GSM原理讲座

GSM系统的概念
GSM移动通信系统的编号计划 • BSIC NCC + BCC 6 1 • IMEI TAC + FAC + SNR + SP 448954 81 47754 07
SP-------备用。
TAC----型号批准码，由欧洲型号批准中心分配。
FAC----最后装配码，表示生产厂家或最后装配所在地，由厂家进行编码。 SNR----序号码。这个数字的独立序号码唯一地识别每个TAC和FAC的每个 移动设备。
GSM系统无线接口原理
• 接入突发脉冲序列（AB）：用于MS初始化接入
尾比特 数据 尾比特 保护间隔
8bit
41同步bit
36加密bit
3bit
68.25bit
突发脉冲
• 频率校正突发脉冲序列（FB）：用于MS与BTS之间的频率同步
尾比特 数据 尾比特 保护间隔
3bit
142bit
3bit
8.25bit
GSM移动通信系统的特点 • 分系统组成，接口开放 • 提供多种业务 • 采用TDMA的复用方式 • 采用了鉴权和加密 • 采用了跳频方式
GSM系统的概念 G S M 系 统
IN Value added services
AC
HLR
C7/MAP
GMSC/VLR
Other networks PSTN ISDN
专用 信道
TCH/H
GSM系统无线接口原理
逻辑信道作用举例
关机状态
搜寻频率校正脉冲 搜寻同步脉冲 解读系统消息
FCCH SCH BCCH PCH RACH AGCH SDCCH FACCH TCH FACCH
空闲状态
专用模式
侦听寻呼消息 发送接入脉冲 信令信道分配 呼叫建立 话音信道分配 通话 呼叫释放
121
122
123
124
GSM系统的概念
几个基本概念－－功率控制
MS 900M 1800M 8W 2W BTS 40W 40W
当手机在小区内移动时，它的发射功率需要进行变化。当它离基站较近时，需要降低发射功率， 减少对其它用户的干扰，当它离基站较远时，就应该增加功率，克服增加了的路径衰耗。
GSM系统的概念
BP 15/26ms 隙缝
时间
GSM系统无线接口原理
1超高帧=2018超帧=2715648TDMA帧（3小时28分53秒760毫秒） 0 TCH SACCH/T FACCH 0 0 1 2 3 2044 2045 2046 2047 BCCH CCCH SDCCH 47 48 24 49 25 50
GSM系统的概念
GSM移动通信系统的编号计划 • MSISDN： CC + NDC + SN 86 139 H0H1H2H38286 • IMSI： MCC + MNC + MSIN 460 00 1234567890
GSM系统的概念
GSM移动通信系统的编号计划 • TMSI 4字节，由VLR分配 • MSRN MSC.No. + XXX
3×3
1×3
GSM系统的概念
几个基本概念－－频率复用
GSM系统的概念
4*3频率复用举例（联通）
a1
b1
c1
d1
a2
d2
c2
d2
a3
b3
c3
D3
F1
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
F2
108
109
110
111
112
113
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118
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F3
1GSM移动通信系统的业务 • 基本业务
电信业务(Teleservices): 为用户通信包括终端设备 在内完整能力的通信业务。如电话业务、短消息 业务和传真业务。 承载业务(Bearer Services)：提供用户接入点间信 号传输的能力。如同步/异步双工电路型(3009600b/s)、异步PAD接入电路型(300-9600b/s)等。
GSM系统的概念
GSM移动通信系统的编号计划 • LAI MCC + MNC + LAC 460 00 571F • CGI LAI + CI 460 00 571F 51C3
GSM系统的概念
GSM移动通信系统的编号计划 • MSISDN： CC + NDC + SN 86 139 57188286 • IMSI： MCC + MNC + MSIN 460 00 1234567890
C7/ISUP
Data networks
SMP
SCP
GMSC/VLR
SMS
TCP/IP
C7/MAP
VMS
C7/MAP
C7/MAP
PLMN
MSC#1/VLR
A-INTERFACE / E1 BSC GSM 900 BTS GSM 900
OMCS Operation + maintenance subsystem
空闲状态
GSM系统无线接口原理
逻辑信道的物理组合
TCH/F+FACCH/F+SACCH/TF（全速率TCH） TCH/H+FACCH/H+SACCH/TH（半速率TCH）
26帧—复帧
FCCH+SCH+BCCH+CCCH（主BCCH） FCCH+SCH+BCCH+CCCH+SDCCH/4+SACCH/C4（组合BCCH） BCCH+CCCH（扩展BCCH） SDCCH/8+SACCH/C8（主SDCCH） 51帧—复帧
• 同步突发脉冲序列（SB）：用于MS与BTS之间的定时同步
尾比特 数据 数据 尾比特 保护间隔
3bit
39加密bit
64同步bit
39加密bit
3bit
8.25bit
GSM系统无线接口原理
• 普通突发脉冲序列（NB）：用于携带业务信道和除RACH之外的控制信道上的信息
尾比特 数据 训练序列 数据 尾比特 保护间隔
MSC#2/VLR
A-INTERFACE / E1
BSC GSM 900 BTS GSM 900
BSC DCS 1800
BSC DCS 1800
Base station subsystem BSS
BTS DCS 1800
BTS DCS 1800
GSM 900 Network
DCS 1800 Network
• 补充业务
补充业务是对两类基本业务的改进和补充，它不 能单独向用户提供，而必须与基本业务一起提供
GSM系统的概念
GSM系统的区域定义
服务区 PLMN区 MSC区 位置区 基站区 小区
GSM系统的概念
GSM移动通信系统的编号计划 • HLR CC + NDC + HLRN 86 139 H0H1H2H3XXXX • MSC CC + NDC +LSP 86 139 H00H1H2H3XXX
GSM原理讲座
主要内容
一、GSM系统的概念 二、GSM系统无线接口原理 三、GSM系统的协议构成 四、GSM系统的呼叫流程 五、GPRS系统简介
GSM系统的概念
• • • • • •
GSM移动通信系统的起源、发展 GSM移动通信系统的特点 GSM移动通信系统的结构 GSM移动通信系统的业务 GSM移动通信系统的编号计划 GSM移动通信系统中的几个基本概念
GSM系统的主要性能：
主要内容
一、GSM系统的概念 二、GSM系统无线接口原理 三、GSM系统的协议构成 四、GSM系统的呼叫流程 五、GPRS系统简介
GSM系统无线接口原理
• GSM系统的频率分配 • GSM系统的无线信道结构 • GSM系统的语音处理过程
GSM系统无线接口原理
GSM系统的频率分配－－工作频段 • GSM900 • EGSM900 • DCS1800 • PCS1900
1超帧=1326TDMA帧（6.12秒） 1 2 1 3
1复帧=26TDMA帧（120ms）
1复帧=51TDMA帧（3060/13ms） 24 25 0 1 49 50
帧和复帧
0
1
1TDMA帧=8时隙（120/26=4.615ms） 0 1 2 3 4 5 6 7
1时隙=156.25比特持续期（15/26=0.557ms） （1比特持续期：48/13=3.68us） 常规突发序列（NB） 频率校正突发序列（FB） 同步突发序列（SB） 接入突发序列（AB） TB 3 TB 3 TB 3 TB 3 信息比特39 同步序列41 58信息比特 26训练序列 固定比特142 扩展的训练序列64 TB 信息比特36 3 信息比特39 GP 68.25 58信息比特 TB GP 3 8.25 TB：尾比特 TB GP 3 8.25 GP：保护期 TB GP 3 8.25
GSM系统的概念
GSM移动通信系统的起源、发展 • Global System for Mobile Communication • 1989年，GSM标准生效 • 1991年，GSM系统正式在欧洲问世 • 1995年，GSM系统在中国商用 • Phase 1、Phase 2、Phase 2+
GSM系统的概念
GSM系统的概念
几个基本概念－－多址复用
时间 FDMA TDMA 时间
频率
频率
CDMA 时间
码
频率
GSM系统的概念
几个基本概念－－双工方式 • FDD • TDD
GSM系统的概念
什么是蜂窝？
移动通信系统是采用一个叫基站的设备来提供无线 服务范围的。基站的覆盖范围有大有小，我们把基 站的覆盖范围称之为蜂窝。采用大功率的基站主要 是为了提供比较大的服务范围，但它的频率利用率 较低，也就是说基站提供给用户的通信通道比较少， 系统的容量也就大不起来，对于话务量不大的地方 可以采用这种方式，我们也称之为大区制。采用小 功率的基站主要是为了提供大容量的服务范围，同 时它采用频率复用技术来提高频率利用率，在相同 的服务区域内增加了基站的数目，有限的频率得到 多次使用，所以系统的容量比较大，这种方式称之 为小区制或微小区制。
GSM系统无线接口原理
下行逻辑信道
FCCH
通用 信道
BCCH
SCH
BCCH
CCCH
PCH AGCH
SDCCH
专用 信道
DCCH
SACCH FACCH
TCH
TCH/F TCH/H
GSM系统无线接口原理
上行逻辑信道
通用 信道
RACH
CCCH
SDCCH
SACCH FACCH TCH/F TCH DCCH
GSM系统无线接口原理
GSM系统的频率分配－－干扰保护比 • 同频C/I > 9dB (12dB) • 邻频C/I > -9dB (-6dB)
GSM系统无线接口原理
GSM系统的无线信道结构－－基本术语 • 时隙、突发脉冲 • 帧、复帧 • 物理信道、逻辑信道
GSM系统无线接口原理
频率
帧和信道
200kHz
几个基本概念－－频率复用
在GSM网络的规划中，应以一定数量和形状的蜂 窝小区为基本单位构成小区簇，每个小区簇内的配置 可以重复，小区簇构成应满足两个基本条件： •若干个小区簇彼此邻接组成蜂窝式服务区域
•邻接小区簇中的同频无线小区的中心间距相等。
GSM系统的概念
几个基本概念－－频率复用
7×1
4×3
3bit
57加密bit
1 26bit 1
偷帧标志
57加密bit
3bit
8.25bit
突发脉冲
• 虚拟突发脉冲序列（DB）：用于BTS在无信息下发的时隙发送填充帧
尾比特 尾比特 保护间隔
3bit
142调制bit
3bit
8.25bit
GSM系统无线接口原理
逻辑信道类型
GSM900 and GSM1800 的逻辑信道划分是一样的
GSM系统无线接口原理
GSM系统的频率分配－－频道间隔 • 200kHz • 全速率：8信道/载频 • 半速率：16信道/载频
GSM系统无线接口原理
GSM系统的频率分配－－频道配置 • GSM900 n=1…124 fu(n)=890.2MHz+(n-1)×0.2MHz fd(n)=fu(n)+45MHz • DCS1800 n=512…885 Fu(n)=1710.2MHz+(n-512)×0.2MHz Fd(n)=fu(n)+95MHz • 移动：905-909，950-954 • 联通：909-915，954-960
GSM系统的概念
GSM移动通信系统的编号计划
• • • • • • • • • • HLR MSC MSISDN IMSI TMSI MSRN LAI CGI BSIC IMEI
GSM系统的概念
几个基本概念－－移动通信中三项关键技术 • 多址复用 • 频率复用 • 功率控制
GSM系统的概念
几个基本概念－－多址复用 • FDMA • TDMA • CDMA • SDMA
逻辑信道
通用信道 (CCH) 专用信道 (DCH)
广播控制信道 (BCCH)
通用控制信道 (CCCH)
控制信道
话音信道 (TCH)
FCH
SCH
BCCH (系统消息)
PCH
AGCH
RACH
SDCCH
FACCH SACCH
TCH/F
TCH/H
TCH/9.6F TCH/ 4.8F, H TCH/ 2.4F, H