GSM基础讲座.pdf
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1、浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院移 动 通 信 设 计 所GSM 技 术 交 流浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院移 动 通 信 设 计 所主要内容主要内容 GSM历史 网络结构 编码 设备简介 工程设计 无线理论概述 3G展望浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院移 动 通 信 设 计 所GSM历史历史GSM历史历史浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院移 动 通 信
2、设 计 所移动通信技术的演进过程移动通信技术的演进过程AMPSTACSGSMN-CDMAIMT-2000第一代第二代第三代第一代第二代第三代窄带窄带宽带宽带数字数字模拟模拟浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院移 动 通 信 设 计 所 TDMA RPE-LTP GMSK致力于制定统一的泛欧数字移动通信系统技术规范致力于制定统一的泛欧数字移动通信系统技术规范模拟移动通信系统1982年成立GSM(Group Special Mobile)1988年确定技术规范制式多而混乱八种方案试验比较GSM!(Global System for Mobil
3、e communication)浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院移 动 通 信 设 计 所网络结构网络结构 网络结构 移动台MS 交换子系统SSS 基站子系统BSS 操作维护子系统OSS 接口与协议 Um接口浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院移 动 通 信 设 计 所Voice PathSignaling PathPSTNBSSBSSA SS7MAPX.25EIREIRMAPMAPA-bis4.1MSCMSCEIREIRAUCAUCVLRVLRHLRHLRHLRHLRAUCAU
4、CTUPISUPOMCOMCMSUmBTSTCX.25X.25SS7TCTCMGSMINOther MSCBillingSMSC/CBBSCSSSOSS网络结构浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院移 动 通 信 设 计 所交换子系统SSSMSC/VLRSSS设备组成SSS设备组成HLR/AUCEIRBSSOSSPSTNSSS浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院移 动 通 信 设 计 所?MSCMSC网络核心,对控制区域内的移动用户进行通信控制和管理网络核心,对控制区域内的移动用户进行
5、通信控制和管理 1)信道的管理和分配;2)呼叫的处理和控制;3)过区切换和漫游的控制;4)用户位置信息的登记与管理;5)用户号码和移动设备号码的登记和管理;6)服务类型的控制;7)对用户实施鉴权;8)与其它公用通信网络互连浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院移 动 通 信 设 计 所?HLRHLR存储本地用户位置信息的数据库存储本地用户位置信息的数据库登记内容:永久性的参数 暂时性的需要随时更新的参数?VLRVLR存储漫游用户位置信息的数据库存储漫游用户位置信息的数据库浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院浙 江 省 邮 电 规
6、划 设 计 研 究 院移 动 通 信 设 计 所?AUCAUC?EIREIR存储移动台设备参数的数据库,对移动设备进行鉴别监视,拒绝非移动台入网存储移动台设备参数的数据库,对移动设备进行鉴别监视,拒绝非移动台入网可靠地识别用户身份,只允许有权用户接入网络并获得服务。可靠地识别用户身份,只允许有权用户接入网络并获得服务。浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院移 动 通 信 设 计 所基站子系统BSSBSCTCMSCOMCMSBSSBSS设备组成与接口BSS设备组成与接口UmAbisAsubABTS浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院
7、浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院移 动 通 信 设 计 所BTS的结构BTS的结构耦合TXRX载频单元基站接口单元载频单元帧单元帧单元时钟单元操作维护操作维护BSC射频基带控制浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院移 动 通 信 设 计 所BTS的主要功能BTS的主要功能?无线资源的接入无线资源的接入?基带数字处理基带数字处理包括信道编/解码,交织/去交织,加密/去加密,TDMA帧建立,速率匹配等,由帧单元(FU)完成?射频处理射频处理实现900M无线信号的调制解调,由载频单元(CU)完成?信道管理信道管理将指定的逻辑信道组合
8、到实际的物理信道上浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院移 动 通 信 设 计 所BSC的主要功能BSC的主要功能?信道管理信道管理建立与释放无线资源,执行逻辑信道的组合、物理信道的映射响应MS和MSC的呼叫请求?协议转换协议转换实现MSC-BSC侧七号信令和BSC-BTS侧LAPD信令的转换浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院移 动 通 信 设 计 所TC的主要功能TC的主要功能?实现实现16Kbit/s到到64Kbit/s的话音信号处理的话音信号处理TCTCAsub口16Kbit/
9、sA口64Kbit/s至BSC至MSC13Kit/s RPE-LPT话音信息3Kbit/s检测比特64Kbit/sPCM码+?对下行链路的话音激活检测和舒适噪声的产生对下行链路的话音激活检测和舒适噪声的产生浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院移 动 通 信 设 计 所1:4BSCTCUmAbisAsubABTSMS至MSC2Mbit/sPCM传输2Mbit/sPCM传输BSS内部语音信号传输速率BSS内部语音信号传输速率每个PCM时隙包含4个GSM TCH/F每个PCM时隙包含4个GSM TCH/F13Kbit/s每个PCM时隙包含1个G
10、SM TCH/F每个PCM时隙包含1个GSM TCH/F16Kbit/s16Kbit/s64Kbit/s TC可以放在传输链中BTS与MSC之间的不同地方 TC在功能上属于BTS,但通常放在MSC机房以节省长途传输链路浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院移 动 通 信 设 计 所移动台MSBTS?包括便携台和车载台包括便携台和车载台?接入网络需要SIM卡的支持接入网络需要SIM卡的支持紧急业务除外紧急业务除外浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院移 动 通 信 设 计 所操作维护子系统
11、OSS?OMC对全网进行监控和操作,如系统自检、报警、故障诊断与处理、话务量的统计和计费数据的记录传递及各种资料的收集分析和显示等对全网进行监控和操作,如系统自检、报警、故障诊断与处理、话务量的统计和计费数据的记录传递及各种资料的收集分析和显示等 友好的用户界面 提供标准的网管接口浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院移 动 通 信 设 计 所BSCIntegrated Network Management CenterOMC-ROMC-SBSSA+InterfaceQ3Q3Switch ElementMobility Management
12、 ElementHLRVLRAuCCDMA MSCUNIX SERVER BILLING SYSTEMTCP/IPBTSBTSTCP/IP?OMC浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院移 动 通 信 设 计 所接口与协议GSM系统的主要接口GSM系统的主要接口BSCMSCMSUm接口Abis接口A接口BTS浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院移 动 通 信 设 计 所SSS内部主要接口SSS内部主要接口MSCVLRMSCVLREIRHRL/AUCE接口F接口B接口C接口D接口G接口浙
13、江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院移 动 通 信 设 计 所GSM系统主要接口的协议分层模型GSM系统主要接口的协议分层模型Um接口MSCAbis接口A接口MSBTSBSCSig.L1Sig.L1Sig.L1Sig.L1LAPDmLAPDmLAPDLAPDRRMMCMBTSMSCCPMTPSCCPMTPBSSMAPMMCMRRBTSMBSSMAPRRL1L2L3CM:接续管理MM:移动性管理RR:无线资源管理BTSM:BTS管理部分SCCP:信令连接控制部分MTP:信息传递部分BSSMAP:BSS移动应用部分L1-L3:信号层1-3LAPD
14、m:Dm数据链路协议浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院移 动 通 信 设 计 所SSS内部及GSM系统与PSTN之间的协议SSS内部及GSM系统与PSTN之间的协议?SSS内部及网间接口均采用7号信令系统应用于GSM系统的7号信令协议层如下图MTPTUPSCCPTCAPMAPBSSAPISUPTUP:电话用户部分ISUP:ISDN用户部分MAP:移动应用部分TCAP:事务处理应用部分BSSAP:BSS应用部分SCCP:信令连接控制部分MTP:消息传递部分 与非呼叫相关的信令采用与非呼叫相关的信令采用MAP,用于,用于SSS内部接口之间的
15、通信内部接口之间的通信 与呼叫相关的信令采用与呼叫相关的信令采用TUP和和ISUP,用于,用于MSC之间和之间和MSC与与PSTN等其他网的通信等其他网的通信浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院移 动 通 信 设 计 所A接口信令协议参考模型A接口信令协议参考模型?GSM的A接口为最完整、最规范的开放接口,可以使运营商自由的选择最佳的交换设备和无线设备SCCPMTP分配功能DTAPBSSMAPBSSAPSCCPMTP分配功能DTAPBSSMAPBSSAPBSSMSCA 接口BSSAP:BSS应用部分SCCP:信令连接控制部分MTP:消息传
16、递部分DTAP:直接转移应用部分BSSMAP:BSS移动应用部分浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院移 动 通 信 设 计 所工作频带(900MHz)工作频带(900MHz)890频率频率(MHz)915935960上行上行25MHz下行下行25MHz双工间隔双工间隔:45MHz200KHz938 954f(n)=(890+0.2n)MHz (上行)f(n)=(935+0.2n)MHz (下行)n=1124Um接口模拟模拟联通联通杭州杭州移动移动浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院移
17、 动 通 信 设 计 所工作频带(1800MHz)工作频带(1800MHz)171018051880频率频率(MHz)1785上行上行75MHz下行下行75MHz双工间隔双工间隔:95MHz200KHz18151840 1850联通联通移动移动浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院移 动 通 信 设 计 所时分与频分混合的多址接入时分与频分混合的多址接入时隙15/26ms200KHz帧 60/13ms频率频率时间时间物理信道物理信道1帧=8个时隙,即一个TDMA帧=8个物理信道(全速率编码)浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院浙
18、江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院移 动 通 信 设 计 所帧、时隙和突发脉冲序列帧、时隙和突发脉冲序列01232044204520462047012347484950012425012425014950012345671超高帧超高帧=2048超帧超帧=2715648TDMA帧(帧(3小时小时28分分53秒秒760毫秒)毫秒)1超帧超帧=5126TDMA帧帧=1326TDMA帧(帧(6.12秒)秒)1复帧复帧=26TDMA帧帧(120ms)1复帧复帧=51TDMA帧(帧(3060/13ms)1TDMA帧帧=8时隙(时隙(120/26ms)TB358信息比特26训练比特58信息比特TB3
19、 GP8.25TB3142固定比特TB3 GP8.25TB339信息比特64扩展的训练比特39信息比特TB3 GP8.25TB841同步序列36信息比特 TB3GP68.25TB:尾比特GP:保护期1时隙时隙=156.25bit 持续期持续期=15/26ms1bit持续期持续期=48/13s常规突发序列NBTCHSACCHFACCHBCCHCCCHSDCCH频率校正突发序列FB同步突发序列SB接入突发序列AB浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院移 动 通 信 设 计 所超高帧的运用超高帧的运用 周期为12533.76秒,即3小时28分53
20、秒760毫秒 帧号依此编号为02715647,在同步信道(SCH)中传送 帧号用于语音和数据的加密 跳频算法也需要使用帧号浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院移 动 通 信 设 计 所逻辑信道类型逻辑信道类型逻辑信道逻辑信道控制信道控制信道CCH业务信道业务信道TCH广播控制信道广播控制信道BCCHBCCHSCHFCCHPCHAGCHRACHSACCHFACCH公共控制信道公共控制信道CCCH专用控制信道专用控制信道DCCH独立专用控制信道独立专用控制信道SDCCH随路控制信道随路控制信道ACCH下行下行上行上行上上/下行下行浙 江 省
21、邮 电 规 划 设 计 研 究 院浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院移 动 通 信 设 计 所逻辑信道组合逻辑信道组合?26复帧?51复帧 TCH+FACCH+SACCH FCCH+SCH+BCCH+CCCH FCCH+SCH+BCCH+CCCH+SDCCH/4+SACCH/C4 BCCH+CCCH SDCCH/8+SACCH/C8浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院移 动 通 信 设 计 所GSM编码语音编码信道编码浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院移 动 通 信 设
22、 计 所GSM中语音处理一般过程GSM中语音处理一般过程语音编码语音编码信道编码信道编码交织交织形成形成Burst加密加密调制调制语音解码语音解码信道解码信道解码反交织反交织分解分解Burst解密解密解调解调语音输入语音输入13Kbit/s456bit/2ms22.8Kbit/s语音输出语音输出偷帧标志和偷帧标志和FACCH信息输入信息输入偷帧标志和偷帧标志和FACCH信息输出信息输出浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院移 动 通 信 设 计 所语音编码13Kbit/s RPE-LTP(规则脉冲激励长期预测规则脉冲激励长期预测)编码编码
23、帧长20ms,每帧编码260bit,平均分为4个子帧 外置方式同步20ms260bit外同步 采样速率8KHz浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院移 动 通 信 设 计 所语音编码语音处理功能结构语音处理功能结构8bit A律至13bit 均匀低通滤波器A/D话音激活检测VAD话音编码器舒适噪声发送BSMSTX DTX处理器编码的语音帧260bit/20ms8bitA律PCM13bit均匀PCM话音激活标志SID帧SP标志SID或语音信息比特噪声参数发送端控制与操作8KHz采样浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院浙 江 省 邮
24、电 规 划 设 计 研 究 院移 动 通 信 设 计 所语音编码语音处理功能结构语音处理功能结构13bit 均匀至8bit A律低通滤波器D/A话音激活检测VAD话音编码器舒适噪声发送BSMSTX DTX处理器语音帧8bitA律PCM13bit均匀PCMSID帧信息比特接收端控制与操作BFI标志坏帧标志SID标志TAF标志时间调节标志浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院移 动 通 信 设 计 所语音的间断传输DTX语音的间断传输DTXVAD每20ms帧是否含有语音语音帧260bit/20ms语音帧260bit/20ms舒适噪声260bit
25、/480ms舒适噪声260bit/480msYN?降低无线干扰,提高系统效率降低无线干扰,提高系统效率?节省无线发信机电源耗电节省无线发信机电源耗电浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院浙 江 省 邮 电 规 划 设 计 研 究 院移 动 通 信 设 计 所信道编码信道编码与交织信道编码与交织 GSM系统使用以下三种信道编码方式系统使用以下三种信道编码方式卷积码:主要用于纠错循环码:通常与前一中方法混合使用,用于检错和纠错奇偶码:主要用于检错 交织交织作用:抗快衰落,防止持续误码交织度:8 可以解调可以解调反交织反交织0 5 1 6 2 7 3 8 4 90 1 2 3 4 5 6 7
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