gsm基本原理资料

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1、GSM基本原理,李蔷薇,GSM系统及网络结构 GSM信号处理相关技术 无线接入原理 GSM信道类型 GSM安全性相关流程：鉴权、加密、三参数组 GSM系统消息 GSM编号系统 MS的工作模式及信令流程 小区规划过程,目录,GIWU,GIWU,GSM系统结构,GSM系统结构,GSM系统分为两部分： 交换系统（SS） 基站系统（BSS） 交换系统（SS） 移动业务交换中心（MSC） 拜访位置寄存器（VLR） 归属位置寄存器（HLR） 鉴权中心（AUC） 设备识别寄存器（EIR） GSM 互通工作单元（GIWU),GSM系统结构,MSC： 一个MSC控制多个基站控制器，它的功能为： 交换。包括呼叫的

2、建立、路由选择、呼叫监视、呼叫 释放 计费。CDR 位置更新、鉴权、加密、补充业务、切换 与VLR、HLR、GMSC、DT（GIWU）、SMS-GMSC、SMS-IWMSC、SGSN（GS）通信 HLR HLR 和 VLR是与呼叫建立密切相关的两个数据库。HLR是管理部门用于管理移动用户呼叫资料的数据库。当一个人购买电信网的移动台时，他将被登记在该网络的HLR中，HLR与各营业点的终端相连。它储存两类数据： 一是用户的参数，包括:MSISDN、IMSI 、用户类别、Ki， 补充业务及用户的三参数组等参数。 二是用户的位置信息，该MS 目前于哪个MSC/VLR中，即 MSC/VLR 地址。 HL

3、R可与MSC合设，也可单独设置(用户永久数据库）,GSM系统结构,VLR： VLR用于寄存所有进入本交换机服务区域用户的信息。VLR看成是分布的HLR，VLR与MSC配对合置于一个物理实体中。 （因为每次呼叫，它们之间有大量的信令传递，若分开，信令链路负荷大，所以将MSC与VLR接口做成AXE 的内部接口。） VLR中也寄存两类信息： 一是本交换区用户参数，该参数是从HLR中获得的。 二是本交换区MS的LAI （用户临时数据库）,MSC/VLR,MSC/VLR,MSC/VLR,MSC/VLR,HLR,HLR与VLR的区别,GSM系统结构,AUC： 也是数据库。AUC是向HLR提供出于安全原因而

4、使用的鉴权参数和密钥。即三参数组。 RAND（随机数） SRES（符号响应） Kc（密钥） 用户在签约入网时，被唯一分配一个鉴权码Ki和IMSI，存储于ACU和SIM卡中,GSM系统结构,EIR： 用来检验设备的合法性，可以禁止末经批准的话机设备使用。 它内存三种名单：白名单-合法设备 黑名单-非法设备 灰名单-故障设备,为什么大多数运营商不采用EIR功能？,GSM系统结构,GMSC： 称为入口移动交换局或称门道局。 互联互通的接口（Interworking Interface (Call to MS)） 询问功能（Interrogation） 路由选择功能（Routing） 呼叫转移功能（C

5、all forward to C-No） GMSC 可以是任意的MSC ，也可以单独设置。单独设置时，不处理 MS的呼叫，因此不需设VLR ，不与BSC 相连。 GIWU： 是传真及数据通信的格式转换与速率适配。 爱立信产品中该单元集成在MSC内，称DTI。,GSM系统结构,基站系统（BSS） 基站控制器（BSC/TRC） 无线基站（RBS） 基站控制器（BSC/TRC）功能 处理与MS的连接。通过分配逻辑信道来实现。 小区数据的管理，无线信道的管理、分配、监视、释放。 传输网络的管理。只管理到RBS的传输网络。 基站的操作与维护 定位与切换定位与切换 话音编码与速率适配 话务的集中与扩散,G

6、SM系统结构,无线基站（RBS）功能： RBS用来提供移动台与系统的无线接口，主要由无线收发信机构成。 无线信号处理、发射和接收 测量服务小区的信号强度（SS）和误比特率（BER），时间提前量（TA）。,GSM系统结构,网络监控中心： OMC 一个网络可由多个OMC，主要侧重于短期的本地告警。网元管理。 NMC 一个网络一个，它控制多个OMC，侧重长期系统范围的告警。网络管理。,功能： 配置管理 故障管理 性能管理,GSM系统结构,GSM系统结构,MS MS=SIM+ME。 SIM中存有：固定信息（用户的签约信息，A3、A8），临时信息（LAI，BA表，网络标识） 没有SIM卡，MS不能接入G

7、SM网络，但是当用于紧急业务时除外 ME用于无线信号处理、发射和接收 ME还测量服务小区的SS和BER，测量相邻小区BCCH载波的SS。,GSM系统结构,主要接口的协议 MSC与BSC之间的接口是标准的NO.7信令的接口，不同厂家的设备可以互连。 BSC与RBS之间的接口是Abis接口，没有开放标准，因此不同厂家的BSC和RBS不能互连，只能使用同一厂家的BSC和RBS。CME20在该接口的协议称为链路接入协议（LAPD）。 RBS与MS的接口称为空中接口，其协议称LAPDm。,GSM的网络结构,GSM的网络结构,GSM系统中：一个小区等于一个扇区 CDMA系统中：一个小区等于三个扇区 位置区

8、（LA） 位置区由若干个小区构成 位置区就是寻呼区 在同一个位置区内不同小区移动，不用做位置更新 一个位置区只能属于某一个MSC/VLR 位置区的边界一般不能通过高话务地区，而应推到诸如山脉、湖泊和铁路边等话务稀少的地方,GSM系统及网络结构 GSM信号处理相关技术 无线接入原理 GSM信道类型 GSM安全性相关流程：鉴权、加密、三参数组 GSM系统消息 GSM编号系统 MS的工作模式及信令流程 小区规划过程,目录,GSM信号处理相关技术,信源编码技术 信道编码技术 交织技术 加密技术 调制技术,GSM中采用混合编码，称规则脉冲激励长期预测线性编码（RPE-LTP）, 编出的语音全速率为13K

9、bit/s,信源编码技术,目的：纠正无线传输中随机性的差错。编出速率为22.8kbit/s 采用了分组编码和卷积编码技术,信道编码技术,交织技术,目的：纠正无线传输中突发性（连续性）差错,普通突发脉冲串,形成突发脉冲串的速率为33.8kbit/S,二次交织,加密技术和调制技术,加密技术 加密算法是A5算法 不增加比特数 防止非法窃听 调制技术 GMSK=高斯滤波器（低通）+最小频移键控 优点：占用空中带宽窄 缺点：抗干扰能力减弱,GSM系统及网络结构 GSM信号处理相关技术 无线接入原理 GSM信道类型 GSM安全性相关流程：鉴权、加密、三参数组 GSM系统消息 GSM编号系统 MS的工作模式

10、及信令流程 小区规划过程,目录,FDD/TDMA技术,FDD/TDMA,GSM中使用的频率,频率与信道号的关系,载频间隔为200kHZ，900MHZ频段上有124个载频，标称中心频率与频道号的关系由以下公式确定： 上行频率f（n）8900.2n （MHZ） 下行频率f（n）9350.2n （MHZ） 1800MHZ上有374个载频，DCS1800频率编号： 上行频率f（n）17100.2（n511） （MHZ） 下行频率f（n）18050.2（n511） （MHZ） 其中n为绝对频率号，从512885。,目前我国使用P-GSM900、E-GSM900、DCS1800频段。在每端留有 200kH

11、Z的保护带。中国移动公司占有E-GSM900的上行885890MHZ， 下行930935MHZ，对应的频道号为10001024；占有P-GSM900的 上行890909MHZ，下行935954MHZ，对应的频道号为194；占 有DCS1800的上行17101720MHZ，下行18051815MHZ，对应的频 道号为512562。中国联通占有P-GSM900的上行909915，下行 954960MHZ,对应的频道号是95124。,无线电波传播基础,无线电波频段的划分 无线电波传播方式 无线电波传播特性 克服衰落的方法,无线电波频段的划分,移动通信使用的是哪个频段？,UHF段,无线电波的传播方式,

12、地波（地表面波）传播：长波、中波 天波传播：中波 直线波（空间波）传播：短波、超短波 散射传播 穿过电离层在外层空间传播,无线电波的传播特性,多径效应与快衰落 阴影效应与慢衰落 路径损耗 多普勒频移 数字无线传输特有的问题 时间色散 时间提前,克服的方法是什么？,多径效应,多径衰落 由多径传播导致接收到的信号幅度出现随机起伏变化； 衰落深度可达3040dB； 又称瑞利衰落或快衰落,阴影效应,阴影衰落 由阻挡或地面的起伏不平造成信号的缓慢变化 又称正态衰落或慢衰落,如何克服衰落？,1、增加发射功率？ 2、采用功率控制？ 3、采用分集技术,衰落储备,路径损耗,自由空间的路径损耗 L（dB）=32.

13、45+20lg f（MHZ）20lg d（km）,多普勒频移,当运动的物体达到一定的速度时，固定点接收到的从运动体发来的载波频率将随运动物体速度的不同，产生不同的频移，通常将这种现象称为多普勒频移 在移动通信中，MS移向BS时，频率变高 MS远离BS时，频率变低,克服衰落的方法分集技术,发射分集 正交发射分集（OTD） 时空扩展分集（STS） 接收分集 空间、频率、时间、极化、路径、场分量、角度分集,分集接收技术,指接收端对收到的多个衰落特性相互独立（携带同一个信息数据流）的信号进行特定的处理，以降低信号电平起伏的办法； 它是利用信号的基本参量在时域、频域和空域中如何分散开又如何收集起来的技术

14、，其含义有两个： 一是分散传输，使收端获得多个统计独立的携带同一数据信息流的衰落信号； 二是集中合并处理把收到的独立的衰落信号进行合并以降低衰落的影响。,常用的分集接收技术,空间分集多于两副天线接收 频率分集宽带通信技术天生特点 时间分集交织、检错、纠错编码 极化分集采用极化天线，是空间分集的一种特殊情况 路径分集 RAKE接收，软切换,分集合并技术,合并信号的表达式 分类 选择性合并(Selective Combining) 等增益合并(Equal-Gain Combining) 最大比合并(maximal Ratio Combining),010101,010101 010101,时间色散

15、,接收机里采用均衡器技术可以克服4个bit的时间色散,在GSM系统中，比特速率为270Kbit/s，则每一比特时间 为3.7us，也即是一比特对应1.1Km。假若反射信号经过 的路程比直射信号经过的路程长1.1公里，则移动台就会 在接收到的有用信号中混有比它迟到一个比特时间的一 个信号，即移动台同时会收到一个为“1”的信号和一个为 “0”信号，这种现象会使移动台接收时的误码率升高。 出现时间色散的典型环境为山区、丘陵城市、高层金属建筑。 出现时间色散的条件：反射路径直射路径 1.1公里 避免有害的时间色散的方法： 1）将BTS尽可能建在离建筑物近的地方。 2）将BTS背对反射物，天线有高的前背

16、比。 3）MS离反射物太远。 4）MS离BTS或反射物近。,时间色散,时间提前,1TA=550米，工程上近似为500米。只有通话过程中才能测到TA值， 它反应了手机离基站的距离。,GSM系统及网络结构 GSM信号处理相关技术 无线接入原理 GSM信道类型 GSM安全性相关流程：鉴权、加密、三参数组 GSM系统消息 GSM编号系统 MS的工作模式及信令流程 小区规划过程,目录,物理信道,逻辑信道,信 令 信 道,业务信道,TDMA单帧、复帧、超帧,思考：图中是采用SDCCH/8还是SDCCH/4的映射，为什么？定义了几 个物理时隙作为SDCCH？可给多少个用户分配SDCCH？最多有多少个 用户可以同时通话？若开小区广播信道，则可给多少个用户分配SDCCH？,逻辑信道到物理信道的映射,MS被叫的信道使用,GSM中减少干扰的几种技术,动态功率控制技术 跳频技术 非连续发射技术,动态功率控制技术,动态功率控制发生在MS通话期