GSM基本原理介绍(纲要).rtf
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1、1第一章 频带的划分.3第二章 系统简介.32.1 系统构成.32.2 各子系统介绍.42.2.1 移动台(MS).42.2.2 基站子系统(BSS).52.2.3 网络子系统(NSS).62.2.4 操作支持子系统(OSS).72.3 接口与协议.72.3.1、GSM 系统的主要接口.72.3.2、网络子系统(NSS)的内部接口.82.3.3、GSM 与其它公用电信网的接口.92.3.4、各接口协议.10第三章 GSM 的组网及位置区域概念.133.1 GSM 的组网.133.2 GSM 位置区域的概念.13第四章 GSM 系统的编号方案.141.1 移动用户和移动台的识别码.141.2 移
2、动台的号码.151.3 位置区和基站的识别.16第五章 GSM 系统中语音信号的传输.175.1 话音编码.175.2 信道编码.175.3 交织.185.4 跳频.195.5 输出端比特率分配.19第六章 GSM 系统的无线接口.206.1 GSM 的空中信道.206.2 突发脉冲.246.3 逻辑信道与物理信道的对应.25第七章 呼叫流程.26第八章 小区选择,重选以及切换.27第九章 跳 频.2891 跳频功能概述.28292 跳频的优点.28第十章 基站(华为).29-做了解.2910.1 硬件结构.2910.2 逻辑结构.31第十一章 天线介绍.3211.1 天线概念.3211.2
3、天线增益.3311.3 天线方向图.33第十二章 GPRS.333第一章 频带的划分特性GSM900DCS1800发射类别业务信道控制信道271KF7W271KF7W271KF7W271KF7W发射频带(MHZ)基 站移动台9359608909151805188017101785双工间隔(MHZ)4595射频载频间隔(KHZ)200200小区半径(KM)最 小最 大0.5350.535接续方式TDMATDMA调制GMSKGMSK传输速率(kbps)270.833270.833全速率话音编译码比特率(kbitls)误差保护139.8139.8编码算法RPELTPRPELTP信道编码具有交织脉冲检
4、错和 1/2 编码率卷积码具有交织脉冲检错和 1/2 编码率的卷积码控制信道结构公共控制信道随路控制信道广播控制信道有快速和慢速有有快速和慢速有时延均衡能力(215)2020第二章 系统简介2.1 系统构成 4OSS:操作支持子系统BSS:基站子系统NSS:网路子系统NMC:网路管理中心DPPS:数据后处理系统SEMC:安全性管理中心PCS:用户识别卡个人化中心OMC:操作维护中心MSC:移动业务交换中心VLR:来访用户位置寄存器HLR:归属用户位置寄存器AUC:鉴权中心EIR:移动设备识别寄存器BSC:基站控制器BTS:基站收发信台PDN:公用数据网PSTN:公用电话网ISDN:综合业务数字
5、网MS:移动台由上图可见,一个 GSM 系统可由三个子系统组成,即操作支持子系统(OSS),基站子系统(BSS)和网路子系统(NSS)三部分组成。其中,基站子系统 BSS 是 GSM 系统中与无线蜂窝方面关系最直接的基本组成部分,它通过无线接口直接与移动台相连,负责无线发送接收和无线资源的管理。网路子系统是整个系统的核心,它对 GSM 移动用户之间及移动用户与其它通信网用户之间通信起着交换、连接与管理的功能。主要负责完成呼叫处理、通信管理、移动管理、部分无线资源管理、安全性管理、用户数据和设备管理、计费记录处理、公共信道、信令处理和本地运行维护等。基站子系统 BSS 主要负责无线信息的发送与接
6、收及无线资源管理;同时,它与 NSS 相连,实现移动用户间或移动用户与固定网路用户之间的通信连接,传送系统信息和用户信息等;当然,也要与操作支持子系统 OSS 之间实现互通。2.2 各子系统介绍2.2.1 移动台(MS)移动台是用户直接使用,完成移动通信的设备。对于数字移动通信来讲,已经从一定MSBTSBTSBSCBSSOMCMSC/VLRNMCEIRHLR/AUCDPPSPCSSEMCOSSPSTNISDNPDNNSS5程度上具备了个人化的特点即具有用户私人信息的 SIM 卡和通信的物理实现设备的分离。SIM 卡上包含所有与用户有关的无线接口一侧的信息,也含有鉴权和加密实现的信息;而物理设备
7、可以是手持机,车载机或是由移动终端直接与终端设备相连而构成。2.2.2 基站子系统(BSS)1、基站控制器(BSC)BSC 是基站子系统(BSS)的控制部分,主要有如下功能。a.接口管理:支持与 MSC 间 A 接口,与 BTS 间的 Abis 接口及与 OMC 间的 X.25 接口。b.BTSBSC 之间的地面信道管理BSC 对 BTS 间的无线信令链路,操作维护链路进行监测、对无线业务信道进行分配管理。c.无线参数及无线资源管理无线参数包括:BTS 载频频率、空中接口是否应用了非连续接收、发射、移动台接入网最小电平设置、逻辑信道与物理信道的映射关系。无线资源包括:小区内信道配置、专用信道与
8、业务信道的分配管理、切换资源管理等。d.测量和统计对无线链路的测量:处理移动台和 BTS 送上的测量报告,决定是否需调整 BTS 和移动台功率,决定是否切换。话务量统计:对业务信道的阻塞率,呼叫成功率,越区切换频度等作出统计,为系统扩容和小区分裂等提供凭据。e.切换根据小区功率电平,话音质量及干扰情况,选择切换的目的对象,对于小区内切换,同一 BSC 控制的小区间切换,BSC 完全控制,而不同 BSC 控制的小区间切换则由 MSC 完成。f.支持呼叫控制通过交换电路实现话路连接,还可提供主、被叫排队机机制。g.操作与维护收集 BSC 及 BTS 告警,并传至 DMC,同时更新自身内部资源表;配
9、合 OMC 实现对 BSS 的软件升级。2、基站发信台(BTS)受控于基站控制器(BSC),属于基站子系统(BSS)的无线部分,服务于某小区的无线收发信设备,实现 BTS 与移动台(MS)空中接口的功能。BTS 主要分为基带单元、载频单元和控制单元三部分。基带单元主要用于话音和数据速率适配以及信道编码等;载频单元主要用于调制/解调与发射机/接收机间的耦合;控制单元则用于 BTS 的操作与维护。62.2.3 网络子系统(NSS)1、移动业务交换中心(MSC)MSC 是整个网路的核心,完成或参与网络子系统(NSS)的全部功能,协调与控制整个 GSM 网络中 BSS.OSS 的各个功能实体。首先,M
10、SC 提供与 BSC 的接口,A 接口提供 GSM90011800 的 TDMA 方式,At 接口提供 CDMA 的接入,提供内部各功能实体的接口,实现各种相应的管理功能,提供与 PSTN、ISDN、PSPDN、PLMN 的接口;其次,支持一系列业务电信业务,承载业务和补充业务;最后,支持位置登记、越区切换和自动漫游等其它网路功能。2、访问用户位置寄存器(VLR)访问用户位置寄存器(VLR)是服务于其控制区域内移动用户的,存储着进入其控制区域内已登记的移动用户相关信息,为已登记的移动用户提供建立呼叫接续的必要条件。当某用户进入 VLR 控制区后,此 VLR 将由该移动用户的归属用户位置寄存器(
11、HLR)获取并存储必要数据。而一旦此用户离开后,将取消 VLR 中此用户的数据。VLR 通常在每个 MSC 中实现。3、归属用户位置寄存器(HLR)相对于 VLR,归属用户位置寄存器(HLR)是一个静态数据库(当然,也存储部分漫游移动用户所在 MSC 区域的有关动态数据,包括用户识别号码,访问能力、用户类别和补充业务等数据,由它控制整个移动交换区域乃至整个 PLMN)。4、鉴权中心(AUC)鉴权中心(AUC)存储着鉴权信息和加密密钥,防止无权用户接入系统和防止无线接口中数据被窃。5、移动设备识别寄存器(EIR)移动设备识别寄存器(EIR)存储着移动设备的国际移动设备识别码(IMEI),通过核查
12、三种表格(白名单、灰名单、黑名单)使用得网络具有防止无权用户接入、监视故障设备的运行和保障网络运行安全的功能。2.2.4 操作支持子系统(OSS)主要包括网路管理中心(NMC),安全性管理中心(SEMC),集中计费管理的数据后处理系统(DPPS)、用户识别卡个人化管理中心(PCS)等,由于其在管理上的独立性,不再专门介绍其细节。2.3 接口与协议7由于通信市场的竞争,移动通信市场中各个厂家可以生产自己的产品,为了保证电信营运部门能够选择使用不同厂家的各部分设备组网,因此需要制定技术规范以保证不同设备间接口的标准性。同时,为使 GSM 系统实现国际漫游功能和在业务上迈入面向 ISDN 的数据通信
13、业务,GSM 系统引入 7 号信令系统和信令网络。2.3.1、GSM 系统的主要接口GSM 系统的主要接口系指 A 接口、Abis 接口和 Um 接口。这三个接口标准使得电信运营部门能够把不同设备纳入同一个 GSM 数字通信网中。1、A 接口A 接口定义为网路子系统(NSS)与基站子系统(BSS)间的通信接口。从系统上来讲,就是移动业务交换中心(MSC)与基站控制器(BSC)之间的接口,物理链路采用标准的 2.048Mb/s 的数字传输链路实现。此接口传递的信息包括移动台管理、基站管理、移动性管理、接续管理等。2、Abis 接口Abis 接口定义了基站子系统(BSS)中基站控制器(BSC)和基
14、站收发信台(BTS)之间的通信标准,用于远端互连方式。而图中示中的 BS 接口是 Abis 接口的特例,用于定义基站控制器(BSC)与基站收发信台(BTS)间距离小于 10 米时的标准。它们之间采用标准的 2.048Mb/sPCM 数字链路来实现。此接口支持所有向用户提供的服务,并支持对 BTS 无线设备的控制和无线频率的分配。3、Um 接口Um 接口(空中接口)定义为移动台与基站收发信台(BTS)之间的通信接口,用于移动台与 GSM系统的固定部分之间的互通,物理链路是无线链路。此接口传递的信息主要包括无线资源管理、移动性管理和接续管理等。MSBTSBSCMSCBSCBS接口BTSUm接口Ab
15、is接口 A接口82.3.2、网络子系统(NSS)的内部接口1、B 接口B 接口定义为访问用户寄存器(VLR)与移动业务交换中心(MSC)之间的内部接口,用于移动业务交换中心(MSC)向访问用户寄存器(VLR)询问有关移动台(MS)当前位置信息或通知访问用户寄存器(VLR)有关移动台(MS)的位置更新信息等。2、C 接口C 接口定义为归属用户寄存器(HLR)与移动业务交换中心(MSC)之间的接口。用于传递路由选择和管理信息。如果采用归属用户位置寄存器(HLR)作为计费中心,则呼叫结束后建立或接收此呼叫的移动台(MS)所在的移动业务交换中心(MSC)应把计费信息传送给该移动用户当前归属的归属用户
16、位置寄存器(HLR)中。一旦要建立一个至移动用户的呼叫时,关口移动业务交换中心(GMSC)应向被叫移动用户所属的归属用户位置寄存器(HLR)询问被叫移动台的漫游号码。其物理链路采用标准 2.048Mb/s 的 PCM 数字传输线。3、D 接口D 接口定义为归属用户位置寄存器(HLR)与访问用户位置寄存器(VLR)之间的接口。用于交换有关移动台位置和用户管理的信息。为移动用户提供的主要服务是保证移动台在整个服务区内能建立和接收呼叫。实用化的 GSM 系统结构一般把 VLR 综合于移动业务交换中心(MSC)中,而把归属用户位置寄存器(HLR)相连的标准 2.048Mb/s 的数字链路。4、E 接口
17、E 接口定义为控制相邻区域的不同移动业务交换中心(MSC)之间的接口。当移动台(MS)在一个呼叫进行过程中,从一个移动业务交换中心(MSC)控制的区域移动到相邻的另一个移动业务交换中心(MSC)的控制区时,为不中断通信需完成越区信道切换过程,此接口用于切换过程中交换有关切换信息以启动和完成切换。E 接口的物理链路是通过移动业务交换中心(MSC)MSCF接口EIRHLR/AUCG接口B接口VLRD接口G接口VLRB接口MSCE接口9间的标准 2.048Mb/s 数字链路来实现的。5、F 接口F 接口定义为移动业务交换中心(MSC)与移动设备识别寄存器(EIR)之间的接口。用于交换相关的国际移动设
18、备识别码管理信息。F 接口的物理链接方式是通过移动业务交换中心(MSC)与移动设备识别寄存器(EIR)之间的标准 2.048Mb/s 的 PCM 数字链路实现的。6、G 接口G 接口定义为访问用户位置寄存器(VLR)之间的接口。当采用临时移动用户识别码(TMSI)时,此接口用于向分配此 TMSI 的访问用户位置寄存器(VLR)询问有关此移动用户的国际移动用户识别码(IMSI)的信息。G 接口的物理链路采用标准 2.048Mb/s 数字链路。2.3.3、GSM 与其它公用电信网的接口其它公用电信网泛指公用电信网(PSTN),综合业务数字网(ISDN),公用分组交换数据网(PSPDN)和电路交换公
19、用数据网(CSPDN)。GSM 系统通过 MSC 与这些公用电信网互连,其接口必须满足 CCITT 的有关接口和信令标准及各个国家邮电运营部门制定的与这些电信网有关的接口和信令标准。根据我国现有公用电话网(PSTN)的发展现状和综合业务数字网(ISDN)的发展前景,GSM系统与 PSTN 和 ISDN 的互连方式采用 7 号信令系统接口。其物理链路是由 MSC 引出的标准2.048Mb/s 数字链路实现。如果具备 ISDN 交换机,HLR 可建立与 SDNI 网间的直接信令接口,使 ISDN 可通过移动用户的 ISDN 号码直接向 HLR 询问移动台的位置信息,以建立至移动台当前所在 MSC
20、之间的呼叫路由。2.3.4、各接口协议协议是各功能实体间的共同“语言”,通过各个接口相互传递有关的消息,为完成 GSM系统的全部通信和管理功能建立起有效的信息传输通道。不同的接口可能采用不同的物理链路,完成各自独特的功能。GSM 系统各接口采用的分层协议结构同时考虑到了与 ISDN 的互通,符合开放系统互连(OSI)参考模型。分层的目的是允许隔离各组信令协议功能,按连续的独立层描述协议,每层协议在明确的服务接入点对上层协议提供它自己特定的服务。如图1-6 给出了 GSM 系统的分层协议基本结构示意图。10CM:接续管理 BTS:BTS 的管理部分 MTP:信息传递部分MM:移动性管理 Um:M
21、S 与 BTS 间接口 MSC:移动业务交换中心RR:无线资源管理 Abis:BTS 与 BSC 间接口 BSC:基站控制器MS:移动台 SCCP:信令连结控制部分 BTS:基站收发信台L1-L3:信号层 1-3 A:BSC 与 MSC 间接口 BSSMAP:基站子系统移LAPDm:ISDN 的 Dm 数据链路协议 动应用部分1、各协议分层结构描述(1)信号层 1(也称为物理层)这是无线接口的最低部分,提供传送比特流所需的物理链路,为高层提供各种不同功能的逻辑信道,包括业务信道和逻辑信道,每个逻辑信道有它自己的逻辑接入点。(2)信号层 2主要目的为建立移动台和基站间可靠的专用数据链路,L2 协
22、议基于 ISDN 的 D 信道接入协议(LAP-D),但作了改动,因而在 Um 接口中的 L2 协议称为 LAPDm。(2)信号层 3 主要传送控制和管理信息。L3 包括三个基本子层:无线资源管理(RR),移动性管理(MM)和接续管理(CM)。其中接续管理(CM)层中含有多个呼叫控制(CC)单元,提供并行呼叫处理;在 CM 子层中还有补充业务(SS)单元和短消息业务管理(SMS)单元,用于支持补充业务和短消息业务。2、信号3 的互通在 A 接口,信令协议的参考模型如图 1-7 所示。CMMMRRLAPDmSigL1L3L2L1MSRRBTSMLAPDmSigL1LAPDSigL1LAPDSig
23、L1BTSMRRSCCPMTPBSSMAPCMMMBSSMAPSCCPMTPMSCBSCBTSUm接口A接口Abis接口11 BSSAP:BSS 应用部分 SCCP:信令连接控制部分 DTAP:直接转移应用部分 MTP:消息传递部分 BSSMAP:BSS 移动应用部分基站要自行控制或在 MSC 的控制下实现对蜂窝的管理这一无线功能,无线资源管理子层(RR)即是定义此功能的,无线资源管理子层(RR)消息在 BSS 中进行处理和转评,映射成BSS 移动应用部分(BSSMAP)无线资源管理子层(RR)消息在 BSS 中进行处理和转评,映射成BSS 移动应用部分(BSSMAP)的消息在 A 接口中传递
24、。子层移动性管理和接续管理都至 MSC 终止,MM 和 CM 消息在 A 接口中是采用直接转移应用部分(DTAP)传递,基站子系统(BSS)则透明传递 MM 和 CM 消息MM 和 CM 消息在 A 接口中是采用直接转移应用部分(DTAP)传递,基站子系统(BSS)则透明传递 MM 和 CM 消息。3、NSS 内部及 GSM 系统与 PSTN 之间的协议如图 1-8。TUP:电话用户部分 BSSAP:BSS 应用部分 ISUP:ISDN 用户部分 SCCP:信令连接控制部分 MAP:移动应用部分 MTP:消息传递部分 TCAP:事务处理应用部分在网路子系统(NSS)内部各功能实体间接口通信均由
25、 7 号信令系统支持。GSM 系统与PSTN 系统间通信优先采用 7 号信令。支持 GSM 系统的 7 号信令协议层简单用图 1-8 所示。与非呼叫相关的信令是采用移动应用部分(MAP),用于 NSS 内部各接口间的通信;与呼叫相DTAPBSSAP分配功能BSSAPSCCPMTPDTAPBSSAP分配功能BSSAPSCCPMTPA接口MAPTCAPBSSAPSCCPMTPISUPTUP12关的信令则采用电话用户部分(TUP)和 ISDN 用户部分(ISUP),分别用于 MSC 间和 MSC 与PSTN 及 ISDN 间的通信。其中 TUP 和 ISUP 协议应符合各国家制订的相应技术规范,MA
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