1、 GSM900/DCS1800GSM Introduction GSM 移動通信系統移動通信系統 GSM900/DCS1800GSM IntroductionGSM GSM 發展歷史發展歷史日日期期發發 展展 階階 段段1979 歐洲發展蜂窩通信，并為此安排蜂窩通信工作頻段1982 CEPT 成立“Groupe Special Mobile”（GSM）1986 在法國巴黎建立 GSM 標準制定協調小組1988 ETSI 全權負責管理 GSM 標準委員會的工作1990 頒布 GSM 第一階段的規范（GSM/Phase1）1991 頒布 DCS1800 第一階段的規范（DCS/Phase1）GSM

2、 委員會開始制定下一代無線通信系統標準 GSM900/DCS1800GSM IntroductionGSM GSM 發展歷史發展歷史日日期期發發 展展 階階 段段1992 GSM 標準委員會更名為“Special Mobile Group”GSM 系 統 命 名 為 ”Global System for MobileCommunications”頒布 DCS1800 第二階段的規范（DCS/Phase2）1992 GSM 系統投入商用1994 頒布 GSM 第二階段的規范（GSM/Phase2）1995 DCS1800 系統投入商用1996 頒布 GSM 第二階段增強型規范（GSM/Phase

3、2+） GSM900/DCS1800GSM IntroductionGSM GSM 標準制定委員會標準制定委員會委委員員會會名名稱稱標標 準準 分分 工工 技技 術術 規規 范范SMG1Definition of Service01, 02SMG2Specification of Radio Transmission 03, 05, 06SMG3Network ArchitetureSignalling Protocols, Oper interface03, 04, 08, 09SMG4Data Service07SMG5UMTSSMG6Operation and Maintenace121

4、1SeriesTest Specification11 GSM900/DCS1800GSM Introduction GSMGSM系統技術規范系統技術規范 GSM系統技術規范中只對功能和接口制定了詳細規范，未對硬件做出規定。這樣做目的是盡可能減少對設計者限制，又使各運營者有可能購買不同廠家的設備。 GSM900/DCS1800GSM Introduction GSMGSM系統結構系統結構 ISDNPSPDNCSPDNPSTNLIMNVLRAUCHLRMSCEIRBSCBTSMSOMC基站系統信息傳輸基站系統呼叫、連接和信息傳輸SSBSS基站系統交換系統 GSM900/DCS1800GSM In

5、troduction GSMGSM系統結構系統結構 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）OMC-RTCBSCBTSBTSMSMSUM接口接口Abis接口接口A接口接口基站子系統（基站子系統（BSS）的組成）的組成 GSM900/DCS1800GSM Introduction GSMGSM系統結構系統結構 BSC的一般結構的一般結構數字數字中繼中繼交換網絡交換網絡處理器網絡處理器網絡數字數字中繼中繼A接口接口Abis接口接口 GSM900/DCS1800GSM Introduction GSMGSM系統結構系統結構 BTS的一般

6、結構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編碼與交織交織譯碼與譯碼與解交織解交織加密加密解密解密調制調制均衡均衡解調解調發信機發信機收信機收信機天天 線線跳頻控制跳頻控制時鐘時鐘AbisUm GSM900/DCS1800GSM Introduction GSMGSM系統結構系統結構 GSM移動設備的組成移動設備的組成語音語音編碼編碼信道信道編碼編碼交織交織加密加密TDMA突發突發序列形成序列形成調制調制TxRx雙工器雙工器解調解調均衡均衡解密解密解交織解交織語音語音解碼解碼信道信道解碼解碼VCO頻率合成器頻率合成器定時與控制定時與控制 GSM900/DCS1800GSM In

7、troduction GSMGSM系統中的不同接口系統中的不同接口 MSBTSBSCMSCVLRHLRMSCEIRAUCVLRPSTN ISDNPSDNUmAbisAEFCNDBG GSM900/DCS1800GSM Introduction GSMGSM系統空中接口調制系統空中接口調制 1 0 0 1 1高斯數字高斯數字預濾波預濾波MSK調制調制Gaussian Minimum Shift Keying GSM900/DCS1800GSM Introduction GSMGSM系統調制頻譜系統調制頻譜 GSM900/DCS1800GSM Introduction GSMGSM無線通信基礎無線

8、傳播無線通信基礎無線傳播陸地移動通信環境的特點陸地移動通信環境的特點1. MS的天線比較低2. MS移動性3. 信號電平隨機變化4. 在城市環境中存在著波導效應（由于街道兩旁有高大的建筑物將導致波導效應，結果使得沿傳播方向的街道上的信號增強，垂直與傳播方向的街道上的信號減弱，兩者相差大10dB以上。不過這種現象離基站距離越遠，減弱程度就越小。）5. 人為噪聲現象嚴重（主要是機動車的點火噪聲、電力線噪聲和工業噪聲。）6. 干擾現象嚴重（同頻干擾、鄰頻干擾、互調干擾等，隨著頻率再用系數的提高，同鄰頻干擾將成為影響網絡質量的主要因素。） GSM900/DCS1800GSM Introduction

9、GSMGSM無線通信基礎無線傳播無線通信基礎無線傳播無線通信傳播方式無線通信傳播方式1. 直射（無線電波在自由空間傳播的方式。）2. 反射（當電磁波遇到比波長大得多的物體時，就會發生發射。發射常常發生在地球表面、建筑物和墻壁表面。）3. 繞射（當發射機和接收機之間的傳播路由被尖銳的邊緣阻擋時，就會發生在繞射。）4. 散射（當電磁波的傳播路由存在小于波長的物體，并且單位體積內這種障礙物體的數目非常巨大時，就會發生散射。散射發生在粗表面、小物體或其他不規則物體，如樹葉、燈柱等。） GSM900/DCS1800GSM Introduction GSMGSM無線通信基礎無線傳播無線通信基礎無線傳播無線

10、電衰耗無線電衰耗影響接收信號電平的因素很多，有地形（平坦、準平坦、山區）、介質（植被、水域）、地物（建筑物、建筑材料、街道走向、人體等）。當然最主要時距離、天線高度、發射功率。1. 慢衰落慢衰落是由接收點周圍地形物對信號發射，使得信號電平在幾十米范圍內有大幅度的變化，若MS在沒有任何障礙物的環境下移動，則某點信號電平只與該點和發射機的位置的距離有關。所以通常某點信號電平時指幾十米范圍內的平均信號電平，這個信號的變化呈正態分布。2. 快衰落快衰落時是疊加在慢衰落的信號上的，這個衰落的速度很快，每秒可達幾十次，除與地形地物有關，還與MS的速度和信號的波長有關，并且幅度最高可達幾十個dB，信號的變化

11、呈瑞利分布，因此也叫瑞利衰落。 GSM900/DCS1800GSM Introduction GSMGSM無線通信基礎無線傳播無線通信基礎無線傳播快衰落慢衰落信號強度移動臺路徑0圖一：無線電信號的快衰落和慢衰落 GSM900/DCS1800GSM Introduction GSMGSM頻率資源頻率資源我國陸地公用蜂窩數字移動通信網GSM通信系統采用900MHz頻段： 上行：890915（移動臺發、基站收） 下行：935960（基站發、移動臺收） 1.8GHz頻段的DCSI800過渡，即1800MHz頻段： 上行：17101785（移動臺發、基站收） 下行：18051880（基站發、移動臺收）頻

12、率標稱中心頻率與序號的關系有以下公式確定： 上行頻率f(n)=890+0.2nMHz 下行頻率f(n)=935+0.2nMHz其中，n為絕對頻率號，從1124。移動為194，聯通為96124，95為移動與聯通保護頻率。 GSM900/DCS1800GSM Introduction GSMGSM頻率資源頻率資源GSM擴展頻段（E-GSM）上行頻率：f(n)= 890 + 0.2 (n - 1024) (MHz)下行頻率：f(n)= 935 + 0.2 (n - 1024) (MHz)其中，n為絕對頻率號，從9751023。 DCS1800MHz頻率編號： 上行頻率f(n)=1710+0.2nMH

13、z 下行頻率f(n)=1805+0.2nMHz其中，n為絕對頻率號，從512885。移動申請了10MHz帶寬，頻率號從512562。 GSM900/DCS1800GSM Introduction GSMGSM頻率資源頻率資源（單位：（單位：MHz）保護頻帶保護頻帶45 MHz雙工間隔雙工間隔885915935930960 基基 站站接收頻率接收頻率 基基 站站發射頻率發射頻率25MHz保護頻帶保護頻帶移動移動GSM954890909移動移動EGSM聯通聯通GSM825835870880聯通聯通CDMA GSM900/DCS1800GSM Introduction95 MHz雙工間隔雙工間隔17

14、101785 18051880 基基 站站接收頻率接收頻率 基基 站站發射頻率發射頻率20 MHz保護頻帶保護頻帶（頻率單位：（頻率單位：MHz）DCS1800GSMGSM頻率資源頻率資源 GSM900/DCS1800GSM IntroductionGSMGSM頻率資源頻率資源基站扇區化基站扇區化全向小區全向小區 3 扇區扇區/小區小區（OMNI CELL SITE） （120 SECTOR/CELLS） Cell CellSite Site = 1 ANTENNA = 3 ANTENNA GSM900/DCS1800GSM IntroductionGSMGSM干擾保護比干擾保護比載干比載干比

15、載波干擾保護比又稱載干比，就是指接收到的希望信號電平與非希望信號電平的比值，此比值與MS的瞬時位置有關。這是由于地形不規則性及本地散射體的形狀、類型及數量不同，以及其他一些因素，如天線類型、方向性及高度、站址的標高及位置、當地的干擾源數目等所造成的。 GSM規范中規定： 同頻道干擾保護比： C/I 9dB 鄰頻道干擾保護比： C/I - 9dB 載波偏離400kHz時的干擾保護比： C/I - 41dB GSM900/DCS1800GSM IntroductionGSMGSM無線電波傳播模型無線電波傳播模型電波傳播模型可提供一定地形、地貌、人為環境下的無線電傳播路徑的衰耗的計算公式。在GSM系

16、統中一般使用下面的傳播模型。傳播模型可以分為經驗模型、辦經驗模型、半確定性模型或確定性模型。Okumura-Hata模型20世紀60年代，日本奧村（Okumura）等人在東京近郊用寬范圍的頻率、幾種固定天線高度、幾種MS天線高度，在各種各樣不規則地形和環境地物條件下測量信號強度，然后根據一系列測量結果，繪制反映頻率和距離關系曲線圖，固定天線高度作為曲線參量，產生各種各樣的結果，從而總結出來的經驗公式，現在已經成為移動通信中使用最多的傳播模型。 GSM900/DCS1800GSM IntroductionGSMGSM無線電波傳播模型無線電波傳播模型Okumura-Hata模型適用條件：1. GS

17、M9002. 頻率f為1501500MHz3. 基站天線有效高度hb為30200m4. MS天線高度hm為110m5. 通信距離為135km城區類型：郊區、開闊地、準開闊、農村等。地形類型：丘陵、斜坡、孤立山峰、水陸混合。城市特有的修正因子：街道走向、建筑物密度、 GSM900/DCS1800GSM IntroductionTDMATDMA空中接口技術空中接口技術 多址技術就是要使眾多的客戶公用公共通信信道所采用的一種技術。實現多址的方法基本上有三種，即采用頻率、時間或碼元分割的多址方式，人們通常稱它們為頻分多址（FDMA）、時分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）。在傳統的無線電廣播中，均

18、采用頻分多址（FDMA ）方式，每個廣播信道都有一個頻點，如果你要收聽某一廣播信道，則必須把你的收音機調諧到這一頻點上。模擬蜂窩移動系統也采用了此技術，某一小區中的某一客戶呼叫占用了一個頻點，即一個信道（實際上是占用兩個，因為是雙向連接，即雙工通信），則其它呼叫就不能再占用。 在GSM中，無線路徑上是采用時分多址（TDMA）方式。每一頻點（頻道或叫載頻TRX）上可分成8個時隙，每一時隙為一個信道，因此，一個TRX最多可有8個移動客戶同時使用，見圖2所示。 GSM900/DCS1800GSM IntroductionTDMATDMA空中接口技術空中接口技術0 1 2 3 4 5 6 7圖2：頻分

19、多址和時分多址方式 GSM900/DCS1800GSM IntroductionGSMGSM信道概念信道概念u物理信道邏輯信道邏輯信道業務信道業務信道 語音信道語音信道 數據信道數據信道 隨路控制信道隨路控制信道控制信道控制信道 廣播控制信道廣播控制信道 公共控制信道公共控制信道 專用控制信道專用控制信道 GSM900/DCS1800GSM IntroductionGSMGSM信道概念信道概念1. 物理信道是指一個載頻上一個TDMA幀的一個時隙，它相當于FDMA系統中的一個頻率。用戶通過某一個載頻上的信道接入系統通信。2. 邏輯信道GSM通信系統要傳輸不同類型的信息，包括業務信息和各種控制信息

20、，因而要在物理信道上安排相應的邏輯信道。這些邏輯信道有的用于呼叫接續階段，有的用于通信進行當中，也有的用于系統運行的全部時間內。 邏輯信道映射到物理信道上傳送。從BTS到MS的方向稱為下行鏈路，相反的方向稱為上行鏈路。 GSM中的信道上傳遞的內容分成業務信息（話音、數據等）和控制信息（控制呼叫進程的信令）兩大類，定義與之對應的邏輯信道稱為話音信道（TCH，Traffic channel）和控制信道（CCH，Control Channel）。 GSM900/DCS1800GSM IntroductionGSMGSM信道概念信道概念話音信道話音信道用于傳送編碼后的話音或用戶數據，在上行和下行信道

21、（downlink） 上，以點對點（BTS對一個MS，或反之）方式傳播。TCH根據攜載信息的不同，分為話音話音信道和數據話音信道；根據發送速率的不同，分為全速率話音信道（TCH/F）和半速率話音信道（TCH/H）。全速率話音信道（TCH/H）的總速率為22.8kbit/s。半速率話音信道（TCH/H）的總速率為11.4kbit/s。控制信道控制信道用于傳送信令或同步數據。根據所完成的功能又把控制信道定義成廣播、公共及專用三種控制信道。1. 廣播信道（BCH，Broadcast Channels）廣播信道僅作為下行信道使用，即BTS到MS單向傳輸，分為如下三種信道： GSM900/DCS1800

22、GSM IntroductionGSMGSM信道概念信道概念 頻率校正信道（FCCH，Frequency Correction Channel） FCCH攜帶用于校正MS頻率的消息，下行信道，點對多點（BTS對多個MS）方式傳播 。 FCCH的目的有兩個：首先確認這是個BCCH信道，其次保證手機的頻率保持一致。FCCH信道只在下行的BCCH載頻的0時隙傳送。 同步信道（SCH）：攜帶MS的幀同步（TDMA幀號）和BTS的識別碼（BSIC）的信息，下行信道，點對多點方式傳播。 SCH信道只在下行的BCCH載頻的0時隙傳送。 廣播控制信道（BCCH）：廣播每個BTS的通用信息（小區特定信息）。下行

23、，點對多點方式傳播。 BCCH信道只在下行的BCCH載頻的0時隙傳送。 GSM900/DCS1800GSM IntroductionGSMGSM信道概念信道概念2. 公共控制信道（CCCH，Common Control Channels） 尋呼信道（PCH）：用于尋呼（搜索）MS。下行，點對多點方式傳播。 隨機接入信道（RACH）：MS通過此信道申請分配一個獨立專用控制信道（SDCCH），可作為對尋呼的響應或MS主叫登記時的接入。上行信道，點 對點方式傳播。 允許接人信道（AGCH）：用于為MS分配一個獨立專用控制信道（SDCCH）。下行信道，點對點方式傳播。3. 專用控制信道(DCCH，De

24、dicated Conntrol Channels) 獨立專用控制信道（SDCCH）：用在分配TCH之前呼叫建立過程中傳送系統信令。例如登記和鑒權在此信道上進行。上行和下行信道，點對點方式傳播 GSM900/DCS1800GSM IntroductionGSMGSM信道概念信道概念 小區廣播信道（CBCH，Cell Broadcast Channel）：用于攜載小區廣播短消息（SMSCB），它使用與SDCCH同樣的物理信道，屬于下行信道。 慢速隨路控制信道（SACCH）：它與一個TCH或一個SDCCH相關，是一個傳送連續信息的連續數據信息，如傳送移動臺接收到的關于服務及鄰近小區的信號強度的測試

25、報告。這對實現移動臺參與切換功能是必要的。它還用于MS 的功率管理和時間調整。上行和下行信道，點對點方式傳播。 快速隨路控制信道（FACCH）：它與一個TCH相關。工作于借用模式，即在話音傳輸過程中如果突然需要以比SACCH所能處理的高得多的速度傳送信令信息，則借用20ms的話音（數據）來傳送。這一般在切換時發生。由于語音譯碼器會重復最后20ms的話音，因此這種中斷不被用戶查覺 。 GSM900/DCS1800GSM IntroductionGSMGSM信道概念信道概念 TDMA幀號 基站識別碼：BSIC （Base Station Identity code）網絡色碼網絡色碼 (NCC) :

26、 3 bits基站色碼基站色碼 (BCC) : 3 bitsNCCBCC同步信道消息同步信道消息 GSM900/DCS1800GSM IntroductionGSMGSM信道概念信道概念BCCH廣播控制信道消息廣播控制信道消息l 位置區識別號（LAI）l 移動臺需監視的鄰小區列表l 本小區使用的頻率列表l 小區識別號l 功率控制指示l DTX允許指示l 接入控制（例：緊急呼叫，呼叫禁止）l CBCH描述 GSM900/DCS1800GSM IntroductionGSMGSM信道概念信道概念系統消息類型系統消息類型系統消息1 (僅用于跳頻) 小區信道描述小區信道描述 RACH控制參數控制參數系

27、統消息2 鄰小區說明鄰小區說明 PLMN允許指示允許指示 RACH控制參數控制參數系統消息3 小區識別號小區識別號 位置區識別號位置區識別號 控制信道說明控制信道說明 小區選項小區選項 小區選擇參數小區選擇參數 RACH控制參數控制參數 GSM900/DCS1800GSM IntroductionGSMGSM信道概念信道概念系統消息類型系統消息類型系統消息4 位置區識別號位置區識別號 小區選擇參數小區選擇參數 RACH控制參數控制參數 CBCH信道說明信道說明系統消息5 鄰小區說明鄰小區說明系統消息6 小區識別號小區識別號 位置區識別號位置區識別號 小區選項小區選項 PLMN允許指示允許指示系

28、統消息7, 8 系統消息系統消息4的擴展的擴展 GSM900/DCS1800GSM IntroductionGSMGSM空中控制技術空中控制技術1. 分集 多徑衰落和陰影衰落產生原因是不相同的。隨著移動臺的移動，瑞利衰落隨信號瞬時值快速變動，而對數正態衰落隨信號平均值（中值）變動。這兩者是構成移動通信接收信號不穩定的主要因素，使接收信號被大大地惡化，雖然通過增加發信功率、天線尺寸和高度等方法能取得改善，但采用這些方法在移動通信中比較昂貴，有時也顯得不切實際。而采用分集方法即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

29、降低深衰落的概率。 分集的方法有空間分集、頻率分集、極化分集、角度分集、時間分集和分量分集等多種。 GSM900/DCS1800GSM IntroductionGSM空中控制技術空中控制技術多經衰落多經衰落 GSM900/DCS1800GSM IntroductionGSM空中控制技術空中控制技術10個波長左右個波長左右比較比較 / 合路合路合成信號合成信號分集分集 GSM900/DCS1800GSM IntroductionGSMGSM空中控制技術空中控制技術2. 時間色散 數字傳輸的引入帶來了另一問題是時間色散。 GSM規范要求均衡器應能處理時延高達15s左右的反射信號，15s約對應4比特

30、時間。3. 時間提前量時間調整的提前是063個比特之間的任意值。如0個比特就表示不必調整，表明MS和BTS在一起。63個比特是調整的最大量，也就是BTS與BS之間最長距離。所以我們說，GSM系統最大覆蓋范圍是： 3.7s 63 3 108ms = 70km 3.7s：每個比特的時長。63：時間調整的最大比特數。其覆蓋半徑是35km。 GSM900/DCS1800GSM IntroductionGSMGSM空中控制技術空中控制技術4. 跳頻技術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。 跳頻功能主要是： (1) 改善衰落。 (2) 處于多徑環境中的漫速移動的移動臺通過采用跳頻技術，大大改善移動臺的通信質量，相當于頻率分集。 (3) 跳頻相當于頻率分集 GSM系統中的跳頻分為基帶跳頻和