《GSM原理》PPT课件

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欢迎大家进入GSM原理学习周甲 GSM原理简介Contents:Chapter1GSMOverviewChapter2GSMNetworkArchitectureChapter3GSMAirInterfaceChapter4GSMOperationFeatures内容：第一章GSM概述第二章GSM网络结构第三章GSM空中接口第四章GSM操作性能 Chapter1GSMOverview第一章GSM概述蜂窝系统的概念和理论二十世纪六十年代就由美国贝尔实验室等单位提了出来。直到1979年美国在芝加哥开通了第一个AMPS(先进的移动电话业务)模拟蜂窝系统。GSM数字移动通信系统起源于欧洲。1991年在欧洲开通了第一个系统，同时MoU组织为该系统设计和注册了市场商标，将GSM更名为“全球移动通信系统”（Globa1systemforMobilecommunications）。从此移动通信跨入了第二代数字移动通信系统。1994年完成对GSM系统技术的规范 GSM—GlobalSystemformobiles（全球数字移动通信系统）在2000年以前，中国有43，240，000手机用户在中国，现在已经超过两亿GSM用户使用GSM手机。中国GSM网络已成为全球第一大网络。 PersonalCommunicationNetworks（个人通信网）个人通信网（PCN)最早是在英国开始的。MercuryOne-to-one和HutchisonMicrotel公司提供最早的DCS1800系统紧接着德国开通Enet网络，随后又扩展到泰国，法国和澳大利亚。在美国，GSM和CDMA，DECT共享PCS频段 TheGlobalStandard（全球标准）覆盖整个欧洲本土实现WW漫游用户可以使用多重网络第一个双频网络出现在欧洲和亚洲 EvolutionofGSM（GSM的演变）GSMRequirementsGSM需要的条件良好的主观语音质量用户信息加密特性必须运行在890-960MHZ工作频段有效的频谱支持国际漫游最小限度的修改现有的固定公众网络低手机服务费用兼容ISDN（第三代兼容IP）支持大量新业务和特性 OtherGSMstandards（其他GSM标准）DCS1800GSM900和DCS1800使用一样的标准DCS1800是GSM900标准的一个增补可以使用和GSM一样的交换需要一些软件的升级手机必需支持双频PCS1900ETSI欧洲电信标准协会任命ANTIT1和TIA-46组织阐述PCS1900规格 EvolutionofGSM1982“移动通信特别组”在CEPT内建立1986建立一永久核心1987在1986年原型系统评价的基础上,选择了主要无线传输技术1987GSM成为欧洲电信标准协会的一个技术委员会198713家运营商签订协议1989广播系统的原型1990第一阶段GSM900规范制定1991英国，法国，德国和意大利介绍GSM服务1992摩托罗拉为COMVIQ建立第一个商用系统1994第二阶段GSM标准发放1996PHASE2+标准被定义 GSM900，DCS1800，PCS1900的差异GSM900是最早的GSM系统，使用900MHZ频段，手机最大输出功率为1W到8W，覆盖范围大。DCS1800在GSM900的基础上把频段进行扩展，工作频率移到1800MHZ。移动台输出功率最大功率1W，故小区范围小，可以承受更高的用户密度。GSM900信道从1到124，而DCS1800从512到885。PCS1900主要在美国等地使用，其工作频率是在1900MHZ。 GROWTH（成长）到2000年底在中国超过76，000，000用户到2005年，中国GSM用户将达到3亿以上中国GSM网络已成为世界最大的网络 TechnologyEvolution（技术发展）1G:AMPS（AdvancedMobilePhoneService）TACS（TotalAccessCommunicationsSystem）JTACSNMT-450（NordicMobileTelephone北欧移动电话系统）NMT-9002G:GSM900/GSM850DCS1800PCS1900NADC北美数字通信系统PDC日本通信系统IS95CDMA 2G+GSM--HSCSD:HighSpeedCircuitSwitchData（高速电路交换数据）--GPRS:GeneralPacketRadioService（通用分组无线业务）--EDGE:EmphasesDataRatesforGSMEvolution（GSM增强数据库改进）IS-95CDMA（95B）--HSD3GEUROPE--W-CDMA[W-CDMAforFDD/TD—CDMAforTDD]ASIA--TD-SCDMA(China)US--D-AMPSIS-136--cdma2000 GSM2G+HSCSD—HighSpeedCircuitSwitchedData高速电路交换数据--数据传输时时隙复用（给一个用户同时分配四个时隙4*14.4=57.6k）--带宽最大64k/bit--同现有的GSM网络基础兼容GPRS—通用分组无线业务--小区用户共享所有资源--速率大于100kbit（8*21.4=171.2k）--同现有的GSM网络基础兼容（增加路由器）EDGE-（GSM增强数据库改进）--新的调制方式以获得更高速率：3P/88PSK--保持200KHZ信道频间和GSMTDMA帧结构--与现有的GMSK调制服务共存 IMT—2000/3G+IMT:InternationalMobileTelecommunication-2000Wirelessmultimedia无线多媒体Bandwidthondemand384kGlobalcoverage全球覆盖提高频谱利用率（同样是以容量换速率，使得一个小区内的用户非常少） GSM标准的内容01章概述02章服务方面03章网络方面04章MS-BS接口和协议（空中接口层2&3）05章射频物理接口（空中接口层1）06章语音编码07章基站终端适配08章BSS(基站系统)-MSC(移动业务交换中心)接口（A&Abis）09章网络的相互作用10章空—为以后使用11章设备和类型正式标准12章运营和维护 第二章：GSM网络结构 BSCBTSBTSBTSBSSBSCBTSBTSBTSBSSMSCMSCOMCOMCADCNMCVLRVLRHLRAUCEIRInterfacetoothernetworkMS GSM网络结构：MS-MobileStation(移动台)BSS-BaseStationSystem(基站系统)BTS-BaseTransceiverStation(基站收发台）可把它看成是一个无线解调器。简单的说，它也是一个天线，接收手机发出的信号，同时也向手机发出信号。它完全由BSC控制，主要负责无线传输，完成无线与有线的转换、无线分集、无线信道加密、跳频等功能。BSC-BaseStationController(基站控制器)具有对一个或多个BTS进行控制的功能，它主要负责无线网路资源的管理、小区配置数据管理、功率控制、定位和切换等，是个很强的业务控制点BSC通过BTS和MS来管理信道的分配，释放及切换。一个BSC一端连接着几个BTS,另一端连接MSC。BSC和BTS合起来叫基站子系统。MSC-MobileSwitchingCenter(移动业务交换中心)移动业务交换中心，它是GSM网络的心脏，主要功能是协调呼叫GSM用户和来自GSM用户的呼叫。同时，它通过一些设备和其它网络相连，例如与固定电话相连。OMC-OperationsandMaintenanceCenter(操作与维护中心)对整个GSM网路进行管理和监控。通过它实现对GSM网内各种部件功能的监视、状态报告、故障诊断等功能。 NMC-NetworkManagementCenter(网络管理中心)AUC-AuthenticationCenter(鉴权中心)鉴权中心,它是HLR功能的一部份，它的作用是检测用户的权限和判断用户是否是合法的用户。HLR-HomeLocationRegister(归属位置寄存器)存储管理部门用于移动客户管理的数据，它主要存储两类信息：一是有关客户的参数；二是有关客户目前所处位置的信息，以便建立至移动台的呼叫路由。VLR-VisitorsLocationRegister(来访位置寄存器)来访位置寄存器,是一个数据库，是存储MSC,为了处理所管辖区域中MS（统称拜访客户）的来话、去话呼叫所需检索的信息。EIR-EquipmentIdentityRegister(设备标识寄存器)存储有关移动台设备参数。主要完成对移动设备的识别、监视、闭锁等功能，以防止非法移动台的使用。PSTN-公共电话交换网 MS-MobileStation在激活和关闭模式下都必须接入GSM服务的设备模式：车载台便携台手机重量<0.8千克大小<900厘米最小通话时间：1小时最小待机时间：10小时 移动台的输出功率类型120瓦车载台和便携台类型28瓦便携台和车载台类型35瓦手机类型42瓦手机类型50.8瓦手机手机的输出功率决定了：小区的覆盖范围通话，待机时间通话的输出功率随BTS控制而变化 InternationalMobileEquipmentIdentity(IMEI)IMEI:国际移动设备识别码IMEI是唯一的用于识别移动设备的号码,每台手机都有且各不相同.它主要用于检测被盗和无效的这一类手机.IMEI=TAC+FAC+SNRSVN+6digits2digits6digits2digit TAC=TypeApprovalCode型号批准码,由欧洲型号批准中心分配,前两位为国家代码.同一型号的手机,前六位必定是一样的.FAC=FinalAssemblyCode最后装配码,表示生产厂或最后装配地,它由生产厂家编写.SNR=SerialNumber序号码,它是唯一的识别每个手机的号码,所以同一品牌同一型号的SNR是不可能一样的.SVN=SoftwareVersionNumber软件版本号. InternationalMobileSubscriberIdentity(IMSI)IMSI是国际移动用户识别号,每个SIM卡都有维一的IMSI号,它作用是移动网络用来区别移动用户的号码IMSI=MCC+MNC+MSINNMSI3digits2digitsNotmorethan15digits MCC=MobileCountryCode移动国家号,中国为460MNC=MobileNetworkCode移动号码,识别移动用户所归属的移动通信网MSIN=MobileStationIdentificationNumber移动用户识别号,移动的识别一各移动网络中的移动用户.NMSI=NationalMobileSubscriberIdentity MSISDN：我们常说的手机号码是MSISDN，即手机的国际ISDN号码，它由三部分组成。CC=CountryCodeNDC=NationalDestinationCodeSN=SubscriberNumber例如:手机号码为8613011223344，其中86为中国国家号，130为国内地区码，11223344为移动用户号码。CCNDCSN移动国家号移动网号移动用户识别号 移动台的作用基本的业务附加的业务补充的业务M=Mandatory必备的O=optional可选的 SubscriberIdentityModule(SIM)SIM卡即个人用户识别卡,是全球通数字移动电话的一张个人资料卡,储存着用户的数据,鉴权方法及密钥,可供GSM系统对用户身份进行鉴别.同时,用户通过它完成与系统的连接和信息的交换.SIM卡有大小之分,我们现在都用小卡,它长25mm,宽15mm.SIM卡可以插入任何一部符合GSM规范的移动电话中,而话费则自动计人持卡用户的帐单上,与移动台无关. SIM卡号含义:前六位(898600):为中国的代号第七位:业务接入号,对应于135,136,138,139的5,6,8,9第八位:SIM卡功能位,一般为零第九,十位:各省的编码第十一,十二位:年号第十三位:供应商代码第十四到十九位:用户识别码第二十位:校验位 4-8位PIN码3位伪登陆区8位PUK码10位伪登陆不可用区SIM卡的内容：手机串号IMSI，用户密匙鉴权，加密算法网络码PIN,PUK计费信息日常缩写附加功能MCCMNCMSIN3digits2digits10digits460xx12345 SIM卡的结构和类型：SIM卡是带有微处理器的智能芯片卡，它的构成是以下几个模块：---CPU---程序存储器(ROM)---工作存储器(RAM)---数据存储器(EPROM或E2PROM)---串行通信单元这五个模块必须集成在一块集成电路中，否则其安全性会受到威胁。因为，芯片间的连线可能成为非法存取和盗用SIM卡的重要线索。 SIM卡的软件特性SIM卡采用新的单片机及存储器管理结构，因此处理功能大大增强。SIM卡中存有三类数据信息：与持卡者相关的信息以及SIM卡将来准备提供的所有业务信息，这种类型的数据存储在根目录下。　　1）GSM应用中特有的信息，这种类型的数据存储在GSM目录下。　　2）GSM应用所使用的信息，此信息可与其它电信应用或业务共享，位于电信目录下。其详细结构如下： 根目录电信目录IC卡识别号持卡者信息GSM目录SIN卡业务表管理数据TMSILAI禁止PLMAIMSI选择PLMABCCH信息询问控制KC缩位拨号固定拨号短消息性能参数被叫方子地址计算器 3．SIM卡中的保密算法及密钥：SIM卡中最敏感的数据是保密算法A3、A8算法、密约Ki、PIN、PUK和Kc。A3、A8算法是在生产SIM卡的同时写入的，一般人都无法读A3、A8算法；PIN码可由客户在手机上自己设定；PUK码由运营者持有；Kc是在加密过程中由Ki导出；Ki需要根据客户的IMSI和写卡时用的母钥(Kki)，由运营部门提供的一种高级算法DES，即Ki＝DES(IMSI，Kki)，经写卡机产生并写入SIM卡中，同时要将IMSI、Ki这一对数据送入GSM网路单元AUC鉴权中心。如何保证Ki在传送过程中安全保密是一件非常重要的事情。Ki在写卡时生成，同时加密，然后进入HLR／AUC后再解密，那么连写卡和HLR／AUC的操作人员也不知道Ki的真实数据。 BTS-BaseTransceiverStation（基站收发信机）BTS通常有两根接收一根发射天线空间分集减小多径衰落BTS在其区域内有一套与手机通信的收发设备一个BTS覆盖一个地区，在0时隙BTS在其信道内发送BCH信号，BCH帮助手机寻找网络。小区的容量由能够登录的BTS信道数决定。在TDMA模式下每个射频信道由8个用户同时使用。BTS与BSC通过Abis接口通信，连接速率为2MB/sGSM空中接口的数据速率为13KB/S。在混合成2MB/S的Abis接口帧速度之前4路13kb/s的信道数据合成64kb/s的信道速度。BTS从空中接口到手机的接收和发射的语音数据流为13KB/S.BTS指挥手机处于发射，待机和接入状态。 BTS所有的BTS产生一个BCH广播信道，使MS找到网络。BCH信号强度还可以用作其他目的,可以用来了解MS和BTS之间的距离，传递网络标识，对MS的寻呼信息等。无论手机处于什么状态，都可以接收BCH信号。每一个BCH占用的频点是不同的，距离较远的地区在彼此干扰较小的情况下可以使用同一频点。MSCTRAUMSMSBTSBSCRFChannelsAbis-2MB/SUm空中接口（同轴电缆,光纤） PCM-Coding（PCM编码）PulseCodeModulation脉冲编码调制8b/sample，8khz数率，对数应用在电话系统中数据为64kb/s采样解码Quantization量化编码信道低通滤波器接口采样速率8khz8Kb/sample64kbps PCM30/32时分复用：--一帧由N个时隙组成--每个时隙对应一个信道--PCM:30/3222/24PCM30/32复用：--一帧由32个时隙组成--30个时隙对应30个信道--TS0传递同步信号--TS16传递标志信号每个时隙传递数率：64kbit/sPCM30/32数据数率：64*32=2.04MB/STS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS8TS9TS10TS11TS12TS13TS14TS15TS16TS17TS18TS19TS20TS21TS22TS23TS24TS25TS26TS28TS29TS30TS31 BTS--P-C-M--BSC子复用：13k语音信息加3k控制信息，4路同时进行TRAU：Transcoder/RateAdapterUnit码变换器/数率适配单元（位于MSC内部）（1路）MSBTSSubMultiplexTRAUPCM13kps13kbps13kbps13kbps子复用64kbps13kbps64kbps BTS小区全向型小区：同一小区中不能使用邻频，比如，使用了1信道，就不能用2信道，会造成同频干扰。扇区化小区：一个120度发射信号不会传到其他两个扇区，因此在相隔一段距离内可以同时使用相同频率。360度BTS全向型扇区化板状天线3根天线120120BTS3根天线 BSC-基站控制器BSC控制信道的分配，移动台关断，信道分离等。在GSM网络中，可以有多个BTS连接到一个BSC，也可以有多个BSC连接到一个MSC。BTS与BSC之间通过Abis接口连接。Abis接口传输速率为2M/S，其传输介质有微波，光纤，同轴电缆等。微波是最好的选择。当一系列BTS连接在BSC上时，每个BTS将会有很高的连接速率（8M/S或16M/S），2M/S的下行或插入速率。这种结构称为层叠BTSBSC与MSC之间通过2M/S的A接口连接，当BSC与MSC没有协同定位时，通过微波或是其他发射系统建立起内部的连接。在BSC内，一些服务特性例如小区广播等可以实现。 MSC-移动交换中心在呼叫建立，维持和切断时进行切换所有用户信息特性的数据库移动用户方面和BSC通信，固定电话方面和PSTN通信MSC负担所有可承载的用户BTSMSBSCBSCBSCMSCHLRVLRPTSNBTSMSBTSMS MSC移动交换中心MSC是整个GSM网络的核心MSC的功能有：1.本地GSM网络和其他GSM网络/非GSM网络的接口2.呼叫管理：鉴权，位置更新，连接，计费，路由，安全等3.网络服务：呼叫转移，SMS短消息，来电显示，呼叫保持，呼叫协调，业务屏蔽等4.数字电路连接VOICEMSMSBTSBSCMSCTRAUPSTNRFChannelAbisInterface2MB/SAInterface2MB/SVLREIRAUCHLR13KB/S13KB/S13KB/S64KB/S MSCCC—CallControl呼叫控制MM—MobileManagement移动管理SM—SecurityManagement安全性管理BSC’SBSC’SMSCMSCGMSCPTSNS—MSC:服务MSCG—MSC:网关MSC TRAU-Transcoder/RateAdapterUnit（码变换器/速率适配器）码变换器将13kbit/sGSM数据流变换成64Kbit/s的标准速率最初的GSM标准定义TRAU位于BTS中。在BTS之外，数据传输速率假定为64Kbit/s的基本速率。在实际的TRAU应用中该标准被修改。现在TRAU位于MSC中使到达MSC的数据速率为13Kbit/s。这样可以增加信道的容量，否则信道必须承载64kbit/s的数据流。这种结构称为微码变换。 码变换器/速率适配器:Transcoder64Kbit/s13kbit/sPCMRPE-LTPBSCTranscoderMSC16Kbit/s64kbit/sTRAU位于MSC,BSC,BTS中 HLR-HomeLocationRegister（归属位置寄存器）MSC将所有用户的数据储存在HLR中HLR中存有所有用户的信息在呼叫建立时MSC与HLR通信以获取用户信息MSCHLRHLR存有一系列用户号码，用户能被激活或调用例如：所有的IMSI号码从404XX00000000001到404XX0000099999一共有50,000个用户。 HLRHLR是存储用户信息的核心数据库。在SIM卡里存储的信息大多数可以在HLR中找到MSMSBTSBSCMSCTRAUPSTNRFChannelAbisInterface2MB/SAInterface2MB/SVLREIRAUCHLR13KB/S13KB/S13KB/S64KB/S VLR-VisitingLocationRegister（访问位置寄存器）处于激活模式下的用户将在VLR中寄存VLR中存有所有处于激活模式下的用户号码VLR暂时存储所有激活模式下的用户信息（开机还是关机，本地还是异地）MSCMSCHLRVLRVLR当MSC发现有效的来自不同的MSC的用户时，与HLR通信并在VLR中记录 VLRVLR是第二个存储用户信息的数据库当一个用户到了另外一个网络覆盖的小区时，如果他的本地网络允许其使用访问网络，则他在本地HLR中的信息将会临时copy到访问网络的VLR中。由于他不属于该网络，所以在访问网络的HLR中没有他的信息。VLR还用来存储位置信息和TMSI，用来取代呼叫建立时不需要的IMSI。MSMSBTSBSCMSCTRAUPSTNRFChannelAbisInterface2MB/SAInterface2MB/SVLREIRAUCHLR13KB/S13KB/S13KB/S64KB/STMSI：临时用户识别码 AUC-AuthenticationCenter（鉴权中心）鉴权是SIM卡的一个认证过程每个SIM卡都有一个IMSI和安全码与IMSI配合使用这套IMSI和安全码也存在于HLR中当一个移动台和MSC通信时，首先就是认证其使用的SIM卡是可用的还是假的鉴权中心的作用就是对SIM卡进行认证移动台在进行某些功能使用时将必须使用安全码AUC经常和HLR一同使用MSMSCAUCHLR EIR-EquipmentIdentifyRegister（设备身份寄存器）EIR存储所有用户的手机IMEI号在GSM系统中，世界上所有的手机都只有唯一的手机串号。这个串号可以帮助用户在遗失手机的情况下鉴定手机。系统可以禁止没有通过鉴定的手机—黑市手机或是组装机使用网络。MSMSBTSBSCMSCTRAUPSTNRFChannelAbisInterface2MB/SAInterface2MB/SVLREIRAUCHLR13KB/S13KB/S13KB/S64KB/S EIREIR是手机设备数据库所有的IMEI号以不同的标准存储在EIR内这些标准有：--允许使用的手机--走私手机--被窃手机--识别不出的手机 BC—BillingCenter（计费中心）BC为所有的用户提供计费设备BC可以直接和MSC通信MSC(移动交换中心)向BC发送计费信息（通话时间……）然后BC打出账单计费过程：ChargingtoMSC呼叫相关信息BillingtoBC计算费用，出账单Accounting分账 OMC—Operations&MaintenanceCenter（运营维护中心）BTS’sBTS’sBTS’sBSC’sBSC’sBSC’sOMCSystemMSCOMC终端 OMCBTS’sBTS’sBSC’sBSC’sOMCSystemMSCOMC-RadioOMC-System EquipmentAlarms（告警系统）BTS,BSC,码变换器错误连接失败模块功能异常（收发信机，处理器……）NetworkBTSAlarm收发信机错误 SMSC-ShortMessageServiceCenter（短消息服务中心）将信息送到指定的手机中信息的传送由SMSC进行信息的发送通过与SMSC连接的人工终端MSMSCSMSCManualTerminal VMSC-VoiceMailServiceCenter（语音信箱业务中心）是所有语音信箱用户的数据库存储所有的语音信息MSPSTNMSCVMSC 第三章GSM空中接口GSMAirInterfaceMSMSMSBCHTCHUplink890-915MHZDOWNLINK935-960MHZBTSAbisinterfaceBCH:BroadcastChannel广播信道单向，只有下行TCH:TrafficChannel业务信道双向，上下行都有 概述AirInterfaceSpeechCodingTypesofChannelMakingaPhoneCall空中接口语音编码信道类型建立呼叫 GSM空中接口上行下行频段分离上行：935-960MHZ（EGSM925-960MHZ）下行：890-915MHZ（EGSM880-915MHZ）0.3GMSK调制-270.833kbit/s时分复用和频分复用--GSM124频道（ARFCN）--200KHZ频率间隔--时分复用状态下8部手机共用一个ARFCN功率控制，时间提前值，跳频等等…… 工作频段的分配(1)工作频段我国陆地公用蜂窝数字移动通信网GSM通信系统采用900MHz频段：　　905～915（移动台发、基站收）　　950～960（基站发、移动台收）　　随着业务的发展，可视需要向下扩展，或向1.8GHz频段的DCSI800过渡，即1800MHz频段：　　1710～1785（移动台发、基站收）　　1805～1880（基站发、移动台收）上行信道下行信道 图3-1我国陆地蜂窝移动体系系统频段分配图（(2）频道间隔相邻两频道间隔为200kHz，每个频道采用时分多址接入（TDMA）方式，分为8个时隙，即8个信道（全速率）。每信道占用带宽200kHz／8=25kHz，与模拟网TACS制式每个信道占用的频率带宽相同。从这点看二者具有同样的频谱利用率。将来GSM采用半速率话音编码后，每个频道可容纳16个半速率信道。 （3）频道配置采用等间隔频道配置方法，频道序号为76～124，共49个频点（见图3-2）。频道序号和频点标称中心频率的关系为：图3-2900MHz频段数字蜂窝移动通信网的频道配置fl(n)=890.200MHz＋（n-1）*0.200MHz移动台发，基站收fh(n)=fl(n)＋45MHz基站发，移动台收n=76～124频道 （5）频率复用方式频率复用方式就是指将可用频道分成若干组，若所有可用的频道N（如49）分成F组（如9组），则每组的频道数为N／F（49/9=5.4,即有些组的频道数为5个，有些为6个）。在工程实际使用中是把同频干扰保护比C／I值加3dB的冗余来保护，采用12分组方式，即4个基站，12组频率。以上所谈每小区可用频道数都是在可用频段为10MHz情况下，目前10MHz中4MHz为邮电部使用，另6MHz为“中国联通公司”使用。从频道序号来看，76～95为邮电部使用，95～124为“中国联通公司”使用。 （6）双工收发间隔：45MH(7)保护带宽：400kHz当一个地区数字移动通信系统与模拟移动通信系统共存时，两系统之间(频道中心频率之间)应有约400kHz的保护带宽，通常是由模拟B网预留。 0.3GMSK调制方式0.3GMSK高斯滤波最小移频键控（0.3表示了高斯滤波器的带宽和比特率之间的关系）DATAFrequency270.833kb/s+67.708KHZ（发送0）-67.708KHZ（发送1）+90degphase-90degIQ（发送0）（发送1） 0.3GMSK（1）3db3db带宽0.3：BT的值BT（归一化的3db带宽）=3db带宽调制前速率270.833kb/sMSK：调频f=67.708kHZ0:f0=fc+f在载波频率基础上向上偏f1:f0=fc-f在载波频率基础上向下偏fFSK:移频键控发送为0时，相位增加90度发送为1时，相位减小90度rb=270.833kb/s0:frb+1/41:frb-1/4无发送时为frb 0.3GMSK（2）GMSK是一种特殊的数字调频方式，它通过在载波频率上增加或者减少67.708KHZ，表示或者0或1，利用两个不同的频率来表示0和1的调制方法称为FSK。在GSM中，数据的比特率被选择为正好是频偏的4倍，这样可以减少频谱的扩散，增加信道的有效性。比特率为频偏4倍的FSK，称为MSK----最小频移键控，通过高斯预调制滤波器，可以进一步压缩调制频谱。高斯滤波器降低了频率变化的速度，防止信号能量扩散到邻近信道频谱。0.3GMSK并不是一个相位调制，信息并不是象QPSK那样，由绝对的相位来表示。它是通过频率的偏移或者相位的变化来传送信息的。有时把GMSK画在I/Q平面图上是非常有用的。如果没有高斯滤波器，MSK将用一个比载波高67.708KHZ的信号来表示一个恒定的脉冲串1。如果载波的频率被作为一个静止的参考相位，我们就会看到一个67.708KHZ的信号在I/Q平面上稳定地增长相位，它每秒种将旋转67，708次，在每一个比特周期，相位将变化90。 0.3GMSK（3）一个1将引起90’的相位增长表示，两个1将引起180‘的相位增长，三个1将引起270’的相位增长，如此等等。同样的，连续的0也将引起相应的相位变化，只是方向相反而已。高斯滤波器的加入并没有影响0和1的90‘相位增减变化，因为它没有改变比特率和频偏之间的四倍关系，所以不会影响平均相位相对关系，只是降低了相位变化时的速率。在使用高斯滤波器时，相位的方向变换将会变缓，但可以通过更高的峰值速度来进行相位补偿。如果没有高斯滤波器，将会有相位的突变，但相位的移动速度是一致的。精确的相位轨迹需要严格的控制。GSM系统用数字滤波器和数字I/Q调制器去产生正确的相位轨迹。在GSM规范中，相位的峰值误差不得超过20‘。均方误差不得超过5’ TDMAandFDMA（时分多址和频分多址） 时分多址和频分多址多址技术就是要使众多的客户公用公共通信信道所采用的一种技术。在GSM中，无线路径上是采用时分多址（TDMA）方式。每一频点（频道或叫载频TRX）上可分成8个时隙，每一时隙为一个信道，因此，一个TRX最多可有8个移动客户同时使用。每个用户使用时间称为一个时隙，为0.577ms，8个时隙称为一帧，为8*0.577=4.616ms。MS利用上行信道发送信号，基站通过下行信道发送信号。每个信道间隔200KHZ，被称为绝对信道号---AFRCN。AFRCN和时隙组合在一起，形成一个物理信道。AFRCN和时隙之间没有太大的空隙，因此要求手机和基站在恰当的时隙和准确的频点上发送TDMA脉冲信号。 TDMA系统的特性TDMA系统的特性载频多路。如前所述，TDMA系统形成频率时间矩阵，在每一频率上产生多个时隙，这个矩阵中的每一点都是一个信道突发脉冲序列传输。移动台信号功率的发射是不连续的，只是在规定的时隙内发射脉冲序列。传输速率高，自适应均衡。每载频含有时隙多，则频率间隔宽，传输速率高，但数字传输带来了时间色散，使时延扩展量加大，则务必采用自适应均衡技术。传输开销大。由于TDMA分成时隙传输，使得收信机在每一突发脉冲序列上都得重新获得同步。TDMA系统通常比FDMA系统需要更多的开销。移动台较复杂。它比FDMA系统移动台完成更多的功能，需要复杂的数字信号处理。 手机功率控制手机的发射功率需要变化当手机距离基站较近时，需要降低发射功率，减少其他用户的干扰；当他远离基站时，需要增加功率，克服路径衰耗。功率的变化和路径衰落成比例功率变化的步进为2dbm所有手机用户都是以2dbm为一等级来调整发射功率的，GSM900移动台的最大输出功率是8W，（规范中允许的最大功率是20W,但不存在这样的手机），DCS1800移动台最大输出功率为1W，故其小区范围也小一些。 时间提前值（TimeAdvance）由于GSM采用TDMA，小区半径很大（最大35kms），因次需要进行时序调整，以保证信号在恰当的时候到达基站。如果没有时序调整，那么从小区边缘发送过来的信号将会因为传输时延和从基站附近发射的信号相冲突，通过时序调整，手机发出的信号可以在正确的时间到达基站。当MS接近小区中心时，BTS会通知它减少发射前置时间，而当它远离基站时，就会要求手机增加前置发射时间。手机处于空闲模式时，可以接收和解调来自基站的BCH信号。在BCH中有一个SCH(同步信号)，用来调整手机内部的时序。 TimeAdvanceTBSynchseq41bitsEncryptedBits36TBGuardperiod68.25RACHBurst63bitsTimingADV5.25GPBSS计算RACH的接入时延（以bits为单位）告知MS时延时间（以bits为单位）最大时延不能超过63bits 帧和复帧1bit=3.69us1个时隙=156.25bit=156.25*3.69=576.56us1帧=8个时隙=8*576.56=4.615ms复帧：一种为26帧的复帧：26*4.615=120ms一种为51帧的复帧：51*4.615=235.4ms超帧：由51个或者26个复帧组成巨帧：多个超帧组成 上行和下行上行和下行间隔8个时隙上行和下行使用相同的时隙号上行和下行使用相同的信道号（ARFCN)上行和下行使用的频段不同（GSM900中相隔45MHZ）上行2345670123456701234245MHZARFCNARFCN下行时隙时隙帧假设用户被分配在时隙2，正处于通话模式，和机站交换信息。接收信息的下行频段为935—960MHZ，手机发送信息的上行频段为890-915MHZ，两者相差45MHZ。上下行相差3个时隙。如果在下行进隙2接收到信息，则必须在2个时隙内转移到上行频率上，在3个时隙后发送信息。然后准备在下一帧同一时隙2准备接收信息。 临近小区BCH功率测量ARFCNARFCN上行下行临近小区BCH手机必须能够改变频率，对临近小区BCH进行接收与测量，以便在适当的时候进行越区切换。当手机在某个时隙接收到信号以后，首先将频率改变45MHZ去发送信号，然后再把频率改回45MHZ发送信号,然后再将频率改变45MHZ+-Nkhz,来对临近小区广播信道的电平进行监测。 跳频如果小区中存在严重的多径传播，则需要使用跳频。跳频序列是由小区信道分配表（CAtable）和手机信道分配表（MAtable）来定义的。小区信道分配表包含了在一个特定小区内可以使用的跳频序列的所有频点。小区信道分配表可以由下行的BCH信道或SACCH信道传给手机。手机信道分配表是小区信道分配表的一个索引，它给出了一个特定小区可以使用的跳频序列，通常在越区切换或分配信道时将手机信道分配表传送给手机。跳频过程中也必须监测临近小区的BCH信道。手机通过一张基站分配表（BAtable）来获悉在哪些频点上对相邻小区的BCH信道进行监测。基站分配表可以由BCH信道传送，也可以由下行的SACCH信道传送。 SpeechCoding---语音编码telephonePTSNtelephonePCMCoding—43kbitearMSAIRInterfaceMSearRPE-LTPCodinginGSM—13kbit普通的电话网络用PCM编码GSM网络中用REP—LTP编码方式 SpeechCoder—语音编码器MICSpeechcoderBitorder501327820ms语音块260bits260bitsVeryimportantimportantOtherbits语音编码其实建立在RELP（残余激励线性预测编码器）的基础上的，并通过LTP（长期预测器）增强压缩效果。LTP通过除去话音的元音部分，使得残余数据的编码更加有利。语音编码器以20ms为单位，经压缩编码后输出260ms，因此码速率为13kbps。根据重要性不同，输出的比特分为182bits和78bits两类。较重要的182bits可以进一步细分出50个最重要的比特。 13250378TypeIbTypeIITypeIaCRC256636625478TypeIaTypeIbCRCTypeIaTypeIbtailTypeII378重新排序半速率转换码TypeII78456bitsfrom20msofspeech260bitsin456bitsoutErrorCorrection---纠错CRC：循环冗余校验码(25+66+3+66+25+4)*2+78=456bits尾比特：全0 纠错GSM的空间接口的特性，决定了误码是不可避免的。GSM的比特数据经过特殊处理后，使得误码常常发生在那些次要比特上，重要比特对话音的影响要比次要比特大的多。GSM比特分为三个等级：Ia，Ib，和II类。最重要的Ia比特将受到大量的纠错和检错的保护（可以由CRC循环冗余校验码比特来进行检错），这些保护比特也将在TCH脉冲中传送。Ia比特和次重要的Ib比特都有卷积到错码的保护。II类比特在TCH信道中占用较少的空间，没有检错和纠错的能力。 DiagonalInterleaving—交织456bitsfrom20msofspeech456bitsfrom20msofspeech57575757575757575757575757575757575757575757575757575757575757TCH每个TCH脉冲携带两个57bit的语音块120ms语音信号=456*6=2736bit（20ms=456bit）2736/114=24脉冲=24帧120ms内的复帧有26帧空余两帧一帧传送SACCH，另一帧空闲 交织交织的目的是为了将GSM比特扩展到不同的TCH脉冲中。如果有一个脉冲因为干扰而丢失了它的信息比特，仍然可以通过纠错编码机制得到足够的比特数，来保持一个可以接受的语音质量。语音数据的456bits划分为8块，每块57bits。每个TCH传送2个不同的20ms中的数据，每组各传送57bits的一个小块，即每个TCH传送114bits语音数据。在120ms时间内，语音编码器将处理6个20ms的语音块，每块将产生456bits，120ms共产生2736bits，则需要2736/114=24个TCH脉冲传送。一个120ms的TCH复帧有26帧，所以多出两个脉冲不需要传送话音。其中一个传送SACCH，另一个作为闲置保留脉冲。 1T2T3T4T5T6T7T89101112131415161718192021222324250TTTTTATTTTTTTTTTTT--SACCHIdle1复帧=26帧=120ms24承载语音信号，1帧空闲，1帧传送SACCH手机利用闲置脉冲时间来进行一些复杂的测试，如临近小区的BCH测试，这样就有足够的时间调谐到相邻的BCH信道上，并对中同步字解码，通过中同步字的色码，手机可以更好的了解到被测信号的信息。TCH业务信道 TypesofChannel—信道类型GSM中的信道分为物理信道和逻辑信道，一个物理信道就为一个时隙(TS)，而逻辑信道是根据BTS与MS之间传递的信息种类的不同而定义的不同逻辑信道。这些逻辑信道映射到物理信道上传送。从BTS到MS的方向称为下行链路，相反的方向称为上行链路。逻辑信道又分为两大类，业务信道(TCH)和控制信道(CCH)。①业务信道（TCH）：用于传送编码后的话音或客户数据，在上行和下行信道上，点对点（BTS对一个MS，或反之）方式传播。每个激活的小区中都有TCH信道，当正在进行呼叫的过程中出现当前信道信号衰落，BTS将通讯从当前信道转移到载波或者时隙的TCH信道上。一个全速率TCH承载13KB/S的语音信号，而半速率载波承载6.5KB/S的语音信号。 TCH复帧—全速率1T2T3T4T5T6T7T89101112131415161718192021222324250TTTTTATTTTTTTTTTTT--SACCHIdle1复帧=26帧=120ms24承载语音信号，1帧空闲，1帧传送SACCH TCH业务信道—半速率1Tb2Ta3Tb4Ta5Tb6Ta7Tb89101112131415161718192021222324250TaTaTbTaTbAaTaTbTaTbTaTbTaTbTaTbTaTbAbSACCH-aSACCH-b1复帧=26帧=120ms24帧承载语音信号，2个SACCH信号（两个MS使用） ②控制信道：(CCH)用于传送信令或同步数据。根据所需完成的功能又把控制信道定义成广播、公共及专用三种控制信道，它们又可细分为：广播信道（BCH）:BCH存在于每个ARFCN,存在于每个小区的任何时候BCH在下行信道时隙0传送，其他时隙将用来传送或填充TCH信道。BCH信道的所有时隙必须处于激活状态，使得同频与其他小区的手机可以测量它的功率。BCH信道包含以下主要信道：FCH频率校正SCH同步BCCH广播控制 BCH信道的内容：FCH：（FrequencycorrectionChannel）频率校正信道该信道负载142bits全0的序列，在BCH内每10帧重复出现一次，使得手机开机以后能够将自身内部的频率调谐到基站的频率上去。SCH（SynchronizationChannel）同步信道该信道用来同步逻辑信道的中同步字较长。它携带帧号和BSIC接入数据类型，由64bits组成，每10帧重复一次。BCCH（BroadcastControlChannel）广播控制信道该信道不仅传送小区和网络识别信息，也传送小区内可以使用的频道信息，如BA,CAtable。BCCH占用BCH的4帧，每一复帧重复出现一次。 BCHSubchannel(BCH子信道）3Startbits3Startbits3Startbits3Startbits3Startbits3Startbits8.25Guardbits8.25Guardbits8.25Guardbits8.25Guardbits8.25Guardbits8.25Guardbits3Stopbits3Stopbits3Stopbits3Stopbits3Stopbits3Stopbits39EncryptedDatabits39EncryptedDatabits5757575757575757142bits—all0’s64Trainingsequence26262626FCHSCHBCCH CCCH—CommonControlChannel通用控制信道CCCH在一个复帧内与BCH共同使用时隙0CCCH包含PCH，RACH&AGCHPCH（PagingChannel寻呼信道）PCH用来当有呼叫时告警手机。PCH在寻呼时携带IMSI给手机。PCH为下行信道。RACH（RandomAccessChannel随机接入信道）RACH是一个手机发送到BTS的短脉冲，用来呼叫检时初始化。RACH使用上行链路反向的BCH的0时隙。AGCH（AccessGrantChannel接入允许信道）当手机通过RACH发出呼叫请求时，基站可以在CCCH上的AGCH信道做出响应，同时传送手机发送的RACH信道中的随机数。AGCH指示手机进入SDCCH或TCH信道中。 RACH随机接入信道用于手机在上行时通知基站几部手机可能同时发送RACH信号RACH使用适当的接入表由于手机无法得知路经时延，故RACH必须是一个特殊的短脉冲手机只在得到下行SACCH中的时间提前值后才会发送普通的脉冲。8Startbits41Synchronizationbits36EncryptedDatabits3Stopbits68.25ExtendedGuardperiod88bits Encryption加密GSM系统的一个重要特点是它的保密性。这主要是由于在传输过程中使用了加密技术。基站将决定是否启用加密模式。在数据交织重组成8个数据块之后，就可以对它进行加密了。加密的算法受到了严格的控制，由于每一个呼叫的加密算法都不相同，即使有一个呼叫和加密被破译了，下一个呼叫的破译仍然是很困难的，因而系统的保密性得到了进一步的加强。 RACH随机接入信道当手机和基站载波和帧同步锁相之后，手机就开始搜索BCH信道上的其他信息，这样就可以发出或者接收呼叫了。手机的这种状态称做登录。如果手机离基站比较近，它们之间的时序就非常接近，而当手机处于小区边缘时，SCH信道信号将存在传输时延，手机的时序也存在误差。当手机发出RACH呼救请求信号时，RACH信号已经晚了，再加上传输时延，到达基站时将更晚。为了避免和相邻时隙脉冲冲突，RACH脉冲要比正常的脉冲要短。RACH并不是唯一的短脉冲，当手机从一个小区切换到另外一个小区时，它可能在一个短暂的时间内得不到从新的小区下行的SACCH信道传来的新小区的时序调整信号，此时，该手机的脉冲就有可能和新小区中的其他脉冲发生冲突，因此在得到新的小区时序调整信号之前，它总是发送短的接入脉冲。 DCCH—DedicatedControlChannelDCCH:专用控制信道DCCH由三个子信道：SDCCH:StandaloneDedicatedControlChannel独立专用控制信道SDCCH用来作为一个在最终TCH分配前的临时信道，其作用是传送数据时振铃和鉴权。FACCH:FastAssociatedControlChannel快速相关控制信道FACCH是BTS用来控制手机传送数据的信道。一个TCH可能会在优先级控制下进行切换时被FACCH占用。SACCH:SlowAssociatedControlChannel慢速相关控制信道SACCH在上行或下行链路中以较慢的速度随TCH或SDCCH一起传输。在呼叫中，SACCH每24个TCH帧就发送一次。 SACCH上行链路（BTS-MS)手机发射功率控制手机时间提前值小区信道配置下行链路（MS-BTS)接收信号质量显示接收信号强度显示临近小区BCH功率测量受激状态监测 SDCCH独立专用控制信道SDCCH在呼叫建立时使用SDCCH有时作为BCH的一个逻辑子信道存在于BCH信道上，有时也可以有自己独立的物理信道。SDCCH复帧结构与TCH不同，SDCCH的重复率较低，不到每帧一次。因此，一个物理信道可以容纳8个以上的SDCCH信道。SDCCH的数据速率也比TCH低。SDCCH介于BCH和TCH之间，作用就像一个过渡的台阶，在呼叫建立的过程中，从手机发出RACH呼叫请求，得到服务，开始通话之间，将会有相当长的时间，大量的时间将会被消耗在振铃和等待应答上。在这个过程中，需要手机和基站之间交换一些控制信息。当摘机应答信号发出以后，就开始进行手机用户身份确认，但此时还不需要进行话音信息交换，由于SDCCH只使用了小区物理信道很少的一部分信道资源，因此利用率较高，而且它在手机和基站开始交换话音数据之前提供了一个有用的保持过渡信道。和TCH一样，SDCCH也有自己的SACCH。 FACCH357bits126bits157bits38.25bits尾比特数据控制比特中同步字控制比特数据尾比特Guardperiod当手机向基站汇报的SACCH显示临近小区的信号质量比当前小区的更好时，就需要做越区切换。SACCH信道速率较低，带宽不足以传送越区切换所需要的各种信息，如新的信道号和时隙好，MAtable等。这时TCH将暂时为FACCH代替。由于FACCH使用连续的脉冲串来传送信号，所以它的速率要比每隔26才传一次的SACCH信道高得多。中同步字两边的伦比特将被置位，指明这时一个下ACCH信号，而不是TCH信号。在其他方面FACCH和TCH是一样的，他们使用相同的物理信道。由于FACCH信道短时占用TCH信道，TCH信道的数据有可能丢失，因此在越区切换时，有可能造成话音的短时中断。 FACCH中间的26bit就是中同步字，或者称训练比特。对于普通的脉冲而言，中同步字将包含从0到7共8个不同的基站色码。SACCH中的中同步字是41bits，SCH中的中同步字是64bits。中同步字被放在脉冲中央，以减少各个比特的时序偏差，另外其最重要的作用是起均衡作用，以减少比特误码。手机事先可以从基站传递给它的信息中得知它将收到何种训练比特，当手机接收到这个训练比特之后，将与应当收到的理想的训练比特作比较。通过二者之间的差异，手机可以估算在这一时刻传输信道的冲击响应。知道了信道的冲击响应之后，手机可以计算出传输信道的反向传递函数，根据反向传递函数，作用于训练比特两端的数据块，就可以有效地降低比特误码率。也就是通常所说的无线均衡。 GSM空中接口的信道分类PhysicalChannelARFCN—0to124Timeslot---0to7Total=124*8=992ChannelsLogicalchannelsARFCN—X,Timeslot—YFramenumber--NControlchannelBCHFCCHSCHBCCHCCCHPCHAGCHRACHDCCHSDCCHSACCHFACCHTCHTCH-FullrateTCH-Halfrate 逻辑信道与物理信道的区别物理信道是从频域和时域的角度来描述的，它是手机或基站真正使用的频点和时隙。逻辑信道是映射到物理信道上的。在一个特定的时候，一个特定的频点/时隙，既可以是话务信道，也可以是控制信道。一个逻辑信道描述了一个物理信道在一个特定的时刻的功能。 建立呼叫手机开机后的动作：手机搜索BCH同步时钟和频率对BCCH进行编码检查SIM卡是否允许接入网络位置更新鉴权 建立呼叫当手机开机时，它将在下行的124个信道上搜索信号，根据接收信号的强弱把它们排序，并检查它是否为一个BCH信道。一旦手机发现一个BCH信道，它就会根据FCH和SCH调整内部时序和频率，然后检查这个BCH信号是否属于自己的公用陆地移动网（PLMN）。这是通过比较SIM卡上的网络号和国家号是否与BCCH信道上的相应信息一直来实现的。手机将重复该过程，直到找到一个比较好的广播信道。如果手机发现当前小区和它原来所属小区不同时，它就需要告知网络它的所在。网络必须跟踪每个手机的具体位置，这样才能将对某一个手机的呼叫转移到相应的小区中去。通知网络手机所处位置的过程就是位置更新。手机发送一个RACH(随机接入)请求信号，然后进入到指定的SDCCH信道和机站交换信息，最后结束呼叫。 建立呼叫当手机和BCH通上信息以后，它将判断自己能否在当前的网络（PLMN）中使用，必要的话还要做一次位置更新，这时我们就说它向网络登陆了，登陆后的手机可以进行发送和接收了。用户在手机上输入一个号码，按了发送键以后，呼叫就开始了。手机将首先在与BCH信道号对应的上行信道中发送一个短的RACH(随机)脉冲。基站将通过CCCH(通用控制中)的AGCH(允许接入)信号应答手机的呼叫，在BCH物理信道上有一些逻辑信道。当手机接收到BCH上的AGCH后将指令进行解码，然后转移到一个新的ARFCN和时隙上，与基站在SDCCH(独立专用控制信道)上进行双向通信。手机首先要做的是接收SDCCH中的SACCH信号。一旦它接收到SACCH信号，它就获得了基站发来的时序调整和功率控制信号，此前基站已从RACH脉冲到达的时间计算出正确的时序调整时间，在接收到时序调整时间以后，手机就可以发送正常长度的脉冲了。在SDCCH信道上双向交换的信息主要完成振铃响应和身份确认等过程。在一到两秒过后，手机就可以从SDCCH信道转移到TCH信道上，这时话音信息就可以在上行和下行链路上传送了。 建立呼叫从基站发出的呼叫过程也是非常相似的。基站在CCCH上的PCH信道上发出一个呼叫，当手机接收到以后，就会回送一个RACH随机信道，其余的过程和手机主叫是完全一样的。 第四章GSM操作性能略----这一章主要是一些网络运营商需要掌握的内容,我们在此不做了解. THANKS!!谢谢大家!!END.周甲