GSM移动通信基本原理课件.ppt
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- GSM 移动 通信 基本原理 课件
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1、GSM移动通信基本原理2GSM基本原理贵阳泽浩科技有限公司贵阳泽浩科技有限公司3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41、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51、历史日期日期 发发 展展 阶阶 段段 1979 欧洲发展蜂窝通信,并为此安排蜂窝通信工作频段 1982 CEPT 成立“Groupe Special Mobile”(GSM)1986 在法国巴黎建立 GSM 标准制定协调小组 1988 ETSI 全权负责管理 GSM 标准委员会的工作 1990 颁布 GSM 第一阶段的规范(GSM
2、/Phase1)1991 颁布 DCS1800 第一阶段的规范(DCS/Phase1)GSM 委员会开始制定下一代无线通信系统标准 61、历史72、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。CACBAB8CACBAB分为 3 扇区全向天线2、组网体制频率复用频率复用93、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系统可以开放多种业务;(4)频率利用率高,具有灵活方便的组网结构;(5)具有鉴
3、权和加密功能;(6)具有较强的抗干扰能力。10(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。11(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,16个半速信道;(6)每个时隙的信道速率:22.8kbi
4、t/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121、网络结构2、组成与功能二.GSM 网络结构与功能13MSC BSC BTS BTSHLRVLREIRNSS PSTN IWF ECTRAU SIM ME NMC OMC OMCOMSBSSMSAUC1、网络结构142、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(OMS)15BSS 子系统结构p 基站控制器 BSC(Bas
5、e Station Controller)p 基站收发信机 BTS(Base Transceiver Station)p 无线操作维护中心 OMC-R p 码变换器 TC(TransCoder)OMC-RTCBSCBTSBTSMSMSUM接口接口Abis接口接口A接口接口16BTS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17 In BTSGSM Network Structure基基站站接接口口设设备备信信令令处处理理编码与编码与交织交织译
6、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AbisUm18BSC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19BSC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20BSS 子系统容量 BSC 最大容量最大容量基站基站:100;扇区:扇区:250;载波载波(RTF
7、s):384;21OMCOMC: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。22MSCMSC: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 Service Telecommunicati
8、on Network(公共业务电信网)23HLRHLR: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24VLRVLR: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(TMSI)用户位置区等25VLR
9、 功能LA1LA2LA3LA4LA5LA6MSCVLRcell1cell2cell3cell4cell5cell6cell7cell8cell9cell11cell12LA:Location Area位置区26AUC:鉴权SIMVLRHLRKiA3A8SRESKcRANDSRES=?KcSRESKcRANDKiA3A8AUC:Store the Ki(same to SIM Ki)GSM Network Structure27AUC:鉴权28EIR:移动台设备识别寄存器 EIR:Equipment Identity Register 包含了IMEI信息。所有的手机IMEI都存储在EIR中,是手
10、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29E1 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302M 结构CH0CH1CH2CH3CH4CH5CH6CH7CH0CH1CH2CH3CH4CH5CH6CH7Synchronous InformationIdle TimeslotIdle TimeslotSignal TimeslotOM Channel Id
11、le TimeslotTS0TS1TS2TS3TS4TS5TS15TS16TS30TS31TS1729Carrier 1Carrier 2Each Voice Channel is Transported by 16kb/s 31PCM 链路32GPRSpGPRS: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 GPRS Supporting No
12、de 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331、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34GSM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 TS2 TS3 TS4 TS5 T
13、S6 TS7TS0 TS1 TS2 TS3 TS4 TS5 TS6 TS7TS0 TS1 TS2 TS3 TS4 TS5 TS6 TS7TDMA帧帧35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。36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)37TDMA逻辑信道38TCHTraffic ChannelsSpeechDataTCH/FSTCH/HST
14、CH/9.6TCH/2.4TCH/9.6TCHSACCHFACCH话音/数据信道39GSM Network StructureCcHControl ChannelACCHSDCCHFACCHSACCHSCHBCCHRACHPCH/AGCHCBCHBCCHNBNBNBFBNBABSBNB/ABNB/DB控制信道40BCCH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p DTX允许指示p 接入控制(例:紧急呼叫,呼叫禁止)p CBCH描述41TDMA帧结构26-Frame 复帧复帧204720462045012 50490
15、1 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42GSM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 7 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
16、13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 2526-TDMA Multiframes43GSM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 Multiframes44TCH 复帧252015121050TTTTTTSACCHIDLE252015121050TTTTTTSACCHIDLE上行上行下行下行T=TCH45BCCH/
17、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 R102030405046GSM 突发 时隙中的信息比特串0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7TDMA FRAME 1TDMA F
18、RAME 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47GSM 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 Bits8.2548GSM 突发类型TDMA FRAME 10 1 2
19、 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 Bits8.2549GSM 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 s50话音编码 PCM 调制:话音频率:3003400Hz 抽样频
20、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/20ms51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 bits52TC 及信道带宽pTC:TransCoder(变码器)pPSTN交换中都以64kb/s为一个信道进
21、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 53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 bits54语音信道交织(对角交织)block 6 even bits block 5
22、 odd bits block 5 even bits block 4 odd bits Shared by blocks 4&51234567Speech BlocksShared by blocks 5&657 bits even57 bits even57 bits even57 bits even57 bits odd57 bits odd57 bits odd57 bits odd20ms Data55语音对角交织Speech Blocks4561234567123456701234567012345670FRAME 1FRAME 2FRAME 3Bursts56控制信道交织(矩形交
23、织)456114 bits odd114 bits odd114 bits odd114 bits oddControl Blocks1234567123456701234567012345670FRAME 1FRAME 2FRAME 3Bursts57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。58收发时隙偏差与定时提前移动台收移
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