1、一、GSM入門基礎目的：了解網元的基本概念及其作用熟悉有關專業術語了解GMCC現有的網絡結構了解移動通信的基本無線原理熟悉無線數字信道1 網元的概念及其作用GSM系統模型1.1專業術語解釋SSSWITCHING SYSTEMBSSBASE STATION SYSTEMOMCOPERATION AND MAINTENANCE CENTRALOSSOPERATION AND SUPPORT SYSTEMISDNINTEGRATED SERVICE DIGITAL NETWORK PLMNPUBLIC LAND MOBILE SYSTEM HPLMNHOME PUBLIC LAND MOBILE S

2、YSTEMPSTNPUBLIC SWITCHED SYSTEM HLRHOME LOCATION REGISTERVLRVISITOR LOCATION REGISTERMSCMOBILE SERVICES SWITCHING CENTER AUCAUTHENTICATION CENTEREIREQUIPMENT IDENTITY REGISTERGMSCGATEWAY MOBILE SERVICES SWITCHING CENTERGIWUGSM INTERWORKING UNITSCSERVICE CENTERSMS-GMSCSHORT MESSAGE SERVICE GATEWAY MS

3、CSMSIWMSCSHORT MESSAGE SERVICE INTER WORKING MSCBGWBILLING GATEWAYBSCBASE STATION CONTROLLERRBSRADIO BASE STATIONBTSBASE TRANSCEIVER STATIONMSMOBILE STATIONLALOCATION AREAMINMOBILE INTELLIGENT NETWORKSSPSERVICE SWITCHING POINTSCPSERVICE CONTROL POINTSSFSERVICE SWITSHING FUNCTIONSCFSERVICE CONTROL FN

4、NCTIONGPRSGENERAL PACKET RADIO SERVICE 1.2 GSM基本上可分為兩部分：交換系統（SS）和基站系統（BSS）（1）、交換系統（SS）交換系統包括下列功能單元:移動業務交換中心(MSC)拜訪位置寄存器(VLR)歸屬位置寄存器(HLR)鑒權中心(AUC)設備識別寄存器(EIR)入口移動交換中心(GMSC)l MSC：一個MSC控制多個基站控制器，它控制移動用戶自、至PSTN、ISDN、PLMN、公用數據網的呼叫。移動匯接和網絡入口功能都由MSC來實現。A控制通話的建立，監視和拆除。B計費和其它功能。 C.引入SSF和GPRS之后，MSC實現SSP的功能和GP

5、RS的數據交換。l VLR：是一個動態數據庫，它包含了當前位于相應的MSC服務區的全部MS的有關信息（IMSI碼和位置信息LAI，MS的狀態）。VLR還包括當前的MSC中該MS的更為詳細的位置信息。l GMSC：與外界網絡的聯接的關口局。（GATE WAY網關或門道交換局），提供CME20、PLMN網絡與其它通信網間的鏈路。具有為呼叫查詢、選接呼叫路由的功能。l HLR：寄存用戶的鑒約信息，如補充業務、鑒權參數，此外還有MS的位置信息（MS所在的MSC/VLR的指針）和IMSI，ISDN碼等。l AUC：與HLR相連，是向HLR提供出于安全原因而使用的鑒權參數和密鑰。即三參數組。3 TRIPL

6、ET：Kc+RAND+SERS，在每次登記、呼叫建成立嘗試、位置更新以及補充業務的激活、去活、刪除之前均需要鑒權。l EIR：用戶側的移動臺包括兩部分，一部分是用戶識別卡（SIM），它寄存用戶的簽約信息。沒有SIM卡，MS不能接入GSM網絡，但是當用于緊急業務時除外。另一部分是用戶設備（即話機，也可以使用另一個話機），這樣為防失竊，系統配置了EIR，用來檢驗設備的合法性，可以禁止末經批準的話機設備使用。用戶權與用戶設備是分開的，用戶設備只是一臺有權收發信機，用戶可以買卡租機，這也是一種新的業務。三種名單：白名單-合法設備，包括已分配可參與運營的GSM各國的所有設備識別序列號碼。黑名單-非法設備

7、，包括所有應禁用的設備識別碼。灰名單-故障設備，包括甩有故障的及未經型號認證的移動臺設備，由網絡運營者決定。（2）、基站系統（BSS）基站系統由以下兩個部分組成1）、基站控制器（BSC）BSC控制一組基站，其任務是管理無線網絡，即管理無線小區及其無線信道，并提供基站至MSC之間的接口。無線設備的操作和維護，移動臺的業務過程。2）、無線基站（RBS）RBS用來提供移動臺與系統的無線接口，主要由無線收發信機構成。處理在稱作“蜂窩小區”（簡稱小區）范圍內的話務，一個基站能控制一個或幾個“小區”，移動通信的地理覆蓋區是一個個小區組合而成的，由于在移動通信存在大量的基站，故需要對基站的小區進行編號，以便

8、識別和管理。1.3 網絡接口與協議（1）、Um 移動臺與基站之間的接口。（2）、A-bis 基站與BSC之間的接口。（3）、A接口 BSC與MSC之間的接口。（4）、B接口 MSC與VLR之間的接口。（5）、C接口 MSC與HLR之間的接口。（6）、D接口 HLR與VLR之間的接口。（7）、E接口 MSC與MSC之間的接口。（8）、F接口 MSC與EIR之間的接口。（9）、G接口 VLR與VLR之間的接口。1.4幾個區域的基本概念（1）、小區（CELL）：小區是交換機業務區的最小單元，它是基站的一個扇形天線所覆蓋的區域。而一個基站覆蓋的所有小區稱為基本小區。一個BSC可以帶512個小區。（2）

9、、位置區（LA）：若干個基本小區組成一個位置區。一個BSC可以有一個或多個位置區組成，一個位置區可以跨域一個或多個BSC，但只歸屬于一個MSC。（3）、MSC的服務區：由MSC所管轄的區域稱為MSC服務區，它是由若干個位置區組成，因此為便于識別管理，位置區也要進行編號。（4）、公用陸地移動通信網（PLMN）：是指一家公司負責經營的移動通信業務區域，一般由若干個服務區（移動本地網）組成，由于網內存在若干個MSC，故MSC的服務區也應進行編號，以便識別和管理。GSM服務區PLMN服務區MSC/VLR 服務區位置區小區2 移動通信的無線基本原理2.1幾種無線接入方式：（1）、FDMA（FREQUEN

10、CE DIVIDE MULTIPLE ADRESS）：頻分多址，在模擬蜂窩移動系統上就應用這種技術。（2）、TDMA（TIME DIVIDE MULTIPLE ADRESS）：時分多址，目前的GSM數字移動移動系統應用于此種技術。具體是指：每一頻帶上有8個時隙，最多可有8個移動用戶使用同一頻帶，因為它們使用不同的時隙。（3）、CDMA（CODE DIVIDE MULTIPLE ADRESS）：碼分多址。CDMA是以不同的代碼序列實現通信的。以往的蜂窩系統對鄰接小區必須提供不同的頻率配置，而CDMA則可重復使用所有小區全部頻譜，或者說所有小區使用同一無線信道傳送不同的信息。其基本原理是使用一組正

11、交的偽隨機噪聲序列（簡稱偽碼），通過相關處理實現多客戶共享頻率的同時入網接續的功能。因此CDMA技術是最有效的頻率復用技術。2.2 GSM數字移動無線系統的分類：（1）、GSM900,其技術參數：頻段：上行：（890915）MHz，移動臺發。下行：（935960）MHz，移動臺收。頻帶寬度：25 MHz。上，下行頻率間隔：45 MHz。載頻間隔：200KHz頻點：25 MHz/200K Hz=125，共124個頻點。通信方式：全雙工信道分配：每載頻8個時隙，含8個全速率信道，16個半速率信道。每個時隙信道速率：22.8 Kbit/s信道總速率：270 Kbit/s調制方式：GMSK（高斯濾波最

12、小頻移鍵控。），這是一種數字調制方式即要發送的信息是數字的。它可以是數據或數字化話音。該調制可以看作是一相位調制器。 載頻相位的變化將隨送入調制器的信息比特而定。在一個突發脈沖串的時間內，GMSK具有恒定包絡調制的特性。為了在改變相位時仍得到平滑的曲線形狀，基帶信號經過高斯帶通濾波器的濾波。采用GMSK方式能得到比普通MSK更窄的帶寬，但這樣做的代價是降低了對噪聲的抵抗能力。接入方式：TDMA。話音編碼：RPE-LPC 13Kbit/s規則脈沖激勵線性預測編碼。分集接收：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極分集等多種。空間分集：即天線空間分集。利用兩付接收天線，

13、獨立接收同一信號，當合成來自兩付天線的信號時，衰弱的程度能被減小。三線間的距離應使兩天線上信號之間的相關性很小。在GSM900 MHz頻段，天線間距為4m6m時，可得到6db左右的增益，效果最好。跳頻實質上是頻率分集。跳頻每秒217跳，交錯信道編碼，自適應均衡。（2）、DCS1800 頻段：上行：（17101785）MHz，移動臺發。下行：（18051880）MHz，移動臺收。頻帶寬度：75 MHz。上，下行頻率間隔：95 MHz。載頻間隔：200KHz頻點：75 MHz/200KHz=375，共374個頻點。（3）、PCS1900頻段：上行：（18501910）MHz，移動臺發。下行：（19

14、301990）MHz，移動臺收。頻帶寬度：60MHz。上，下行頻率間隔：80MHz。載頻間隔：200KHz。頻點：60MHz/200KHz=300，共299個頻點。2.3數字傳輸和信號處理1)、時分多址（TDMA）每載頻共分8個時隙，即為8個信道。總信道數為124×8992個信道。124個頻點中包含了聯通，郵電GSM和TACS。在GSM中,無線路徑上傳輸的是編碼后的數字話音，與模擬話音不同，數字話音是不連續的信號，可采用時分的方式傳送，所以，在GSM中，無線路徑上采用的是時分多址(TDMA)方式。每一個載頻上有8個時隙，每一個時隙相當于模擬系統中的一個信道，可提供一個移動臺通話，最多

15、可有8個移動用戶使用同一頻點，他們使用不同的時隙.。2)、頻率分組方案原因：同一小區內的頻點不能太近，否則鄰頻干擾大；另一方面，相鄰小區的頻率不能一樣否則同頻干擾大，所以這些頻率必須合理安排，目前使用的分組方案有三個：21/7適用于TACS，復用因數大，同一區域的復用次數少。12/4適用于GSM的正常小區。9/3適用于GSM的微小區。數字傳輸抗干擾能力強，所以可以縮短頻率復用距離，提高頻率利用率。12/4把所有頻率分成12組，用于支持12個小區，這12個小區覆蓋一定的區域，而其它區域將會再次使用這些頻率，在一PLMN網絡中將有很多同頻小區，為區分這些小區而設置了一識別碼BSIC。4/12的分區

16、方案如下圖示：A1948270584634B1938169574533C1928068564432D1917967554331A2907866544230B2897765534129C2887664524028D2877563513927A3867462503826B3857361493725C3847260483624D38371594735233)、時間色散在接收端，由于射頻信號的反射作用，接收機接收到的信號是多種多樣的，其中有的反射信號來自遠離接收天線的物體，比直射的信號經過的路程長很多，因而形成相鄰符號間的相互干擾。這種現象稱為時間色散。在GSM系統中，比特速率為270Kbit/s，則

17、每一比特時間為3.7us，也即是一比特對應1.1Km。出現時間色散的典型環境為山區、丘陵城市、高層金屬建筑。出現時間色散的條件：反射路徑直射路徑 >1.1公里避免有害的時間色散的方法：（1）將BTS盡可能建在離建筑物近的地方。（2）將BTS背對反射物，天線有高的前背比。（3）MS離反射物太遠。（4）MS離BTS或反射物近。4)、時間提前由于采用了TDMA技術，因此要求移動臺必須在指配給它的時隙內發送，而在其余時間則必須保持沉默。否則它將對使用同一載頻上不同時隙的另一些移動臺的呼叫造成干擾。某一移動臺非常靠近基站，指配給它的是時隙2（TS2），它只能利用該時隙進行呼叫，在該移動臺呼叫期間，

18、它向遠離基站的方向移動。因此，從基站發出的信息，將會越來越遲地到達移動臺，與此同時，移動臺的應答信息也將越來越遲地到達基站。如果不采取任何措施，則該時延將會長到使該移動臺在TS2發送的信息與基站在TS3接收到的信息相重迭起來。引起相鄰時隙的相互干擾。所以，在呼叫期間，要監視呼叫到達基站的時間，并向移動臺出指令，使移動臺能夠隨著它離開基站距離的增加，逐漸提前發送信號，這個移動臺提前發送信號的時間稱為定時提前時間（TA）。小區參數中TALIM=0-63，TAMAX=63,對應小區范圍為35KM。因此TA是決定小區大小的一個參數。3.7µS×63×3×108m

19、/s=70km3.7µS:每個比特的時長63：時間調整的最大比特數3×108m/s：電波速度其覆蓋半徑：35km當一個特定連接建立時，BTS不斷測量自己脈沖時隙與收到的MS時隙之間偏移量。基于這個測量，它可以向MS提供要求的時間提前量，并在SACCH上以每秒2次的頻度通知MS。5)、信號處理在GSM系統中，由于無線信道的帶寬只有200KHZ，且無線信道為變參信道，傳輸數字信號的誤碼率高，因此，話音信號在無線信道上傳送之前應進行處理，使話音數字信號能夠適合無線信道的高誤碼、窄帶寬的要求。本節主要講：·話音編碼·信道編碼·交織·突發脈沖串

20、的形成·GMSK調制·均衡器（1）、話音編碼有三種編碼技術：波形編碼、聲源編碼（參量編碼）、混合編碼PCM編碼方式是一種波形編碼器，這類編碼方式傳送的是實際波形的直接信息，其編碼過程是先對模擬信號進行取樣，再對取樣值進行量化，然后進行編碼形成數字信號，即是我們較為熟識的取樣、量化、編碼的過程。在現在的公用電話中通常采用這種編碼方式，它質量相應較高，但需要很高的比特速率，公用電話中每個話路的比特速率為64Kbit/s。這樣高的比特速率不適應在GSM系統中的無線信道中在公用電話網中用戶電路的模擬信號經PCM抽樣、量化、編碼后形成每個話路的數字信號速率為64Kbit/s，在GSM

21、系統中，無線信道也采用數字信號，但每載頻的帶寬只有200KHZ，如果采用傳統的PCM編碼方式，則每個移動臺的數字話音比特速率為64Kbit/S，8個用戶至少為512Kbit/S，調制后的頻帶遠遠大于200KHZ，因此必須采用其它的編碼方式來降低每個話路信息編碼所需的比特率。CME20系統中采用了混合編碼方式。 波形編碼器具有音質好的特點，但比特速率要求高；聲音編碼器具有編碼比特速率低的特點，但音質較差；混合編碼器為波形編碼器和聲音編碼器兩者的結合，吸取兩種編碼器的優點，使話音編碼后的比特速率能夠滿足GSM系統中無線信道的傳輸要求，而又能保證一定的話音質量，但話音質量比公用電話的PCM編碼方式差

22、。GSM中話音編碼采用混合編碼器，其編碼過程分為：第一階段：話音分段。64KBIT/S的話音分成20MS一段進行編碼。第二階段：編碼。每20MS話音編成260BIT的數碼。即比特速率為：260/20=13KBIT/S其編碼過程為：先對64Kbit/S的數字話音進行分段，每段20ms，然后再進行混合編碼，每20ms的話音編成260個比特，即比特速率為260bit/20ms=13Kbit/S，這樣每 路話音的比特速率從64Kbit/S降至13Kbit/S。（2）、信道編碼作用是克服無線信道中傳輸過程的誤碼。由于在GSM系統中的無線信道為變參信道，傳輸時的誤碼較為嚴重，采用信道編碼能夠檢出和校正接收

23、比特中的差錯，克服無線信道的高誤碼缺點。（3）、交織在實際應用中，比特差錯經常成串發生。這是由于持續時間較長的衰落谷點會影響到幾個連續的比特。而信道編碼僅在檢測和校正單個差錯和不太長的差錯串時才是最有效的。采用交織技術，即是將碼流以非連續的方式發送出去，使成串的比特差錯能夠被間隔開來，再由信道編碼進行糾錯和檢錯。（4）、調制采用高斯濾波最小頻移鍵控（GMSK），比普通的MSK更窄的帶寬，但代價是減小了對噪聲的抵抗能力。（5）、均衡器用于消除時間色散，當出現反射信號時，移動臺收到的可能是直射信號和反射信號，按一比特1.1公里計算，兩種信號的路徑差距是1.1公里時，移動臺收到的可能是兩個比特，如0

24、和1，這時移動臺無法取舍。均衡器是由基站發一組已知比特（由BSC小區數據定義的一組訓練比特）與移動臺收到的比特比較來建立一個信道模型，再依此模型來確定收到的應該地什么比特。（6）、突發脈沖串的形成（7）、GSM移動電話框圖舉例 ：2.4無線數字信道無線信道分為物理信道和邏輯信道兩大類：·物理信道是指一個載頻上，TDM幀的一個時隙，它相當于FDMA系統中的一個頻道。用戶通過某個載頻上一個信道接入系統通信。·邏輯信道是從信息角度定義劃分的。通常我們可以把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。并定義與之對應的邏輯信道稱業務信道和控制信

25、道，再將不同的信息分別放在相應的邏輯信道上傳送。因此根據所傳信息的種類不同，可以定義不種類的邏輯信道。無線信道分為業務信道和控制信道1）、業務信道（TCH）用于傳送編碼后的話音或數據信息。系統內大多數載頻及時隙將用作業務信道，傳送業務信息。TCHSPECCHDATA全速率13Kbit/s9.6Kbit/s半速率6.5Kbit/s4.8Kbit/s加強全速率15.1Kbit/s9.6Kbit/s2）、控制信道（CCH）用于傳送信令或同步數據。它可分為： 廣播信道、公共控制信道、專用控制信道。（1）、廣播信道（BCH）廣播信道分為頻率校正信道、同步信道、廣播控制信道三種。其特點均為下行信道，且為一

26、點對多點方式。·頻率校正信道（FCCH）：用于向移動臺傳送頻率校正信號，使移動臺能調諧到相應的頻率上。·同步信道 （SCH）：該信道向移動臺傳送幀同步和基站識別碼（BSIC）。·廣播控制信道（BCCH）：該信道向移動臺傳送小區其所有小區（CELL）的通用消息。比如：位置區識別碼（LAI），小區內允許的最大輸出功率，相鄰小區的的BCCH載頻等等。當移動臺獲得了BCH的各項信息后，便可以與小區的基站取得同步，由于各基站間是不同步的，所以每當移動臺進入新的小區時，要通過獲得基站的BCH信息實現同步。（2）、公共控制信道（CCCH）公共控制信道包括尋呼信道、隨機接入信道、允許接入信道三種。·尋呼信道（PCH）：該信道用于在小區內尋呼移動臺，是下行信道。PCH含有被叫移動臺的號碼信息，故只有相應的移動臺才會響應。·隨機接入信道（RACH）：該信道是點對點的上行信道。當移動臺要接入系統時（