通信系统_ch4移动2

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1、第4章 移动通信系统 通 信 系 统 1 第四章 移动通信系统 4.1 移动通信系统概述 4.2 移动通信系统的电波传播机理 4.3 移动通信系统的基本结构 4.4 移动通信系统的基本技术 4.5 GSM 系统 4.6 IS-95系统 4.7 第三代移动通信系统 2 4.5 GSM系统 4.5.1 GSM的网络结构 4.5.2 GSM的无线接口 3 4.5.1 GSM的网络结构 n GSM的网络结构 n移动台(MS) n基站子系统(BSS) BTS, BSC n网络子系统(NSS) MSC, VLR, HLR, EIR, AUC, OMC 4 图 GSM蜂窝系统的网络结构 5 nGSM的区域

2、GSM服务区 PLMN区 MSC区 位置区 基站区 小区 扇区 nGSM的号码 移动用户识别码 (IMSI)/ 临时移动用户识别码(TMSI) 国际移动设备识别码 (IMEI) 移动台国际ISDN号码(MSISDN)/ 移动台漫游号码(MSRN) 位置区识别(LAI)码 基站识别色码(BSIC) 6 n GSM网络接口 图 GSM系统的接口 7 n基本业务（分为电信业务和承载业务） n电信业务： 包括一般电话业务、紧急呼叫和短信息业务。 此外还可接入先进信息处理系统(MHS)，传输可视 图文、图文电视、多媒体业务及智能用户电报、传真等。 n承载业务：主要包括受限话音及数据业务。 数据业务包括异

3、步或同步数据、同步双工、异步双 工、分组装/拆以及分组同步双工业务。 n 补充业务 n附加业务:向用户提供许多高级报文服务，如：呼叫 号码显示识别、免费电话、移动接入跟踪、呼叫转换、闭 锁等功能业务。 8 4.5 GSM系统 4.5.1 GSM的网络结构 4.5.2 GSM的无线接口 9 4.5.2 GSM无线接口 GSM无线接口提供移动台与基站收发台之间的通信方式，在 有同信道干扰的情况下，提供质量可接受的语音链路。 10 1 GSM系统无线的传输特征 2 信道类型及其组合 3 话音和信道编码 4 跳频和间断传输技术 4.5.2 GSM无线接口 11 1 GSM系统无线的传输特征 12 n

4、频率与频道序号 n GSM系统工作频段 上行: 890-915 MHz(GSM900) 1710-1785MHz(DCS1800) 下行: 935-960 MHz(GSM900) 1805-1880MHz(DCS1800) 我国: 上行：905-915MHz(GSM), 1710-1785MHz (DCS) 下行：950-960MHz(GSM), 1805-1880MHz(DCS) 移动台采用较低频段发射， 传播损耗较低， 有利于补偿上、 下行功率不平衡的问题。 n 频道间隔 相邻频道间隔200kHz，每个频道采用TDMA方式，分为8 个时隙，即8个信道，每信道占用带宽为25kHz。 GSM采

5、用半速率语音编码后，每个频道可容纳 l 6个半速 率信道。 13 n频道配置 采用200kHz等间隔的频道配置方法，整个工作频段 (25MHz)划分为124对载频，其频道序号n1124 频道序号与载频关系： 上行频段：fd(n)(890+0.2n)MHz 下行频段：fu(n)(935+0.2n)MHz 由于每个载频有8个时隙，因此共有1248992个物理信道。 14 n TDMA/FDMA接入方式 图 TDMA/FDMA接入方式 15 GMSK调制 过程：数字基带信号先经过一个高斯低通滤波器整形，高斯滤 波器的归一化带宽乘积为BT0.3。 再进行调制指数为0.5的线性调频，调制符号率约为 27

6、1Kb/s。 GMSK调制改善了频谱特性，频谱利用率为1.35b/s/Hz。 图 GMSK信号的产生原理 n调制方式 16 包括MS和BTS的发射功率，GSM规范为GSM900定义了5类MS发射 功率，为DCSl800定义了两类MS发射功率。 nGSM的发射功率 n 移动台发射功率 17 移动台接收BTS的功控命令，可以2dB的功控步长降低发射功率。 对GSM900，MS可从最大发射功率降到最小发射功率5dBm(3.2mW) 对DCSl800，MS可从最大发射功率降到最小发射功率0dBm(1mW)。 该功能可实现上行链路功控，MS调整发射功率，以确保为上行链 路提供满意的通信质量，同时功控还可

7、以节省移动台的电池功率， 减少上行链路干扰。 移动台发射功率 18 n 基站发射功率 19 在GSM规范的第一阶段，对GSM900、DCSl800的BTS分别定义了8类 和4类功率。 在GSM规范的第二阶段，对GSM900和DCSl800又分别增加了3类低 功率的BTS，称为微BTS，用于支持更小的小区，如微小区。 基站发射功率 20 1 GSM系统无线的传输特征 2 信道类型及其组合 3 话音和信道编码 4 跳频和间断传输技术 4.5.2 GSM无线接口 21 2 信道类型及其组合 蜂窝通信系统要传输不同类型的信息，按逻辑功能分为业务 信息和控制信息，因而在时分/频分复用的物理信道上要安排相

8、 应的逻辑信道。 帧的结构是构成时分多址物理信道的基础。 21 帧结构 n一个TDMA帧： 分07共8个时隙 帧长度 4.615 ms。 每个时隙 4.615/80.577ms，含156.25个码元 22 n复帧：由若干个TDMA帧构成，其结构有两种： 业务复帧：由26帧组成一个复帧，复帧长120ms，主要用于 业务信息的传输； 控制复帧：由51帧组成一个复帧，复帧长 235.385ms，专用 于传输控制信息。 n超帧：由51个业务复帧或26个控制复帧均可组成一个超帧。 超帧周期=1326个TDMA帧 即： 51264.61510-36.12 s。 n超高帧：由2048个超帧组成超高帧。 超高

9、帧周期= 20485126=2715648 个TDMA 帧 即12533.76 秒，即 3 小时 28 分 53 秒 760 毫秒。 n帧的编号(FN)：以超高帧为周期， 从 0 到 2715647。 23 图4.5.2-1 GSM系统各种帧和时隙的格式 24 n上下行帧号:上行传输所用帧号和下行传输所用帧号相同,但上 行帧相对于下行帧号来说，在时间上推后3个时隙。 这样允许移动台在这3个时隙的时间内,进行帧调整并对收发 信机进行调谐和转换。 图4.5.2-2 上行帧号和下行帧号所对应的时间关系 25 22 信道分类 频率较正 信道FCCH 同步信道 SCH 广播控制 信道BCCH 广播信道B

10、CH 寻呼信道 PCH 准许接入信道 AGCH 随机接入信道 RACH 公用控制 信道CCCH 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 专用控制 信道DCCH 业务信道 TCH 控制信道CCH 信道分类 （下行） （下行） （下行） （下行） （下行） （上行） （上/下行） （上/下行） （上/下行） 图 4.5.2-3 GSM系统的信道分类 26 (1) 业务信道TCH 话音业务信道 分类： 全速率话音业务信道(TCH/FS)，总速率22.8 kb/s。 半速率话音业务信道(TCH/HS)，总速率11.4 kb/s。 全速率话音编码：话音帧

11、长 20ms，每帧含 260 bit 话音信息 ，提供的净速率 13 kb/s。 功能：主要传输数字话音或数据， 还有少量的随路控制信令。 分类：全速率业务信道(TCH/F)和半速率业务信道(TCH/H) 。 半速率业务信道所用时隙是全速率业务信道所用时隙的一半。 27 数据业务信道 在全速率或半速率信道上，通过不同的速率适配和信道编 码，用户可使用下列各种不同的数据业务： 9.6 kb/s, 全速率数据业务信道 (TCH/F9.6) 4.8 kb/s, 全速率数据业务信道 (TCH/F4.8) 4.8 kb/s, 半速率数据业务信道 (TCH/H4.8) 2.4 kb/s, 全速率数据业务信

12、道 (TCH/F2.4) 2.4 kb/s, 半速率数据业务信道 (TCH/H2.4) 此外，在业务信道中还可安排慢速辅助控制信道或快速辅 助控制信道，它们与业务信道的连接在图4.5.2-4中用虚线表示 。 28 功能：用于传送信令和同步信号。 分类：广播信道，公用控制信道，专用控制信道 广播信道(BCH) 功能：是一种“一点对多点”的单向控制信道，用于基站向移 动台广播公用的信息。 传输内容：主要是移动台入网和呼叫建立所需要的有关信息。 (2) 控制信道CCH 29 广播信道(BCH)分类： n频率校正信道(FCCH)：传输供移动台校正其工作频率的信息； n同步信道(SCH)：传输供移动台进

13、行同步和对基站进行识别的信 息，即基站识别码是在同步信道上传输的； n广播控制信道(BCCH)：传输系统公用控制信息，如公共控制信 道(CCCH)号码及是否与独立专用控制信道(SDCCH)相组合等信息 。 30 公用控制信道(CCCH) 功能：是一种双向控制信道，用于呼叫接续阶段传输链路连接 所需要的控制信令。 分类： n寻呼信道(PCH)：传输基站寻呼移动台的信息； n随机接入信道(RACH)：上行信道，用于移动台随机提出的入网 申请，即请求分配一个独立专用控制信道(SDCCH) n准许接入信道(AGCH)：下行信道，用于基站对移动台的入网申 请作出应答，即分配一个独立专用控制信道。 31

14、专用控制信道(DCCH) 功能： 是一种“点对点”的双向控制信道，其用途是在呼叫接 续阶段以及在通信进行当中，在移动台和基站之间传输必需的控 制信息。 分类： n 独立专用控制信道(SDCCH)： 用于在分配业务信道之前传送有关信令。 如登记、鉴权等信令均在此信道上传输， 经鉴权确认后， 再 分配业务信道(TCH)； 32 n 慢速辅助控制信道(SACCH)： 功能：在移动台和基站之间，周期性地传输一些信息。 如：移动台要不断地报告正在服务的基站和邻近基站的信号强度 ，以实现“移动台辅助切换功能”。 传输基站对移动台的功率调整、时间调整命令 特点：SACCH是双向的点对点控制信道。 SACCH

15、可与一个业务信道或一个独立专用控制信道联用。 SACCH安排在业务信道时，以SACCH/T表示； 安排在控制信道时，以SACCH/C表示。 33 n快速辅助控制信道(FACCH)： 功能：传送与SDCCH相同的信息，只有在没有分配 SDCCH的情况下，才使用这种控制信道。 特点：使用时要中断业务信息，把FACCH插入业务信道， 每次占用的时间很短，约18.5 ms。 34 23 时隙的格式 在GSM系统中，每帧含8个时隙，时隙宽度为0.577ms，其中包 含156.25bit。 TDMA信道上一个时隙中的信息格式称为突发脉冲序列。 35 图 常规突发脉冲等序列的格式 (1)常规突发(NB，No

16、rmal Burst)脉冲序列 (2) 亦称普通突发脉冲序列, 用于业务信道及专用控制信道 。 尾比特信息比特 57 1 训练序列 26 1 信息比特 573 尾比特 3 保护期 8.25 尾比特 3 固定比特尾比特 3 保护期 8.25142 尾比特 3 加密比特 39 扩展的训练序列 64 尾比特 3 保护期 8.25 加密比特39 156.25 bit = 0.577 ms 常规突发序列 频率校正突发 序列 同步突发序列 36 信息位: 常规突发脉冲序列信息位占116bit,分成两段,各58bit。其 中: 57位为数据(加密比特), 另用1位表示此数据的性质是业务信号 或控制信号。 训练序列: 两段信息之间插入26位训练序列,用作自适应均衡器的训 练序列,以消除多径效应产生的码间干扰。 GSM系统共有8种训