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1、GSM移动通信基础理论,介绍提纲,GSM移动通信概述 GSM系统工作频段划分 GSM移动通信系统关键技术 GSM系统结构与相关接口 GSM系统相关识别号码 GSM系统话音处理流程简介 GSM系统安全性管理功能 GSM系统移动性管理功能 GSM移动通信网网络介绍,1.GSM移动通信概述,1.1 移动通信概念 1.2 移动通信发展简史 1.3 GSM移动通信系统发展历程,1.1 移动通信的概念,为什么需要移动通信随时随地、不受时空限制地进行信息交流 移动通信的概念通信双方或至少其中一方在运动状态中进行信息传递的通信方式,第一个蜂窝移动通信系统 第一个蜂窝系统（AMPS）是在1983年10月在芝加哥
2、地区开始使用，由美国电话电报公司（AT&T）经营管理,1.2移动通信发展简史,第一代蜂窝移动通信系统 采用模拟技术 频率：800MHz、900MHz 主要的制式 美国：AMPS（先进的移动电话系统） 欧洲：TACS（总接入通信系统） 英国：ETACS 日本：NTACS 西德、葡萄牙：C-450 意大利：RTMS,1.2移动通信发展简史,第二代蜂窝移动通信系统 采用数字技术 频率： 800MHz、900MHz、1800MHz 主要的系统 美国：DAMPS、CDMA 欧洲：GSM 日本：PDC 2.5代移动通信系统 GPRS IS-95B,1.2移动通信发展简史,1.2移动通信发展简史,第三代蜂窝
3、移动通信系统 采用数字技术 频率： 800MHz 主要的系统(十种提案) 日本：W-CDMA 欧洲：ETSI-UTRA-UMTS、EP-DECT 美国：WIMS W-CDMA、CDMA2000、UWC-136、 WCDMA/NA 韩国：Global CDMA 、Global CDMA 中国：TD-SCDMA,1982年，欧洲邮电大会（CEPT）成立了一个新的标准化实体GSM，其目的是制定欧洲900MHz数字TDMA蜂窝移动通信系统技术规范。 1989年，PHASE I标准，主要定义了900M频段的技术标准。 1991年，第一个GSM系统正式商用，重新命名为全球移动通信系统（Global Sys
4、tem For Mobile Communication）。 1993年，PHASE II 标准，对PHASE I 进行必要的修正和业务补充外，增加1800M频段技术标准； 1994年，PHASE II 标准，增加GPRS的内容。,1.3 GSM移动通信系统发展历程,2. GSM系统工作频段划分,2.1 公用移动通信网频段划分(900M) 2.2 公用移动通信网频段划分(1800M) 2.3 GSM系统的频率结构,2.1公用移动通信网频段划分(900M),900MHz公用陆地蜂窝移动通信的频段: 890915/935960 MHz(基站收/基站发) 我国主要运营商的频率使用划分890909MH
5、z/935954MHz 94个频点 (移动)909915MHz/954960MHz 28个频点 (联通),2.2 公用移动通信网频段划分(1800M),1800MHz公用陆地蜂窝移动通信的频段： 17101785/18051880 MHz(基站收/基站发) 我国主要运营商的频率使用划分17101720MHz/18051815MHz (移动)17451755MHz/18401850MHz (联通),2.3 GSM系统的频率结构,GSM数字移动通信频率结构采用FDMA-TDMA技术。 手机上行频率890915MHZ； 基站下行频率935960MHZ。 在25MHZ频段内分配125个载频（一般96号
6、载频作为保护频道），频率间隔200KHZ。每个载频又 被8个信道时分复用，实际最大可用信道数为：8*（125-1）=992个。 DCS1800上/下行频率为：17101785/18051880 MHz .分配374个载频.,3.GSM移动通信系统关键技术,3.1多址技术 3.2功率控制 3.3频率复用技术 3.4跳频技术,3.1GSM移动通信技术多址技术,多址方式有三种：FDMA、TDMA和CDMA,在GSM中，无线路径上是采用时分多址（TDMA）方式。每一频点（频道或叫载频TRX）上可分成8个时隙，每一时隙为一个信道。一个TRX最多可有8个移动客户同时使用。,3.1GSM移动通信技术多址技术
7、,TDMA方式,频分多址和时分多址方式,3.1GSM移动通信技术多址技术,TDMA物理信道-帧结构,3.1GSM移动通信技术多址技术,TDMA逻辑信道,3.2GSM移动通信技术功率控制,当手机在小区内移动时，它的发射功率需要进行变化。当它离基站较近时，需要降低发射功率，减少对其它用户的干扰，当它离基站较远时，就应该增加功率，克服增加了的路径衰耗。所有的GSM手机都可以以2DB 为一等级来调整它们的发送功率，GSM900 移动台的最大输出功率是8W（规范中最大允许功率是20W，但现在还没有20W的移动台存在）。DCS1800移动台的最大输出功率是1W。相应地，它的小区也要小一些。,3.3GSM移
8、动通信技术频率复用技术,几个基本概念,基站移动通信系统采用基站设备来提供无线服务范围的。 蜂窝基站的覆盖范围有大有小，我们把基站的覆盖范围称为蜂窝 大区制采用大功率的基站，提供比较大的服务范围，但它的频率利用率较低，也就是说基站提供给用户的通信通道比较少，这种方式称为大区制。 小区制采用小功率的基站，提供大容量的服务范围，同时它采用频率复用技术来提高频率利用率，有限的频率得到多次使用，所以系统的容量比较大，这种方式称为小区制或微小区制。,频率复用的概念和相关影响,频率复用:指处在不同地理位置（不同的小区）上的用户可以同时使用相同频率的信道。频率复用系统可以极大地提高频谱效率。但如果系统设计得不
9、好，将产生严重的干扰。同频干扰（C/I）： 因频率复用造成的相邻小区相同频率对信道的干扰。GSM要求C/I9DB。邻频干扰（C/A）：小区内外相邻频率产生的干扰。GSM要求C/A-9DB。,3.3GSM移动通信技术频率复用技术,频率复用方案,频率复用方案：在系统的作用区域内重复使用相同的频率这种频率复用方案使整个频谱分配被划分为K个频率复用的模式。公式：D：频率复用距离R：小区半径K：频率复用模式(K=3、4、7),3.3GSM移动通信技术频率复用技术,GSM频率复用方式,3.3GSM移动通信技术频率复用技术,7小区复用模式 4基站3小区复用模式：4X3 3基站3小区复用模式：3X3 1基站3
10、小区复用模式：1X3 1基站1小区复用模式：1X1,GSM频率复用方式-7小区复用模式,3.3GSM移动通信技术频率复用技术,GSM频率复用方式-4基站3小区复用模式,3.3GSM移动通信技术频率复用技术,GSM频率复用方式-4基站3小区复用模式,3.3GSM移动通信技术频率复用技术,假设：可用的频段为4895，载频数为48个。 规划站型为：3小区每小区4个载频的基站，即 4/4/4 站型,GSM频率复用方式-3基站3小区复用模式,3.3GSM移动通信技术频率复用技术,GSM频率复用方式-3基站3小区复用模式,3.3GSM移动通信技术频率复用技术,假设：可用的频段为96131，载频数为36个。
11、 规划站型为：3小区每小区4个载频的基站，即 4/4/4 站型,GSM频率复用方式-1基站3小区复用模式,3.3GSM移动通信技术频率复用技术,GSM频率复用方式-1基站1小区复用模式,3.3GSM移动通信技术频率复用技术,什么是跳频,3.4GSM移动通信技术跳频技术,跳频的种类,3.4GSM移动通信技术跳频技术,基带跳频信道在不同时隙中使用不同频率的收发机传输信息合成器跳频信道使用固定的具有频率可调功能的收发机在不同 时隙通过不同频率传输信息,跳频的种类基带跳频,3.4GSM移动通信技术跳频技术,跳频的种类合成器跳频,3.4GSM移动通信技术跳频技术,跳频的作用,3.4GSM移动通信技术跳频
12、技术,改善传输质量，相当于频率分集频率分集处于多径环境中的漫速移动的移动台通过采用跳频技术，大大改善移动台的通信质量提高网络容量，相当于干扰分集,跳频的作用-网络容量的提升,3.4GSM移动通信技术跳频技术,频率复用方式非跳频: 所有信道4x3基带跳频: 控制信道4x3 ；话音信道 3x3合成器跳频: 控制信道4x3 ；话音信道 1x3或1X1,4.GSM系统结构与接口,4.1 GSM系统结构 4.2 GSM系统的相关接口 4.3 GSM系统功能 4.4 GSM系统各接口协议,4.1 GSM系统结构,BSC 基站控制中心 BTS 基站收发信台MSC 移动交换中心 VLR 拜访位置寄存器 HLR
13、 归属位置寄存器 AUC 鉴权中心 EIR 设备识别寄存器 OMC 操作维护中心 NMC 网络管理中心 PSTN 公用电话网 PDN 公用数据网 ISDN 综合业务数字网,GSM系统 结构图,4.2GSM系统的相关接口,系统的主要接口,4.2GSM系统的相关接口,系统内部接口,4.3GSM系统功能,NSS各部分的功能,1）信道的管理和分配；2）呼叫的处理和控制；3）过区切换和漫游的控制；4）用户位置信息的登记与管理；5）用户号码和移动设备号码的登记和管理;6）服务类型的控制；7）对用户实施鉴权;8）与其它公用通信网络互连.,4.3GSM系统功能,MSC、VLR功能,MSC,VLR,存储漫游用户
14、位置信息的数据库,HLR,登记内容：永久性的参数暂时性的需要随时更新的参数,4.3GSM系统功能,HLR、AUC功能,AUC,存储内容：鉴权信息加密密钥,EIR,存储移动台设备参数的数据库，对移动设备 进行鉴别监视，拒绝非移动台入网。,4.3GSM系统功能,EIR的功能,4.3GSM系统功能,BSS设备的组成,4.3GSM系统功能,BTS的结构,4.3GSM系统功能,BTS的主要功能,信道管理建立与释放无线资源，执行逻辑信道的组合、物理信道的映射响应MS和MSC的呼叫请求,协议转换实现MSC-BSC侧七号信令和BSC-BTS侧LAPD信令的转换,4.3GSM系统功能,BTS的主要功能,4.3G
15、SM系统功能,TC的主要功能,TC可以放在传输链中BTS与MSC之间的不同地方TC在功能上属于BTS，但通常放在MSC机房以节省长途传输链路,4.3GSM系统功能,BSS内部语音信号传输速率,4.3GSM系统功能,MS的主要功能,4.3GSM系统功能,OMC的主要功能,4.3GSM系统功能,OMC的组成,4.4 GSM系统各接口协议,系统信令结构,4.4 GSM系统各接口协议,协议L1-L3分层结构,CM：通信管理 MM：移动性管理 RR：无线资源管理 LAPDm：ISDN的Dm 数据链路协议移动应用部分,BSSMAP：基站子系统移动应用部分 SCCP：信令连结控制部分 MTP：信息传递部分,
16、ISUP：ISDN用户部分 TACP：事务处理应用部分 MTP：信息传递部分 L1-L3：信号层1-3,信令层3的互通,4.4 GSM系统各接口协议,BSSAP：BSS应用部分 SCCP：信令连接控制部分 DTAP：直接转移应用部分 MTP：消息传递部分 BSSMAP：BSS移动应用部分,RR在基站子系统中终止，RR消息在BSS中进行处理和转译，映射成BSS移动应用部分（BSSMAP）的消息在A接口中传递,移动性管理（MM）和接续管理（CM）都至MSC终止，MM和CM消息在A接口中是采用直接转移应用部分（DTAP）传递，基站子系统（BSS）则透明传递MM和CM消息,5.GSM系统相关号码,5.1 MSISDN 5.2 IMSI 5.3 TMSI 5.4 MSRN/HON 5.5 MSC号与HLR号 5.6 LAI/CGI/BSIC,在GSM系统中，出于识别的目的，定义了如下的一些编号: 为了确定GSM移动用户：永久性编码:IMSI MSISDN临时性编码:TMSI MSRN HON 为了识别NSS网络组件:MSC Number、VLR Number、 HLR Number 为了识别位置区:LAI 为了识别BSS网络组件:CGI BSIC,
