GSM理论基础培训

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1、GSM基础理论 综合维护中心 金 胜 利,1.1 GSM系统概述（参考资料：SYSTRA）,1、GSM系统的基本特点 2、GSM系统的结构与功能 3、GSM系统的区域定义与识别号 4、接口和信令协议 5、常用概念介绍 6、信号处理过程,1.1GSM系统的基本特点,1、GSM概述 GSM是Global System for Mobile Communication“全球移动通信系统” 的简称。它是一种数字移动通信 。 2、GSM系统组成 2.1、网络交换子系统（NSS）：MSC、HLR、VLR、AC、 EIR GMSC MGW 2.2、基站子系统（BSS）：BSC、BTS、TC 2.3、网络管理

2、子系统（NMS） MSC：Mobile Switch Center，移动业务交换中心，是NSS的核心。负责建立呼叫，路由选择，控制和终止呼叫。 HLR：Home Location Register，归属用户位置寄存器，是GSM系统的中央数据库。存储该HLR控制的所有移动用户的相关数据，包括用户信息和位置信息.,VLR：Visitor Location Register，来访用户位置寄存器，存储其控制区域内已登记的移动用户信息，如用户号码、LAC值等。VLR通常与 MSC合设在一起。 AUC：Authentication Center，鉴权中心，属于HLR的一个功能单元部分，存储着鉴权信息和加密

3、密钥，防止无权用户接入系统和防止无线 接口数据被窃。 EIR：Equipment Identity Register，移动设备识别寄存器。存储有关移动台设备参数的数据库，即存储着移动设备的国际移动设备识别码（IMEI）。 GMSC：Gateway MSC,又称移动关口交换中心，主要用于和其它电信运营商设备的互联互通。 MGW：Media GateWay 媒体网关，主要功能是提供承载控制和传输资源。具有媒体处理设备(如码型变换器、回升消除器、会议桥等)，执行媒体转换和帧协议转换。实现资源控制与MSC SERVER和GMSC SERVER交互，共同配合完成核心网络资源的配置（即承 载信道的控制 )

4、,SGSN:GPRS服务支持节点, SERVICING GPRS SUPPORT NODE的缩写。SGSN作为GPRS/TD-SCDMA(WCDMA)核心网分组域设备重要组成部分，主要完成分组数据包的路由转发、移动性管理、会话管理、逻辑链路管理、鉴权和加密、话单产生和输出等功能。SGSN通过Gb接口提供与无线分组控制器PCU的连接，进行移动数据的管理，如用户身份识别，加密，压缩等功能；通过Gr接口与HLR相连，进行用户数据库的访问及接入控制；它还通过Gn接口与GGSN相连，提供IP数据包到无线单元之间的传输通路和协议变换等功能；SGSN还可以提供与MSC的Gs接口连接以及与SMSC之间的Gd接

5、口连接，用以支持数据业务和电路业务的协同工作和短信收发等功能。 GGSN:网关GPRS支持节点 , GGSN（Gateway GSN，网关GSN）主要是起网关作用，它可以和多种不同的数据网络连接，如ISDN、PSPDN和LAN等。有的文献中，把GGSN称为GPRS路由器。GGSN可以把GSM网中的GPRS分组数据包进行协议转换，从而可以把这些分组数据包传送到远端的TCPIP或X.25网络。GPRS网络与外网的分界线,对内负责Gn网络的传输,对外是一台因特网路由器。其中的BGGSN(Border GGSN)负责连接不同运营商之间的Gn网络,实现网间漫游。GGSN通过基于IP协议的GPRS骨干网与

6、其它GGSN和SGSN相连。,BSC：BSC是基站子系统BSS的控制部分。具有对一个或多个 BTS进行控制的功能，主要负责无线网络资源管理、小区配置数据管理功率控制、定位和切换等。 BTS：BTS受控于基站控制器BSC。属于基站子系统BSS的无线 部分，是服务于某小区的无线收发信台设备；主要负责无线传输。 TC： 编解码/复用器主要功能是实现码型变换和速率适配。 例如，将 13 kbit/s 语音信号转换成 64 kbit/s语音信号， 反之依然。,NMS:网络管理子系统，简称OMC。目的是监控网络的各个功能和单元，通常由若干工作站、服务器和路由器等组成并连接到数据通信网（DCN）。 OMC的

7、功能被分成三类： 故障管理故障管理的目的是为了确保网络的稳定运行和故障的快速检测。提供告警事件的当前状态和告警历史的数据记录。 配置管理配置管理目的是维护和更改网络的配置状态。包括无线网络参数、网元硬件、软件管理。 性能管理NMS从各个网络单元中收集和存储测量数据，并提供了一些分析网络运行质量的功能。（如掉话率，接通率等性能指标）。,附加:GPRS系统逻辑结构图,GSM网络结构概览,GPRS有三种移动管理状态：IDLE、READY、STANDBY。 手机移动管理状态：空闲、激活、关机。,GPRS数据空中传输与GSM的区别 GSM语音在空中传输时，采用卷积编码和交织技术，大大提高抗噪性能，卷积技

8、术可以恢复丢失的比特，受话者的直觉可以容忍些微话音的丢失，而高错误率将导致话音质量变差,不会有重传发生。GPRS采用与GSM话音相同的物理层，也在普通脉冲内编码（456bits/20ms）,但编码方式不一样，而且不象话音，数据在解码中不允许任何错误,如果错误无法纠正,则必须重传。 GPRS信道编码方案 根据不同的纠错率和数据吞吐量，GPRS有4种编码方案，CS1、CS2、CS3和CS4，CS1纠错率最高、速率最低，能够忍受一定的误码率，对无线环境的要求较低，但它的缺陷是吞吐量是最小的；CS4没有纠错率、速率最高，需要的C/I最高，高的编码速率通过减少纠错和检错比特来获取 。,GPRS小区选择和

9、重选的算法和GSM一样，都遵循C1、C2的算法。 GPRS在不同小区间做重选，在同个路由区内，信号做小区重选；跨路由区，信号做路由区更新。,2、GSM频率分配 GSM900：890_915MHz（上行）、935_960 MHz（下行）双工间隔：45 MHz，带宽(即频率间隔):200KHz，频点124个 GSM1800：1710_1785 MHz（上行）、1805_1880 MHz（下行）双工间隔：95 MHz，带宽(即频率间隔):200KHz，频点374个 现在的手机有支持双频和三频的，而国内的网络使用的频段主要是 GSM900和GSM1800,国外有使用GSM1900的，如美国。A接口 U

10、M空中接口,/OMC,NSS,BSS,MS,GSM工作频段及频点划分,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）当前中国移动分配的频段：GSM900频段上行890MHz-909MHz，下行935MHz-954MHz，每200k为

11、一个频点，频点号为194，DCS1800频段上行1710MHz-1720MHz、1725MHz-1735MHz，下行1805MHz-1815MHz、1820MHz-1830MHz，频点号为512561、587636,绝对频道号ARFCN 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=1710.2 + 0.2 （N-51

12、2）（MHz） 下行： Fu=Fl + 95（MHz） （512N 885）,3、GSM业务介绍,GSM业务分类及支持的基本业务：,GSM支持的附加业务 附加业务是对基本业务的改进和补充，它不能单独 向用户提供，而必须 与基本业务一起提供。同一附加业务可应用到若干个基本业务中。 如:来 话限制、呼出限制、呼叫保持、呼叫等待、遇忙呼叫前转、无答应呼叫 前转、无条件呼叫前转等。,GSM业务流程：,移动台呼叫移动台的流程：,短信发送过程：,短信接收过程：,GSM系统基本特点:,具有开放的接口和通用的接口标准 用户权利的保护和传输信息的加密 支持电信业务、承载业务和补充业务 具有跨国漫游能力 容量增大

13、为模拟系统的（35）倍 频谱效率提高,1.2 GSM系统的结构与功能,1.2.1移动台（MS） 1.2.2基站子系统(BSS) 1.2.3网络和交换子系统(NSS) 1.2.4操作维护子系统（NMS）,GSM系统的结构,1.2.1移动台（MS）,移动台(MS)是GSM移动通信网中用户所使用的设备，也是用户能够接触到整个GSM系统中的唯一设备,它由两部分组成: 智能部件-用户识别模块(Subscriber Identity Module ,SIM卡) 移动台物理设备( Mobile Equipment,ME),SIM卡是提供加密算法和制订用户资料的智能卡( smart card), 存储用户所有

14、信息. 主要功能是识别MS的当前用户.参与鉴权和加密过程.此外也存储用户的个人信息、如电话本等.具体功能如下: 固化数据存储:International Mobile Subscriber Identity (IMSI) 、Authentication key (Ki)、A3和A8算法。 临时的网络数据存储: 当前Location Area Identity (LAI)、encryption key(Kc) 、TMSI(Temporary Mobile Subscriber Identity)等。,用户个人信息存储:电话本、短信息、图片、音乐等。 参与实现安全性和移动性处理的过程。如鉴权、位置

15、登记、Kc的产生等。 ME(Mobile Equipment)通过使用 PIN(Personal Identity Number)认证后，才能对SIM卡进行操作。,移动台物理设备(ME)提供无线接入，是一个网络与用户之间的人机接口，使用户能够使用网络所提供的各种业务。具体功能如下： 无线信号的发送、接收和信号处理。 完成与无线信号相关的操作：功率控制(power control,PC)、不连续传输(discontinuous transmission ,DTX)、跳频（slow frequency hopping，SFH). 呼叫处理 提供外部接口,1.2.2基站子系统(BSS),基站收发信台

16、(BTS)提供GSM网络无线信号的覆盖。其组成包括：天线、无线信号发送和接收设备、信号处理设备等。它由基站控制器（BSC）控制，它是工作在某个小区的无线收发信设备，用于接收来自移动台的信号，并通过它发送信号给移动台,从而完成BSC与无线信道之间的信号转换。具体功能如下： 天线接收和发送。 无线信号收发和信号处理。 完成与无线信号相关的操作：功率控制(power control,PC)、不连续传输(discontinuous transmission ,DTX)、跳频（slow frequency hopping，SFH)、语音加密(ciphering)。,基站控制器(BSC)在BSS子系统内充当控制器和话务集中器，它主要负责管理BTS。它同时具有对各种信道的资源管理、操作维护、观察测量和统计、功率控制、切换等功能。 Base Transceiver Station (BTS) Base Station Controller (BSC) Transcoder Submultiplexer (TC),