GSM数字移动通信系统PPT课件

一、 GSM系统的主要特征及组成
1．GSM：是Global System for Mobile communication （全球移动通信系统）的简称。它是由欧洲的标准化委员会 设计的。
80年代到90年代初，TACS系统是欧洲最普遍的模拟蜂 窝系统。
1988年CEPT（欧洲邮政与电信大会）颁布了GSM标准， 也称为泛欧数字蜂窝移动通信标准。
第六章 GSM数字移动通信系统
教学重点
1．GSM移动通信系统系统的组成及工作原理；
2．移动通信网络各组成部分的作用；
3．GSM手机的电路组成和工作原理；
4．GSM数字移动通信系统的信道配置，移动通信系统 的运行过程；
5．移动通信系统中采用的的主要技术； 6．CDMA、小灵通数字移动通信系统系统的组成及工 作原理。
(2)永远在线 例如当用户访问互联网时，手机就在无线信道上发送和 接收数据。若没有数据传送时，手机就进入休眠状态，手机 所在的无线信道会让给其他用户使用，但手机与网络之间仍 保持着逻辑连接，一旦用户再次访问，手机立即向网络请求 无线信道，不像普通拨号上网那样断线后还要重新拨号上网。
(3)收费合理 GPRS手机的计费是根据用户传输的数据量而不是上网 时间来计算。只要用户不在网络之间传输数据，即使一直 “在线”，也无需付费。
教学难点
掌握GSM移动通信系统系统的组成、工作原理以及移 动通信网络各组成部分的作用。
学时分配
序号 1 2 3 4 5 6
内容 6.1 GSM移动通信系统 6.2 CDMA移动通信系统 6.3 小灵通个人通信接入系统 6.4 第三代移动通信(简称3G) 习题和小结 本章讲授学时
学时 2.5 1.5 1 1
基站控制器是一个高容量的交换机，负责系统与无线信 道的切换、无线网络资源管理等。
基站收发机包括无线传输所需的各种硬件和软件，如发 射机、接收机、天线等。
3．交换系统
交换系统由移动业务交换中心(MSC)、原地位置寄存器 (HLR)、访问位置寄存器(VLR)、鉴权中心(AUC)、设备身 份寄存器(EIR)及操作和维护中心(OMC)等组成。
图6.3 GSM系统的多址技术
2．调制技术 在选择数字调制解调技术时，要考虑到两方面的因数：
功率的有效性和频谱的有效性。
对于功率有效的技术，它要求在相对低的载噪比(8.4dB 或12dB)的情况下具有低的差错概率（对应于10-4或10-8）。 对于频谱有效性，它应能在单位频带内具有高的比特率 (2bit/s.Hz)。
信道编码的目的在于使信号在接收端能够检查甚至纠正 传输期间由各种干扰引起的差错。
信道编码与信源编码的区别：信源编码是为了提高传输 效率，减少带宽，所以尽量去减少信源的冗余度，而信道编 码是为了检测或纠正差错，采用了增加冗余度的办法，也就 是在原来信息码的基础上多加一些码元，按照一定的代数结 构或其他相关持性，利用码间的相互关系去判断和纠正差错。
国际移动用户身份号(IMSI)：在某一个网络中每个用户 分配一个用户身份号。
移动台ISDN号(MSISDN)：在PSTN中的ISDN编号。
(3)访问位置寄存器(VLR)
访问位置寄存器是用来存储用户来访位置信息的数据库。
当一个移动用户漫游到了一个新的移动交换中心区域时， 该移动交换中心的访问位置寄存器将向原地位置寄存器查询 该用户有关的参数，并给该用户分配一个新的漫游号码 (MSRN)。原地位置寄存器也要修改该用户的位置信息，准备 为其它用户呼叫此移动用户提供路由信息。
GSM数字移动通信系统采用了GMSK调制方式。
3．编码技术 根据目的不同，编码可分为信源编码和信道编码两大类。
(1)信源编码 信源编码是为了提高数字信号的有效性以及为了使模拟 信号数字化而采取的编码。 信源编码的主要任务是改进话音采样和编码算法，以降 低信源的基本数码率。 话音编码技术有三类：波形编码、参数编码和混合编码。
பைடு நூலகம்
2．GSM标准只对功能和接口制定了详细规定，其主要 特征如下：
(1) 频带在900MHz附近(GSM900)，或1800MHz附近 (DCS1800)，采用中等宽度的频带（200KHz载波间隔）；
(2) 8路时分复用； (3) 全双工通信方式； (4) 调制方式：GMSK速率270.83kbit/s，调制指数0.3； (5) 分集接收：跳频217跳/秒，交错信道编码，自适应 均衡； (6) 每时隙信道比特率22.8kbit/s； (7) 数字话音传输速率不超过16kbit/s；
(5)设备身份寄存器(EIR)
设备身份寄存器是存储移动台设备参数的数据库，移动 交换中心利用设备身份寄存器来检查用户所使用的移动设备 的有效性，防止非法使用未经许可的移动设备入网。
(6)操作和维护中心(OMC)
操作和维护中心的任务是对整个网络进行监控和操作。
二、双频GSM工作频段
双频GSM使用GSM900与DCS1800两个频段。
波形编码技术是以再现原话音波形为目的的编码技术。 当速率在16~64kbit/s范围内时，可获得较好的话音质量。 但在低于16kbit/s时，将使话音质量迅速降低。
参数编码技术是以发声机制的模型为基础的，如线性预 测编码(LPC)、自适应编码(APC)等，它可在低于16kbit/s的 情况下，获得较好的话音质量。
图6.2 双频GSM频段分配
三、GSM数字移动通信的主要技术
1．多址技术 在数字蜂窝移动通信中，采用的多址技术有两种：频分
多址(FDMA)、时分多址(TDMA)。 在工作频带内，它以载波间隔200KHz进行频分，这样在
收、发各为25MHz的频带内，可得到124对信道。然后在每 个信道（帧）中又进行时分，分成8个时隙，每个时隙对应的 信道称为物理信道。在每个时隙（物理信道）中传输不同的 逻辑信道。如图6.3所示。
跳频抗衰落的原理是：如果相邻跳变的频差足够大，而 产生频率选择性衰落是一种窄带现象，频差大的频率在同一 时间产生衰落的概率是比较小的，频率跳变到其他频率上时， 则可继续保持通信。在TDMA系统中，跳频速率等于每秒传 输的帧数。GSM系统中每个时隙长576.9us，8个时隙为一帧， 因此帧的长度为4.615ms，每秒跳频为217次。
6．均衡技术
自适应均衡技术也是一种有效的抗多径干扰的方法。 所谓均衡，指的是信道均衡，也就是在接收端的信道均衡 器中产生与信道特性相反的特性，抵消信道产生的干扰， 从而正确的判决和恢复有用信号。
均衡器基本原理是一旦能检测到信息符号，它可对未 来符号的码间干扰在符号检测前估计出和减去。
在GSM的建议中并未规定采用哪种均衡器，只提出均 衡的时延为16us，由各生产厂家自行决定均衡器的结构。
五、GSM手机的电路结构
GSM手机的电路结构可划分为 射频部分和逻辑/音频部分。另外， 再加上一些功能电路，就组成了手机 的整体电路。
64第三代秱劢通信简称3g一3g的特点呾标准化过程二3g的三大主流标准介绉三我国3g系统的収展3c系统由卫星秱劢通信网呾地面秱劢通信网所组成形成一个对全球无缝覆盖的立体通信网络满足城市呾偏进地区各种用户密度需求将高速秱劢接入呾基亍互联网协议的服务结合起来在提高频率利用率的同时为用户提供更绊济内容更丰富的无线通信服务
(1)移动交换中心(MSC) 移动交换中心是蜂窝移动通信网络的核心，其主要功能 是对位于本MSC控制区域内的移动用户进行通信控制和管理。
例如： (1) 系统中信道的管理和分配； (2) 呼叫的处理和控制； (3) 过区切换和漫游的控制； (4) 用户位置信息的登记和管理； (5) 用户号码和移动设备号码的登记和管理； (6) 服务类型的管理和控制； (7) 对用户实施鉴权； (8)为系统中连接别的移动交换中心及其它公用通 信网络，提供链路接口。
数字蜂窝网络系统由三部分组成：移动台、基站系统、 交换系统，如图6.1所示。
1．移动台（MS） 系统中移动台有车载台、便携台和手持台。
移动台设备本身由一个独特的国际移动设备身份号 (IMEI)来区别。当移动台被一个用户使用时，它还有一个 国际移动用户身份号(IMSI)。
图 6.1 GSM系统的组成
GSM900频段包括两个25MHz带宽的子频带，即890~ 915MHz以及935~960MHz，DCS1800频段包括两个75MHz 带宽的子频带，即1710~1785MHz以及1805~1880MHz。如 图6.2所示。
GSM900所使用的两个25MHz子频带中，890~915MHz 频段用于用户到基站的上行传输（反向链路），935~960 MHz频段用于基站到用户的下行传输（前向链路）。 DCS1800频段的两个子带也是一个用于上行，一个用于下 行。
常用的纠错编码有分组码和卷积码。信道编码的结果是 输出一个码字流。对于话音来说，这些码字流字长456比特， 即比特率为22.8kbit/s。
4．交织技术 交织技术就是把信息码在发端加以排列组合，使信息码
相互穿插交织后再发送到信道中去。 交织技术的目的就是使成片或突发差错转换成随机差错。
在接收端，进行反交织，恢复成原始的码序列后，就可 以按纠正随机错误的编码来进行纠正。
如果移动用户由一个访问位置寄存器服务区移动到另外 一个访问位置寄存器服务区时，原地位置寄存器在修改该用 户的位置信息后，还要通知原来的访问位置寄存器，删除该 移动用户的位置信息，以便释放访问位置寄存器。
(4)鉴权中心(AUC)
鉴权中心是与原地位置寄存器连接在一起的，它为原地 位置寄存器提供一个与用户有关的并用于安全方面的鉴别参 数和加密密钥。
国际移动用户身份号可做在一个用户身份模块(SIM)中， 这样移动用户可以插入它的身份模块并使用符合系统规范的 卡(SIM卡)来驱动移动台。
2．基站系统（BSS）
基站系统包含两部分：基站控制器(BSC)和基站收发信 机(BTS)。通常交换系统中的一个MSC监控一个或多个BSC， 每个BSC控制多个BTS。
四、GPRS系统
1． GPRS(General Packet Radio Service) ： 也叫通用 分组无线业务，与GSM系统相比较有两个重要特点：一是 在GSM系统中引入分组交换能力，二是将速率提高到 100kbit／s以上。它是基于GSM的移动分组数据业务，面向 用户提供移动分组的IP连接。
5．跳频技术 跳频就是发射信号时载波频率不是固定的，而是不停
地跳变。在接收端，本地振荡的频率也必须同步地跳变才 能正确接收和解调出有用信号。
数字移动通信中采用跳频信号的目的在于抗多径干扰和 抗衰落。
跳频抗多径的原理是：假设到达接收机的信号有两条路 径，一条直射波和一条折射波，二者有一定的时延差，在 折射波到达接收机时，如果接收机频率已跳到别的频率上 了，则它就不会受到迟到的多径信号的干扰了。因此，可 以排除多径信号干扰的条件应该是频率跳变的时间间隔要 小于多径干扰的时延差。
(2)原地位置寄存器(HLR) 原地位置寄存器是用于管理移动用户的主要数据库。
寄存器中存储两种类型的数据： (1) 用户信息用户信息中注册有关电信业务、传真业务和 补充业务等数据； (2) 位置信息利用位置信息系统能正确地选择路由，将呼 叫接通至移动台。
系统将用户数据都存放在原地位置寄存器中，对每一个 注册的移动用户分配两个号码，并存储在原地位置寄存器中。 分别是：
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第六章 GSM数字移动通信系统
6.1 GSM移动通信系统 6.2 CDMA移动通信系统 6.3 小灵通个人通信接入系统 6.4 第三代移动通信(简称3G) 本章小结
6.1 GSM移动通信系统
一、GSM系统的主要特征及组成 二、双频GSM工作频段 三、GSM数字移动通信的主要技术 四、GPRS系统 五、GSM手机的电路结构
GPRS最显著的优点就是能够提供比现有GSM网9.6kbit ／s更高的数据率，可达170kbit／s。
2.GPRS的优点
(1)速率高容量大
GPRS能够提供的传输速率最高可达170kbit／s，这改 变了以往单一的文本形式的数据，各种图片、话音和视频在 内的多媒体业务也可实现，如可视电话频点播等，可以进行 各种娱乐休闲，如移动聊天、游戏、交友等，或者多媒体业 务。
混合编码技术兼有波形编码和参数编码的优点，在 8~16kbit/s的范围内，具有良好的话音质量。GSM数字蜂窝 系统就是采用混合编码器——规则脉冲激励-长期预测编码 (RPE-LTP)。它的比特速率为13kbit/s。
(2)信道编码 信道编码：是为了提高数字通信的可靠性而采取的编码。 它是在数字信号进行射频调制之前进行的。