《GSM無線基本概念》課件

GSM無線基本概念GSM是全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（GlobalSystemforMobileCommunications）的簡稱。它是一種數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于全球各地。GSM概述全球移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM是全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(GlobalSystemforMobileCommunications)的縮寫，是一種數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)。廣泛應(yīng)用GSM是世界上最流行的蜂窩移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，在全球范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。GSM系統(tǒng)架構(gòu)GSM系統(tǒng)由多個(gè)子系統(tǒng)組成，互相協(xié)作實(shí)現(xiàn)無線通信功能。主要子系統(tǒng)包括：基站子系統(tǒng)(BSS)、網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(NSS)、操作維護(hù)子系統(tǒng)(OSS)以及用戶設(shè)備(UE)。GSM網(wǎng)絡(luò)分層1物理層負(fù)責(zé)無線信號的傳輸和接收，定義了無線信道、頻率、功率等參數(shù)。2數(shù)據(jù)鏈路層提供數(shù)據(jù)傳輸和錯(cuò)誤檢測功能，確保數(shù)據(jù)可靠傳輸，包括物理信道與邏輯信道之間的映射。3網(wǎng)絡(luò)層管理網(wǎng)絡(luò)連接和路由，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)和地址轉(zhuǎn)換。4傳輸層提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的分割、重組和流量控制。5應(yīng)用層提供各種應(yīng)用程序接口，如語音通話、短信、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等。GSM網(wǎng)絡(luò)實(shí)體移動(dòng)臺(tái)(MS)移動(dòng)臺(tái)是GSM系統(tǒng)中用戶使用的移動(dòng)終端設(shè)備，通常稱為手機(jī)。基站(BTS)基站是GSM網(wǎng)絡(luò)中的核心單元，負(fù)責(zé)與移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行無線通信。基站控制器(BSC)基站控制器負(fù)責(zé)管理多個(gè)基站，協(xié)調(diào)基站之間的資源分配和通信。移動(dòng)交換中心(MSC)移動(dòng)交換中心是GSM網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)處理用戶呼叫、信令控制、漫游等功能。GSM系統(tǒng)頻譜分配GSM900DCS1800PCS1900GSM系統(tǒng)使用不同的頻段，例如GSM900、DCS1800和PCS1900。每個(gè)頻段分配不同的頻譜資源。GSM系統(tǒng)頻道結(jié)構(gòu)載波頻率GSM系統(tǒng)使用多個(gè)載波頻率進(jìn)行通信，每個(gè)載波頻率包含多個(gè)時(shí)隙。每個(gè)時(shí)隙分配給特定的用戶，用于傳輸語音或數(shù)據(jù)。時(shí)隙每個(gè)載波頻率被分成多個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙代表一個(gè)時(shí)間片。每個(gè)時(shí)隙可以用于傳輸一個(gè)用戶的數(shù)據(jù)，時(shí)隙數(shù)量決定了系統(tǒng)容量。GSM空中接口GSM空中接口是移動(dòng)臺(tái)與基站之間進(jìn)行通信的物理接口，它定義了無線鏈路上的信號傳輸方式，包括頻率、調(diào)制方式、編碼方式和信道結(jié)構(gòu)等?？罩薪涌谑荊SM系統(tǒng)中最關(guān)鍵的組成部分之一，它直接影響著系統(tǒng)的性能和質(zhì)量。它通過空中無線信道來傳輸數(shù)據(jù)，連接著移動(dòng)臺(tái)和基站。GSM空中接口采用時(shí)分多址（TDMA）技術(shù)，將無線信道分成若干個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙分配給不同的用戶。同時(shí)，它還采用了GMSK數(shù)字調(diào)制技術(shù)，以及TDMA和FDD的結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)高數(shù)據(jù)傳輸速率和良好的抗噪聲性能。GSM多址接入技術(shù)頻分多址(FDMA)在FDMA中，每個(gè)用戶分配一個(gè)特定的頻率范圍進(jìn)行通信。不同的用戶在不同的頻率上進(jìn)行通信，避免相互干擾。時(shí)分多址(TDMA)在TDMA中，每個(gè)用戶分配一個(gè)特定的時(shí)間段進(jìn)行通信。不同的用戶在不同的時(shí)間段內(nèi)使用相同的頻率進(jìn)行通信，避免相互干擾。碼分多址(CDMA)在CDMA中，每個(gè)用戶分配一個(gè)唯一的編碼序列進(jìn)行通信。不同的用戶使用相同的頻率和時(shí)間段進(jìn)行通信，但通過不同的編碼序列來區(qū)分，避免相互干擾。GSM多址技術(shù)GSM系統(tǒng)采用TDMA和FDMA的結(jié)合，每個(gè)用戶分配一個(gè)特定的時(shí)間段和頻率進(jìn)行通信，并使用特定的編碼序列來進(jìn)一步區(qū)分用戶。GSM物理信道1時(shí)隙每個(gè)時(shí)隙包含一個(gè)特定時(shí)長的無線信號，分配給特定用戶或特定功能。2載波GSM系統(tǒng)使用多個(gè)載波，每個(gè)載波承載多個(gè)時(shí)隙，以便在同一頻率范圍內(nèi)為多個(gè)用戶提供服務(wù)。3TDMA時(shí)分多址技術(shù)允許在同一頻率上將時(shí)間分成不同的時(shí)隙，分配給不同的用戶。4頻段GSM系統(tǒng)使用特定的頻段，例如900MHz和1800MHz，以確保信號傳輸質(zhì)量和避免干擾。GSM邏輯信道邏輯信道類型GSM系統(tǒng)定義了多種邏輯信道，例如流量信道、控制信道和信令信道。數(shù)據(jù)傳輸邏輯信道用于在GSM網(wǎng)絡(luò)中的不同實(shí)體之間傳輸數(shù)據(jù)，例如用戶設(shè)備和基站。信令交互邏輯信道在建立和維護(hù)連接過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，例如呼叫建立、數(shù)據(jù)傳輸和資源分配。GSM編碼方式11.語音編碼GSM系統(tǒng)采用的是全速率自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制（ADPCM）技術(shù)，將模擬語音信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號進(jìn)行傳輸。22.數(shù)據(jù)編碼GSM系統(tǒng)支持多種數(shù)據(jù)編碼方式，包括CSD、GPRS和EDGE等，以滿足不同數(shù)據(jù)傳輸速率的需求。33.控制信令編碼GSM系統(tǒng)使用專門的信令編碼方式來傳輸控制信息，確保網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運(yùn)行。44.加密編碼GSM系統(tǒng)采用A5加密算法對無線通信進(jìn)行加密，保護(hù)用戶隱私和數(shù)據(jù)安全。GSM語音編碼GSM語音編碼GSM使用線性預(yù)測編碼（LPC）進(jìn)行語音壓縮。LPC將語音信號表示為一系列的濾波器系數(shù)。LPC算法在保留語音信號特征的同時(shí)，減少了語音信號的帶寬。GSM信令通道控制信道主要用于控制和管理無線資源。數(shù)據(jù)信道用于傳輸用戶數(shù)據(jù)，如語音、短信和數(shù)據(jù)?？刂菩诺篮蛿?shù)據(jù)信道兩者之間相互配合，共同完成無線通信過程。GSM蜂窩結(jié)構(gòu)蜂窩結(jié)構(gòu)是GSM網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵組成部分，它通過將覆蓋區(qū)域劃分為多個(gè)六邊形單元來實(shí)現(xiàn)無線信號的覆蓋。每個(gè)蜂窩單元由一個(gè)基站控制，基站與移動(dòng)設(shè)備通信，并負(fù)責(zé)提供信號覆蓋和數(shù)據(jù)傳輸。每個(gè)蜂窩單元都覆蓋一定的地理區(qū)域，并與相鄰單元重疊，確保移動(dòng)設(shè)備在切換到另一個(gè)單元時(shí)能夠保持連接。這種重疊也提高了網(wǎng)絡(luò)的魯棒性，即使某個(gè)基站出現(xiàn)故障，也能夠通過相鄰基站提供服務(wù)。GSM蜂窩覆蓋GSM蜂窩覆蓋是指GSM網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋的地理范圍。它通過基站的分布和覆蓋范圍，確保用戶在指定區(qū)域內(nèi)能夠使用GSM網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。GSM蜂窩覆蓋會(huì)受到各種因素的影響，例如地形、障礙物、基站密度和信號強(qiáng)度。在人口密集的城市地區(qū)，蜂窩覆蓋通常更密集，而鄉(xiāng)村或偏遠(yuǎn)地區(qū)則可能覆蓋范圍較小。GSM移動(dòng)性管理移動(dòng)性管理是GSM網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵功能之一，它使移動(dòng)用戶能夠在不同的蜂窩之間無縫漫游，并保持連接。1位置更新移動(dòng)用戶移動(dòng)時(shí)向網(wǎng)絡(luò)更新其位置信息。2漫游用戶在當(dāng)前蜂窩之外的區(qū)域使用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。3呼叫轉(zhuǎn)移將呼叫轉(zhuǎn)移到另一個(gè)電話號碼或設(shè)備。4呼叫保持在通話過程中，用戶可以保持當(dāng)前通話并接聽新來電。GSM呼叫過程呼叫發(fā)起用戶在手機(jī)上輸入電話號碼，發(fā)起呼叫請求。尋呼移動(dòng)交換中心（MSC）向目標(biāo)手機(jī)發(fā)送尋呼信號，告知其有來電。呼叫接通目標(biāo)手機(jī)收到尋呼信號，接通電話，建立通話連接。通話進(jìn)行用戶進(jìn)行通話，語音信號通過空中接口傳輸。呼叫結(jié)束用戶掛斷電話，結(jié)束通話連接。GSM呼叫接通過程1呼叫建立手機(jī)發(fā)起呼叫請求。2尋呼基站廣播尋呼消息。3接入目標(biāo)手機(jī)接收到尋呼。4連接手機(jī)與基站建立連接。呼叫接通過程是GSM系統(tǒng)中的關(guān)鍵步驟，涉及多個(gè)階段。首先，用戶發(fā)起呼叫請求，基站廣播尋呼消息，目標(biāo)手機(jī)接收到尋呼并與基站建立連接，最后完成呼叫。GSM無線接入層功能無線資源管理分配和管理無線資源，例如時(shí)隙、頻率和功率?？罩薪涌诳刂乒芾碛脩粼O(shè)備和基站之間的無線連接，并處理數(shù)據(jù)傳輸。移動(dòng)性管理負(fù)責(zé)用戶設(shè)備的移動(dòng)性管理，例如切換、漫游和位置更新。安全性管理提供無線連接的安全保障，例如認(rèn)證、加密和數(shù)據(jù)完整性。GSM網(wǎng)絡(luò)層功能用戶管理管理用戶身份驗(yàn)證、鑒權(quán)、計(jì)費(fèi)和信息管理呼叫控制負(fù)責(zé)呼叫建立、路由、連接和釋放移動(dòng)性管理處理用戶移動(dòng)、切換和漫游數(shù)據(jù)傳輸提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，例如短信和互聯(lián)網(wǎng)接入GSM無線資源管理無線資源分配GSM系統(tǒng)通過動(dòng)態(tài)分配無線資源，包括時(shí)間槽和頻率資源，以滿足用戶需求。功率控制GSM系統(tǒng)利用功率控制機(jī)制，調(diào)整發(fā)射功率以優(yōu)化覆蓋范圍和減少干擾。切換管理GSM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)用戶在不同基站間的無縫切換，保證通話質(zhì)量。資源監(jiān)控GSM系統(tǒng)監(jiān)控?zé)o線資源利用率，確保網(wǎng)絡(luò)性能穩(wěn)定。GSM網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證身份驗(yàn)證確保用戶身份的真實(shí)性，防止惡意用戶訪問網(wǎng)絡(luò)資源。密鑰管理生成、存儲(chǔ)和分發(fā)用于加密和解密的密鑰，保護(hù)數(shù)據(jù)傳輸安全。安全機(jī)制采用加密算法和數(shù)字簽名等技術(shù)，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾院蜋C(jī)密性。GSM加密機(jī)制A5/1和A5/3算法GSM系統(tǒng)使用A5/1和A5/3算法加密語音和數(shù)據(jù)。A5/1用于歐洲和大部分地區(qū)，A5/3用于其他地區(qū)。加密算法防止未經(jīng)授權(quán)的訪問GSM網(wǎng)絡(luò)。密鑰管理GSM網(wǎng)絡(luò)使用基于密鑰管理的加密機(jī)制，確保通信安全。密鑰是隨機(jī)生成的，并在用戶首次使用網(wǎng)絡(luò)時(shí)分發(fā)。GSM安全性認(rèn)證GSM使用SIM卡和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行身份驗(yàn)證，確保用戶身份真實(shí)性。加密語音通話和數(shù)據(jù)傳輸使用A5/1和A5/3算法加密，保護(hù)信息安全。訪問控制GSM網(wǎng)絡(luò)使用訪問控制機(jī)制，防止未經(jīng)授權(quán)的訪問和使用。隱私保護(hù)GSM網(wǎng)絡(luò)提供匿名呼叫和短信功能，保護(hù)用戶隱私。GSM位置更新1位置區(qū)域更新移動(dòng)臺(tái)進(jìn)入新的位置區(qū)域時(shí)，會(huì)向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送位置區(qū)域更新請求，以通知網(wǎng)絡(luò)其當(dāng)前位置。2位置更新過程移動(dòng)臺(tái)發(fā)送位置更新請求，包含其當(dāng)前位置信息。網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證請求并更新移動(dòng)臺(tái)的位置信息。3位置更新目的確保網(wǎng)絡(luò)能夠定位移動(dòng)臺(tái)，以便進(jìn)行呼叫路由、漫游管理和位置服務(wù)。GSM漫游過程當(dāng)用戶從其歸屬網(wǎng)絡(luò)區(qū)域移動(dòng)到其他網(wǎng)絡(luò)區(qū)域時(shí)，該用戶便進(jìn)入了漫游狀態(tài)。漫游過程指的是用戶在訪問其歸屬網(wǎng)絡(luò)之外的網(wǎng)絡(luò)時(shí)，如何訪問其歸屬網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)和服務(wù)。1漫游請求手機(jī)發(fā)出漫游請求。2網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證用戶漫游資格。3漫游授權(quán)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)授權(quán)用戶漫游。4漫游連接手機(jī)與目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)建立連接。漫游過程涉及多個(gè)步驟，從漫游請求到連接建立，最終實(shí)現(xiàn)用戶在異地網(wǎng)絡(luò)的正常通信。GSM業(yè)務(wù)類型語音業(yè)務(wù)GSM網(wǎng)絡(luò)最基本業(yè)務(wù)類型之一，支持移動(dòng)電話之間進(jìn)行通話。包含傳統(tǒng)語音通話、語音會(huì)議、語音郵件等。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)支持移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸，包括互聯(lián)網(wǎng)接入、短信、彩信、移動(dòng)支付等。隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)逐漸成為GSM網(wǎng)絡(luò)的主流業(yè)務(wù)類型。增值業(yè)務(wù)基于GSM網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，提供各種增值服務(wù)，例如游戲、音樂、視頻、導(dǎo)航等。豐富了移動(dòng)用戶體驗(yàn)，推動(dòng)了移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。GSM業(yè)務(wù)特點(diǎn)多樣性GSM系統(tǒng)支持多種業(yè)務(wù)類型，例如語音、數(shù)據(jù)、短信和彩信等?？煽啃訥SM系統(tǒng)具有很高的可靠性，確保通話質(zhì)量和信號穩(wěn)定。安全保障GSM系統(tǒng)采用先進(jìn)的安全機(jī)制，保護(hù)用戶信息和通信安全。漫游功能GSM系統(tǒng)支持漫游功能，用戶可以在不同的運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)之間自由切換。GSM發(fā)展趨勢5G網(wǎng)絡(luò)融