1、第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 第第 7 章章 時分多址時分多址(TDMA)數字蜂窩網數字蜂窩網 7.1 GSM系統總體系統總體 7.2 GSM系統的無線接口系統的無線接口 7.3 GSM系統的控制與管理系統的控制與管理 7.4 三種三種TDMA蜂窩系統分析比較蜂窩系統分析比較 第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 7.1 GSM系統總體系統總體GSM發展過程發展過程：1. 1982年，北歐四國向年，北歐四國向CEPT遞交建議書，要求制定遞交建議書，要求制定900MHz全歐洲全歐洲 統一的蜂窩移動通信系統（解決不同模擬系統的互不兼容無法漫統一的蜂窩移動通信系統（解決不同模擬系

2、統的互不兼容無法漫 游的問題），并成立歐洲游的問題），并成立歐洲GSM（Group Special Mobile）；）；2. 1982-1985年，討論指定模擬蜂窩網還是年，討論指定模擬蜂窩網還是數字蜂窩網數字蜂窩網問題；問題；3. 1986年，在巴黎對提出年，在巴黎對提出8個數字蜂窩系統進行現場實驗，并與個數字蜂窩系統進行現場實驗，并與1987 年年5月，選定窄帶月，選定窄帶TDMA方案；方案；4. 1988年，年，18個歐洲國家達成個歐洲國家達成GSM諒解備忘錄，頒布諒解備忘錄，頒布GSM標準，即標準，即 泛歐數字蜂窩網移動通信標準（僅對功能、接口作出規定，未對泛歐數字蜂窩網移動通信標準（

3、僅對功能、接口作出規定，未對 硬件規定硬件規定 ），包括），包括GSM900和和DCS1800兩個并行系統。兩個并行系統。 GSM標準標準 包括包括12項內容：項內容：第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 表表 71 GSM 標標 準準 第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 圖圖 71 GSM蜂窩系統的網絡結構蜂窩系統的網絡結構 BTSBSCVLRMSCOMCHLRAUCEIRBTSBSCMSMSTE基站子系統網絡子系統PSTNISDNPDN一、一、 網絡結構網絡結構 第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 1.1.移動臺移動臺( (MS) ) (1) 分類分類：車載臺、便攜臺

4、和車載臺、便攜臺和手機手機。(2) 接口接口：移動臺通過移動臺通過無線接口（空中接口）無線接口（空中接口）接入接入GSM系系統，具有無線傳輸與處理功能；移動臺必須提供統，具有無線傳輸與處理功能；移動臺必須提供與使用與使用者之間的接口人機接口者之間的接口人機接口（MIC、按鍵、揚聲器，顯示按鍵、揚聲器，顯示器等）；提供與器等）；提供與其它其它TE之間的接口之間的接口（PC機、機、Fax機等）機等） (3) 重要組成：重要組成：用戶識別模塊用戶識別模塊(SIM)，亦稱亦稱SIM卡卡。第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 2. 基站子系統基站子系統(BSS)GSM系統的基本組成部分系統的基本組

5、成部分(1) 功能功能：通過無線接口與通過無線接口與MS相連，進行無線發送接收及無線資源管相連，進行無線發送接收及無線資源管理；理；BSS與網絡子系統與網絡子系統(NSS)中的移動交換中心中的移動交換中心(MSC)相連，實現移動相連，實現移動用戶與固定網絡用戶之間或移動用戶之間的通信連接。用戶與固定網絡用戶之間或移動用戶之間的通信連接。(2) 組成組成：基站收發信機基站收發信機(BTS)和基站控制器和基站控制器(BSC) 。BTS、天線共用、天線共用器和天線是器和天線是BSS的無線部分，由的無線部分，由BSC實施控制；實施控制；BSC承擔無線資源及承擔無線資源及各種接口的控制與管理。各種接口的

6、控制與管理。 (3) BTSBTS與與BSCBSC的的連接方式連接方式：直接相連或通過基站接口設備直接相連或通過基站接口設備(BIE)采用遠采用遠端控制的連接方式與端控制的連接方式與BSC相連接。相連接。第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 3. 網絡子系統網絡子系統(NSS)交換、移動性和安全性管理功能交換、移動性和安全性管理功能 (1) 移動交換中心移動交換中心(MSC)(MSC)：是是NSS的核心，提供的核心，提供交換功能交換功能并并連接到各功能實體：基站子系統連接到各功能實體：基站子系統(BSS)、原籍位置寄存器原籍位置寄存器(HLR)、鑒權中心鑒權中心(AUC)、移動設備識別寄

7、存器移動設備識別寄存器(EIR)、操作維護中心操作維護中心(OMC)和固定網和固定網(公用電話網、綜合業務數公用電話網、綜合業務數字網等字網等) MSC可以從可以從HLR、VLR和和AUC三種數據庫獲取有關三種數據庫獲取有關處理處理用戶位置登記用戶位置登記和和呼叫請求呼叫請求等所需的全部數據；等所需的全部數據；MSC還支還支持持位置登記和更新位置登記和更新、過區切換過區切換和和漫游服務漫游服務等項功能。等項功能。 第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 (2) 原籍用戶位置寄存器原籍用戶位置寄存器(HLR)：GSM系統的系統的中央數據庫中央數據庫，存儲該存儲該HLR管轄區的所有移動用戶的有

8、關數據。管轄區的所有移動用戶的有關數據。靜態數據靜態數據有有移動用戶碼、訪問能力、用戶類別和補充業務等；移動用戶碼、訪問能力、用戶類別和補充業務等；HLR還暫還暫存移動用戶漫游時的有關存移動用戶漫游時的有關動態信息動態信息數據。數據。(3) 訪問用戶位置寄存器訪問用戶位置寄存器(VLR)：存儲進入其控制區域內：存儲進入其控制區域內來來訪移動用戶的有關數據訪移動用戶的有關數據，這些數據是從該移動用戶的原籍位，這些數據是從該移動用戶的原籍位置寄存器獲取并進行暫存的，一旦移動用戶離開該置寄存器獲取并進行暫存的，一旦移動用戶離開該VLR的控的控制區域，制區域， 則臨時存儲的該移動用戶的數據就會被消除。

9、即則臨時存儲的該移動用戶的數據就會被消除。即VLR可看作是一個可看作是一個動態的用戶數據庫動態的用戶數據庫。 第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 (4) 鑒權中心鑒權中心(AUC)：保障：保障GSM系統的通信安全，包括對系統的通信安全，包括對移動用戶鑒權移動用戶鑒權，對無線鏈路上的話音、數據和信令信息進對無線鏈路上的話音、數據和信令信息進行保密行保密等。鑒權中心存儲鑒權信息和加密密鑰，用來防止等。鑒權中心存儲鑒權信息和加密密鑰，用來防止無權用戶接入系統和保證無線通信安全。無權用戶接入系統和保證無線通信安全。 (5) 移動設備識別寄存器移動設備識別寄存器(EIR)：存儲移動設備的國際移：

10、存儲移動設備的國際移動設備識別碼動設備識別碼(IMEI)，通過核查通過核查白色、黑色和灰色白色、黑色和灰色三種清三種清單，運營部門就可判斷出移動設備是屬于準許使用的，還單，運營部門就可判斷出移動設備是屬于準許使用的，還是失竊而不準使用的，還是由于技術故障或誤操作而危及是失竊而不準使用的，還是由于技術故障或誤操作而危及網絡正常運行的網絡正常運行的MS設備，以確保網絡內所使用的移動設設備，以確保網絡內所使用的移動設備的唯一性和安全性。備的唯一性和安全性。 第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 (6) 操作與維護中心操作與維護中心( (OMC) )：負責對全網進行監控負責對全網進行監控與操作維

11、護。包括系統的與操作維護。包括系統的自檢、報警自檢、報警與備用與備用設備的激設備的激活活，系統的，系統的故障診斷與處理故障診斷與處理，話務量的統計和計費數話務量的統計和計費數據的記錄與傳遞據的記錄與傳遞，以及與網絡參數有關的，以及與網絡參數有關的各種參數的各種參數的收集、收集、 分析與顯示分析與顯示等。等。 第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 4. GSM網絡接口網絡接口 VLRVLRHLREIRMSCBTSBSCAbisMSCMSUmAEFCBDG圖圖 7-2 GSM系統的接口系統的接口 第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 (1) 主要接口主要接口：A接口、接口、Abis接口

12、和接口和Um接口。主要接口接口。主要接口的定義和標準化可的定義和標準化可保證不同廠家生產的移動臺、基站子保證不同廠家生產的移動臺、基站子系統和網絡子系統設備系統和網絡子系統設備能夠納入同一個能夠納入同一個GSM移動通信網移動通信網運行和使用。運行和使用。 (2) 網絡子系統內部接口：網絡子系統內部接口：B、C、D、E、F、G接口。接口。 (3) GSM系統與其它公用電話網接口：系統與其它公用電話網接口：GSM系統通過系統通過MSC與公用電信網互連。一般采用與公用電信網互連。一般采用7號信令系統號信令系統接口。接口。物理鏈接方式：物理鏈接方式：MSC與與 PSTN或或ISDN交換機之間采用交換機

13、之間采用 2.048 Mb/s的的PCM數字傳輸鏈路實現的。數字傳輸鏈路實現的。 第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 二、二、GSM的區域、號碼、地址與識別的區域、號碼、地址與識別 1. 區域定義區域定義 GSM系統屬于小區制大容量移動通信網，其服務系統屬于小區制大容量移動通信網，其服務區內設置很多基站，移動臺只要在服務區內，區內設置很多基站，移動臺只要在服務區內，移動通信移動通信網就必須具有控制、交換功能，以實現位置更新、呼叫網就必須具有控制、交換功能，以實現位置更新、呼叫接續、過區切換及漫游服務接續、過區切換及漫游服務等功能。等功能。第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 扇區

14、扇區基站區扇區扇區基站區位置區扇區扇區基站區扇區扇區基站區位置區MSC區扇區扇區基站區扇區扇區基站區位置區扇區扇區基站區扇區扇區基站區位置區MSC區PLMN區GSM服務區圖圖 7 3 GSM的區域定義的區域定義第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 (1) GSM服務區服務區：移動臺可獲得服務的區域，即不同通信移動臺可獲得服務的區域，即不同通信 網用戶無需知道移動臺的實際位置而可與之通信的區域。網用戶無需知道移動臺的實際位置而可與之通信的區域。(2)公用陸地移動通信網公用陸地移動通信網(PLMN)：一個公用陸地移動通信一個公用陸地移動通信網網(PLMN)可由一個或若干個移動可由一個或若干個

15、移動交換中心組成。交換中心組成。(3) MSC區區：一個移動交換中心所控制的區域，通常它連一個移動交換中心所控制的區域，通常它連接一個或若干個基站控接一個或若干個基站控制器，每個基站控制器控制多個基制器，每個基站控制器控制多個基站收發信機。站收發信機。(4) 位置區位置區：一般由若干個小區一般由若干個小區(或基站區或基站區)組成，移動臺在組成，移動臺在位置區內移動無需進行位置更新。通常呼叫移動臺時，向位置區內移動無需進行位置更新。通常呼叫移動臺時，向一個位置區內的所有基站同時發尋呼信號。一個位置區內的所有基站同時發尋呼信號。 (5) 基站區基站區：基站收發信機有效的無線覆蓋區，即小區?；臼瞻l

16、信機有效的無線覆蓋區，即小區。 (6) 扇區扇區：當基站采用有向天線收發時，基站區分為若干當基站采用有向天線收發時，基站區分為若干 個扇區。個扇區。第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 2. 號碼與識別號碼與識別正確尋址，識別不同的正確尋址，識別不同的MS、不同的移動不同的移動 設備及不同的網絡設備及不同的網絡(1) 國際移動用戶識別碼國際移動用戶識別碼(IMSI)：唯一性、所有位置有效；唯一性、所有位置有效； 建立呼叫和位置更新時使用建立呼叫和位置更新時使用 。圖圖 7-4 國際移動用戶識別碼國際移動用戶識別碼(IMSI)的格式的格式 MCCMNCMSINNMSIIMSI（= 15位數

17、字)3位數字1或2位數字第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 MCC：移動用戶所屬國家代號，移動用戶所屬國家代號，3位數字，中國的位數字，中國的MCC規定為規定為 460。 MNC：移動網號碼，最多由兩位數字組成，用于識別移動網號碼，最多由兩位數字組成，用于識別移動用戶所歸屬的移動通信網。移動用戶所歸屬的移動通信網。 MSIN：移動用戶識別碼，用以識別某一移動通信網移動用戶識別碼，用以識別某一移動通信網(PLMN)中的移動用戶。中的移動用戶。第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 (2) 臨時移動用戶識別碼臨時移動用戶識別碼(TMSI) 作用：作用：為保障移動用戶識別碼的安全性，為保

18、障移動用戶識別碼的安全性，GSM系統提供系統提供安全保密措施，安全保密措施，空中接口無線傳輸的識別碼采用臨時移動空中接口無線傳輸的識別碼采用臨時移動用戶識別碼用戶識別碼(TMSI)代替代替IMSI。 兩者按一定的算法互相轉兩者按一定的算法互相轉換。訪問位置寄存器換。訪問位置寄存器(VLR)可給來訪的移動用戶分配一個可給來訪的移動用戶分配一個TMSI。 兩者的區別：兩者的區別：IMSI只在起始入網登記時使用，在后續的呼只在起始入網登記時使用，在后續的呼叫中使用叫中使用TMSI，避免通過無線信道發送其，避免通過無線信道發送其IMSI，防止竊，防止竊聽者檢測用戶的通信內容，或非法盜用合法用戶的聽者檢

19、測用戶的通信內容，或非法盜用合法用戶的IMSI。格式：格式：由各運營部門決定，總長不超過由各運營部門決定，總長不超過 4 個字節。個字節。 第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 (3) 國際移動設備識別碼國際移動設備識別碼(IMEI)： 區別移動臺設備的標志，可用于區別移動臺設備的標志，可用于監控被竊或無效的的監控被竊或無效的的移動設備。移動設備。 圖圖 7-5 國際移動設備識別碼國際移動設備識別碼(IMEI)的格式的格式 TACFACSNRSPIMEI（ 15位數字)6位數字2位數字6位數字1位數字第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 TAC：型號批準碼，由型號標準中心分配。型號

20、批準碼，由型號標準中心分配。 FAC：裝配廠家號碼。裝配廠家號碼。 SNR：產品序列號，用于區別同一個產品序列號，用于區別同一個TAC和和FAC中的中的每臺移動設備。每臺移動設備。 SP：備用。備用。第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 (4) 移動臺號碼移動臺號碼：移動臺國際移動臺國際ISDN號碼號碼(MSISDN)：呼叫呼叫GSM系統中的系統中的 某個移動用戶所需撥的號碼。某個移動用戶所需撥的號碼。圖圖 7-6 移動臺國際移動臺國際ISDN的格式的格式 第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 CC：國家代號，即移動臺注冊登記的國家代號，中國國家代號，即移動臺注冊登記的國家代號，中

21、國為為 86。 NDC：國內地區碼，每個國內地區碼，每個PLMN有一個有一個NDC。 SN：移動用戶號碼。移動用戶號碼。 國內國內ISDN號碼：號碼：由由NDC和和SN兩部分組成，長度不超兩部分組成，長度不超過過 13 位數。國際位數。國際ISDN號碼長度不超過號碼長度不超過 15 位數。位數。第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 我國移動用戶我國移動用戶ISDN號碼用號碼用11位數字的等長號碼表示。位數字的等長號碼表示。NDC：包含數字蜂窩：包含數字蜂窩移動業務接入號移動業務接入號 和和HLR識別號識別號 。數字蜂窩移動業務接入號數字蜂窩移動業務接入號NDC：139X、138X 為為H

22、LR識別號：表示用戶歸屬的識別號：表示用戶歸屬的HLR，也用來區別也用來區別移動業務本地網移動業務本地網。123HHH、123NNN、123HHH、第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 的的分配分配12HH、第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 移動臺漫游號碼移動臺漫游號碼(MSRN)：當移動臺漫游到一個新的當移動臺漫游到一個新的服務區時，由服務區時，由VLR給它分配一個臨時性的漫游號碼，并給它分配一個臨時性的漫游號碼，并通知該移動臺的通知該移動臺的HLR，用于建立通信路由。一旦該移動用于建立通信路由。一旦該移動臺離開該服務區，此漫游號碼即被收回，并可分配給其臺離開該服務區，此漫游

23、號碼即被收回，并可分配給其它來訪的移動臺使用。它來訪的移動臺使用。組成格式與移動臺國際組成格式與移動臺國際(或國或國內內)ISDN號碼相同。號碼相同。 第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 (5) 位置區和基站識別碼：位置區和基站識別碼： 位置區識別位置區識別(LAI)碼：碼：在檢測位置更新和信道越區切換在檢測位置更新和信道越區切換時，要使用時，要使用LAI。位置區碼位置區碼(LAC)用于識別用于識別GSM的一個位的一個位置區。在置區。在LAI后加上小區的標志號可組成小區識別碼。后加上小區的標志號可組成小區識別碼。圖圖 7-7 位置區識別碼的格式位置區識別碼的格式 第 7 章 時分多址(

24、TDMA)數字蜂窩網 基站識別色碼基站識別色碼(BSIC)：用于移動臺識別相同載頻的不同用于移動臺識別相同載頻的不同 基站，特別用于區別在不同國家的邊界地區采用相同載基站，特別用于區別在不同國家的邊界地區采用相同載 頻且相鄰的基站。頻且相鄰的基站。 NCC：PLMN色碼，用來識別相鄰的色碼，用來識別相鄰的PLMN網。網。 BCC：BTS色碼，用來識別相同載頻的不同的基站。色碼，用來識別相同載頻的不同的基站。圖圖 7-8 基站識別色碼基站識別色碼(BSIC)的格式的格式 第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 三、三、 主要業務主要業務 1. 通信業務分類通信業務分類： 表表 7-2 GSM

25、電信業務分類電信業務分類 第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 2. 業務定義：業務定義：(1) 電話業務：電話業務：是是GSM系統提供的最主要業務。系統提供的最主要業務。 (2) 緊急呼叫業務：緊急呼叫業務：在緊急情況下在緊急情況下, 移動用戶通過一移動用戶通過一種簡單的撥號方式即可撥通緊急服務種簡單的撥號方式即可撥通緊急服務中心。中心。(3) 短消息業務：短消息業務：包括移動臺之間點對點短消息業務包括移動臺之間點對點短消息業務以及小區廣播短消息業務。以及小區廣播短消息業務。第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 (4) 可視圖文接入：可視圖文接入：是一種通過網絡完成文本、圖形信息

26、是一種通過網絡完成文本、圖形信息檢索和電子函件功能的業務。檢索和電子函件功能的業務。(5) 智能用戶電報傳送：智能用戶電報傳送：能夠提供智能用戶電報終端間的能夠提供智能用戶電報終端間的文本通信業務。此類終端具有文本信息的編輯、存儲和文本通信業務。此類終端具有文本信息的編輯、存儲和處理等能力。處理等能力。(6) 傳真：傳真：語言和語言和3類傳真交替傳送的業務。類傳真交替傳送的業務。第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 7.2 GSM系統的無線接口系統的無線接口(重點重點) 一、一、GSM系統無線傳輸的特征系統無線傳輸的特征 表表 7-3 GSM等三種數字蜂窩網主要參數等三種數字蜂窩網主要參

27、數 第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 1. TDMA/FDMA接入方式：接入方式： 圖圖 7-9 TDMA/FDMA接入方式接入方式 時間0 1 2 3 4 5 6 7fnfn+1fn+2fn+3fn+4幀4.6 ms時隙577s200 kHZ= 物理信值頻率第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 2. 頻率與頻道序號：頻率與頻道序號： (1) GSM系統工作頻段：系統工作頻段： 上行上行(移動臺發、基站收移動臺發、基站收) 890915 MHz 下行下行(基站發、移動臺收基站發、移動臺收) 935960 MHz 收、發頻率間隔為收、發頻率間隔為 45 MHz。 移動臺采用較低頻

28、段發射，傳播損耗較低，有利于移動臺采用較低頻段發射，傳播損耗較低，有利于補償上、下行功率不平衡的問題。補償上、下行功率不平衡的問題。 第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 (2) 載頻序號及頻率的計算：載頻序號及頻率的計算： 載頻間隔是載頻間隔是0.2MHz，將，將GSM系統整個工作頻段分系統整個工作頻段分為為 124 對載頻，對載頻， 頻道序號用頻道序號用n表示。表示。 下頻段下頻段 fl(n)=(890+0.2 n) MHz 上頻段上頻段fh(n)=(935+0.2 n) MHz其中其中n=1124 n=1，fl(1)=890.2MHz, fh(1)=935.2 MHz，其它其它序號

29、序號的載頻依次類推。的載頻依次類推。 每個載頻有每個載頻有8個時隙，個時隙，GSM系統總共有系統總共有1248=992個物理信道，個物理信道，稱稱GSM系統有系統有1000個物理信道個物理信道。 第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 3. 調制方式：調制方式：高斯型最小移頻鍵控高斯型最小移頻鍵控(GMSK)方式方式 矩形脈沖在調制器之前先通過一個高斯濾波器。該矩形脈沖在調制器之前先通過一個高斯濾波器。該調制方案改善了頻譜特性，能滿足調制方案改善了頻譜特性，能滿足CCIR提出的鄰信道提出的鄰信道功率電平小于功率電平小于-60dBW的要求。高斯濾波器的歸一化帶的要求。高斯濾波器的歸一化帶寬寬

30、BT=0.3?；诨?00 kHz的載頻間隔及的載頻間隔及 270.833 Kb/s的的信道傳輸速率，其頻譜利用率為信道傳輸速率，其頻譜利用率為 1.35 b/s/Hz。 第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 4. 載頻復用與區群結構：載頻復用與區群結構： GSM系統中，基站發射功率為每載波系統中，基站發射功率為每載波500W，每時每時隙平均為隙平均為 500/8=62.5W。小區覆蓋半徑最大為小區覆蓋半徑最大為35km，最，最小為小為 500m，前者適用于農村地區，后者適用于市區。前者適用于農村地區，后者適用于市區。 由于系統采取了多種抗干擾措施，同頻道射頻防護由于系統采取了多種抗干

31、擾措施，同頻道射頻防護比比可降到可降到C/I=9dB，在業務密集區，可采用，在業務密集區，可采用 3小區小區9扇區扇區的區群結構的區群結構。 第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 二、信道類型及其組合二、信道類型及其組合 1. 幀結構：幀結構： (1) 邏輯信道與物理信道：邏輯信道與物理信道： 蜂窩通信系統要傳輸不同類型的信息，按邏輯功能蜂窩通信系統要傳輸不同類型的信息，按邏輯功能而言，分為而言，分為業務信息和控制信息業務信息和控制信息。因而在時分、頻分復。因而在時分、頻分復用的物理信道上要安排相應的邏輯信道。在時分多址的用的物理信道上要安排相應的邏輯信道。在時分多址的物理信道中，物理信

32、道中，基礎是基礎是幀結構幀結構。 第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 圖圖 7-10 GSM系統各種幀和時隙的格式系統各種幀和時隙的格式 第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 (2) TDMA幀及其復用：幀及其復用： 每一個每一個TDMA幀分幀分07共共8個時隙，幀長度為個時隙，幀長度為 120/264.615ms。每個時隙長度為每個時隙長度為15/260.577ms，包，包含含156.25個碼元。個碼元。 由若干個由若干個TDMA幀構成幀構成復幀復幀，其結構有兩種，由，其結構有兩種，由 26 幀組成的復幀，幀長幀組成的復幀，幀長 120 ms，主要用于業務信息的主要用于業務信息

33、的傳輸，也稱作傳輸，也稱作業務復幀業務復幀；由；由51幀組成的復幀，幀組成的復幀，幀長幀長 235.385ms，專用于傳輸控制信息，也稱作專用于傳輸控制信息，也稱作控制復幀控制復幀。第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 由由51個業務復幀或個業務復幀或26個控制復幀均可組成一個個控制復幀均可組成一個超超幀幀 ， 周 期 為， 周 期 為 1 3 2 6 個個 T D M A 幀 ， 超 幀 長幀 ， 超 幀 長 51264.61510-36.12 s。 由由2048個超幀組成個超幀組成超高幀超高幀，超高幀的周期為，超高幀的周期為2 0481326=2 715 648 個個TDMA 幀，即

34、幀，即3小時小時28分分53秒秒 760 毫秒。毫秒。第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 圖圖 7-11 上行幀號和下行幀號所對應的時間關系上行幀號和下行幀號所對應的時間關系 012345670123456701234567012345670101TDMA幀號TDMA幀號BTS到MSMS到BTS偏移下行C045 MHz(GSM 900)95 MHz(DCS 1800)上行C0(3) 上行幀號和下行幀號所對應的時間關系：上行幀號和下行幀號所對應的時間關系： 幀編號幀編號(FN)以超高幀為周期，從以超高幀為周期，從0到到 2715647。第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 2. 信

35、道分類信道分類 圖圖7- 12 GSM系統的信道分類系統的信道分類 第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 (1) 業務信道業務信道(TCH)：主要傳輸主要傳輸話音或數據話音或數據及少量的及少量的隨路隨路控制信令控制信令。分為全速率業務信道。分為全速率業務信道(TCH/F)和半速率業務信和半速率業務信道道(TCH/H)之分。之分。 話 音 業 務 信 道話 音 業 務 信 道 ： 分 為 全 速 率 話 音 業 務 信 道： 分 為 全 速 率 話 音 業 務 信 道(TCH/FS)和半速率話音業務信道和半速率話音業務信道(TCH/HS)，總速率分別，總速率分別為為 22.8 kb/s和和

36、11.4 kb/s。 對于全速率話音編碼，話音幀長對于全速率話音編碼，話音幀長20ms，每幀含每幀含260 bit 話音信息，提供的凈速率為話音信息，提供的凈速率為 13 kb/s。 第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 數據業務信道：數據業務信道：在全速率或半速率信道上，通過不在全速率或半速率信道上，通過不同的速率適配和信道編碼，用戶可使用下列各種不同的數同的速率適配和信道編碼，用戶可使用下列各種不同的數據業務：據業務： 9.6 kb/s, 全速率數據業務信道全速率數據業務信道 (TCH/F9.6) 4.8 kb/s, 全速率數據業務信道全速率數據業務信道 (TCH/F4.8) 4.8

37、 kb/s, 半速率數據業務信道半速率數據業務信道 (TCH/H4.8) 2.4 kb/s, 全速率數據業務信道全速率數據業務信道 (TCH/F2.4) 2.4 kb/s, 半速率數據業務信道半速率數據業務信道 (TCH/H2.4) 第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 (2) 控制信道控制信道 (CCH)：用于傳送控制信令和同步信號。用于傳送控制信令和同步信號。 廣播信道廣播信道(BCH)：一點對多點的單向控制信道，用于一點對多點的單向控制信道，用于基站向移動臺廣播公用的信息。傳輸內容主要是基站向移動臺廣播公用的信息。傳輸內容主要是移動臺入網移動臺入網和呼叫建立和呼叫建立所需要的有關信

38、息。分為：所需要的有關信息。分為： 頻率校正信道頻率校正信道(FCCH)：傳輸傳輸MS校正其工作頻率的信息；校正其工作頻率的信息； 同步信道同步信道(SCH)：傳輸傳輸MS進行同步和對進行同步和對BS進行識別的信進行識別的信息，基站識別碼是在同步信道上傳輸的；息，基站識別碼是在同步信道上傳輸的； 廣播控制信道廣播控制信道(BCCH)：傳輸公用控制信息，傳輸公共控傳輸公用控制信息，傳輸公共控制信道制信道(CCCH)號碼及是否號碼及是否與獨立專用控制信道與獨立專用控制信道(SDCCH)相相組合等信息。組合等信息。 第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 公用控制信道公用控制信道(CCCH)：雙

39、向控制信道，用于雙向控制信道，用于呼叫呼叫接續階段傳輸鏈路連接接續階段傳輸鏈路連接所需要的控制信令。分為：所需要的控制信令。分為： 尋呼信道尋呼信道(PCH)：下行信道，傳輸基站尋呼移動臺的下行信道，傳輸基站尋呼移動臺的信息；信息； 隨機接入信道隨機接入信道(RACH)：上行信道，用于移動臺隨機上行信道，用于移動臺隨機提出的入網申請，即請求分配一個獨立專用控制信道提出的入網申請，即請求分配一個獨立專用控制信道(SDCCH)； 準許接入信道準許接入信道(AGCH)：下行信道，用于基站對下行信道，用于基站對MS的的入網申請作出應答，入網申請作出應答，即分配一個獨立專用控制信道。即分配一個獨立專用控

40、制信道。 第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 專用控制信道專用控制信道(DCCH)：點對點雙向控制信道，點對點雙向控制信道，呼呼叫接續階段叫接續階段及及通信進行當中通信進行當中，在，在MS和和BS之間傳輸必需的之間傳輸必需的控制信息。分為：控制信息。分為： 獨立專用控制信道獨立專用控制信道(SDCCH)： 用于用于在分配業務信道之在分配業務信道之前前傳送有關信令傳送有關信令(登記、登記、鑒權等信令，經鑒權確認后，再鑒權等信令，經鑒權確認后，再分配分配TCH)。 第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 慢速輔助控制信道慢速輔助控制信道(SACCH)：雙向點對點控制信道。雙向點對點控制

41、信道。在在MS和和BS之間，需要之間，需要周期性地傳輸一些信息周期性地傳輸一些信息（MS要不要不斷報告正在服務的斷報告正在服務的BS和鄰近和鄰近BS的信號強度，以實現的信號強度，以實現“移動臺輔助切換功能移動臺輔助切換功能”)；傳輸；傳輸BS對對MS的的功率調整功率調整、時間調整命令時間調整命令。SACCH可與一個可與一個TCH或一個獨立專用或一個獨立專用控制信道控制信道(SDCCH)聯用，構成聯用，構成SACCH/T和和SACCH/C信信道。道。第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 快速輔助控制信道快速輔助控制信道(FACCH)：傳送與傳送與SDCCH相同的相同的信息信息，只有在沒有分

42、配，只有在沒有分配SDCCH的情況下，才使用這種控的情況下，才使用這種控制信道。使用時要中斷業務信息制信道。使用時要中斷業務信息(中斷猝發中斷猝發)，把，把FACCH插入業務信道，每次占用的插入業務信道，每次占用的時間很短，約時間很短，約18.5 ms。 第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 3. 時隙的格式時隙的格式： GSM系統中，每幀含系統中，每幀含8個時隙，時隙的寬度為個時隙，時隙的寬度為 0.577 ms，其中包含其中包含156.25 bit。TDMA信道上一個時隙中的信道上一個時隙中的信息格式稱為信息格式稱為突發脈沖序列突發脈沖序列。 根據所傳信息的不同，時隙所含的具體內容及

43、其組根據所傳信息的不同，時隙所含的具體內容及其組成的格式也不相同。成的格式也不相同。 (1) 常規突發常規突發(NB, Normal Burst)脈沖序列：脈沖序列：普通突普通突發脈沖序列，發脈沖序列， 用于業務信道及專用控制信道。用于業務信道及專用控制信道。第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 圖圖 7-13 三種突發脈沖序列的格式三種突發脈沖序列的格式 第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 (2) 頻率校正突發頻率校正突發(FB, Frequency Correction Burst)脈沖序列：脈沖序列：校正移動臺的載波頻率，格式比較簡單。校正移動臺的載波頻率，格式比較簡單。

44、起始和結束的尾比特各占起始和結束的尾比特各占3bit，保護時間，保護時間8.25bit， 與普通突發脈沖序列相同，其余的與普通突發脈沖序列相同，其余的142bit均為均為“0”，相應發送的射頻是一個與載頻有固定偏移的純相應發送的射頻是一個與載頻有固定偏移的純正弦波，正弦波， 以便于調整移動臺的載頻。以便于調整移動臺的載頻。 第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 (3) 同步突發同步突發(SB，Synchronisation Burst)脈沖序列：脈沖序列： 用于移動臺的時間同步。主要包括用于移動臺的時間同步。主要包括 64bit的位同步信號，的位同步信號，以及兩段各以及兩段各39bit數

45、據，用于數據，用于傳輸傳輸TDMA幀號幀號和和基站識別基站識別碼碼(BSIC)（用于移動臺進行信號強度測量時區分同一個用于移動臺進行信號強度測量時區分同一個載頻對應的不同基站）。載頻對應的不同基站）。 第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 (4) 接入突發接入突發(AB, Access Burst)脈沖序列：脈沖序列：在隨在隨機機接入信道接入信道(RACH)上傳送，用于移動用戶向基站提出入上傳送，用于移動用戶向基站提出入網申請。（起始尾比特為網申請。（起始尾比特為00111010） 圖圖 7-14 接入突發脈沖序列的格式接入突發脈沖序列的格式 第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網

46、鏈路層信息幀格式鏈路層信息幀格式 地址段控制字段長度指示段信息段填充段消息物理幀邏輯信道第一層物理層第二層鏈路層第三層網絡層第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 4. 信道的組合方式信道的組合方式： (1) 業務信道的組合方式：業務信道的組合方式：1個業務信道的復幀含個業務信道的復幀含26個個(2) TDMA幀幀 ，C 0上的上的TS 0用于用于BCH和和CCCH， C 0上的上的(3) TS 1用于用于用于用于DCCH。其余載頻上其余載頻上8個時隙用于個時隙用于TCH。圖圖 715 業務信道的組合方式業務信道的組合方式 第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 (2) 控制信道的組合

47、方式：控制信道的組合方式：控制信道的復幀含控制信道的復幀含51 幀，其組幀，其組合方式類型較多，上行和下行傳輸組合方式也不相同合方式類型較多，上行和下行傳輸組合方式也不相同 BCH和和CCCH在主載頻在主載頻C0的的TS0上的復用（下行信道）：上的復用（下行信道）： 圖圖 7-16 BCH和和CCCH在在TS0上的復用上的復用 第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 圖圖 7-17 TS0上上RACH的復用（上行信道）的復用（上行信道） 第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 SDCCH和和SACCH在在TS1上的復用：上的復用：上、下行信道上、下行信道復用，構成相同，時間上有一個偏移

48、。復用，構成相同，時間上有一個偏移。 圖圖 7-18 SDCCH和和SACCH(下行下行)在在TS1上的復用上的復用 第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 公用控制信道和專用控制信道均在公用控制信道和專用控制信道均在TS0上的復用：上的復用：小容量地區或建站初期使用小容量地區或建站初期使用 圖圖 7-19 TS0上控制信道的綜合復用上控制信道的綜合復用 第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 三、話音和信道編碼三、話音和信道編碼 1. 數字話音信號在無線傳輸時面臨的主要問題數字話音信號在無線傳輸時面臨的主要問題：(1)選擇低速率編碼方式選擇低速率編碼方式，以適應有限帶寬的要求；，以適

49、應有限帶寬的要求；(2)選擇有效的方法減少誤碼率選擇有效的方法減少誤碼率，即信道編碼問題；，即信道編碼問題；(3)選用有效調選用有效調制方法制方法，減小雜波輻射，減小雜波輻射， 降低干擾。降低干擾。 第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 圖圖 7-20 GSM系統的話音和信道編碼組成方框圖系統的話音和信道編碼組成方框圖 聲電輸出將模擬信號變為13比特線性碼RPE-LTP編碼器無線子系統電聲輸出將模擬信號變為13比特線性碼RPE-LTP譯碼器RPE-LTP譯碼器將13比特線性碼變換為8比特A律碼移動交換中心公用電話交換網（PSTN/ISDN）RPE-LTP譯碼器將8比特A律碼變換為13比特

50、線性碼移動臺（MS）基站系統（BSS）104 kb/s13 kb/s糾錯解碼去交織無線GMSK解調前向糾差編碼交織無線接入和GMSK調制無線接入及調制交織前向糾錯編碼無線解調去交織糾錯解碼雙工器模擬話音8 000 樣本/秒13比特線性碼話音編碼456比特/幀話音編碼456比特/幀8 000 樣本/秒13比特線性碼8 000 樣本/秒8比特A律（CCITT Rec.G.711，G.712，G713，G714）50幀260比特/幀2 . GSMGSM系統的話音和信道編碼系統的話音和信道編碼：第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 12345678D1D2D3D4D5D6D7D8D1D2D3D4

51、D5D6D7D8456 bit456 bit20 ms26020 ms260話音編碼器話音編碼器信道編碼器信道編碼器357 bit126 bit（訓練序列）157 bit38.25交織話音尾碼數據數據保護尾碼第二個20ms輸出單幀交織距離= 8規則脈沖激勵長期預測編碼時隙流（在一幀僅發一時隙）常規實發序列第一個20ms輸出圖圖 9-21 GSM的編碼流程的編碼流程260：78182(3,4)-189-378 第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 圖 7-22 GSM的交織方式 第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 四、跳頻和間斷傳輸技術四、跳頻和間斷傳輸技術1. 跳頻技術（跳頻技術

52、（FH）：）：指載波頻率在很寬頻率范圍內按指載波頻率在很寬頻率范圍內按某種圖案某種圖案( (序列序列) )進行跳變。進行跳變。 圖 7-23 GSM系統的跳頻示意圖 第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 (1) 跳頻系統的抗干擾原理及其處理增益：跳頻系統的抗干擾原理及其處理增益： DS是是靠頻譜的擴展和解擴靠頻譜的擴展和解擴處理來提高抗干擾能力的，處理來提高抗干擾能力的，而跳頻是而跳頻是靠躲避干擾靠躲避干擾來達到抗干擾目的?？垢蓴_性能用處來達到抗干擾目的?？垢蓴_性能用處理增益理增益GP表征，表征，GP的表達式為的表達式為CWPBBGlg10其中：其中：BW是跳頻系統的跳變頻率范圍；是跳頻

53、系統的跳變頻率范圍；BC是跳頻系統的是跳頻系統的最小跳變的頻率間隔最小跳變的頻率間隔(GSM的的BC=200 kHz)。 若若BW取取15 MHz，則，則GP=18 dB。 第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 (2) 避免調頻序列產生頻率擊中的措施：避免調頻序列產生頻率擊中的措施：同一小區或鄰近小區不同的載頻采用相互正交的同一小區或鄰近小區不同的載頻采用相互正交的PN序列；序列；調頻的設置需根據統一的超幀序號來提供頻率跳變順序和調頻的設置需根據統一的超幀序號來提供頻率跳變順序和開始時間。開始時間。第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 2. 間斷傳輸間斷傳輸 ： 為提高頻譜利用率，

54、為提高頻譜利用率，GSM系統采用系統采用話音激活技術話音激活技術(間斷傳輸間斷傳輸(DTx)技術技術)。只在有話音時才打開發射機，可。只在有話音時才打開發射機，可以減小干擾，提高系統容量以減小干擾，提高系統容量(對移動臺來說更有意義，在對移動臺來說更有意義，在無信息傳輸時立即關閉發射機，可減少電源消耗無信息傳輸時立即關閉發射機，可減少電源消耗)。 GSM中，話音激活技術采用一種中，話音激活技術采用一種自適應門限話音檢自適應門限話音檢測算法測算法。當發端判斷出通話暫停時，立即關閉發射機，。當發端判斷出通話暫停時，立即關閉發射機，暫停傳輸；在接收端檢測出無話音時，在相應空閑幀中暫停傳輸；在接收端檢

55、測出無話音時，在相應空閑幀中填上輕填上輕微的微的“舒適噪聲舒適噪聲”，避免造成通信中斷的錯覺。，避免造成通信中斷的錯覺。 第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 7.3 GSM系統的控制與管理系統的控制與管理 一、位置登記一、位置登記 1. 位置登記及要求：位置登記及要求：通信網跟蹤移動臺的位置變化，通信網跟蹤移動臺的位置變化，對其位置信息進行登記、刪除和更新的過程。數字蜂對其位置信息進行登記、刪除和更新的過程。數字蜂窩網的用戶密度大于模擬蜂窩網，因而位置登記過程窩網的用戶密度大于模擬蜂窩網，因而位置登記過程必須更快、更精確。必須更快、更精確。位置信息存儲在原籍位置寄存器位置信息存儲在原籍

56、位置寄存器(HLR)和訪問位置寄存器和訪問位置寄存器(VLR)中。中。 第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 圖圖 7-24 位置區劃分的示意圖位置區劃分的示意圖 BTSBTSBTSBTSBTSBTSBTSBTSBTSBSCBSCBSCVLRMSCVLRMSCHLRLA1LA2LA3LA4第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 2. 位置登記過程位置登記過程: :MS“位置登記請求”“更新位置登記”詢問“MS的IMSI”MSC（VLR）n（VLR）o“詢問IMSI”響應查詢“MS的有關參數”“查詢有關參數”響應“位置信息注銷”“更新位置登記”確認“位置登記請求”確認（LR）HLR圖圖

57、 7-25 位置登記過程位置登記過程第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 二、二、 GSM安全措施：安全措施： 1. 鑒權和加密：鑒權和加密：鑒權是為了確認移動臺的合法性，而加鑒權是為了確認移動臺的合法性，而加密是為防止第三者竊聽。鑒權中心密是為防止第三者竊聽。鑒權中心(AUC)為鑒權與加密提為鑒權與加密提供三參數組供三參數組(RAND#, SRES和和Kc)，在用戶入網時，用戶在用戶入網時，用戶鑒權密鑰鑒權密鑰Ki和和IMSI一起分配給用戶，每一個用戶均有惟一起分配給用戶，每一個用戶均有惟一的一的Ki和和IMSI，它們存儲于它們存儲于AUC數據庫和數據庫和SIM卡中?？ㄖ?。 第 7 章

58、 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 圖圖 7-26 AUC產生三參數組產生三參數組 IMSI 1KiIMSI 2Ki數據庫IMSI和鑒權RAND產生隨機數加密算法A8鑒權算法A3結果結果KcSRESRANDKcSRESRANDIMSI：國際移動用戶識別Kc：密鑰Ki：用戶鑒權鍵SRES：符號響應RAND：隨機數將三參數組傳送給HLR三參數組第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 ( 1 ) 鑒權過程鑒權過程第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 (2)加密過程加密過程第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 2. 設備識別（設備識別（IMEI）：確保系統中使用的設備不是盜確保系統中使用

59、的設備不是盜用的或非法的設備。用的或非法的設備。 EIR中存儲了所有中存儲了所有MS的設備識別碼，每一個的設備識別碼，每一個MS只存儲只存儲本身的本身的IMEI。EIR中使用三種設備清單：中使用三種設備清單： 白名單：合法的移動設備識別號；白名單：合法的移動設備識別號； 黑名單：禁止使用的移動設備識別號；黑名單：禁止使用的移動設備識別號； 灰名單：由運營商決定，包括有故障的或未經型號灰名單：由運營商決定，包括有故障的或未經型號認證的移動設備識別號。認證的移動設備識別號。 第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 圖 7-29 設備識別程序 存儲所有用戶的移動設備識別碼存儲所有被列入灰/黑名單

60、的設備EIRMSC/VLRIMEI請求MS存儲本設備識別IMEI呼叫建立發送IMEI檢查IMEI接入/禁止信息繼續/停止呼叫建立程序第 7 章 時分多址(TDMA)數字蜂窩網 3. 用戶識別碼用戶識別碼( (IMSI) )保密保密 : : 為防止非法監聽進而盜用為防止非法監聽進而盜用IMSI，在無線鏈路上需要在無線鏈路上需要傳送傳送IMSI時，均用臨時移動用戶識別碼時，均用臨時移動用戶識別碼(TMSI)代替代替IMSI。僅在位置更新失敗或。僅在位置更新失敗或MS得不到得不到TMSI時，才使時，才使用用IMSI。 MS每次向系統請求一種程序，如位置更新、呼叫每次向系統請求一種程序，如位置更新、呼