gsm基礎介紹涂國平

1、2024/3/21,1,,GSM移動通信系統(tǒng) 基礎知識,主講：涂國平,2024/3/21,2,CH1 概述CH2 GSM通信系統(tǒng)CH3 GSM通信系統(tǒng)的關鍵技術CH4 GSM網(wǎng)支持的業(yè)務CH5 呼叫過程CH6 移動通信組網(wǎng)方式,目錄,,,,,,,☆,2024/3/21,3,CH1 概述,1.1 通信系統(tǒng)的一般模型1.2 模擬通信和數(shù)字通信1.3 話音信號的數(shù)字化1.4 移動通信發(fā)展史1.5 GSM移動通信發(fā)展過程,2

2、024/3/21,4,1.1 通信系統(tǒng)的一般模型,信息源和收信者發(fā)送設備和接收設備:將信源和傳輸媒介匹配起來傳輸媒介:可以分為無線和有線。干擾,,通信系統(tǒng)除了完成信息傳遞之外，還需要進行信息交換，傳輸系統(tǒng)和交換系統(tǒng)共同組成一個完整的通信系統(tǒng)。,2024/3/21,5,幾個名詞,消 息信 息信 號信 令比 特信息速率（數(shù)碼率、傳碼率）,2024/3/21,6,1.2 模擬通信和數(shù)字通信,模擬信

3、號：信號幅度是連續(xù)的信號模擬通信：利用模擬信號完成通信的方式一個話路（信道）的 帶寬： 300Hz--3400Hz,數(shù)字信號：信號幅度是離散的信號數(shù)字通信：利用數(shù)字信號完成通信的方式一個話路（信道）的 傳碼率： 64Kbit/S,信息源可分為模擬信源和離散信源。模擬信源（如電話機，電視攝像機）輸出幅度連續(xù)的信號；離散信源（如計算機）輸出離散的符號序列或文字。模擬信

4、源可通過采樣和量化變化為離散信源。,2024/3/21,7,,,,,,,,,,,,,,,,,a 幅度連續(xù)時間連續(xù),b 幅度連續(xù)時間離散,d 幅度離散時間離散,c 幅度離散時間連續(xù),01010011101,t,A,t,t,t,A,A,A,信號的四種形式,2024/3/21,8,1.3 話音信號的數(shù)字化,在PCM通信系統(tǒng)中,先對話音信號采樣,然后將每個樣值的幅度取其有限個允許值中最接近的一個,因此在時間和幅度方面都得到量化.,,采樣器,量化

5、器,編碼器,再生器,線路,,譯碼器,,接收器,低通濾波器,低通濾波器,再生器,,,,,,,,,,單路PCM原理框圖,采樣頻率fs=8000Hz,采樣周期Ts=125us,每個采樣值編8位碼,傳碼率=8*8000=64000bit/s=64kbit/s,模擬信號,,2024/3/21,9,30/32路PCM通信系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu),把時間分成一個個小段稱為時隙,每一個用戶占一個指定的時隙.每時隙放一個樣值次,每樣值編8位碼. 多個用戶每輪

6、流一次的總時間稱一幀.每幀長:125us,分為32個時隙,其中30個時隙傳送話路信息;另外一個時隙傳送幀同步信號碼,一個時隙傳送復幀同步信號碼和信令碼,TS1,,,TS0,,,,TS0,TS15,TS16,TS17,TS30,TS31,,,,一幀,,,125us,TS0:幀同步碼TS1--TS15:CH1--CH15話路TS17--TS31:CH16--CH30話路TS16:復幀同步邊碼和信令碼,···

7、;···,······,,30/32路PCM的傳碼率=32*64000=2048000bit/s=2.048Mbit/s,TS31,······,······,2024/3/21,10,?終端用戶的移動性需要隨時知道用戶當前位置

8、；用戶在通話時，還涉及到頻道的切換問題等。?無線接入方式頻率資源的有限性用戶與基站系統(tǒng)之間信號的干擾信息的安全保護等?網(wǎng)絡的互通功能移動通信網(wǎng)之間的自動漫游，移動通信網(wǎng)與其他網(wǎng)絡的互通各種業(yè)務功能的實現(xiàn)等（電話業(yè)務、數(shù)據(jù)業(yè)務、短消息業(yè)務、智能業(yè)務等）,移動通信的特點,2024/3/21,11,1.4 移動通信發(fā)展史,數(shù)字,2024/3/21,12,移動通信發(fā)展史(續(xù)),各系統(tǒng)間沒有公共接口。無法與固定網(wǎng)迅速向數(shù)字化推

9、進相適應，數(shù)字承載業(yè)務很難開展。頻率利用率低，無法適應大容量的要求。安全性差，易于被竊聽，易做"假機"。,第一代――模擬移動電話系統(tǒng),2024/3/21,13,移動通信發(fā)展史(續(xù)),頻譜利用率,系統(tǒng)容量最大 用戶能獲得多種服務(話音或非話音服務)能自動漫游話音質(zhì)量比第一代好保密性好與ISDN、PSTN等的互連,第二代――數(shù)字移動通信系統(tǒng),由于TACS等模擬制式存在的各種缺點，90年代開發(fā)出了以數(shù)字傳輸、

10、時分多址和窄帶碼分多址為主體的移動電話系統(tǒng)，稱之為第二代移動電話系統(tǒng)。,2024/3/21,14,移動通信發(fā)展史(續(xù)),包含多種系統(tǒng)；世界范圍設計的高度一致性；IMT-2000內(nèi)業(yè)務與固定網(wǎng)絡的兼容；高質(zhì)量；世界范圍內(nèi)使用小型便攜式終端。,第三代――IMT-2000,W-CDMA 由歐洲和日本提出 CDMA2000 由美國提出 TD-SCDMA 由中國提出,第三代移動通信系統(tǒng)是一個綜合現(xiàn)有移動電話系統(tǒng)功能和提

11、供多種服務的綜合業(yè)務系統(tǒng),2024/3/21,15,1.5 GSM移動通信發(fā)展過程,2024/3/21,16,中國蜂窩移動通信的現(xiàn)狀及發(fā)展,移動電話用戶7000多萬。居世界第二位。普及率不到6%模擬TACS處在保持狀態(tài)，用戶約500萬。GSM900/1800是目前的主體網(wǎng)，居世界第一。CDMA試驗網(wǎng)約有用戶10萬，計劃規(guī)模發(fā)展。發(fā)展?jié)摿薮螅笆袌龃?、發(fā)展快、持續(xù)時間長”2010年2.4億，普及率18%。每年增加2000萬戶

12、以上。,我國自從1992年在嘉興建立和開通第一個GSM演示系統(tǒng)，并于1993年9月正式開放業(yè)務以來，全國各地的移動通信系統(tǒng)中大多采用GSM系統(tǒng)，使得GSM系統(tǒng)成為目前我國最成熟和市場占有量最大得一種數(shù)字蜂窩系統(tǒng)。,2024/3/21,17,2024/3/21,18,CH1 概述CH2 GSM通信系統(tǒng)CH3 GSM通信系統(tǒng)的關鍵技術CH4 GSM網(wǎng)支持的業(yè)務CH5 呼叫過程CH6 移動通信組網(wǎng)方式,目錄,,,,,,,☆,2024

13、/3/21,19,CH2 GSM通信系統(tǒng),2.1 系統(tǒng)的組成2.2 交換網(wǎng)絡子系統(tǒng)2.3 無線基站子系統(tǒng)2.4 移動臺2.5 操作維護子系統(tǒng)2.6 系統(tǒng)的主要接口2.7 GSM系統(tǒng)功能分層,2024/3/21,20,MS,,BTS,BSC,MSC/HLR,OMC,SC,MSC/AUC,EIR,MSC/VLR,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,BTS,,,,,,MS,,,,,PLMNPSTNISDN

14、PSTDN,,,,No.7MAP,,,,X.25,X.25orNo.7,,Um,MS:移動臺BTS：基站收發(fā)信機BSC：基站控制器SC：短消息中心,OMC：操作維護中心MSC：移動業(yè)務交換中心HLR：歸屬位置寄存器,,AUC：鑒權(quán)中心VLR：拜訪位置寄存器EIR：設備識別寄存器,2.1GSM系統(tǒng)框圖,A,Abis,,,2024/3/21,21,GSM系統(tǒng)構(gòu)成,*操作維護子系統(tǒng)(OSS)*網(wǎng)絡子系統(tǒng)(NSS)MS

15、CVLRHLRAUCEIR*基站子系統(tǒng)(BSS)BSCBTS*移動臺系統(tǒng)(MS)SIM卡裸機,2024/3/21,22,2.2交換網(wǎng)絡子系統(tǒng)(NSS),移動業(yè)務交換中心(MSC):是網(wǎng)絡的核心部分,對移動用戶及在固定網(wǎng)絡用戶提供呼叫的交換功能.它提供交換功能，完成移動用戶尋呼接入、信道分配、呼叫接續(xù)、話務量控制、計費、基站管理等功能，并提供面向系統(tǒng)其它功能實體和面向固定網(wǎng)（PSTN

16、、ISDN等）的接口功能。作為網(wǎng)絡的核心，MSC與網(wǎng)絡其他部件協(xié)同工作，完成移動用戶位置登記、越區(qū)切換和自動漫游、合法性檢驗及頻道轉(zhuǎn)接等功能。 MSC處理用戶呼叫所需的數(shù)據(jù)三個數(shù)據(jù)庫.(HLR 、VLR 、AUC).MSC根據(jù)用戶當前位置和狀態(tài)信息更新數(shù)據(jù)庫.,NSS主要完成交換功能和客戶數(shù)據(jù)與移動性管理辦法,安全性管理所須數(shù)據(jù)庫功能,2024/3/21,23,交換網(wǎng)絡子系統(tǒng)(NSS),歸屬位置寄存器(HLR):存儲與移動用戶有

17、關的數(shù)據(jù),所有移動用戶都在這數(shù)據(jù)庫中存儲其關的數(shù)據(jù).(靜態(tài)數(shù)據(jù))。一個HLR能夠控制若干個移動交換區(qū)域或整個移動通信網(wǎng)，所有用戶的重要的靜態(tài)數(shù)據(jù)都存貯在HLR中，包括移動用戶識別號碼、訪問能力、用戶類別和補充業(yè)務等數(shù)據(jù)。HLR還存儲且為MSC提供移動臺實際漫游所在的MSC區(qū)域的信息（動態(tài)數(shù)據(jù)），這樣就使任何入局呼叫立即按選擇的路徑送往被叫用戶。,2024/3/21,24,交換網(wǎng)絡子系統(tǒng)(NSS),拜訪位置寄存器(VLR):存儲所有進入覆

18、蓋區(qū)的移動用戶的信息,允許MSC去建立呼叫.可把它看成動態(tài)用戶數(shù)據(jù)庫. VLR從移動用戶的歸屬位置寄存器（HLR）處獲取并存儲必要的數(shù)據(jù)，一旦移動用戶離開該VLR的控制區(qū)域，則重新在另一個VLR登記，原VLR將取消臨時記錄的該移動用戶數(shù)據(jù)。 VLR的功能用戶數(shù)據(jù)的檢索 IMSI附著/分離位置登記鑒權(quán)MSRN的分配切換號碼分配TMSI的分配,2024/3/21,25,交換網(wǎng)絡子系統(tǒng)(NSS),

19、鑒權(quán)中心(AUC):用于產(chǎn)生為確定移動用戶的身份和對呼叫保密所需鑒權(quán), 加密的三參數(shù)(RAND,SRES,Kc)的功能實體移動設備識別寄存器(EIR):也是一個數(shù)據(jù)庫,存儲有關移動臺設備參數(shù).,EIR存貯著移動設備的國際移動設備識別號（IMEI），通過核查白色清單、黑色清單、灰色清單這三種表格，分別列出準許使用、出現(xiàn)故障需監(jiān)視、失竊不準使用的移動設備識別號（IMEI）。運營部門可據(jù)此確定被盜移動臺的位置并將其阻斷，對故障移動臺能

20、采取及時的防范措施。,AUC屬于HLR的一個功能單元部分，專用于GSM系統(tǒng)的安全性管理。鑒權(quán)中心（AUC）存儲著鑒權(quán)信息與加密密鑰，用來進行用戶鑒權(quán)及對無線接口上的話音、數(shù)據(jù)、信令信號進行加密，防止無權(quán)用戶接入和保證移動用戶通信安全。,2024/3/21,26,2.3無線基站子系統(tǒng)(BSS),基站子系統(tǒng)BSS在GSM網(wǎng)絡的固定部分和無線部分之間提供中繼，一方面BSS通過無線接口直接與移動臺實現(xiàn)通信連接，另一方面BSS又連接到網(wǎng)絡端的移動

21、交換機。BSS可分為兩部分。通過無線接口與移動臺相連的基站收發(fā)信臺（BTS）和另一側(cè)與交換機相連的基站控制器（BSC），BTS負責無線傳輸、BSC負責控制與管理。BSS是由一個BSC與一個或多個BTS組成的，一個基站控制器根據(jù)話務量需要可以控制數(shù)十個BTS。BTS可以直接與BSC相連，也可通過基站接口設備BIE與遠端的BSC相連?；咀酉到y(tǒng)還應包括碼型變換器（TC）和子復用設備（SM）,當BTS與BSC為遠端配置方式時，則需采用Ab

22、is接口，這時，BTS與BSC兩側(cè)都需配置BIE設備；而當BSC與BTS之間的間隔不超過10米時，可將BSC與BTS直接相連，采用內(nèi)部BS接口，不需要接口設備BIE。,BSS系統(tǒng)是在一定的無線覆蓋區(qū)中由MSC控制,與MS進行通信的系統(tǒng)設備,它主要完成無線發(fā)送接受和無線資源管理等功能.,2024/3/21,27,BSS的結(jié)構(gòu),TC碼型變換器 TransCoderSM子復用 Sub

23、MultiplexingBIE基站接口設備 Base station Interface Equipment,2024/3/21,28,基站收發(fā)信機(BTS),基站收發(fā)信機(BTS):無線接口設備,它完全由BSC控制,主要負責無線傳輸,完成無線與有線的轉(zhuǎn)換、無線分集、無線信道加密、跳頻等功能.BTS包括無線收發(fā)信機和天線，此外還有與無線接口相關的信號處理電路。信號處理電路將實現(xiàn)多址復用所需的幀和時隙的形成和管理，以及為

24、改善無線傳輸所需的信道編、解碼和加密、解密，速率適配等功能。BTS主要分為基帶單元、載頻單元及控制單元三大部分?；鶐卧?，主要用于必要的話音和數(shù)據(jù)的速率適配以及信道編碼等載頻單元，主要用于調(diào)制/解調(diào)與發(fā)射機/接收機之間的耦合公共控制單元，主要用于BTS的操作與維護。,2024/3/21,29,基站控制器(BSC),基站控制器(BSC):具有對一個或多個BTS進行控制的功能,位于MSC與BTS之間，是基站子系統(tǒng)（BSS）的控制和管

25、理部分，負責完成無線網(wǎng)絡管理、無線資源管理及無線基站的監(jiān)視管理，控制移動臺與BTS無線連接的建立、接續(xù)和拆除等管理，控制完成移動臺的定位、切換及尋呼，是個很強的業(yè)務控制點. BSC主要由下列部分構(gòu)成：系統(tǒng)控制功能(System Control Function)模塊交換網(wǎng)絡功能(Digital Switching Network Function)模塊Abis接口功能(Abis Interface Function)模塊A接

26、口功能(A Interface Function)模塊子復用功能(Sub-multiplex Function)模塊,2024/3/21,30,2.4移動臺(MS),移動終端:完成話音編碼 信道編碼 信息加密 信息的調(diào)制和解調(diào)信息發(fā)送和接受.用戶識別卡(SIM):是一種智能卡,存有認證用戶身份所需的所有信息,以防止非法用戶進入網(wǎng)絡.,移動臺是GSM系統(tǒng)的用戶設備，可以是車載臺、便攜臺和手持機。它包括移動終端和用戶識別卡(SIM

27、).,SIM卡還存儲與網(wǎng)絡和用戶有關的管理數(shù)據(jù),只有插入SIM卡后移動終端才能接入進網(wǎng),,2024/3/21,31,安全性管理,用戶的鑒權(quán)和加密都需通過系統(tǒng)提供的用戶三參數(shù)組參與來完成，而用戶三參數(shù)組是在AUC（鑒權(quán)中心）中生成的。每個用戶在注冊登記時，就被分配一個用戶號碼和用戶識別碼（IMSI）。IMSI通過SIM寫卡機寫入SIM卡中，同時在寫卡機中又產(chǎn)生一個對應此IMSI的唯一的用戶密鑰Ki，它被分別存儲在SIM卡和AUC中。

28、 AUC中還有個偽隨機碼發(fā)生器，用戶產(chǎn)生一個不可預測的偽隨機數(shù)（RAND）。RAND和Ki經(jīng)AUC的A8算法（也叫加密算法）產(chǎn)生一個Kc，經(jīng)A3算法（鑒權(quán)算法）產(chǎn)生一個響應數(shù)（SRES）。由RAND、SRES、Kc一起組成該用戶的一個三參數(shù)組，AUC中每次對每個用戶產(chǎn)生7-10組三參數(shù)組，傳送給HLR，存儲在該用戶的用戶資料庫中。,2024/3/21,32,鑒權(quán)是為了保護合法用戶，防止假冒合法用戶的“入侵”。當用戶請求接入時，M

29、SC/VLR通過控制信道將RAND傳送給用戶，SIM卡收到后，用此RAND與SIM卡中的Ki經(jīng)同樣的A3算法得到響應數(shù)SRES，傳送給MSC/VLR。MSC/VLR將收到的SRES與三參數(shù)組中的SRES進行比較，若相同就允許接入，若不同則拒絕此次呼叫。VLR一次向HLR要5組三參數(shù)組，每鑒權(quán)一次用一組，當只剩下二組時，再向HLR要5組，如此反復。,鑒權(quán),2024/3/21,33,2024/3/21,34,加密是指無線信道上的加密，是為

30、了防止在BTS和MS之間交換用戶信息和用戶參數(shù)時被非法個人或團體監(jiān)聽或竊取。MS側(cè)以A8算法得到Kc。根據(jù)MSC/VLR發(fā)送出的加密命令，BTS側(cè)和MS側(cè)同時使用Kc。在MS側(cè)，由Kc、TDMA幀號和加密命令M一起經(jīng)A5算法，對用戶信息數(shù)據(jù)流進行加密（也叫擾碼），在無線路徑上傳送。在BTS側(cè)，把收到的數(shù)據(jù)流、TDMA幀號和Kc再經(jīng)A5算法解密后傳送給BSC和MSC。,加密,2024/3/21,35,2024/3/21,36,加密,202

31、4/3/21,37,2.5操作維護子系統(tǒng)（OMC）,OMC主要是對整個GSM網(wǎng)絡進行管理和監(jiān)控，主要是一個軟件系統(tǒng)。 OMC用于BSC/BTS、MSC、VLR、HLR、AUC和EIR的操作與維護，對整個網(wǎng)絡進行管理和監(jiān)控。通過它實現(xiàn)對GSM網(wǎng)內(nèi)各種部件功能的監(jiān)視、狀態(tài)報告、故障診斷等功能。 具體實現(xiàn)時，OMC可分為OMC－S和OMC－R。 OMC的任務主要 網(wǎng)絡運行和維護 移動設備管理注冊管理和計費OMC與

32、MSC之間的接口（Q3接口）目前還未開放,,短消息中心（SC）：可開放端到端的短消息業(yè)務,2024/3/21,38,GSM系統(tǒng)中的接口,2024/3/21,39,2.6 GSM系統(tǒng)中的主要接口,Um接口：空中接口,是移動臺MS和基站系統(tǒng)BSS之間的接 口A接口：BSC與MSC間接口，用于在MSC和BSC之間傳送 BSS管理、呼叫控制、移動性管理等信息Abis接口：BTS與BSC間接口，用于BSC和BTS間傳送BTS管理、無線資源控

33、制、頻率分配等信息NSS中的內(nèi)部接口,GSM系統(tǒng)中的主要接口有Um接口、Abis接口、A接口以及NSS中的內(nèi)部接口,2024/3/21,40,2.7 GSM系統(tǒng)功能分層,傳輸：數(shù)據(jù)傳輸功能，在沿著通信路徑的各段上提供攜帶用戶數(shù)據(jù)，并提供實體間傳送信令的方法。RR：無線資源管理，在呼叫期間建立和釋放移動臺和MSC之間的穩(wěn)定連接，主要由MS和BSC完成；,RR：無線資源管 CM：呼叫管理MM：移動性管理 OAM

34、：運行維護管理,2024/3/21,41,GSM系統(tǒng)功能分層,MM：移動性和安全性管理，當環(huán)境發(fā)生變化時，移動臺可以作出不同網(wǎng)絡的蜂房選擇，使呼叫用戶過程有效建立，還需基礎設施來管理用戶的位置數(shù)據(jù)（位置更新）；CM：通信管理，應用戶要求，在用戶之間建立連接，維持和釋放呼叫。（可分為CC——呼叫控制、SSM——附加業(yè)務管理、SMS——短消息業(yè)務）；OAM：運行、管理和維護平面，為運營者操作提供手段；它直接由傳輸層提供服務。,2024/

35、3/21,42,CH1 概述CH2 GSM通信系統(tǒng)CH3 GSM通信系統(tǒng)的關鍵技術CH4 GSM網(wǎng)支持的業(yè)務CH5 呼叫過程CH6 移動通信組網(wǎng)方式,目錄,,,,,,,☆,2024/3/21,43,CH3 GSM通信系統(tǒng)的關鍵技術,3.1 工作頻段的分配3.2 多址技術3.3 話音編碼技術3.4 數(shù)字調(diào)制和解調(diào)技術3.5 信道編碼與交織技術3.6 分集與自適應均衡技術3.7 話音控制與功率控制技術 3.8 越區(qū)

36、切換與漫游技術,2024/3/21,44,3.1工作頻段的分配,GSM900 工作的無線頻率分別為：上行頻率 890~915MHz 下行頻率 935~960MHz 雙工間隔為45MHz，工作帶寬為25MHz，載頻間隔200KHz,,,,,,,,,,,(Mz),880,890,905,915,925,935,960,950,1710,1785,1805,1880,GSM1800：工作的無線頻率分別為：上行頻率:1

37、710-1785MHz 下行頻率1805-1880MHz雙工間隔為95MHz，工作帶寬為75MHz，載頻同隔為200KHz,,,,,EGSM頻段,TACS頻段,GSM頻段,GSM1800頻段,上行頻率,下行頻率,上行頻率,下行頻率,2024/3/21,45,頻道編號,GSM900系統(tǒng)的頻道編號為：P-GSM900 Fl(n) = 890 + 0.2?n MHz

38、Fu(n) = Fl(n) + 45 MHz 1 ? n ? 124n值稱為絕對射頻頻道號（ARFCN），通常第1和第124頻道作為系統(tǒng)保護頻道不予使用。E-GSM900 Fl(n) = 890 + 0.2?(n-1024) 975 ? n ? 1023 Fu(n) = Fl(n) + 45 MHz 0 ? n ? 124DCS1800系統(tǒng)的頻道編號為：

39、 Fl(n) = 1710.2 + 0.2?(n-512) MHz Fu(n) = Fl(n) + 95 MHz 512 ? n ? 885,2024/3/21,46,3.2多址技術,3。2。1頻分多址（FDMA）：在頻域中一個相對窄帶信道里，信號功率被集中起來傳輸，不同信號被分配到不同頻率的信道，發(fā)往和來自鄰近信道的干擾用帶通濾波器限制，這樣在規(guī)定的窄帶信道里只能通過有用信號的能量而任何其他頻率的信號被排斥在

40、外。 FDMA的特點：*每路一個載頻，每個頻道只傳一路話音 *連續(xù)傳輸 *基站需要相當多的共同設備（每個載頻單路設計）,多路復用（多址技術）：利用一對線路同時傳輸兩路或兩路以上的話音信號且互不干擾,,,,,,用戶1,用戶2,用戶3,頻率,時間,2024/3/21,47,3.2多址技術（續(xù)）,3。2。2時分多址（TDMA）：一個信道由一連串周期性的時隙構(gòu)成，

41、不同信號能量被分配到不同的時隙里，利用定時選通來限制鄰近信道的干擾，從而只讓在規(guī)定時隙中有用的信號通過。,GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)中采用TDMA/FDMA方式每個頻道寬度:200KHz每個頻道: 8個時隙,TDMA的特點 *有效地提高頻譜利用率 *減少基站工作波道數(shù) *適應非話業(yè)務的傳輸 *發(fā)射信號速率隨著用戶數(shù)時隙

42、的增大而提高 *系統(tǒng)的同步是關鍵,,,,,,用戶1,用戶2,用戶3,頻率,時間,2024/3/21,48,3.2多址技術（續(xù)）,3。2。3碼分多址（CDMA）：是每一個信號被分配一個偽隨機二進制序列進行擴頻，不同信號能量被分配到不同的偽隨機序列。在接收機里，信號用相關器加以分離，這種相關器只接收選定的二進制序列并壓縮其頻譜，凡不符合該二進制序列的信號就不壓縮帶寬。結(jié)果只有有用信號的信息才被識別和提取

43、出來。,,,,,,,,,,,,,,,,,用戶2,用戶3,用戶1,CDMA,頻率,時間,碼,CDMA的特點 *系統(tǒng)容量大 *話音質(zhì)量高 *軟越區(qū)切換 *衰落影響小,2024/3/21,49,FDMA TDMA CDMA示意,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

44、,,,,,,用戶1,用戶2,用戶3,用戶1,用戶2,用戶3,用戶1,用戶2,用戶3,FDMA,TDMA,CDMA,頻率,頻率,頻率,時間,時間,時間,碼,2024/3/21,50,3.3話音編碼技術,數(shù)字話音編碼的基本要求 編碼速率要低，話音質(zhì)量要高 應有較強的抗噪聲干擾和抗誤碼的性能,MOS:平均評價得分（Mcan Opinion Score),GSM采用編碼器是長期線性預測規(guī)則脈沖激勵（RPE—LTP）編碼器

45、話音編碼器的輸出比特速率是：13Kbit/SMOS近似4,話音編碼器的類型：波形編碼器、聲碼器、混合編碼器,2024/3/21,51,話音質(zhì)量指標,MOS5.0：廣播質(zhì)量，最高級話音質(zhì)量；MOS4.0：長途質(zhì)量，接近透明編碼；MOS3.5：通信質(zhì)量，能聽出質(zhì)量有所下降，但可以正常通信；MOS3.0及以下：合成質(zhì)量；3.0仍具有一定的自然度和較好的可懂度，2.5只能保持一定的可懂度，自然度已基本失去。,2024/3/21,52,

46、3.4數(shù)字調(diào)制和解調(diào)技術,數(shù)字移動通信系統(tǒng)的調(diào)制方式的特性 *高的帶寬效率 *對多徑衰落不敏感 *高的功率效率 *低的帶外輻射 *低的載波與同頻道干擾（C/I）的功率比,數(shù)字調(diào)制的基本方式 *移幅鍵控（ASK） *移頻鍵控（FSK） *移相鍵控（PSK）,GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)

47、中采用GMSK（高斯最小移頻鍵控）調(diào)制指數(shù)：0.3,在200KHz帶寬中,傳輸270.8Kbit/S的數(shù)字信號,2024/3/21,53,數(shù)字調(diào)制,GSM系統(tǒng)目前采用的調(diào)制方式為GMSK，其歸一化帶寬BT=0.3。調(diào)制速率為270.833kbit/s。中心頻率間隔200KHz.GMSK調(diào)制是在下述兩者之間的折中：相當高的無線頻譜效率（1bit/Hz數(shù)量級）和合理的解調(diào)復雜性。需要指出的是200KHz的信道間隔的選擇會導致兩個相鄰頻率調(diào)

48、制譜之間不可忽視的交疊，因此在頻率規(guī)劃中必須考慮到鄰道干擾，小區(qū)內(nèi)不使用相鄰頻道。GSM系統(tǒng)為了提高數(shù)據(jù)傳輸速率，采用了新的調(diào)制方案：EDGE（Enhanced rates for GSM Evolution）。EDGE方案中采用8PSK調(diào)制，8PSK調(diào)制也是衡包絡調(diào)制，每個符號可攜帶3比特信息，因此調(diào)制速率基本是GMSK調(diào)制的3倍。,2024/3/21,54,解調(diào),經(jīng)過空間傳播，接收到的信號是與發(fā)射信號之間存在差別，差別在于：接收信

49、號中包含同頻干擾、多徑干擾、雜散信號和噪聲等。解調(diào)器必須從接收到的失真信號中估計出可能性最大的調(diào)制數(shù)據(jù)序列，因此每個突發(fā)脈沖中要包含定標信號，接收機可以預先知道這個定標信號，GSM中采用訓練序列，訓練序列使得接收機可以估計傳播引起的信號失真。GSM規(guī)范沒有限制采用那一種解調(diào)算法，但規(guī)定了通過信道譯碼糾錯后測量的總體性能指標。一個重要的限制是算法必須能處理間隔16?s（約4比特寬度）接收到的兩個功率相等的多徑信號。在這種情況下的字符間干

50、擾與調(diào)制本身引入的字符間干擾相比較，有驚人的增加，因而采用均衡是比不可少的。,2024/3/21,55,解調(diào),適用于移動通信的均衡器一般有兩種：判決反饋均衡器DFE和最大似然序列估計器MLSE。DFE存在誤碼擴散問題，其性能比MLSE略差。MLSE一般采用維特比（Viterbi）算法，它的優(yōu)點是算法能適用于卷積碼的最大似然譯碼，并有可能采用共同的部件實現(xiàn)解調(diào)和譯碼。維特比解調(diào)是一種最大似然技術，它在考慮可能信號的一些假設及噪聲統(tǒng)計特

51、性的基礎上，要找到最有可能的發(fā)射序列。,2024/3/21,56,3.5信道編碼與交織技術,GSM系統(tǒng)信道編碼一般采用級聯(lián)碼，分為內(nèi)碼和外碼， 外碼采用線性分組碼，對全速率語音業(yè)務信道而言，外碼采用了加奇偶校驗位是為了檢錯；對控制信道而言，外碼采用法爾碼（Fire），它能糾正誤碼長度小于等于12比特的單個突發(fā)錯誤。內(nèi)碼采用卷積碼，主要用于糾正短突發(fā)錯誤和隨機錯誤。重排和交織技術是使誤碼的分布隨機化，分散由衰落引起的長突發(fā)誤碼。,,,,,

52、,,,,,,,,,,,,,,,,,去交織碼器,信道,交織碼器,內(nèi)編碼器,內(nèi)解碼器,外編碼器,外解碼器,話音編碼器,話音解碼器,13 kbit/s,33.9 kbit/s,22.8 kbit/s,話音輸入,話音輸出,2024/3/21,57,3.5信道編碼與交織技術,3.5.1信道編碼:就是在數(shù)字信號進行射頻調(diào)制進入信道之前進行的編碼.目的在于使信號在接收端能夠檢出或糾正信道中各種干擾引起的誤碼.信道編碼又稱為差錯編碼

53、 為了發(fā)現(xiàn)或糾正差錯,采用增加冗余度的方法進行信道編碼,若發(fā)送信息: 1 0 0 1 1 0 信道編碼后:1111,0000,0000,1111,1111,0000收到的碼組可能是:1111,0010,1000,0110,1110,0000 判決結(jié)果: 1 0

54、 0 X 1 0,2024/3/21,58,3.5信道編碼與交織技術(續(xù)),3.5.2交織技術:就是把信息碼在發(fā)端加以排列組合,使信息碼相互穿插交織后發(fā)送到信道中去.接收端進行去交織,恢復成原始的碼序列.目的是將沖擊差錯轉(zhuǎn)換成隨機差錯,再用信道編碼的方法來進行糾正,3,4,,,,,1,2,3,4,,,,,1,2,3,4,,,,,1,2,3,4,,,,,1,2,3,4,,,,,1,3,4,,,,

55、,1,2,3,4,,,,,1,2,3,4,,,,,1,2,3,4,,,,,1,2,3,4,,,,,1,2,3,4,,,,,1,2,3,4,,,,,1,2,,,,,,2,消息分組,交織,,交織后的消息分組,,發(fā)生誤碼,2024/3/21,59,解交織與信道譯碼,解交織是交織的逆過程，并不復雜。信道譯碼是信道編碼的逆過程。GSM協(xié)議未規(guī)定信道譯碼的方法，具體譯碼方法由廠家自己決定。信道編碼分為外碼編碼和內(nèi)碼編碼，因此譯碼時應先進行內(nèi)碼譯

56、碼，然后進行外碼譯碼。內(nèi)碼譯碼可采用Viterbi譯碼方法，外碼可采用捕錯譯碼方法。,2024/3/21,60,3.6分集與自適應均衡技術,分集技術:就是把各個分支的信號,按照一定的方法再集合起來變害為利.把收到的多徑信號先分離成互不相關的多路信號,由少變多,在將這些信號的能量合并起來,由多變少,從而改善接收質(zhì)量.分集技術包括:時間分集,空間分集,頻率分集,極化分集等,為了減少由多徑引起的系統(tǒng)性能降低，GSM系統(tǒng)BTS在無線接口采用分

57、集接收技術，即接收處理部分有兩套，接收兩路不同的信號。,空間分集的兩路信號來自不同的接收天線。極化分集的兩路信號來自兩個極化方向。,2024/3/21,61,自適應均衡技術,均衡的基本途徑: *頻域均衡 *時域均衡,目前將分集接受和自適應均衡技術組合在一起,以便同時對抗平坦衰落和碼間干擾,自適應均衡技術:在接受端在信道均衡器中產(chǎn)生與信道特性相反的特性,抵消信道產(chǎn)生的干擾,從而正確的判決和恢復有

58、用信號,2024/3/21,62,3.7話音控制與功率控制技術,話音控制：就是采用非連續(xù)發(fā)射（RTX） 在語音通信中,雙方交談時每方說話時間平均不會超過交談時間的40%. 采用話音控制可以:*減少同頻干擾 改善通話質(zhì)量,提高容量 *減少發(fā)射機的功率 延長電池的工作時間,,GSM系統(tǒng)采用的是13Kbit/s的語音編碼方案，稱

59、為RPE-LTP（規(guī)則脈沖激勵-長期預測）。它旨在無差錯時，產(chǎn)生與固定電話網(wǎng)相近的話音質(zhì)量，但使用較低的速率以優(yōu)化無線電頻譜的使用。 語音傳輸有兩種方式，一種是不管用戶是否講話，話音在13kbit/s上（20ms一幀）連續(xù)編碼；另一種是不連續(xù)發(fā)送方式DTX（Discontinuous Transmission），在語音激活期間進行13kbit/s編碼，在話音非激活期間進行500bit/s編碼，每480ms傳輸一幀（每幀20ms）

60、,僅傳送舒適噪聲SID,2024/3/21,63,功率控制技術,功率控制:目的在于使在保證服務質(zhì)量的前提下只發(fā)射所須的最小有效功率,而不是所有機都發(fā)射小區(qū)邊界所須的最大功率.減少同頻干擾.動態(tài)功率控制:通話過程中,基站和移動臺的輸出功率可以隨著傳播路徑損耗及信號質(zhì)量的變化而進行調(diào)節(jié)控制,從而使得空中傳播信號的強度盡量小,而基站和移動臺所接收到的信號又能滿足系統(tǒng)的期望值.,2024/3/21,64,3.8越區(qū)切換與漫游技術,位置登記：

61、指移動臺發(fā)送報文時，表明它本身工作時所處位置的步驟。位置登記的類型：1.定期登記 2.位置區(qū)域登記漫游:移動臺從一個移動交換區(qū)(住地區(qū))移動到另一個移動交換區(qū)(訪問區(qū)),需要經(jīng)過位置登記方能進行通信的過程. 實現(xiàn)漫游的三個步驟:位置登記、轉(zhuǎn)移呼叫和呼叫建立 只要各地運營商合作，采用相同的規(guī)范，遵守接口協(xié)議，就能實現(xiàn)移動用戶的漫游,2024

62、/3/21,65,越區(qū)切換,越區(qū)切換:為了保證通信的連續(xù)性,當正在通話的移動臺從一個小區(qū)進入鄰接的另一個小區(qū),MSC控制使一個無線頻道上的通話切換到另一個小區(qū)的無線頻道上.一般造成切換的條件有以下幾種：（1）信號強度太弱；（2）信號質(zhì)量太差；（3）信號干擾太大：這種切換發(fā)生主要原因是干擾，即移動用戶正在使用的信道受到突然的干擾，于是被切換到同一個小區(qū)的另一個信道來避開干擾。（4）移動用戶離基站太遠；越區(qū)切換的類型:1.BSC

63、內(nèi)的切換 2.相同MSC/VLR業(yè)務區(qū),不同BSC間的切換 3.不同MSC間的切換,2024/3/21,66,GSM的主要特點可以歸結(jié)為,1. 頻譜效率：由于采用高效調(diào)制器、信道編碼、交織、均衡和話音編碼技術，使系統(tǒng)具備高頻譜效率。2. 容量：由于每個信道的傳輸帶寬增加，使同頻復用載干比要求降低到9DB，故GSM系統(tǒng)的同

64、頻復用模式可以縮小到4/12或3/9甚至更加?。M為7/21）；加上半速率話音編碼的引入和自動話務分配以減少越區(qū)切換的次數(shù)，使GSM系統(tǒng)的容量效率（每兆赫每小區(qū)信道數(shù)）比TACS系統(tǒng)高3~5倍。3. 話音質(zhì)量：鑒于數(shù)字傳輸技術的特點以及GSM規(guī)范中有關空中接口和話音編碼的定義，在門限值以上，話音質(zhì)量總是可以達到相應的水平而與無線傳輸質(zhì)量無關。4. 接口開放：GSM標準提供的開放性接口，不僅限于空中接口，而且包括網(wǎng)絡之間以及網(wǎng)絡各設

65、備之間，例如A接口和Abis 接口。,2024/3/21,67,GSM的主要特點可以歸結(jié)為,5. 安全性：通過鑒權(quán)、加密和TMSI號碼的使用，達到安全的目的。 鑒權(quán)是用來證實用戶的入網(wǎng)權(quán)利，從網(wǎng)絡向MS發(fā)送一個質(zhì)疑信號，然后MS端的SIM卡按照其密鑰計算出一個簽字響應發(fā)回鑒權(quán)中心，該密鑰也存在于網(wǎng)絡中，網(wǎng)絡鑒權(quán)中心比較兩個簽字響應，若一致則通過，否則取消。 加密是用于空中接口，由SIM卡和網(wǎng)絡AUC的密鑰

66、決定。TMSI是一個由業(yè)務網(wǎng)絡給用戶制定的臨時識別號，以防止有人跟蹤而泄露其地理位置。6. 與ISDN、PSTN等的互連：與其他網(wǎng)絡的互連通常利用現(xiàn)有的標準接口，如ISUP或TUP等。7. 在SIM卡的基礎上實現(xiàn)漫游：漫游是移動通信的重要特征。,2024/3/21,68,CH1 概述CH2 GSM通信系統(tǒng)CH3 GSM通信系統(tǒng)的關鍵技術CH4 GSM網(wǎng)支持的業(yè)務CH5 呼叫過程CH6 移動通信組網(wǎng)方式,目錄,,,,,,,☆

67、,2024/3/21,69,4.1 概述,GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)是一種多業(yè)務系統(tǒng),能提供許多不同類型的業(yè)務,GSM系統(tǒng)提供的業(yè)務分為:電信業(yè)務,承載業(yè)務,補充業(yè)務,電信業(yè)務提供包括終端設備(TE)功能在內(nèi)的完整通信業(yè)務能力,這種通信是遵循由網(wǎng)絡運營部門之間雙方認可的協(xié)議在使用者之間完成的.承載業(yè)務提供接入點(ISDN中稱為用戶--網(wǎng)絡接口)之間傳輸信號的能力.補充業(yè)務是對兩類基本業(yè)務的改進和補充,不能單獨向用戶提供,必須與基本業(yè)務一

68、起提供,,,,,,終端網(wǎng),終端設備,終端設備,GSM PLMN,傳輸網(wǎng),,,,,,,,,,,PLMN:公共陸地移動通信網(wǎng),電信業(yè)務,承載業(yè)務,2024/3/21,70,GSM支持的業(yè)務接入點,MS:移動臺MT:移動終端,支持專用于Um接口管理的功能和轉(zhuǎn)換TE:終端設備 *TE1:提供ISDN接口的終端設備 *TE2:提供非ISDN接口的終端設備TA:終端適配器,,,,,,,,

69、,,,,,,,,,,,,,S,MT0,MT1,MT1,MT2,TE1,TE2,TE2,R,Um,TA,,,MS,1,2,3,3,3,1,2,3為接入點,,承載業(yè)務的接入可在接入點1和2處進行,電信業(yè)務的接入可在接入點3進行,,2024/3/21,71,電話業(yè)務目前GSM系統(tǒng)所提供的業(yè)務中，電話業(yè)務是最重要的。GSM系統(tǒng)中，由電話業(yè)務引伸出一種特殊業(yè)務――緊急呼叫。話音信箱業(yè)務是由電話業(yè)務引伸出來的另一種特色業(yè)務。數(shù)據(jù)業(yè)務GSM

70、數(shù)字移動通信系統(tǒng)的數(shù)字業(yè)務基本上包括了大部分為固定電話用戶和ISDN用戶提供的數(shù)字業(yè)務。GSM系統(tǒng)也可接入某些特殊網(wǎng)絡，如分組交換數(shù)據(jù)網(wǎng)（PSPDN），從而得到這些網(wǎng)絡提供的數(shù)據(jù)業(yè)務。短消息業(yè)務GSM系統(tǒng)使得用戶之間可以傳送短消息，其中又分為MS接收點對點短消息（SMS－MT/PP）和MS發(fā)送點對點短消息（SMS－MO/PP）。另一種短消息業(yè)務稱為小區(qū)廣播型短消息（SMS－CB），它能以固定時間間隔將一般的短消息（如天氣預報等等）向