GSM基本原理
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– – – – MSRN (Mobile Station Roaming Number) : 移动台漫游号码 TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identification) : 临时移动用户身份 移动台登记的位臵区（LAC） 与补充业务有关的数据
有关用户数据在GSM03.08中描述
CCCH = PCH + RACH + AGCH
29
系统消息
系统消息（SI）包括： • 系统消息类型1 • 系统消息类型2、2bis、2ter • 系统消息类型3 • 系统消息类型4 • 系统消息类型5、5bis、5ter • 系统消息类型6 • 系统消息类型7 • 系统消息类型8 • 系统消息类型9 系统消息发送的时间是确定的
• GSM扩展频段（E-GSM）：
– 下行（BTS发，MS收）：925 ~ 935 MHz – 上行（MS发，BTS收）：880 ~ 890 MHz
• DCS1800频段：
– 下行（BTS发，MS收）：1805 ~ 1880 MHz – 上行（MS发，BTS收）：1710 ~ 1785 MHz
24
Um接口物理信道帧结构
4
GSM 规范
• 1982年欧洲电信标准化委员会（ETSI）开始 研究GSM规范
• 1990年ETSI推出GSM规范Phase I
• 1991年ETSI制定DCS1800技术规范 • 1994年ETSI推出GSM规范Phase II，将 DCS1800归并 • 1996年ETSI推出GSM规范Phase II+
TE
GSM PLMN
Terminating network
TE
12
GSM系统结构
EIR
BTS MS …… BTS MS BTS …… BTS
Um Abis
13
……
BSC …… MSC …… HLR VLR OMC MSC
PSTN ISDN PDN
……
BSC
AUC
A
14
PLMN接口配臵
15
16
28
信道组合
i) TCH/F + FACCH/F + SACCH/F ii) TCH/H(0,1) + FACCH/H(0,1) + SACCH/TH(0,1) iii) TCH/H(0,0) + FACCH/H(0,1) + SACCH/TH(0,1) + TCH/H(1,1) iv) FCCH + SCH + BCCH + CCCH v) FCCH + SCH + BCCH + CCCH + SDCCH/4 + SACCH/C4 vi) BCCH + CCCH vii) SDCCH/8 + SACCH/C8
MS
CM
MSC
CM
L3
MM
BTS
RR LAPDm TDMA BTSM LAPD PCM
MS L2 L1
RR
LAPDm TDMA
BTSM BSSMAP RR SCCP LAPD MTP
PCM PCM
BSC
MM BSSMAP SCCP MTP PCM
Um
TDMA : Time Division Muple Access LAPDm: Link Access Protocol for Dm Channel RR : Radio Resource MM : Mobility Management CM : Connection Management PCM : Pulse Code Modulation LAPD : Link Access Protocol for D channel
5
GSM规范版本号（一）
• GSM规范的版本编号方式：V x.y.z
– V：表示版本（Version） – x： • 0：标准的设想 • 1：标准的原始草案 • 2：标准的最终草案 • 3：GSM specification phase 1 • 4：GSM specification phase 2 • 5：GSM specification phase 2+ • 6：Phase 2+ Release 1997
6
GSM规范版本号（二）
– y：从0开始编号，每次增加表示文本中有技术性的修改、完 善或更正等 – z：从0开始编号，每次增加表示文本中有文字或表达方式的修 改
7
常用缩写
• • • • • • ETSI: European Telecommunication Standard Institute GSM: Global System for Mobile SMG: Special Mobile Group TC: Technical Committee (E)TR: (ETSI) Technical Report (G)TS: (GSM) Technical Specification
21
BSC框架
交换网络 A
Abis
DT
DT
处理器
22
BTS框架
编码
Abis
编码
交织
调制器
发信机 合 分 路 器
基站 接口
信令处理
译码 译码 反交织 解调器 收信机
23
GSM工作频段
• GSM主频段（P-GSM）：
– 下行（BTS发，MS收）：935 ~ 960 MHz – 上行（MS发，BTS收）：890 ~ 915 MHz
Abis
A
BTSM : Base Transceiver Station Management MTP : Message Transfer Part SCCP : Signalling Connection & Control Part BSSMAP: Base Station System Mobile Application Part L1 : Layer 1 L2 : Layer 2 L3 : Layer 3
• 用户的身份IMSI (International Mobile Subscriber Identification) • 用户ISDN号码 • VLR地址
– 用户的位臵信息
有关用户数据在GSM03.08中描述
18
各模块功能（三）
• VLR (Visitor Location Register)：拜访位臵登记处。实际上是一个数据 库，储存用户信息，主要包括：
26
Burst type
正 常 突 发（NB） 尾比特 信息比特 频 率 突 发（FB） 尾比特
训练序列 全 0码 信息比特 尾比特 尾比特
同 步 突 发（SB） 尾比特 信息比特 扩展训练序列 信息比特 尾比特 接 入 突 发（AB） 尾比特 训练序列 信息比特 尾比特 保护段 假 突 发（DB） 尾比特 填充比特 尾比特 时隙长度为156.25比特，保护段8.25比特 尾比特：3比特，000
目录 1. GSM系统基本结构和原理 2. GSM系统中的无线参数
3. 关于双频组网
1
一. GSM系统基本结构和原理
移动通信的发展
由大区向蜂窝的发展：
* 容量大幅度提高 * 连续覆盖面广 * 技术难度提高 * 功率大大降低
3
移动通信的发展
由模拟向数字的发展：
第一代蜂窝系统： * AMPS （美国） * TACS （英国） * NMT （北欧） * NAMTS （日本） 第二代蜂窝系统： * GSM/DCS1800 （欧洲） * IS-95 CDMA （美国） 第三代蜂窝系统： * WCDMA （欧洲） * cdma2000 （美国） * TD-SCDMA （中国）
• MSC (Mobile service Switching center)：移动业务交换中心，实现移动 业务交换功能 • OMC (Operation and Maintenance Center)：操作维护中心，提供人机界 面实现对系统设备的监测和控制功能
17
各模块功能（二）
• HLR (Home Location Register)：归属位臵登记处。实际上是一个数据 库，主要储存二类数据： – 用户数据，主要包括：
8
GSM 规范系列（一）
• 01~12（除10以外）共11个系列 • 01:
– – – – 01.02 : General description of GSM system 01.04 : abbreviation 01.48 : Interworking between DECT and GSM 01.61 : GPRS加密算法的要求
27
逻辑信道
• • • • • • • • • • • 业务信道－TCH 广播信道－BCCH 频率校正 信 道－FCCH 同步信道－SCH 准予接入 信 道－AGCH 寻呼信道－PCH 随机接入信道－RACH 小区广播信道－CBCH 独立专用控制信道－SDCCH 慢速随路控制信道－SACCH 快速随路控制信道－FACCH
30
移动台
网络
信道请求
立即指配 CM业务请求 鉴权请求 鉴权响应 加密模式命令 加密模式完成 建立 呼叫处理 指配命令 指配完成 提醒 连接 连接证实
31
早分配 early assignment without OACSU
移 动 主 叫 流 程 一
移动台 信道请求 立即指配 CM业务请求 鉴权请求
19
各模块功能（四）
• AUC (Authenticate Center) : 鉴权中心，用于对用户身份的鉴别 • EIR (mobile station Equipment Identity Register) : 移动台设备身份登记 处，用于储存及鉴别移动台的设备身份。
20
GSM系统信令结构
网络
晚分配 late assignment with OACSU
鉴权响应
加密模式命令 加密模式完成 建立 呼叫处理 提醒 指配命令 指配完成 连接 连接证实
32
移 动 主 叫 流 程 二
移动台 信道请求 立即指配(TCH) CM业务请求 鉴权请求
• • • •
02 : GSM service 03 : GSM network function & architecture 04 : Um interface (L2 & L3) 05 : radio charateristics
9
GSM 规范系列（二）
• • • • • • 06 : transcoder and rate adapter 07 : Mobile station 08 : A & Abis interface 09 : Interworking 11 : test specification 12 : Telecommunication Network Management
Telecommunication Service : 电信业务 Bearer service : 承载业务 Teleservice : 用户终端业务 Basic Service : 基本业务 Supplementary service : 补充业务
11
GSM业务（二）
Teleservices Bearer services Possible transit network
10
GSM业务（一）
TELECOMMUNICATION SERVICES BEARER SERVICE Basic Bearer Service Basic Bearer service + supplementary services TELESERVICE Basic Teleservice Basic Teleservice + supplementary service
0 1wenku.baidu.com2 1个超高帧＝2048个超帧 …… 2046 2047
0
1个超帧＝51个复帧 1 …… 49 50 1个复帧＝26个帧 1 …… 24 25
0
1个超帧＝26个复帧 1 …… 24 25 1个复帧＝51个帧 1 …… 49 50
0
0
0
1个帧＝8个时隙 1 2 3 4 5 6
25
7
系统容量
• 每载频占200 KHz带宽，含8个物理信道 • GSM900可容纳124载频 • DCS1800可容纳374载频
各模块功能（一）
• MS (Mobile Station)：移动台，实现移动终端功能
• BTS (Base Transceiver Station)：基站收发信台，实现移动通信系统与 MS之间的无线通信
• BSC (Base Station Controller)：基站控制器，实现无线系统到交换系统 的集线功能、无线资源管理功能以及其它与无线相关的控制功能
有关用户数据在GSM03.08中描述
CCCH = PCH + RACH + AGCH
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系统消息
系统消息（SI）包括： • 系统消息类型1 • 系统消息类型2、2bis、2ter • 系统消息类型3 • 系统消息类型4 • 系统消息类型5、5bis、5ter • 系统消息类型6 • 系统消息类型7 • 系统消息类型8 • 系统消息类型9 系统消息发送的时间是确定的
• GSM扩展频段（E-GSM）：
– 下行（BTS发，MS收）：925 ~ 935 MHz – 上行（MS发，BTS收）：880 ~ 890 MHz
• DCS1800频段：
– 下行（BTS发，MS收）：1805 ~ 1880 MHz – 上行（MS发，BTS收）：1710 ~ 1785 MHz
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Um接口物理信道帧结构
4
GSM 规范
• 1982年欧洲电信标准化委员会（ETSI）开始 研究GSM规范
• 1990年ETSI推出GSM规范Phase I
• 1991年ETSI制定DCS1800技术规范 • 1994年ETSI推出GSM规范Phase II，将 DCS1800归并 • 1996年ETSI推出GSM规范Phase II+
TE
GSM PLMN
Terminating network
TE
12
GSM系统结构
EIR
BTS MS …… BTS MS BTS …… BTS
Um Abis
13
……
BSC …… MSC …… HLR VLR OMC MSC
PSTN ISDN PDN
……
BSC
AUC
A
14
PLMN接口配臵
15
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信道组合
i) TCH/F + FACCH/F + SACCH/F ii) TCH/H(0,1) + FACCH/H(0,1) + SACCH/TH(0,1) iii) TCH/H(0,0) + FACCH/H(0,1) + SACCH/TH(0,1) + TCH/H(1,1) iv) FCCH + SCH + BCCH + CCCH v) FCCH + SCH + BCCH + CCCH + SDCCH/4 + SACCH/C4 vi) BCCH + CCCH vii) SDCCH/8 + SACCH/C8
MS
CM
MSC
CM
L3
MM
BTS
RR LAPDm TDMA BTSM LAPD PCM
MS L2 L1
RR
LAPDm TDMA
BTSM BSSMAP RR SCCP LAPD MTP
PCM PCM
BSC
MM BSSMAP SCCP MTP PCM
Um
TDMA : Time Division Muple Access LAPDm: Link Access Protocol for Dm Channel RR : Radio Resource MM : Mobility Management CM : Connection Management PCM : Pulse Code Modulation LAPD : Link Access Protocol for D channel
5
GSM规范版本号（一）
• GSM规范的版本编号方式：V x.y.z
– V：表示版本（Version） – x： • 0：标准的设想 • 1：标准的原始草案 • 2：标准的最终草案 • 3：GSM specification phase 1 • 4：GSM specification phase 2 • 5：GSM specification phase 2+ • 6：Phase 2+ Release 1997
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GSM规范版本号（二）
– y：从0开始编号，每次增加表示文本中有技术性的修改、完 善或更正等 – z：从0开始编号，每次增加表示文本中有文字或表达方式的修 改
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常用缩写
• • • • • • ETSI: European Telecommunication Standard Institute GSM: Global System for Mobile SMG: Special Mobile Group TC: Technical Committee (E)TR: (ETSI) Technical Report (G)TS: (GSM) Technical Specification
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BSC框架
交换网络 A
Abis
DT
DT
处理器
22
BTS框架
编码
Abis
编码
交织
调制器
发信机 合 分 路 器
基站 接口
信令处理
译码 译码 反交织 解调器 收信机
23
GSM工作频段
• GSM主频段（P-GSM）：
– 下行（BTS发，MS收）：935 ~ 960 MHz – 上行（MS发，BTS收）：890 ~ 915 MHz
Abis
A
BTSM : Base Transceiver Station Management MTP : Message Transfer Part SCCP : Signalling Connection & Control Part BSSMAP: Base Station System Mobile Application Part L1 : Layer 1 L2 : Layer 2 L3 : Layer 3
• 用户的身份IMSI (International Mobile Subscriber Identification) • 用户ISDN号码 • VLR地址
– 用户的位臵信息
有关用户数据在GSM03.08中描述
18
各模块功能（三）
• VLR (Visitor Location Register)：拜访位臵登记处。实际上是一个数据 库，储存用户信息，主要包括：
26
Burst type
正 常 突 发（NB） 尾比特 信息比特 频 率 突 发（FB） 尾比特
训练序列 全 0码 信息比特 尾比特 尾比特
同 步 突 发（SB） 尾比特 信息比特 扩展训练序列 信息比特 尾比特 接 入 突 发（AB） 尾比特 训练序列 信息比特 尾比特 保护段 假 突 发（DB） 尾比特 填充比特 尾比特 时隙长度为156.25比特，保护段8.25比特 尾比特：3比特，000
目录 1. GSM系统基本结构和原理 2. GSM系统中的无线参数
3. 关于双频组网
1
一. GSM系统基本结构和原理
移动通信的发展
由大区向蜂窝的发展：
* 容量大幅度提高 * 连续覆盖面广 * 技术难度提高 * 功率大大降低
3
移动通信的发展
由模拟向数字的发展：
第一代蜂窝系统： * AMPS （美国） * TACS （英国） * NMT （北欧） * NAMTS （日本） 第二代蜂窝系统： * GSM/DCS1800 （欧洲） * IS-95 CDMA （美国） 第三代蜂窝系统： * WCDMA （欧洲） * cdma2000 （美国） * TD-SCDMA （中国）
• MSC (Mobile service Switching center)：移动业务交换中心，实现移动 业务交换功能 • OMC (Operation and Maintenance Center)：操作维护中心，提供人机界 面实现对系统设备的监测和控制功能
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各模块功能（二）
• HLR (Home Location Register)：归属位臵登记处。实际上是一个数据 库，主要储存二类数据： – 用户数据，主要包括：
8
GSM 规范系列（一）
• 01~12（除10以外）共11个系列 • 01:
– – – – 01.02 : General description of GSM system 01.04 : abbreviation 01.48 : Interworking between DECT and GSM 01.61 : GPRS加密算法的要求
27
逻辑信道
• • • • • • • • • • • 业务信道－TCH 广播信道－BCCH 频率校正 信 道－FCCH 同步信道－SCH 准予接入 信 道－AGCH 寻呼信道－PCH 随机接入信道－RACH 小区广播信道－CBCH 独立专用控制信道－SDCCH 慢速随路控制信道－SACCH 快速随路控制信道－FACCH
30
移动台
网络
信道请求
立即指配 CM业务请求 鉴权请求 鉴权响应 加密模式命令 加密模式完成 建立 呼叫处理 指配命令 指配完成 提醒 连接 连接证实
31
早分配 early assignment without OACSU
移 动 主 叫 流 程 一
移动台 信道请求 立即指配 CM业务请求 鉴权请求
19
各模块功能（四）
• AUC (Authenticate Center) : 鉴权中心，用于对用户身份的鉴别 • EIR (mobile station Equipment Identity Register) : 移动台设备身份登记 处，用于储存及鉴别移动台的设备身份。
20
GSM系统信令结构
网络
晚分配 late assignment with OACSU
鉴权响应
加密模式命令 加密模式完成 建立 呼叫处理 提醒 指配命令 指配完成 连接 连接证实
32
移 动 主 叫 流 程 二
移动台 信道请求 立即指配(TCH) CM业务请求 鉴权请求
• • • •
02 : GSM service 03 : GSM network function & architecture 04 : Um interface (L2 & L3) 05 : radio charateristics
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GSM 规范系列（二）
• • • • • • 06 : transcoder and rate adapter 07 : Mobile station 08 : A & Abis interface 09 : Interworking 11 : test specification 12 : Telecommunication Network Management
Telecommunication Service : 电信业务 Bearer service : 承载业务 Teleservice : 用户终端业务 Basic Service : 基本业务 Supplementary service : 补充业务
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GSM业务（二）
Teleservices Bearer services Possible transit network
10
GSM业务（一）
TELECOMMUNICATION SERVICES BEARER SERVICE Basic Bearer Service Basic Bearer service + supplementary services TELESERVICE Basic Teleservice Basic Teleservice + supplementary service
0 1wenku.baidu.com2 1个超高帧＝2048个超帧 …… 2046 2047
0
1个超帧＝51个复帧 1 …… 49 50 1个复帧＝26个帧 1 …… 24 25
0
1个超帧＝26个复帧 1 …… 24 25 1个复帧＝51个帧 1 …… 49 50
0
0
0
1个帧＝8个时隙 1 2 3 4 5 6
25
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系统容量
• 每载频占200 KHz带宽，含8个物理信道 • GSM900可容纳124载频 • DCS1800可容纳374载频
各模块功能（一）
• MS (Mobile Station)：移动台，实现移动终端功能
• BTS (Base Transceiver Station)：基站收发信台，实现移动通信系统与 MS之间的无线通信
• BSC (Base Station Controller)：基站控制器，实现无线系统到交换系统 的集线功能、无线资源管理功能以及其它与无线相关的控制功能