第1章GSM概述

1、1第1章 GSM概述2l移動通信概述lGSM系統(tǒng)概述lGSM系統(tǒng)中的信令l基站簡介3l移動通信概念l移動通信特點l移動通信中的主要技術(shù)4l移動通信：通信雙方中至少有一方在移動中進行信息交換。移動-移動；移動-固定單向或雙向工作方式：單工、半雙工、（全）雙工 準(zhǔn)雙工：僅在有信號時發(fā)射，而接收機常開 FDD、TDD信息形式：語音、數(shù)據(jù)、多媒體、圖象按不同的依據(jù)有多種分類方式與無線電通信不是相同概念5l有線和無線相結(jié)合l電波傳播條件惡劣，存在嚴(yán)重多徑衰落l強干擾條件下工作l具有多普勒效應(yīng)l存在盲區(qū)l用戶經(jīng)常移動6l同頻復(fù)用l多信道共用l多址技術(shù)l切換l位置登記l漫游l分集技術(shù)l跳頻l語音間斷傳輸l提

2、高頻率利用率跟蹤交換抗衰落、抗干擾7l同頻復(fù)用小區(qū)制結(jié)構(gòu)（無線區(qū)群）中，間隔一定的距離重復(fù)使用相同的頻率提高頻率利用率l多信道共用多個用戶共同享用多個信道8l分集技術(shù)發(fā)送端把具有獨立衰落特性的信號分散傳送；接收端對多個分集信號進行集中合并處理微分集類型l極化分集 (不同極化)l空間分集 (不同位置上)l時間分集 (時間間隔)l角度分集 (不同的路徑和方向)l場分量分集 (不同的場分量)l頻率分集 (頻率間隔)9l切換通話中移動臺由一個小區(qū)進入另一個小區(qū)，為保持通話不中斷而進行的頻道轉(zhuǎn)換。l小區(qū)重選移動臺在空閑狀態(tài)由一個小區(qū)進入另一個小區(qū)l位置登記移動臺向系統(tǒng)發(fā)送報文表明自己所處位置的過程l漫游

3、移動臺離開注冊入網(wǎng)的歸屬區(qū)后仍能入網(wǎng)使用10lGSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)l頻率復(fù)用l跳頻11l系統(tǒng)組成l網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)lGSM系統(tǒng)中的接口1213l網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)NSS（或交換子系統(tǒng)SS）MSCHLR、VLR、AUC、EIRl基站子系統(tǒng)（BSS）BSCBTSl操作維護子系統(tǒng)（OSS）OMCl移動臺子系統(tǒng)（MS） 14lNSS：MSC：l電話交換功能（與呼叫相關(guān)）-核心l類型：普通MSC 網(wǎng)關(guān)MSC（GMSC）-選路 匯接MSC（TMSC）-匯接 GMSC和TMSC可獨立設(shè)置，或與MSC合設(shè)；可兼完成普通MSC的功能15HLRl移動用戶管理（用戶數(shù)據(jù)管理）-靜態(tài)l存儲信息：用戶信息（入網(wǎng)、業(yè)務(wù)） 位置信息（LAI）

4、號碼：MSISDN、IMSIVLRl移動性管理 -動態(tài)l用戶離開時，信息即被刪除l存儲信息：用戶信息、位置信息、 TMSI、MSRN16EIR：l移動設(shè)備管理防止非法設(shè)備入網(wǎng)使用l我國的GSM系統(tǒng)未安裝AUC：l功能：安全性管理l存鑒權(quán)信息和加密密鑰等用于安全方面的信息17lBSCBSCl各種接口管理，無線資源和無線參數(shù)管理如：切換定位、時間確定；功率控制；時間提前量確定BTS：l提供與MS的接口及無線鏈路l由BSC控制并服務(wù)于某小區(qū)的無線收發(fā)設(shè)備，完成信道轉(zhuǎn)接，與MS間無線傳輸及相關(guān)控制18lOSS：操作控制、維護管理主要管理項目及功能單元：l移動用戶管理 計費管理 移動設(shè)備管理 安全性管理

5、 移動網(wǎng)絡(luò)管理lOMC： 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視、操作 無線規(guī)劃 交換系統(tǒng)管理 性能管理 19lMS：提供用戶接入系統(tǒng)的接口用戶設(shè)備：手機、車載臺、MTMS=ME+SIMlGSM移動臺必須插入SIM才能正常呼叫l(wèi)在緊急呼叫時可不插SIM20l我國的GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)二、三級混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)l無線覆蓋區(qū)域結(jié)構(gòu)21lGSM中的接口lGSM數(shù)字信號處理lUm接口l移動用戶的接續(xù)過程（邏輯信道應(yīng)用）l移動用戶的呼叫處理過程22l接口類型、位置A、Abis、Um、SmB、C、D、E、F、G -網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)內(nèi)部接口l與基站子系統(tǒng)密切相關(guān)的接口A： MSCBSCAbis： BSCBTSUm： BTSMS2324lBS與MS的數(shù)字信

6、號處理過程相似 區(qū)別：BSC處理信號來自MSC的64kbit/s的 PCM信號(8bit) MS處理的語音信號來自話筒25lMS對語音信號的處理過程26l概念僅在有信息需發(fā)送時才打開發(fā)射機，而在無聲段關(guān)閉發(fā)射機關(guān)發(fā)射機時信道不分配給其他用戶使用l作用為MS省電減少空中干擾電平間接提高頻率利用率27l信道l分級幀結(jié)構(gòu)28l信道物理信道：物理的 實際存在的lGSM中：一個載頻上的一個時隙每個載頻分為8個時隙-8個物理信道l一個時隙中傳送的信息格式-突發(fā)邏輯信道：根據(jù)信息種類人為定義l必須映射到物理信道才能實現(xiàn)信息傳輸l類型：業(yè)務(wù)信道TCH：傳送編碼后的話音或用戶數(shù)據(jù) （可能被FACCH借用） 控制

7、信道CCH：傳送信令或同步數(shù)據(jù)29l邏輯信道的分類 TCH FCCH頻率校正信道 BCH 廣播信道 SCH同步信道 BCCH廣播控制信道 PCH尋呼信道 CCH CCCH公共控制信道 RACH隨機接入信道 AGCH允許接入信道 SDCCH獨立專用控制信道 DCCH專用控制信道 SACCH慢速隨路控制信道 FACCH 快速隨控制信道30l邏輯信道到物理信道的映射C0載頻lTS0：FCCH、SCH、BCCH、PCH、AGCHTS0：RACH lTS1：SDCCH；SACCHlTS2TS7：TCHl上下行偏移3個時隙，使MS收發(fā)不需同時進行C1Cn載頻l全部8個時隙(TS0TS7)用作TCH31l時

8、隙幀結(jié)構(gòu)突發(fā)脈沖序列-時隙共156.25bit，占時0.577msl類型 普通突發(fā)脈沖序列NB保護間隔：8.25bit （TCH、BCCH、PCH、AGCH、SDCCH） 頻率校正突發(fā)脈沖序列FB（FCCH） 同步突發(fā)脈沖序列SB（SCH） 接入突發(fā)脈沖序列AB（RACH） 保護間隔：68.25bit 空閑突發(fā)脈沖序列DB無信息時代替NB發(fā)送32l分級幀結(jié)構(gòu)33l頻率復(fù)用：間隔一定的距離重復(fù)使用相同頻率提高頻率利用率的措施：l同頻復(fù)用l多信道共用34lGSM中頻道序號對應(yīng)工作頻率的計算 已知n為頻道序號 GSM900 n：1124l上行：fl(n)=890.2+(n-1)*0.2MHzl下行：

9、fh(n)=935.2+(n-1)*0.2MHz = fl(n)+45MHzDCS1800 n：512885l上行：fl(n)=1710.2+(n-512)*0.2MHzl下行：fh(n)=1805.2+(n-512)*0.2MHz = fl(n)+95MHz35l頻率復(fù)用方式43 、33、26、13方式l 43方式：4個基站組成一個無線區(qū)群，每個基站3個扇區(qū)即至少需12個載頻構(gòu)成一個區(qū)群覆蓋的頻道組l復(fù)用越緊密，頻率利用率越高但需考慮同頻干擾問題l選擇復(fù)用方式需考慮網(wǎng)絡(luò)具體情況36l概念：通話期間，工作載頻在幾個頻點上跳變工作時隙不變l采用跳頻技術(shù)的原因多徑衰落與頻率有關(guān)不同頻率，其衰落谷點

10、位置不同利用跳頻技術(shù)盡可能l作用：改善由衰落造成的誤碼特性 提高系統(tǒng)的抗衰落性能37l跳頻的類型快跳頻FFH：跳頻速率高于比特傳輸速率慢跳頻SFH：跳頻速率低于比特傳輸速率GSM中采用SFH，跳頻速率為217跳/秒每個時隙（幀）一跳，即傳156.25bit一跳速率為：1/4.62ms21738l跳頻的實現(xiàn)基帶跳頻：l適用于多發(fā)射機系統(tǒng)頻率合成器跳頻（射頻跳頻）：l可單發(fā)射機工作GSM系統(tǒng)中跳頻的實現(xiàn)lBTS設(shè)備可能支持兩種跳頻方式，但只能選一種實現(xiàn)lMS只能采用頻率合成器跳頻方式39在GSM系統(tǒng)中采用NO.7信令系統(tǒng)lNO.7信令系統(tǒng)lGSM中的信令與協(xié)議40lNO.7信令的層次以功能劃分模塊

11、，完成相對獨立的功能以原語在模塊間傳遞業(yè)務(wù)信息和網(wǎng)管信息層次結(jié)構(gòu)41層次結(jié)構(gòu)lMTP(消息傳遞部分)（分三級） 信令網(wǎng)功能（網(wǎng)絡(luò)層）-第三層 信令鏈路功能（鏈路層）-第二層 物理層-第一層lSCCP(信令連接控制部分)：加強MTP部分功能lTCAP(事務(wù)處理能力應(yīng)用部分)：應(yīng)用業(yè)務(wù)通信時提供規(guī)約和功能lOMAP(操作維護管理部分)：監(jiān)視、測量及管理功能，協(xié)議測試及在線監(jiān)視lMAP(移動應(yīng)用部分)：負(fù)責(zé)移動網(wǎng)特有的信令lCAP(CAMEL應(yīng)用部分)：提供移動智能業(yè)務(wù)lISUP(ISDN應(yīng)用部分)：在ISDN環(huán)境中提供語音/非話交換功能，支持承載、補充業(yè)務(wù)lTUP(電話用戶部分)：有關(guān)電話呼叫建立

12、、釋放功能及程序，支持部分補充業(yè)務(wù)42圖1-7 NO.7信令系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 43lGSM中信令分層高層應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層、物理層圖1-8 NO.7系統(tǒng)在GSM網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用 44lGSM網(wǎng)絡(luò)接口與協(xié)議不同接口采用不同協(xié)議圖1-9 GSM系統(tǒng)中的協(xié)議 45Um接口：MS-BTS在信令中包含其他GSM設(shè)備的信令l物理層：無線信道鏈路層：LAPDm（基于ISDN）網(wǎng)絡(luò)層：RIL3-RR(支持無線連接、測量報告處理)l無線接口三層協(xié)議：無線資源管理RR、移動性管理MM、連接管理CM圖1-10 MS與GSM各設(shè)備通信關(guān)系46Abis接口l物理層：PCM (2Mbit/s)l鏈路層：LAPDl網(wǎng)絡(luò)層：BT

13、SM和RR BTSM為BTS管理層：用于支持分配傳輸路徑 和測量報告A接口l物理層：PCMl鏈路層：MTP2l網(wǎng)絡(luò)層：MTP3、SCCPl用戶部分：BSSAP和Um三層信令 BSSAP為BSS應(yīng)用層47lGSM的分層結(jié)構(gòu)和協(xié)議GSM采用OSI七層模型各對等層間進行信息交換物理層：GSM L1提供物理鏈路 為高層提供TCH和CCH鏈路層：L2(基于ISDN的D信道的LAPDm) 提供數(shù)據(jù)碼流傳送中的糾錯能力 A(MTP2)、 Abis(LAPD)、Um(LAPDm)網(wǎng)絡(luò)層：信息流組織和選路中的協(xié)調(diào)和調(diào)度 L3：RR、MM、CM A（MTP3/SCCP） Abis（BTSM/RR） Um（RR/M

14、M/CM）48圖1-11 GSM系統(tǒng)中層次結(jié)構(gòu)和各自協(xié)議 49lGSM信令系統(tǒng)的特點嚴(yán)格分層：支持業(yè)務(wù)開放和系統(tǒng)互連網(wǎng)絡(luò)側(cè)(MSC/HLR/VLR/EIR)-OSI七層一致的NO.7 信令互連用戶接入側(cè)(MSC和BTS、空中接口) -ISDN用戶/網(wǎng)絡(luò)口一致的三層結(jié)構(gòu) 業(yè)務(wù)綜合接入Um上的不同協(xié)議MS對HLR設(shè)置補充業(yè)務(wù)參數(shù)BTS和BSC不對MM-CM處理移動性管理和通信接續(xù)信息RR：MS和BSC間交換無線資源分配消息50圖1-13 Um接口信令示意圖 51圖1-14 Abis接口上的4層信令 52lGSM網(wǎng)絡(luò)中與BSS有關(guān)的信令鏈路MTL：MSC與BSC之間的信令鏈路，俗稱A接口，采用中國7

15、#信令，鏈路速率64kb/s RSL：BSC與BTS之間的信令鏈路，俗稱Abis接口，第二層采用LAPD，鏈路速率64kb/s OML：OMC-R與編碼器及OMC-R與BSC之間的信令鏈路，采用X.25分組交換協(xié)議，鏈路速率64kb/s XBL：編碼器與BSC之間的信令鏈路，第二層采用LAPD，鏈路速率64kb/s CBL：CBC與BSC之間的信令鏈路，采用X.25分組交換協(xié)議，鏈路速率64kb/s 53l基站信令（三層）層3：Abis：BTS的操作維護部分 SW下載、TRX 配置、失效管理、CPU 復(fù)位、硬件測試BTS操作維護協(xié)議：各系統(tǒng)不能混用層2 ：Abis：OML、RSL(業(yè)務(wù)管理)

16、BTS操作維護：OML層1：G.703（A、Abis采用） 圖1-15 基站信令的三層結(jié)構(gòu) 54lBSS：BSC、BTSlBTS基站機房的基本配置主設(shè)備（天饋系統(tǒng)、直放站與室內(nèi)分布系統(tǒng)）傳輸設(shè)備電源空調(diào)監(jiān)控l基站故障時的故障處理流程 5556l基站中各類信號的傳輸用戶信息和信令：通過傳輸線由BSC經(jīng)過傳輸設(shè)備和主設(shè)備相連，無線信號經(jīng)主設(shè)備中的收發(fā)信部分通過天饋線收發(fā) 電源：提供可由交流市電或油機提供，兩者間用轉(zhuǎn)換設(shè)備轉(zhuǎn)換，在短暫停電時間由蓄電池供電，所提供的電源經(jīng)通信電源設(shè)備提供給主設(shè)備、傳輸設(shè)備等監(jiān)控：告警信號傳至基站設(shè)備與主設(shè)備告警、傳輸設(shè)備的告警信號經(jīng)由傳輸設(shè)備送至OMC。l監(jiān)控系統(tǒng)主要完成對動力和環(huán)境的監(jiān)控 動力的監(jiān)控：交直流、空調(diào) 環(huán)境的監(jiān)控：水浸、火情、溫度、濕度、煙霧、門禁、防盜等 57l當(dāng)基站故障時，處理流程為先電源，后傳輸，最后主設(shè)備。l對電源部分，檢查開關(guān)電源輸出、設(shè)備電源輸入(指示燈）l對傳輸部分，在傳輸網(wǎng)管配合下檢查SDH（PDH）告警燈、進行遠(yuǎn)環(huán)、近環(huán)測試l對主設(shè)備部分，檢查連線、模塊工作狀態(tài)，在網(wǎng)管配合下進行相應(yīng)維護操作。 58lGSM網(wǎng)絡(luò)由網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)NSS（MSC、HLR、VLR、AUC、EIR）、基站子系統(tǒng)BSS（BSC、BTS）、操作維護子系統(tǒng)OSS和移動臺子系統(tǒng)MS組成。lGSM系統(tǒng)中采用No.7信令系統(tǒng)