GSM原理.docx

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GSM原理

GSM原理

GSM原理/测量培训教材）

GSM是GlobalSystemforMobileCommunication的缩写。

意思是全球移动通信系统。

分GSM900、DCS1800和PCN1900三个频段，一般的所谓的双频手机就是在GSM900和DCS1800频段切换的手机。

PCN1900则是别的一些国家使用的频段（如美国）。

GSM90/1800分别是工作在890~960mhz/1机最大710~1880mhz频0段的。

GSM900的手功率是8W（实际中移动台没这么大的功率，一般的手机最大功率是2W，车载台功能大），而DCS1800的手机的最大功率是1W。

●900的区别:

GSGSM900/DCS1800/PCN1M900是初GS始的M系统,MOBILE的功率从输出1W-8W,GSM900的通道从1~124,DCS1800的通道从512~885;DCS1800是低功率的,最高是1W;

●GSM的频段：

GSM900小区通道号半径35km上行880~915MHZ下行将925~960MHZ

PHASE2:

890~925MHZ和935~960MHZ;1---124.

GSM1800小区半径2km（由于1800mhz手机的低功率）上行710~1785MHZ下行1805~1880MHZ。

PHASE2:

SAME;通道号:

512—885.为高密度的用户.

GSM1900:

1850~1910MHZ1930~1990MHZ

上行和下行组成一频率对,上行就是手机发射、机站接收；下行就是基站到手机。

例如935-960和890-915相差45MHZ,第二个通道上,上行落后下行三个时系.

●网络组成：

1.BTS基站：

basetransceiverstation基站首要是收发器，收发器的多少决定小区的容量，一个收发器能支持8个用户。

一个小区由3个天线，一个发射，两个接收（分级接收）。

（收发器和天线的关系）？

？

？

a）每个BTS都会有一套收发器。

b）一个BTS覆盖一个小区，BTS发送BCH信号在RF信道的0时隙。

BCH帮助Mobile识别/寻找网络。

c）小区的手机用户容量依靠信道数

d）GSM空中接口的数据传输速率是13Kbps,即BTS收发语音数据速率是13KB/S.

e）有BTS命令手机设置其发射功率、迁时、切换。

2.BSCbasestationcontroller基站控制器：

a）几个BTS基站连接一个BSC,基站安排信道配置、切换、和BTS连接BSC;所有的BSC连接至MSC,

b）每个BTS连结BSC用abis接口，是2Mbps的连接。

使用microwavelink、opticalfiber、co-axialline等方式连接.

c）Microwavelink经常是最好的连接方式选择。

d）BSC连结MSC使用的是A口

e）在BSC可提供小区广播等服务。

3.MSCmobileswitchingcenter是网络的核心，呼叫建立、保持、和释放；链接BSC和PSTN、认证、呼叫转接、短信息、收费等。

当用户增加到一定数量时，可增加MSC；MSC与MSC之间使用GMSC连结（GATEWAY）

a）当呼叫建立时，MSC起到保持通话和断开通话的功能。

b）存储所有的用户数据和它们的相关特征。

c）介于MS和PSTN之间，交换通信数据.

d）MSC是GSM网络的心脏。

是与别的GSM网络、非GSM网络的连接口。

e）MSC主要功能：

认证、位置更新、连接、收费、呼叫转接、SMS。

f）当用户增加时，超过一个MSC的容量，就需要多一个MSC，就增加一倍的用户

4.TRAN------Transcoding/rateadapterunit速率适配器。

a）TRAN转换13KB/S的GSM速率为标准的64KB/S;TRAN作为一MSC的一部分。

b）Transcoding也使用在下行时，将64kbps转换成16kbps.

c）Transcoding在MSC\BSC\BTS中。

5.HLRHomelocationregister归属位置寄存器。

a）在MSC中有所有的用户数据库存在于HLR。

HLR中有永久用户数据库。

b）用户发出呼叫时，MSC从HLR之中获得用户数据。

是用户核心数据库，大部分在SIM卡中的数据都可以在HLR中获得。

6.VLRvisitinglocationregister访问位置寄存器。

a）在VLR中有被激活的所有的用户号码。

b）当别的MSC中的用户漫游到新的MSC时，MSC和HLR之间通信，新的MSC就将漫游的用户注册到它的VLR中。

c）当手机漫游时，用户访问区被别的网络覆盖，而且归属位置网络批准它使用被访问的网络，它的用户信息将从HLR被拷贝到VLR（访问位置寄存器）中暂存。

7.鉴权中心AUC----Authenticationcenter

a）是SIM卡的验证过程。

b）每个SIM卡有一个IMSI，在IMSI有加密码

c）在HLR中有IMSI和密码

d）手机通信时，首先验证SIM卡的合法性，由AUC进行验证。

8.装备身份注册：

EIR----Equipmentidentifyregister

a）包含了IMEI信息。

所有的手机IMEI都存储在EIR中，是手机的数据库。

b）在GSM中有助于验证当手机遗失时，运营商可以禁止已经报失手机的使用。

c）EIR分类：

Permittedlist\evaluationlist\stolenlist\unknown

9.收费中心BC---Billingcenter

a）BC产生每一个用户的费用状况.

b）直接连到MSC,由MSC发送收费信息给BC（通话时）

c）BC处理按单位计费。

10.操作运营中心：

OMC----operationandmaintenancecenter.

a）每个GSM网络超过100个BTS组成，每一个实体需要操作和维护。

b）一些远程操纵是必要的，检测和远程进入。

c）有时有两种OMC（不同的供应商），OMC-S:

Dealwithswitch;OMC-R:

dealwithradionetwork。

11.短信中心：

SMSC信息通过短信息中心发到指定的手机。

a）信息通过SMSC传输

b）信息可通过人工终端（连到SMSC）发送。

c）短信中心SMSCENTER---MSC/VLR----BSC----BTS.----MS

12.语音服务中心：

a）它拥有所有语音用户的数据库；

b）它也存储了语音信息。

13.设备报警：

a）BTS,BSC,Transcoderfailure.

b）Linkfailure

c）Modulefailure（transceiver,processor）

●小区身份，网络中每个小区都由唯一的识别号，CI:

CellIdentity.一个小区由56个用户可同时通话

●调制方式:

GSM采用的是0.3GMSK调制高斯最小频移键控，0.3是描述滤波器带宽和比特率的关系,不是相位调制，是一种典型的数字调频调制，实际上是调频。

0和1代表的是载波加减不同的频率+67.708KHZ和-67.708KHZ，1被看作是相位增加90度，0被看作是相位在相反方向改变，两个频率表示频移键控;语音编码速率时13kbps.数据速率（调制速率）BIT传送速率是270.833Kbps。

刚好是四倍于射频频移。

这样一来就有效的减少调制频谱和提高了通道利用率.高斯滤波:

剧烈的频率变化会导致频谱扩散,所以用滤波器进行滤波平滑后,减少频谱扩散;RF载频加67.708和减67.708KHZ;靠频率转移.

●GSM网络系统：

手机和机站的接口是空中接口，基站（BS）和基站控制台BSC是靠abis接口2Mbps的连接。

（是光纤或者常用微波连接，DCS1800Abis接口经常使用微波连接）,一个BSC控制20~30个BTS；基站控制台BSC到交换局是A口连接。

手机和基站的最大距离是34.9km。

●手机开机后的步骤:

14.首先搜索124个信道，即所有的BCH通道,决定收到的广播信道BCH强度,（BCH的承载的信息是距Mobile最近的BTS;呼叫信息）;

15.跟网络同步时间和频率,由FCH/SCH调整频率和时间

16.解码BCH的子通道BCCH.

17.网络检查SIM卡的合法身份.是否是网络允许的SIM卡。

18.手机的位置更新.

19.网络鉴权

●手机主叫（MOC）过程:

20.手机给基站发送通道需求，即手机发送一个短的随即接入突发脉冲.（RACHBurst）

21.由BCH指定传输信道.SDCCH

22.手机和基站在独立专用信道（SDCCH）上通信.

23.权限认证

24.指定手机在一个业务信道（TCH）上通信.

25.在TCH上进行语音通信.

●手机被叫

1.BTS在PCH呼叫通道上使用SIM中的IMSI号码来呼叫用户。

2.由手机发送RACH

3.通道指定在BCH.

4.手机和基站在SDCCH上通信

5.手机用户被鉴权

6.手机被指定TCH通道。

7.在TCH通道上进行语音和数据通信。

●紧急呼叫：

1.GSM规格定义了112为紧急呼叫号码

2.112在手机有无SIM卡的情况下均可呼叫。

3.在RACH上,手机112建立紧急呼叫。

●Authentication鉴权：

4.目的：

验证用户身份（IMSI/SIM）;提供手机新的加密键。

5.鉴权是在什么情况下：

每一次注册、每次呼叫或被叫企图、执行一些增值服务、漫游时的位置更新。

●切换handover:

切换是手机通信从一个小区/信道到另外一个小区/信道。

6.上行和下行的接收质量报告

7.上行和下行的接收信号强度

8.距离，迁时

9.干扰层。

10.功率预算。

11.切换包括：

同一小区内部信道/时隙之间的切换。

小区于小区之间。

●加密ciphering:

语音和数据的保密、信号信息的保密；

●手机位置更新locationupdate:

12.MSC应知道呼叫手机的位置。

13.手机连续的改变位置，手机在改变位置时通知MSC关于新位置。

由MSC处理位置更新。

14.手机位置更新过程：

（locationareaidentityLAI）

a）手机改变位置区

b）手机从BCCH上读新的位置区

c）发送RACH,为通道需求。

d）在AGCH上获得一个SDCCH.

e）在SDCCH发送IMSI和新旧LAI位置更新需求给MSC

f）MSC开始认证

g）如果认证成功，更新手机位置在VLR上

h）发送确认信息给手机

i）手机离开SDCCH,进入空闲模式。

●上行和下行：

上行是手机通过上行频率发信息给基站，下行是相反。

上行和下行组成一对频率对（45MHZ分割），上行滞后下行3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通道号；上行和下行使用不同的波段。

（间隔45MHZ）。

●功率等级：

由于手机在小区内移动，它的发射功率要随着移动，当他靠近基站时，防止干扰别的用户功率要减小，当他远离基站是为防止衰减要增大发射功率。

总共有19个功率等级,功率等级存于手机的EEPROM中.功率控制的好处是：

手机可以省电、基站减少干扰。

1.由基站在SACCH上发送命令手机改变发射功率

2.改变功率是和路径的衰减成比例。

TXLevel5–33dbm，19---5dbm。

3.每个等级之间是间隔2dbm.

4.BTS需要在上行开始的Rxlev、Rxqual

5.每480ms发送报告给BSC关于Rxlev、Rxqual。

6.每一定时间跟初始的进行比较。

●动态基站功率控制：

15.目标是减少平均干扰

16.基于MS发送的测量报告计算

17.不是和BCH载波？

？

？

？

。

18.非强制性的

●DTX不连续发射：

19.当语音中断的大部分时间里，允许无线发射器关掉。

20.有DTXHandler处理器：

在发射端有语音激活检测、在发射端有背景声噪音、在切断时产生舒适噪音。

21.不连续发射在上行和下行都有执行。

不连续发射、不连续接收；

22.在手机上执行不连续发射和不连续接收。

23.在BTS接收时有不连续接收

●时迁（定时提前）:

Timingadvance就是为了保证信号能在准确的时间内到达BS,当MS移动时,随着MS距离BS的远近,上行传递的时延的可变，基站命令移动台提前发送。

由BS在SACCH信道上命令MS来改变它的迁时的大小.手机在空闲模式时接收机站和解码BCH，在BCH中的SCH允许手机调整它的内部时间，当手机接收到SCH时不知道距离基站多远，通过SACH特殊的短突发。

当手机在下行的SACCH上获得迁时信息，才发送正常的突发，30KM手机设置迟延100US.

●信道介绍:

24.BCH广播信道:

BCH就象灯塔,在每一小区的任何时候,都有BCH在ARFCN上，使手机能发现网络,并使手机同步于网络，并且BCH信号的强度告诉手机那个是距它最近的GSM网络;手机几乎每30秒会报告相邻小区的BCH功率,以便于由基站决定是否切换.?

?

每一小区使用的BCH频率通道都不同,通道被远距离的小区重复使用;小区中的所有的手机接收BCH.在ARFCN上有BCH信道.BCH的信息在下行的通道0时系,其他时系用于业务信息TCH;使MS同步,运载控制信息和呼叫信息.和网络身份信息。

所有手机的呼叫信息都在BCH上。

BCH由FCH、SCH、BCCH、CCCH、SDCCH、SACCH组成。

基站产生的BCH在零时隙，

a）FCH:

frequencycorrectionchannel在BCH上重复使用特别的BURST,让手机开机时调整它的频率.

b）SCH:

synchronizationchannel,在FCH后,调整时间.

c）BCCH:

广播控制信道,带有网络身份.

d）CCCH:

共用控制信道,它的子通道PCH（PAGINGCHANNEL）在CCCH上.手机能认出并用一个RACH作出反应.;还有子通道AGCH访问认可通道,命令手机进入SDCCH或TCH.

25.CCCH共用控制信道:

是双向控制信道,CCCH和BCH在多帧上分享0时隙；CCCH包括RACH;PCH;AGCH;CBCH;PCH呼叫通道用于运载IMSI报知手机有呼叫、PCH是下行通道，

26.DCCH专用控制信道:

双向控制信道,由三个子通道组成：

SDCCH,FACCH,SACCH.。

◆SDCCH独立专用控制信道：

指定TCH之前的过渡信道，话务建立和用户验证.SDCCH独立专用控制信道:

在呼叫建立时,于BCH和TCH之间起连接作用.

◆SACCH慢速相关控制信道:

上行:

接收信号质量报告、接收信号RXLEVEL报告、相邻小区的BCH功率报告。

通道功率;手机的状态.

下行：

命令MS的TX功率控制的命令、小区信道配置、迁时、跳频。

◆FACCH快速相关控制信道：

由BTS用作命令手机切换，

上行：

中断TCH信号、切换时快速信息交换。

下行：

中断TCH.控制BITS

◆SACCH和FACCH的区别:

SACCH报告基站说有另外的小区可提供给手机更好的信号质量,切换是必要的.在段时间内,由于SACCH没有足够的带宽,所以在短时间内由FACCH取代TCH;切换就发生了.FACCH象一个TCH.当听到语音有小的中断时,可能发生了切换.

27.TCH业务信道:

通话时使用的信道.运载语音信息、是双向的用于手机和基站交换语音信息,TCHfullrate26frames是120ms。

包含24carryspeech,1个idle,1个sacch。

TCHhalfrate26frames是120ms;包含24carryspeech,2个sacch.

28.RACH随机接入信道:

由手机发送短的突发给基站，即呼叫需求；由MS使用来从基站获取注意;手机并不知道路经的迟延,所以手机发短的BURST,当手机在下行的RACH上获得迁时时,手机才发正常的BURST.

29.手机测量报告：

SACCH的测量报告提供给GSM系统。

每个手机测量服务小区的功率，也测量相邻小区的BCH功率；手机也测量在TCH上接收的信号的强度和质量。

通过SACCH将接收RxLev（dbm）和RXQuaL（bemappeddirectlytobiterrorratio）报告给所在服务小区。

7．接收表现：

GSM接收器要在复杂的无限环境中有效的操作。

接收器要适应多径和多普勒衰减，低信号、高信号、以及别的收发射器或别的用户的干扰。

要能以最小的比特误码率解调0.3GMSK信号。

GSM的语音通道的语音信息编码为Ia和Ib带有错误纠正，而Ⅱbits没有错误纠正。

互调测试手机在GSM波段的对两个干扰的选择，

●IMEI是internationalmobileequipmentidentity国际移动设备识别号就是手机串号，每一个手机都有一唯一的不同于别的手机的串号。

IMSI：

internationalmobilesubscriberidentity国际移动用户识别号是手机用户进入网络的正确身份。

15位IMSI存于SIM卡中.

●SIMsubscriberidentitymodule:

由4-8位的PIN码，3次错误的输入卡就停止工作；8位的PUK码，10次错误的输入SIM卡就被永久的锁住。

SIM卡包含有：

串号、IMSI、鉴权算法加密、网络代码、PINPUK、充电信息。

SIM卡:

保持有所有的用户信息,（IMSI\允许的网络单）;存有最后的位置信息.拨打信息和存储信息.存储电话号码等。

●Dualband&dualmode:

1.dualband:

双带，手机有频率开关，可工作在两个频率段

2.dualmode双重模式在手机中，mode是所使用发射技术的类型,数字模式和模拟模式。

手机支持AMPS和TDMA,能按需要的模式转换。

AMPS是模拟的。

●MobileStationISDNnumber:

（MSISDN）:

也就是手机号码。

●小区接入技术:

3.FDMA:

frequencydivisionmultipleaccess:

每个通话放在一个单独的频率上。

4.TDMA:

Timedivisionmultipleaccess:

在指定的频率上，通话在固定的时间段上。

5.CDMA:

Codedivisionmultipleaccess每个通话都有唯一的代码。

●时分多址接入技术：

6.GSM使用了TDMA和FDMA多路传输：

124FrequencychannelsforGSM900;100khzchannel;mobileshareARFCNbyTDMA.0.3GMSKModulation270.833kbits/sec.

7.在GSM系统中有124个频道，频道间隔是200khz;每个频道由8个用户共享，在时间上进行时分复用。

就是说信号的发送是突发的不是连续的发送的。

上行和下行规定使用相同的信道号（ARFCN）和时系号，而且基站和移动台相差三个时系，即上行电路落后于下行电路三个时系时间。

●物理通道和逻辑通道:

物理通道:

被描述在时域和频域;是实际的频率和时域,由频道或绝对射频信道号和时系共同决定的。

TSnumber和ARFCN的组合就是物理信道。

控制信道.逻辑通道;是在物理通道上,在任何频率和时系可能是业务信道或是

●1timeslotperiod=576.92us,1frame=8timeslots.Frameperiod=4.615ms,voicecoderbitrate=13kbps,

●在Timeslot/normalburst中，有26bits的慢或是Trainingbits。

●跳跃业务通道：

所有的手机都有跳频的能力，但是不是所有的小区都是跳跃区（象城市有较多的建筑物造成多径，被设为跳频小区）。

手机测量相邻小区bch的强度，跳跃顺序由小区配置和手机配置表定义。

配置表列出所有的特别小区跳跃顺序。

1．小区重选-----测量并进行BCC小区H解码：

MS每5秒算出服务小区C1和非服务小区C2

2．MS最少要每30秒解码服务小区全部的BCH数据。

3．手机解码BCCH数据包含影响小区选择的参数，最少5分钟6个最强的小S区BCCH载波。

4．当M找到6个最强的BCCH载波，在30秒内BCCH数据到新的载波。

●跳频：

1.多路衰减产生不同的信号强度被叫做瑞利衰减

2.瑞利衰减是由不同的路径和由此的接收频率决定

3.快速移动的手机可能体验不到由于路径的改变而产生剧烈的影响？

？

4.慢速或停止的手机可能体验到语音质量的严重影响（why）？

5.如果当衰减发生时接受频率改变，问题就会解决

6.衰减现象是连续的和快速的，这样频率变化也应该是连续的。

7.这种连续变化的频率叫做跳频

8.在上行和下行都要进行跳频处理

9.在每个TDMA帧频率改变

10.手机的跳频最多64个频率

11.跳跃顺序是循环或非循环的？

？

。

12.什么是跳频顺序？

？

不同的跳频顺序可在同一小区使用。

13.BCH时隙不跳跃？

？

14.跳频能使平均干扰减少。

即使共道小区将使用相同的ARFCN跳频，干扰将不连续。

15.GSM小区不是帧同步，频率的改变相关于Framenos.?

16.如果相同的HSN（？

？

）用在两个小区，干扰要么是零，或者如果相位更正存在将是连续的？

？

？

？

17.所以两个小区要尽可能的使用不同的HSN.

18.扇形小区（同一个BTS）能使用相同的HSN,由于区域不同时出现。

●语音编码:

现代的数字通信中使用语音压缩技术,RELP残余激励线性预编码和LTP长期与编码。

语音质量被影响由首要的Iabits，有错误检测加CRC纠错。

评价语音质量MOS=Meanopinionscore,1---5;5是最好的。

1是最差。

●GSM蜂窝通信系统和测量

第一带的模拟移动通信技术：

是模拟系统，信道上的信息是语音信息以模拟方式传输的，使用的也是模拟调制（调频）。

存在频谱利用、容量、功率利用率、保密等缺点。

第二代的数字的、以电话业务为主的窄带移动通信技术。

采用语音压缩编码使话音数字化、以TDMA、FDMA多种编码方式调制。

第三代以有限多媒体业务为主的宽带移动通信技术。

是一种全球性的个人移动通信系统、为静止或慢速移动的用户提供2Mbps数据流，高速移动的用户144Kbps。

中速移动的是384Kbps。

有几种标准：

WCDMA；