GSM移动通信基本原理解析
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日期 发 展 阶 段 1979 欧洲发展蜂窝通信，并为此安排蜂窝通信工作频段 1982 CEPT 成立“Groupe Special Mobile”（GSM） 1986 在法国巴黎建立 GSM 标准制定协调小组 1988 ETSI 全权负责管理 GSM 标准委员会的工作 1990 颁布 GSM 第一阶段的规范（GSM/Phase1） 1991 颁布 DCS1800 第一阶段的规范（DCS/Phase1） GSM 委员会开始制定下一代无线通信系统标准
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OMC
OMC: Operation Maintenance Center 操作维护中心（Sun工作站）
OMC-R: Radio (无线部分） OMC-S: Switch(交换部分）
OMC具有软件和数据库的管理、统计数 据的收集、事件/告警的管理等功能。
20
MSC
MSC: Mobile services Switching Center 移动交换中心
GSM基本原理
武 汉 邮 电 科 学 研 究 院 武汉虹信通信技术有限责任公司
1
主要内容 一、GSM系统概述 二、GSM 网络结构与功能 三、信道与编码 四、系统工作过程 五、参数及调整 六、网络优化
2
一. GSM 系统概述 1、历史 2、组网体制 3、系统基本特点 4、主要技术规范
3
1、历史
4
1、历史
日期 发 展 阶 段 1992 GSM 标准委员会更名为“Special Mobile Group” GSM 系 统 命 名 为 ”Global System for Mobile Communications” 颁布 DCS1800 第二阶段的规范（DCS/Phase2） 1992 GSM 系统投入商用 1994 颁布 GSM 第二阶段的规范（GSM/Phase2） 1995 DCS1800 系统投入商用 1996 颁布 GSM 第二阶段增强型规范（GSM/Phase2+）
14
BTS功能
实现跳频功能
实现信道加密、解密功能 实现信道编译码、交织与解交织功能 实现调制与解调功能 实现各种接口
15
GSM Network Structure
In BTS
编码与 交织
调制
基 站 接 口 设 备
加密
发信机
信 令 处 理
天
译码与 解交织
解密
均衡 解调
收信机
线
Abis
跳频控制
Leabharlann Baidu
时钟
Um
功能：为其服务区内的移动用户提供交换和信令功能并 提供与其他PLMN和PSTN的接口 与普通PSTN交换机相比，MSC至少附加下列二个 功能： 移动用户的位置登记过程 切换过程 PSTN: Public Service Telecommunication Network (公共业务电信网)
21
13
BSS 子系统结构
OMC-R
MS
BTS BSC BTS TC
MS
UM接口
Abis接口
A接口
基站控制器 — BSC (Base Station Controller) 基站收发信机 — BTS (Base Transceiver Station) 无线操作维护中心 — OMC-R 码变换器 — TC (TransCoder)
8
4、技术规范
（1）工作频段 • GSM900主频段（P－GSM）： •上行：Ful＝890＋0.2×N（MHz）（1 To 124） •下行：Fdl＝Ful ＋ 45（MHz） 上下行频率间隔：45MHZ；带宽：25MHz； •GSM1800频段： •上行：Ful＝1710.2＋0.2×（N－512）（512 To 885） •下行： Fdl＝Ful ＋95（MHz） •上下行频率间隔：95MHz；带宽：75MHz。
5
2、组网体制
GSM采用小区制组网方式，每个覆盖小区成正 六边形，其形状像“蜂窝”，故称蜂窝小区。 其目的是频率复用以提高容量。必须具备越区 切换、位置管理等功能。
A C B A
6
C B
2、组网体制－频率复用
全向天线
A C B A C B
分为 3 扇区
频率复用
7
3、系统基本特点 （1）GSM系统是一种典型的开放式结构； （2）GSM系统由几个分系统组成，各分系统 之间都有定义明确的标准化方案； （3）GSM系统可以开放多种业务； （4）频率利用率高，具有灵活方便的组网结 构； （5）具有鉴权和加密功能； （6）具有较强的抗干扰能力。
HLR: Home Location Register(归属位置寄存器)
用于储存归属移动用户信息，包括： • 国际移动用户身份（IMSI） • 移动台ISDN号码（MSISDN） • 用于呼叫接续和计费的位置信息，如MS漫游号、VLR地址 和MSC地址等等 • 业务能力信息 • 业务限制信息 • 语音群业务信息 • 补充业务能力信息，等等
9
4、技术规范
（2）载频间隔：200kHz
(3) 通信方式：FDD双工 （4）接入方式：TDMA
（5）信道分配：每载频8个时隙，包含8个全速信道，16个半速 信道；
（6）每个时隙的信道速率：22.8kbit/s； （7）信道总速率：270kbit/s； （8）调制方式：GMSK,高斯滤波最小频移键控； （9）话音编码：规则脉冲激励线性预测编码RPE-LPC 13kbit/s;
22
HLR
VLR
VLR: Visited Location Register(拜访位置寄存器) 用于储存其管辖区内的移动用户信息，包括： • 国际移动用户身份（IMSI） • 移动台ISDN号码（MSISDN） • MS漫游号 • 临时移动用户身份（TMSI） • 用户位置区等
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GSM Network Structure
BSC功能
实现部分网络层的功能
实现无线资源管理（RR）
实现BSS管理应用部分的功能
实现切换功能等 实现各种接口层信令
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BSC的一般结构
数字 中继
A接口
交换网络
数字 中继
Abis接口
处理器网络
18
BSS 子系统容量
BSC 最大容量 基站 : 100 ; 扇区： 250 ; 载波 (RTFs) : 384 ;
10
二. GSM 网络结构与功能 1、网络结构 2、组成与功能
11
1、网络结构
NMC OMC OMC
VLR
OMS
BTS
BSC BTS
HLR
TRAU
AUC
MSC
EIR IWF
BSS
MS SIM ME
PSTN
EC
NSS
12
2、组成与功能——基本组成
基本组成:
(1)网络和交换子系统(NSS) (2)无线基站子系统 (BSS) （3）移动台（MS） （4）操作与维护分系统(OMS)
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OMC
OMC: Operation Maintenance Center 操作维护中心（Sun工作站）
OMC-R: Radio (无线部分） OMC-S: Switch(交换部分）
OMC具有软件和数据库的管理、统计数 据的收集、事件/告警的管理等功能。
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MSC
MSC: Mobile services Switching Center 移动交换中心
GSM基本原理
武 汉 邮 电 科 学 研 究 院 武汉虹信通信技术有限责任公司
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主要内容 一、GSM系统概述 二、GSM 网络结构与功能 三、信道与编码 四、系统工作过程 五、参数及调整 六、网络优化
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一. GSM 系统概述 1、历史 2、组网体制 3、系统基本特点 4、主要技术规范
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1、历史
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1、历史
日期 发 展 阶 段 1992 GSM 标准委员会更名为“Special Mobile Group” GSM 系 统 命 名 为 ”Global System for Mobile Communications” 颁布 DCS1800 第二阶段的规范（DCS/Phase2） 1992 GSM 系统投入商用 1994 颁布 GSM 第二阶段的规范（GSM/Phase2） 1995 DCS1800 系统投入商用 1996 颁布 GSM 第二阶段增强型规范（GSM/Phase2+）
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BTS功能
实现跳频功能
实现信道加密、解密功能 实现信道编译码、交织与解交织功能 实现调制与解调功能 实现各种接口
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GSM Network Structure
In BTS
编码与 交织
调制
基 站 接 口 设 备
加密
发信机
信 令 处 理
天
译码与 解交织
解密
均衡 解调
收信机
线
Abis
跳频控制
Leabharlann Baidu
时钟
Um
功能：为其服务区内的移动用户提供交换和信令功能并 提供与其他PLMN和PSTN的接口 与普通PSTN交换机相比，MSC至少附加下列二个 功能： 移动用户的位置登记过程 切换过程 PSTN: Public Service Telecommunication Network (公共业务电信网)
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BSS 子系统结构
OMC-R
MS
BTS BSC BTS TC
MS
UM接口
Abis接口
A接口
基站控制器 — BSC (Base Station Controller) 基站收发信机 — BTS (Base Transceiver Station) 无线操作维护中心 — OMC-R 码变换器 — TC (TransCoder)
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4、技术规范
（1）工作频段 • GSM900主频段（P－GSM）： •上行：Ful＝890＋0.2×N（MHz）（1 To 124） •下行：Fdl＝Ful ＋ 45（MHz） 上下行频率间隔：45MHZ；带宽：25MHz； •GSM1800频段： •上行：Ful＝1710.2＋0.2×（N－512）（512 To 885） •下行： Fdl＝Ful ＋95（MHz） •上下行频率间隔：95MHz；带宽：75MHz。
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2、组网体制
GSM采用小区制组网方式，每个覆盖小区成正 六边形，其形状像“蜂窝”，故称蜂窝小区。 其目的是频率复用以提高容量。必须具备越区 切换、位置管理等功能。
A C B A
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C B
2、组网体制－频率复用
全向天线
A C B A C B
分为 3 扇区
频率复用
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3、系统基本特点 （1）GSM系统是一种典型的开放式结构； （2）GSM系统由几个分系统组成，各分系统 之间都有定义明确的标准化方案； （3）GSM系统可以开放多种业务； （4）频率利用率高，具有灵活方便的组网结 构； （5）具有鉴权和加密功能； （6）具有较强的抗干扰能力。
HLR: Home Location Register(归属位置寄存器)
用于储存归属移动用户信息，包括： • 国际移动用户身份（IMSI） • 移动台ISDN号码（MSISDN） • 用于呼叫接续和计费的位置信息，如MS漫游号、VLR地址 和MSC地址等等 • 业务能力信息 • 业务限制信息 • 语音群业务信息 • 补充业务能力信息，等等
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4、技术规范
（2）载频间隔：200kHz
(3) 通信方式：FDD双工 （4）接入方式：TDMA
（5）信道分配：每载频8个时隙，包含8个全速信道，16个半速 信道；
（6）每个时隙的信道速率：22.8kbit/s； （7）信道总速率：270kbit/s； （8）调制方式：GMSK,高斯滤波最小频移键控； （9）话音编码：规则脉冲激励线性预测编码RPE-LPC 13kbit/s;
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HLR
VLR
VLR: Visited Location Register(拜访位置寄存器) 用于储存其管辖区内的移动用户信息，包括： • 国际移动用户身份（IMSI） • 移动台ISDN号码（MSISDN） • MS漫游号 • 临时移动用户身份（TMSI） • 用户位置区等
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GSM Network Structure
BSC功能
实现部分网络层的功能
实现无线资源管理（RR）
实现BSS管理应用部分的功能
实现切换功能等 实现各种接口层信令
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BSC的一般结构
数字 中继
A接口
交换网络
数字 中继
Abis接口
处理器网络
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BSS 子系统容量
BSC 最大容量 基站 : 100 ; 扇区： 250 ; 载波 (RTFs) : 384 ;
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二. GSM 网络结构与功能 1、网络结构 2、组成与功能
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1、网络结构
NMC OMC OMC
VLR
OMS
BTS
BSC BTS
HLR
TRAU
AUC
MSC
EIR IWF
BSS
MS SIM ME
PSTN
EC
NSS
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2、组成与功能——基本组成
基本组成:
(1)网络和交换子系统(NSS) (2)无线基站子系统 (BSS) （3）移动台（MS） （4）操作与维护分系统(OMS)