GSM移动通信基本原理课件.pptx
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1、1主要内容一、GSM系统概述二、GSM 网络结构与功能三、信道与编码四、系统工作过程五、参数及调整六、网络优化21、历史2、组网体制3、系统基本特点4、主要技术规范一.GSM 系统概述31、历史41、历史52、组网体制 GSM采用小区制组网方式,每个覆盖小区成正六边形,其形状像“蜂窝”,故称蜂窝小区。其目的是频率复用以提高容量。必须具备越区切换、位置管理等功能。CACBAB6CACBAB分为 3 扇区全向天线2、组网体制频率复用频率复用73、系统基本特点 (1)GSM系统是一种典型的开放式结构;(2)GSM系统由几个分系统组成,各分系统之间都有定义明确的标准化方案;(3)GSM系统可以开放多种
2、业务;(4)频率利用率高,具有灵活方便的组网结构;(5)具有鉴权和加密功能;(6)具有较强的抗干扰能力。8(1)工作频段4、技术规范 GSM900主频段(PGSM):上行:Ful8900.2N(MHz)(1 To 124)下行:FdlFul 45(MHz)上下行频率间隔:45MHZ;带宽:25MHz;GSM1800频段:上行:Ful1710.20.2(N512)(512 To 885)下行:FdlFul 95(MHz)上下行频率间隔:95MHz;带宽:75MHz。9(2)载频间隔:200kHz (3)通信方式:FDD双工 (4)接入方式:TDMA(5)信道分配:每载频8个时隙,包含8个全速信道
3、,16个半速信道;(6)每个时隙的信道速率:22.8kbit/s;(7)信道总速率:270kbit/s;(8)调制方式:GMSK,高斯滤波最小频移键控;(9)话音编码:规则脉冲激励线性预测编码RPE-LPC 13kbit/s;4、技术规范101、网络结构2、组成与功能二.GSM 网络结构与功能11MSC BSC BTS BTSHLRVLREIRNSS PSTN IWF ECTRAU SIM ME NMC OMC OMCOMSBSSMSAUC1、网络结构122、组成与功能基本组成基本组成:(1)网络和交换子系统(NSS)(2)无线基站子系统(BSS)(3)移动台(MS)(4)操作与维护分系统(O
4、MS)13BSS 子系统结构基站控制器 BSC(Base Station Controller)基站收发信机 BTS(Base Transceiver Station)无线操作维护中心 OMC-R 码变换器 TC(TransCoder)OMC-RTCBSCBTSBTSMSMSUM接口接口Abis接口接口A接口接口14BTS功能实现跳频功能实现跳频功能实现信道加密、解密功能实现信道加密、解密功能实现实现信道信道编译码、交织与解交织功能编译码、交织与解交织功能实现调制与解调功能实现调制与解调功能实现实现各种各种接口接口15 In BTSGSM Network Structure基基站站接接口口设设
5、备备信信令令处处理理编码与编码与交织交织译码与译码与解交织解交织加密加密解密解密调制调制均衡均衡解调解调发信机发信机收信机收信机天天 线线跳频控制跳频控制时钟时钟AbisUm16BSC功能GSM Network Structure实现部分网络层的功能实现部分网络层的功能实现无线资源管理(实现无线资源管理(RR)实现实现BSS管理应用部分的功能管理应用部分的功能实现切换功能等实现切换功能等实现各种接口层信令实现各种接口层信令17BSC的一般结构数字数字中继中继交换网络交换网络处理器网络处理器网络数字数字中继中继A接口接口Abis接口接口18BSS 子系统容量 BSC 最大容量最大容量基站基站:1
6、00;扇区:扇区:250;载波载波(RTFs):384;19OMCOMC:Operation Maintenance Center操作维护中心(Sun工作站)nOMC-R:Radio(无线部分)nOMC-S:Switch(交换部分)OMC具有软件和数据库的管理、统计数据的收集、事件/告警的管理等功能。20MSCMSC:Mobile services Switching Center 移动交换中心功能:为其服务区内的移动用户提供交换和信令功能并 提供与其他PLMN和PSTN的接口 与普通PSTN交换机相比,MSC至少附加下列二个功能:n移动用户的位置登记过程n切换过程PSTN:Public Se
7、rvice Telecommunication Network(公共业务电信网)21HLRHLR:Home Location Register(归属位置寄存器)用于储存归属移动用户信息,包括:国际移动用户身份(IMSI)移动台ISDN号码(MSISDN)用于呼叫接续和计费的位置信息,如MS漫游号、VLR地址和MSC地址等等业务能力信息业务限制信息语音群业务信息补充业务能力信息,等等22VLRVLR:Visited Location Register(拜访位置寄存器)用于储存其管辖区内的移动用户信息,包括:国际移动用户身份(IMSI)移动台ISDN号码(MSISDN)MS漫游号临时移动用户身份(
8、TMSI)用户位置区等23VLR 功能LA1LA2LA3LA4LA5LA6MSCVLRcell1cell2cell3cell4cell5cell6cell7cell8cell9cell11cell12LA:Location Area位置区24AUC:鉴权SIMVLRHLRKiA3A8SRESKcRANDSRES=?KcSRESKcRANDKiA3A8AUC:Store the Ki(same to SIM Ki)GSM Network Structure25AUC:鉴权26EIR:移动台设备识别寄存器 EIR:Equipment Identity Register 包含了IMEI信息。所有的手
9、机IMEI都存储在EIR中,是手机的数据库。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。IMEI:International Mobile Equipment Identity 国际移动设备识别码27E1 链路传输媒质:微波,光纤32 时隙每时隙传输 64kb/s传输速率:3264kb/s=2.048Mb/s 0时隙用于同步 16时隙用于信令282M 结构CH0CH1CH2CH3CH4CH5CH6CH7CH0CH1CH2CH3CH4CH5CH6CH7Synchronous InformationIdle TimeslotIdle TimeslotSignal Times
10、lotOM Channel Idle TimeslotTS0TS1TS2TS3TS4TS5TS15TS16TS30TS31TS1729Carrier 1Carrier 2Each Voice Channel is Transported by 16kb/s 29PCM 链路30GPRSpGPRS:General Packet Radio Servicep通用分组无线业务GPRS骨干骨干MSBSSPCUSGSNGGSN 数据网数据网UmGbGiMS:Mobile Station 移动终端移动终端PCU:Packet Control Unit 分组控制单元分组控制单元SGSN:Serving GP
11、RS Supporting Node GPRS服务支持节点服务支持节点GGSN:Gateway GPRS Supporting Node GPRS网关支持节点网关支持节点311、TDMA 信道(Um 接口)2、TDMA 帧结构3、时隙结构与突发4、编码(话音、业务、信令)5、关键技术(Hopping,TA)三.信道与编码32GSM的FDMA/TDMA结构时间时间频率频率f5f4f3f2f0f1TS0 TS1 TS2 TS3 TS4 TS5 TS6 TS7TS0 TS1 TS2 TS3 TS4 TS5 TS6 TS7TS0 TS1 TS2 TS3 TS4 TS5 TS6 TS7TS0 TS1 T
12、S2 TS3 TS4 TS5 TS6 TS7TS0 TS1 TS2 TS3 TS4 TS5 TS6 TS7TS0 TS1 TS2 TS3 TS4 TS5 TS6 TS7TDMA帧帧33物理信道ft200KHz200KHz上行上行下行下行这就是一个物理信道这就是一个物理信道每个载波每个载波8个时隙,每个时隙为一个物理信道。个时隙,每个时隙为一个物理信道。34时隙与TDMA帧0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7TDMA FRAME 1TDMA FRAME 2时隙时隙突发序列(突发序列(BURST)35TDMA逻辑信道36TCHTraffic ChannelsSpeechD
13、ataTCH/FSTCH/HSTCH/9.6TCH/2.4TCH/9.6TCHSACCHFACCH话音/数据信道37GSM Network StructureCcHControl ChannelDCCHDCCHACCHSDCCHFACCHSACCHBCCHBCCHSCHBCCHCCCHCCCHRACHPCH/AGCHCBCHBCCHNBNBNBFBNBABSBNB/ABNB/DB控制信道38BCCH广播系统消息p位置区识别号(LAI)p移动台需监视的邻小区列表p本小区使用的频率列表p小区识别号p功率控制指示pDTX允许指示p接入控制(例:紧急呼叫,呼叫禁止)pCBCH描述39TDMA帧结构26
14、-Frame 复帧复帧204720462045012 504901 4847232524 01 .252401 24504801 480 111111151-Frame复帧复帧1超高帧超高帧=2048 超帧超帧=2715648 TDMA帧(帧(3h 28mn 53s 760ms)4.615msTDMA frame120ms1超帧超帧=1326 TDMA帧(帧(6.12s)235.38ms业务信道业务信道控制信道控制信道40GSM复帧业务信道TRAFFIC CHANNELS120TDMA Multiframes0 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6
15、 7 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 2526-TDMA Multiframes41GSM复帧控制信道CONTROL CHANNELS120TDMA Multiframes0 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 5051-TDMA Multiframes42TCH 复帧252015121050TTTTTTSACCHIDLE252015121050TTT
16、TTTSACCHIDLE上行上行下行下行T=TCH43BCCH/CCCH 复帧0 F S B B B B C C C C F S C C C C C C C C F S C C C C C C C C F S C C C C C C C C F S C C C C C C C C I10203040500 R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R102030405044GSM 突发 时隙中的信息比特串0 1 2 3 4 5 6 7 0
17、 1 2 3 4 5 6 7TDMA FRAME 1TDMA FRAME 2训练比特(用于收均衡)训练比特(用于收均衡)偷帧指示偷帧指示TAIL BITSTAIL BITSGUARD PERIDGUARD PERID信息信息信息信息45GSM 突发类型 空闲突发空闲突发(DB)TDMA FRAME 10 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7TDMA FRAME 2训练比特训练比特26TBTBGP加密比特加密比特57加密比特加密比特573311常规突发常规突发(NB)8.25训练比特训练比特26TBTBGP加密比特加密比特57加密比特加密比特573311156.25 Bit
18、s8.2546GSM 突发类型TDMA FRAME 10 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7TDMA FRAME 2TBTBGP固定比特固定比特14233频率校正突发频率校正突发(FB)8.25训练比特训练比特64TBTBGP加密比特加密比特39加密比特加密比特3933同步突发同步突发(SB)156.25 Bits8.2547GSM 突发类型TDMA FRAME 10 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7TDMA FRAME 2训练比特训练比特41TBTBGP加密比特加密比特3683接入突发接入突发(AB)156.25 Bits68.25546 s
19、48话音编码 PCM 调制:话音频率:3003400Hz 抽样频率:8KHz(at least 6.8KHz)精度:8bit(256 level)PCM 速率:8KHz*8bit=64Kbit/s RPE-LTP(规则脉冲激励长期预测)编码 13kbit/s=260bit/20ms49语音信道编码50 bitsClass 1aClass 1aClass 1a132 bitsClass 278 bits378 bits卷积编码(卷积编码(Converlutional Coder)501323478校验比特校验比特 尾比特尾比特456 bits260 bits50TC 及信道带宽pTC:Trans
20、Coder(变码器)pPSTN交换中都以64kb/s为一个信道进行处理pRPE-LTP编码:规则脉冲激励长期预测编码OMC-RTCBSCBTSBTSMSMSAbis接口接口13Kb/s RPE-LTP编码编码16Kb/s16Kb/s64Kb/s PCM编码编码A接口接口Um接口接口After TC,Channel is Transported(Switch)by 64kb/s 51控制信道编码卷积编码(卷积编码(Converlutional Coder)1844校验比特校验比特 尾比特尾比特456 bits184法尔编码(法尔编码(Fire Coder)80456184 bits52语音信道交
21、织(对角交织)block 6 even bits block 5 odd bits block 5 even bits block 4 odd bits Shared by blocks 4&51234567Speech BlocksSpeech BlocksShared by blocks 5&657 bits even57 bits even57 bits even57 bits even57 bits odd57 bits odd57 bits odd57 bits odd20ms Data53语音对角交织Speech BlocksSpeech Blocks456123456712345
22、6701234567012345670FRAME 1FRAME 2FRAME 3Bursts54控制信道交织(矩形交织)456114 bits odd114 bits odd114 bits odd114 bits oddControl BlocksControl Blocks1234567123456701234567012345670FRAME 1FRAME 2FRAME 3Bursts55收发时隙偏差与定时提前MS:在通信过程中也分为八个时隙,但只有一个时隙发只有一个时隙发送送TCH(FACCH)或SACCH突发脉冲序列,其它时间只是接收或测量其它BCCH。BTS:在通信过程中分为八个时
23、隙,每个时隙顺次接收每个时隙顺次接收由不同MS发出的TCH(FACCH)或SACCH突发脉冲序列构成的复帧。56收发时隙偏差与定时提前移动台收移动台收3 TS OFFSET0 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 7TDMA FRAME NTDMA FRAME N移动台发移动台发TIME ADVANCE3 TS OFFSETTDMA FRAME N0 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 7TDMA FRAME N移动台收移动台收移动台发移动台发57跳频手机侧手机侧上行上行基站侧基站侧下行下行ft200KHz200KHz一个跳频序列循环一个跳频序列循环:发送突发
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