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1、第第7章章 GSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信 系統(tǒng)系統(tǒng) 本章提示本章提示 ll l GSM數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)是基于數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)是基于TDMA的的 數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)。數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)。GSM系統(tǒng)是世界上第系統(tǒng)是世界上第 一個(gè)對數(shù)字調(diào)制、網(wǎng)絡(luò)層結(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)做了一個(gè)對數(shù)字調(diào)制、網(wǎng)絡(luò)層結(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)做了 明確規(guī)定,而且技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)透明化的蜂窩系明確規(guī)定,而且技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)透明化的蜂窩系 統(tǒng)。如今,統(tǒng)。如今,GSM系統(tǒng)已遍及全世界系統(tǒng)已遍及全世界“全全 球通球通”。 本章提示本章提示 ll l GSM系統(tǒng)的系統(tǒng)的TDMA時(shí)隙和幀結(jié)構(gòu)以及邏時(shí)隙和幀結(jié)構(gòu)以及邏 輯信道在物理信道上的組合方法,是設(shè)計(jì)輯信道在物理信道上
2、的組合方法,是設(shè)計(jì) 其他無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的很好樣板。其他無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的很好樣板。 本章提示本章提示 ll l GSM系統(tǒng)是個(gè)時(shí)分多址系統(tǒng),其功率發(fā)系統(tǒng)是個(gè)時(shí)分多址系統(tǒng),其功率發(fā) 射是在嚴(yán)格規(guī)定的時(shí)間窗內(nèi),以突發(fā)形式射是在嚴(yán)格規(guī)定的時(shí)間窗內(nèi),以突發(fā)形式 不停地發(fā)射;所以接收機(jī)與發(fā)射機(jī)要保持不停地發(fā)射;所以接收機(jī)與發(fā)射機(jī)要保持 嚴(yán)格地定時(shí)同步。無論移動(dòng)臺(tái)在小區(qū)任何嚴(yán)格地定時(shí)同步。無論移動(dòng)臺(tái)在小區(qū)任何 位置,系統(tǒng)會(huì)隨時(shí)調(diào)整移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射定時(shí)位置,系統(tǒng)會(huì)隨時(shí)調(diào)整移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射定時(shí) 提前量,以保證基站及手機(jī)的正確接收。提前量,以保證基站及手機(jī)的正確接收。 本章提示本章提示 ll l GSM系統(tǒng)是一個(gè)數(shù)字
3、蜂窩系統(tǒng)。為了便系統(tǒng)是一個(gè)數(shù)字蜂窩系統(tǒng)。為了便 于系統(tǒng)管理,它有條件安排于系統(tǒng)管理,它有條件安排9種邏輯信道,種邏輯信道, 如何將這么多邏輯信道映射到如何將這么多邏輯信道映射到TDMA的物的物 理信道上(即信道組合)是很值得學(xué)習(xí)的。理信道上(即信道組合)是很值得學(xué)習(xí)的。 本章提示本章提示 ll l GPRS是是GSM網(wǎng)絡(luò)向網(wǎng)絡(luò)向3G演進(jìn)的重要一步,演進(jìn)的重要一步, 被稱為被稱為2.5G技術(shù)。技術(shù)。GPRS是基于是基于GSM網(wǎng)無網(wǎng)無 線接口所開發(fā)的分組數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù);是按線接口所開發(fā)的分組數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù);是按 需分配占用信道資源,頻譜利用率高。理需分配占用信道資源,頻譜利用率高。理 論上數(shù)據(jù)傳輸速率
4、最高可達(dá)到論上數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)到171.2kbit/s, 適合各種突發(fā)性強(qiáng)的數(shù)據(jù)傳輸。適合各種突發(fā)性強(qiáng)的數(shù)據(jù)傳輸。 第第7章章 GSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) l7.1 GSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)概述數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)概述 l7.2 GSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的無線傳數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的無線傳 輸方式輸方式 l7.3 GSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)主要技術(shù)數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)主要技術(shù) l7.4 GSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)向數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)向3G系統(tǒng)系統(tǒng) 的過渡的過渡 7.1 GSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)概述數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)概述 l7.1.1 概述概述 l7.1.2 G
5、SM系統(tǒng)與蜂窩結(jié)構(gòu)的關(guān)系系統(tǒng)與蜂窩結(jié)構(gòu)的關(guān)系 l7.1.3 GSM系統(tǒng)的基本特點(diǎn)系統(tǒng)的基本特點(diǎn) l7.1.4 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及功能網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及功能 l7.1.5 接口和接口協(xié)議接口和接口協(xié)議 7.1.1 概述概述 l歐洲電信管理部門(歐洲電信管理部門(CEPT)于)于1982年成年成 立了一個(gè)被稱為立了一個(gè)被稱為GSM(移動(dòng)特別小組)的(移動(dòng)特別小組)的 專題小組,開始制定適用于泛歐各國的一專題小組,開始制定適用于泛歐各國的一 種數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范。種數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范。 7.1.1 概述概述 l在在GSM標(biāo)準(zhǔn)中,未對硬件進(jìn)行規(guī)定,只對標(biāo)準(zhǔn)中,未對硬件進(jìn)行規(guī)定,只對 功能和接口等進(jìn)行了
6、詳細(xì)規(guī)定,便于不同功能和接口等進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定,便于不同 公司產(chǎn)品的互聯(lián)互通。它包括公司產(chǎn)品的互聯(lián)互通。它包括GSM900和和 DCS1800兩個(gè)并行的系統(tǒng)。這兩個(gè)系統(tǒng)功兩個(gè)并行的系統(tǒng)。這兩個(gè)系統(tǒng)功 能相同,其差別只是工作頻段不同。兩個(gè)能相同,其差別只是工作頻段不同。兩個(gè) 系統(tǒng)均采用系統(tǒng)均采用TDMA接入方式。接入方式。 7.1.1 概述概述 l美國的數(shù)字蜂窩系統(tǒng)研制較歐洲稍晚一些。美國的數(shù)字蜂窩系統(tǒng)研制較歐洲稍晚一些。 雙方研制的大目標(biāo)不盡相同,泛歐雙方研制的大目標(biāo)不盡相同,泛歐GSM系系 統(tǒng)是為了打破國界,實(shí)現(xiàn)漫游通話;美國統(tǒng)是為了打破國界,實(shí)現(xiàn)漫游通話;美國 的的D-AMPS系統(tǒng)是為了擴(kuò)大
7、容量,實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)是為了擴(kuò)大容量,實(shí)現(xiàn)與 模擬系統(tǒng)兼容。模擬系統(tǒng)兼容。D-AMPS系統(tǒng)即系統(tǒng)即IS-54標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)。 另外,還有日本的另外,還有日本的PDC系統(tǒng)也采用系統(tǒng)也采用TDMA 多址方式。多址方式。 7.1.2 GSM系統(tǒng)與蜂窩結(jié)構(gòu)的關(guān)系系統(tǒng)與蜂窩結(jié)構(gòu)的關(guān)系 l泛歐泛歐GSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)是在頻分?jǐn)?shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)是在頻分 多址下的時(shí)分多址,當(dāng)它工作在跳頻方式多址下的時(shí)分多址,當(dāng)它工作在跳頻方式 時(shí),又引入了碼分多址。時(shí),又引入了碼分多址。 l數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)也是蜂窩系統(tǒng),即蜂窩數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)也是蜂窩系統(tǒng),即蜂窩 區(qū)群結(jié)構(gòu)和頻率復(fù)用。區(qū)群結(jié)構(gòu)和頻率復(fù)用。 7.1.2 GSM系統(tǒng)
8、與蜂窩結(jié)構(gòu)的關(guān)系系統(tǒng)與蜂窩結(jié)構(gòu)的關(guān)系 l蜂窩區(qū)群小區(qū)數(shù)的多少以及小區(qū)半徑的大蜂窩區(qū)群小區(qū)數(shù)的多少以及小區(qū)半徑的大 小,取決于數(shù)字系統(tǒng)保證正常通信所需載小,取決于數(shù)字系統(tǒng)保證正常通信所需載 干比和本地區(qū)業(yè)務(wù)量的分布和大小。干比和本地區(qū)業(yè)務(wù)量的分布和大小。 l構(gòu)成區(qū)群的小區(qū)數(shù)目越少,半徑越小,系構(gòu)成區(qū)群的小區(qū)數(shù)目越少,半徑越小,系 統(tǒng)的頻譜效率就越高。統(tǒng)的頻譜效率就越高。 7.1.2 GSM系統(tǒng)與蜂窩結(jié)構(gòu)的關(guān)系系統(tǒng)與蜂窩結(jié)構(gòu)的關(guān)系 圖圖7-1 TDMA蜂窩系統(tǒng)區(qū)群結(jié)構(gòu)蜂窩系統(tǒng)區(qū)群結(jié)構(gòu) 7.1.3 GSM系統(tǒng)的基本特點(diǎn)系統(tǒng)的基本特點(diǎn) lGSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)(簡稱數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)(簡稱GSM
9、系系 統(tǒng))是完全依據(jù)歐洲通信標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)統(tǒng))是完全依據(jù)歐洲通信標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì) (ETSI)制定的)制定的GSM技術(shù)規(guī)范研制成的,技術(shù)規(guī)范研制成的, 任何一家廠商提供的任何一家廠商提供的GSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)通數(shù)字蜂窩移動(dòng)通 信系統(tǒng)都必須符合信系統(tǒng)都必須符合GSM技術(shù)規(guī)范。技術(shù)規(guī)范。 7.1.3 GSM系統(tǒng)的基本特點(diǎn)系統(tǒng)的基本特點(diǎn) lGSM系統(tǒng)作為一種開放式結(jié)構(gòu)和面向未來系統(tǒng)作為一種開放式結(jié)構(gòu)和面向未來 設(shè)計(jì)的系統(tǒng),具有下列主要特點(diǎn)。設(shè)計(jì)的系統(tǒng),具有下列主要特點(diǎn)。 l GSM系統(tǒng)是由幾個(gè)分系統(tǒng)組成的,并且系統(tǒng)是由幾個(gè)分系統(tǒng)組成的,并且 可與各種公用通信網(wǎng)(如可與各種公用通信網(wǎng)(如PSTN、ISDN、 PD
10、N等)互聯(lián)互通,各分系統(tǒng)之間或各分等)互聯(lián)互通,各分系統(tǒng)之間或各分 系統(tǒng)與各種公用通信網(wǎng)之間都明確和詳細(xì)系統(tǒng)與各種公用通信網(wǎng)之間都明確和詳細(xì) 定義了標(biāo)準(zhǔn)化接口規(guī)范,保證任何廠商提定義了標(biāo)準(zhǔn)化接口規(guī)范,保證任何廠商提 供的供的GSM系統(tǒng)或子系統(tǒng)能互聯(lián)。系統(tǒng)或子系統(tǒng)能互聯(lián)。 7.1.3 GSM系統(tǒng)的基本特點(diǎn)系統(tǒng)的基本特點(diǎn) l GSM系統(tǒng)能提供穿過國際邊界的自動(dòng)漫系統(tǒng)能提供穿過國際邊界的自動(dòng)漫 游功能,全部游功能,全部GSM移動(dòng)用戶都可進(jìn)入移動(dòng)用戶都可進(jìn)入GSM 系統(tǒng)而與國別無關(guān)。系統(tǒng)而與國別無關(guān)。 l GSM系統(tǒng)除了可以開放語音業(yè)務(wù)外,還系統(tǒng)除了可以開放語音業(yè)務(wù)外,還 可以開放各種承載業(yè)務(wù)、補(bǔ)允業(yè)
11、務(wù)和與可以開放各種承載業(yè)務(wù)、補(bǔ)允業(yè)務(wù)和與 ISDN相關(guān)的業(yè)務(wù)。相關(guān)的業(yè)務(wù)。 l GSM系統(tǒng)具有加密和鑒權(quán)功能,能確保系統(tǒng)具有加密和鑒權(quán)功能,能確保 用戶保密和網(wǎng)絡(luò)安全。用戶保密和網(wǎng)絡(luò)安全。 7.1.3 GSM系統(tǒng)的基本特點(diǎn)系統(tǒng)的基本特點(diǎn) l GSM系統(tǒng)具有靈活和方便的組網(wǎng)結(jié)構(gòu),系統(tǒng)具有靈活和方便的組網(wǎng)結(jié)構(gòu), 頻率重復(fù)利用率高,移動(dòng)業(yè)務(wù)交換機(jī)的話頻率重復(fù)利用率高,移動(dòng)業(yè)務(wù)交換機(jī)的話 務(wù)承擔(dān)能力一般都很強(qiáng),保證在語音和數(shù)務(wù)承擔(dān)能力一般都很強(qiáng),保證在語音和數(shù) 據(jù)通信兩個(gè)方面都能滿足用戶對大容量、據(jù)通信兩個(gè)方面都能滿足用戶對大容量、 高密度業(yè)務(wù)的要求。高密度業(yè)務(wù)的要求。 7.1.3 GSM系統(tǒng)的基本特
12、點(diǎn)系統(tǒng)的基本特點(diǎn) l GSM系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng),覆蓋區(qū)域內(nèi)的系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng),覆蓋區(qū)域內(nèi)的 通信質(zhì)量高。通信質(zhì)量高。 l GSM系統(tǒng)終端設(shè)備(手持機(jī)和車載機(jī)),系統(tǒng)終端設(shè)備(手持機(jī)和車載機(jī)), 隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展, 移動(dòng)機(jī)將向更小型、更輕巧和增強(qiáng)功能趨移動(dòng)機(jī)將向更小型、更輕巧和增強(qiáng)功能趨 勢發(fā)展。勢發(fā)展。 7.1.4 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及功能網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及功能 lGSM數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)的主要組成部分可數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)的主要組成部分可 分為移動(dòng)臺(tái)、基站子系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng),分為移動(dòng)臺(tái)、基站子系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng), 如圖如圖7-2所示。所示。 7.1.4 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及功
13、能網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及功能 圖圖7-2 GSM數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 7.1.4 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及功能網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及功能 l基站子系統(tǒng)(簡稱基站基站子系統(tǒng)(簡稱基站BS)由基站收發(fā)臺(tái))由基站收發(fā)臺(tái) (BTS)和基站控制器()和基站控制器(BSC)組成;網(wǎng))組成;網(wǎng) 絡(luò)子系統(tǒng)由移動(dòng)交換中心(絡(luò)子系統(tǒng)由移動(dòng)交換中心(MSC),操作),操作 維護(hù)中心(維護(hù)中心(OMC)以及原籍位置寄存器)以及原籍位置寄存器 (HLR)、訪問位置寄存器()、訪問位置寄存器(VLR)、鑒)、鑒 權(quán)中心(權(quán)中心(AUC)和設(shè)備標(biāo)志寄存器()和設(shè)備標(biāo)志寄存器(EIR) 等組成。等組成。 1移動(dòng)臺(tái)(移動(dòng)臺(tái)(MS)
14、l移動(dòng)臺(tái)是公用移動(dòng)臺(tái)是公用GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)中用戶使移動(dòng)通信系統(tǒng)中用戶使 用的設(shè)備,也是用戶能夠直接接觸的整個(gè)用的設(shè)備,也是用戶能夠直接接觸的整個(gè) GSM系統(tǒng)中的唯一設(shè)備。系統(tǒng)中的唯一設(shè)備。 1移動(dòng)臺(tái)(移動(dòng)臺(tái)(MS) l根據(jù)應(yīng)用與服務(wù)情況,移動(dòng)臺(tái)可以是單獨(dú)根據(jù)應(yīng)用與服務(wù)情況,移動(dòng)臺(tái)可以是單獨(dú) 的移動(dòng)終端(的移動(dòng)終端(MT)、手持機(jī)、車載機(jī),或)、手持機(jī)、車載機(jī),或 者是由移動(dòng)終端(者是由移動(dòng)終端(MT)直接與終端設(shè)備)直接與終端設(shè)備 (TE)傳真機(jī)相連接而構(gòu)成,或者是由移)傳真機(jī)相連接而構(gòu)成,或者是由移 動(dòng)終端(動(dòng)終端(MT)通過相關(guān)終端適配器()通過相關(guān)終端適配器(TA) 與終端設(shè)備(與終端
15、設(shè)備(TE)相連接而構(gòu)成。)相連接而構(gòu)成。 1移動(dòng)臺(tái)(移動(dòng)臺(tái)(MS) l移動(dòng)臺(tái)另外一個(gè)重要的組成部分是用戶識(shí)移動(dòng)臺(tái)另外一個(gè)重要的組成部分是用戶識(shí) 別模塊(別模塊(SIM),它基本上是一張符合),它基本上是一張符合ISO 標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)的“智慧智慧”卡,它包含所有與用戶有卡,它包含所有與用戶有 關(guān)的被儲(chǔ)存在用戶無線接口一邊的信息,關(guān)的被儲(chǔ)存在用戶無線接口一邊的信息, 其中也包括鑒權(quán)和加密信息,使用其中也包括鑒權(quán)和加密信息,使用GSM標(biāo)標(biāo) 準(zhǔn)的移動(dòng)臺(tái)都需要插入準(zhǔn)的移動(dòng)臺(tái)都需要插入SIM卡,只有當(dāng)處理卡,只有當(dāng)處理 異常的緊急呼叫時(shí),可以在不用異常的緊急呼叫時(shí),可以在不用SIM卡的情卡的情 況下操作移動(dòng)
16、臺(tái)。況下操作移動(dòng)臺(tái)。 2基站子系統(tǒng)(基站子系統(tǒng)(BSS) l基站子系統(tǒng)(基站子系統(tǒng)(BSS)是)是GSM系統(tǒng)中與無線系統(tǒng)中與無線 蜂窩方面關(guān)系最直接的基本組成部分。蜂窩方面關(guān)系最直接的基本組成部分。 l它通過無線接口直接與移動(dòng)臺(tái)相接,負(fù)責(zé)它通過無線接口直接與移動(dòng)臺(tái)相接,負(fù)責(zé) 無線發(fā)送、接收和無線資源管理。無線發(fā)送、接收和無線資源管理。 l另一方面,基站子系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)另一方面,基站子系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng) (NSS)中的移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心()中的移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心(MSC) 相連,實(shí)現(xiàn)移動(dòng)用戶之間或移動(dòng)用戶與固相連,實(shí)現(xiàn)移動(dòng)用戶之間或移動(dòng)用戶與固 定網(wǎng)絡(luò)用戶之間的通信連接,傳送系統(tǒng)信定網(wǎng)絡(luò)用戶之間的通
17、信連接,傳送系統(tǒng)信 號(hào)和用戶信息等。號(hào)和用戶信息等。 2基站子系統(tǒng)(基站子系統(tǒng)(BSS) l基站子系統(tǒng)是由基站收發(fā)信臺(tái)(基站子系統(tǒng)是由基站收發(fā)信臺(tái)(BTS)和)和 基站控制器(基站控制器(BSC)這兩部分功能實(shí)體構(gòu))這兩部分功能實(shí)體構(gòu) 成。成。 2基站子系統(tǒng)(基站子系統(tǒng)(BSS) 圖圖7-3 一種典型一種典型BSS組成方式組成方式 2基站子系統(tǒng)(基站子系統(tǒng)(BSS) l(1)基站收發(fā)信臺(tái)()基站收發(fā)信臺(tái)(BTS)。)。 l基站收發(fā)信臺(tái)(基站收發(fā)信臺(tái)(BTS)屬于基站子系統(tǒng)的)屬于基站子系統(tǒng)的 無線部分,由基站控制器(無線部分,由基站控制器(BSC)控制,)控制, 服務(wù)于某個(gè)小區(qū)的無線收發(fā)設(shè)備,
18、完成服務(wù)于某個(gè)小區(qū)的無線收發(fā)設(shè)備,完成 BSC與無線信道之間的轉(zhuǎn)換,實(shí)現(xiàn)與無線信道之間的轉(zhuǎn)換,實(shí)現(xiàn)BTS與與 移動(dòng)臺(tái)(移動(dòng)臺(tái)(MS)之間通過空中接口的無線傳)之間通過空中接口的無線傳 輸及相關(guān)的控制功能,輸及相關(guān)的控制功能,BTS主要分為基帶主要分為基帶 單元、載頻單元、控制單元三大部分。單元、載頻單元、控制單元三大部分。 2基站子系統(tǒng)(基站子系統(tǒng)(BSS) l(2)基站控制器。)基站控制器。 l基站控制器(基站控制器(BSC)是基站子系統(tǒng)()是基站子系統(tǒng)(BSS) 的控制部分,起著的控制部分,起著BSS的變換設(shè)備的作用,的變換設(shè)備的作用, 即承擔(dān)各種接口及無線資源和無線參數(shù)管即承擔(dān)各種接口及
19、無線資源和無線參數(shù)管 理的任務(wù)。理的任務(wù)。 2基站子系統(tǒng)(基站子系統(tǒng)(BSS) lBSC主要由下列部分構(gòu)成:主要由下列部分構(gòu)成: ll l 朝向與朝向與MSC相接的相接的A接口或與碼變換器接口或與碼變換器 相接的相接的Ater接口的數(shù)字中繼控制部分;接口的數(shù)字中繼控制部分; ll l 朝向與朝向與BTS相接的相接的Abis接口或接口或BS接口的接口的 BTS控制部分;控制部分; ll l 公共處理部分,包括與操作維護(hù)中心相公共處理部分,包括與操作維護(hù)中心相 接的接口控制。接的接口控制。 3網(wǎng)路子系統(tǒng)(網(wǎng)路子系統(tǒng)(NSS) l網(wǎng)路子系統(tǒng)(網(wǎng)路子系統(tǒng)(NSS)主要包含)主要包含GSM系統(tǒng)的系統(tǒng)的
20、交換功能和用戶數(shù)據(jù)與移動(dòng)性管理、安全交換功能和用戶數(shù)據(jù)與移動(dòng)性管理、安全 性管理所需的數(shù)據(jù)庫功能,它對性管理所需的數(shù)據(jù)庫功能,它對GSM移動(dòng)移動(dòng) 用戶之間的通信和用戶之間的通信和GSM移動(dòng)用戶與其他通移動(dòng)用戶與其他通 信網(wǎng)用戶之間的通信起著管理作用。信網(wǎng)用戶之間的通信起著管理作用。 3網(wǎng)路子系統(tǒng)(網(wǎng)路子系統(tǒng)(NSS) l(1)移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心()移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心(MSC)。)。 l(2)訪問用戶位置寄存器()訪問用戶位置寄存器(VLR)。)。 l(3)歸屬用戶位置寄存器()歸屬用戶位置寄存器(HLR)。)。 l(4)鑒權(quán)中心()鑒權(quán)中心(AUC)。)。 l(5)移動(dòng)用戶識(shí)別寄存器()移動(dòng)用戶識(shí)
21、別寄存器(EIR)。)。 7.1.5 接口和接口協(xié)議接口和接口協(xié)議 lGSM系統(tǒng)的公用陸地移動(dòng)通信網(wǎng)的信令系系統(tǒng)的公用陸地移動(dòng)通信網(wǎng)的信令系 統(tǒng)是以統(tǒng)是以7號(hào)信令網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的。號(hào)信令網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的。 l1主要接口主要接口 lGSM系統(tǒng)的主要接口是指系統(tǒng)的主要接口是指A接口、接口、Abis接接 口和口和Um接口。接口。 1主要接口主要接口 圖圖7-4 GSM系統(tǒng)的主要接口系統(tǒng)的主要接口 1主要接口主要接口 l(1)A接口。接口。 l(2)Abis接口。接口。 l(3)Um接口(空中接口)。接口(空中接口)。 2網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)內(nèi)部接口網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)內(nèi)部接口 l網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)由移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心(網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)由移動(dòng)業(yè)
22、務(wù)交換中心(MSC)、)、 訪問用戶位置寄存器(訪問用戶位置寄存器(VLR)、歸屬用戶)、歸屬用戶 位置寄存器(位置寄存器(HLR)等功能實(shí)體組成。)等功能實(shí)體組成。 2網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)內(nèi)部接口網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)內(nèi)部接口 圖圖7-5 網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)內(nèi)部接口示意圖網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)內(nèi)部接口示意圖 2網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)內(nèi)部接口網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)內(nèi)部接口 l(1)D接口。接口。 l(2)B接口。接口。 l(3)C接口。接口。 l(4)E接口。接口。 l(5)F接口。接口。 l(6)G接口。接口。 3GSM系統(tǒng)與其他公用電信網(wǎng)的接口系統(tǒng)與其他公用電信網(wǎng)的接口 l其他公用電信網(wǎng)主要是指公用電話網(wǎng)其他公用電信網(wǎng)主要是指公用電話網(wǎng) (PSTN)、綜
23、合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)()、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN)、)、 分組交換公用數(shù)據(jù)網(wǎng)(分組交換公用數(shù)據(jù)網(wǎng)(PSPDN)和電路交)和電路交 換公用數(shù)據(jù)網(wǎng)(換公用數(shù)據(jù)網(wǎng)(CSPDN)。)。 lGSM系統(tǒng)通過系統(tǒng)通過MSC與這些公用電信網(wǎng)互連,與這些公用電信網(wǎng)互連, 其接口必須滿足原其接口必須滿足原CCITT的有關(guān)接口和信的有關(guān)接口和信 令標(biāo)準(zhǔn)及各個(gè)國家郵電運(yùn)營部門制定的與令標(biāo)準(zhǔn)及各個(gè)國家郵電運(yùn)營部門制定的與 這些電信網(wǎng)有關(guān)的接口和信令標(biāo)準(zhǔn)。這些電信網(wǎng)有關(guān)的接口和信令標(biāo)準(zhǔn)。 4各接口協(xié)議各接口協(xié)議 圖圖7-6 GSM系統(tǒng)主要接口的協(xié)議分層示意圖系統(tǒng)主要接口的協(xié)議分層示意圖 7.2 GSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的無線
24、傳數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的無線傳 輸方式輸方式 l7.2.1 TDMA/FDMA接入方式接入方式 l7.2.2 信道及其組合信道及其組合 l7.2.3 時(shí)隙的格式時(shí)隙的格式 l7.2.4 信道的組合方式信道的組合方式 7.2.1 TDMA/FDMA接入方式接入方式 l1時(shí)隙時(shí)隙 lGSM蜂窩系統(tǒng)采用時(shí)分多址、頻分多址和蜂窩系統(tǒng)采用時(shí)分多址、頻分多址和 頻分雙工(頻分雙工(TDMA/FDMA/FDD)制式。)制式。 l在在25MHz的頻段中共分的頻段中共分125個(gè)頻道,頻道間個(gè)頻道,頻道間 隔隔200kHz。每載波含。每載波含8個(gè)(以后可擴(kuò)展為個(gè)(以后可擴(kuò)展為 16個(gè))時(shí)隙,時(shí)隙寬為個(gè))時(shí)隙,時(shí)隙
25、寬為0.577ms。 l8個(gè)時(shí)隙構(gòu)成一個(gè)個(gè)時(shí)隙構(gòu)成一個(gè)TDMA幀,幀長為幀,幀長為 4.615ms,如圖,如圖7-7所示。所示。 1時(shí)隙時(shí)隙 l對雙工載波各用一個(gè)時(shí)隙構(gòu)成一個(gè)雙向物對雙工載波各用一個(gè)時(shí)隙構(gòu)成一個(gè)雙向物 理信道,這種物理信道共有理信道,這種物理信道共有 1258=1000個(gè),根據(jù)需要分配給不同個(gè),根據(jù)需要分配給不同 的用戶使用。的用戶使用。 l移動(dòng)臺(tái)在特定的頻率上和特定的時(shí)隙內(nèi),移動(dòng)臺(tái)在特定的頻率上和特定的時(shí)隙內(nèi), 以猝發(fā)方式向基站傳輸信息,基站在相應(yīng)以猝發(fā)方式向基站傳輸信息,基站在相應(yīng) 的頻率上和相應(yīng)的時(shí)隙內(nèi),以時(shí)分復(fù)用的的頻率上和相應(yīng)的時(shí)隙內(nèi),以時(shí)分復(fù)用的 方式向各個(gè)移動(dòng)臺(tái)傳
26、輸信息。方式向各個(gè)移動(dòng)臺(tái)傳輸信息。 1時(shí)隙時(shí)隙 圖圖7-7 TDMA/FDMA接入方式接入方式 2頻率與頻道序號(hào)頻率與頻道序號(hào) lGSM系統(tǒng)工作在以下射頻頻段:系統(tǒng)工作在以下射頻頻段: l上行(移動(dòng)臺(tái)發(fā)、基站收)為上行(移動(dòng)臺(tái)發(fā)、基站收)為890MHz 915MHz l下行(基站發(fā)、移動(dòng)臺(tái)收)為下行(基站發(fā)、移動(dòng)臺(tái)收)為935MHz 960MHz l收、發(fā)頻率間隔為收、發(fā)頻率間隔為45MHz。 l移動(dòng)臺(tái)采用較低頻段發(fā)射,傳播損耗較低,移動(dòng)臺(tái)采用較低頻段發(fā)射,傳播損耗較低, 有利于補(bǔ)償上、下行功率不平衡的問題。有利于補(bǔ)償上、下行功率不平衡的問題。 2頻率與頻道序號(hào)頻率與頻道序號(hào) l由于載頻間隔是
27、由于載頻間隔是0.2MHz,因此,因此GSM系統(tǒng)整系統(tǒng)整 個(gè)工作頻段分為個(gè)工作頻段分為124對載頻。其頻道序號(hào)用對載頻。其頻道序號(hào)用 n表示,則上、下兩頻段中序號(hào)為表示,則上、下兩頻段中序號(hào)為n的載頻的載頻 可用下式計(jì)算:可用下式計(jì)算: l下頻段下頻段 fl (n)=(890+0.2n)MHz l上頻段上頻段 fh (n)=(935+0.2n)MHz 3調(diào)制方式調(diào)制方式 lGSM的調(diào)制方式是高斯型最小移頻鍵控的調(diào)制方式是高斯型最小移頻鍵控 (GMSK)方式,矩形脈沖在調(diào)制器之前)方式,矩形脈沖在調(diào)制器之前 先通過一個(gè)高斯濾波器。先通過一個(gè)高斯濾波器。 4載頻復(fù)用與區(qū)群結(jié)構(gòu)載頻復(fù)用與區(qū)群結(jié)構(gòu) l
28、GSM系統(tǒng)中,基站發(fā)射功率為每載波系統(tǒng)中,基站發(fā)射功率為每載波500W, 每時(shí)隙平均為每時(shí)隙平均為500/8=62.5W。 l移動(dòng)臺(tái)發(fā)射功率分為移動(dòng)臺(tái)發(fā)射功率分為0.8W、2W、5W、8W 和和20W五種,可供用戶選擇。五種,可供用戶選擇。 4載頻復(fù)用與區(qū)群結(jié)構(gòu)載頻復(fù)用與區(qū)群結(jié)構(gòu) l小區(qū)覆蓋半徑最大為小區(qū)覆蓋半徑最大為35km,最小為,最小為500m。 前者適用于農(nóng)村地區(qū),后者適用于市區(qū)。前者適用于農(nóng)村地區(qū),后者適用于市區(qū)。 l由于系統(tǒng)采取了多種抗干擾措施,如自適由于系統(tǒng)采取了多種抗干擾措施,如自適 應(yīng)均衡、跳頻和糾錯(cuò)編碼等,同頻道射頻應(yīng)均衡、跳頻和糾錯(cuò)編碼等,同頻道射頻 防護(hù)比可降到防護(hù)比可
29、降到C/I=9dB,因此在業(yè)務(wù)密集,因此在業(yè)務(wù)密集 區(qū),可采用區(qū),可采用3小區(qū)小區(qū)9扇區(qū)的區(qū)群結(jié)構(gòu)。扇區(qū)的區(qū)群結(jié)構(gòu)。 7.2.2 信道及其組合信道及其組合 l1幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu) l圖圖7-8給出了給出了GSM系統(tǒng)各種幀及時(shí)隙的格式。系統(tǒng)各種幀及時(shí)隙的格式。 1幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu) 圖圖7-8 GSM系統(tǒng)各種幀及時(shí)隙的格式系統(tǒng)各種幀及時(shí)隙的格式 1幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu) 圖圖7-9 上行幀號(hào)和下行幀號(hào)所對應(yīng)的時(shí)間關(guān)上行幀號(hào)和下行幀號(hào)所對應(yīng)的時(shí)間關(guān) 系系 2信道分類信道分類 圖圖7-10 GSM系統(tǒng)的信道分類系統(tǒng)的信道分類 2信道分類信道分類 l(1)業(yè)務(wù)信道。)業(yè)務(wù)信道。 l 語音業(yè)務(wù)信道。語音業(yè)務(wù)信道。 l 數(shù)據(jù)業(yè)
30、務(wù)信道。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道。 2信道分類信道分類 l(2)控制信道。)控制信道。 l 廣播信道(廣播信道(BCH)。)。 l 公用控制信道(公用控制信道(CCCH)。)。 l 專用控制信道(專用控制信道(DCCH)。)。 l獨(dú)立專用控制信道(獨(dú)立專用控制信道(SDCCH) l慢速輔助控制信道(慢速輔助控制信道(SACCH) l快速輔助控制信道(快速輔助控制信道(FACCH) 7.2.3 時(shí)隙的格式時(shí)隙的格式 l在在GSM系統(tǒng)中,每幀含系統(tǒng)中,每幀含8個(gè)時(shí)隙,時(shí)隙的寬個(gè)時(shí)隙,時(shí)隙的寬 度為度為0.577ms,其中包含,其中包含156.25bit。 lTDMA信道上一個(gè)時(shí)隙中的信息格式稱為信道上一個(gè)時(shí)隙
31、中的信息格式稱為 突發(fā)脈沖序列。突發(fā)脈沖序列。 1常規(guī)突發(fā)(常規(guī)突發(fā)(Normal Burst,NB)脈沖)脈沖 序列序列 l常規(guī)突發(fā)脈沖序列也稱普通突發(fā)脈沖序列,常規(guī)突發(fā)脈沖序列也稱普通突發(fā)脈沖序列, 用于業(yè)務(wù)信道及專用控制信道,其組成格用于業(yè)務(wù)信道及專用控制信道,其組成格 式如圖式如圖7-11所示。所示。 1常規(guī)突發(fā)(常規(guī)突發(fā)(Normal Burst,NB)脈沖)脈沖 序列序列 圖圖7-11 常規(guī)、頻率校正、同步突發(fā)脈沖序列常規(guī)、頻率校正、同步突發(fā)脈沖序列 的格式的格式 1常規(guī)突發(fā)(常規(guī)突發(fā)(Normal Burst,NB)脈沖)脈沖 序列序列 圖圖7-12 GSM訓(xùn)練序列的自相關(guān)函數(shù)訓(xùn)
32、練序列的自相關(guān)函數(shù) 1常規(guī)突發(fā)(常規(guī)突發(fā)(Normal Burst,NB)脈沖)脈沖 序列序列 圖圖7-13 常規(guī)突發(fā)序列的振幅圖常規(guī)突發(fā)序列的振幅圖 2頻率校正突發(fā)(頻率校正突發(fā)(Frequency Correction Burst,F(xiàn)CB)脈沖序列)脈沖序列 l頻率校正突發(fā)脈沖序列用于校正移動(dòng)臺(tái)的頻率校正突發(fā)脈沖序列用于校正移動(dòng)臺(tái)的 載波頻率,其格式比較簡單,如圖載波頻率,其格式比較簡單,如圖7-11所所 示。示。 3同步突發(fā)(同步突發(fā)(Synchronization Burst, SB)脈沖序列)脈沖序列 l同步突發(fā)脈沖序列用于移動(dòng)臺(tái)的時(shí)間同步,同步突發(fā)脈沖序列用于移動(dòng)臺(tái)的時(shí)間同步, 其
33、格式如圖其格式如圖7-11所示,主要組成包括所示,主要組成包括64bit 的同步信號(hào)(擴(kuò)展的訓(xùn)練序列)以及兩段的同步信號(hào)(擴(kuò)展的訓(xùn)練序列)以及兩段 各各39bit的數(shù)據(jù),用于傳輸?shù)臄?shù)據(jù),用于傳輸TDMA幀號(hào)和基幀號(hào)和基 站識(shí)別。站識(shí)別。 4接入突發(fā)(接入突發(fā)(Access Burst,AB)脈沖)脈沖 序列序列 l接入突發(fā)脈沖序列用于上行傳輸方向,在接入突發(fā)脈沖序列用于上行傳輸方向,在 隨機(jī)接入信道(隨機(jī)接入信道(RACH)上傳送,用于移)上傳送,用于移 動(dòng)用戶向基站提出入網(wǎng)申請。動(dòng)用戶向基站提出入網(wǎng)申請。 l接入突發(fā)脈沖序列的格式如圖接入突發(fā)脈沖序列的格式如圖7-14所示。所示。 4接入突發(fā)
34、(接入突發(fā)(Access Burst,AB)脈沖)脈沖 序列序列 圖圖7-14 接入突發(fā)脈沖序列的格式接入突發(fā)脈沖序列的格式 4接入突發(fā)(接入突發(fā)(Access Burst,AB)脈沖)脈沖 序列序列 圖圖7-15 接入突發(fā)脈沖序列的振幅圖和時(shí)間限接入突發(fā)脈沖序列的振幅圖和時(shí)間限 制框制框 4接入突發(fā)(接入突發(fā)(Access Burst,AB)脈沖)脈沖 序列序列 圖圖7-16 接入序列突發(fā)的時(shí)延接入序列突發(fā)的時(shí)延 4接入突發(fā)(接入突發(fā)(Access Burst,AB)脈沖)脈沖 序列序列 l除了上述四種格式之外,還有一種不發(fā)送除了上述四種格式之外,還有一種不發(fā)送 實(shí)際信息的時(shí)隙格式,稱為實(shí)際
35、信息的時(shí)隙格式,稱為“虛設(shè)時(shí)隙虛設(shè)時(shí)隙” 格式,用于填空,其結(jié)構(gòu)和格式,用于填空,其結(jié)構(gòu)和NB格式相同,格式相同, 但只發(fā)送固定的比特序列。但只發(fā)送固定的比特序列。 7.2.4 信道的組合方式信道的組合方式 l邏輯信道組合是以幀為基礎(chǔ)的,邏輯信道組合是以幀為基礎(chǔ)的,“組合組合” 是將各種邏輯信道裝載到物理信道上去。是將各種邏輯信道裝載到物理信道上去。 l邏輯信道與物理信道之間存在著映射關(guān)系。邏輯信道與物理信道之間存在著映射關(guān)系。 l信道的組合形式與通信系統(tǒng)在不同階段信道的組合形式與通信系統(tǒng)在不同階段 (接續(xù)或通話)所需要完成的功能有關(guān),(接續(xù)或通話)所需要完成的功能有關(guān), 也與傳輸?shù)姆较颍ㄉ闲?/p>
36、或下行)有關(guān),還也與傳輸?shù)姆较颍ㄉ闲谢蛳滦校┯嘘P(guān),還 與業(yè)務(wù)量有關(guān)。與業(yè)務(wù)量有關(guān)。 1業(yè)務(wù)信道的組合方式業(yè)務(wù)信道的組合方式 l業(yè)務(wù)信道有全速率和半速率之分,下面只業(yè)務(wù)信道有全速率和半速率之分,下面只 考慮全速率情況??紤]全速率情況。 l業(yè)務(wù)信道的復(fù)幀含業(yè)務(wù)信道的復(fù)幀含26個(gè)個(gè) TDMA幀,其組成幀,其組成 的格式和物理信道(一個(gè)時(shí)隙)的映射關(guān)的格式和物理信道(一個(gè)時(shí)隙)的映射關(guān) 系如圖系如圖7-17所示。所示。 1業(yè)務(wù)信道的組合方式業(yè)務(wù)信道的組合方式 圖圖7-17 業(yè)務(wù)信道的組成格式業(yè)務(wù)信道的組成格式 2控制信道的組合方式控制信道的組合方式 l控制信道的復(fù)幀含控制信道的復(fù)幀含51幀,其組合方式
37、類型幀,其組合方式類型 較多,而且上行傳輸和下行傳輸?shù)慕M合方較多,而且上行傳輸和下行傳輸?shù)慕M合方 式也是不相同的。式也是不相同的。 l(1)BCH和和CCCH在在TS0上的復(fù)用。上的復(fù)用。 l(2)SDCCH和和SACCH在在TS1上的復(fù)用。上的復(fù)用。 l(3)公用控制信道和專用控制信道均在)公用控制信道和專用控制信道均在 TS0上復(fù)用。上復(fù)用。 2控制信道的組合方式控制信道的組合方式 圖圖7-18 BCH和和CCCH在在TS0上的復(fù)用上的復(fù)用 2控制信道的組合方式控制信道的組合方式 圖圖7-19 TS0上上RACH的復(fù)用的復(fù)用 2控制信道的組合方式控制信道的組合方式 圖圖7-20 SDCCH
38、和和SACCH(下行)在(下行)在TS1上上 的復(fù)用的復(fù)用 2控制信道的組合方式控制信道的組合方式 圖圖7-21 TS0上控制信道綜合復(fù)用上控制信道綜合復(fù)用 7.3 GSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)主要技術(shù)數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)主要技術(shù) l7.3.1 話音和信道編碼技術(shù)話音和信道編碼技術(shù) l7.3.2 跳頻和間斷傳輸技術(shù)跳頻和間斷傳輸技術(shù) l7.3.3 調(diào)制與解調(diào)技術(shù)調(diào)制與解調(diào)技術(shù) l7.3.4 鑒權(quán)與加密技術(shù)鑒權(quán)與加密技術(shù) l7.3.5 位置登記位置登記 l7.3.6 GSM系統(tǒng)的區(qū)域與號(hào)碼系統(tǒng)的區(qū)域與號(hào)碼 l7.3.7 主要業(yè)務(wù)主要業(yè)務(wù) 7.3.1 話音和信道編碼技術(shù)話音和信道編碼技術(shù) l數(shù)字化話
39、音信號(hào)在無線傳輸時(shí)主要面臨三數(shù)字化話音信號(hào)在無線傳輸時(shí)主要面臨三 個(gè)問題:個(gè)問題: l一是選擇低速率的編碼方式,以適應(yīng)有限一是選擇低速率的編碼方式,以適應(yīng)有限 帶寬的要求;帶寬的要求; l二是選擇有效的方法減少誤碼率,即信道二是選擇有效的方法減少誤碼率,即信道 編碼問題;編碼問題; l三是選用有效的調(diào)制方法,減小雜波輻射,三是選用有效的調(diào)制方法,減小雜波輻射, 降低干擾。下面著重討論降低干擾。下面著重討論GSM系統(tǒng)中話音系統(tǒng)中話音 編碼和信道編碼中的主要特點(diǎn)。編碼和信道編碼中的主要特點(diǎn)。 7.3.1 話音和信道編碼技術(shù)話音和信道編碼技術(shù) 圖圖7-22 GSM系統(tǒng)的話音編碼和信道編碼的系統(tǒng)的話音
40、編碼和信道編碼的 組成方框圖組成方框圖 7.3.1 話音和信道編碼技術(shù)話音和信道編碼技術(shù) 圖圖7-23 GSM系統(tǒng)的編碼流程系統(tǒng)的編碼流程 7.3.1 話音和信道編碼技術(shù)話音和信道編碼技術(shù) 圖圖7-24 GSM系統(tǒng)的交織方式系統(tǒng)的交織方式 7.3.2 跳頻和間斷傳輸技術(shù)跳頻和間斷傳輸技術(shù) l1跳頻跳頻 l跳頻是指載波頻率在很寬頻率范圍內(nèi)按某跳頻是指載波頻率在很寬頻率范圍內(nèi)按某 種圖案(序列)進(jìn)行跳變。種圖案(序列)進(jìn)行跳變。 1跳頻跳頻 圖圖7-25 GSM系統(tǒng)的跳頻示意圖系統(tǒng)的跳頻示意圖 1跳頻跳頻 l跳頻系統(tǒng)的抗干擾原理與直接序列擴(kuò)頻系跳頻系統(tǒng)的抗干擾原理與直接序列擴(kuò)頻系 統(tǒng)是不同的。統(tǒng)是
41、不同的。 l直接序列擴(kuò)頻是靠頻譜的擴(kuò)展和解擴(kuò)處理直接序列擴(kuò)頻是靠頻譜的擴(kuò)展和解擴(kuò)處理 來提高抗干擾能力的,而跳頻是靠躲避干來提高抗干擾能力的,而跳頻是靠躲避干 擾來獲得抗干擾能力的。擾來獲得抗干擾能力的。 l抗干擾性能用處理增益抗干擾性能用處理增益GP表征,表征,GP的表的表 達(dá)式為達(dá)式為 10lg W P C B G B 2間斷傳輸間斷傳輸 l為了提高頻譜利用率,為了提高頻譜利用率,GSM系統(tǒng)還采用了系統(tǒng)還采用了 話音激活技術(shù)。話音激活技術(shù)。 l這個(gè)被稱為間斷傳輸(這個(gè)被稱為間斷傳輸(DTx)技術(shù)的基本)技術(shù)的基本 原則是只在有話音時(shí)才打開發(fā)射機(jī),這樣原則是只在有話音時(shí)才打開發(fā)射機(jī),這樣 可
42、以減小干擾,提高系統(tǒng)容量。采用可以減小干擾,提高系統(tǒng)容量。采用DTx 技術(shù),對移動(dòng)臺(tái)來說更有意義,因?yàn)樵跓o技術(shù),對移動(dòng)臺(tái)來說更有意義,因?yàn)樵跓o 信息傳輸時(shí)即關(guān)閉發(fā)射機(jī),可以減少電源信息傳輸時(shí)即關(guān)閉發(fā)射機(jī),可以減少電源 消耗。消耗。 7.3.3 調(diào)制與解調(diào)技術(shù)調(diào)制與解調(diào)技術(shù) l1調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù) l調(diào)制器接收來自加密單元的比特流,并產(chǎn)調(diào)制器接收來自加密單元的比特流,并產(chǎn) 生射頻信號(hào)。生射頻信號(hào)。 l調(diào)制方式為高斯濾波最小移頻鍵控調(diào)制方式為高斯濾波最小移頻鍵控 (GMSK),其歸一化帶寬),其歸一化帶寬BT=0.3。 l調(diào)制速率是調(diào)制速率是=kbit/s,即近似為,即近似為 270.833kbit
43、/s。 1調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù) lGMSK調(diào)制是下述兩者之間的折中選擇:調(diào)制是下述兩者之間的折中選擇: 相當(dāng)高的無線頻譜效率(相當(dāng)高的無線頻譜效率(1bit/Hz數(shù)量級(jí))數(shù)量級(jí)) 和合理的解調(diào)復(fù)雜性。和合理的解調(diào)復(fù)雜性。 1調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù) 圖圖7-26 GSMK調(diào)制頻譜調(diào)制頻譜 2解調(diào)技術(shù)解調(diào)技術(shù) l解調(diào)器對所收的失真信號(hào),必須做調(diào)制數(shù)解調(diào)器對所收的失真信號(hào),必須做調(diào)制數(shù) 據(jù)序列估計(jì)。據(jù)序列估計(jì)。 l為使解調(diào)器完成此項(xiàng)工作,在每個(gè)突發(fā)脈為使解調(diào)器完成此項(xiàng)工作,在每個(gè)突發(fā)脈 沖序列中都含有一個(gè)接收機(jī)能識(shí)別的預(yù)定沖序列中都含有一個(gè)接收機(jī)能識(shí)別的預(yù)定 序列,如訓(xùn)練序列,以便接收機(jī)能估計(jì)出序列,如訓(xùn)練序
44、列,以便接收機(jī)能估計(jì)出 傳播引起的信號(hào)失真。傳播引起的信號(hào)失真。 2解調(diào)技術(shù)解調(diào)技術(shù) l現(xiàn)有的解調(diào)算法很多,現(xiàn)有的解調(diào)算法很多,GSM規(guī)范也沒有規(guī)規(guī)范也沒有規(guī) 定必須采用哪一種算法,但對信道譯碼糾定必須采用哪一種算法,但對信道譯碼糾 錯(cuò)以后所測的總性能是有要求的。錯(cuò)以后所測的總性能是有要求的。 l一個(gè)重要的限制是算法必須能應(yīng)付在一個(gè)重要的限制是算法必須能應(yīng)付在16 s (約(約4個(gè)比特的持續(xù)時(shí)間)間隔中接收兩條個(gè)比特的持續(xù)時(shí)間)間隔中接收兩條 路徑的等功率信號(hào)。路徑的等功率信號(hào)。 2解調(diào)技術(shù)解調(diào)技術(shù) l這種情況下的字符干擾與調(diào)制本身引入的這種情況下的字符干擾與調(diào)制本身引入的 字符間干擾相比較,
45、是有驚人的增加。簡字符間干擾相比較,是有驚人的增加。簡 單的解調(diào)技術(shù)克服不了這樣嚴(yán)重的字符間單的解調(diào)技術(shù)克服不了這樣嚴(yán)重的字符間 干擾,所以采用均衡是必不可少的。干擾,所以采用均衡是必不可少的。 7.3.4 鑒權(quán)與加密技術(shù)鑒權(quán)與加密技術(shù) l由于空中接口極易受到侵犯,由于空中接口極易受到侵犯,GSM系統(tǒng)為系統(tǒng)為 了保證通信安全,采取了特別的鑒權(quán)與加了保證通信安全,采取了特別的鑒權(quán)與加 密措施。密措施。 l鑒權(quán)是為了確認(rèn)移動(dòng)臺(tái)的合法性,而加密鑒權(quán)是為了確認(rèn)移動(dòng)臺(tái)的合法性,而加密 是為了防止第三者竊聽。是為了防止第三者竊聽。 7.3.4 鑒權(quán)與加密技術(shù)鑒權(quán)與加密技術(shù) l鑒權(quán)中心(鑒權(quán)中心(AUC)為
46、鑒權(quán)與加密提供了三)為鑒權(quán)與加密提供了三 參數(shù)組,即參數(shù)組,即RAND、SRES和和Kc,在用戶入,在用戶入 網(wǎng)簽約時(shí),用戶鑒權(quán)鍵網(wǎng)簽約時(shí),用戶鑒權(quán)鍵Ki連同連同IMSI一起分一起分 配給用戶,每一個(gè)用戶均有唯一的配給用戶,每一個(gè)用戶均有唯一的Ki和和 IMSI,它們存儲(chǔ)于,它們存儲(chǔ)于AUC數(shù)據(jù)庫租數(shù)據(jù)庫租SIM用戶用戶 識(shí)別卡中。識(shí)別卡中。 7.3.4 鑒權(quán)與加密技術(shù)鑒權(quán)與加密技術(shù) 圖圖7-27 AUC產(chǎn)生三個(gè)參數(shù)組產(chǎn)生三個(gè)參數(shù)組 7.3.4 鑒權(quán)與加密技術(shù)鑒權(quán)與加密技術(shù) l首先,產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)數(shù)(首先,產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)數(shù)(RAND)。)。 l再通過密鑰算法(再通過密鑰算法(A8)和鑒權(quán)算法()和
47、鑒權(quán)算法(A3),), 用用RAND和和Ki分別計(jì)算出密鑰(分別計(jì)算出密鑰(Kc)和符)和符 號(hào)響應(yīng)(號(hào)響應(yīng)(SRES)。)。 l最后,最后,RAND、SRES和和Kc作為一個(gè)三參數(shù)作為一個(gè)三參數(shù) 組一起送給組一起送給HLR。 1鑒權(quán)鑒權(quán) l無論是移動(dòng)臺(tái)主呼或被呼,都有鑒權(quán)過程,無論是移動(dòng)臺(tái)主呼或被呼,都有鑒權(quán)過程, 鑒權(quán)程序如圖鑒權(quán)程序如圖7-28所示。所示。 l鑒權(quán)過程主要涉及鑒權(quán)過程主要涉及AUC、HLR、MSC/VLR 和和MS,它們均各自存儲(chǔ)著用戶有關(guān)的信息,它們均各自存儲(chǔ)著用戶有關(guān)的信息 或參數(shù)。或參數(shù)。 1鑒權(quán)鑒權(quán) l當(dāng)當(dāng)MS發(fā)出入網(wǎng)請求時(shí),發(fā)出入網(wǎng)請求時(shí),MSC/VLR就向就向
48、MS 發(fā)送發(fā)送RAND,MS使用該使用該RAND以及與以及與 AUC 內(nèi)相同的鑒權(quán)鍵內(nèi)相同的鑒權(quán)鍵K i和鑒權(quán)算法和鑒權(quán)算法A3,計(jì)算出,計(jì)算出 符號(hào)響應(yīng)符號(hào)響應(yīng)SRES,然后把,然后把SRES回送給回送給 MSC/VLR,驗(yàn)證其合法性。,驗(yàn)證其合法性。 2加密加密 lGSM系統(tǒng)為確保用戶信息(語音或非語音系統(tǒng)為確保用戶信息(語音或非語音 業(yè)務(wù))以及與用戶有關(guān)信令信息的私密性,業(yè)務(wù))以及與用戶有關(guān)信令信息的私密性, 在在BTS與與MS之間交換信息時(shí)專門采用了一之間交換信息時(shí)專門采用了一 個(gè)加密程序,如圖個(gè)加密程序,如圖7-29所示。所示。 2加密加密 圖圖7-28 鑒權(quán)程序鑒權(quán)程序 2加密加密
49、 圖圖7-29 加密程序加密程序 3設(shè)備識(shí)別設(shè)備識(shí)別 l每一個(gè)移動(dòng)臺(tái)設(shè)備均有一個(gè)唯一的移動(dòng)臺(tái)每一個(gè)移動(dòng)臺(tái)設(shè)備均有一個(gè)唯一的移動(dòng)臺(tái) 設(shè)備識(shí)別碼(設(shè)備識(shí)別碼(IMEI)。)。 lEIR中使用如下三種設(shè)備清單:中使用如下三種設(shè)備清單: l白名單白名單合法的移動(dòng)設(shè)備識(shí)別號(hào);合法的移動(dòng)設(shè)備識(shí)別號(hào); l黑名單黑名單禁止使用的移動(dòng)設(shè)備識(shí)別號(hào);禁止使用的移動(dòng)設(shè)備識(shí)別號(hào); l灰名單灰名單是否允許使用由運(yùn)營者決定,是否允許使用由運(yùn)營者決定, 例如有故障的或未經(jīng)型號(hào)認(rèn)證的移動(dòng)設(shè)備例如有故障的或未經(jīng)型號(hào)認(rèn)證的移動(dòng)設(shè)備 識(shí)別號(hào)。識(shí)別號(hào)。 3設(shè)備識(shí)別設(shè)備識(shí)別 圖圖7-30 設(shè)備識(shí)別程序設(shè)備識(shí)別程序 4用戶識(shí)別碼(用戶識(shí)別
50、碼(IMSI)保密)保密 l為了防止非法監(jiān)聽進(jìn)而盜用為了防止非法監(jiān)聽進(jìn)而盜用IMSI,在無線,在無線 鏈路上需要傳送鏈路上需要傳送IMSI時(shí),均用臨時(shí)移動(dòng)用時(shí),均用臨時(shí)移動(dòng)用 戶識(shí)別碼(戶識(shí)別碼(TMSI)代替)代替IMSI。 l僅在位置更新失敗或僅在位置更新失敗或MS得不到得不到TMSI時(shí),時(shí), 才使用才使用IMSI。 lMS每次向系統(tǒng)請求一種程序,如位置更新、每次向系統(tǒng)請求一種程序,如位置更新、 呼叫嘗試等,呼叫嘗試等,MSC/VLR將給將給MS分配一個(gè)分配一個(gè) 新的新的TMSI。 4用戶識(shí)別碼(用戶識(shí)別碼(IMSI)保密)保密 圖圖7-31 位置更新時(shí)產(chǎn)生新的位置更新時(shí)產(chǎn)生新的TMSI程
51、序程序 7.3.5 位置登記位置登記 l位置登記(或稱注冊)是通信網(wǎng)為了跟蹤位置登記(或稱注冊)是通信網(wǎng)為了跟蹤 移動(dòng)臺(tái)的位置變化,而對其位置信息進(jìn)行移動(dòng)臺(tái)的位置變化,而對其位置信息進(jìn)行 登記、刪除和更新的過程。登記、刪除和更新的過程。 l位置信息存儲(chǔ)在原籍位置寄存器(位置信息存儲(chǔ)在原籍位置寄存器(HLR) 和訪問位置寄存器(和訪問位置寄存器(VLR)中。)中。 lGSM蜂窩通信系統(tǒng)把整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋區(qū)域蜂窩通信系統(tǒng)把整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋區(qū)域 劃分為許多位置區(qū),并以不同的位置區(qū)標(biāo)劃分為許多位置區(qū),并以不同的位置區(qū)標(biāo) 志進(jìn)行區(qū)別,如圖志進(jìn)行區(qū)別,如圖7-32中的中的LA1,LA2, LA3, 7.3.5
52、 位置登記位置登記 l當(dāng)一個(gè)移動(dòng)用戶首次入網(wǎng)時(shí),它必須通過當(dāng)一個(gè)移動(dòng)用戶首次入網(wǎng)時(shí),它必須通過 移動(dòng)交換中心(移動(dòng)交換中心(MSC),在相應(yīng)的位置寄),在相應(yīng)的位置寄 存器(存器(HLR)中登記注冊,把其有關(guān)的參)中登記注冊,把其有關(guān)的參 數(shù)(如移動(dòng)用戶識(shí)別碼、移動(dòng)臺(tái)編號(hào)及業(yè)數(shù)(如移動(dòng)用戶識(shí)別碼、移動(dòng)臺(tái)編號(hào)及業(yè) 務(wù)類型等)全部存放在這個(gè)位置寄存器中,務(wù)類型等)全部存放在這個(gè)位置寄存器中, 于是網(wǎng)絡(luò)就把這個(gè)位置寄存器稱為原籍位于是網(wǎng)絡(luò)就把這個(gè)位置寄存器稱為原籍位 置寄存器。置寄存器。 7.3.5 位置登記位置登記 圖圖7-32 位置區(qū)劃分的示意圖位置區(qū)劃分的示意圖 7.3.5 位置登記位置登記
53、l移動(dòng)臺(tái)的不斷運(yùn)動(dòng)將導(dǎo)致其位置的不斷變移動(dòng)臺(tái)的不斷運(yùn)動(dòng)將導(dǎo)致其位置的不斷變 化。化。 l這種變動(dòng)的位置信息由另一種位置寄存器,這種變動(dòng)的位置信息由另一種位置寄存器, 即訪問位置寄存器(即訪問位置寄存器(VLR)進(jìn)行登記。)進(jìn)行登記。 7.3.5 位置登記位置登記 l位置區(qū)的標(biāo)志在廣播控制信道(位置區(qū)的標(biāo)志在廣播控制信道(BCCH) 中播送,移動(dòng)臺(tái)開機(jī)后,就可以搜索此中播送,移動(dòng)臺(tái)開機(jī)后,就可以搜索此 BCCH,從中提取所在位置區(qū)的標(biāo)志。,從中提取所在位置區(qū)的標(biāo)志。 l當(dāng)移動(dòng)臺(tái)進(jìn)入某個(gè)訪問區(qū)需要進(jìn)行位置登當(dāng)移動(dòng)臺(tái)進(jìn)入某個(gè)訪問區(qū)需要進(jìn)行位置登 記時(shí),它就向該區(qū)的記時(shí),它就向該區(qū)的MSC發(fā)出發(fā)出“位
54、置登記位置登記 請求(請求(LR)”。 7.3.5 位置登記位置登記 l如果如果MS是利用是利用“臨時(shí)用戶識(shí)別碼臨時(shí)用戶識(shí)別碼 (TMSI)”(由(由(VLR)0分配的)發(fā)起分配的)發(fā)起 “位置登記請求位置登記請求”的(的(VLR)n收到后,必收到后,必 須先向(須先向(VLR)0詢問該用戶的詢問該用戶的IMSI,如詢,如詢 問操作成功,(問操作成功,(VLR)n再給該再給該MS分配一分配一 個(gè)新的個(gè)新的TMSI,接下去的過程與上面一樣。,接下去的過程與上面一樣。 l如果如果MS因故未收到因故未收到“確認(rèn)確認(rèn)”信息,則此次信息,則此次 申請失敗,可以重復(fù)發(fā)送三次申請,每次申請失敗,可以重復(fù)發(fā)送
55、三次申請,每次 間隔至少是間隔至少是10s。 7.3.5 位置登記位置登記 l移動(dòng)臺(tái)可能處于激活(開機(jī))狀態(tài),也可移動(dòng)臺(tái)可能處于激活(開機(jī))狀態(tài),也可 能處于非激活(關(guān)機(jī))狀態(tài)。移動(dòng)臺(tái)轉(zhuǎn)入能處于非激活(關(guān)機(jī))狀態(tài)。移動(dòng)臺(tái)轉(zhuǎn)入 非激活狀態(tài)時(shí),要在有關(guān)的非激活狀態(tài)時(shí),要在有關(guān)的VLR和和HLR中中 設(shè)置特定的標(biāo)志,使網(wǎng)絡(luò)拒絕向該用戶呼設(shè)置特定的標(biāo)志,使網(wǎng)絡(luò)拒絕向該用戶呼 叫,以免在無線鏈路上發(fā)送無效的尋呼信叫,以免在無線鏈路上發(fā)送無效的尋呼信 號(hào),這種功能稱為號(hào),這種功能稱為“IMSI分離分離”。當(dāng)移動(dòng)。當(dāng)移動(dòng) 臺(tái)由非激活狀態(tài)轉(zhuǎn)為激活狀態(tài)時(shí),移動(dòng)臺(tái)臺(tái)由非激活狀態(tài)轉(zhuǎn)為激活狀態(tài)時(shí),移動(dòng)臺(tái) 取消上述分離
56、標(biāo)志,恢復(fù)正常工作,這種取消上述分離標(biāo)志,恢復(fù)正常工作,這種 功能稱為功能稱為“IMSI附著附著”。兩者統(tǒng)稱為。兩者統(tǒng)稱為 “IMSI分離附著分離附著”。 7.3.5 位置登記位置登記 l網(wǎng)絡(luò)通過網(wǎng)絡(luò)通過BCCH通知通知MS其周期性登記的時(shí)其周期性登記的時(shí) 間周期。周期性登記程序中有證實(shí)消息,間周期。周期性登記程序中有證實(shí)消息, MS只有接收到此消息后才停止發(fā)送登記消只有接收到此消息后才停止發(fā)送登記消 息。息。 7.3.6 GSM系統(tǒng)的區(qū)域與號(hào)碼系統(tǒng)的區(qū)域與號(hào)碼 l1區(qū)域定義區(qū)域定義 lGSM系統(tǒng)屬于小區(qū)制大容量移動(dòng)通信網(wǎng)。系統(tǒng)屬于小區(qū)制大容量移動(dòng)通信網(wǎng)。 l在它的服務(wù)區(qū)間,設(shè)置很多基站,移動(dòng)
57、通在它的服務(wù)區(qū)間,設(shè)置很多基站,移動(dòng)通 信網(wǎng)在此服務(wù)區(qū)內(nèi),具有控制、交換功能,信網(wǎng)在此服務(wù)區(qū)內(nèi),具有控制、交換功能, 以實(shí)現(xiàn)位置更新、呼叫接續(xù)、過區(qū)切換及以實(shí)現(xiàn)位置更新、呼叫接續(xù)、過區(qū)切換及 漫游服務(wù)等功能。漫游服務(wù)等功能。 l在由在由GSM系統(tǒng)組成的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中,系統(tǒng)組成的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中, 其相應(yīng)的區(qū)域定義如圖其相應(yīng)的區(qū)域定義如圖7-33所示。所示。 1區(qū)域定義區(qū)域定義 圖圖7-33 GSM系統(tǒng)的區(qū)域定義系統(tǒng)的區(qū)域定義 1區(qū)域定義區(qū)域定義 l(1)GSM服務(wù)區(qū)。服務(wù)區(qū)。 l(2)公用陸地移動(dòng)通信網(wǎng)()公用陸地移動(dòng)通信網(wǎng)(PLMN)。)。 l(3)MSC區(qū)。區(qū)。 l(4)位置區(qū)。)位
58、置區(qū)。 l(5)基站區(qū)。)基站區(qū)。 l(6)扇區(qū)。)扇區(qū)。 2號(hào)碼與識(shí)別號(hào)碼與識(shí)別 l(1)移動(dòng)用戶識(shí)別碼。)移動(dòng)用戶識(shí)別碼。 l(2)臨時(shí)移動(dòng)用戶識(shí)別碼。)臨時(shí)移動(dòng)用戶識(shí)別碼。 l(3)國際移動(dòng)設(shè)備識(shí)別碼。)國際移動(dòng)設(shè)備識(shí)別碼。 l(4)移動(dòng)臺(tái)的號(hào)碼。)移動(dòng)臺(tái)的號(hào)碼。 l 移動(dòng)臺(tái)國際移動(dòng)臺(tái)國際ISDN號(hào)碼(號(hào)碼(MSISDN)。)。 l 移動(dòng)臺(tái)漫游號(hào)碼(移動(dòng)臺(tái)漫游號(hào)碼(MSRN)。)。 2號(hào)碼與識(shí)別號(hào)碼與識(shí)別 圖圖7-34 國際移動(dòng)用戶識(shí)別碼(國際移動(dòng)用戶識(shí)別碼(IMSI)的格式)的格式 2號(hào)碼與識(shí)別號(hào)碼與識(shí)別 圖圖7-35 國際移動(dòng)設(shè)備識(shí)別碼(國際移動(dòng)設(shè)備識(shí)別碼(IMEI)的格式)的格式
59、2號(hào)碼與識(shí)別號(hào)碼與識(shí)別 圖圖7-36 移動(dòng)臺(tái)國際移動(dòng)臺(tái)國際ISDN號(hào)碼格式號(hào)碼格式 2號(hào)碼與識(shí)別號(hào)碼與識(shí)別 l(5)位置區(qū)和基站的識(shí)別碼)位置區(qū)和基站的識(shí)別碼 l 位置區(qū)識(shí)別碼(位置區(qū)識(shí)別碼(LAI)。)。 l 位置區(qū)碼(位置區(qū)碼(LAC)。)。 l 基相識(shí)別色碼(基相識(shí)別色碼(BSIC)。)。 2號(hào)碼與識(shí)別號(hào)碼與識(shí)別 圖圖7-37 位置區(qū)識(shí)別碼(位置區(qū)識(shí)別碼(LAI)的格式)的格式 2號(hào)碼與識(shí)別號(hào)碼與識(shí)別 圖圖7-38 基站識(shí)別色碼(基站識(shí)別色碼(BSIC)的格式)的格式 7.3.7 主要業(yè)務(wù)主要業(yè)務(wù) lGSM系統(tǒng)定義的所有業(yè)務(wù)是建立在綜合業(yè)系統(tǒng)定義的所有業(yè)務(wù)是建立在綜合業(yè) 務(wù)數(shù)字網(wǎng)(務(wù)數(shù)字
60、網(wǎng)(ISDN)概念基礎(chǔ)上的,并考慮)概念基礎(chǔ)上的,并考慮 移動(dòng)特點(diǎn)做了必要修改。移動(dòng)特點(diǎn)做了必要修改。 lGSM系統(tǒng)可提供的業(yè)務(wù)分為基本通信業(yè)務(wù)系統(tǒng)可提供的業(yè)務(wù)分為基本通信業(yè)務(wù) 和補(bǔ)充業(yè)務(wù)。和補(bǔ)充業(yè)務(wù)。 l補(bǔ)充業(yè)務(wù)只是對基本通信業(yè)務(wù)的擴(kuò)充,它補(bǔ)充業(yè)務(wù)只是對基本通信業(yè)務(wù)的擴(kuò)充,它 不能單獨(dú)向用戶提供。不能單獨(dú)向用戶提供。 1通信業(yè)務(wù)分類通信業(yè)務(wù)分類 2業(yè)務(wù)定義業(yè)務(wù)定義 l(1)電話業(yè)務(wù)。)電話業(yè)務(wù)。 l(2)緊急呼叫業(yè)務(wù)。)緊急呼叫業(yè)務(wù)。 l(3)短消息業(yè)務(wù)。)短消息業(yè)務(wù)。 l(4)可視圖文接入。)可視圖文接入。 l(5)智能用戶電報(bào)傳送。)智能用戶電報(bào)傳送。 l(6)傳真。)傳真。 7.4 G
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