《GSM系統(tǒng)慨論》課件

GSM系統(tǒng)概論GSM系統(tǒng)是全球最流行的移動(dòng)通信系統(tǒng)之一。它是第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)，提供語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和其他移動(dòng)通信服務(wù)。GSM系統(tǒng)簡(jiǎn)介數(shù)字移動(dòng)通信GSM系統(tǒng)是一種數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)。與模擬系統(tǒng)相比，數(shù)字系統(tǒng)具有更高的傳輸效率和更強(qiáng)的抗干擾能力。全球移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM系統(tǒng)是全球移動(dòng)通信系統(tǒng)，支持不同國(guó)家和地區(qū)的移動(dòng)通信服務(wù)。語(yǔ)音和數(shù)據(jù)服務(wù)GSM系統(tǒng)提供語(yǔ)音通話、短信、數(shù)據(jù)傳輸?shù)榷喾N服務(wù)，滿足用戶多樣化的需求。蜂窩移動(dòng)通信GSM系統(tǒng)采用蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)，將覆蓋區(qū)域劃分成多個(gè)蜂窩小區(qū)，提高系統(tǒng)容量和通信質(zhì)量。GSM系統(tǒng)的基本組成基站基站是GSM網(wǎng)絡(luò)的核心，負(fù)責(zé)與移動(dòng)終端進(jìn)行無(wú)線通信。交換機(jī)交換機(jī)是GSM網(wǎng)絡(luò)的控制中心，負(fù)責(zé)連接不同基站和用戶。數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)了用戶的號(hào)碼、位置等信息。移動(dòng)終端移動(dòng)終端是用戶手中的手機(jī)，負(fù)責(zé)與基站進(jìn)行通信。蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)概述蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)是一種利用無(wú)線電波進(jìn)行通信的移動(dòng)通信系統(tǒng)。它是現(xiàn)代移動(dòng)通信技術(shù)的基礎(chǔ)，廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電話、數(shù)據(jù)傳輸?shù)阮I(lǐng)域。該系統(tǒng)采用蜂窩結(jié)構(gòu)，將覆蓋區(qū)域劃分為多個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)使用不同的頻率，從而實(shí)現(xiàn)頻率復(fù)用，提高頻譜利用率。蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的特點(diǎn)高容量和頻譜利用率蜂窩系統(tǒng)通過(guò)頻率復(fù)用技術(shù)，在同一頻率范圍內(nèi)支持多個(gè)用戶，提高了系統(tǒng)的容量和頻譜利用率?？蓴U(kuò)展性和靈活性蜂窩系統(tǒng)易于擴(kuò)展，通過(guò)添加新的基站可以增加覆蓋范圍和容量，滿足不斷增長(zhǎng)的用戶需求。移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展歷程1第一代移動(dòng)通信（1G）主要使用模擬技術(shù)，提供語(yǔ)音通話服務(wù)，覆蓋范圍有限，通話質(zhì)量差。2第二代移動(dòng)通信（2G）以GSM為代表，采用數(shù)字技術(shù)，顯著提高了通話質(zhì)量和容量，并支持短信服務(wù)。3第三代移動(dòng)通信（3G）以WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA為代表，提供高速數(shù)據(jù)傳輸，支持移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)接入。4第四代移動(dòng)通信（4G）以LTE為代表，提供高速率、低延遲的移動(dòng)寬帶接入，支持高清視頻通話和移動(dòng)游戲。5第五代移動(dòng)通信（5G）提供極高的數(shù)據(jù)傳輸速率，超低時(shí)延和更高的連接密度，支持物聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)駕駛等應(yīng)用。從1G到5G的演進(jìn)1G:模擬蜂窩移動(dòng)通信第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)，采用模擬信號(hào)技術(shù)，通話質(zhì)量差，容量有限，安全性不高，只能進(jìn)行語(yǔ)音通話。2G:數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)，采用數(shù)字信號(hào)技術(shù)，通話質(zhì)量顯著提升，容量增大，安全性增強(qiáng)，并支持短信等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。3G:寬帶移動(dòng)通信第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)，提供高速率的數(shù)據(jù)傳輸，支持語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、視頻等多種業(yè)務(wù)，標(biāo)志著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)。4G:移動(dòng)寬帶第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)，提供了更高的速度和更低的延遲，支持高清視頻通話、高速網(wǎng)絡(luò)游戲等。5G:超高速移動(dòng)通信第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)，以超高速率、低延遲、高可靠性為特點(diǎn)，推動(dòng)了物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)等新興技術(shù)的發(fā)展。什么是GSM系統(tǒng)全球移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM是GlobalSystemforMobileCommunications的縮寫，它是一種數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)，由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(ETSI)制定，現(xiàn)已成為世界上最流行的移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)。第二代移動(dòng)通信GSM是第二代(2G)移動(dòng)通信系統(tǒng)，它于1991年首次投入使用，并迅速成為全球移動(dòng)通信的主流標(biāo)準(zhǔn)。廣泛應(yīng)用GSM系統(tǒng)支持語(yǔ)音通話、短信、數(shù)據(jù)傳輸?shù)榷喾N業(yè)務(wù)，已廣泛應(yīng)用于全球超過(guò)200個(gè)國(guó)家和地區(qū)?；A(chǔ)設(shè)施GSM系統(tǒng)由移動(dòng)交換中心(MSC)、基站(BTS)和移動(dòng)臺(tái)(MS)等組成，它提供了一個(gè)完整的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。GSM系統(tǒng)的基本原理11.頻率復(fù)用將多個(gè)用戶分配到不同的頻率通道，以便在同一時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行通信。22.時(shí)分多址將每個(gè)頻率通道劃分為時(shí)間片，多個(gè)用戶輪流使用同一頻率通道。33.數(shù)字信號(hào)傳輸使用數(shù)字信號(hào)進(jìn)行通信，提高了傳輸效率和抗干擾能力。44.蜂窩結(jié)構(gòu)將覆蓋區(qū)域劃分為多個(gè)蜂窩狀小區(qū)，每個(gè)小區(qū)使用獨(dú)立的頻率資源。GSM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)GSM系統(tǒng)由核心網(wǎng)和接入網(wǎng)兩部分組成。核心網(wǎng)負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)，接入網(wǎng)負(fù)責(zé)無(wú)線信號(hào)傳輸。核心網(wǎng)包括交換中心、移動(dòng)交換中心、數(shù)據(jù)庫(kù)等。接入網(wǎng)包括基站控制器、基站、移動(dòng)臺(tái)等。GSM網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分層結(jié)構(gòu)，每一層都具有特定功能，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。GSM系統(tǒng)的主要功能和特點(diǎn)數(shù)字信號(hào)傳輸GSM系統(tǒng)采用數(shù)字信號(hào)傳輸技術(shù)，提高了通話質(zhì)量，并可承載多種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。頻率復(fù)用技術(shù)GSM系統(tǒng)使用TDMA和FDMA技術(shù)，實(shí)現(xiàn)頻譜利用率的提高。漫游功能GSM系統(tǒng)支持漫游功能，用戶可以在不同運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)之間無(wú)縫切換。安全認(rèn)證GSM系統(tǒng)提供身份驗(yàn)證和加密機(jī)制，保證通信安全性和用戶隱私。GSM系統(tǒng)的主要業(yè)務(wù)1語(yǔ)音通話GSM系統(tǒng)最基本也是最重要的業(yè)務(wù)，用戶可以通過(guò)手機(jī)進(jìn)行語(yǔ)音通話。2短信服務(wù)用戶可以通過(guò)手機(jī)發(fā)送和接收短信，進(jìn)行簡(jiǎn)短的文字交流。3數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)用戶可以接入互聯(lián)網(wǎng)，瀏覽網(wǎng)頁(yè)、收發(fā)郵件、下載文件等。4增值業(yè)務(wù)除了基本業(yè)務(wù)之外，GSM系統(tǒng)還提供各種增值業(yè)務(wù)，例如彩信、移動(dòng)支付、位置服務(wù)等。GSM系統(tǒng)的頻率利用GSM系統(tǒng)采用蜂窩結(jié)構(gòu)，將覆蓋區(qū)域劃分為多個(gè)蜂窩小區(qū)，每個(gè)小區(qū)使用不同的頻率。頻率復(fù)用技術(shù)可以有效地利用頻譜資源，提高系統(tǒng)容量。850MHz850MHz北美和部分國(guó)家900MHz900MHz歐洲和亞洲1800MHz1800MHz高容量區(qū)域1900MHz1900MHz美國(guó)和部分國(guó)家頻道復(fù)用技術(shù)頻率復(fù)用將同一頻率分配給不同位置的基站。時(shí)分復(fù)用將一個(gè)時(shí)隙分配給多個(gè)用戶。碼分復(fù)用每個(gè)用戶分配一個(gè)唯一的碼片序列?？辗謴?fù)用將不同的頻率分配給不同的區(qū)域。GSM系統(tǒng)的基本信令流程1呼叫建立用戶發(fā)起呼叫，系統(tǒng)分配資源，建立連接。2呼叫保持呼叫保持狀態(tài)，資源保留，確保連接穩(wěn)定。3呼叫釋放呼叫結(jié)束，釋放資源，斷開連接。GSM系統(tǒng)信令流程是呼叫建立、保持和釋放過(guò)程的完整指令序列。信令控制信息包含在專用信道中，通過(guò)無(wú)線接口傳輸，確保用戶之間通信的順利進(jìn)行。GSM系統(tǒng)的核心網(wǎng)功能用戶管理負(fù)責(zé)用戶身份認(rèn)證、計(jì)費(fèi)和數(shù)據(jù)管理，確保用戶服務(wù)質(zhì)量。呼叫控制負(fù)責(zé)建立、維護(hù)和釋放電話連接，協(xié)調(diào)不同用戶的通話需求。信令處理負(fù)責(zé)處理用戶和網(wǎng)絡(luò)之間的信令，確保通信順利進(jìn)行。網(wǎng)絡(luò)管理負(fù)責(zé)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)，優(yōu)化資源分配，確保網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定可靠。GSM系統(tǒng)的接入網(wǎng)功能基站子系統(tǒng)(BSS)BSS包含基站控制器(BSC)和基站收發(fā)信機(jī)(BTS)。BSC負(fù)責(zé)管理BTS和移動(dòng)臺(tái)之間的無(wú)線鏈路。無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)(RAN)RAN包含所有與無(wú)線信號(hào)相關(guān)的設(shè)備，包括基站和移動(dòng)臺(tái)。RAN負(fù)責(zé)提供無(wú)線連接，并確保移動(dòng)臺(tái)能夠接入GSM網(wǎng)絡(luò)。GSM系統(tǒng)的無(wú)線接口技術(shù)無(wú)線接口層GSM系統(tǒng)采用空中接口，通過(guò)無(wú)線電波傳輸數(shù)據(jù)。物理層定義無(wú)線信號(hào)的頻率、功率和調(diào)制方式。數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸、錯(cuò)誤檢測(cè)和糾正。網(wǎng)絡(luò)層管理無(wú)線資源，進(jìn)行小區(qū)切換和呼叫控制。多址接入技術(shù)11.頻分多址(FDMA)不同用戶使用不同的頻率信道進(jìn)行通信，避免信號(hào)干擾。22.時(shí)分多址(TDMA)同一頻率信道被分成時(shí)間片，不同用戶在不同的時(shí)間片上使用，避免信號(hào)干擾。33.碼分多址(CDMA)使用不同的編碼方案區(qū)分不同的用戶，實(shí)現(xiàn)多個(gè)用戶共享同一頻率信道。44.空間分址(SDMA)利用天線技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)，將空間分成不同的區(qū)域，不同用戶在不同的區(qū)域進(jìn)行通信，避免信號(hào)干擾。GSM系統(tǒng)的信源編碼信源編碼概述信源編碼旨在壓縮數(shù)據(jù)，減少傳輸量。壓縮算法根據(jù)數(shù)據(jù)特征，去除冗余信息。GSM系統(tǒng)采用RPE-LTP語(yǔ)音編碼，將模擬語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并進(jìn)行壓縮。RPE-LTP算法該算法基于線性預(yù)測(cè)編碼(LPC)技術(shù)，利用語(yǔ)音信號(hào)的自相關(guān)性進(jìn)行預(yù)測(cè)。通過(guò)去除預(yù)測(cè)誤差和量化參數(shù)，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)壓縮，提高傳輸效率。GSM系統(tǒng)的聲音編碼技術(shù)語(yǔ)音信號(hào)壓縮GSM系統(tǒng)采用的是一種名為“自適應(yīng)多速率（AMR）”的語(yǔ)音編碼技術(shù)，它能夠?qū)⒄Z(yǔ)音信號(hào)壓縮，從而有效地提高頻譜利用率。降噪處理AMR技術(shù)可以有效地去除語(yǔ)音信號(hào)中的噪聲，提高語(yǔ)音質(zhì)量，確保通話質(zhì)量。語(yǔ)音速率調(diào)整AMR技術(shù)可以根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)條件和語(yǔ)音質(zhì)量需求，調(diào)整語(yǔ)音編碼的速率，從而實(shí)現(xiàn)靈活的語(yǔ)音質(zhì)量控制。語(yǔ)音質(zhì)量?jī)?yōu)化GSM系統(tǒng)的語(yǔ)音編碼技術(shù)可以優(yōu)化語(yǔ)音質(zhì)量，提高通話清晰度，為用戶提供更流暢、更自然的聲音體驗(yàn)。GSM系統(tǒng)的終端技術(shù)手機(jī)GSM手機(jī)是GSM系統(tǒng)中的核心設(shè)備，用于發(fā)起和接收語(yǔ)音和數(shù)據(jù)呼叫。SIM卡SIM卡存儲(chǔ)用戶的個(gè)人信息，包括電話號(hào)碼、地址和短信等，并在用戶移動(dòng)時(shí)提供身份驗(yàn)證。天線天線負(fù)責(zé)將無(wú)線信號(hào)發(fā)射和接收，連接手機(jī)和基站。GSM系統(tǒng)的身份認(rèn)證和安全性SIM卡身份認(rèn)證SIM卡包含用戶身份信息和加密密鑰，用于驗(yàn)證用戶身份。網(wǎng)絡(luò)安全機(jī)制GSM網(wǎng)絡(luò)采用多種安全機(jī)制，防止竊聽、篡改和偽造。加密算法GSM系統(tǒng)使用A5算法對(duì)語(yǔ)音和數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，確保通信內(nèi)容的保密性。身份認(rèn)證流程用戶接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需進(jìn)行身份認(rèn)證，驗(yàn)證用戶合法性。GSM系統(tǒng)的漫游和轉(zhuǎn)接技術(shù)漫游漫游是指GSM手機(jī)在本地網(wǎng)絡(luò)之外的區(qū)域進(jìn)行通信時(shí)，通過(guò)其他網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)的機(jī)制。漫游類型包括國(guó)內(nèi)漫游和國(guó)際漫游，分別指手機(jī)在同一國(guó)家不同運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)間和不同國(guó)家網(wǎng)絡(luò)間的通信。轉(zhuǎn)接轉(zhuǎn)接是指當(dāng)用戶無(wú)法直接訪問(wèn)目標(biāo)號(hào)碼時(shí)，將呼叫轉(zhuǎn)移到另一個(gè)號(hào)碼或系統(tǒng)上的功能。轉(zhuǎn)接類型包括呼叫轉(zhuǎn)移、呼叫等待和呼叫保持，為用戶提供多種呼叫處理選擇。GSM系統(tǒng)的業(yè)務(wù)質(zhì)量和容量GSM系統(tǒng)的業(yè)務(wù)質(zhì)量和容量是衡量其性能的重要指標(biāo)，也是影響用戶體驗(yàn)的關(guān)鍵因素。業(yè)務(wù)質(zhì)量通常用指標(biāo)來(lái)表示，例如掉話率、呼叫建立成功率、數(shù)據(jù)傳輸速率等。容量是指GSM系統(tǒng)所能承載的最大用戶數(shù)量和數(shù)據(jù)流量。GSM系統(tǒng)的業(yè)務(wù)質(zhì)量和容量與網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、基站建設(shè)、頻譜分配、用戶行為等因素密切相關(guān)。GSM系統(tǒng)的演進(jìn)方向數(shù)據(jù)服務(wù)增強(qiáng)GSM系統(tǒng)最初主要用于語(yǔ)音通話，但隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，數(shù)據(jù)服務(wù)需求不斷增長(zhǎng)。GSM系統(tǒng)不斷演進(jìn)，支持GPRS、EDGE等數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，提供更高速率、更穩(wěn)定、更可靠的數(shù)據(jù)服務(wù)。技術(shù)融合GSM系統(tǒng)不斷與其他技術(shù)融合，例如與Wi-Fi、藍(lán)牙等技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)更靈活、更便捷的網(wǎng)絡(luò)接入和應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化為了滿足不斷增長(zhǎng)的用戶需求，GSM系統(tǒng)不斷進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，提升網(wǎng)絡(luò)容量、覆蓋范圍和服務(wù)質(zhì)量。GPRS和EDGE技術(shù)11.GPRS技術(shù)GPRS是通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)，基于GSM網(wǎng)絡(luò)上的分組數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，支持多種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。22.EDGE技術(shù)EDGE是增強(qiáng)數(shù)據(jù)速率為GSM的演進(jìn)技術(shù)，提高了數(shù)據(jù)傳輸速率和網(wǎng)絡(luò)容量，支持更高速率的移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。33.優(yōu)勢(shì)GPRS和EDGE技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)GSM網(wǎng)絡(luò)的電路交換技術(shù)，具有更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和更靈活的網(wǎng)絡(luò)接入方式。44.應(yīng)用GPRS和EDGE技術(shù)廣泛應(yīng)用于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)接入、移動(dòng)游戲、移動(dòng)郵件等各種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。3G和4G系統(tǒng)概述3G代表第三代移動(dòng)通信技術(shù)，提供了更快的互聯(lián)網(wǎng)接入速度和數(shù)據(jù)傳輸速率。3G系統(tǒng)使用分組數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，支持多種多媒體應(yīng)用，例如視頻通話和互聯(lián)網(wǎng)瀏覽。4G代表第四代移動(dòng)通信技術(shù)，具有更高的數(shù)據(jù)傳輸速率、更低的延遲和更強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)容量。4G系統(tǒng)采用先進(jìn)的無(wú)線技術(shù)，如LTE和WiMAX，可以提供更流暢的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)體驗(yàn)。5G系統(tǒng)概述5G代表第五代移動(dòng)通信技術(shù)，與之前一代4G相比，它擁有更高的速度、更低的延遲和更大的連接容量。5G技術(shù)旨在滿足日益增長(zhǎng)的移動(dòng)數(shù)據(jù)需求，支持物聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)駕駛等新興應(yīng)用。5G系統(tǒng)采用了新的無(wú)線技術(shù)，例如大規(guī)模MIMO、毫米波通信和網(wǎng)絡(luò)切片，以實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率、更低的延遲和更可靠的連接。未來(lái)移動(dòng)通信發(fā)展趨勢(shì)超高速率未來(lái)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)將提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速度，滿足不斷增長(zhǎng)的帶