《GSM通信原理》課件

GSM通信原理投稿人：目錄1.GSM系統(tǒng)概述GSM歷史發(fā)展通信系統(tǒng)分類蜂窩通信系統(tǒng)原理2.GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)GSM系統(tǒng)組成各子系統(tǒng)功能MS、BTS、BSC、MSC3.GSM信號(hào)傳輸信號(hào)的調(diào)制解調(diào)時(shí)分多址技術(shù)信道復(fù)用4.GSM接入技術(shù)信號(hào)交換原理呼叫設(shè)置過程頻道分配算法1.GSM系統(tǒng)概述GSM(GlobalSystemforMobileCommunications)是全球范圍內(nèi)使用最廣泛的移動(dòng)通信系統(tǒng)之一。它于1991年正式投入使用，并迅速發(fā)展成為全球最大的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。GSM歷史發(fā)展11970s移動(dòng)電話發(fā)展初期，模擬系統(tǒng)為主。21980s數(shù)字移動(dòng)通信技術(shù)開始涌現(xiàn)。31990sGSM標(biāo)準(zhǔn)正式發(fā)布并推廣。42000sGSM技術(shù)不斷完善和發(fā)展。通信系統(tǒng)分類1模擬通信系統(tǒng)模擬通信系統(tǒng)直接對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行傳輸，例如傳統(tǒng)的電話和廣播系統(tǒng)。2數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸，例如現(xiàn)代的移動(dòng)電話和互聯(lián)網(wǎng)。3無(wú)線通信系統(tǒng)無(wú)線通信系統(tǒng)利用無(wú)線電波進(jìn)行信號(hào)傳輸，例如衛(wèi)星通信和移動(dòng)通信。4有線通信系統(tǒng)有線通信系統(tǒng)通過電纜或光纖進(jìn)行信號(hào)傳輸，例如固定電話和互聯(lián)網(wǎng)。蜂窩通信系統(tǒng)原理蜂窩通信系統(tǒng)采用小區(qū)制，將覆蓋區(qū)域劃分為許多六邊形小區(qū)，每個(gè)小區(qū)配備一個(gè)基站，負(fù)責(zé)與小區(qū)內(nèi)用戶進(jìn)行通信。每個(gè)小區(qū)都有自己的頻率和信道，通過信道復(fù)用技術(shù)，多個(gè)小區(qū)共享有限的無(wú)線頻譜資源，提高頻譜利用率，同時(shí)減少干擾。當(dāng)用戶移動(dòng)到另一個(gè)小區(qū)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換到新的基站，確保通話質(zhì)量。2.GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)GSM系統(tǒng)由多個(gè)子系統(tǒng)組成，共同協(xié)作完成通信任務(wù)。這些子系統(tǒng)包括移動(dòng)臺(tái)(MS)、基站子系統(tǒng)(BSS)、網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(NSS)和操作支持子系統(tǒng)(OSS)。GSM系統(tǒng)組成移動(dòng)臺(tái)(MS)用戶使用的手機(jī)或其他移動(dòng)設(shè)備基站子系統(tǒng)(BSS)負(fù)責(zé)與移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(NSS)負(fù)責(zé)處理各種網(wǎng)絡(luò)功能，如呼叫控制和計(jì)費(fèi)各子系統(tǒng)功能基站子系統(tǒng)(BSS)負(fù)責(zé)無(wú)線信號(hào)的收發(fā)，包括基站收發(fā)信機(jī)(BTS)和基站控制器(BSC)。移動(dòng)交換中心(MSC)負(fù)責(zé)呼叫的連接和路由，是GSM網(wǎng)絡(luò)的核心。歸屬位置寄存器(HLR)存儲(chǔ)用戶的信息，例如電話號(hào)碼、位置信息和服務(wù)信息。鑒權(quán)中心(AUC)負(fù)責(zé)用戶身份驗(yàn)證和安全管理。GSM系統(tǒng)組成移動(dòng)臺(tái)（MS）用戶使用的移動(dòng)電話，包含射頻、基帶等模塊?；臼瞻l(fā)信機(jī)（BTS）連接移動(dòng)臺(tái)和基站控制器的無(wú)線接口，負(fù)責(zé)信號(hào)的傳輸和接收?；究刂破鳎˙SC）負(fù)責(zé)管理多個(gè)基站收發(fā)信機(jī)，控制無(wú)線信道分配、呼叫處理等。移動(dòng)交換中心（MSC）負(fù)責(zé)管理GSM網(wǎng)絡(luò)中的所有移動(dòng)臺(tái)，負(fù)責(zé)呼叫路由、用戶數(shù)據(jù)管理等。3.GSM信號(hào)傳輸GSM信號(hào)傳輸是整個(gè)通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。它涉及到信號(hào)的調(diào)制解調(diào)、時(shí)分多址技術(shù)、信道復(fù)用等關(guān)鍵技術(shù)，確保信號(hào)在無(wú)線信道中高效傳輸。信號(hào)的調(diào)制解調(diào)1調(diào)制將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，以便通過無(wú)線信道傳輸。2解調(diào)將模擬信號(hào)還原為數(shù)字信號(hào)，以便在接收端進(jìn)行處理。時(shí)分多址技術(shù)原理將一個(gè)信道的時(shí)間軸劃分為若干個(gè)時(shí)間片，每個(gè)時(shí)間片分配給不同的用戶，用戶在自己的時(shí)間片內(nèi)進(jìn)行通信。特點(diǎn)效率高，可以同時(shí)服務(wù)多個(gè)用戶，適用于移動(dòng)通信系統(tǒng)。應(yīng)用廣泛應(yīng)用于GSM、CDMA等移動(dòng)通信系統(tǒng)中。信道復(fù)用1頻率復(fù)用在不同的地理位置使用相同的頻率，以提高頻譜利用率。2時(shí)分復(fù)用將時(shí)間分割成不同的時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙分配給不同的用戶，以實(shí)現(xiàn)多用戶共享同一頻率。3碼分復(fù)用為每個(gè)用戶分配唯一的碼序列，并在同一時(shí)間使用相同的頻率進(jìn)行通信，以區(qū)分不同的用戶信號(hào)。4.GSM接入技術(shù)GSM接入技術(shù)是移動(dòng)電話用戶接入GSM網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。信道分配GSM系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)信道分配方式，根據(jù)用戶需求靈活分配信道資源。呼叫建立用戶發(fā)起呼叫時(shí)，GSM網(wǎng)絡(luò)會(huì)根據(jù)用戶位置和網(wǎng)絡(luò)狀況分配信道，建立語(yǔ)音或數(shù)據(jù)連接。信號(hào)交換原理呼叫建立用戶發(fā)起呼叫時(shí)，信號(hào)通過基站傳遞到交換中心，并根據(jù)號(hào)碼查找目標(biāo)用戶所在基站，建立連接。數(shù)據(jù)傳輸語(yǔ)音或數(shù)據(jù)信號(hào)通過無(wú)線鏈路傳輸?shù)交?，再通過交換中心傳遞到目標(biāo)用戶。呼叫結(jié)束呼叫結(jié)束時(shí)，信號(hào)通過逆向路徑傳遞，釋放連接。呼叫設(shè)置過程1呼叫建立用戶發(fā)起呼叫2呼叫連接建立語(yǔ)音連接3呼叫處理數(shù)據(jù)傳輸4呼叫釋放呼叫結(jié)束頻道分配算法頻率復(fù)用利用頻率復(fù)用技術(shù)，將同一頻率在不同區(qū)域或時(shí)間段進(jìn)行分配，提高頻譜利用率。動(dòng)態(tài)分配根據(jù)用戶的實(shí)際需求，動(dòng)態(tài)分配頻段，避免頻段浪費(fèi)，提高系統(tǒng)容量。干擾控制通過合理的分配算法，最大限度地減少不同信道間的干擾，保證通信質(zhì)量。5.GSM網(wǎng)絡(luò)管理GSM網(wǎng)絡(luò)管理是保證GSM網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行的關(guān)鍵，包括基站管理、運(yùn)行維護(hù)、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等方面?；竟芾碜酉到y(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)控和管理每個(gè)基站的運(yùn)行狀態(tài)，包括信號(hào)強(qiáng)度、功率控制、信道分配等。運(yùn)行維護(hù)子系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)性能，檢測(cè)故障并進(jìn)行修復(fù)，確保網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性。基站管理子系統(tǒng)監(jiān)控與管理實(shí)時(shí)監(jiān)控基站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，包括硬件、軟件、信號(hào)等方面。網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化分析網(wǎng)絡(luò)覆蓋情況，進(jìn)行小區(qū)參數(shù)調(diào)整，提升網(wǎng)絡(luò)性能。故障處理快速定位并解決基站出現(xiàn)的故障，確保網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行。運(yùn)行維護(hù)子系統(tǒng)性能監(jiān)控實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，例如信號(hào)強(qiáng)度、數(shù)據(jù)流量和設(shè)備溫度。故障診斷定位和解決網(wǎng)絡(luò)故障，例如信號(hào)中斷、呼叫失敗和設(shè)備異常。網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化根據(jù)網(wǎng)絡(luò)流量和用戶需求，調(diào)整網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和配置，提高網(wǎng)絡(luò)效率和性能。網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與優(yōu)化指標(biāo)覆蓋范圍優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，確保信號(hào)覆蓋到更多用戶，提高用戶體驗(yàn)。容量?jī)?yōu)化網(wǎng)絡(luò)容量，提高網(wǎng)絡(luò)承載能力，避免網(wǎng)絡(luò)擁塞，確保用戶正常使用。質(zhì)量?jī)?yōu)化網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，提高信號(hào)質(zhì)量，降低掉話率，提升用戶感知。GSM業(yè)務(wù)與應(yīng)用語(yǔ)音業(yè)務(wù)GSM最初設(shè)計(jì)用于語(yǔ)音通信，提供高質(zhì)量、可靠的語(yǔ)音服務(wù)。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)支持多種數(shù)據(jù)速率，例如SMS、GPRS和EDGE，滿足不同數(shù)據(jù)傳輸需求。語(yǔ)音業(yè)務(wù)語(yǔ)音通話GSM的核心業(yè)務(wù)之一，支持高質(zhì)量的語(yǔ)音通話，提供清晰穩(wěn)定的通話體驗(yàn)。語(yǔ)音信箱用戶可以隨時(shí)收聽、回復(fù)語(yǔ)音留言，方便溝通。呼叫轉(zhuǎn)移將呼入的電話轉(zhuǎn)移到其他號(hào)碼，提高通話效率。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)短信傳統(tǒng)的短信業(yè)務(wù)仍然是重要的通信方式，為用戶提供簡(jiǎn)短文字信息的傳遞?；ヂ?lián)網(wǎng)接入通過GPRS、EDGE、HSPA+等技術(shù)，為用戶提供高速數(shù)據(jù)連接，支持網(wǎng)頁(yè)瀏覽、郵件、社交等應(yīng)用。文件傳輸用戶可以通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳輸各種文件，包括圖片、視頻、音頻等，滿足不同需求。增值業(yè)務(wù)短信服務(wù)包括普通短信、彩信、語(yǔ)音短信等，滿足用戶日常溝通和信息傳遞需求。移動(dòng)支付提供便捷的手機(jī)支付功能，包括手機(jī)充值、購(gòu)物、轉(zhuǎn)賬等，方便用戶進(jìn)行移動(dòng)支付。位置服務(wù)提供基于地理位置的服務(wù)，如導(dǎo)航、地圖、LBS等，幫助用戶了解周圍環(huán)境和便捷出行。其他服務(wù)包括游戲、音樂、視頻、新聞等增值服務(wù)，滿足用戶多元化娛樂和信息需求。GSM發(fā)展與展望GSM技術(shù)經(jīng)過多年發(fā)展，已成為全球最廣泛使用的移動(dòng)通信技術(shù)之一。但隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，GSM標(biāo)準(zhǔn)面臨著新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。14G/5G演進(jìn)GSM技術(shù)正在向4G/5G演進(jìn)，以滿足更高的數(shù)據(jù)速率和更低的延遲需求。2未來(lái)應(yīng)用趨勢(shì)GSM技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域?qū)l(fā)揮重要作用，推動(dòng)社會(huì)發(fā)展。3技術(shù)創(chuàng)新方向GSM技術(shù)將不斷創(chuàng)新，以提升網(wǎng)絡(luò)效率、降低成本，并滿足用戶對(duì)更高質(zhì)量服務(wù)的需求。4G/5G演進(jìn)15G超高速率、超低時(shí)延、海量連接24G高速率、低時(shí)延、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)33G寬帶數(shù)據(jù)、視頻通話42G語(yǔ)音通話、短信51G模擬信號(hào)、語(yǔ)音通話未來(lái)應(yīng)用趨勢(shì)物聯(lián)網(wǎng)GSM網(wǎng)絡(luò)將與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，支持各種智能設(shè)備的連接和數(shù)據(jù)傳輸。智慧城市GSM網(wǎng)絡(luò)將為智慧城市建設(shè)提供可靠的通信基礎(chǔ)設(shè)施，支持交通管理、環(huán)境監(jiān)測(cè)等應(yīng)用。車聯(lián)網(wǎng)GSM網(wǎng)絡(luò)將支持車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)車