《GSM無線基本概念》課件

GSM無線基本概念GSM簡介全球移動通信系統(tǒng)GSM是一種數(shù)字蜂窩移動通信技術(shù)，它是全球最廣泛使用的移動通信標(biāo)準(zhǔn)。廣泛應(yīng)用它支持各種移動設(shè)備，例如手機(jī)、平板電腦和筆記本電腦。網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)GSM網(wǎng)絡(luò)由基站、交換機(jī)和核心網(wǎng)絡(luò)組成，提供語音和數(shù)據(jù)服務(wù)。GSM網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)GSM網(wǎng)絡(luò)由多個子系統(tǒng)組成，它們協(xié)同工作以提供無線通信服務(wù)。主要子系統(tǒng)包括：基站子系統(tǒng)(BSS)網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(NSS)操作支撐子系統(tǒng)(OSS)小區(qū)和覆蓋區(qū)域每個基站覆蓋的地理區(qū)域稱為小區(qū)。小區(qū)是GSM網(wǎng)絡(luò)的基本單元。每個小區(qū)使用唯一的標(biāo)識符（小區(qū)ID）來識別。一個基站可以覆蓋多個小區(qū)，并與移動臺進(jìn)行通信。頻率使用和復(fù)用頻率使用GSM系統(tǒng)使用特定頻段進(jìn)行無線通信，確保信號傳輸質(zhì)量。頻率復(fù)用為了提高頻譜利用率，GSM采用頻率復(fù)用技術(shù)，在一個區(qū)域內(nèi)，多個小區(qū)使用不同的頻率進(jìn)行通信。信道劃分時隙分配每個時隙可以分配給不同的用戶，實(shí)現(xiàn)多用戶共享同一個載波頻率。頻率復(fù)用不同的基站使用不同的頻率，避免信號干擾，提高頻譜利用率。頻率劃分將一個頻率范圍劃分為多個子信道，每個子信道分配給不同的用戶或功能。時分多址訪問(TDMA)1分時復(fù)用每個用戶只在特定的時間段內(nèi)使用無線信道，并以時間片為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。2提高信道利用率TDMA通過將時間資源分配給不同的用戶，最大限度地利用了無線信道資源。3減少干擾每個用戶在自己的時間片內(nèi)獨(dú)占信道，避免了用戶之間相互干擾，提高了通信質(zhì)量。語音編碼模擬信號將模擬語音信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。壓縮算法減少數(shù)字信號的比特率，提高傳輸效率。編碼標(biāo)準(zhǔn)GSM使用線性預(yù)測編碼(LPC)和自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制(ADPCM)進(jìn)行編碼。數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)電路數(shù)據(jù)GSM網(wǎng)絡(luò)提供電路數(shù)據(jù)服務(wù)，類似于傳統(tǒng)電話，在通話期間建立一條專用的通信線路，提供穩(wěn)定的語音質(zhì)量和較低的延時。分組數(shù)據(jù)GSM網(wǎng)絡(luò)還支持分組數(shù)據(jù)服務(wù)，例如短信和互聯(lián)網(wǎng)接入，將數(shù)據(jù)分成數(shù)據(jù)包進(jìn)行傳輸，提供靈活性和效率，但可能會有延時和數(shù)據(jù)丟失。無線接口無線接口是移動臺與基站之間進(jìn)行通信的橋梁，它定義了信號傳輸?shù)奈锢韺雍蛿?shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。無線接口包括物理信道、邏輯信道和控制信道等，它們協(xié)同工作，確保移動臺和基站之間可靠的無線數(shù)據(jù)傳輸。移動臺和基站通信呼叫建立移動臺發(fā)起呼叫，基站分配信道。數(shù)據(jù)傳輸移動臺和基站通過無線信道交換數(shù)據(jù)。呼叫結(jié)束呼叫結(jié)束后，基站釋放信道。小區(qū)間切換1信號強(qiáng)度當(dāng)移動臺離開當(dāng)前服務(wù)小區(qū)，移動臺的信號強(qiáng)度會下降。2切換過程基站檢測到信號強(qiáng)度下降，會將切換請求發(fā)送到移動臺。3新小區(qū)接入移動臺接收切換請求，并與新小區(qū)建立連接，完成切換。小區(qū)間切換是GSM網(wǎng)絡(luò)中一個重要的功能，確保移動臺在移動過程中始終保持通話連接。當(dāng)移動臺離開當(dāng)前服務(wù)小區(qū)時，信號強(qiáng)度會下降，基站會檢測到這種情況并向移動臺發(fā)送切換請求，移動臺會接收請求并與新小區(qū)建立連接，完成切換。信號鏈路協(xié)議1無線鏈路控制(RLC)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)分組的分割、重組、錯誤檢測和重傳，保證可靠的數(shù)據(jù)傳輸。2無線鏈路數(shù)據(jù)(RLD)提供數(shù)據(jù)速率控制、流量管理、數(shù)據(jù)包優(yōu)先級處理和數(shù)據(jù)包緩存等功能。3MAC層負(fù)責(zé)物理信道的分配和管理，實(shí)現(xiàn)TDMA協(xié)議。物理信道1時隙GSM物理信道在時間上被劃分為時隙，每個時隙分配給特定的用戶或服務(wù)。2載波頻率每個物理信道占用一個特定的載波頻率，用于傳輸信號。3信道類型GSM物理信道可分為控制信道和數(shù)據(jù)信道，用于不同的通信目的。邏輯信道傳輸數(shù)據(jù)邏輯信道用于在移動臺和基站之間傳輸數(shù)據(jù)。多路復(fù)用多個邏輯信道可以復(fù)用在同一個物理信道上。分組管理邏輯信道將數(shù)據(jù)分組并進(jìn)行管理，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。控制信道控制信道作用用于傳送控制信息，例如呼叫建立、?shù)據(jù)傳輸控制、小區(qū)切換等?？刂菩诺李愋桶ê艚锌刂菩诺?、廣播控制信道、尋呼控制信道等?？刂菩诺捞攸c(diǎn)占用帶寬較小，信息傳輸速率較低，但對實(shí)時性和可靠性要求較高。數(shù)據(jù)信道傳輸數(shù)據(jù)用于傳輸用戶數(shù)據(jù)，例如短信、彩信、互聯(lián)網(wǎng)訪問等。數(shù)據(jù)速率根據(jù)具體的信道類型和網(wǎng)絡(luò)條件，數(shù)據(jù)速率可達(dá)到不同的水平。無線安全體系鑒權(quán)確保用戶身份合法性，防止非法用戶接入網(wǎng)絡(luò)加密對傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，防止竊聽或篡改隱私保護(hù)保護(hù)用戶個人信息，防止泄露或?yàn)E用鑒權(quán)程序1身份驗(yàn)證移動臺提供身份信息2密鑰生成基站生成會話密鑰3鑒權(quán)確認(rèn)基站驗(yàn)證移動臺身份加密機(jī)制1A5/1算法GSM使用A5/1算法對語音和數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。2密鑰管理每個用戶擁有唯一的加密密鑰，由網(wǎng)絡(luò)提供。3實(shí)時加密數(shù)據(jù)在傳輸過程中被實(shí)時加密，確保通信安全。用戶隱私保護(hù)確保用戶數(shù)據(jù)安全，防止未經(jīng)授權(quán)的訪問和使用。遵守相關(guān)隱私法規(guī)，保護(hù)用戶的個人信息。提供匿名服務(wù)和數(shù)據(jù)脫敏機(jī)制，保護(hù)用戶身份隱私。網(wǎng)絡(luò)注冊和漫游1注冊移動臺開機(jī)后，會自動向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送注冊請求。2鑒權(quán)網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證移動臺的身份，并分配臨時身份標(biāo)識。3漫游移動臺離開原服務(wù)區(qū)域，自動切換到新網(wǎng)絡(luò)。4更新位置網(wǎng)絡(luò)跟蹤移動臺位置，保證通話連接穩(wěn)定。移動臺位置跟蹤小區(qū)位置更新移動臺定期向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送位置更新信息，告知當(dāng)前所在小區(qū)。呼叫定位通過測量移動臺信號強(qiáng)度，網(wǎng)絡(luò)可以估計(jì)移動臺的位置。輔助定位利用GPS或其他輔助技術(shù)，可以更精確地確定移動臺位置。主叫和被叫過程1主叫發(fā)起用戶撥號，手機(jī)發(fā)送請求到基站。2基站處理基站將請求轉(zhuǎn)發(fā)到移動交換中心（MSC）。3呼叫建立MSC查找被叫號碼，建立連接并通知被叫手機(jī)。4通話連接被叫手機(jī)接聽，雙方建立語音連接。語音數(shù)據(jù)傳輸數(shù)字化語音將模擬語音信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，以便在GSM網(wǎng)絡(luò)中傳輸。編碼壓縮使用語音壓縮算法，例如線性預(yù)測編碼(LPC)或自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制(ADPCM)，以減少數(shù)據(jù)量。信道分配將數(shù)字語音數(shù)據(jù)分配給特定的時隙和頻率，以便在無線信道上進(jìn)行傳輸。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)起1用戶請求發(fā)起數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)請求2網(wǎng)絡(luò)處理處理數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)請求3數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與維護(hù)優(yōu)化覆蓋范圍，信號強(qiáng)度，數(shù)據(jù)速率，呼叫質(zhì)量維護(hù)設(shè)備故障排查，軟件更新，安全漏洞修復(fù)常見故障診斷信號強(qiáng)度弱信號會導(dǎo)致通話中斷或質(zhì)量下降。網(wǎng)絡(luò)覆蓋檢查是否處于網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域，或是否存在網(wǎng)絡(luò)擁塞。SIM卡故障SIM卡損壞或與手機(jī)不兼容會影響信號接收。手機(jī)硬件問題天線損壞或手機(jī)內(nèi)部電路故障也會導(dǎo)致信號問題。系統(tǒng)性能指標(biāo)99.9可用性GSM網(wǎng)絡(luò)需要高可用性以確?？煽康倪B接服務(wù)100ms延遲低延遲對于實(shí)時語音和數(shù)據(jù)傳輸至關(guān)重要10