GSM系统系统培训教程培训教程上海科旭网络技术有限公司GSM移动通信系统原理移动通信系统原理1 1、GSMGSM起源和发展起源和发展1.1移动通信的发展移动通信的发展第一代模拟蜂窝移动通信网：第一代模拟蜂窝移动通信网：AMPS、TACS系统，采系统，采用频分复用方法；用频分复用方法；第二代数字移动通信网：欧洲第二代数字移动通信网：欧洲GSM系统采用时分复用，系统采用时分复用，北美北美IS95系统采用码分复用；系统采用码分复用；第三代第三代IMT2000移动通信网：移动通信网：WCDMA、CDMA2000，TDSCDMA1 1、GSMGSM起源和发展起源和发展1.2 GSM发展史发展史欧洲邮电管理委员会（欧洲邮电管理委员会（CEPT）成立了一个在）成立了一个在ETSI（欧洲电信标准协会）下的（欧洲电信标准协会）下的“移动特别小组移动特别小组”（Special Mobile Group），开发数字移动通信技），开发数字移动通信技术。术。1987年，就泛欧数字蜂窝系统的年，就泛欧数字蜂窝系统的GSM规范达成一致规范达成一致意见；意见； 1991年，年，GSM 900MHz数字蜂窝移动通信系统在欧数字蜂窝移动通信系统在欧洲问世，从此，移动通信跨入了第二代。洲问世，从此，移动通信跨入了第二代。 1 1、GSMGSM起源和发展起源和发展1.3 GSM的主要特点的主要特点 频谱效率高，由于采用了高效调制器、信道编码、交织、均衡频谱效率高，由于采用了高效调制器、信道编码、交织、均衡和话音编码技术等，使系统具有高的频谱效率。由于每个信道和话音编码技术等，使系统具有高的频谱效率。由于每个信道传输带宽增加，使同频复用载干比要求降低至传输带宽增加，使同频复用载干比要求降低至9dB，故，故GSM系系统的同频复用模式可以缩小到统的同频复用模式可以缩小到4/12或或3/9甚至更小（模拟系统甚至更小（模拟系统为为7/21）；加上半速率话音编码的引入和自动话务分配以减小）；加上半速率话音编码的引入和自动话务分配以减小越区切换的次数，使越区切换的次数，使GSM系统的容量效率（每兆赫每小区道数）系统的容量效率（每兆赫每小区道数）比比TACS系统提高了系统提高了35倍。倍。1 1、GSMGSM起源和发展起源和发展1.3 GSM的主要特点的主要特点 话音质量受无线传输质量影响小，在话音质量受无线传输质量影响小，在900MHZ频带中，使用频带中，使用TDMA（时分复用多路接入）的全数字的方式工作。鉴于数字（时分复用多路接入）的全数字的方式工作。鉴于数字传输技术的特点以及传输技术的特点以及GSM规范中有关空中接口和话音编码的定规范中有关空中接口和话音编码的定义，在门限值以上时，话音质量总是与无线传输质量无关。义，在门限值以上时，话音质量总是与无线传输质量无关。1 1、GSMGSM起源和发展起源和发展1.3 GSM的主要特点的主要特点 开放的接口：开放的接口：GSM标准所提供的开放性接口，不仅限于空中接标准所提供的开放性接口，不仅限于空中接口，而且包括网络之间以及网络中各设备实体之间，例如口，而且包括网络之间以及网络中各设备实体之间，例如A接接口。口。安全性好：通过鉴权、加密和安全性好：通过鉴权、加密和TMSI号码的使用，达到安全目号码的使用，达到安全目的。的。1 1、GSMGSM起源和发展起源和发展1.3 GSM的主要特点的主要特点 与其它网络的互连通常利用现有的标准，如与其它网络的互连通常利用现有的标准，如ISUP或或TUP等；等；在在SIM卡基础上实现漫游；卡基础上实现漫游；能自动选择路由，对一个移动用户发起一次呼叫的用户将不需能自动选择路由，对一个移动用户发起一次呼叫的用户将不需要知道移动用户的位置，因为呼叫将被自动选路到合适的移动要知道移动用户的位置，因为呼叫将被自动选路到合适的移动设备；设备；能最大灵活地在线提供由能最大灵活地在线提供由ISDN提供的业务，易于升级；提供的业务，易于升级；1 1、GSMGSM起源和发展起源和发展1.4 GSM规范系列规范系列 01系列：系统概述系列：系统概述02系列：业务系列：业务03系列：网络结构和网络功能系列：网络结构和网络功能04系列：无线接口信令（系列：无线接口信令（L2、L3）05系列：无线接口物理层系列：无线接口物理层06系列：语音编码（系列：语音编码（FR、EFR、HR）1 1、GSMGSM起源和发展起源和发展1.4 GSM规范系列规范系列 07系列：移动台终端适配功能系列：移动台终端适配功能08系列：系列：A接口和接口和Abis接口接口09系列：网络互连（系列：网络互连（ISDN、PSTN、PSPDN）10系列：系列：PH2新功能新功能11系列：测试系列：测试12系列：网管（操作维护、用户和终端业务数据监视、性能、系列：网管（操作维护、用户和终端业务数据监视、性能、设备管理）设备管理）1 1、GSMGSM起源和发展起源和发展1.5 GSM系统的主要性能参数系统的主要性能参数 工作频段：工作频段：GSM900GSM900主频段（主频段（P-GSMP-GSM）上行：890MHz-915MHz（移动台发，基站收）下行：935MHz-960MHz（基站发，移动台收）GSMGSM扩展频段（扩展频段（E-GSME-GSM）上行：880MHz-890MHz（移动台发，基站收）下行：925MHz-935MHz（基站发，移动台收）DCS1800DCS1800频段频段上行：1710MHz-1785MHz（移动台发，基站收）下行：1805MHz-1880MHz（基站发，移动台收） 1 1、GSMGSM起源和发展起源和发展1.5 GSM系统的主要性能参数系统的主要性能参数 工作频段：工作频段：GSM900GSM900主频段（主频段（P-GSMP-GSM）上行：Fl=890 + 0.2 N（MHz） （1N 124）下行：Fu=Fl + 45（MHz）GSMGSM扩展频段（扩展频段（E-GSME-GSM）上行： Fl=890 + 0.2 （N-1024）（MHz）下行： Fu=Fl + 45（MHz） （975N 1023）DCS1800DCS1800频段频段上行： Fl=1710.2 + 0.2 （N-512）（MHz）下行： Fu=Fl + 95（MHz） （512N 885） 45MHz双工间隔基站发射频率基站接收频率2MHz保护频带960905890880872950935925917 915GSMTACS/GSMEGSMETACS1、GSM起源和发展起源和发展1、GSM起源和发展起源和发展基站发射频率基站接收频率2MHz保护频带18801805 178595MHz双工间隔1710DCS18001 1、GSMGSM起源和发展起源和发展1.5 GSM系统的主要性能参数系统的主要性能参数 干扰保护比干扰保护比 ：载波干扰保护比（C/I）就是接收到的希望信号电平与非希望信号电平的比值，GSM规范中规定：同频道干扰保护比：C/I9dB邻频道干扰保护比：C/I9dB载波偏离400KHZ时的干扰保护比：C/I41dB 1 1、GSMGSM起源和发展起源和发展1.6 GSM频率复用方式频率复用方式 频率复用是指在不同的地理区域上用相同的载波频率进行覆盖。频率复用是指在不同的地理区域上用相同的载波频率进行覆盖。这些区域必须隔开足够的距离，以致所产生的同频道及邻频道这些区域必须隔开足够的距离，以致所产生的同频道及邻频道干扰的影响可忽略不计。干扰的影响可忽略不计。 1 1、GSMGSM起源和发展起源和发展 基站扇区化基站扇区化cellsitecellsitecellsite全向小区（OMNI CELL SITE）3扇区/小区（120 SECTOR/ CELLS）6扇区/小区（60 SECTOR/ CELLS）=1 ANTENNA=3 ANTENNA=6 ANTENNA1 1、GSMGSM起源和发展起源和发展37516324356175243612774251314全向站全向站全向站全向站7 7小区频率重复再用小区频率重复再用小区频率重复再用小区频率重复再用1 1、GSMGSM起源和发展起源和发展n4 3标准复用模式（标准复用模式（GSM体制推荐）体制推荐）n紧密复用模式紧密复用模式n3 3n1 3n2 6n多重复用多重复用MAP3 3扇区基站频率复用方法扇区基站频率复用方法扇区基站频率复用方法扇区基站频率复用方法2 2、GSMGSM系统原理系统原理业务业务业务业务系统结构和功能系统结构和功能GSM的编号和识别方案的编号和识别方案 无线信道无线信道主要技术主要技术组网组网空闲状态手机工作模式空闲状态手机工作模式空闲状态手机工作模式空闲状态手机工作模式基本信令流程基本信令流程基本信令流程基本信令流程2 2、GSMGSM系统原理系统原理2.1 2.1 业务业务业务业务电信业务电信业务用户终端业务用户终端业务承载业务承载业务基本业务基本业务基本业务基本业务基本业务补充业务基本业务补充业务基本业务补充业务基本业务补充业务2 2、GSMGSM系统原理系统原理2.1 2.1 业务业务业务业务用户终端业务：用户终端业务：用户终端业务：用户终端业务：n电话业务n紧急呼叫业务n数据通信n短消息业务n移动被叫点对点短消息业务n移动主叫点对点短消息业务n广播型短消息业务n语音和三类传真交替业务n自动三类传真业务2 2、GSMGSM系统原理系统原理2.1 2.1 业务业务业务业务补充业务：补充业务：补充业务：补充业务：n呼叫偏转（有被叫，实时前转）n呼叫前转（无条件、遇忙、无应答、不可及）n主叫号码识别n呼叫等待（被叫忙时，接收新业务）n呼叫保持（保持当前呼叫，发起新呼叫）n呼入呼出限制n其它增强型补充业务增强型补充业务n语音群呼叫（VGCS）n话音广播业务（VBS）n多用户特征（MSP）n移动定位业务2 2、GSMGSM系统原理系统原理2.1 2.1 业务业务业务业务承载业务：承载业务：承载业务：承载业务：n双向异步数据电路（3009600bps）n双向同步数据电路（12009600bps）n异步分组数据接入电路（3009600bps）n双向同步分组数据（24009600bps）n交替语音和数据n数据后接语音业务nGPRS业务2 2、GSMGSM系统原理系统原理业务业务系统结构和功能系统结构和功能GSM的编号和识别方案的编号和识别方案 无线信道无线信道主要技术主要技术组网组网空闲状态手机工作模式空闲状态手机工作模式空闲状态手机工作模式空闲状态手机工作模式基本信令流程基本信令流程基本信令流程基本信令流程2 2、GSMGSM系统原理系统原理2.22.2系统结构和功能系统结构和功能 GSM网络由终端、无线接入设备和核心网络等网络由终端、无线接入设备和核心网络等几部分组成。具体包括交换网路子系统（几部分组成。具体包括交换网路子系统（NSS）、）、无线基站子系统（无线基站子系统（BSS）、操作维护子系统）、操作维护子系统（OSS）和移动台（）和移动台（MS）四大部分。）四大部分。 2 2、GSMGSM系统原理系统原理MSOMC-SOMC-MBSSNSS OMC-RTCBSCOMC-RBTSBTSBSSBSSBTSBTSMSCVLRMSCVLRHLRAuCEIRHLRAuCEIRPSTNISDNOMC-RGSM网络拓扑图网络拓扑图2 2、GSMGSM系统原理系统原理MSC功能与作用功能与作用n呼叫处理n呼叫建立、连接与清除n n切换过程切换过程n n移动性管理移动性管理n位置更新过程n用户身份识别n移动设备识别操作与维护数据库管理测量人机接口（MMI）网间互通计费MSC为其服务区内的移动用户提供交换和信令功能为其服务区内的移动用户提供交换和信令功能2 2、GSMGSM系统原理系统原理HLR功能与作用功能与作用nHLR:Home Location Registern用户识别号（IMSI,MSISDN）n当前用户的VLR（当前位置）n业务能力、业务限制信息n用户申请的补充业务n补充业务信息（例：当前转移的电话号码）n用户状态（registered/deregistered）n移动用户漫游号（MSRN）传递HLR2 2、GSMGSM系统原理系统原理VLR功能与作用功能与作用nVLR:Visitor Location Registern移动台状态n部分补充业务数据n移动站的位置登记(LAI)n临时移动用户识别号(TMSI)管理nMSRN管理VLR2 2、GSMGSM系统原理系统原理AUC功能与作用功能与作用l鉴权和加密数据lKi,RANDlA3,A8算法lKc,SresMSCMSCBTSBTSBTSACDHEF2 2、GSMGSM系统原理系统原理 EIR功能与作用功能与作用nEIR：Equipment Identity Registern存储移动设备分类表(IMEI)n用来管理所有移动台设备的国际移动用户识（IMSI）号码以及检查每个移动台设备是否为合法设备。n它包括一个数据库，存储着所有签约用户所使用的移动台设备的IMEI号码等。n白名单、黑名单、灰名单2 2、GSMGSM系统原理系统原理BSS子系统拓扑图子系统拓扑图BTSBSCTCBTSOMC-R2 2、GSMGSM系统原理系统原理 BSC的一般结构的一般结构数字中继交换网络处理器网络数字中继A接口Abis接口2 2、GSMGSM系统原理系统原理 BSC的功能作用的功能作用n实现A接口物理层规定(PCM/E1)n实现A接口No.7号信令功能(SP)n实现Abis接口物理层规定(PCM/E1)n实现Abis接口数据链路层(LAPD)n实现A接口与Abis接口间信道交换功能n实现部分网络层的功能n实现无线资源管理(RR)n实现BSS管理应用部分的功能n实现切换功能等2 2、GSMGSM系统原理系统原理 BTS的一般结构的一般结构基基站站接接口口设设备备信信令令处处理理编码与交织编码与交织译码与解译码与解交织交织加密加密加密加密发信机发信机天天线收信机收信机均衡均衡解调解调解密解密AbisUm跳频控制跳频控制时钟时钟功率控制功率控制2 2、GSMGSM系统原理系统原理 BTS的功能作用的功能作用n实现Abis接口物理层规定(PCM/E1)n实现Abis接口数据链路层(LAPD)n实现BTS管理功能 n实现部分无线资源管理(RR)n实现Um接口物理层规定(PCM/E1)n实现Um接口数据链路层(LAPDm)n实现实现跳频功能n实现信道加密、解密功能n实现信道编译码、交织与解交织功能n实现调制与解调功能2 2、GSMGSM系统原理系统原理码变换器码变换器(Transcoder)BBS64KBPS16KBPSMSC30PCMTRAFFICCHANNEL*4TC120 GSM TRAFFICCHANNELS0116312 2、GSMGSM系统原理系统原理TC功能功能n全称：Transcoder Rate Adaptor Unitn语音编解码功能（FR、EFR）n非连续发射功能（DTX）n数据速率适配功能n与BTS的远端通信功能2 2、GSMGSM系统原理系统原理MSMS结构结构SIMMEMS2 2、GSMGSM系统原理系统原理 用户识别模块用户识别模块(SIM)n用户固定数据网络临时数据业务相关数据nIMSI TMSI 使用的语言nKi LAI 话费数据n接入控制级 Kcn安全算法 禁止的PLMN2 2、GSMGSM系统原理系统原理BSS部分接口部分接口2 2、GSMGSM系统原理系统原理NSS部分接口部分接口ISUPTUP AMAPEMAPCDMAPGMAPBFMAPMAPBSSAPPSTNBSSMSCVLREIRHLRVLRMSCISDN2 2、GSMGSM系统原理系统原理 GSM的功能分层的功能分层操作维护人员用户2 2、GSMGSM系统原理系统原理 GSM的功能层的功能层n传输(Transmission)n用户信息（话音或数据）n信令消息（物理层到网络层）n无线资源管理(RR)n建立和释放MS到MSC间的联接n有效利用无线和对应的陆地资源n完成切换过程n移动性管理n位置管理(MS,HLR/AUC,MSC/VLR)n安全管理2 2、GSMGSM系统原理系统原理n通信管理(CM)n呼叫控制n面向电路的业务（MSC/VLR,GMSC,HLR,IWF)n路由管理n补充业务管理n修改和检查补充业务的实际配置和状态n涉及MS和HLR两个实体n短消息业务n点到点的短消息(SM-SC)n两个功能实体（SMS-GMSC,SMS-IWMSC)n运行、维护和管理(OAM)n用户全部登记管理，网络运行维护，用户设备管理 GSM的功能层的功能层2 2、GSMGSM系统原理系统原理 GSM的功能协议结构的功能协议结构BTSBTSBSCBSCMSCMSC/VLR/VLRHLRHLRGMSCGMSCCMMMRRHLRMSC/VLRBSCBTSMSGSMGSM的协议结构的协议结构Transmission2 2、GSMGSM系统原理系统原理MSC/VLR业务区域业务区域MSC/VLR业务区域VLRMSCLocation AreaVLRMSC2 2、GSMGSM系统原理系统原理位置区（位置区（Location Area）VLRLA1LA2LA3LA4LA5LA6cell 11cell 12cell 7cell 8cell 9cell 4cell 6cell 5cell 3cell 2cell 12 2、GSMGSM系统原理系统原理GSM各区域间的关系各区域间的关系PLMN业务区MSC业务区位置区LAC小区Cell2 2、GSMGSM系统原理系统原理业务业务系统结构和功能系统结构和功能GSMGSM的编号和识别方案的编号和识别方案的编号和识别方案的编号和识别方案 无线信道无线信道主要技术主要技术组网组网空闲状态手机工作模式空闲状态手机工作模式空闲状态手机工作模式空闲状态手机工作模式基本信令流程基本信令流程基本信令流程基本信令流程2 2、GSMGSM系统原理系统原理 国际移动设备识别号国际移动设备识别号(IMEI)FACVLSNRTAC6个数字2个数字6个数字1个数字型号批准码(TAC)：由认证中心分配工厂装配码(FAC)：由厂家编码，表示制造厂家及最后装配地。序列号(SNR)： 由厂家分配版本级别(VL)： 由认证中心确定，与TAC关联。2 2、GSMGSM系统原理系统原理国际移动用户识别码国际移动用户识别码(IMSI)n移动国家号码(MCC):中国为460. n移动网号(MNC):移动为00，联通：01.n移动用户识别码(MSIN):H1H2H3MCCMNCMSIN国内移动用户识别码国际移动用户识别码2 2、GSMGSM系统原理系统原理n移动用户漫游号码：n位长10位nVLR临时分配给用户的一个号码n与该MSC所属HLR有一定联系n在VLR中与IMSI一一对应 移动用户漫游号移动用户漫游号(MSRN)2 2、GSMGSM系统原理系统原理n临时移动用户识别码(TMSI)n提高IMSI使用的安全性n本地分配的4字节的BSC编码 临时移动用户识别号临时移动用户识别号(TMSI)2 2、GSMGSM系统原理系统原理移动用户移动用户ISDN号码号码(MSISDN)n国家号码(CC):中国为86nMAC：移动接入码 ，=139(8、7、6、5、0、1)n移动用户号：H0H1H2H3ABCDnH0H1H2H3：HLR识别码，由总部统一分配到本地网；H0=0nABCD：移动用户号，由HLR自行分配 CCMACSN国内有效移动用户ISDN号码国际移动用户ISDN2 2、GSMGSM系统原理系统原理业务业务系统结构和功能系统结构和功能GSM的编号和识别方案的编号和识别方案 无线信道无线信道无线信道无线信道主要技术主要技术组网组网空闲状态手机工作模式空闲状态手机工作模式空闲状态手机工作模式空闲状态手机工作模式基本信令流程基本信令流程基本信令流程基本信令流程2 2、GSMGSM系统原理系统原理 GSMGSM的的FDMA/TDMAFDMA/TDMA结构结构TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7f0f1f2f4f4f5时间频率TDMA帧2 2、GSMGSM系统原理系统原理 时隙与时隙与TDMATDMA帧帧1234567012345670 突发序列（BURST）时隙TDMA FRAME1TDMA FRAME 22 2、GSMGSM系统原理系统原理 空中接口信道空中接口信道n物理信道n逻辑信道 n业务信道n语音信道n数据信道n随路控制信道n控制信道n广播控制信道n公共控制信道n专用控制信道2 2、GSMGSM系统原理系统原理Traffic channelTCHSpeechDataTCH/HSTCH/FSTCH/9.6TCH/2.4TCH/4.8SACCHFACCHTCH业务信道业务信道2 2、GSMGSM系统原理系统原理Control channelCCHDCCHSDCCHACCHSACCHFACCHCCCHRACHCBCHPCH/AGCHBCCHBCCHSCHFCCHNBABNBNBNBFBSBNB/DB控制信道控制信道2 2、GSMGSM系统原理系统原理 同步信道消息（同步信道消息（SCHSCH）nTDMA帧号n基站识别码：BSIC n (Base Station Identity Code)NCCBCC网络色码（NCC）：3 bits基站色码（BCC）：3 bits2 2、GSMGSM系统原理系统原理 BCCHBCCH广播系统消息广播系统消息n位置区识别号(LAI)n移动台需监视的邻小区列表n本小区使用的频率列表n小区识别号n功率控制指示nDTX允许指示n接入控制（例：紧急呼叫，呼叫禁止）nCBCH描述2 2、GSMGSM系统原理系统原理 系统消息类型系统消息类型 n系统消息n小区信道描述nRACH控制参数n系统消息n邻小区说明nPLMN允许指示nRACH控制参数系统消息小区识别号位置区识别号控制信道说明小区选择参数RACH控制参数2 2、GSMGSM系统原理系统原理 系统消息类型系统消息类型 n系统消息n位置区识别号n小区选择参数nRACH控制参数nCBCH信道说明n系统消息n邻小区说明系统消息小区识别号位置区识别号小区选项PLMN允许指示系统消息，系统消息的扩展2 2、GSMGSM系统原理系统原理 GSMGSM复帧类型（一）复帧类型（一）TRAFFIC CHANNELSTDMA Multiframes012o12345671234567123456726-TDMA Multiframes2 2、GSMGSM系统原理系统原理 GSMGSM复帧类型（二复帧类型（二）CONTROL CHANNELSTDMA Multiframes012o12345671234567123456751-TDMA Multiframes2 2、GSMGSM系统原理系统原理TCHTCH复帧复帧上行IDLESACCHT TTT TT252015121050IDLESACCHT TTT TT252015121050T=TCH下行2 2、GSMGSM系统原理系统原理BCCH/CCCHBCCH/CCCH复帧复帧2 2、GSMGSM系统原理系统原理SDCCHSDCCH复帧复帧BBD2D2D1D1BBD0D0BBD3D3BBD4D4BBD5D5BBD7D7BBA0A4BBD6D6BBA1A5BBA2A6BBA3A7BBA5A1BBA6A2BBA7A3BBD1D1BBD2D2BBD3D3BBD0D0BBD4D4BBD5D5BBD6D6BBD7D7BBA0A4010203040500101020304050516171819110151617181911012 2、GSMGSM系统原理系统原理组合组合复帧复帧01020304050BBBBCCBBBBBBBBBBBBCCBBBBBBCCBBBBD1D1BBBBBBD0D0BBBBD3D3BBBBBBD2D2BBBBA1A3BBBBBBA0A2BBD3D3BBA0A2BBA1A3BBD0D0BBD1D1BBD2D20102030405010203040500516171819110151617181911012 2、GSMGSM系统原理系统原理TDMATDMA超帧与超高帧超帧与超高帧1超高帧=2048超帧=2715648TDMA帧（3h 28mn 53s 760ms)1超帧=1326TDMA（6.12s)012425120ms235.38ms26-Frame 复帧51-Frame 复帧业务信道控制信道4.615msTDMA trame2 2、GSMGSM系统原理系统原理GSMGSM突发突发 and TDMAand TDMA帧帧1234567012345670TDMA FRAME 1TDMA FRAME 2INFONORMAL BURSTSTEALING FLAGTAIL BITSTRANING SEQUENCEINFOTAIL BITSGUARD PERIDGUARD PERID2 2、GSMGSM系统原理系统原理GSMGSM突发类型突发类型1234567012345670TDMA FRAME 1TDMA FRAME 23NORMAL BURST(NB)3TBEncrypted Bits57TBTraining Sequence26TBEncrypted Bits57GP3 118.253DUMMY BURST(DB)3TBEncrypted Bits57TBTraining Sequence26TBEncrypted Bits57GP3 118.25156.25 Bits2 2、GSMGSM系统原理系统原理GSMGSM突发类型突发类型1234567012345670TDMA FRAME 1TDMA FRAME 23FEQ CORRECTION BURST(FB)3TBTBField Bits142GP8.253SYNCHRONISA BURST(SB)3TBINFO Bits39TBSynchronleation Sequence54TBINEO Bits39GP3 118.25156.25 Bits2 2、GSMGSM系统原理系统原理GSMGSM突发类型突发类型1234567012345670TDMA FRAME 1TDMA FRAME 2TBSynchronleation Sequence54TB3TBINFO Bits398GP68.25ACCESS BURSTS(AB)156.25Bits546 us2 2、GSMGSM系统原理系统原理语音信道编码语音信道编码卷积编码（ConverlutionalCoder)501323478 260 bits校验比特 bits2 2、GSMGSM系统原理系统原理控制信道编码控制信道编码184184法尔编码（Fire Coder)卷积编码（Converlutional Coder)804校验比特尾比特456 456 bits184 bits2 2、GSMGSM系统原理系统原理数据信道编码数据信道编码240240卷积编码（Converlutional Coder)4尾比特488 456 bits240 bits收缩处理（Punctuate)数据信道9.6kb/S2 2、GSMGSM系统原理系统原理语音信道交织（对角交织）语音信道交织（对角交织）1234567Speech BlocksSpeech BlocksShared by blocks 4 & 5Shared by blocks 4 & 5Block 5 even bitsBlock 5 even bitsBlock 4 odd bitsBlock 4 odd bitsShared by blocks 5 & 6Shared by blocks 5 & 6Block 6 even bitsBlock 6 even bitsBlock 5 odd bitsBlock 5 odd bits2 2、GSMGSM系统原理系统原理控制信道交织（矩形交织）控制信道交织（矩形交织）12345676 64 45 5Control BlocksControl Blocks1345672 20 01345672 20 01345672 20 0BurstsBurstsFRAME 1FRAME 1FRAME 2FRAME 2FRAME 3FRAME 32 2、GSMGSM系统原理系统原理业务业务系统结构和功能系统结构和功能GSM的编号和识别方案的编号和识别方案 无线信道无线信道主要技术主要技术主要技术主要技术组网组网空闲状态手机工作模式空闲状态手机工作模式空闲状态手机工作模式空闲状态手机工作模式基本信令流程基本信令流程基本信令流程基本信令流程2 2、GSMGSM系统原理系统原理主要技术（一）主要技术（一）n频率复用nGMSK调制n话音编码n非连续传输（DTX）n收发时隙偏差和时间提前2 2、GSMGSM系统原理系统原理主要技术（二）主要技术（二）n非连续接收（DRX）n分集技术、均衡技术n切换技术n功率控制技术n跳频技术2 2、GSMGSM系统原理系统原理GSM43GSM43标准复用模式标准复用模式无线区族无线区族s4各基战各基战s每个站每个站3扇区扇区基站结构基站结构s3个个120度或三叶草度或三叶草扇区扇区sC/I12 dBAAABBBBCCCDDDDc2c2c2c1c1c1c3c3c3b2b2b2b2b3b3b3b3b1b1b1b1a2a2a2a3a3a3a1a1a1d2d2d2d2d3d3d3d3d1d1d1d12 2、GSMGSM系统原理系统原理GSM GSM 3 3 3 3 标准复用模式标准复用模式n复用方式复用方式n个基站个扇区个基站个扇区n特点特点n不增加新基站不增加新基站n容量增加（有限）容量增加（有限）n抗干扰措施抗干扰措施CABCc2c1a2c3a3a1b2b3c3c1c2b12 2、GSMGSM系统原理系统原理 GSM GSM 空中接口调制空中接口调制高新数字预滤波MSK调制 1 0 0 1 1Gaussian Minimum Shift Keying1 0 0 1 12 2、GSMGSM系统原理系统原理 GSM GSM 调制频谱调制频谱PowerFrequency200KHz2 2、GSMGSM系统原理系统原理nRPELTP：规则脉冲激励长时线性预测编 码n功能：13K RPELTP 64K PCMn帧长：20msn速率：13Kb/snMOS：3.6n复杂度：4.7MIPSn抗干扰能力：7dB，BER一类0.61%，二类8.3%语音编解码功能语音编解码功能FRFR2 2、GSMGSM系统原理系统原理nACELP：代数码本激励线性预测编码n功能：13K ACELP 64K PCMn帧长：20msn速率：12.8Kb/snMOS：4.0n复杂度：18.1MIPSn抗干扰能力：优于FR（BER很高时4，13， 一样）语音编解码功能语音编解码功能EFREFR2 2、GSMGSM系统原理系统原理n通过限制无用信息的发送：n减少空间干扰n降低发信机功率，延长MS的电池使用时间使用使用DTXDTX的意义的意义2 2、GSMGSM系统原理系统原理收发时隙偏差与时间提前收发时隙偏差与时间提前移动台收123456703TSOFFSETTDMA FRAME N移动台收123456703TSOFFSETTDMA FRAME N移动台收12345670TDMA FRAME N移动台收12345670TDMA FRAME NTIME ADVANCE2 2、GSMGSM系统原理系统原理不连续接收不连续接收 (DRX)(DRX)P P PPPPP PBCCHMS Being pagedMS in Sleeping modeMS in listen modeMS in Sleep modeBCCH Multiframe(P=Paging Channel)2 2、GSMGSM系统原理系统原理传播损耗传播损耗n自由空间传播损耗n慢衰落分集n由地形起伏、建筑物及障碍物的遮蔽等引起慢衰落（阴影衰落）n快衰落均衡n由各种反射物和散射体产生的直射波、反射波和散射波的相互干扰和串扰，以及多普勒（Doppler）频移等产生的快衰落（多径衰落）2 2、GSMGSM系统原理系统原理均衡多径衰落均衡多径衰落2 2、GSMGSM系统原理系统原理分集技术和合并技术分集技术和合并技术n分集n空间、极化、频率n合并技术n选择、最大比、等增益、开关式2 2、GSMGSM系统原理系统原理空间分集空间分集比较比较/ /和路和路合成信号10个波长左右个波长左右2 2、GSMGSM系统原理系统原理均衡均衡前馈横向滤波器自适应算法判决反馈横向滤波器ABy(n)+_I(n)I(n)+_e(n)输出序列参考训练序列IR(n)训练序列训练序列2 2、GSMGSM系统原理系统原理 切切 换换 ( (Handover)Handover)切换切换2 2、GSMGSM系统原理系统原理切换目的：切换目的：援救切换：当移动台离开管理它的小区的无线覆盖时。减小干扰：当移动台与另一小区联系，可以大大改进总的干扰电平时业务量切换：当一个小区拥塞，而邻近小区较空闲时2 2、GSMGSM系统原理系统原理切换准则：切换准则：n援救切换n连接上的传输质量。传输误码率、无线传输的路径损耗、传播时延等。n减小干扰n比较相应小区的每个邻近小区的上下行链路的质量。实际使用移动台和几个邻近小区的下行路径损耗。n业务量切换n以BTS 负荷为基础，可以选择那些由于其它原因接近切换的移动台。2 2、GSMGSM系统原理系统原理双频切换双频切换n支持同层网络间优先级切换(PL)n支持多层网络间优先级切换(HCS)n在切换候选小区排队中体现不同层的优先级n支持网络负载原因的切换n支持速度原因的切换n支持其他常规原因的切换2 2、GSMGSM系统原理系统原理避免频繁切换避免频繁切换n采用改进的滤波技术，去除测量数据中因衰落造成的抖动，保证测量数据更准确，切换更真实。n 设置不对称的切换边界只有当邻区的信号比本小区的信号好到一定程度时才切换。n采用强行迟滞方法，一次切换后必须经过一定的时间才能切回原小区。n在多层网时，启动速度原因切换。2 2、GSMGSM系统原理系统原理功率控制功率控制) (4W8W30mWn静态n6级n动态n15级n快速功率控制n2dB2 2、GSMGSM系统原理系统原理跳频技术跳频技术n基带跳频n射频跳频2 2、GSMGSM系统原理系统原理移动台跳频工作过程移动台跳频工作过程f0 f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f0 f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7tt0 1 2 3 4 5 6 跳频图案：（跳频图案：（5、4、7、0、6、3、1）2 2、GSMGSM系统原理系统原理跳频参数跳频参数nMobile Allocation (MA)nMobile Allocation Indication Offset (MAIO)nHopping Sequence Number (HSN)nHSN=0 CyclicnHSN=1-63 Pseudo Random HoppingnARFCN=Absolute Radio Frequencyn Channel Number2 2、GSMGSM系统原理系统原理业务业务系统结构和功能系统结构和功能GSM的编号和识别方案的编号和识别方案 无线信道无线信道主要技术主要技术组网组网组网组网空闲状态手机工作模式空闲状态手机工作模式空闲状态手机工作模式空闲状态手机工作模式基本信令流程基本信令流程基本信令流程基本信令流程2 2、GSMGSM系统原理系统原理公众陆地移动网公众陆地移动网(PLMN)(PLMN)结构结构AuCHLRVLRVLREIR数据库层数据库层SPSPSPSPSPSPSPSPHBSCLEBTSBTSGMSCMSCMSC网络层网络层PSTNPLMN信令层信令层用户层用户层2 2、GSMGSM系统原理系统原理PLMNPLMN的组网的组网- -移动业务本地网移动业务本地网TS2LSTS3LSTS1LSBSSBSSBSSMSCMSCMSC长途编号区长途编号区3长途编号区长途编号区2长途编号区长途编号区12 2、GSMGSM系统原理系统原理移动业务本地网移动业务本地网n本地移动业务网设置原则n本地网设置在长途编号区为位或位的地区n位长途区号地区，归入位或位区号的本地网n每个移动业务本地网设立一个或多个HLRn每个移动业务本地网设立一个或若干个MSC（移动端局）n长途编号区为二位、三位、四位地区可设立MSCn每个MSC可划分成若干个蜂窝小区n第个MSC与局所在地的长途局和市话汇接局相连（话务n良足够大时可与本地市话端局相连）2 2、GSMGSM系统原理系统原理PLMNPLMN的组网的组网- -省内蜂窝通信网省内蜂窝通信网TS1TMSCTMSCTMSCBSSBSSBSSMSCMSCMSC2 2、GSMGSM系统原理系统原理n省内数字蜂窝网构成省内数字蜂窝网构成n由省内的各移动业务本地网组成n省内设若干移动业务汇接中心TMSC/VLR（二级汇n接中心、省级汇接中心）n单独设置：不带VLR 基站，只作汇接。n混合设置：既起接作用，又可作移动端局，与基站相连，n可带用户n省内网中每一移动端局与两个汇接中心相连n二级汇接中心间采用网状网n两个MSC间业务大时可设话音专线2 2、GSMGSM系统原理系统原理全国全国PLMNPLMN网络结构网络结构-PSTN-PSTN互连互连C1C2C3C4C5MSC.PLMNCCS7NPSTNHSTPLSTPBSSTMSCTMSC2 2、GSMGSM系统原理系统原理全国数字全国数字PLMNPLMN组成组成n大区单独设立一级移动业务汇接中心n各大区的一级汇接中心之间网状网连接n各省的二级汇接中心与相应的一级汇接中心连接n与PSTN网的连接nPSTN电话网五级结构n与PSPDN互连n非分级型数据终端：（经PAD），由MSC端局接n入PSPDN网的PADn分组型数据终端：GPRS系统的GSN接入PSPDN2 2、GSMGSM系统原理系统原理业务业务系统结构和功能系统结构和功能GSM的编号和识别方案的编号和识别方案 无线信道无线信道主要技术主要技术组网组网空闲状态手机工作模式空闲状态手机工作模式空闲状态手机工作模式空闲状态手机工作模式基本信令流程基本信令流程基本信令流程基本信令流程2 2、GSMGSM系统原理系统原理 空闲模式：开机但没有分配专用信道空闲模式：开机但没有分配专用信道 空闲模式的目的：使移动台可以接入网络，空闲模式的目的：使移动台可以接入网络，使系统能够找到移动台使系统能够找到移动台引引 言言2 2、GSMGSM系统原理系统原理需要关注什么？需要关注什么？ 优化接入优化接入 通过小区选择和小区重选算法，选择最强信号的小区驻留，使良通过小区选择和小区重选算法，选择最强信号的小区驻留，使良好通信的机率最大好通信的机率最大 良好的参数设置，使移动台在空闲模式下和在连接模式下会选择良好的参数设置，使移动台在空闲模式下和在连接模式下会选择相同的小区相同的小区 降低寻呼负荷降低寻呼负荷选择不同的寻呼策略，避免不必要的寻呼选择不同的寻呼策略，避免不必要的寻呼 降低移动台在空闲模式下的功耗降低移动台在空闲模式下的功耗 DRX2 2、GSMGSM系统原理系统原理空闲模式的任务空闲模式的任务 PLMN选择选择 小区选择小区选择 小区重选小区重选 位置更新位置更新 接收寻呼消息接收寻呼消息2 2、GSMGSM系统原理系统原理驻留在小区的目的驻留在小区的目的 移动台可以接收系统信息移动台可以接收系统信息 移动台可以发起一个呼叫移动台可以发起一个呼叫 系统可以确定移动台在哪个位置区，系统可以确定移动台在哪个位置区，进行寻呼，移动台可以作被叫进行寻呼，移动台可以作被叫2 2、GSMGSM系统原理系统原理空闲模式处理流程空闲模式处理流程PLMNPLMN选择选择小区选择和小区重小区选择和小区重选选位置更新位置更新周期性位置更新自动/手动选择（PLMN）选择的PLMN供选择的PLMN业务指示小区&LA变化位置更新响应显示可供选择的PLMN位置更新响应2 2、GSMGSM系统原理系统原理PLMNPLMN选择处理流程选择处理流程 开机开机 用户要求用户要求 从无覆盖区进入覆盖区从无覆盖区进入覆盖区 如果处于国际漫游，周期性地尝试回到归属如果处于国际漫游，周期性地尝试回到归属PLMN2 2、GSMGSM系统原理系统原理自动模式自动模式/ /手动模式手动模式 自动模式自动模式如果不存在已注册的如果不存在已注册的PLMN，或已注册的或已注册的PLMN没有信号没有信号 1 归属归属PLMN 2 按照按照SIM卡中存储的卡中存储的PLMN列表列表 3 信号强度超过信号强度超过-85dBm的的PLMN，随机次序随机次序 4 其他其他PLMN按照信号强度，由强到弱按照信号强度，由强到弱 手动模式手动模式 由用户从有信号的由用户从有信号的PLMN中进行选择中进行选择2 2、GSMGSM系统原理系统原理小区选择处理流程（一）小区选择处理流程（一） 满足下述标准的小区称为满足下述标准的小区称为“合格的小区合格的小区” 小区属于选择的小区属于选择的PLMN 小区没有被禁止小区没有被禁止 小区不属于小区不属于“禁止漫游的位置区禁止漫游的位置区” C10 在没有合格的正常优先级的小区时，在没有合格的正常优先级的小区时，低优先级的小区才是合格的小区低优先级的小区才是合格的小区当移动台作位置更新被拒绝时，该位置区被移动台记录为“禁止漫游的位置区”，当移动台关机时，这些记录被清除2 2、GSMGSM系统原理系统原理小区选择处理流程（二）小区选择处理流程（二）124 GSM 900频点374 GSM1800频点存储在SIM的BA表（最大32个）3-5秒为一个周期，每个频点均匀采样至少5次，对采样信号强度进行平均按照信号强度平均的结果，从强到弱，检查是否为FCCH，如果是，从SCH中读取BSIC，从系统消息中读取BA表是否为合格的小区？驻留并注册登记，在SIM卡中存储新的BA表PLMN选择使用不合格小区的BA表GSM90030次尝试或GSM180040次尝试合格不合格2 2、GSMGSM系统原理系统原理小区选择处理流程（三）小区选择处理流程（三） 小区优先级小区优先级 只有在小区选择时才存在小区优先级2 2、GSMGSM系统原理系统原理小区选择处理流程（四）小区选择处理流程（四） C1准则准则 C1 0C1=（接收信号电平-ACCMIN）-MAX（CCHPWR-P，0）保证下行链路预算保证上行链路预算ACCMIN：最小允许接入电平CCHPWR：移动台接入系统时最大允许发射功率P：移动台最大发射功率 MSTX 33dBm(2W)RX -104dBmACCMIN-100dBm 上下行链路平衡143dB147dBCCHPWR：建议GSM900，33dBm，GSM1800，30dBm，且CCHPWR=MSTXPWRACCMIN：越小，小区覆盖越大，但呼叫建立成功率可能会降低。微蜂窝可适当提高该值，避免用户使用泄露的信号2 2、GSMGSM系统原理系统原理小区重选处理流程（一）小区重选处理流程（一）邻区为BA表中所列邻区，服务小区和6个邻区的信号在每30秒中至少采样5次并作滑动平均若解BSIC时发现NCC不是允许的NCC（NCCPERM），该小区将被跳过服务小区服务小区六个信号最强的邻区六个信号最强的邻区BSIC系统消息系统消息至少每30秒至少每30秒至少每5分钟2 2、GSMGSM系统原理系统原理小区重选处理流程（二）小区重选处理流程（二） 满足下述任一标准，将重新选择并驻留到其他小区（满足下述任一标准，将重新选择并驻留到其他小区（C2最大）最大） 服务小区被禁止服务小区被禁止 尝试接入系统失败尝试接入系统失败MAXRET次次 下行链路失败下行链路失败 服务小区的服务小区的C1C2（服务小区）（服务小区）（+CRH）超过超过5秒秒2 2、GSMGSM系统原理系统原理小区重选处理流程（三）小区重选处理流程（三） C2准则准则 C2= C1+CRO-TO*H（PT-T）PT31C2= C1-CROPT=31CRO：小区重选偏置TO：临时偏置PT：惩罚时间T：定时器，当某邻区成为6个最强信号的邻区之一，T被初始化为0并启动，当该邻区不再是时，T被停止并清除为0CRO：调整该值可以调整小区的边界，从而均衡小区间的话务，应该与切换参数相一致，使得空闲模式和连接模式表现基本一致，避免不必要的切换TO/PT：为避免快速移动的MS驻留在微蜂窝小区，可根据实际情况如各小区的信号电平对比及问题区域的大小来设置TO和PTH(x)=0 x01 x02 2、GSMGSM系统原理系统原理小区重选处理流程（四）小区重选处理流程（四） CRH:小区重选滞后，为防止在位置区交界处作乒乓位置更新，增加网络信令小区重选滞后，为防止在位置区交界处作乒乓位置更新，增加网络信令负荷，增加负荷，增加MS寻呼不到的概率，因此规定在此情况下重选目标小区必须比服寻呼不到的概率，因此规定在此情况下重选目标小区必须比服务小区的务小区的C2高出高出CRH，才可以重选至该小区才可以重选至该小区 C2=5dBmC2=4dBmC2=7dBm实际的LA边界正常的LA边界当前LA不同的LA当前驻留小区推荐值：CRH=4dB2 2、GSMGSM系统原理系统原理小区重选处理流程（五）小区重选处理流程（五） 下行链路失败下行链路失败 90/MFRMS，MFRMS为寻呼复帧数0下行链路失败对寻呼消息译码+ 1- 4成功失败2 2、GSMGSM系统原理系统原理 服务受限状态服务受限状态 PLMN不允许未插SIM卡非法移动台HLR中未知IMSI.服务受限状态只能作紧急呼叫小区重选正常，但CRH=0不允许作位置更新2 2、GSMGSM系统原理系统原理位置更新位置更新 为了使网络知道为了使网络知道MS的位置和状态的位置和状态 正常位置更新：位置区发生了改变正常位置更新：位置区发生了改变 IMSI attach/detach: ATT,建议开启建议开启 周期性位置更新：按照周期性位置更新：按照T3212，1-255，单位为单位为6分钟，分钟， 如果MS进入无覆盖区域，或电池没电意外关机，为避免不必要的寻呼，或为了避免由于某种原因使MSC/VLR中MS的状态发生错误，应该启动周期性位置更新。T3212应根据信令负荷进行设置，建议值为1- 4小时。MS每次从连接模式返回空闲模式时，周期性位置更新定时器将重新初始化。当T3212发生改变时，定时器的值将被设置为当前值“模”新的T3212值，这样不会使大量的MS在同一时间进行位置更新。例如：定时器当前值为5.6，T3212此时改变为3，则定时器的值将被设置为2.6。2 2、GSMGSM系统原理系统原理业务业务系统结构和功能系统结构和功能GSM的编号和识别方案的编号和识别方案 无线信道无线信道主要技术主要技术组网组网空闲状态手机工作模式空闲状态手机工作模式空闲状态手机工作模式空闲状态手机工作模式基本信令流程基本信令流程基本信令流程基本信令流程2 2、GSMGSM系统原理系统原理基本呼叫信令流程基本呼叫信令流程移动主叫移动主叫移动被叫移动被叫位置更新位置更新切换切换MSBSCChannel activation ackChannel activationEncryption commandChannel requiredComplete Layer 3 Info.Authentication requestCall proceedingCipher Mode CompleteSABM(cm_serv_req)Immediate assign commandestablish indicationBTSChannel requestUA(cm_serv_req)Cipher Mode CommandImmediate assignment MSCAuthentication responseSetupCipher Mode CommandCipher Mode Complete(To be continued)移动主叫（一）移动主叫（一）MSBSCBTSMSCAssignment RequestChannel activation ackAssignment commandestablish indicationAssignment CompleteAssignment CompleteDeactivate SACCHRelease requestRelease confirmRF Channle releaseRF Channel release ackAlertingConnectConnect acknowledgeSABMUAChannel activation(To be continued)移动主叫（二）移动主叫（二）MSBSCBTSMSCChannel ReleaseRelease CompleteReleaseClear CommandRF Channle releaseDISCDeactivate SACCHRF Channel release ackRelease IndicationUADisconnectClear Complete(End)移动主叫（三）移动主叫（三）MSBSCBTSMSCChannel activation ackChannel activationEncryption commandChannel requiredComplete Layer 3 Info.Authentication requestCall confirmCipher Mode CompleteSABM(pag_resp)Immediate assign commandestablish indicationChannel requestUA(pag_resp)Cipher Mode CommandImmediate assignment Authentication responseSetupCipher Mode CommandCipher Mode CompletePaging CommandPaging RequestPaging(To be continued)移动被叫（一）移动被叫（一）MSBSCBTSMSCAssignment RequestChannel activation ackAssignment commandestablish indicationAssignment CompleteAssignment CompleteDeactivate SACCHRelease requestRelease confirmRF Channle releaseRF Channel release ackAlertingConnectConnect acknowledgeSABMUAChannel activation(End)移动被叫（二）移动被叫（二）MSBSCChannel activation ackChannel activationEncryption commandChannel requiredComplete Layer 3 Info.Authentication requestTMSI reallocation completeCipher Mode CompleteSABM(loc_upd_req)Immediate assign commandestablish indicationBTSChannel requestUA(loc_upd_req)Cipher Mode CommandImmediate assignment MSCAuthentication responseLocation updating acceptCipher Mode CommandCipher Mode Complete(To be continued)位置更新（一）位置更新（一）MSBSCBTSMSCChannel ReleaseClear CommandRF Channle releaseDISCDeactivate SACCHRF Channel release ackRelease IndicationUAClear Complete(End)位置更新（二）位置更新（二）MSBSCBTS1BTS2Channel activationChannel activation ackMeasurement resultHandover commandMeasurement reportHandover accessHandover completeSABMUAHandover completeHandover performed (to msc)Physical informationestablish indicationHandover detectionBSC内部切换内部切换MSMSCBSS1BSS2Handover requestHandover requiredHandover request ackHandover commandHandover accessHandover completeSABMUAHandover completeClear completePhysical informationHandover detectClear commandMSC内部切换内部切换