GSM频段知识 GSM900 DCS1800.pdf
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1、GSM 频段知识 GSM900 DCS1800一.GSM 的涵义GSMGSM 全名为:全名为:Global System for Mobile CommunicationsGlobal System for Mobile Communications,中文,中文为全球移动通讯系统,俗称为全球移动通讯系统,俗称 全球通全球通,是 一种起源于欧洲的移动通信技术标准,是第二代移动通信技术,其开发目的是让全球各地可以共同使用一个移动电话网络标准,让用户使用一部手机就能行遍全球。我国于 20 世纪 90 年代初引进采用此项技术标准,此前一直是采用蜂窝模拟移动技术,即第一代 GSM 技术(2001 年 1
2、2 月 31 日我国关闭了模拟移动网 络)。目前,中国移动、中国联通各拥有一个GSM 网,为世界最大的移动通信网络。GSM 系统包括 GSM 900:900MHz、GSM1800:1800MHz 及GSM1900:1900MHz 等几个频段。GSM(全球移动通信系统)是一种广泛应用于欧洲及世界其他地方的数字移动电话系统。GSM 使用的是时分多址的变体,并且它是目前三种数字无线电话技术(TDMA、GSM 和 CDMA)中使用最为广泛的一种。GSM 将资料数字化,并将数据进行压缩,然后与其它的两个用户数据流一起从信道发送出去,另外的两 个用户数据流都有各自的时隙。GSM 实际上是欧洲的无线电话标准
3、,据GSM MoU 联合委员会报道,GSM在全球有12亿的用户,并且用户遍布120多个国家。因为许多 GSM 网络操作员与其他国外操作员有漫游协议,因此当用户到其 他国家之后,仍然可以继续使用他们的移动电话。美国著名通信公司 Sprint 的一个辅助部门,美国个人通信正在使用 GSM 作为一种宽带个人通信服务的技术。这种个人通信服务将最终为爱立信、摩托罗拉以及诺基亚现在正在生产的手持机建立400多个基站。手持机包括电话、短信寻呼机和对讲机。GSM 及其他技术是无线移动通信的演进,无线移动通信包括高速电路交换数据、通用无线分组系统、基于 GSM 网络的数据增强型移动通信技术以及通用移动通信服务二
4、二.GSM.GSM 特点特点1.GSM 使用上直观的特点:GSM 系统有几项重要特点:防盗拷能力佳、网络容量大、手机号码资源丰富、通话清晰、稳定性强不易受干扰、信息灵敏、通话死角少、手机耗电量低。2.GSM2.GSM 的技术特点:的技术特点:1.频谱效率。由于采用了高效调制器、信道编码、交织、均衡和语音编码技术,使系统具有高频谱效率。2.容量。由于每个信道传输带宽增加,使同频复用栽干比要求降低至9dB,故GSM系统的同频复用模式可以缩小到4/12或3/9甚至更小(模拟系统为 7/21);加上半速率话音编码的引入和自动话务分配以减少越区切换的次数,使 GSM 系统的容量效率(每兆赫每小区的信道数
5、)比 TACS系统高 35 倍。3.话音质量。鉴于数字传输技术的特点以及GSM 规范中有关空中接口和话音编码的定义,在门限值以上时,话音质量总是达到相同的水平而与无线传输质量无关。4.开放的接口。GSM 标准所提供的开放性接口,不仅限于空中接口,而且报刊网络直接以及网络中个设备实体之间,例如A 接口和 Abis 接口。5.安全性。通过鉴权、加密和 TMSI 号码的使用,达到安全的目的。鉴权用来验证用户的入网权利。加密用于空中接口,由 SIM 卡和网络 AUC的密钥决定。TMSI 是一个由业务网络给用户指定的临时识别号,以防止有人跟踪而泄漏其地理位置。6.与 ISDN、PSTN 等的互连。与其他
6、网络的互连通常利用现有的接口,如 ISUP 或 TUP 等。7.在 SIM 卡基础上实现漫游。漫游是移动通信的重要特征,它标志着用户可以从一个网络自动进入另一个网络。GSM 系统可以提供全球漫游,当然也需要网络运营者之间的某些协议,例如计费。GSMGSM 原理原理GSMGSM 是是 Global System for Mobile CommunicationGlobal System for Mobile Communication 的缩写。意思的缩写。意思是全球移动通信系统。是全球移动通信系统。分分 GSM900GSM900、DCS1800DCS1800 和和 PCN1900PCN1900
7、三个频段,三个频段,一般一般的所谓的双频手机就是在的所谓的双频手机就是在GSM900GSM900和和DCS1800DCS1800频频 段切换的手机。段切换的手机。PCN1900PCN1900则是别的一些国家使用的频段则是别的一些国家使用的频段(如美国如美国)。GSM900/1800 GSM900/1800 分别是工作在分别是工作在890960mhz/17101880mhz890960mhz/17101880mhz 频段的。频段的。GSM900GSM900 的手机最大功率是的手机最大功率是 8W(8W(实际实际中移动台没这么大的中移动台没这么大的 功率,功率,一般的手机最大功率是一般的手机最大功
8、率是2W2W,车载台功能大车载台功能大),而而 DCS1800DCS1800 的手机的最大功率是的手机的最大功率是 1W1W。GSM900/DCS1800/PCN1900 GSM900/DCS1800/PCN1900 的区别的区别:GSM900:GSM900 是初始的是初始的 GSMGSM 系统系统,MOBILEMOBILE 的功率从输出的功率从输出 1W-8W,GSM9001W-8W,GSM900 的通道从的通道从 1 124,DCS18001 124,DCS1800 的通的通道从道从 512885;DCS1800512885;DCS1800 是低功率的是低功率的,最高是最高是 1W;1W;
9、GSM GSM 的频段:的频段:GSM900GSM900 小区半径小区半径 35km35km 上行上行 880915MHZ880915MHZ 下行将下行将925960MHZ925960MHZPHASE2:890925MHZPHASE2:890925MHZ 和和 935960MHZ;935960MHZ;通道号通道号 1-124.1-124.GSM1800GSM1800 小区半径小区半径 2km(2km(由于由于 1800mhz1800mhz 手机的低功率手机的低功率)上行上行7101785MHZ7101785MHZ 下行下行 18051880MHZ18051880MHZ。PHASE2:SAME;
10、PHASE2:SAME;通道号通道号:512:512885.885.为高密度的用户为高密度的用户.GSM1900:18501910MHZ 19301990MHZGSM1900:18501910MHZ 19301990MHZ上行和下行组成一频率对上行和下行组成一频率对,上行就是手机发射、机站接收上行就是手机发射、机站接收;下行就下行就是基站到手机。是基站到手机。例如例如935-960935-960 和和890-915890-915 相差相差45MHZ,45MHZ,第二个通道上第二个通道上,上行落后下行三个时系上行落后下行三个时系.网络组成:1.BTS 基站:base transceiver st
11、ation 基站首要是收发器,收发器的多少决定小区的容量,一个收发器能支持 8 个用户。一个小区由3 个天线,一个发射,两个接收(分级接收)。(收发器和天线的关系)?a)每个 BTS 都会有一套收发器。b)一个BTS覆盖一个小区,BTS发送BCH信号在RF信道的0时隙。BCH 帮助 Mobile 识别/寻找网络。c)小区的手机用户容量依靠信道数d)GSM 空中接口的数据传输速率是13Kbps,即 BTS 收发语音数据速率是 13KB/S.e)有 BTS 命令手机设置其发射功率、迁时、切换。2.BSC base station controller 基站控制器:a)几个 BTS 基站连接一个 B
12、SC,基站安排信道配置、切换、和 BTS连接 BSC;所有的 BSC 连接至 MSC,b)每个 BTS 连结 BSC 用 abis 接口,是 2Mbps 的连接。使用microwave link、optical fiber、co-axial line 等方式连接.c)Microwave link 经常是最好的连接方式选择。d)BSC 连结 MSC 使用的是 A 口e)在 BSC 可提供小区广播等服务。3.MSC mobile switching center 是网络的核心,呼叫建立、保持、和释放;链接 BSC 和 PSTN、认证、呼叫转接、短信息、收费等。当用户增加到一定数量时,可增加MSC;
13、MSC 与 MSC 之间使用 GMSC 连结(GATEWAY)a)当呼叫建立时,MSC 起到保持通话和断开通话的功能。b)存储所有的用户数据和它们的相关特征。c)介于 MS 和 PSTN 之间,交换通信数据.d)MSC 是 GSM 网络的心脏。是与别的 GSM 网络、非 GSM 网络的连接口。e)MSC 主要功能:认证、位置更新、连接、收费、呼叫转接、SMS。f)当用户增加时,超过一个 MSC 的容量,就需要多一个 MSC,就增加一倍的用户4.TRAN-Trans coding/rate adapter unit 速率适配器。a)TRAN 转换 13KB/S 的 GSM 速率为标准的64KB/
14、S;TRAN 作为一 MSC的一部分。b)Trans coding 也使用在下行时,将 64kbps 转换成 16kbps.c)Trans coding 在 MSCBSCBTS 中。5.HLR Home location register归属位置寄存器。a)在 MSC 中有所有的用户数据库存在于HLR。HLR 中有永久用户数据库。b)用户发出呼叫时,MSC 从 HLR 之中获得用户数据。是用户核心数据库,大部分在 SIM 卡中的数据都可以在 HLR 中获得。6.VLR visiting location register 访问位置寄存器。a)在 VLR 中有被激活的所有的用户号码。b)当别的
15、MSC 中的用户漫游到新的 MSC 时,MSC 和 HLR 之间通信,新的 MSC 就将漫游的用户注册到它的VLR 中。c)当手机漫游时,用户访问区被别的网络覆盖,而且归属位置网络批准它使用被访问的网络,它的用户信息将从 HLR 被拷贝到 VLR(访问位置寄存器)中暂存。7.鉴权中心 AUC-Authentication centera)是 SIM 卡的验证过程。b)每个 SIM 卡有一个 IMSI,在 IMSI 有加密码c)在 HLR 中有 IMSI 和密码d)手机通信时,首先验证 SIM 卡的合法性,由 AUC 进行验证。8.装备身份注册:EIR-Equipment identify re
16、gistera)包含了 IMEI 信息。所有的手机 IMEI 都存储在 EIR 中,是手机的数据库。b)在 GSM 中有助于验证当手机遗失时,运营商可以禁止已经报失手机的使用。c)EIR 分类:Permitted listevaluation liststolenlistunknown9.收费中心 BC-Billing centera)BC 产生每一个用户的费用状况.b)直接连到 MSC,由 MSC 发送收费信息给 BC(通话时)c)BC 处理按单位计费。10.操作运营中心:OMC-operation and maintenance center.a)每个 GSM 网络超过 100 个 BTS
17、 组成,每一个实体需要操作和维护。b)一些远程操纵是必要的,检测和远程进入。c)有时有两种 OMC(不同的供应商),OMC-S:Deal with switch;OMC-R:deal with radio network。11.短信中心:SMSC 信息通过短信息中心发到指定的手机。a)信息通过 SMSC 传输b)信息可通过人工终端(连到 SMSC)发送。c)短信中心 SMS CENTER-MSC/VLR-BSC-BTS.-MS12.语音服务中心:a)它拥有所有语音用户的数据库;b)它也存储了语音信息。13.设备报警:a)BTS,BSC,Trans coder failure.b)Link fa
18、ilurec)Module failure(transceiver,processor)小区身份,网络中每个小区都由唯一的识别号,CI:CellIdentity.一个小区由 56 个用户可同时通话 调制方式:GSM 采用的是 0.3GMSK 调制 高斯最小频移键控,0.3是描述滤波器带宽和比特率的关系,不是相位调制,是一种典型的数字调频调制,实际上是调频。0 和 1 代表的是载波加减不同的频 率+67.708KHZ 和-67.708KHZ,1 被看作是相位增加 90 度,0 被看作是相位在相反方向改变,两个频率表示频移键控;语音编码速率时 13kbps.数据速率(调制速率)BIT 传送速率是
19、270.833Kbps。刚好是四倍于射频频移。这样一来就有效的减少调制频谱和提高了通道利用率.高斯滤波:剧烈的频率变化会导致频谱扩散,所以用滤波器进行滤波平滑后,减少频谱扩散;RF 载频加 67.708 和减 67.708KHZ;靠频率转移.GSM 网络系统:手机和机站的接口是空中接口,基站(BS)和基站控制台BSC是靠abis接口2Mbps的连接。(是光纤或者常用微波连接,DCS1800 Abis 接口经常使用微波连接),一个 BSC 控制 2030 个 BTS;基站控制台BSC到交换局是A口连接。手机和基站的最大距离是34.9km。手机开机后的步骤:1.首先搜索 124 个信道,即所有的
20、BCH 通道,决定收到的广播信道 BCH 强度,(BCH 的承载的信息是距 Mobile 最近的 BTS;呼叫信息);2.跟网络同步时间和频率,由 FCH/SCH 调整频率和时间3.解码 BCH 的子通道 BCCH.4.网络检查 SIM 卡的合法身份.是否是网络允许的 SIM 卡。5.手机的位置更新.6.网络鉴权 手机主叫(MOC)过程:1.手机给基站发送通道需求,即手机发送一个短的随即接入突发脉冲.(RACH Burst)2.由 BCH 指定传输信道.SDCCH3.手机和基站在独立专用信道(SDCCH)上通信.4.权限认证5.指定手机在一个业务信道(TCH)上通信.6.在 TCH 上进行语音
21、通信.手机被叫1.BTS 在 PCH 呼叫通道上使用 SIM 中的 IMSI 号码来呼叫用户。2.由手机发送 RACH3.通道指定在 BCH.4.手机和基站在 SDCCH 上通信5.手机用户被鉴权6.手机被指定 TCH 通道。7.在 TCH 通道上进行语音和数据通信。紧急呼叫:1.GSM 规格定义了 112 为紧急呼叫号码2.112 在手机有无 SIM 卡的情况下均可呼叫。3.在 RACH 上,手机 112 建立紧急呼叫。Authentication 鉴权:1.目的:验证用户身份(IMSI/SIM);提供手机新的加密键。2.鉴权是在什么情况下:每一次注册、每次呼叫或被叫企图、执行一些增值服务、
22、漫游时的位置更新。切换handover:切换是手机通信从一个小区/信道到另外一个小区/信道。1.上行和下行的接收质量报告2.上行和下行的接收信号强度3.距离,迁时4.干扰层。5.功率预算。6.切换包括:同一小区内部信道/时隙之间的切换。小区于小区之间。加密 ciphering:语音和数据的保密、信号信息的保密;手机位置更新 location update:1.MSC 应知道呼叫手机的位置。2.手机连续的改变位置,手机在改变位置时通知MSC关于新位置。由 MSC 处理位置更新。3.手机位置更新过程:(location area identity LAI)a)手机改变位置区b)手机从 BCCH 上
23、读新的位置区c)发送 RACH,为通道需求。d)在 AGCH 上获得一个 SDCCH.e)在 SDCCH 发送 IMSI 和新旧 LAI 位置更新需求给 MSCf)MSC 开始认证g)如果认证成功,更新手机位置在VLR 上h)发送确认信息给手机i)手机离开 SDCCH,进入空闲模式。上行和下行:上行是手机通过上行频率发信息给基站,下行是相反。上行和下行组成一对频率对(45MHZ 分割),上行滞后下行 3 个时隙;上行和下行使用相同的时隙号;上行和下行使用相同的通道号;上行和下行使用不同的波段。(间隔 45MHZ)。功率等级:由于手机在小区内移动,它的发射功率要随着移动,当他靠近基站时,防止干扰
24、别的用户功率要减小,当他远离基站是为防止衰减要增大发射功率。总共有 19 个功率等级,功率等级存于手机的 EEPROM 中.功率控制的好处是:手机可以省电、基站减少干扰。1.由基站在 SACCH 上发送命令手机改变发射功率2.改变功率是和路径的衰减成比例。TX Level 5 33dbm,19-5dbm。3.每个等级之间是间隔 2dbm.4.BTS 需要在上行开始的 Rxlev、Rxqual5.每 480ms 发送报告给 BSC 关于 Rxlev、Rxqual。6.每一定时间跟初始的进行比较。动态基站功率控制:1.目标是减少平均干扰2.基于 MS 发送的测量报告计算3.不是和 BCH 载波?。
25、4.非强制性的 DTX 不连续发射:1.当语音中断的大部分时间里,允许无线发射器关掉。2.有 DTX Handler 处理器:在发射端有语音激活检测、在发射端有背景声噪音、在切断时产生舒适噪音。3.不连续发射在上行和下行都有执行。不连续发射、不连续接收;4.在手机上执行不连续发射和不连续接收。5.在 BTS 接收时有不连续接收 时迁(定时提前):Timing advance 就是为了保证信号能在准确的时间内到达BS,当MS 移动时,随着 MS 距离 BS 的远近,上行传递的时延的可变,基站命令移动台提前发送。由 BS 在 SACCH 信道上命令 MS 来改变它的迁时的大小.手机在空闲模式时接收
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