1、GSM網絡基礎知識網絡基礎知識無線咨詢設計分院2010年2月2培訓目標本課程結束后，學員可以：v掌握GSM的基本知識v了解GSM系統的基本架構1. 了解GSM中的關鍵技術培訓提綱3GSM系統網絡結構系統網絡結構2GSM系統原理系統原理3概述概述1移動通信的發展歷史4NMTAMPSTACSGSMD-AMPSIS-136cdmaOneIS-95PDC198019902000移動通信中的多址技術v 移動通信系統中一般有三種方式來提供所需要的信道 FDMA：頻分多址 每個用戶使用不同頻率； 一個頻率就是1個信道； TDMA：時分多址 每個用戶在不同的時間窗口（“時隙”）上； 每個頻率上不同的“時隙”就

2、是1個信道； CDMA：碼分多址 每個用戶共享頻率和時隙資源，使用不同的“碼字” 1個信道就是1個“碼道”5FrequencyTimePowerFrequencyTimePowerFrequencyTimePowerFDMATDMACDMA模擬移動通信的缺陷v各個系統之間沒有公共接口，難于實現漫游v無法與固定網向數字化推進相適應v頻譜利用率比較低v安全保密性比較差v業務種類受限v移動設備成本高、體積大v網絡的管理控制存在問題數字移動通信的優點v抗干擾能力強v頻譜利用率高v可方便實現數據業務v易于加密v便于網絡的管理和控制v便于設備的集成為什么要發展第三代？v現有第二代數字移動通信系統的不足 頻

3、譜利用率不夠高 容量問題 傳輸速率較低 業務單一 存在多個標準 無法實現全球漫游v個人通信的目標 “任何人，在任何地點、任何時間與其他任何人進行任何方式的通信。”培訓提綱9GSM系統網絡結構系統網絡結構2GSM系統原理系統原理3GSM系統組成系統組成aGSM系統編號計劃系統編號計劃b全國全國GSM網絡結構網絡結構c概述概述1GSM系統組成10PSTNOMCOMCNMCOMSSIMMEMSBTSBTSBTSBTSBSCBSCAUmMSCMSCMSCMSCVLRVLRVLRVLRHLRHLRAUCAUCEIREIRBCEFGHDNSSNSSBSSBSSNSS系統接口vA接口：MSC與BSC間的接口

4、vAbis接口：BSC與BTS間的接口vUm接口：BTS與MS間的接口vB接口：MSC與VLR間的接口vC接口：MSC與HLR間的接口vD接口：HLR與VLR間的接口vE接口：MSC與MSC間的接口vF接口：MSC與EIR間的接口vG接口：VLR與VLR間的接口vH接口：HLR與AUC間的接口MSC（移動業務交換中心）功能與作用v為其服務區內的移動用戶提供交換和信令功能 呼叫處理w 呼叫建立、連接與清除位置更新過程用戶身份識別移動設備識別 操作與維護w 數據庫管理w 測量w 人機接口（MMI） 網間互通 計費MSCHLR（歸屬位置寄存器）功能與作用 HLR:Home Location Regi

5、ster 用戶識別號（IMSI,MSISDN） 當前用戶的VLR（當前位置） 業務能力、業務限制信息 用戶申請的補充業務 補充業務信息（例：當前轉移的電話號碼） 用戶狀態（registered/deregistered） 移動用戶漫游號（MSRN）傳遞HLRVLR（拜訪位置寄存器）功能與作用 VLR:Visitor Location Register 移動臺狀態 部分補充業務數據 移動站的位置登記(LAI) 臨時移動用戶識別號(TMSI)管理 MSRN管理VLRAUC（鑒權中心）功能與作用l鑒權和加密數據lKi,RANDlA3,A8算法lKc,SresMSCMSCBTSBTSBTSACDHEF

6、鑒權SIMKiA8A3VLRSresKc RANDKcSres=?SresKc RANDA8A3KiAUC加密MSSIMKiA8A3KcSresA5Speech,DataVLR無線通路BTSSpeech,DataSresKc RANDA5EIR：Equipment Identity Register存儲移動設備分類表(IMEI)v用來管理所有移動臺設備的國際移動用戶識別（IMSI）號碼以及檢查每個移動臺設備是否為合法設備。v它包括一個數據庫，存儲著所有簽約用戶所使用的移動臺設備的IMEI號碼等。w 白名單、黑名單、灰名單EIR（移動設備識別寄存器）功能與作用EIR功能與作用白名單白名單 灰名單

7、灰名單 黑名單黑名單 合法用戶和允許漫游用戶的IMEI有故障未經型號認證淘汰的IMEI報失被盜或非法使用的IMEI基站子系統(BSS)組成 基站控制器BSC 基站收發信機BTS 無線操作維護中心OMC-R 碼變換器TC(Transcoder)UM接口MSAbis接口接口BTSOMC-RBSCTCBTSBSC（基站控制器）的一般結構數字中繼交換網絡處理器網絡數字中繼A接口Abis接口BSC的功能作用v實現A接口物理層規定(PCM/E1)v實現A接口No.7號信令功能(SP)v實現Abis接口物理層規定(PCM/E1)v實現Abis接口數據鏈路層(LAPD)v實現A接口與Abis接口間信道交換功能

8、v實現部分網絡層的功能v實現無線資源管理(RR)v實現BSS管理應用部分的功能v實現切換功能等BTS（基站收發信臺）的一般結構基基站站接接口口設設備備信信令令處處理理編碼與交織編碼與交織譯碼與解譯碼與解交織交織加密加密調制調制發信機發信機天天線收信機收信機均衡均衡解調解調解密解密AbisBTS的功能模塊Um跳頻控制跳頻控制時鐘時鐘功率控制功率控制BTS的功能作用v實現Abis接口物理層規定(PCM/E1)v實現Abis接口數據鏈路層(LAPD)v實現BTS管理功能 v實現部分無線資源管理(RR)v實現Um接口物理層規定(PCM/E1)v實現Um接口數據鏈路層(LAPDm)v實現實現跳頻功能v實

9、現信道加密、解密功能v實現信道編譯碼、交織與解交織功能v實現調制與解調功能碼變換器(Transcoder)BBS64KBPS16KBPSMSC30PCMTRAFFICCHANNEL*4TC120 GSM TRAFFICCHANNELS011631TC功能v全稱：Transcoder Rate Adaptor Unitv語音編解碼功能（FR、EFR）v非連續發射功能（DTX）v數據速率適配功能v與BTS的遠端通信功能MS結構SIMMEMS用戶識別模塊(SIM)GSM系統位置區域概念v 服務區 服務區系指移動臺可獲得服務的區域v 公用陸地移動通信網區域(PLMN) PLMN區是指整個陸地移動通信網

10、的地理區域v MSC區 指由一個移動業務交換中心所控制的所有小區共覆蓋的區域構成的PLMN網的一部分v 位置區（LAC區） 指移動臺可任意移動不需要進行位置更新的區域，一個位置區可由若干個小區（或基站區）組成v 基站區 由置于同一區域的一個或數個基站收發信臺(BTS)包括的所有小區所覆蓋的區域 v 小區 采用基站識別碼或全球小區識別碼進行標識的無線覆蓋區域 GSM系統編號計劃 移動用戶ISDN號碼(MSISDN) 國家號碼(CC):中國為86 MAC：移動接入碼，=139(8、7、6、5、0、1) 移動用戶號：H0H1H2H3ABCD H0H1H2H3：HLR識別碼，由總部統一分配到本地網；H

11、00 ABCD：移動用戶號，由HLR自行分配 CCMACSN國內有效移動用戶ISDN號碼國際移動用戶ISDNGSM系統編號計劃 國際移動用戶識別碼(IMSI) 移動國家號碼(MCC): 中國為460. 移動網號(MNC): 移動為00，聯通為01. 移動用戶識別碼(MSIN): H1H2H3MCCMNCMSIN國內移動用戶識別碼國際移動用戶識別碼GSM系統編號計劃v 國際移動臺設備識別碼(IMEI)v 型號批準碼(TAC)： 由認證中心分配v 工廠裝配碼(FAC)： 由廠家編碼，表示制造廠家及最后裝配地v 序列號(SNR)： 由廠家分配v 版本級別(VL)： 由認證中心確定，與TAC關聯FAC

12、VLSNRTAC6個數字2個數字6個數字1個數字GSM系統編號計劃 位置區識別碼(Location Area Identity) 小區全球識別碼(Cell Global Identity)MCCMNCLACL1L2L3L4MCCMNCLACCI小區識別碼(CI)：二字節的BCD編碼全國GSM網絡結構v三級網結構 第一級TMSC1負責匯接所連的二級匯接中心（TMSC2）或本地端局的業務。原則上在各省中心建立一對獨立的TMSC1。一級匯接中心之間為網狀網連接。 第二級TMSC2負責匯接MSC的省內業務，并同時轉接至TMSC1的省際業務 第三級MSC為移動端局或本地匯接局（MTm） 全國GSM網絡結

13、構v二級網結構 全國GSM網絡結構v信令網結構 通常TMSC1連到HSTP，TMSC2和MSC連到LSTP 培訓提綱37GSM系統網絡結構系統網絡結構2GSM系統原理系統原理3GSM無線信道無線信道aGSM主要技術主要技術bGSM系統頻率規劃系統頻率規劃c概述概述1GPRS、EDGE系統簡介系統簡介dGSM的FDMA/TDMA結構TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS0TS1TS2TS3TS

14、4TS5TS6TS7f0f1f2f4f4f5時間頻率TDMA幀時隙與TDMA幀v Um接口上傳輸的單位是有大約100多個調制比特組成的脈沖串，稱為“突發脈沖（Burst）” 1234567012345670 突發序列（BURST）時隙TDMA FRAME1TDMA FRAME 2突發脈沖序列類型GSM邏輯信道控制信道的映射v BCCH與CCCH在TS0上的復用v TS0上RACH的復用控制信道的映射v 下行SDCCH和SACCH在TS1上的復用v 上行SDCCH和SACCH在TS1上的復用業務信道的映射v TCH的復用 上行鏈路的結構與下行的一樣的，唯一不同的是有一個時間的偏移，也就是說上下行

15、的TS2是在不同時間出現，時間偏移約為3個時隙語音編碼vLPC-LTP-RPE編碼器 GSM系統話音編碼器是采用聲碼器和波形編碼器的混合物- 混合編碼器，全稱為線性預測編碼-長期預測編碼-規則脈沖激勵編碼器（LPC-LTP-RPE編碼器） 編碼速率13kbps信道編碼v信道編碼技術是通過給原數據添加冗余信息，從而獲得糾錯能力 GSM使用分組碼和卷積碼混合的信道編碼。首先對一些信息比特進行分組編碼，構成一個“信息分組十奇偶(檢驗)比特”的形式，然后對全部比特做卷積編碼，從而形成編碼比特 使用編碼增加了無效負荷和傳輸時間 適合糾正非連續的少量錯誤交織v交織：打亂原來的數據排列規則，按照一定順序重新

16、排列 作用：減小信道快衰落帶來的影響 缺點：帶來了附加的額外延時信道編碼與交織的使用信號調制vGaussian Minimum Shift Keying（GMSK）高新數字預濾波MSK調制 1 0 0 1 11 0 0 1 1GSM調制頻譜PowerFrequency200KHz衰落與分集距離距離(m)接收功率接收功率(dBm)102030-20-40-60慢衰落慢衰落快衰落快衰落衰落與分集v 慢衰落 由地形起伏、建筑物及障礙物的遮蔽等引起慢衰落（陰影衰落）v 快衰落 由各種反射物和散射體產生的直射波、反射波和散射波的相互干擾和串擾，以及多普勒（Doppler）頻移等產生的快衰落（多徑衰落）衰

17、落與分集抗快衰落措施分集在若干個支路上接收相互問相關性很小的載有同一消息的信號，然后通在若干個支路上接收相互問相關性很小的載有同一消息的信號，然后通過合并技術再將各個支路信號合并輸出，那么便可在接收終端上大大降過合并技術再將各個支路信號合并輸出，那么便可在接收終端上大大降低深衰落的概率低深衰落的概率 v時間分集 符號交織、檢錯、糾錯編碼、RAKE接收機技術v空間分集 采用主、分集天線接收。主、分集天線的接收信號不具有同時衰減的特性。基站接收機對一定時間范圍內不同時延信號的均衡能力也是一種空間分集的形式。v頻率分集 GSM采用跳頻 CDMA采用擴頻技術時間色散與均衡v 時間色散起源于反射，主要指

18、到達接收機的主信號和其他多徑信號在空間傳輸時間差異而帶來的同頻干擾問題v 與快衰落不同，其反射信號來自遠離接收天線的物體，時間差大于1個比特的時間時間色散與均衡vGSM系統中采用了自適應均衡技術解決時間色散問題 前饋橫向濾波器自適應算法判決反饋橫向濾波器ABy(n)+_I(n)I(n)+_e(n)輸出序列參考訓練序列IR(n)訓練序列訓練序列切換v切換目的 援救切換：當移動臺離開管理它的小區的無線覆蓋時 減小干擾：當移動臺與另一小區聯系，可以大大改進總的干擾電平時 業務量切換：當一個小區擁塞，而鄰近小區較空閑時切換v避免頻繁切換 采用改進的濾波技術，去除測量數據中因衰落造成的抖動，保證測量數據

19、更準確，切換更真實。 設置不對稱的切換邊界只有當鄰區的信號比本小區的信號好到一定程度時才切換。 采用強行遲滯方法，一次切換后必須經過一定的時間才能切回原小區。 在多層網時，啟動速度原因切換功率控制v移動臺的功率控制 移動臺功率控制分為兩個調整階段，即穩態調整階段和初始調整階段 穩態調整是功率控制算法執行的常規方式，初始調整使用于呼叫接續最開始的時刻 初始階段功率控制與穩態階段功率控制的差別在于初始階段的期望上行鏈路接收電平及接收質量與穩態階段的不同，濾波器長度不同，初始階段僅進行向下調整等功率控制v基站的功率控制 基站功率控制為可選的功能。基站功率控制與MS功率控制基本相同，基站功率控制僅使用

20、穩態功率控制算法 基站功率控制分為靜態功率控制與動態功率控制，動態功率控制是在靜態功率控制的基礎上的微調 由0505協議規范規定基站靜態功率級別分為6級（2dB/級），基站可輸出的最大功率若為46dBm（40W），第6級則為34 dBm不連續發射（DTX） v在一個通信過程中，其實移動用戶僅有40%的時間是在通話，大部分時間都沒有在傳遞話音消息，這樣將會大大的浪費系統資源。針對這種情況GSM引入了這一不連續發射DTX的機制，它通過禁止傳輸用戶認為不需要的無線信號，從而減少了空間干擾，降低了發信機功率，延長MS的電池使用時間不連續接收（DRX） v系統按照IMSI將用戶分為不同的尋呼組，不同尋呼

21、組手機在不同時刻接收尋呼信息，其它時間處于休眠狀態，MS可關閉某些硬件設備的電源以節省功率開銷P P PPPPP PBCCHMS Being pagedMS in Sleeping modeMS in listen modeMS in Sleep modeBCCH Multiframe(P=Paging Channel)跳頻技術v 采用跳頻技術是為了確保通信的秘密性和抗干擾性，它首先被用于軍事通信，后來在GSM標準中也被采納f0 f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f0 f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7tt0 1 2 3 4 5 6 跳頻圖案：（跳頻圖案：（5、4、7、0、6、3

22、、1）頻率復用技術GSMGSM系統的頻帶系統的頻帶vGSM900GSM900系統工作頻帶如下系統工作頻帶如下：上行上行890 890 915 MHz 915 MHz下行下行935 935 960 MHz 960 MHz雙工間隔為雙工間隔為45MHz45MHz，載頻間隔為，載頻間隔為200KHz200KHz。vGSM1800GSM1800系統工作頻帶如下系統工作頻帶如下：上行上行1710 1710 1785 MHz 1785 MHz其中無委會批準頻帶為其中無委會批準頻帶為1710 1710 1755 MHz 1755 MHz下行下行1805 1805 1880 MHz 1880 MHz其中無委會

23、批準頻帶為其中無委會批準頻帶為1805 1805 1850 MHz 1850 MHz雙工間隔為雙工間隔為95MHz95MHz，載頻間隔為，載頻間隔為200KHz200KHz頻率復用技術GSMGSM系統的頻道編號系統的頻道編號v擴展擴展GSM900GSM900系統頻道編號為系統頻道編號為：GSM900GSM900： F FU U(n) = 890 + 0.2(n) = 890 + 0.2 n MHzn MHz F FD D(n) = Fu(n) + 45 MHz(n) = Fu(n) + 45 MHz，0 0 n n 123 123E-GSM900E-GSM900：F FU U(n) = 890

24、 + 0.2(n) = 890 + 0.2 (n-1024)(n-1024)，974 974 n n 1023 1023 F FD D(n) = Fu(n) + 45 MHz(n) = Fu(n) + 45 MHz n n值稱為絕對射頻頻道號（值稱為絕對射頻頻道號（ARFCNARFCN），通常第），通常第1 1和第和第124124頻道作為系統保護頻道不予使用。頻道作為系統保護頻道不予使用。vGSM1800GSM1800系統的頻道編號為：系統的頻道編號為： F Fu u(n) = 1710.2 + 0.2(n) = 1710.2 + 0.2 (n-512) MHz(n-512) MHz F FD

25、 D(n) = Fl(n) + 95 MHz(n) = Fl(n) + 95 MHz，512 512 n n 885 885 374 374個頻道個頻道頻率復用技術v頻率復用就是指在數字蜂窩系統中重復使用相同的頻率，一般把有限的頻率分成若干組，依次形成一簇頻率分配給相鄰小區使用：v通常的頻率復用方式有 普通復用：“4 3”復用， “3 3”復用，以及更為緊密的“2 6”復用和“1 3”復用 雙重復用：BCCH和TCH分別采用不同的復用方式。 同心圓復用：常規層和超級層分別采用不同的復用方式。 多重復用MRP: 各層頻率分別采用不同的復用方式頻率規劃v頻率規劃的目的： 頻率規劃就是在頻率利用率和

26、網絡容量之間尋找平衡點，做到在保證一定網絡質量的前提下，使網絡容量最大 寬松復用經濟，但干擾大需相關措施支持緊密復用01020干擾小，但不經濟頻率規劃v 載干比的計算：v 載干比要求： 同頻載干比：C/I9dB；工程中加3dB余量，即C/I12dB 鄰頻載干比：C/I9dB；工程中加3dB余量，即C/I6dB 載波偏離400KHz時的載干比： C/I（載波/干擾）41dB 同頻干擾衰減因子 ：同頻載干比：NRDq3/6) 1(rqIC頻率規劃v 4 3頻率復用方式 “4”表示4個基站（每個基站由3個小區組成），“3”表示每基站3個小區。這12個扇形小區為一個頻率復用簇，同一簇中頻率不能被復用

27、A3D2B1C3B2D1D3A2C1B3C2A1B3C2A1A3A1B1D1D3D2C3B2A1C3D2C3C1D2B1C2A1A2C1D3復用簇頻率規劃v 4 3頻率復用方式 假設可用帶寬為10MHz，信道號為4594。如果BCCH分配8194，共14個頻點，其余分配給TCH用，下表為43頻率規劃例子 這種復用方式下，N4，則： 實際情況下，由于基站布局的不規則，天線掛高的差別，以及實際無線環境的影響，載干比C/I不可能達到這么高 頻率組號A1B1C1D1A2B2C2D2A3B3C3D3各頻率組的頻點號94939291908988878685848380797877767574737271706968676665646362616059585756555453525150494847464546. 3433NqdBqqIC20)7 . 0(1/44（最差情況）頻率規劃v 3 3頻率復用方式 “3 3”復用方式針對每基站劃分為3扇區的規劃區域。9個頻率為一組，并輪流分配到3個站點，每個站點使用其中的3個頻率A3C2B1B3A2C1C3B2A1A3C2B1B3A2C1B3A1C1A1A3A2C3B2A1A3A3C3C1B2A1B2A1A2C1B3頻率規劃v 3 3頻率復用方式 假設可使用帶寬為10MHz，信