中使用，而后用换算出TMSI完成通话过程。 GSM系统的号码编制n国际移动设备识别码IMEI n手机串号nMT的唯一标志，由于监控设备。 n一般，在MT键盘上按下*#06#，即可得到。 GSM系统的号码编制nMT的网络服务号码 n类似于固定电话号码的编制原则 n13x xxxx xxxx GSM系统的号码编制n基站识别编码BSICn位置区识别编码LAI n便于识别基站及位置区，为位置更新和信道越区切换服务 GSM提供的主要业务 n目前投入使用的是n语音传输n短消息业务n传真GSM系统的无线接口 n频率-时间分隔的蜂窝系统 n小区结构和载频运用 n小区 区群 载频复用 n小区半径：BTSMT间距离，农村一般35KM，市区一般1KM n可采用区群内三小区 n每小区三扇区 n区群间频率复用 GSM系统的无线接口n频率-时间分隔的蜂窝系统n工作频带和载频间隔 n上行：890-915MHZ n下行：935-960MHZ n共有25MHZ带宽 nFDD双工间隔45MHZ n每频带上200KHZ载波间隔 GSM系统的无线接口n频率-时间分隔的蜂窝系统n频道编号 n1号124号nn=1 124n1、124号基本不用MHZnfuplink)2 . 0890(MHZnffuplinklink)2 . 0935(45downGSM系统的无线接口n频率-时间分隔的蜂窝系统n发射类型 nGSM：发射类别为271KF7W，即：n每载频段用TDMA技术 n含8个基本物理信道/8个基本时隙 n调制速率为270.83KBps nGMSK调制方式 GSM系统的无线接口n频率-时间分隔的蜂窝系统nGSM：蜂窝系统 n载频间隔：200KHZ n每载频：按时间分隔为8个时隙的1个个TDMA帧，即每载频8信道 n每小区基站：含由若干个预先分配的频率时间信道 GSM系统的无线接口n物理信道和逻辑信道的结构 n我们已知GSM上下行频带被分为124对载频，载频间隔200KHZ n每对载频上的时间被分割，供不同用户使用，称作时隙。编号为07 n则从时间上看，排列为： nSlot0 Slot1 Slot2 Slot3 Slot4 Slot5 Slot6 Slot7 Slot0 Slot1 GSM系统的无线接口n物理信道和逻辑信道的结构n可见突发性、重复性是特色发射信号功率时间0Slot0Slot 0用户突发信号示意图Slot1Slot2Slot3Slot4Slot5Slot6Slot7Slot0Slot1GSM系统的无线接口n物理信道和逻辑信道的结构n每个时隙是周期出现的，但出现时间是不长的，认为是突发BURST n该时隙可被认为是物理信道射频信道，用以传输业务信息 n显然，要对这些物理信道/时隙进行一系列规定，以便互通地传输信息，即所谓物理信道上的物理帧设计，以便物理信道完成对逻辑信道上的业务的承载。 n显而易见，逻辑信道上的信息也不可能不加组织地加载到物理信道上。 GSM系统的无线接口n物理信道和逻辑信道的结构n基本术语简介 n载频点，上下行124个 n载频点上的时隙，持续时间15/26（ms）0.577ms n时隙上传输的内容叫：突出序列Burst，共有156.25bits n物理信道（特定时隙）是FDMA、TDMA 结合下的产物，在TDMA帧中的位置是不变的。 n逻辑信息（业务与控制）是在一个给定的物理信道中作时间复用的 GSM系统的无线接口n物理信道和逻辑信道的结构n帧结构 n物理信道及物理层信息帧格式时隙及之上的突发脉冲序列，共有5种，都是156.25bits，持续15/26ms。 nTDMA帧（TDMA Frame）含8个时隙，持续815/26=4.615ms n复帧（MultiFrame）或者含26个TDMA帧，用于传业务及随路信令。或者含51个TDMA帧，专用于信令传输。 GSM系统的无线接口n物理信道和逻辑信道的结构n帧结构n超帧（SuperFrame）连续的5126个TDMA帧，持续6.12秒。 n超高帧（HyperFrame） 2048个超帧，周期3小时28分53秒 760毫秒，用于话音和数据。 GSM系统的无线接口n突发脉冲序列物理层信息帧格式，装载逻辑信道的内容 nNormal Burst n头尾bits、保护期纯粹被物理链路建立、撤销所消耗 n信息bits承载业务 n训练bits用于接收电路估计物理信道情况，作为均衡信息使用 头比特111信息比特57+1训练比特26信息比特57+1尾比特111保护期8.25bitsGSM系统的无线接口n突发脉冲序列物理层信息帧格式，装载逻辑信道的内容 nFrequency Correction Burst n头尾bits、保护期纯粹被物理链路建立、撤销所消耗n固定内容bits纯粹的物理信道建立使用 头比特111固定内容比特142尾比特111保护期8.25bitsGSM系统的无线接口n突发脉冲序列物理层信息帧格式，装载逻辑信道的内容 nSynchronization Burst n头尾bits、保护期纯粹被物理链路建立、撤销所消耗 n信息bits承载业务，但没有Normal Burst数目多 n比起Normal Burst，训练bits为同步意义而加长。 头比特111加密信息39训练比特64加密信息39尾比特111保护期8.25bitsGSM系统的无线接口n突发脉冲序列物理层信息帧格式，装载逻辑信道的内容 nAccess Burst n头尾bits、保护期纯粹被物理链路建立、撤销所消耗 n头比特加长，是为了便于接入阶段对方接收时的捕获。头比特1111 1111训练比特41加密信息36尾比特111保护期8.25bitsGSM系统的无线接口n突发脉冲序列物理层信息帧格式，装载逻辑信道的内容 nNull Burst虚设时隙，填充时隙 n头尾bits、保护期纯粹被物理链路建立、撤销所消耗 n头比特加长，是为了便于接入阶段对方接收时的捕获。头比特111固定比特57+1训练比特26固定比特57+1尾比特111保护期8.25bitsGSM系统的无线接口n逻辑信道类型 n物理信道支持着逻辑信道 n逻辑信道分为业务信道Traffic Channel、控制信道Control Channel n业务信道TCH传输业务数据，控制信道CCH传送信令 GSM系统的无线接口n逻辑信道类型逻辑信道类型图表 频率校正信道FCCH同步信道SCH广播控制信道BCCH寻呼信道PCH准许接入信道AGCH随机接入信道RACH独立专用控制信道SDCCH慢速辅助控制信道SACCH快速辅助控制信道FACCH广播信道BCH公用控制信道CCCH专用控制信道DCCH控制信道CCH业务信道TCH下行下行下行下行下行上行上下行上下行上下行GSM系统的无线接口n逻辑信道类型n逻辑信道使用的状态图表示MT被叫时 MT监 听FCCHSCHBCCH做 好 准 备MT通 过RACHAGCH与 BTS交 互收 到 PCH寻 呼 信 息BTS指 配SDCCHMT通 过SDCCH与 BTS交 互控 制 信息 、 SACCHMT通 过 TCH与 BTS交 互业 务 信息 、 SACCH随 路 信 令BTS指 配TCHFCCH、 SCH、 BCCH、 PCH为 下 行 信 道RACH上 行 信 道 、 AGCH下 行 信 道SDCCH上 下 行 信 道TCH上 下 行 信 道 、 SACCH为 随 路 上 下 行 信 令 信 道 （ 随 TCH中 的 业 务 于 一 路 ）GSM系统的无线接口n逻辑信道类型n逻辑信道使用的状态图表示MT被叫时BTS接收 MT接收 FCCH、SCH、BCCH且PCH有寻呼该MT信息 RACH AGCH SDCCH + SACCH SDCCH + SACCH TCH + SACCH TCH + SACCH GSM系统的无线接口n逻辑信道类型n逻辑信道使用的状态图表示MT主叫时 MT监 听FCCHSCHBCCH做 好 准 备MT通 过RACHAGCH与 BTS交 互MT有 呼 叫需 求BTS指 配SDCCHMT通 过SDCCH与 BTS交 互MT通 过 TCH与 BTS交 互业 务 信息 、 SACCH随 路 信 令BTS指 配TCHFCCH、 SCH、 BCCH为 下 行 信 道RACH上 行 信 道 、 AGCH下 行 信 道SDCCH上 下 行 信 道TCH上 下 行 信 道 、 SACCH为 随 路 上 下 行 信 令 信 道 （ 随 TCH中 的 业 务 于 一 路 ）GSM系统的无线接口n逻辑信道类型n逻辑信道使用的状态图表示MT主叫时 BTS接收 MT接收 FCCH、SCH、BCCHPCH无寻呼信息、该MT要发起呼叫 RACH AGCH SDCCH + SACCH SDCCH + SACCH TCH + SACCH TCH + SACCH GSM系统的无线接口n逻辑信道类型n五种Burst对逻辑信道的承载 nFrequency Correction Burst承载FCCH nSynchronization Burst承载SCH nNormal Burst承载BCCH。57+1中的1位指明是业务、控制 nNormal Burst承载PCH。57+1中的1位指明是业务、控制 nAccess Burst承载RACH。 nNormal Burst承载AGCH。57+1中的1位指明是业务、控制 GSM系统的无线接口n逻辑信道类型n五种Burst对逻辑信道的承载（续）nNormal Burst承载SDCCH+SACCH。57+1中的1位指明是业务、控制 nNormal Burst承载TCH+SACCH。57+1中的1位指明是业务、控制n从上述的两个状态转移图，可看出Normal Burst不同的承载存在于不同的时间，故而具有任意时刻的唯一意义。不会混淆。 GSM系统的无线接口n逻辑信道类型n逻辑信道的组合方式映射到物理信道的方式 n一般地，一个基站有n个载频（双工）nC0，C1，Cn-1，C0称为主载频n每个载频有8个时隙，TS0，TS1， TSnnC0上的TS0用于广播信道、公共控制信道，TS1用于专用控制信道，TS2 TS7用于业务信道及随路信令SACCH。nC1 Cn-1的8个时隙均用于业务信道及随路信令SACCH。GSM系统的无线接口n逻辑信道类型n逻辑信道的组合方式业务信道的组合方式 nC0的TS2 TS7、 C1 Cn-1的8个时隙用于业务信道及随路信令SACCH。n亦即：该基站最多可容纳(n-1)8+6个用户。n一个用户占据一个时隙，两个时隙间隔1个TDMA帧。n因而可以认为用户业务数据以多个TDMA帧来传输MultiFrame复帧的概念。n业务信道的复帧含26个TDMA帧。GSM系统的无线接口n业务信道的组合方式 n业务信道包含TCH、SACCH。nNormal Burst承载TCH、SACCH。57+1中的1位指明是业务、控制。nMT准备好多个Normal Burst，按照分配好的时隙，发送出去。n这就是复帧与时隙的对应问题，见后图。GSM系统的无线接口n某用户的业务复帧与指定时隙TS2的对应T T T T T T T T T T T T A T T T T T T T T T T T0 1 27T I1234567823242526192021221516171811121314910TCH业务数据、SACCCH慢速随路信令数据、NULL，分别以NB物理承载，26个TDMA帧组成1个复帧0 1 270 1 2TDMA帧GSM系统的无线接口n控制信道的组合方式nC0上的TS0n用于广播信道BCH（FCCH、SCH、BCCH）n公共控制信道CCCH（PCH、RACH、AGCH）nC0上的TS1n用于专用控制信道DCCH（SDCCH、SACCH）n控制信道的复帧含51个TDMA帧。n具体过程详见：P253264。nBCH、CCCH在TS0上的复用。SDCCH、SACCH在TS1上的复用。GSM系统的无线接口nGSM语音编译码 nRPELTP编译码 n是波形编码与声码器优点的结合，最终输出码速率13kbps。 nVAD话音激活检测 n有效地节省功率，减轻干扰。 nDTX离散传输 n当有话音时，方传输话音，无话音时不传输。 nCNG舒适噪音产生器 n为照顾人耳的听觉感受，在DTX中，当无话音时传输CNG指令，由对方产生适当的背景噪声。 GSM系统的无线接口n信道编码和交织 n信道编码 n用于GSM系统的信道编码方法有卷积码、分组码、奇偶码三种，存在于不同的场合。 n交织技术 GSM系统的无线接口nGMSK调制和可选的跳频传输 nGMSK调制 n比较适合移动信道传输特性。 GSM系统的无线接口nGMSK调制和可选的跳频传输n跳频传输 n扩谱有的特性全具备抗干扰、隐蔽、抗多径干扰衰变 物理帧数据频合器0A用户PN发射IFGMSK调制一个Slot一跳GSM系统的无线接口nGMSK调制和可选的跳频传输nGSM系统的无线接口采用了慢速跳频（SFH） n快跳频：在某频率上停留发送一个以下的数据比特，对硬件要求高。 n慢跳频：在某频率上停留期间，发送多个数据比特，40H/S，20H/S， 10H/S nGSM系统在整个Burst突发序列期间，传送频率保持不变，属于SFH。 GSM系统的控制与管理 n在了解了： n物理层的语音编码、VAD、DTX、CNG产生 n信道编码、交织技术 n物理信道成帧、逻辑信道成帧与承载关系nGSM系统的控制与管理位置登记、鉴权与加密、呼叫接续、越区切换，就是属于纯粹的信令管理问题了。 n具体过程详见：具体过程详见：P249260。作为作业提交。作为作业提交。