5.1GSM移動通信系統5.4衛星通信5.3第三代移動通信系統5.2CDMA蜂窩移動通信系統5.5無線局域網第5章無線通信系統5.6其他無線通信系統1

5.1GSM移動通信系統5.1.1概述GSM是GlobalSystemforMobilecommunications(全球移動通信系統)的縮寫;是由歐洲電信標準化協會提出的第二代數字蜂窩移動通信系統標準。GSM有三種不同的版本，分別是GSM900、DCS1800(總的可用帶寬約是900MHz的三倍，且降低了移動臺的最大發射功率)和PCS1900(個人通信系統，主要用于美國)，用戶遍布130多個國家和地區。GSM系統采用FDD雙工方式，采用TDMA/FDMA多址接入方式，以語音業務為主，也支持無線的數據業務。2

GSM系統由三部分組成，即基站子系統(BSS)【移動臺】，網絡子系統(NSS)和運營支持子系統(OSS)

。圖5-1GSM系統的總體結構3網絡子系統(NSS)主要由移動業務交換中心(MSC)、訪問用戶位置寄存器(VLR)、歸屬地用戶位置寄存器(HLR)、鑒權中心(AUC)、移動設備識別寄存器(EIR)等幾部分構成。4提供各種接口，如與BSC的接口，與內部各功能實體的接口，與PSTN、PLMN等其他通信網絡的接口。支持電信業務，承載業務和補充業務支持位置登記、越區切換和自動漫游等其它網絡功能MSC的功能-移動業務交換中心整個GSM網絡的核心5為其控制區域內移動用戶服務的一個寄存器存儲進入其控制區域內已登記的移動用戶相關信息，并為已登記的移動用戶提供建立呼叫接續的必要條件。VLR的功能-

訪問用戶位置寄存器6GSM系統的中央數據庫存儲每一個相同MSC中所有注冊用戶的個人信息和位置信息。包括用戶識別號碼，訪問能力、用戶類別和補充業務等數據，以及漫游移動用戶所在MSC區域的有關動態數據HLR的功能-歸屬地用戶位置寄存器7屬于HLR的一個功能單元部分，專用于GSM系統的安全性管理存儲鑒權信息和加密密鑰，防止非授權用戶接入系統和防止無線接口中數據被竊AUC的功能-鑒權中心8存儲移動設備的國際移動設備識別碼(IMEI)，通過核查三種表格（白名單、灰名單、黑名單）使得網絡具有防止非授權用戶接入、監視故障設備的運行和保障網絡運行安全的功能EIR的功能-移動設備識別寄存器9NMC：網絡管理中心DPPS：數據后處理系統PCS：用戶識別卡個人化中心SEMC：安全性管理中心 運營支持子系統OSS是負責網絡的組織和運行維護，

負責調整所有基站參數和網絡計費過程。10運營支持子系統OSS的主要功能如下：

①維護特定區域中所有的通信硬件和網絡操作；

②管理所有收費過程；某特定用戶的一次具體的呼叫要花費多少錢?同時還存在著大量的不同業務類型和功能選項，每個用戶都可以在運營商指定的消費方案中作出自己的個性化選擇。

③管理網絡中的所有移動設備。如果網絡中存在造成全系統干擾的移動終端設備，則這些設備必須被識別出來，并禁止其繼續運行于網絡中。

OSS支持一個或多個操作維護中心(OMC)。

操作維護中心(OMC)用于管理網絡中的所有MS、BTS、BSC和MSC的性能，負責調整所有基站參數和網絡計費過程。GSM網絡中的每一個任務都有一個特定的OMC負責。11移動臺的功能 移動臺由SIM卡與物理設備組成，二者是分離的物理設備可以是手持機、車載機或是由移動終端直接與終端設備相連而構成.SIM卡上包含所有與用戶有關的無線接口一側的信息，也含有鑒權和加密實現的信息。固化數據：IMSI、Ki、安全算法（A3、A8)臨時網絡數據：TMSI、LAI、KC、被禁止的PLMN業務相關數據：PIN(個人識別號)

12無線子系統包括基站子系統(BSS)和移動臺(MS)兩部分。

基站子系統BSS：基站控制器BSC和基站收發信機BTS。通常一個BSC可以控制多個BTS。

5.1.2GSM無線子系統的結構原理13Um接口：BTS與MS之間的接口；Abis接口：BSC與BTS之間的接口；A接口：BSC與MSC之間的接口。GSM系統主要接口14圖5-2無線子系統的網絡結構示意圖15接口管理BTS的管理操作與維護支持呼叫控制切換話務量統計無線鏈路的測量無線參數及無線資源管理BSC的功能16

基站控制器BSC主要完成如下功能：

(1)接口管理。支持與MSC間的A接口、與BTS間的Abis接口及與OMC間的X.25接口。

(2)BTS之間的信道管理。BSC對BTS間的無線信令鏈路、操作維護鏈路進行監測，并對無線業務信道進行分配管理。

(3)無線參數及無線資源管理。無線參數包括BTS載頻頻率、空中接口是否應用了非連續接收/發射、移動臺接入網最小電平設置、邏輯信道與物理信道的映射關系等。無線資源管理(RRM)包括小區內信道配置、專用信道與業務信道的分配管理、切換資源管理等。17

(4)無線鏈路測量與話務量統計。根據移動臺和BTS送上的無線鏈路測量報告(通過對業務信道的阻塞率、呼叫成功率、越區切換頻度等作出統計)，決定是否需調整BTS和移動臺的功率或是否需要切換。

(5)控制小區切換。根據小區功率電平、話音質量及干擾情況，選擇切換的目的對象，同一BSC控制的小區間切換由BSC完全控制。

(6)支持呼叫控制。通過移動交換中心實現話路連接，還可提供主、被叫排隊機制。

(7)操作與維護。收集BSC及BTS告警，并傳至OMC，同時更新自身內部資源表，配合OMC實現對BSS的軟件升級。18BSC機柜內部結構BSC機柜頂板19BSC主要性能指標20

1)基站收發信機BTS

BTS是服務于某蜂窩小區的無線收發信號設備，通過Abis標準接口與BSC互連，通過Um接口與MS通信，從而實現BSC與MS之間的信息轉換。

BTS主要由公共子系統、載頻子系統、射頻前端子系統和天饋子系統四個功能子系統組成。

BTS中有4類總線：數據總線(DBUS)、控制總線(CBUS)、時鐘總線(TBUS)和跳頻總線(FHBUS)。21圖5-3典型BTS的邏輯功能框圖22BTS機框布局23

(1)公共子系統。

公共子系統內配置有：定時/傳輸和管理單元(DTMU)、環境監控單元(DEMU)、天線與塔放控制單元(DATU)。

信號防護部分主要完成進出機柜信號的防雷保護，包括E1信號、監控信號、開關量信號等擴展信號的防雷防護。

公共子系統主要的功能：E1信號接入和防雷，環境告警采集和監控，基站時鐘供給，開關量接入和電調天線控制及塔放饋電等。24

(2)載頻子系統。

載頻子系統分為基帶部分和射頻部分。主要功能：實現基帶信號處理、射頻信號的收發處理、功率放大、支持發射分集和接收分集等。

基帶處理部分功能：實現信令處理、信道編譯碼、交織和反交織、調制與解調等。

射頻發送部分功能：實現兩個載波基帶信號到射頻信號的調制、上變頻、濾波、射頻跳頻、信號放大、合路輸出等；

射頻接收部分功能：實現兩個載波的射頻信號分路、接收分集、射頻跳頻以及解調等。25

(3)射頻前端子系統。

射頻前端子系統通過CBUS3總線與收發信機通信，完成多載波合路輸出、收發信號雙工、前端低噪聲放大器增益控制、支持在線軟件升級等功能。

(4)天饋子系統。

天饋子系統是射頻信號發射和接收的通道，由天線、饋線、跳線和塔頂放大器等組成。26

饋線：為減少傳輸損耗，BTS采用低損耗射頻電纜，主饋線電纜有7/8英寸(20-80米)、5/4英寸(超過80米)等多種規格可供選擇。

天線到饋線、天線到塔放、機柜到避雷器之間采用1/2英寸(20米以內)超柔電纜連接。

天線：位于發射的最后端和接收的最前端的一種轉換器，將饋線中傳輸的電磁能量轉換為在空間中傳播的電磁波，同時也將在空間中傳播的電磁波轉換為饋線中傳輸的電磁能量。天線的類型、增益、方位角等都會影響系統性能。

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塔頂放大器:簡稱塔放(TMA)，是安裝在天線塔頂上的低噪聲放大器模塊。常選用三工塔放。

功能：將天線接收到的上行信號在經過饋線傳輸衰耗之前進行放大；

作用：提高系統的上行覆蓋范圍；

大大降低熱噪聲，改善了上行信號的傳輸質量。

提高基站系統的接收靈敏度；

可有效降低手機的發射功率；

提高通話質量。

2)BSS的操作維護子系統

操作維護子系統通過OMC對基站進行遠端操作維護的功能，或是通過人機接口(MMI)終端對BSS進行本地近端操作維護的功能。兩者都需要BSS操作維護程序的支持。282930

2. 無線子系統的組網

基站子系統BSS組網指的是BTS與BSC的網絡連接關系。

由于一個BSC可以控制多個BTS，所以他們之間的連接方式就有不同的形式。此外，一般BSS都內置多種傳輸方式，可以有E1、STM-1等傳輸方式，還有外置的衛星傳輸方式及微波傳輸方式等，從而提供靈活的組網方式。

按網絡拓撲可以分為：星型組網、鏈型組網、樹型組網和環型組網。31

1)星型組網

適用于一般的應用場合，尤其是在城市人口稠密的地區。

優點：組網中每個BTS都有E1線直接和BSC相連，組網方式簡單，維護、工程施工、擴容等都很方便。由于信號經過的環節少，因此，線路可靠性較高。

缺點：對傳輸線的需求量比其他組網方式大。圖5-6星型組網示意圖32

2)鏈型組網

適用于呈帶狀分布的業務區域，或用戶密度較小的特殊地區，如高速公路沿線、鐵路沿線等。

優點：可以降低傳輸設備成本、工程建設成本和傳輸鏈路租用成本。

缺點：鏈型組網信號經過的環節較多，線路可靠性較差；上級BTS的故障可能會影響下級BTS的正常運行；

對串聯的級數有限制，串聯的節點數一般要求不超過5級。圖5-7鏈型組網示意圖33

3)樹型組網

適用于網絡結構、站點及用戶密度分布較復雜的情況，比如大面積用戶熱點地區或小面積用戶交錯的地區。

優點：傳輸線的消耗量小于星型組網。

缺點：由于信號經過的環節多，因此線路可靠性相對較低，工程施工難度較大，維護相對困難；上級BTS的故障可能會影響下級BTS的正常運行；擴容

不方便，可能會引起對網絡的

較大改造。

樹型組網對串聯的級數有限制，

一般要求串聯不超過5級，

即樹的深度不要超過5層。34

4)環型組網

適用于一般的應用場合。環型組網有較強的自愈能力，如果某處的E1損壞，則環型網可以自愈成一個鏈型網，業務不會受到任何影響。一般情況下，只要路由允許，都應盡可能組建環型網。圖5-9環型組網示意圖在實際的工程應用中，往往是以上各種組網方式的綜合使用。合理地應用各種組網方式，可以在提供合格的服務質量的同時，節省大量的傳輸設備投資。35

3.無線子系統的信號流

主要有下行業務信號流、上行業務信號流和基站的信令處理信號流三部分。

1)下行業務信號流（BS→MS）

DTMU接收來自BSC的業務數據，然后把業務數據發送給相應的收發信機DTRU。DTRU完成數字濾波，經過射頻電路進一步上變頻、濾波、放大，

最后把信號傳送給DDPU。

DDPU內的雙工器對信號進行

雙工濾波，然后把信號通過

饋線和塔頂天線發射出去。36

2)上行業務信號流（MS→BS

）

天線接收MS發射的上行信號，經過塔頂放大器TMA對接收信號放大，然后通過饋線傳送給DDPU。DDPU完成雙工器接收濾波和低噪聲放大后，傳送給收發信機DTRU。DTRU進一步對信號進行放大和下變頻處理，輸出至DTMU。DTMU把信號通過Abis接

口傳輸給基站控制器BSC。37

3)基站的信令處理信號流

Abis接口接收來自BSC信令面的數據，并把這些信令數據轉發給DTMU。DTMU對信令進行判決和處理，然后把信令傳送給DTRU、DDPU。DTRU、DDPU分別把單元狀態信息上報給DTMU。DTMU收集所有單元的狀態信息后，進行分析和處理得出BTS的狀態，然后把BTS狀態通過Abis接口傳送給BSC。38

4.BTS軟件結構

1)信令處理軟件

信令處理是BTS業務處理的核心內容，完成BTS的絕大部分業務處理功能。信令處理軟件運行于DTRU上。

2)基帶信號處理軟件

運行于DTRU上，并與DTRU數字信號處理部分一起實現無線信道上的語音、數據和信令的編碼、譯碼以及接收信號的解調工作。

3)操作維護和傳輸設備控制軟件

運行于DTMU上，是BTS軟件的公共控制部分。傳輸設備控制軟件：控制BSC和BTS之間的地面傳輸鏈路。395.1.3GSM系統的主要規格參數

GSM系統的主要規格參數如表5-1所示。40GSM無線接口（Um接口）Um接口頻率規劃GSM系統頻點分配Um接口物理信道物理信道幀結構突發脈沖種類與功能Um接口邏輯信道邏輯信道的作用邏輯信道的分類邏輯信道的功能邏輯信道的組合41

1.TDMA/FDMA多址接入方式

GSM蜂窩系統采用時分多址、頻分多址和頻分雙工(TDMA/FDMA/FDD)體制。每載頻帶寬為200kHz。

對GSM900，將25MHz的頻段分為125個射頻信道，去掉上下各一個100kHz的保護帶寬，實際可用的射頻信道是124個。這124個射頻信道以絕對射頻信道號(ARFCN)標識。一個ARFCN代表一對前向和反向射頻信道。

對GSM900，前向和反向信道的頻率間隔為45MHz；對DCS1800和PCS1900，前向和反向信道的頻率間隔為95MHz。42每載波都在時間上劃分成時隙(TS)，一個時隙號碼和ARFCN相結合構成前向鏈路和反向鏈路中的一個物理信道。一個時隙的時間寬為0.577ms，8個時隙構成一個TDMA幀，一個TDMA幀長為4.615ms。43GSM無線接口幾個基本概念：突發脈沖序列：占有一個限定的持續時間和占有限定的無線頻譜，它們在時間和頻率窗上輸出時隙是隙縫的時間間隔，它的持續時間被用于作為時間單元BP，意為突發脈沖序列周期（BurstPeriod）.使用一個給定的信道就意味著在特定的時刻和特定的頻率中傳送突發脈沖序列200KHz帶寬稱為頻隙，相當于GSM規范書中的無線頻道，也稱射頻信道TDMA幀通常被表示為接連發生的i個時隙。GSM系統目前采用全速率業務信道，i取為844突發脈沖（Burst）GSM的每個載頻是時分復用，每個載頻分給八個全速