通信基本原理概覽-GSM

1、1 GSM原理和概述原理和概述2內(nèi)容 第一章 GSM 發(fā)展歷史和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 第二章 GSM中的數(shù)字標(biāo)識(shí) 第三章 GSM 空中接口原理 第四章 GSM 關(guān)鍵技術(shù)3GSM原理和概述原理和概述第一章第一章GSM 發(fā)展歷史和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)展歷史和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)4GSM 發(fā)展歷史和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)展歷史和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)GSM發(fā)展歷史蜂窩系統(tǒng)的概念和理論二十世紀(jì)六十年代就由美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室等單位提了出來(lái)，但受到當(dāng)時(shí)技術(shù)的限制直到1979年美國(guó)在芝加哥開(kāi)通了第一 個(gè)AMPS(先進(jìn)的移動(dòng)電話業(yè)務(wù))模擬蜂窩系統(tǒng)，而北歐也于1981年9月在瑞典開(kāi)通了NMT(Nordic 移動(dòng)電話)系統(tǒng)，接著歐洲先后在英國(guó)開(kāi)通TACS系統(tǒng)，德國(guó)開(kāi)通C450

2、系統(tǒng)等。蜂窩移動(dòng)通信的出現(xiàn)可以說(shuō)是移動(dòng)通信的一次革命。其頻率復(fù)用大大提高了頻率利用率并增大系統(tǒng)容量，擴(kuò)大了客戶的服務(wù)范圍，但上述模擬系統(tǒng)有四大缺點(diǎn)： 1. 各系統(tǒng)間沒(méi)有公共接口； 2. 很難開(kāi)展數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)； 3. 頻譜利用率低無(wú)法適應(yīng)大容量的需求； 4. 安全保密性差，易被竊聽(tīng)，易做“假機(jī)”。 尤其是在歐洲系統(tǒng)間沒(méi)有公共接口相互之間不能漫游，對(duì)客戶之間造成很 大的不便。 5GSM 發(fā)展歷史和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)展歷史和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)GSM發(fā)展歷史 為了方便全歐洲統(tǒng)一使用移動(dòng)電話，需要一種公共的系統(tǒng)，1982年北歐國(guó)家向CEPT（歐洲郵電行政大）提交了一份建議書(shū)，要求制定900MHz頻段的公共歐洲電信業(yè)務(wù)規(guī)范

3、。在這次大會(huì)上就成立了一個(gè)在歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)（ETSI）技術(shù)委員會(huì)下的“移動(dòng)特別小組Group SpecialMobile）簡(jiǎn)稱(chēng)“GSM”，來(lái)制定有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和建議書(shū)。 1986年在巴黎，該小組對(duì)歐洲各國(guó)及各公司經(jīng)大量研究和實(shí)驗(yàn)后所提出的8個(gè)建議系統(tǒng)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)。 1987年5月GSM成員國(guó)就數(shù)字系統(tǒng)采用窄帶時(shí)分多址TDMA、規(guī)則脈沖激勵(lì)線性預(yù)測(cè)RPE一LTP話音編碼和高斯濾波最小移頻鍵控GMSK調(diào)制方式達(dá) 成一致意見(jiàn)。同年，歐洲17個(gè)國(guó)家的運(yùn)營(yíng)者和管理者簽署了諒解備忘錄（MoU），相互達(dá)成履行規(guī)范的協(xié)議。與此同時(shí)還成立了MoU組織，致力于GSM標(biāo)準(zhǔn) 的發(fā)展 6GSM 發(fā)展歷史和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)展歷

4、史和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)GSM發(fā)展歷史 1990年完成了GSM900的規(guī)范，共產(chǎn)生大約130項(xiàng)的全面建議書(shū)，不同建議書(shū)經(jīng)分組而成為一套12系列。 1991年在歐洲開(kāi)通了第一個(gè)系統(tǒng)，同時(shí)MoU組織為該系統(tǒng)設(shè)計(jì)和注冊(cè)了市場(chǎng)商標(biāo)，將GSM更名為“全球移動(dòng)通信系統(tǒng)”（Globa1 system for Mobile communications）。從此移動(dòng)通信跨入了第二代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)。同年，移動(dòng)特別小組還完成了制定1800MHz頻段的公共歐洲電信業(yè)務(wù)的規(guī)范，名為DCSI800系統(tǒng)。 1992年大多數(shù)歐洲GSM運(yùn)營(yíng)者開(kāi)始商用業(yè)務(wù) 1993年歐洲第一個(gè)DCSI800系統(tǒng)投入運(yùn)營(yíng) 在美國(guó)開(kāi)發(fā)了PCS1900 為了擴(kuò)

5、大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，GSM又做了GPRS和EDGE的擴(kuò)展 7GSM 發(fā)展歷史和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)展歷史和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 移動(dòng)臺(tái) 基站分系統(tǒng) 交換分系統(tǒng) 操作和維護(hù)分系統(tǒng)8GSM 發(fā)展歷史和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)展歷史和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 9GSM 發(fā)展歷史和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)展歷史和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)移動(dòng)臺(tái) 無(wú)線接入，不存在固定的線路 采用SIM卡，機(jī)卡分離 用戶可以將SIM卡插入任何的GSM移動(dòng)臺(tái)，就像使用自己的一樣 10GSM 發(fā)展歷史和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)展歷史和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基站分系統(tǒng)BTSBTSBSCAbis接口移動(dòng)臺(tái)空中接口基站分系統(tǒng)NSSA接口11GSM 發(fā)展歷史和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)展歷史和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)交換分系統(tǒng)GMSCHLRAUCMSC

6、/VLR外部網(wǎng)絡(luò)ISDN,PSTN等12GSM 發(fā)展歷史和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)展歷史和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)操作和維護(hù)分系統(tǒng) 操作和維護(hù)分系統(tǒng)是操作人員和系統(tǒng)設(shè)備之間的中介，它實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的集中操作和維護(hù)，完成包括移動(dòng)用戶管理、移動(dòng)設(shè)備管理和網(wǎng)絡(luò)操作維護(hù)等功能。 它一側(cè)與設(shè)備連接（但并不包括BTS），另一側(cè)是作為人機(jī)接口的工作站。 專(zhuān)門(mén)用于操作維護(hù)的設(shè)備稱(chēng)為操作維護(hù)中心（OMC），通過(guò)它實(shí)現(xiàn)對(duì)GSM網(wǎng)內(nèi)各種部件功能的監(jiān)視、狀態(tài)報(bào)告、故障診斷等功能 OMCS（操作維護(hù)中心系統(tǒng)部分）：用于MSC，HLR，VLR等交換子系統(tǒng)各功能單元的維護(hù)與操作 OMCR（操作維護(hù)中心 無(wú)線部分）：用于實(shí)現(xiàn)整個(gè)BSS系統(tǒng)的操作和維護(hù) 13G

7、SM 發(fā)展歷史和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)展歷史和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)GSM提供的業(yè)務(wù) 話音業(yè)務(wù)話音業(yè)務(wù) 話音業(yè)務(wù)是GSM提供的最重要的業(yè)務(wù)，它為GSM用戶和其他所有與之聯(lián)網(wǎng)的用戶之間提供雙向通話。 緊急呼叫是話音業(yè)務(wù)引伸出的一種特殊業(yè)務(wù)。它允許用戶通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的固定步驟使電話接入緊急服務(wù)部門(mén)。緊急呼叫業(yè)務(wù)優(yōu)先于其他業(yè)務(wù)，在移動(dòng)臺(tái)沒(méi)有SIM卡或鎖定狀態(tài)下也可以撥打。 另一項(xiàng)從話音業(yè)務(wù)派生出來(lái)的業(yè)務(wù)是語(yǔ)音信箱業(yè)務(wù)。當(dāng)電話無(wú)法接通或主叫用戶直接接入語(yǔ)音信箱，這種業(yè)務(wù)可以將話音存儲(chǔ)起來(lái)，事后由被叫的用戶提取。14GSM 發(fā)展歷史和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)展歷史和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)GSM提供的業(yè)務(wù) 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) GSM在制定規(guī)范的時(shí)候便按照ISDN

8、模式為用戶提供各種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。目前提供給固定網(wǎng)用戶和ISDN用戶的大部分?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)GSM都可以提供 GSM規(guī)范列舉了35種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，可以適用在不同的場(chǎng)合。 GSM用戶可以和PSTN用戶連接，所用的標(biāo)準(zhǔn)有V.21,V.22,V.22bis等。GSM用戶也可以和ISDN用戶連接，關(guān)鍵在于兩者速率的適配。此外GSM用戶間以及GSM用戶同分組交換數(shù)據(jù)網(wǎng)用戶、電路交換數(shù)據(jù)網(wǎng)用戶都可以建立連接。15GSM 發(fā)展歷史和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)展歷史和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)GSM提供的業(yè)務(wù) 短消息業(yè)務(wù)短消息業(yè)務(wù) GSM提供了一種類(lèi)似于尋呼業(yè)務(wù)的短消息服務(wù)，移動(dòng)臺(tái)被設(shè)計(jì)成既可以用于通話也可以用于尋呼，使用戶可以傳遞一些簡(jiǎn)單的消息 GSM可以提

9、供傳送點(diǎn)到點(diǎn)短消息的服務(wù)。包括移動(dòng)臺(tái)發(fā)送（SMSMO）和移動(dòng)臺(tái)接收（SMSMT）。 短消息通過(guò)GSM系統(tǒng)短消息業(yè)務(wù)中心實(shí)現(xiàn)這兩種服務(wù)。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)短消息的發(fā)送和接收應(yīng)在處于呼叫狀態(tài)或空閑狀態(tài)時(shí)進(jìn)行，由控制信道轉(zhuǎn)送短消息。 另一種短消息服務(wù)是“廣播短消息”。即系統(tǒng)周期性的對(duì)蜂窩中所有的用戶廣播數(shù)據(jù)信息。廣播短消息也是在控制信道上發(fā)送，移動(dòng)臺(tái)只有在空閑狀態(tài)下才可以接收廣播短消息。16GSM 發(fā)展歷史和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)展歷史和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)GSM提供的業(yè)務(wù) 補(bǔ)充業(yè)務(wù)補(bǔ)充業(yè)務(wù) 補(bǔ)充業(yè)務(wù)修改和添加了基本業(yè)務(wù)，它主要是允許用戶能夠選擇網(wǎng)絡(luò)對(duì)其呼叫的處理和通過(guò)網(wǎng)絡(luò)為用戶提供信息，使用戶可以更充分的利用基本業(yè)務(wù)。 號(hào)碼識(shí)別類(lèi)補(bǔ)

10、充業(yè)務(wù) 呼叫提供類(lèi)補(bǔ)充業(yè)務(wù) 呼叫完成類(lèi)補(bǔ)充業(yè)務(wù) 多方通信類(lèi)補(bǔ)充業(yè)務(wù) 集團(tuán)類(lèi)補(bǔ)充業(yè)務(wù) 計(jì)費(fèi)類(lèi)補(bǔ)充業(yè)務(wù) 附加信息類(lèi)補(bǔ)充業(yè)務(wù) 呼叫限制類(lèi)補(bǔ)充業(yè)務(wù)17GSM原理和概述原理和概述第二章第二章GSM 中的數(shù)字標(biāo)識(shí)中的數(shù)字標(biāo)識(shí)18GSM 中的數(shù)字標(biāo)識(shí)中的數(shù)字標(biāo)識(shí)國(guó)際移動(dòng)客戶識(shí)別碼： （IMSI） IMSI 是GSM 系統(tǒng)分配給移動(dòng)用戶(MS)的唯一的識(shí)別號(hào)，此碼在所有位置，包括在漫游區(qū)都是有效的。MCC：Mobile Country Code，移動(dòng)國(guó)家碼，三個(gè)數(shù)字，如中國(guó)為 460。MNC：Mobile Network Code，移動(dòng)網(wǎng)號(hào)，兩個(gè)數(shù)字，如中國(guó)郵電的MNC 為00。MSIN：Mobile Sub

11、scriber Identification Number，在某一PLMN 內(nèi)MS 唯一的識(shí)別碼NMSI：National Mobile Subscriber Identification，在某一國(guó)家內(nèi)MS 唯一的識(shí)別碼。19GSM 中的數(shù)字標(biāo)識(shí)中的數(shù)字標(biāo)識(shí)臨時(shí)移動(dòng)臺(tái)標(biāo)識(shí)碼： （TMSI） TMSI 是為了加強(qiáng)系統(tǒng)的保密性而在VLR 內(nèi)分配的臨時(shí)用戶識(shí)別，它在某一VLR 區(qū)域內(nèi)與IMSI 唯一對(duì)應(yīng)。 32 bits移動(dòng)臺(tái)ISDN號(hào)： （MS-ISDN） MSISDN 是指主叫用戶為呼叫GSM PLMN 中的一個(gè)移動(dòng)用戶所需撥的號(hào)碼CC： Country Code，國(guó)家碼，如中國(guó)為86。NDC：

12、National Destination Code，國(guó)內(nèi)接入號(hào)，如中國(guó)移動(dòng)的NDC 目前有139、138、137、136、135。SN：Subscriber Number20GSM 中的數(shù)字標(biāo)識(shí)中的數(shù)字標(biāo)識(shí)MSRN（移動(dòng)客戶漫游號(hào)碼） 該號(hào)碼由VLR在呼叫建立或位置更新時(shí)臨時(shí)分配給MS 結(jié)構(gòu)類(lèi)似于MSISDN,Max15位數(shù) VLR區(qū)域內(nèi)有效 GMSC通過(guò)此號(hào)碼選路由，將呼叫接至被叫當(dāng)前MSC/VLRIMEI (國(guó)際移動(dòng)臺(tái)設(shè)備識(shí)別碼) 唯一地識(shí)別一個(gè)移動(dòng)臺(tái)設(shè)備的編碼 IMEI中， TAC型號(hào)批準(zhǔn)碼，由歐洲型號(hào)認(rèn)證中心分配。 FAC工廠裝配碼，由廠家編碼，表示生產(chǎn)廠家及其裝配地。 SNR序號(hào)碼，

13、由廠家分配。識(shí)別每個(gè)TAC和FAC中的某個(gè)設(shè)備的。 SP備用，備作將來(lái)使用。21GSM 中的數(shù)字標(biāo)識(shí)中的數(shù)字標(biāo)識(shí)LAI （位置區(qū)識(shí)別碼） 在檢測(cè)位置更新時(shí)，要使用位置區(qū)識(shí)別LAI。LAC：Location Area Code，是2 個(gè)字節(jié)長(zhǎng)的十六進(jìn)制BCD 碼，0000 與FFFE不能使用CGI(全球小區(qū)識(shí)別碼 ) CGI 是所有GSM PLMN 中小區(qū)的唯一標(biāo)識(shí)，是在位置區(qū)識(shí)別LAI 的基礎(chǔ)上再加上小區(qū)識(shí)別CI 構(gòu)成的。 編碼格式為L(zhǎng)AI+CI CI：Cell Identity, 是2 個(gè)字節(jié)長(zhǎng)的十六進(jìn)制BCD 碼，可由運(yùn)營(yíng)部門(mén)自定22GSM 中的數(shù)字標(biāo)識(shí)中的數(shù)字標(biāo)識(shí) BSIC(基站識(shí)別碼）

14、 用于移動(dòng)臺(tái)識(shí)別相鄰的、采用相同載頻的、不同的基站收發(fā)信臺(tái)（BTS），特別用于區(qū)別在不同國(guó)家的邊界地區(qū)采用相同載頻的相鄰BTS。BSIC 為一個(gè)6比特編碼NCC-PLMN 色碼。用來(lái)唯一地識(shí)別相鄰國(guó)家不同的PLMN。相鄰國(guó)家要具體協(xié)調(diào)NCC 的配置。BCC-BTS 色碼。用來(lái)唯一地識(shí)別采用相同載頻、相鄰的、不同的BTS23GSM原理和概述原理和概述第三章第三章GSM 空中接口原理空中接口原理24GSM 空中接口原理空中接口原理FDMATDMA25GSM 空中接口原理空中接口原理時(shí)隙，TDMA幀結(jié)構(gòu)26GSM 空中接口原理空中接口原理GSM中的突發(fā)（slot ，burst）TInformatio

15、nF Training Seq.F 3 57 1 26 1 57 3 8.25 TFixed Bits (all 0)TG314238.25TBS InformationExt. Training Seq.BS InformationTG3396438.2539TMixed BitsTraining Seq.Mixed BitsTG3582638.2558TSync. SequenceInformationTG8413668.253常規(guī)常規(guī) Burst F burstS burst空閑空閑burst接入接入 BurstInformationTG27GSM 空中接口原理空中接口原理GSM編碼Cl

16、ass Ia(50)Class Ib(132)Class II(78)Class Ia(50)Class Ib(132)Class II(78)CRC(3)Add CRC25667832566437878Half rate convolutional codeClass Ia(50)Class Ib(132)Class II(78)Class Ia(50)Class Ib(132)Class II(78)CRC(3)25667832566437878Half rate convolutional code語(yǔ)音編碼260bits分類(lèi)13KbpsKbps456bitsbits28GSM 空中接口原

17、理空中接口原理交織A 456bits57bitsA057bitsA157bitsA257bitsA357bitsA457bitsA557bitsA657bitsA7B 456bits57bitsB057bitsB157bitsB257bitsB357bitsB457bitsB557bitsB657bitsB757bitsA457bitsB057bitsA557bitsB157bitsA657bitsB257bitsA757bitsB329GSM 空中接口原理空中接口原理GSM調(diào)制 （GMSK BT=0.3） 高斯filterMSK MSK調(diào)制的特點(diǎn) 相位連續(xù) 恒包絡(luò)調(diào)制 信號(hào)頻偏嚴(yán)格等于 以載

18、波相位為基準(zhǔn)的信號(hào)相位在一個(gè)碼元內(nèi)準(zhǔn)確的線性變化 信號(hào)功率譜在主瓣之外衰減很快sT41230GSM 空中接口原理空中接口原理 RF參數(shù) GSM900 DCS1800 PCS1900 P-GSM E-GSM 上上行行頻頻率率 MHz 890 - 915 880 - 890 1710 1785 1850 - 1910 下下行行頻頻率率 MHz 935 - 960 925 - 935 1805 - 1880 1930 - 1990 間間隔隔 45 45 95 80 信信道道號(hào)號(hào) 1-124 0,975-1023 512-885 512-810 信信道道數(shù)數(shù) 124 49 374 299 信信道道間間

19、隔隔 200KHz 調(diào)調(diào)制制方方式式 GMSK BT=0.3 比比特特速速率率 270.833kbps 比比特特時(shí)時(shí)間間 3.69us 31GSM 空中接口原理空中接口原理 GSM發(fā)展之GPRS GPRS(General Packet Radio Service)是通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)的簡(jiǎn)稱(chēng)。GPRS是GSM Phase2.1規(guī)范實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容之一，能提供比現(xiàn)有GSM網(wǎng)9.6kbit/s更高的數(shù)據(jù)率。 GPRS采用與GSM相同的頻段、頻帶寬度、突發(fā)結(jié)構(gòu)、無(wú)線調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)、跳頻規(guī)則以及相同的TDMA幀結(jié)構(gòu)。 提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，理論上最高速率171.2Kbps32GSM 空中接口原理空中接口原理 GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

20、 GPRS網(wǎng)絡(luò)在GSM網(wǎng)絡(luò)上引入了3個(gè)主要組件 GPRS服務(wù)支持結(jié)點(diǎn)(SGSN, Serving GPRS Supporting Node) GPRS網(wǎng)關(guān)支持結(jié)點(diǎn)(GGSN, Gateway GPRS Support Node) 分組控制單元(PCU) BTSBSCPCUMSCSGSNGGSNUEISDNPLMNPSTNPSPDNInternet空中接口AbisAGbGnGiGs33GSM 空中接口原理空中接口原理 GPRS編碼方案 支持中、高速率數(shù)據(jù)傳輸，可提供9.05 -171.2kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率(每用戶)。GPRS采用了與GSM不同的信道編碼方案，定義了CS-1、CS-2、CS

21、-3和CS-4四種編碼方案。 1 TS 2 TS - 8 TS CS 1 9.05 18.1 - 72.4 kbps CS 2 13.4 26.8 - 107.2kbps CS 3 15.6 31.2 - 124.8kbps CS 4 21.4 42.8 - 171.2kbps 34GSM 空中接口原理空中接口原理 GPRS多時(shí)隙配置 總共29個(gè)多時(shí)隙等級(jí)（129）Max No of Slots Multislot Class Rx Tx Sum 1 1 1 2 2 2 1 3 3 2 2 3 4 3 1 4 5 2 2 4 6 3 2 4 7 3 3 4 8 4 1 5 9 3 2 5 10 4 2 5 11 4 3 5 12 4 4 5 35GSM 空中接口原理空中接口原理GPRS發(fā)展之EDGE 提高GPRS的數(shù)據(jù)速率 共享GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)EDGE使用的新技術(shù) 8psk調(diào)制 9種新的調(diào)制編碼方式 鏈路自適應(yīng)技術(shù) 重傳使用增量冗余或HARQ typeII36GSM 空中接口原理空中接口原理8psk調(diào)制 GMSK調(diào)制每個(gè)符號(hào)一個(gè)比特，8psk調(diào)制每個(gè)符號(hào)3