GSM移动通信原理.ppt

2020 2 23 MA000001GSM移动通信原理 ISSUE2 0 Page2 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 Page3 学习目标 了解移动通信的多址技术 蜂窝技术了解GSM系统结构 接口 业务掌握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话音的处理过程掌握GSM移动区域的划分掌握GSM编号计划了解GSM组网方式了解GSM通信流程 学习完本课程 您应该能够 Page4 课程重点 移动通信的发展历程 多址技术 蜂窝技术GSM系统结构 接口及业务Um接口GSM移动区域的划分GSM编号计划GSM组网方式GSM通信流程 安全性管理和移动性管理 Page5 GSM移动通信概述 GSM概述与发展简史多址技术功率控制蜂窝技术GSM主要参数 Page6 GSM概述与发展简史 第三代移动通信系统介绍 移动通信发展展望 GSM的发展历程及现状 移动通信的定义 Page7 GSM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 Page8 GSM概述与发展简史 电磁波频段与波段 C L F Page9 GSM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ADC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 Page10 GSM概述与发展简史 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 其中 GSM的发展历程如下 Page11 GSM概述与发展简史 已有109个国家239个运营者运营着超过4400万用户的GSM网络 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 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 1991年 1992年 系统命名为 GlobalSystemforMobile 全球通 组织机构 SpecialMobileGroup 1993年 PhaseII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 Page12 GSM概述与发展简史 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 专家预测 到2000年底 全国移动用户超过7500万 到2005年达2亿 在我国 Page13 GSM概述与发展简史 我国移动用户增长 Page14 GSM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 Page15 GSM概述与发展简史 1G 2G 3G 2 5G 80s初 80s末 96年 2002年 无线通信系统 时间 GSMPDCD AMPSIS 95A W CDMACDMA2000TD SCDMA AMPSTACSNMTNTT GPRSIS 95B 无线通信在今天的发展 Page16 GSM概述与发展简史 GPRS GeneralPacketRadioService 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 第三代移动通信技术 GSM系列 Page17 GSM概述与发展简史 GPRS的特点 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 Page18 GSM概述与发展简史 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 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对于运营商 GPRS对于用户 Page19 GSM概述与发展简史 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 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 WCDMA WidebandCodeDivisionMultipleAccess EDGE EnhancedDataRatesforGlobalEvolution Page20 GSM概述与发展简史 属于CDMA第二代 能达到1 25MHz 目前全球用户接近三千五百万 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 cdmaOne CodeDivisionMultipleAccessOne cdma2000 CodeDivisionMultipleAccess2000 CDMA系列 Page21 GSM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 Page22 GSM概述与发展简史 完善规范并制定网络部分标准 ITU T和ITU R正式携手研究FPLMTS ITU将FPLMTS改为IMT 2000 国际移动电信系统2000 2000年 2000MHz ITU征集IMT 2000的无线接口技术方案 方案评审 制定规范 包括无线接口标准 1994年 1996年 1998年6月 1999年 2000年 Page23 GSM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 Page24 GSM概述与发展简史 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 为实现上述目标 对3G无线传输技术提出了以下要求 Page25 GSM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UMTS欧洲标准 Page26 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 Page27 多址技术 FDMA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 频分多址FDMA Page28 多址技术 TDMA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 时分多址TDMA Page29 多址技术 CDMA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 码分多址CDMA Page30 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 Page31 蜂窝技术 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 大区制与小区制 Page32 按无委会规定 我国目前可用频道号为76 124 共49个频点 76 95给移动 95 124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 蜂窝技术 大区制与小区制 Page33 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 频率复用基础 蜂窝技术 Page34 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 3KD 频率复用距离R 小区半径K 频率复用模式 蜂窝技术 频率复用基础 Page35 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 中继效率就会降低 小区复用模式图 蜂窝技术 频率复用基础 Page36 GSM主要参数 Page37 GSM主要参数 移动通信1 8GHz频段的分配情况 在1800MHz频段 移动通信只用了低部45MHz 45MHz中已占用10MHz 尚余35MHz带宽 另有30MHz带宽可供发展 Page38 GSM系统结构与接口 GSM系统结构与功能GSM系统的业务GSM接口GSM各接口协议GSM无线接口 Page39 2 1GSM系统结构与功能 OSS 操作支持子系统BSS 基站子系统NSS 网络子系统NMC 网络管理中心DPPS 数据后处理系统SEMC 安全性管理中心OMC 操作维护中心PCS 用户识别卡个人化中心MSC 移动业务交换中心VLR 来访用户位置寄存器HLR 归属用户位置寄存器AUC 鉴权中心EIR 移动设备识别寄存器BSC 基站控制器BTS 基站收发信台PDN 公用数据网PSTN 公用电话网ISDN 综合业务数字网MS 移动台 Page40 GSM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 Page41 GSM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 Page42 GSM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 Page43 GSM系统结构与功能 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 移动台的功能 Page44 GSM系统结构与功能 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 BSC的功能 Page45 GSM系统结构与功能 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 BTS的功能 Page46 GSM系统结构与功能 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 MSC的功能 Page47 GSM系统结构与功能 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 VLR的功能 Page48 GSM系统结构与功能 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 HLR的功能 Page49 GSM系统结构与功能 AUC的功能 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 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 Page50 GSM系统结构与功能 EIR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 Page51 GSM系统的业务 GSM系统提供的业务可分为三大类 承载业务 BEARSERVICES 电信业务 TELESERVICES 附加业务 SUPPLEMENTARYSERVICES 其中承载业务和电信业务也叫作基本电信业务 BASICTELECOMMUNICATIONSERVICES 附加业务可以分为GSM附加业务 GSMBASICTELECOMMUNICATIONSERVICES 和非GSM附加业务 NON GSMBASICTELECOMMUNICATIONSERVICES Page52 GSM系统的业务 GSM承载业务bearservices 承载业务是为了提供数据传送的纯传输业务 它提供GSM网络和其他网络之间的低层交换功能 ETSI为GSM定义的承载业务有 DataCDA circuitduplexasynchronous数据电路双工异步传送异步传送速率 300 9600bps业务号 BS21 BS22 BS23 BS24 BS25 BS26DataCDS circuitduplexsynchronous数据电路双工同步传送同步传送速率 1200 9600bps业务号 BS31 BS32 BS33 BS34 Page53 GSM系统的业务 GSM承载业务bearservices PADCDA packetassembler disassemblerdedicatedPADaccess消息包异步传送速率 300 9600bps业务号 BS41 BS42 BS44 BS45 BS46Alternatespeech dataCDA circuitduplexAsynchronous语音 数据电路双工异步传送业务号 BS61SpeechfollowedbyCDA circuitduplexsynchronous语音切换到数据电路双工同步传送业务号 BS81 Page54 GSM系统的业务 GSM电信业务teleservices 电信业务使用通信终端之间从高 低层网到通信控制层的功能基本语音 数据电信业务 Telephony电话业务允许PLMN网与PSTN等他网之间的语音信息传送业务号 TS11Emergencycall紧急呼叫业务用于建立移动台与紧急呼叫中心的连接业务号 TS12 Page55 GSM系统的业务 GSM电信业务teleservices Shortmessageservices短消息业务属于数据业务 允许移动台收发其他移动用户的短消息业务号 移动接受TS21 移动始发TS22Automatictelefax传真业务属于数据业务业务号 TS62Alternativespeechandtelefax传真 语音交替业务允许语音和传真业务中交替传送业务号 TS61 Page56 GSM系统的业务 附加业务 附加业务是GSM基本电信业务的附加业务 它总是和基本电信业务并存的 一 GSMSupplementaryServicesNumberidentificationservicescallinglineidentificationpresentationcallinglineidentificationrestrictionCallofferingservicescallforwardingunconditional CFU callforwardingonmobilesubscriberbusy CFB callforwardingonnoreply CFNRy callforwardingonmobilesubscribernotreachable CFNRc CallcompletionservicescallholdcallwaitingMulti partyservice最大允许包括多方会议发起者在内的六位用户Adviceofcharge AOC AOCinformationlevel AOIC AOCcharginglevel AOCC Page57 GSM系统的业务 附加业务 Callrestrictionservices Barringofalloutgoingcalls BAOC 紧急呼叫例外 Barringofalloutgoinginternationalcalls BOIC BarringofalloutgoinginternationalcallsexcepthomePLMNcountry BOIC exHC Barringofallingoingcalls BAIC Barringofallingoingcallswhenroamingoutsidehomecountry BIC Roam Closedusergroup CUG 允许若干移动用户组成一个闭和用户群 其成员用户能接收和拨打群内用户 可统一开通其他业务 Page58 GSM系统的业务 附加业务 二 Non GSMSupplementaryServicesHotbilling热线收费允许运营者为某个用户独立于普通计费而建立短期计费显示Callback calldiversionservices 遇忙回叫允许临时不能接入PLMN网络的移动用户向网络个人语音邮箱呼叫 Page59 GSM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 Page60 GSM接口 主要接口 A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 sPCM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 Page61 GSM接口 主要接口 Abis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 sPCM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 Page62 GSM接口 主要接口 Um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 Page63 GSM接口 NSS内部接口 C Page64 GSM接口 NSS内部接口 B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 Page65 GSM接口 NSS内部接口 C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 Page66 GSM接口NSS内部接口 D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 Page67 GSM接口 NSS内部接口 E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 sPCM数字传输链路实现的 Page68 GSM接口 NSS内部接口 F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 Page69 GSM接口 NSS内部接口 G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 Page70 GSM接口 GSM系统与公众电信网的接口 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 Page71 GSM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 3A 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 Page72 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 GSM各接口协议 协议分层结构 Page73 GSM各接口协议 信号层3的互通 RR在基站子系统中终止 RR消息在BSS中进行处理和转译 映射成BSS移动应用部分 BSSMAP 的消息在A接口中传递移动性管理 MM 和接续管理 CM 都至MSC终止 MM和CM消息在A接口中是采用直接转移应用部分 DTAP 传递 基站子系统 BSS 则透明传递MM和CM消息 BSSAP BSS应用部分SCCP 信令连接控制部分DTAP 直接转移应用部分MTP 消息传递部分BSSMAP BSS移动应用部分 Page74 GSM各接口协议 NSS内部及GSM与PSTN之间的协议 与非呼叫相关的信令采用移动应用部分 MAP 用于NSS内部接口 B C D E F G 之间的通信 与呼叫相关的信令则采用电话用户部分 TUP 和ISDN用户部分 ISUP 分别用于MSC之间和MSC与PSIN ISDN之间的通信 Page75 GSM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 Page76 GSM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跳频时延调整 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 Page77 GSM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尽量不采用相邻频率 用户数量大 话务量大的小区可采用多组频率 Page78 GSM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 TimeSlot 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 BurstPeriod 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 FrequencySlot 相当于GSM规范书中的无线频道 RadioFrequencyChannel 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8 Page79 GSM无线接口 物理信道上的突发脉冲 Page80 GSM无线接口 Um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 Page81 GSM无线接口 Um接口频率规划 GSM900无线频道特点 上行 MS BTS 890 915MHZ下行 BTS MS 935 960MHZ双工间隔 45MHz载频间隔 200KHz我国目前实际占用高端10M频段从上往下6M 电信4M Page82 DCS1800 上行 MS BTS 1710 1785MHZ下行 BTS MS 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 GSM无线接口 Um接口频率规划 Page83 GSM频道编号方法GSM900频道编号 上行频率Fl 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Fl 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 GSM无线接口 Um接口频率规划 Page84 GSM无线接口 Um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 Page85 GSM无线接口 Um接口频率规划 频率的紧密复用技术 同心圆技术 MRP IntelligentUnderlayOverlay IUO FractionReused Page86 GSM无线接口 Um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 Page87 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 Page88 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 Page90 控制信道帧结构8时隙 TDMA帧26TDMA帧 1复帧51复帧 1超帧2048超帧 1超高帧 业务信道帧结构8时隙 TDMA帧51TDMA帧 1复帧26复帧 1超帧2048超帧 1超高帧 Page91 突发脉冲种类与功能 每一种突发脉冲完成什么功能 Um接口上有哪几种突发脉冲 Internet Page92 Um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 Page93 Um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 Page94 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 Page95 GSM无线接口 Um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 Page96 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 Page97 逻辑信道的分类 逻辑信道分为两类 业务信道 TrafficChannel 传业务信息 包括 话音和数据 控制信道 ControlChannel 或称为信令信道 SignallingChannel 传各种控制信息 Page98 逻辑信道类型 Page99 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 EnhancedTCH F 业务信道 Page100 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 Page101 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 Page102 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 BCH Page103 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 BCH 功能 Page104 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 CCCH Page105 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 CCCH 功能 Page106 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 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 Page107 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 DCCH 功能 Page108 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 Page109 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 Page110 逻辑信道组合的实例 一 广播和公共控制信道的复帧组合示意图 Page111 逻辑信道组合的实例 二 业务信道的复帧组合示意图 Page112 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SDCCH SDCCH SACCH 在SDCCH上进行鉴权 在SACCH上进行功率控制 空闲状态接收BCCH Page113 GSM无线接口 Um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 Page114 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 Page115 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 Page116 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 Page117 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 交织 Page118 交织 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 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 Page119 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 Page120 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 Page121 为什么引入加密技术 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 Page122 加密技术 把交织后的114bit块和一个114bit的加密块进行加密 Page123 GSM无线接口 Um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 Page124 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 可能导向切换 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 APC Page125 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 DTX Page126 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 DRX Page127 跳频即 在不同时隙发射载频在不断地改变为何引入跳频 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 Page128 为什么引入时延调整 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 单程传输极限时间是100US 双程传输极限时间为200US 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 Page129 时延调整 如何进行时延调整 采用时间提前量参数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 Page130 GSM移动区域与编号计划 GSM区域定义编号计划 Page131 GSM区域定义 Page132 GSM区域定义 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 Page133 GSM区域定义 PLMN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 Page134 GSM区域定义 MSC区 一个MSC区可以由一个或若干个位置区组成 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 Page135 GSM区域定义 位置区 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 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 Page136 GSM区域定义 基站覆盖区 由置于同一基站点的一个或数个基站收发信台 BTS 包括的所有小区所覆盖的区域它还不是一个蜂窝 Page137 GSM区域定义 小区 采用基站识别码或全球小区识别进行标识的无线覆盖区域 小区CELL是指由一个基站的一个扇型天线 BTS 覆盖的区域 在基站采用全向天线结构时 小区即为基站覆盖区域 基站区或CELL Page138 编号计划 为了确定GSM移动用户 永久性编码 IMSIMSISDN临时性编码 LMSITMSIMSRNHON为了识别NSS网络组件 MSCNumberVLRNumberHLRNumber为了识别位置区 LAI为了识别BSS网络组件 CGIBSIC为了识别移动设备 IMEI为了识别移动用户的漫游区 RSZI 在GSM系统中 出于识别的目的 定义了如下的一些编号 Page139 编号计划 IMSI InternationalMobileSubscriberIdentity MCC MobileCountryCode 移动国家码 三个数字 如中国为460 MNC MobileNetworkCode 移动网号 两个数字 如中国移动的MNC为00 MSIN MobileSubscriberIdentificationNumber 在某一PLMN内MS唯一的识别码 编码格式为 H1H2H3SXXXXXXNMSI NationalMobileSubscriberIdentification 在某一国家内MS唯一的识别码 Page140 编号计划 IMSI InternationalMobileSubscriberIdentity IMSI是GSM系统分配给移动用户 MS 的唯一的识别号 采取E 212编码方式 存储在SIM卡 HLR和VLR中 在无线接口及MAP接口上传送 IMSI分配原则 最多包含15个数字 0 9 MCC在世界范围内统一分配 而NMSI的分配则是各国运营者自己的事 如果在一个国家有不止一个GSMPLMN 则每一个PLMN都要分配唯一的MNC IMSI分配时 要遵循在国外PLMN最多分析MCC MNC就可寻址的原则 Page141 编号计划 TMSI TemporaryMobileSubscriberIdentity TMSI是为了加强系统的保密性而在VLR内分配的临时用户识别 在某一VLR区域内与IMSI唯一对应 TMSI分配原则 包含四个字节 可以由八个十六进制数组成 其结构可由各运营部门根据当地情况而定 TMSI的32比特不能全部为1 因为在SIM卡中比特全为1的TMSI表示无效的TMSI 要避免在VLR重新启动后TMSI重复分配 可以采取TMSI的某一部分表示时间或在VLR重起后某一特定位改变的方法 Page142 编号计划 LMSI LocalMobileSubscriberIdentity LMSI是为了加快VLR用户数据的查询速度而由VLR在位置更新时分配 然后与IMSI一起发送往HLR保存 HLR不会对它做任何处理 但是会在任何包含IMSI的消息中发送往VLR LMSI的长度是四个字节 没有具体的分配原则要求 Page143 编号计划 MSISDN MobileSubscriberInternationalISDN PSTNnumber CC CountryCode 国家码 如中国为86 NDC NationalDestinationCode 国内接入号 如中国电信的NDC目前有139 138 137 136 135 SN SubscriberNumberMSISDN的一般格式为86 139 或8 0 H0H1H2H3ABCD Page144 编号计划 MSISDN