(一)gsm系统原理概要

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1、1,GSM移动通信系统原理,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

2、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, 1997年底 1323万, 1998年底 2357万, 1999年底 5000万, 2000年底 6500万, 2002年底 11.2亿, 2005年底 2亿, 2010年底 3亿,中国移动用户发展,9,Internet,到2000年，将有10亿Email用户，5亿Web用户,图象传输,人们通过眼睛获得80%的信息,到2010年，欧洲将有9千万移动多媒体用 户，占业务总量的60%。,非话业务的发展,10, 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

3、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,IMT2000目标,11,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,12,一、总述,移动通信发展 蜂窝通信原理 GSM的发展历程,13,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,14,蜂窝通信原理,大区制 一个基站覆盖整个城市 通信质

4、量差 频率利用率低 系统容量小,15,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,16,7小区频率重复再用,17,基站扇区化,cell site,cell site,cell site,全向小区 （OMNI CELL SITE）,3扇区/小区 （120 SECTOR/ CELLS）,6扇区/小区 （60 SECTOR/ CELLS）,=1 ANTENNA,=3 ANTENNA,=6 ANTENNA,18,GSM常用频

5、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 3 1 3（NORTEL） 2 6（MOTOROLA） 多重复用MAP（ERICSSON）,19,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,20,DCS1800频谱分配,21,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

6、） 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）,22,GSM绝对频道号,GSM900主频段（P-GSM） 上行：Fl=890 + 0.2 N（MHz） （1N 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） （975N 1023） DCS1800频段 上行： Fl=1

7、710.2 + 0.2 （N-512）（MHz） 下行： Fu=Fl + 95（MHz） （512N 885）,23,一、总述,移动通信发展 蜂窝通信原理 GSM的发展进程,24,GSM标准制定委员会,25,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（Groupe Special Mobile)； 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；,26,1990年，GSM规范Phase 1 被冻结；,1991年

8、，DCS1800 规范Phase 1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“ Special Mobile Group”,GSM系统更名为“Global System for Mobile Communication”, DCS1800规范 Phase 2被冻结；,1992年，GSM开始商业运营；,发展进程（二）,27,1993年，GSM规范 Phase 2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Phase 2,1995年，DCS1800商用系统开始在

9、泰国、卡塔尔、英国等国家和地区运营；,发展进程（三）,28,01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）,29,07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）,30,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,31,二、GSM系统原理,

10、业务 系统结构和功能 主要技术 组网,32,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,33,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（3009600bps） 双向同步数据电路（12009600bps） 异步分组数据接入电路（3009600bps） 双向同步分组数据（24009600bps） 交替语音和数据 数据后接语音业务 GPRS业务,承载业务,34,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）,35,电话业务

11、 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）,36,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）,37,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）,38,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,39,业务小结,承载业务 语音、数

12、据 用户终端业务 基本、补充、增强,40,二、GSM系统原理,业务 系统结构和功能 主要技术 组网,41,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,42,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,

13、43,MSC/VLR业务区域,44,位置区（Location Area）,45,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,46,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,47,HLR功能与作用,HLR:Home Location Register 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

14、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,48,VLR功能与作用,VLR:Visitor Location Register 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,49,AUC功能与作用,鉴权和加密数据 Ki,RAND A3,A8算法 Kc,Sres,A,C,D,H,E,F,50,鉴权（Authentication）,51,加密（Ciphering ),52,国际移动用户识别码(IMSI) 移动国家号码(MCC) :中国

15、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),53,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),54,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),55,移动用户ISDN号码(MSISDN),移动用户ISDN号码(MSISDN) 国家号码(CC):中国为86 MAC：移动接入码 ，=139(8、7、6、5、0、1) 移动用户号：H0H1H2H3ABCD H0H1H2H3：HLR识别码，由总部统一分配到本地网；H0=0 ABCD：移动用户号，由HLR自行分配,56,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,57,E1 典型结构,58,A 接口,59,BSC的一般结构,数字 中继,交换网络,处理器网络,