《GSM培训系统概述》PPT课件.ppt

1 河北信泰信息技术有限公司2010年 GSM移动通信系统原理培训讲义 一 系统概述 2 内容提要 总述GSM移动通信系统原理GSM信令协议 3 一 总述 移动通信发展蜂窝通信原理GSM的发展进程 4 移动通信的发展历史 1980 1990 2000 5 模拟移动通信的缺陷 各个系统之间没有公共接口 难于实现漫游无法与固定网向数字化推进相适应频谱利用率比较低安全保密性比较差业务种类受限移动设备成本高 体积大网络的管理控制存在问题 6 数字移动通信的优点 抗干扰能力强频谱利用率高可方便实现数据业务易于加密便于网络的管理和控制便于设备的集成 7 频谱利用率不够高 容量问题 传输速率较低 业务单一 存在多个标准 无法实现全球漫游 个人通信的目标 任何人 在任何地点 任何时间与其他任何人进行任何方式的通信 为什么要发展第三代 8 全球统一频段 统一标准 全球无缝覆盖 高频谱效率 高服务质量 高保密性能 提供多媒体业务 速率最高到2Mb s 易于第二代系统的过渡和演进 多频多模手机 单一通信号码 车速环境 144kb s 步行环境 384kb s 室内环境 2Mb s IMT 2000目标 9 移动通信发展的技术基础 集成电路的发展数字程控交换技术的发展蜂窝结构的出现信道与信源编码的技术革新 10 一 总述 移动通信发展蜂窝通信原理GSM的发展历程 11 蜂窝通信原理 移动通信特点电波传播环境十分恶劣多普勒频移产生附加调频噪声移动台受干扰和噪声骚扰移动设备要求有很大的动态范围频谱拥挤建网技术复杂 12 蜂窝通信原理 大区制一个基站覆盖整个城市通信质量差频率利用率低系统容量小 13 蜂窝通信原理 PSTN 另一有线网 另一有线网 MSC MSC BSC BSC BSC BSC BTS BTS BTS BTS BTS BTS BTS BTS BTS BTS BTS BTS BTS BSC BSC BSC 14 7小区频率重复再用 15 基站扇区化 cellsite cellsite cellsite 全向小区 OMNICELLSITE 3扇区 小区 120 SECTOR CELLS 6扇区 小区 60 SECTOR CELLS 1ANTENNA 3ANTENNA 6ANTENNA 16 GSM常用频率复用模式 4 3标准复用模式 GSM体制推荐 紧密复用模式3 31 3 NORTEL 2 6 MOTOROLA 多重复用MAP ERICSSON 17 无线频谱分配 45MHz双工间隔 基站发射频率 基站接收频率 2MHz保护频带 960 905 890 880 872 950 935 925 917 915 GSM TACS GSM EGSM ETACS 18 DCS1800频谱分配 19 GSM系统频段 GSM900主频段 P GSM 上行 890MHz 915MHz 移动台发 基站收 下行 935MHz 960MHz 基站发 移动台收 GSM扩展频段 E GSM 上行 880MHz 890MHz 移动台发 基站收 下行 925MHz 935MHz 基站发 移动台收 DCS1800频段上行 1710MHz 1785MHz 移动台发 基站收 下行 1805MHz 1880MHz 基站发 移动台收 20 GSM绝对频道号 GSM900主频段 P GSM 上行 Fl 890 0 2 N MHz 1 N 124 下行 Fu Fl 45 MHz GSM扩展频段 E GSM 上行 Fl 890 0 2 N 1024 MHz 下行 Fu Fl 45 MHz 975 N 1023 DCS1800频段上行 Fl 1710 2 0 2 N 512 MHz 下行 Fu Fl 95 MHz 512 N 885 21 一 总述 移动通信发展蜂窝通信原理GSM的发展进程 22 GSM标准制定委员会 23 发展进程 一 1979年 世界无线电管理委员会 WARC 划定了今后欧洲用于蜂窝移动通信系统的频段 1982年 欧洲邮政与电信委员会 CEPT 内建立了特别移动组 GroupeSpecialMobile 1986年 在巴黎建立了GSM永久核心 1988年 欧洲电信标准协会 ETSI 成立 并接管了GSM委员会 24 1990年 GSM规范Phase1被冻结 1991年 DCS1800规范Phase1被冻结 GSM委员会开始考虑下一代无线通信系统 1992年 GSM委员会更名为 SpecialMobileGroup GSM系统更名为 GlobalSystemforMobileCommunication DCS1800规范Phase2被冻结 1992年 GSM开始商业运营 发展进程 二 25 1993年 GSM规范Phase2被冻结 1994年 GSM商用运营远超出GSM委员会的范围 中国 印度 中东 远东 俄罗斯等国家和地区 1996年 ETSI推出GSM规范Phase2 1995年 DCS1800商用系统开始在泰国 卡塔尔 英国等国家和地区运营 发展进程 三 26 01系列 系统概述02系列 业务03系列 网络结构和网络功能04系列 无线接口信令 L2 L3 05系列 无线接口物理层06系列 语音编码 FR EFR HR GSM规范 一 27 07系列 移动台终端适配功能08系列 A接口和Abis接口09系列 网络互连 ISDN PSTN PSPDN 10系列 PH2 新功能11系列 测试12系列 网管 操作维护 用户和终端业务数据监视 性能 设备管理 GSM规范 二 28 总述 小结 三类技术制式蜂窝通信原理GSM发展进程进程 规范内容 29 二 GSM系统原理 业务系统结构和功能主要技术组网 30 GSM系统提供的业务 电信业务 用户终端业务 承载业务 基本业务 基本业务 基本业务 补充业务 基本业务 补充业务 31 承载业务 它在某个接入点上提供用户所需的传送相应信号的能力 双向异步数据电路 300 9600bps 双向同步数据电路 1200 9600bps 异步分组数据接入电路 300 9600bps 双向同步分组数据 2400 9600bps 交替语音和数据数据后接语音业务GPRS业务 承载业务 32 用户终端业务 是一种电信业务 它提供给用户包括终端设备功能在内的各种必须功能 使之能与其他用户通信 用户终端业务 一 33 电话业务紧急呼叫业务数据通信短消息业务移动被叫点对点短消息业务移动主叫点对点短消息业务广播型短消息业务语音和三类传真交替业务自动三类传真业务 用户终端业务 二 34 用于补充或修改基本业务 以提供用户完整的业务补充业务不能独立存在 补充业务 一 35 呼叫偏转 有被叫 实时前转 呼叫前转 无条件 遇忙 无应答 不可及 主叫号码识别呼叫等待 被叫忙时 接收新业务 呼叫保持 保持当前呼叫 发起新呼叫 呼入呼出限制其它 补充业务 二 36 语音群呼叫 VGCS 话音广播业务 VBS 多用户特征 MSP 移动定位业务 增强型补充业务 37 业务 小结 承载业务语音 数据用户终端业务基本 补充 增强 38 二 GSM系统原理 业务系统结构和功能主要技术组网 39 GSM网络结构 PSTN OMS SIM ME MS BTS BTS BSC A Um MSC MSC VLR VLR HLR AUC B C E G H D NSS BSS NSS 40 系统接口 A接口 MSC与BSC间的接口Abis接口 BSC与BTS间的接口Um接口 BTS与MS间的接口B接口 MSC与VLR间的接口C接口 MSC与HLR间的接口D接口 HLR与VLR间的接口E接口 MSC与MSC间的接口G接口 VLR与VLR间的接口H接口 HLR与AUC间的接口 41 MSC VLR业务区域 42 位置区 LocationArea 43 GSM各区域间的关系 GSM业务区 PLMN业务区 MSC业务区 位置区LAC 小区Cell 44 MSC功能与作用 呼叫处理呼叫建立 连接与清除切换过程移动性管理位置更新过程用户身份识别移动设备识别 操作与维护数据库管理测量人机接口 MMI 网间互通计费 MSC 为其服务区内的移动用户提供交换和信令功能 45 HLR功能与作用 HLR HomeLocationRegister用户识别号 IMSI MSISDN 当前用户的VLR 当前位置 业务能力 业务限制信息用户申请的补充业务补充业务信息 例 当前转移的电话号码 用户状态 registered deregistered 移动用户漫游号 MSRN 传递 HLR 46 VLR功能与作用 VLR VisitorLocationRegister移动台状态部分补充业务数据移动站的位置登记 LAI 临时移动用户识别号 TMSI 管理MSRN管理 VLR 47 AUC功能与作用 鉴权和加密数据Ki RANDA3 A8算法Kc Sres A C D H E F 48 鉴权 Authentication 49 加密 Ciphering 50 国际移动用户识别码 IMSI 移动国家号码 MCC 中国为460 移动网号 MNC 移动为00 联通 01 移动用户识别码 MSIN H1H2H3 国际移动用户识别号 IMSI 51 移动用户漫游号码 位长10位VLR临时分配给用户的一个号码与该MSC所属HLR有一定联系在VLR中与IMSI一一对应 移动用户漫游号 MSRN 52 临时移动用户识别码 TMSI 提高IMSI使用的安全性本地分配的4字节的BDC编码 临时移动用户识别号 TMSI 53 移动用户ISDN号码 MSISDN 移动用户ISDN号码 MSISDN 国家号码 CC 中国为86MAC 移动接入码 139 8 7 6 5 0 1 移动用户号 H0H1H2H3ABCDH0H1H2H3 HLR识别码 由总部统一分配到本地网 H0 0ABCD 移动用户号 由HLR自行分配 54 基站子系统 BSS 组成 基站控制器 BSC基站收发信机 BTS无线操作维护中心 OMC R码变换器 TC Transcoder UM接口 MS Abis接口 接口 BTS OMC R BSC TC BTS 55 BSC的一般结构 数字中继 交换网络 处理器网络 数字中继 A接口 Abis接口 56 BSC的功能作用 实现A接口物理层规定 PCM E1 实现A接口No 7号信令功能 SP 实现Abis接口物理层规定 PCM E1 实现Abis接口数据链路层 LAPD 实现A接口与Abis接口间信道交换功能实现部分网络层的功能实现无线资源管理 RR 实现BSS管理应用部分的功能实现切换功能等 57 BTS的一般结构 基站接口设备 信令处理 编码与交织 译码与解交织 加密 加密 发信机 天线 收信机 均衡解调 解密 Abis BTS的功能模块 Um 跳频控制 时钟 功率控制 58 BTS的功能作用 实现Abis接口物理层规定 PCM E1 实现Abis接口数据链路层 LAPD 实现BTS管理功能实现部分无线资源管理 RR 实现Um接口物理层规定 PCM E1 实现Um接口数据链路层 LAPDm 实现实现跳频功能实现信道加密 解密功能实现信道编译码 交织与解交织功能实现调制与解调功能 59 发信机 实现用户基带数据到射频信号的转换上变频信号激励功率放大功率控制 60 收信机 实现射频信号到用户基带数据的转换低噪声放大下变频信号激励自动增益控制 AGC 信号场强提取 RSSI 61 天馈系统 实现射频信号的合路与分路 控制带外的杂散 实现网络设计规定的扇区分布等 在需要时 实现上下行信号的双工功能 抑制收发信干扰 62 BTS信令处理 Um接口数据链路层 Dm信道链路接入协议LAPDmAbis接口数据链路层 D信道链路接入协议LAPDAbis接口与Um接口间信令协议转换无线信道管理 63 BSS链路连接结构 64 TC功能 全称 TranscoderRateAdaptorUnit语音编解码功能 FR EFR 非连续发射功能 DTX 数据速率适配功能与BTS的远端通信功能 65 MS结构 66 用户识别模块 SIM 用户固定数据 网络临时数据 业务相关数据IMSI TMSI 使用的语言Ki LAI 话费数据接入控制级 Kc安全算法 禁止的PLMN 67 位置区识别码 LAI 与CI 位置区识别码 LocationAreaIdentity 小区全球识别码 CellGlobalIdentity MCC MNC LAC L1L2L3L4 MCC MNC LAC CI 小区识别码 CI 二字节的BCD编码 68 GSM的功能分层 69 GSM的功能层 传输 Transmission 用户信息 话音或数据 信令消息 物理层到网络层 无线资源管理 RR 建立和释放MS到MSC间的联接有效利用无线和对应的陆地资源完成切换过程移动性管理位置管理 MS HLR AUC MSC VLR 安全管理 70 GSM的功能层 通信管理 CM 呼叫控制面向电路的业务 MSC VLR GMSC HLR IWF 路由管理补充业务管理修改和检查补充业务的实际配置和状态涉及MS和HLR两个实体短消息业务点到点的短消息 SM SC 两个功能实体 SMS GMSC SMS IWMSC 运行 维护和管理 OAM 用户全部登记管理 网络运行维护 用户设备管理 71 GSM的功能协议结构 72 GSM系统结构和功能 小结 结构HLR VLR AUC EIR MSC BSC BTS TRAUMSOMC功能层 73 二 GSM系统原理 业务系统结构和功能主要技术组网 74 主要技术 一 频率复用GMSK调制话音编码非连续传输 DTX 收发时隙偏差和时间提前 75 主要技术 二 非连续接收 DRX 分集技术 均衡技术切换技术功率控制技术跳频技术 76 GSM4 3标准复用模式 无线区族4各基战每个站3扇区基站结构3个120度或三叶草扇区 C I 12dB 77 GSM3 3标准复用模式 复用方式 个基站 个扇区特点不增加新基站容量增加 有限 抗干扰措施 78 GSM空中接口调制 10011 GaussianMinimumShiftKeying 79 GSM调制频谱 Power Frequency 200KHz 80 RPE LTP 规则脉冲激励 长时线性预测编码功能 13KRPE LTP64KPCM帧长 20ms速率 13Kb sMOS 3 6复杂度 4 7MIPS抗干扰能力 7dB BER 一类0 61 二类8 3 语音编解码功能 FR 81 ACELP 代数码本激励线性预测编码功能 13KACELP64KPCM帧长 20ms速率 12 8Kb sMOS 4 0复杂度 18 1MIPS抗干扰能力 优于FR BER很高时 4 13 一样 语音编解码功能 EFR 82 通过限制无用信息的发送 减少空间干扰降低发信机功率 延长MS的电池使用时间 使用DTX的意义 1 83 定量分析 40 D 8dBC I 3dB等效于频率复用距离减少20 50 使用DTX的意义 2 D 4dB 8dB 12dB 16dB D DTX衰减因子 84 收发时隙偏差与时间提前 85 不连续接收 DRX 86 传播损耗 自由空间传播损耗慢衰落 分集由地形起伏 建筑物及障碍物的遮蔽等引起慢衰落 阴影衰落 快衰落 均衡由各种反射物和散射体产生的直射波 反射波和散射波的相互干扰和串扰 以及多普勒 Doppler 频移等产生的快衰落 多径衰落 87 均衡 多径衰落 88 分集技术和合并技术 分集空间 极化 频率合并技术选择 最大比 等增益 开关式 89 切换 Handover 切换 90 切换目的 援救切换 当移动台离开管理它的小区的无线覆盖时 减小干扰 当移动台与另一小区联系 可以大大改进总的干扰电平时业务量切换 当一个小区拥塞 而邻近小区较空闲时 目的 91 准则 援救切换连接上的传输质量 传输误码率 无线传输的路径损耗 传播时延等 减小干扰比较相应小区的每个邻近小区的上下行链路的质量 实际使用移动台和几个邻近小区的下行路径损耗 业务量切换以BTS负荷为基础 可以选择那些由于其它原因接近切换的移动台 92 双频切换 支持同层网络间优先级切换 PL 支持多层网络间优先级切换 HCS 在切换候选小区排队中体现不同层的优先级支持网络负载原因的切换支持速度原因的切换支持其他常规原因的切换 93 避免频繁切换 采用改进的滤波技术 去除测量数据中因衰落造成的抖动 保证测量数据更准确 切换更真实 设置不对称的切换边界只有当邻区的信号比本小区的信号好到一定程度时才切换 采用强行迟滞方法 一次切换后必须经过一定的时间才能切回原小区 在多层网时 启动速度原因切换 94 移动台跳频工作过程 f0f1f2f3f4f5f6f7 f0f1f2f3f4f5f6f7 t t 0123456 跳频图案 5 4 7 0 6 3 1 95 跳频参数 MobileAllocation MA MobileAllocationIndicationOffset MAIO HoppingSequenceNumber HSN HSN 0CyclicHSN 1 63PseudoRandomHoppingARFCN AbsoluteRadioFrequencyChannelNumber 96 主要技术 小结 多址技术 调制 信源编码 频率复用DTX 功率控制 跳频 切换分集 均衡 信道编译码DRX 收发时隙偏差和时间提前 97 二 GSM系统原理 业务系统结构和功能无线信道主要技术组网 98 公众陆地移动网 PLMN 结构 AuC HLR VLR VLR EIR 数据库层 SP SP SP SP SP SP SP SP H 网络层 PSTN PLMN 信令层 用户层 99 PLMN的组网 移动业务本地网 100 移动业务本地网 本地移动业务网设置原则本地网设置在长途编号区为 位或 位的地区 位长途区号地区 归入 位或 位区号的本地网每个移动业务本地网设立一个或多个HLR每个移动业务本地网设立一个或若干个MSC 移动端局 长途编号区为二位 三位 四位地区可设立MSC每个MSC可划分成若干个蜂窝小区第个MSC与局所在地的长途局和市话汇接局相连 话务良足够大时可与本地市话端局相连 101 PLMN的组网 省内蜂窝通信网 102 省内数字蜂窝移动通信网 省内数字蜂窝网构成由省内的各移动业务本地网组成省内设若干移动业务汇接中心TMSC VLR 二级汇接中心 省级汇接中心 单独设置 不带VLR基站 只作汇接 混合设置 既起接作用 又可作移动端局 与基站相连 可带用户省内网中每一移动端局与两个汇接中心相连二级汇接中心间采用网状网两个MSC间业务大时可设话音专线 103 全国PLMN网络结构 PSTN互连 104 全国数字蜂窝PLMN移动网络 全国数字PLMN组成大区单独设立一级移动业务汇接中心各大区的一级汇接中心之间网状网连接各省的二级汇接中心与相应的一级汇接中心连接与PSTN网的连接PSTN电话网五级结构与PSPDN互连非分级型数据终端 经PAD 由MSC端局接入PSPDN网的PAD分组型数据终端 GPRS系统的GSN接入PSPDN 105 数字移动系统 号信令网结构 106 数字蜂窝PLMN信令网 信令网组成SP 信令点 SL 信令链路 和STP 信令转接点 SP MSC VLR EIR HLR AUCSL 两接点间的PCM链路的一个或多个时隙STP 转接信令LSTP 低级信令转接点 每省设置2 4个LSTPHSTP 高级信令转接点 每大区设置一个HSTP三级信令网络结构数字移动采用专用信令网结构每个SP至少连接两个LSTP每个LSTP至少连接两个HSTPHSTP双平面结构 每个HSTP分设A B平面 107 组网 小结 本地网 省移动网 全国移动网三级汇接 108 内容回顾 总述GSM移动通信系统原理GSM信令协议 109 回顾一 总述 移动通信发展模拟 数字 3G蜂窝通信原理大区制 频率复用 GSM频段GSM的发展进程GSM涵义由来1982 1992 199512个规范系列 110 回顾二 GSM系统原理 业务承载 电信 补充 增强系统结构和功能NSSHLR VLR EIR AUC MSCIMEI IMSI TMSI MSRN MSISDN 111 回顾二 GSM系统原理 关键技术多址技术 调制 信源编码 频率复用DTX 功率控制 跳频 切换分集 均衡 信道编译码DRX 收发时隙偏差和时间提前组网业务网络本地 省 全国汇接层次三级汇接 112 GSM系统培训教程 GSM移动通信系统原理 结束 谢谢