《GSM系統(tǒng)慨論》課件

GSM系統(tǒng)概論GSM系統(tǒng)是全球最廣泛使用的移動(dòng)通信系統(tǒng)之一，該系統(tǒng)具有良好的性能和廣泛的應(yīng)用。GSM系統(tǒng)簡介移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)臺(tái)是指用戶使用的手機(jī)，它負(fù)責(zé)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)?；净矩?fù)責(zé)與移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行無線通信，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)交換部分網(wǎng)絡(luò)交換部分負(fù)責(zé)處理移動(dòng)臺(tái)之間的數(shù)據(jù)傳輸，并提供各種功能。GSM系統(tǒng)的歷史發(fā)展11970年代歐洲開始研究數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)。21982年GSM標(biāo)準(zhǔn)被歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（ETSI）采納。31991年芬蘭運(yùn)營商Radiolinja正式推出首個(gè)GSM網(wǎng)絡(luò)。41990年代GSM迅速普及全球，成為最主要的移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)。GSM系統(tǒng)的優(yōu)勢覆蓋范圍廣GSM網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)覆蓋了全球大部分地區(qū)，為用戶提供無縫的通信體驗(yàn)。通話質(zhì)量高GSM系統(tǒng)采用先進(jìn)的語音編碼技術(shù)，保證通話清晰流暢，即使在嘈雜環(huán)境中也能保證通話質(zhì)量。安全性高GSM系統(tǒng)采用多種安全機(jī)制，例如鑒別和加密，有效地保護(hù)用戶的信息安全。功能豐富除了語音通話外，GSM系統(tǒng)還支持短信、數(shù)據(jù)傳輸、移動(dòng)支付等多種功能，滿足用戶多樣化的需求。GSM系統(tǒng)的組成部分移動(dòng)臺(tái)包含手機(jī)和SIM卡，負(fù)責(zé)無線通信和用戶信息管理。基站負(fù)責(zé)與移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行無線通信，并將數(shù)據(jù)傳遞至網(wǎng)絡(luò)交換中心。網(wǎng)絡(luò)交換部分負(fù)責(zé)處理移動(dòng)臺(tái)的呼叫、數(shù)據(jù)和信令，并連接至公共電話網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)。移動(dòng)臺(tái)部分移動(dòng)臺(tái)是GSM系統(tǒng)中用戶使用的終端設(shè)備，通常稱為手機(jī)。手機(jī)的主要功能是進(jìn)行無線通信，包括語音通話、數(shù)據(jù)傳輸、短信等。移動(dòng)臺(tái)包含以下主要部件：射頻模塊：負(fù)責(zé)無線信號(hào)的接收和發(fā)射。基帶處理器：處理語音、數(shù)據(jù)和控制信號(hào)。顯示屏：顯示信息和菜單。鍵盤或觸摸屏：輸入信息和操作。電池：為手機(jī)供電?；静糠只臼荊SM系統(tǒng)的重要組成部分，負(fù)責(zé)與移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行無線通信。它通常包含以下主要設(shè)備：基站控制器（BSC）：負(fù)責(zé)控制多個(gè)基站的運(yùn)行，并與網(wǎng)絡(luò)交換中心（MSC）進(jìn)行通信。基站收發(fā)器（BTS）：負(fù)責(zé)與移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行無線信號(hào)的收發(fā)，并完成信號(hào)的處理和轉(zhuǎn)換。天線：負(fù)責(zé)發(fā)射和接收無線信號(hào)，通常安裝在高處，以覆蓋更大的區(qū)域。網(wǎng)絡(luò)交換部分移動(dòng)交換中心（MSC）負(fù)責(zé)呼叫控制、路由和用戶管理。歸屬位置寄存器（HLR）存儲(chǔ)用戶的信息，如電話號(hào)碼和位置。訪問位置寄存器（VLR）存儲(chǔ)漫游用戶的信息，以確保其可訪問性。GSM系統(tǒng)的信令系統(tǒng)控制信息信令系統(tǒng)用于傳輸各種控制信息，例如呼叫建立、呼叫連接、身份驗(yàn)證、位置更新等。協(xié)議棧信令系統(tǒng)采用多層協(xié)議棧，包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、應(yīng)用層等。信令通道GSM系統(tǒng)使用專用信令通道來傳輸控制信息，例如公共信道、專用信道等。GSM系統(tǒng)的頻率分配900900MHz歐洲和亞洲廣泛使用18001800MHz歐洲和亞洲部分地區(qū)使用19001900MHz北美和南美使用GSM系統(tǒng)的多址接入技術(shù)FDMA頻分多址技術(shù)，將帶寬劃分為多個(gè)子頻段，分配給不同的用戶，實(shí)現(xiàn)頻率復(fù)用。TDMA時(shí)分多址技術(shù)，在同一頻率上，將時(shí)間分成不同的時(shí)隙，分配給不同的用戶，實(shí)現(xiàn)時(shí)間復(fù)用。CDMA碼分多址技術(shù)，將不同的用戶數(shù)據(jù)使用不同的碼序列進(jìn)行調(diào)制，實(shí)現(xiàn)碼復(fù)用。TDMA技術(shù)時(shí)分多址將時(shí)間軸劃分為多個(gè)時(shí)隙，每個(gè)用戶在各自的時(shí)隙內(nèi)獨(dú)占信道。資源共享多個(gè)用戶共享同一個(gè)頻段，提高頻譜利用率。信號(hào)同步保證用戶在各自時(shí)隙內(nèi)傳輸?shù)男盘?hào)同步，避免干擾。TDMA幀結(jié)構(gòu)TDMA幀結(jié)構(gòu)是GSM系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)鍵概念，它定義了時(shí)間槽的分配方式，并確保了不同用戶的信號(hào)在同一頻率上進(jìn)行傳輸而不會(huì)相互干擾。TDMA幀結(jié)構(gòu)由多個(gè)時(shí)隙組成，每個(gè)時(shí)隙代表一個(gè)用戶可以傳輸數(shù)據(jù)的特定時(shí)間段。幀結(jié)構(gòu)在時(shí)間上是重復(fù)的，以確保每個(gè)用戶都有機(jī)會(huì)使用網(wǎng)絡(luò)。TDMA時(shí)隙分配1時(shí)隙分配每個(gè)時(shí)隙包含一個(gè)用戶數(shù)據(jù)包2幀結(jié)構(gòu)每個(gè)幀包含8個(gè)時(shí)隙3TDMA將時(shí)隙分配給不同的用戶GSM系統(tǒng)的語音編碼RPE-LTP編碼GSM系統(tǒng)采用RPE-LTP（RegularPulseExcited-LinearPredictiveCoding）編碼算法，將語音信號(hào)壓縮成更小的數(shù)據(jù)量，以便在有限的帶寬下傳輸。語音信號(hào)處理語音信號(hào)首先被分成幀，然后進(jìn)行預(yù)處理，包括消除靜音和降噪，以提高語音質(zhì)量。編碼過程在編碼過程中，語音信號(hào)被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并通過RPE-LTP算法進(jìn)行壓縮，最終生成一個(gè)13kbps的數(shù)據(jù)流。GSM系統(tǒng)的頻道編碼信道編碼GSM系統(tǒng)使用卷積編碼來提高傳輸數(shù)據(jù)的可靠性。信道編碼將數(shù)據(jù)比特轉(zhuǎn)換為更長的編碼比特序列，以增加冗余度。交織編碼交織編碼通過將數(shù)據(jù)比特重新排列來提高抗突發(fā)錯(cuò)誤的能力。交織編碼可以將連續(xù)的比特分散到不同的時(shí)間間隔，以減少因突發(fā)錯(cuò)誤造成的嚴(yán)重?cái)?shù)據(jù)損失。GSM系統(tǒng)的接入方式1呼叫建立用戶手機(jī)發(fā)送呼叫請(qǐng)求，基站接收并轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)交換中心。2尋呼網(wǎng)絡(luò)交換中心發(fā)送尋呼消息，基站廣播，通知目標(biāo)用戶接聽電話。3連接建立用戶手機(jī)接聽后，基站建立連接，用戶可以開始通話。小區(qū)重用技術(shù)頻譜效率通過重復(fù)使用頻率，GSM系統(tǒng)能夠在有限的頻譜資源上支持更多用戶。覆蓋范圍小區(qū)重用允許GSM系統(tǒng)在更大的地理區(qū)域內(nèi)提供服務(wù)，無需增加新的頻譜分配。GSM系統(tǒng)的漫游1漫游功能允許用戶在其他運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)中使用手機(jī)。2漫游過程當(dāng)手機(jī)離開其歸屬網(wǎng)絡(luò)時(shí)，它將連接到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。3漫游費(fèi)用漫游服務(wù)通常比本地通話更貴。位置更新位置信息移動(dòng)臺(tái)必須向網(wǎng)絡(luò)提供當(dāng)前位置信息，以確保正常通信和服務(wù)。定時(shí)更新移動(dòng)臺(tái)定期向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送位置更新信息，以保持位置信息的最新。事件觸發(fā)當(dāng)移動(dòng)臺(tái)發(fā)生位置變化時(shí)，例如進(jìn)入新小區(qū)或切換網(wǎng)絡(luò)，也會(huì)觸發(fā)位置更新過程。來電呼叫1呼叫建立移動(dòng)臺(tái)接收基站廣播的尋呼消息2呼叫接入移動(dòng)臺(tái)接收到呼叫請(qǐng)求并連接到基站3呼叫接通基站將通話連接到目標(biāo)移動(dòng)臺(tái)手機(jī)狀態(tài)管理手機(jī)狀態(tài)手機(jī)狀態(tài)包括信號(hào)強(qiáng)度、電池電量、網(wǎng)絡(luò)連接等信息，這些信息通過手機(jī)屏幕顯示。狀態(tài)管理GSM系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理手機(jī)狀態(tài)，包括信號(hào)搜索、網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)、位置更新等。GSM系統(tǒng)的安全性身份驗(yàn)證GSM系統(tǒng)使用SIM卡和網(wǎng)絡(luò)之間的身份驗(yàn)證機(jī)制，以確保用戶身份的合法性。加密通話和數(shù)據(jù)傳輸都使用加密算法，以防止竊聽和數(shù)據(jù)泄露。密鑰管理GSM系統(tǒng)采用密鑰管理機(jī)制，以確保密鑰的安全性和完整性。鑒別和加密GSM系統(tǒng)使用鑒別算法確保用戶身份的合法性。加密算法用于保護(hù)用戶數(shù)據(jù)和通話內(nèi)容的安全性。GSM系統(tǒng)的演進(jìn)15G高速率、低延遲、大連接24G高速數(shù)據(jù)傳輸，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)33G高速數(shù)據(jù)、視頻通話42G語音通話，短信2G到3G的演進(jìn)GSM第二代移動(dòng)通信技術(shù)，以語音通話為主。3G第三代移動(dòng)通信技術(shù)，支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸，速度更快，容量更大。演進(jìn)從語音為主到數(shù)據(jù)為主的轉(zhuǎn)變，為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)奠定基礎(chǔ)。3G到4G的演進(jìn)1速度提升4G網(wǎng)絡(luò)比3G網(wǎng)絡(luò)速度更快，可以達(dá)到100Mbps甚至更高。2延遲降低4G網(wǎng)絡(luò)的延遲更低，可以滿足實(shí)時(shí)應(yīng)用的需求。3容量增加4G網(wǎng)絡(luò)可以支持更多的用戶和設(shè)備連接。未來5G的展望超高速率5G將提供比4G快10倍甚至更高的速度，支持更快的下載和上傳速度，以及更低延遲的連接。超低延遲5G將提供毫秒級(jí)的延遲，允許實(shí)時(shí)互動(dòng)和應(yīng)用程序，例如遠(yuǎn)程手術(shù)和自動(dòng)駕駛汽車。超大容量5G將支持?jǐn)?shù)十億個(gè)連接，支持物聯(lián)網(wǎng)(IoT)和智能城市等應(yīng)用，并將成為未來網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的核心。課程總結(jié)GSM系統(tǒng)概述全面了解了GSM系統(tǒng)的基本原理和關(guān)鍵技術(shù)，