gsm网络原理(讲义)

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1、GSM网络原理波导客服培训室波导客服培训室马向红马向红学习目的：1、了解移动通信的发展 2、掌握GSM网络的组成 3、掌握GSM信道的划分 4、熟悉GSM网络的关键技术课程安排:第一节、GSM网络的发展 第二节、GSM网络系统的组成 第三节、GSM系统的信道 第四节、GSM系统的关键技术通信的发展击鼓传信烽火台1、古代2、近代发报机早期的电话3、当代固定电话寻呼机 手机什么是 移动通信 ？通信双方中至少有一方在移动中( 或 者临时停留在某一预定位置上）进行信 息的传输和交换，包括移动体（车辆、 飞机或行人）与移动体之间的通信，移 动体与固定点（固定无线电话或有线用 户）之间的通信。移动通信的发

2、展M eMeMeMeMeMeShareShareSharen n第一代（第一代（1 1G G）：）：模拟无线网络模拟无线网络n n第二代（第二代（2 2G G）：）：数字通信网络数字通信网络( (GSMGSM、窄带窄带CDMACDMA) )n n第三代（第三代（3 3G G）：）：分组型移动业务（分组型移动业务（CDMA2000CDMA2000等）等）目前所处的阶段第三代第二代第2.5 代GSM网络原理1. GSM系统组成1）、移动台（MS）2）、基站子系统（BSS）3）、网络子系统（NSS）4）、操作子系统（OSS）2. 系统结构框图BTSBTSBTSBSCMSCEIRAUCHLRHLRVL

3、RPLMNPLMN PSTNPSTN ISDNISDNOMCOMCNMCADCUmUmABISASS7系统框图MSBSSNSSOSSMS2.1 MSHandset SIM组成：移动通信终端设备+用户识别模块 1、移动终端设备：语音编解码、信道编解码、信 息加密、信息的调制与解调及发送和接收。 2、SIM卡：执行与安全保密有关的重要信息，防 止非法用户进入网络。移动通信终端设备+用户识别模块2.2 基站子系统（BSS）组成：1、基站收发台（BTS）1）、射频信号接、收；2）、 信号调制、解调、纠错。 2、基站控制器（BSC）1）、控制多个BTS的射频资源；2）、跳频、功率控制、提供数据交换接口

4、。 BSC+BTS2.3 网络子系统（NSS）MSC、VLR、HLR、AUC、EIR4 4）、越区切换和漫游的控制）、越区切换和漫游的控制5 5）、）、IMSIIMSI和和IMEIIMEI码的登记、管理码的登记、管理6 6）、服务类型的控制）、服务类型的控制7 7）、对用户进行鉴权）、对用户进行鉴权组成：1 1、移动交换中心、移动交换中心（MSCMSC）1 1）、）、信道的管理和分配信道的管理和分配 2 2）、呼叫的处理和控制）、呼叫的处理和控制3 3）、）、MSMS位置信息的登位置信息的登 记和管理记和管理2、本地位置寄存器（HLR）存储本地用户位置信息的数据库：1）、永久性参数：IMSI、

5、IMEI、接入的优先级别、业务类型 和保密参数等。2）、临时性参数：当 前用户所处的位置信息。3、访问位置寄存器（VLR）存储来访用户位置信息的数据库 4、鉴权中心（AUC）产生三个参数，以便确定用户身份、对呼 叫进行鉴权和加密 5、设备标识寄存器（EIR）存储移动台设备参数的数据库2.4 操作子系统（OSS）主要对整个GSM网络进行管理 和监控，如:系统自检和报警系统故障诊断与处理备用设备启动话务量的统计计费数据的记录和传递等3. GSM系统的信道n问题:什么是信道?n划分: 物理信道:传送信息的载体 逻辑信道:物理信道不同时 刻的映射人 自 货 轿行 行 车 车 道 车 道 道道物理信道+

6、逻辑信道3.1 工作频段分配GSM900频段为:890-915MHz(移动台发射,基站接收,上行链路)935-960MHz(移动台接收,基站发射,下行链路)双工频率间隔:45MHz 信道总数:124E_GSM900频段为:880-915MHz(移动台发射,基站接收：上行 链路)925-960MHz(移动台接收,基站发射：下行链 路)双工频率间隔:45MHz 信道总数:174DCS1800频段为:1710-1785MHz(移动台发射,基站接收,上行链 路)1805-1880MHz(移动台接收,基站发射,下行链 路)双工频率间隔:95MHz 信道总数:374PCS1900频段为:1850-1910

7、MHz(移动台发射,基站接收：上行 链路)1930-1990MHz(移动台接收,基站发射：下行 链路)双工频率间隔:80MHz 信道总数:2993.2 物理信道8900.1M保护 带宽915/MHz890.3C1 0.1M保护 带宽 Tx9350.1M保护 带宽960/MHz935.3C1 0.1M保护 带宽 Rxf发射=890.2+0.2（n1） n 1,124 (n为信道数 )f接收=935.2+0.2（n1） n 1,124 (n为信道数)GSM900GSM900C5121785/MHz0.1M保护 带宽17100.1M保护 带宽1710.3TxC5121880/MHz0.1M保护 带宽

8、18050.1M保护 带宽1805.3Rxf发射=f接收=？1805.2+0.2(n-512) (n为信道数) DCS1800DCS18001710.2+0.2(n-512) (n为信道数)3.3 逻辑信道根据物理信道所承载信息的不同来划分信道根据物理信道所承载信息的不同来划分信道 ，称为逻辑信道。，称为逻辑信道。逻辑信道分为：逻辑信道分为：1 1）、）、业务信道业务信道携带数字化的用户编码语音或用户数据携带数字化的用户编码语音或用户数据2 2）、）、控制信道控制信道在移动台和基站之间传递信令和同步指令在移动台和基站之间传递信令和同步指令物理信道8个座位逻辑信道座位上的人军官控制信道士兵业务信

9、道属逻辑信道每辆车8个座位逻辑信道的分类：控制信道（CCH）：基站和移动台之间传输信令和同步指令。业务信道（TCH）：携带数字化用户编码语音或用户数据。控制信道分为：控制信道分为： 1 1）、）、广播信道广播信道（BCHBCH） 2 2）、）、公共控制信道公共控制信道（CCCHCCCH） 3 3）、）、专用控制信道专用控制信道（DCCHDCCH）广播信道（BCH）1）、频率校正信道（FCCH）校正手机的工作频率 2）、同步信道（SCH）传输手机帧同步信息和识别基站信息 3）、广播控制信道（BCCH）传输网络参数，使手机测量小区信号强度 和识别小区标志公共控制信道（CCCH）1）、寻呼信道（PC

10、H）传输基站寻呼手机的信息 2）、随机接入信道（RACH）用于手机呼叫请求和手机对来自基站寻呼 的响应 3）、准许接入信道（AGCH）基站回应手机的呼叫请求专用控制信道（DCCH）1）、独立专用控制信道（SDCCH）手机与基站建立连接后，在基站分配TCH前 用来保持联系的中间的、暂时的信道；用于传输手机与基站的连接指令和信道分 配信令。 2 2）、慢速辅助控制信道慢速辅助控制信道（SACCHSACCH）在手机与基站之间，周期性地传输一些特在手机与基站之间，周期性地传输一些特 定的信息；定的信息；3）、快速辅助控制信道（FACCH）传送与SDCCH相同类型的信息；使用时要中断业务信息（4帧），插

11、入 FACCH。业务信道 业务信道分为：业务信道分为： 1 1）、）、全速率全速率TCHTCH 2 2）、）、半速率半速率TCHTCH 3 3）、）、可变速率可变速率TCHTCH3.4 帧结构012345671帧=4.615msGSM系统的数据传输速率270.833KB/S1时隙内所传递的数据？156.25156.25B B1时隙0.576ms4. GSM系统的关键技术4.1 多址技术 1 1、频分多址频分多址（FDMAFDMA） 2 2、时分多址时分多址（TDMATDMA） 3 3、码分多址码分多址（CDMACDMA）信道总频段频分多址即是把通信系统的总频段划分成若 干个等间隔的频道(或称信

12、道)分配 给不同的用户 使用。TS0 TS1 TS2 TS3 TS4 TS5 TS6 TS7时隙时帧4.615ms时分多址即是把时间分割成周期性的时 帧，每一时帧在分割成若干个时隙（无论时 帧或时隙都是互不重叠的），然后根据一定 的分配原则，使各移动台在每帧内只能在指 定的时隙内向基站发送信号。GSM的多址方式123456734567012时间频率绝对物理信道时隙码分多址即不同 用户传输信息所用的 信号不是靠频率不同 或时隙不同来区分， 而是用各不相同的编 码序列来区分。4.2 数字调制技术调制的目的：1）考虑无线传输过程中，高频信号传 输的有效性2）考虑基站发射机、移动电话天线的 长度（=C

13、/f, L=/4)ASK（幅移键控）：改变载波信号振幅FSK（频移键控）：改变频率PSK（相移键控）：改变相位FSKMSKGMSK4.3 语音编码技术 采样、量化、编码采样、量化、编码: :1 1）、）、采样速率为：采样速率为：8 8KHz/sKHz/s2 2）、）、将每个采样值用将每个采样值用256256个不同电平中的一个来表示个不同电平中的一个来表示3 3）、）、将量化值用将量化值用8 8位二进制代码表示位二进制代码表示数字链路上的信号比特速率为数字链路上的信号比特速率为6464KbitKbit/s/sPCMPCM编码编码GSM系统采用声码器和波形编码器的混合，即 LPC-LTP-RPE编

14、码器（线性预测编码长期预测 编码规则脉冲激励编码器）LPC-LTP为声码器：3.6kbit/sRPE为波形编码器：9.4kbit/s因此话音编码器输出的比特速率:13kbit/s20 ms BlocksSpeech CoderBits Ordered260 Bits260 Bits13278 Important BitsOther Bits50 Very Important Bits4.4 信道编码技术作用：检验和校正接收比特流中的差错 例子信息 添加比特（密码） 发送比特 0 000 00001 111 1111 接收编码可能为：0000 0010 0110 0111 判决结果: 0 0 X

15、 1分组编码器信息信息 检验消息组编码组卷积编码器消息分组编码信息流信息 信息编码信息BER：Bit Error Ratio 差错比特率差错控制编码：分组编码、卷积编码Block Code1327850Type IaType IbType IIRe-orderingHalf rate convolutional codeCRC50132783Type IaType IbType II37878Type II252578466663TailCRCType IbType IaType IaType IbType II260 Bits in4.5 交织技术作用：将突发错误分散开来，对抗突发干扰例如：打电话时可以防止一些噪音的干扰，使对方接收到清晰、连续的话音信号将错误分散开交织原理交织消息分组交织后的 消息分组12341234123412341111222233334444xx341x3411341x34解交织信息丢失575757575757575757 57575757575757456456 Bits from 20ms of Speech456 Bits from 20ms of Speech57 5757 5757 5757 5757 5