GSM移動通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成

1、GSM移動通信網(wǎng)絡(luò)的基本構(gòu)成一. 數(shù)字蜂窩陸地移動通信系統(tǒng)概論 1. 移動通信系統(tǒng)的發(fā)展歷程 1.1. 大區(qū)制移動電話系統(tǒng)  單站覆蓋整個區(qū)域 、 高功率發(fā)信設(shè)備  優(yōu)點：組網(wǎng)簡單，投資少、見效快，覆蓋區(qū)域大。  缺點：容量不足、服務(wù)質(zhì)量差、頻譜利用率低 1.2. 蜂窩移動通信系統(tǒng)  接近正六邊形的小區(qū)聯(lián)網(wǎng)  小區(qū)覆蓋變小，具有以下特點： 1.頻譜利用率提高 2.組網(wǎng)靈活 3.系統(tǒng)發(fā)信功率降低 4.設(shè)備增多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜 2. 數(shù)字移動通信系統(tǒng)與模擬移動通信系統(tǒng)的不同之處 · 數(shù)字調(diào)制對載干比（C/I）的要求低得多 &

2、#183; 時分多址更能提供設(shè)計上的靈活性 · 數(shù)字系統(tǒng)中需增加信道編碼 · 需采用自適應(yīng)均衡技術(shù) · 需采用回波控制技術(shù) · 實施保密相當簡單 3. 數(shù)字移動通信系統(tǒng)分析比較 · 世界上最具代表性和比較成熟的制式有：  歐洲的 GSM  美國的 ADC（也常稱 D-AMPS）  日本的 JDC（現(xiàn)改稱為 PDC） · GSM的主要目標是與ISDN兼用；優(yōu)點是各種接口規(guī)定明確，網(wǎng)路適合未來數(shù)字化要求；缺點是數(shù)模不兼容。 ·&#

3、160;美國數(shù)字系統(tǒng)D-AMPS的目標是擴大容量和數(shù)模兼容；優(yōu)點是充分利用現(xiàn)有模擬系統(tǒng)；缺點是不能與ISDN兼容，接口實現(xiàn)較困難。 · 日本PDC的情況類似美國，但數(shù)模不兼容。 4. GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)的發(fā)展歷程 · 1982年：設(shè)立“移動通信特別小組”，即GSM。 · 1986年：進行現(xiàn)場試驗 · 1987年：作出技術(shù)選擇 · 1988年：十八個歐洲國家達成GSM諒解備忘錄 · 1989年：GSM標準生效 · 1991年：GSM系統(tǒng)正式在歐洲問世，網(wǎng)

4、路開通運行。從此，移動通信跨入了第二代。 二. GSM的基本特點 · 可與各種公用通信網(wǎng)互連互通，明確了接口規(guī)范。 · 能提供穿越國界的自動漫游功能 · 支持多種業(yè)務(wù) · 具有很好的網(wǎng)絡(luò)安全性 · 組網(wǎng)結(jié)構(gòu)靈活方便，頻率復(fù)用率高，話務(wù)承擔能力強。 · 抗干擾能力強，通信質(zhì)量高。 · 用戶終端更小、更輕便、功能更強。 三. GSM中使用的基本技術(shù) 1. 數(shù)字信號調(diào)制和解調(diào) 將需要遠距離傳輸?shù)牡皖l信號加載到高頻振蕩的射頻信號上，使這些射頻信號的幅度、頻率或相位

5、受這些低頻信號的控制，這個處理過程稱為調(diào)制。相反的過程稱為解調(diào)。這里的低頻信號稱為調(diào)制信號，射頻信號稱為載波。 2. 時分多址技術(shù) · 多址技術(shù) · 實現(xiàn)方法：  頻分多址（FDMA）  時分多址（TDMA）  碼分多址（CDMA） · TDMA系統(tǒng)具有如下特性：  每載頻多路  突發(fā)脈沖序列傳輸  時間色散，需自適應(yīng)均衡  傳輸開銷大  對新技術(shù)開放  共用設(shè)備的成本低  移動臺較復(fù)雜 3. 時間色散和均衡 · 起

6、源于反射，但與多徑衰落不同，其反射信號來自遠離接收天線的物體。 · GSM系統(tǒng)中1比特對應(yīng)約 1.1公里。 · 采用自適應(yīng)均衡技術(shù)來緩解這一問題的嚴重性。 · GSM規(guī)范要求均衡器應(yīng)能處理時延高達15s左右（約對應(yīng)4比特的時間）的反射信號。 4. 頻率復(fù)用 · 頻率復(fù)用是指在不同的地理區(qū)域上用相同的載波頻率進行覆蓋，這些區(qū)域必須隔開足夠的距離，以致所產(chǎn)生的同頻及鄰頻干擾可以忽略不計。 · 頻率復(fù)用方式就是指將可用頻道分成若干組。 5.話音編碼 · 即將話音模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信

7、號。 · PCM編碼分為三步：采樣、量化、編碼。 · GSM采用：線性預(yù)測編碼長期預(yù)測編碼規(guī)則脈沖激勵編碼器（LPCLTPRPE編碼器）。 · GSM每話音信道的編碼速率為13kbit/s。 6.信道編碼 · 采用數(shù)字傳輸時，所傳信號的質(zhì)量常常用“接收比特中有多少是錯誤的”來表示。 · 為了能檢出和校正接收比特流中的差錯，在原信息上加入了一些多余的比特幫助檢錯。 · 為此加大了傳輸?shù)拈_銷。 7.交織技術(shù) · 比特差錯成串發(fā)生，而信道編碼僅能檢測和校正單個差

8、錯和不太長的差錯串。 · 把相繼比特分散開發(fā)送 · 這樣，在傳輸過程中，即使發(fā)生了成串差錯，恢復(fù)成一條相繼比特串的消息時，差錯也就變成單個的（或長度很短），這時再用信道編碼的糾錯功能糾正差錯，恢復(fù)原消息。 8.衰落和抗衰落 8.1. 陰影衰落  陰影效應(yīng)  當移動臺通過不同障礙物形成的電磁場陰影時，接收場強中值就會發(fā)生變化。  可以通過調(diào)整基站位置，增加發(fā)射功率、天線高度的方法減少陰影衰落的不良影響。 8.2. 多徑衰落  多徑效應(yīng) ü 信號經(jīng)直射和多次反射、散射 ü 形成合

9、成場強 ü 形成隨機駐波場  多徑衰落也稱快衰落  隨信號瞬時值變動 8.3. 分集技術(shù) 分集技術(shù)就是在幾個支路上接收同一個信號，然后通過合并技術(shù)將幾個支路信號合并輸出。 8.3.1. 空間分集 空間分集就是使兩副獨立的接收天線間保持一定的間隔距離，從而能各自接收同一個信號，最后再把接收到的信號矢量合并到一起。 8.3.2. 頻率分集 · 跳頻相當于頻率分集，是指載波頻率在很寬頻帶范圍內(nèi)按某種序列進行跳變。 · 加強安全性、抗干擾性，提高通信質(zhì)量。 · 基帶跳頻 · 射頻跳頻

10、 · 兩種跳頻方式的比較 9. 干擾和抗干擾 9.1. 互調(diào)干擾  互調(diào)干擾的產(chǎn)生原因  主要考慮三階互調(diào)干擾，它的兩種形式為   2a -b、a +b -c  無三階互調(diào)信道組 9.2. 同信道干擾  信道復(fù)用  信道復(fù)用產(chǎn)生同信道干擾  同信道復(fù)用保護距離 9.3. 鄰信道干擾 鄰信道干擾是指相鄰或鄰近信道之間的干擾。主要考慮發(fā)射機調(diào)制邊帶擴展和邊帶噪聲的干擾。 四. 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能 1. 交換子系統(tǒng)(網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)NSS) 1.1. MSC（移動業(yè)務(wù)交換中心）  MSC是網(wǎng)絡(luò)的核心

11、  提供交換功能  提供到固定網(wǎng)的接口  提供與其他MSC互連的接口  MSC從三種數(shù)據(jù)庫取得所需數(shù)據(jù) 1.2. HLR（歸屬位置寄存器）  與電信業(yè)務(wù)有關(guān)的用戶信息都由歸屬位置寄存器HLR掌管。  每個用戶當前位置的信息都存貯在HLR中。 1.3. VLR（拜訪位置寄存器）  VLR存貯進入其覆蓋區(qū)的移動用戶的全部有關(guān)信息。 1.4. AUC（鑒權(quán)中心）  HLR從功能上分出一個子功能實體鑒權(quán)中心，其功能只限于管理與安全性有關(guān)的用戶數(shù)據(jù)，對用戶進行鑒權(quán)。 1.5. EIR（設(shè)備識別寄存器）  對移動臺I

12、MEI號碼進行核查，防止非法移動臺進入網(wǎng)絡(luò)。 2. 基站子系統(tǒng)（BSS） · BSS包含GSM網(wǎng)絡(luò)中無線通信部分的所有地面基站基礎(chǔ)設(shè)施 · 與移動臺連接 · 把無線信道連接到PCM信道上 · 兩部分：基站收發(fā)信臺（BTS）、基站控制器（BSC）。 3. 移動臺（MS）和SIM卡 · 移動臺是用戶設(shè)備 · 國際移動臺設(shè)備識別碼（IMEI） · SIM卡代表客戶 · 國際移動用戶識別碼（IMSI） · 個人識別碼（PIN

13、） 4. 操作和維護子系統(tǒng)（操作和維護中心OMC） · 用于管理和監(jiān)控 · 接口還未開放 五. 主要接口 1. A接口 NSS與BSS之間的接口，物理鏈接通過標準的 2.048Mb/s 或 1.544Mb/s PCM 數(shù)字傳輸鏈路來實現(xiàn)。 2. Abis接口 BSC與BTS之間的接口，物理鏈接通過標準的2.048Mb/s 或64kb/s PCM數(shù)字傳輸鏈路來實現(xiàn)。 3. Um接口（空中接口） BTS與MS之間的接口，物理鏈接通過無線鏈路來實現(xiàn)。 六. 編號計劃 1. 移動臺ISDN號碼（MSISDN） · MSISDN是指主叫客戶為呼

14、叫數(shù)字公用陸地蜂窩移動通信網(wǎng)中的客戶所需撥的號碼。 · 號碼的結(jié)構(gòu)：CC + NDC + SN  CC=國家碼  NDC=國內(nèi)目的地碼  SN=客戶號碼 · 可擴充 2. 國際移動客戶識別碼（IMSI） · 特定的客戶識別碼 · 用于GSM網(wǎng)所有信令中，存儲在SIM卡、HLR和VLR中。 · IMSI號碼結(jié)構(gòu)：MCC + MNC + MSIN  MCC=移動國家號碼  MNC=移動網(wǎng)號  MSIN=移動客戶識別碼 3. 移動客戶漫游號碼

15、（MSRN） · 用于選擇路由的臨時號碼 · 路由一旦建立，此號碼就可立即釋放。 · 結(jié)構(gòu)與移動臺ISDN號碼（MSISDN）相似 4. 臨時移動客戶識別碼（TMSI） 為了對IMSI保密，MSC/VLR可給來訪移動客戶分配一個唯一的TMSI號碼。它由MSC自行分配，僅限在本MSC業(yè)務(wù)區(qū)內(nèi)使用。 5. 位置區(qū)識別碼（LAI） · 用于移動客戶的位置更新、尋呼 · 號碼結(jié)構(gòu)：MCC + MNC + LAC  MCC=移動客戶國家碼  MNC=移動網(wǎng)號  LAC=位置區(qū)

16、號碼 6. 全球小區(qū)識別碼（CGI） · CGI用來識別一個位置區(qū)內(nèi)的小區(qū) · 結(jié)構(gòu)：MCC + MNC + LAC + CI  CI=小區(qū)號，最大16 bit。 7. 基站識別碼（BSIC） · BSIC是用于識別相鄰網(wǎng)絡(luò)的相鄰基站的，為6 bit編碼。 · 結(jié)構(gòu)為：NCC + BCC  NCC=網(wǎng)絡(luò)色碼  BCC=基站色碼 · 規(guī)劃原則 8. 國際移動臺設(shè)備識別碼（IMEI） 唯一地識別一個移動臺設(shè)備的編碼，為一個15位的十進制數(shù)字。 七. 關(guān)于無線接口 1.

17、工作頻段的劃分 · GSM通信系統(tǒng)采用900MHz頻段：  上行（移動臺發(fā)，基站收）890915MHz  下行（基站發(fā)，移動臺收）935960MHz  雙工間隔為45MHz，相鄰兩頻道間隔為200kHz。 · 我國GSM采用：  上行（移動臺發(fā)，基站收）899909915MHz  下行（基站發(fā)，移動臺收）944954960MHz · 隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展，可視需要向下發(fā)展，或向DCS1800過渡，即1800MHz頻段：  上行（移動臺發(fā)，基站收）17101785MHz  

18、下行（基站發(fā)，移動臺收）18051880MHz · GSM系統(tǒng)整個工作頻段被分為124對載頻，其序號用n表示。上下兩頻段中序號為n的載頻頻率可用下式計算：  上行，下頻段：Fl(n)=(890+0.2n) MHz  下行，上頻段：Fu(n)=Fl(n)+45=(935+0.2n) MHz  式中，n=1124，稱為絕對射頻信道號碼（ARFCN） 2. 保護帶寬 當一個地區(qū)有不同移動通信系統(tǒng)共存時，系統(tǒng)之間應(yīng)有約400kHz的保護帶寬，即它們之間要少用一個頻道。 3. 載波干擾保護比 · 載波干擾保護比（C/I）是指接收到的希

19、望信號電平與非希望信號電平的比值，簡稱載干比。 · GSM規(guī)范中規(guī)定：  同頻載干比：C/I9dB  鄰頻載干比：C/I-9dB  載波偏離400kHz時的載干比：C/I-41dB 4. 幀結(jié)構(gòu) · TDMA幀：每幀8個時隙 · 復(fù)幀：由TDMA幀構(gòu)成 · 超幀：由復(fù)幀構(gòu)成 · 超高幀：2048個超幀 5. 邏輯信道 5.1. 廣播信道 是下行的點到多點的信道。它包含網(wǎng)絡(luò)及本小區(qū)的通用信息。 5.1.1. 頻率校正信道(FCCH) 它是未經(jīng)調(diào)制的純正弦波。使移動臺能

20、夠調(diào)諧到廣播頻率。 5.1.2. 同步信道(SCH) 包含基站識別碼（BSIC）和移動臺的幀同步（TDMA幀號）。 5.1.3.廣播控制信道(BCCH) 包含網(wǎng)絡(luò)及小區(qū)的特定信息，如：小區(qū)所用的頻率、跳頻序列、信道組合、尋呼組、鄰區(qū)信息 5.2. 公共控制信道（CCCH） 公共控制信道是被用來建立點到點的連接。 5.2.1. 尋呼信道(PCH) 它是下行信道，用于特定位置區(qū)中所有BTS尋呼移動臺。 5.2.2. 隨機接入信道(RACH) 它是公共控制信道中唯一的上行信道，是一個點到點的信道。移動臺用它來初始化一個報文，或者作為尋呼信道的響應(yīng)。 5.2.3. 允許接入信道(AGCH) 它是隨機接

21、入信道的響應(yīng)，被用來為移動臺分配獨立專用控制信道，是一個下行的點到點的信道。 5.3. 專用控制信道 專用控制信道用于呼叫建立、發(fā)送測量報告及切換控制，是雙向的點到點的信道。 5.3.1. 獨立專用控制信道(SDCCH) 用于系統(tǒng)信令：呼叫建立、鑒權(quán)、位置更新、話務(wù)信道分配及短消息的傳輸。 5.3.2. 慢速隨路控制信道(SACCH) 它與獨立專用控制信道、話務(wù)信道聯(lián)系在一起。用于傳送測量報告、功率控制，有時也用來傳輸短消息。 5.3.3. 快速隨路控制信道(FACCH) 用于切換。它被映射到一個話務(wù)信道上，置換掉20毫秒的語音。 5.4. 話務(wù)信道 雙向信道，既可以傳語音，又可以傳數(shù)據(jù)。 &

22、#183; 半速率話務(wù)信道(TCH/H) 6.5 kbit/s · 全速率話務(wù)信道(TCH/F) 13 kbit/s · 增強型全速率話務(wù)信道(TCH/EFR) 13 kbit/s，能提供比全速率話務(wù)信道更好的語音質(zhì)量。 6. 基站與移動臺間時間提前量的調(diào)整 · 由于在空中接口采用了TDMA技術(shù)，那么任一移動臺只能在指配給它的時隙內(nèi)發(fā)送信息，而在其余時間里保持靜默，否則它會干擾使用同樣載頻上不同時隙的其它用戶。 · 時間提前量直接用比特來表示，范圍是063個比特。 · 每秒2次 八. 呼叫處理 1. 客戶狀態(tài) 移動臺客戶一般是處于MS開機、MS關(guān)機和MS忙三種狀態(tài)之一，因此網(wǎng)路需要對這三種狀態(tài)做相應(yīng)處理。 1.1. MS開機，網(wǎng)路對它作“