GSM網絡原理吉安分公司網優中心2012年10月內容介紹移動通信技術的演進無線傳播原理GSM網絡結構GSM識別號 GSM物理信道GSM簡單呼叫流程目錄

數字技術IMT-2000(ITU)UMTS(WCDMA,TD-SCDMA),CDMA2000第二代19902000第一代第三代數字技術例如:GSM,CDMA(IS-95)模擬技術例如:TACS,AMPS移動通信技術的演進全球移動通信系統移動通信技術的演進在開始下面的課程之前，我們首先了解一下多址接入的概念，常用的多址接入根據不同的特點可分為：FDMA、TDMA、CDMA。FDMA:頻分多址技術，即不同的用戶占用不同的頻率，通過不同的頻率來區分不同的用戶。

TDMA:時分多址技術，即不同的用戶占用不同的時間，通過不同的時間段來區分不同的用戶CDMA:碼分多址技術，所有的用戶都占用同樣的時間和頻率，但之間有不同的特征。這個特征為不同的編碼頻率時間功率TDMA多址接入技術FDMA頻率時間功率CDMA時間頻率功率Code1Code2CodeN移動通信技術的演進移動通信技術的演進第一代移動通信系統是模擬移動通信系統，主要以英國的TACS和美國的AMPS(AdvancedMobilePhoneSystem)為主。它們都是雙頻、雙工

模擬移動通信系統，采用頻分多址技術（FDMA）

特點：

1、系統容量小。

2、頻譜利用率低。

3、保密性能差。

4、不同的國家采用不同的頻段等原因造成國際漫游受阻。

5、各系統之間沒有公共接口，很難開展數據承載業務。移動通信技術的演進第二代移動通信系統是數字移動通信系統，主要以歐洲的GSM和美國的CDMA(IS-95)為主。GSM采用時分多址技術（FDMA+TDMA）；CDMA(IS-95)采用碼分多址技術（CDMA）。

特點：

1、具有開放的接口和統一標準，容易擴容功能和開發新業務。

2、頻譜利用率相對較高，系統抗干擾性較強。

3、通過語音加密，保密性能強。

4、在采用GSM的國家之間能夠實現國際漫游。

5、可以獲得更好的通話質量。 目前們采用的頻段為：890~915和935~960，雙工間隔45MHz，移動通信技術的演進我國陸地蜂窩數字移動通信網GSM通信系統采用900MHz與1800MHz頻段:GSM900MHz頻段為：890~915(移動臺發,基站收),935~960(基站發,移動臺收);DCS1800MHz頻段為：1710~1785(移動臺發,基站收),1805~1880(基站發,移動臺收);GSM絕對頻道號ARFCNGSM900主頻段（P-GSM）上行：Fl=890+0.2N（MHz）（1N124）（兩個頻點之間的間隔為200KHZ）下行：Fu=Fl+45（MHz）GSM擴展頻段（E-GSM）上行：Fl=890+0.2（N-1024）（MHz）下行：Fu=Fl+45（MHz）（975N1023）DCS1800頻段上行：Fl=1710.2+0.2（N-512）（MHz）下行：Fu=Fl+95（MHz）（512N885）移動通信技術的演進第三代移動通信系統是數字移動通信系統，主要以歐洲的WCDMA、美國的CDMA2000以及我國的TDS-CDMA為主。

特點：

1、每一用戶由不同的碼來區分，所有用戶分享同樣的頻譜資源，頻 普利用率更高。

2、系統有很高的抗干擾性、抗衰落性、保密性3、采用軟切換及更軟切換技術，減少掉話

4、采用Rake多徑分集接收技術，有效利用多徑傳輸來的信號，提高系統的接收性能5、采用快速功率控制，快速準確的閉環功率控制有效地降低近-遠效

效應，提高系統容量

6、數據傳送速率大123電信聯通移動

2G網絡GSM900上行890-909，下行935-9542G網絡GSM1800上行1710-1725，下行1805-18203G網絡TDA頻段2010-2015，F頻段1880-1920，E頻段2300-2400三大運營商2G和3G的頻段劃分現狀

2G網絡CDMA1X上行825-835，下行870-8803G網絡CDMAEVDORELA上行825-835，

下行870-880；上行1920-1935，下行2110-2125

2G網絡GSM900上行909-915，下行954-9602G網絡GSM1800上行1745-1755，下行1840－18503G網絡WCDMA上行1940-1955，下行2130-2145移動通信技術的演進內容介紹移動通信技術的演進無線傳播原理GSM網絡結構GSM識別號 GSM物理信道GSM簡單呼叫流程GSM網絡原理課程進度2.1電波傳播2.2傳播模型2.3天線系統2.4GSM系統分集技術2.5干擾2.6抗干擾措施2.7無線鏈路平衡無線鏈路傳播電波傳播理論是一門嚴謹的科學

無線電波傳播理論問題：移動通信比較固定通信有那些特殊性呢?多徑無線傳播無線路徑是一個很復雜的傳播媒介手機發射功率有限手機的發射功率客觀限制了蜂窩小區的服務范圍手機電池壽命和對人體危害決定了發射功率大小頻率資源有限帶寬一定信道編碼等占用額外頻率資源頻率需要被重復利用==>產生同頻干擾用戶行為的不確定性移動通信環境多徑傳播陰影效應地形、地貌反射信號的相互干擾無線信道特點強烈的信號反射會帶來無法容忍的信號時延反射信號落在接收機均衡器時間窗口內，可以容忍否則，就會產生信號交疊自干擾直射信號弱，反射信號強均衡器時間窗口16s信號強度延遲時間長距離反射，反射信號落在均衡器窗口外:==>干擾效應反射均衡－多徑衰落均衡當多徑之間的路程小于4.4公里時，GSM的均衡能力都可以將其認為是同一個信號，否則會導致干擾。慢衰落(正態衰落)傳播路徑上大的阻擋物引起的陰影效應快衰落(瑞利衰落)幾路信號破壞性的疊加“衰落谷點”,“信號黑洞”+100-10-20-30012345m電平(dB)920MHz

v=20km/h信號衰落timepower2sec4sec6sec+20dBmean

value-20dB正態衰落瑞利衰落信號衰落自由空間信號傳播

信號強度隨距離指數倍衰減鏡面反射漫反射

反射

鏡面反射信號強度:A-->*A(<1)相位:

-->-材料的偏振性決定相位的變化

漫反射信號強度:A-->*A(<<1)相位:

-->隨機相位偏振性影響:隨機

D電波傳播

吸收效應

深度信號衰減相位變化因材料而異去偏極衍射

鍥型模型刀刃模型多刀刃模型AA-5..30dB電波傳播頻率越高，空間傳播損耗越大頻率越高，穿透能力越強頻率越低，衍射能力越強室內衍射信號的強度要高于穿透信號的強度電波傳播常用單位辨析日常表征功率常用w、mw等單位，但是在實際工作當中不方便，于是引入了dBm，dB，dBi，dBd等單位定義：發射功率P為1mw時，折算為dBm后為0dBm公式為：10*log（P/1mw）

1w=30dBm5w=37dBm

2w=33dBm10w=40dBmdBi和dBd是考征增益的值（功率增益），兩者都是一個相對值，但參考基準不一樣。dBi的參考基準為全方向性天線，dBd的參考基準為偶極子，所以兩者略有不同。dBi=dBd+2.15常用于天線增益dB是一個表征相對值的值，當考慮甲的功率相比于乙功率大或小多少個dB時，按下面計算公式：10lg（甲功率/乙功率）1,Okumura-Hata（奧村模型）經驗公式適用于大范圍的傳播預測（5-20Km）一般不用于小范圍傳播預測（<1km）2,Walfish-IkegamiModel適用于小范圍傳播預測（<1km）傳播預測模型其中f 頻率，單位為MHz150--2000h 基站天線高度[米]30--200a(h) 手機天線高度的函數d 手機和基站之間的距離[公里]L路徑損耗dBA=69.55,B=26.16(150..1000MHz)A=46.3,B=33.9(1000..2000MHz)不同地貌的衰減因子奧村模型市區 小區半徑小,信號衰減很大森林 信號被強烈阻擋或吸收影響隨季節不同而變化開闊田地 信號傳播容易，接近自由傳播水面 信號傳播非常容易，應特別注意信號的水面反射!大山體 信號被反射冰川信號被強烈反射，容易引起嚴重干擾山丘 可以有效用于小區分界，降低干擾地物地貌類型適用于市區復雜情況下微蜂窩傳播預測假設市區建筑規則分布總的信號傳播損耗包括3大部分：直線傳播損耗LLOS屋頂到街道信號損耗LRTS手機周為環境損耗LMShwbdWalfish-Ikegami模型時間分集頻率分集空間分集極化分集多徑分集編碼,交織跳頻多單極化天線雙極化天線均衡器tfGSM系統的分集技術分集增益取決于環境分集增益能增加覆蓋嗎?天線分集

可以獲得3-5dB信號增益 相當于可以容忍更大的路徑損耗 獲得更大的有效覆蓋范圍RR(div)~1,3RA 1.7A覆蓋面積擴大70%

以上估算基于傳播環境平坦而言分集帶來的好處信號=

所有有用信號 carrier

所有無用信號 interference=GSM標準:同頻：C/I>=9dB，工程上:C/I>=12dB

鄰頻：C/I>=-9dB

，工程上：C/I>=-6dB

400K鄰頻：C/I>=-41dB，工程上：C/I>=-38dB有用信號環境噪聲其他信號干擾信號質量下降比特誤碼可修復: 信道編碼,糾錯不可修復: 相位失真干擾的影響接收質量（RXQUALparameter）接收質量等級（0...7）RXQUAL MeanBER BERrangeclass (%) from...to0 0,14 <0,2%1 0,28 0,2...0,4%2 0,57 0,4...0,8%3 1,13 0,8...1,6%4 2,26 1,6...3,2%5 4,53 3,2...6,4%6 9,05 6,4...12,8%7 18,1 >12,8%較好

不可容忍好可以接受GSM系統信號質量多徑信號(回聲效應)頻率復用的同鄰頻干擾外部干擾

網絡質量的提高更要注意網絡干擾的有效控制

盡可能降低網絡的干擾干擾源科學的頻率分配方案合理的站點布局天線下傾和方位角合理調整合理的天線型號非法干擾源的排除合理的參數控制，包括跳頻、非連續發射、功率控制降低干擾的方法good

locationbad

locationFH（跳頻）一種分集技術,“副作用”就是分擔了網絡干擾效果

==>更少的衰落谷點 解碼增益 干擾分集DPC（自動功率控制）原理：評估信號電平和質量DTX（不連續發射）語音間隙關閉發射機。。。。。。。。。降低干擾的方法一種分集技術對抗快衰落對靜止和慢速移動用戶效果明顯基帶跳頻min.=3TRX射頻跳頻分周期和隨即跳頻寬帶合路器支持第一個TRX除外（BCCH）頻率分集本來是針對靜止用戶抗快衰落的，由此卻產生了抗干擾效果跳頻延長電池壽命降低網絡干擾可變步長和固定步長包括上行功控和下行功控電平和質量驅動BSC是總判決者時間信號電平目標電平值：

e.g.-85dmBCCH載頻不參加功率控制功率控制DTX:不連續發射在語音間歇期關閉發射僅發射SIDframes接收端碼變換器產生舒適燥聲DTX:下行沒有使用，上行在使用延長電池壽命降低干擾不連續發射課程進度2.1電波傳播2.2傳播模型2.3天線系統2.4GSM系統分集技術2.5干擾2.6抗干擾措施2.7無線鏈路平衡無線傳播鏈路什么是鏈路平衡?雙向通信系統中需要考慮鏈路平衡不同于電臺或電視臺等單向通信系統原則上下行傳播損耗相同:

downlink=uplink上下行鏈路必須平衡傳播鏈路平衡鏈路預算第一步：根據手機的發射功率計算最大路徑損耗第二步：計算基站的最大發射功率第三步：設定信號門限第四步：計算小區半徑傳播鏈路平衡鏈路預算第一步：根據手機的發射功率計算最大路徑損耗第二步：計算基站的最大發射功率第三步：設定信號門限第四步：計算小區半徑傳播鏈路平衡鏈路預算第一步：根據手機的發射功率計算最大路徑損耗第二步：計算基站的最大發射功率第三步：設定信號門限第四步：計算小區半徑鏈路預算鏈路預算第一步：根據手機的發射功率計算最大路徑損耗第二步：計算基站的最大發射功率第三步：設定信號門限第四步：計算小區半徑舉例：假如墻體損耗22db，人體損耗4db，慢衰落冗余8.5db那么：覆蓋門限可以定義為：-102+22+8.5+4=-67.5dbm根據上面計算，天線出口功率為50dbm路徑損耗為50-（-67.5）=117.5db，根據hata模型計算小區半徑：鏈路預算內容介紹移動通信技術的演進無線傳播原理GSM網絡結構GSM識別號 GSM物理信道GSM簡單呼叫流程GSM網絡原理BSCHLR/AC/EIRTCSMMSC/VLRBTS

AbisInterface

AterInterface

AInterface

AirInterfaceTC

Ater’Interface網絡架構MSC功能與作用操作與維護數據庫管理測量人機接口（MMI）網間互通計費MSC為其服務區內的移動用戶提供交換和信令功能MSCHLR功能與作用HLR:HomeLocationRegister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功能與作用VLR:VisitorLocationRegister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功能與作用鑒權和加密數據Ki,RANDA3,A8算法Kc,SresMSCMSCBTSBTSBTSACDHEF加密是通過一個泊松隨機序列（由加密鑰Kc與幀號通過A5算法產生）和常規突發脈沖之中114個信息比特進行異或操作而得到的。EIR功能與作用EIR：EquipmentIdentityRegister存儲移動設備分類表(IMEI)用來管理所有移動臺設備的國際移動用戶識（IMSI）號碼以及檢查每個移動臺設備是否為合法設備。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。白名單、黑名單、灰名單BSS子系統拓撲圖BTSBSCTCBTSOMC-RBSC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BSCBSC的功能作用實現A接口物理層規定(PCM/E1)實現A接口No.7號信令功能(SP)實現Abis接口物理層規定(PCM/E1)實現Abis接口數據鏈路層(LAPD)實現A接口與Abis接口間信道交換功能實現部分網絡層的功能實現無線資源管理(RR)實現BSS管理應用部分的功能實現切換功能等BTS的一般結構基站接口設備信令處理編碼與交織譯碼與解交織加密加密發信機天線收信機均衡解調解密AbisUm跳頻控制時鐘功率控制BTS的功能作用實現Abis接口物理層規定(PCM/E1)實現Abis接口數據鏈路層(LAPD)實現BTS管理功能實現部分無線資源管理(RR)實現Um接口物理層規定(PCM/E1)實現Um接口數據鏈路層(LAPDm)實現實現跳頻功能實現信道加密、解密功能實現信道編譯碼、交織與解交織功能實現調制與解調功能碼變換器(Transcoder)BBS64KBPS16KBPSMSC30PCMTRAFFICCHANNEL*4TC120GSMTRAFFICCHANNELS011631TCTC功能全稱：TranscoderRateAdaptorUnit語音編解碼功能（FR、EFR）非連續發射功能（DTX）數據速率適配功能與BTS的遠端通信功能MS結構SIMMEMSMS

用戶識別模塊(SIM)用戶固定數據 網絡臨時數據 業務相關數據IMSITMSI 使用的語言Ki LAI 話費數據接入控制Kc安全算法禁止的PLMNSIMBSS部分接口BSS接口協議棧CMMMRRLAPDmLayer1Layer1LAPDmRR′Layer1LAPDBTSMLayer1LAPDBTSMRRSCCPMTPSCCPMTPBSSAPBSSAPCMMMDTAPOMAPDTAPOMAPISUPMAPTCAPairinterfaceAinterfaceAbisinterfaceG.703GMSKmodulationLayer1Layer2Layer3MS接口協議棧NSS部分接口ISUPTUPAMAPEMAPCDMAPGMAPBFMAPMAPBSSAPPSTNBSSMSCVLREIRHLRVLRMSCISDNNSS接口內容介紹移動通信技術的演進無線傳播原理GSM網絡結構GSM識別號 GSM物理信道GSM簡單呼叫流程GSM網絡原理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：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IMSI

國際移動設備識別號(IMEI)FACVLSNRTAC6個數字2個數字6個數字1個數字型號批準碼(TAC)：由認證中心分配工廠裝配碼(FAC)：由廠家編碼，表示制造廠家及最后裝配地。序列號(SNR)： 由廠家分配版本級別(VL)： 由認證中心確定，與TAC關聯。 IMEI移動用戶漫游號碼：位長10位VLR臨時分配給用戶的一個號碼與該MSC所屬HLR有一定聯系在VLR中與IMSI一一對應

移動用戶漫游號(MSRN)MSRN臨時移動用戶識別碼(TMSI)提高IMSI使用的安全性本地分配的4字節的BSC編碼

臨時移動用戶識別號(TMSI)TMSI移動用戶ISDN號碼(MSISDN)國家號碼(CC):中國為86MAC：移動接入碼，=139(8、7、6、5、0、1)移動用戶號：H0H1H2H3ABCDH0H1H2H3：：HLR識別碼，由總部統一分配到本地網；H0=0ABCD：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ISDNMSISDNLAI

(位置區)

用來唯一確定用戶所在的區域標識。用戶在相同的謂之區域內移動不用向網絡（VLR）匯報.網絡通過在一個位置區中進行尋呼來尋找某個手機用戶。LAICGI(全球小區號)是所有GSMPLMN中小區的唯一標識是在位置區識別LAI的基礎上再加上小區識別CI構成的CGIBSIC(基站色碼)用于移動臺識別相鄰的采用相同載頻的不同的基站收發信臺BTS，特別用于區別在不同國家的邊界地區采用相同載頻的相鄰BTS。BSIC為一個6比特編碼。NCC：PLMN色碼用來唯一地識別相鄰國家不同的PLMN相鄰國家要具體協調NCC的配置BCC：BTS色碼用來唯一地識別采用相同載頻相鄰的不同的BTSBSIC內容介紹移動通信技術的演進無線傳播原理GSM網絡結構GSM識別號 GSM物理信道GSM簡單呼叫流程GSM網絡原理GSM900:GSM1800:

信道間隔：200kHz

1710178518051880雙工距離:95MHz890915935960雙工距離:45MHz運營商A運營商B

B

A暫未分配GSM系統頻率資源GSM900andGSM1800就像一對孿生兄弟

GSM900GSM1800頻率帶寬

890...960MHz1710...1880MHz信道數

124 374信道間隔

200kHz 200kHz接入技術

TDMA TDMA手機功率

2W 1WGSM900和GSM1800沒有很大區別，通信機制完全一樣GSM900/1800異同比較1.5GSM系統的主要性能參數

干擾保護比

： 載波干擾保護比（C/I）就是接收到的希望信號電平與非希望信號電平的比值，GSM規范中規定：同頻道干擾保護比：C/I9dB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

需要注意在實際規劃中，我們會要求有3db保護。GSM干擾保護

GSM900andGSM1800的邏輯信道劃分是一樣的廣播信道

(BCH)專用控制信道

（DCCH）通用控制信道

(CCCH)話音信道

(TCH)FCCHSCHBCCH(系統消息)TCH/FAGCHRACHSDCCHFACCHSACCHTCH/HTCH/9.6F

TCH/4.8F,H

TCH/2.4F,HPCH通用信道

(CCH)專用信道

(DCH)邏輯信道空中接口邏輯信道

GSM900andGSM1800的邏輯信道劃分是一樣的廣播信道

(BCH)專用控制信道

（DCCH）通用控制信道

(CCCH)話音信道

(TCH)FCCHSCHBCCH(系統消息)TCH/FAGCHRACHSDCCHFACCHSACCHTCH/HTCH/9.6F

TCH/4.8F,H

TCH/2.4F,HPCH通用信道

(CCH)專用信道

(DCH)邏輯信道空中接口邏輯信道下行信道上、下行信道上行信道FCCHSCHBCCHPCHAGCHBCHCCCH通用信道SDCCHSACCHFACCHTCH/FTCH/HDCCHTCH專用信道系統下行信道結構RACHCCCH通用信道SDCCHSACCHFACCHTCH/FTCH/HDCCHTCH專用信道系統上行信道結構搜尋頻率校正脈沖搜尋同步脈沖解讀系統消息偵聽尋呼消息發送接入脈沖信令信道分配呼叫建立話音信道分配通話呼叫釋放FCCHSCHBCCHPCHRACHAGCHSDCCHFACCHTCHFACCH空閑狀態關機狀態專用模式空閑狀態各邏輯信道作用示意內容介紹移動通信技術的演進無線傳播原理GSM網絡結構GSM識別號 GSM物理信道GSM簡單呼叫流程GSM網絡原理MSBSCChannelactivationackChannelactivationEncryptioncommandChannelrequiredCompleteLayer3Info.AuthenticationrequestCallproceedingCipherModeCompleteSABM(cm_serv_req)ImmediateassigncommandestablishindicationBTSChannelrequestUA(cm_serv_req)CipherModeCommandImmediateassignmentMSCAuthenticationresponseSetupCipherModeCommandCipherModeComplete(Tobecontinued)移動主叫（一）MSBSCBTSMSCAssignmentRequestChannelactivationackAssignmentcommandestablishindicationAssignmentCompleteAssignmentCompleteDeactivateSACCHReleaserequestReleaseconfirmRFChannlereleaseRFChannelreleaseackAlertingConnectConnectacknowledgeSABMUAChannelactivation(Tobecontinued)移動主叫（二）MSBSCBTSMSCChannelReleaseReleaseCompleteReleaseClearCommandRFChannlereleaseDISCDeactivateSACCHRFChannelreleaseackReleaseIndicationUADisconnectClearComplete(End)移動主叫（三）MSBSCBTSMSCChannelactivationackChannelactivationEncryptioncommandChannelrequiredCompleteLayer3Info.AuthenticationrequestCallconfirmCipherModeCompleteSABM(pag_resp)ImmediateassigncommandestablishindicationChannelrequestUA(pag_resp)CipherModeCommandImmediateassignmentAuthenticationresponseSetu