GSM基站系统开局毕业设计论文Word下载.docx
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基站控制器BTS：
基站收发信台HLR：
归属位置寄存器VLR：
拜访位置寄存器
图1-1GSM网络结构
1.1交换网路子系统（NSS）
网络子系统（NSS）主要包含有GSM系统的交换功能和用于用户数据管理、移动性能管理、安全性管理、移动设备管理等所需要的数据库功能，并对GSM移动用户间通信和GSM移动用户与其他通信网用户间通信起着管理作用。
NSS包括移动业务交换中心（MSC）、拜访位置寄存器（VLR）、归属位置寄存器（HLR）、设备识别寄存器（EIR）、鉴权中心（AUC），而BSS有基站（BTS）和基站控制器（BSC）组成。
图1-2网络交换系统与操作维护系统
MCS：
对位于它所覆盖区域中的移动台进行控制和完成话路交换的功能实体，也是移动通信系统与其它公用通信网之间的接口。
VLR：
是一个数据库，是存储MCS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。
HLR：
也是一个数据库，是存储管理部门用于移动客户管理的数据。
AUC：
用于产生为确定移动客户的身份和对呼叫保密所需鉴权、加密的三参数（随机号码RAND，符合响应SERS，密钥Kc）的功能实体。
EIR：
也是一个数据库，存储有关移动台设备参数。
1.2基站（BSS）子系统
基站子系统（BSS）是移动通信系统中与无线蜂窝网络关系最直接的基本组成部分。
在整个移动网络中基站主要起中继作用。
基站与基站之间采用无线信道连接，负责无线发送、接收和无线资源管理。
而主基站与移动交换中心（MSC）之间常采用有线信道连接，实现移动用户之间或移动用户与固定用户之间的通信连接。
说得更通俗一点，基站之间主要负责手机信号的接收和发送，把收集到的信号简单处理之后再传送到移动交换中心，通过交换机等设备的处理，再传送给终端用户，也就实现了无线用户的通信功能。
所以基站系统能直接影响到手机信号接收和通话质量的好坏。
一个基站的选择，需从性能、配套、兼容性及使用要求等各方面综合考虑，其中特别注意的是基站设备必须与移动交换中心相兼容或配套，这样才能取得较好的通信效果。
基站子系统主要包括两类设备：
基站收发台（BTS）和基站控制器（BSC）。
1.2.1基站收发台（BTS）
BTS是无线接口设备，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。
BTS包括下列主要的功能单元：
收发信机无线接口（TR1）、收发信机子系统（TRS）。
其中TRS包括收发信机组（TG）、本地维护。
TR1具有交换功能，它可使BSC和TG之间的连接非常灵活；
TRS包括基站的所有无线设备；
TG包括连接到一个发射天线的所有无线设备；
LMT是操作维护功能的用户接口，它可直接连接到收发信机。
发信机子系统包括基站所有无线设备，主要有收发信机组（TG）和本地维护终端（LMT）。
一个收发信机组是由多个收发信机（TRX）组成，连接同一发射天线。
由于信号传输到基站时可能比较弱，并且有一定的信号干扰，所以要经预选器模块滤波和放大，进行双重变频、放大和鉴频处理。
输入的高频信号经放大后送入第一变频器，由变频器提供的第一本机振荡信号频率为766.9125-791.8875MHz，下变频后，产生123.1MHz的第一中频信号。
第一中频信号经放大、滤波、混频后，产生第二中频信号（21.3875MHz），它经过放大、滤波后送到中频集成块。
由中频集成块（包含第二中频信号放大器、限幅器和鉴频器）产生的音频输出信号和接收信号强度指示信号（RSSI）送到音频/控制板，在音频信号控制板内，由分集开关不断地比较奇数和偶数信号，并选择其中的较强信号，通过音频电路传送到移动控制中心去。
1.2.2基站控制器（BSC）
BSC：
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，是一个很强的业务控制点。
基站控制器包括无线收发信机、天线和有关的信号处理电路等，是基站子系统的控制部分。
主要包括四个部件：
小区控制器（CSC）、话音信道控制器（VCC）、信令信道控制器（SCC）和用于扩充的多路端接口（EMPI）。
一个基站控制器通常控制几个基站收发台，通过收发台和移动台的远端命令，基站控制器负责所有的移动通信接口管理，主要是无线信道的分配、释放和管理。
当你使用移动电话时，它负责为你打开一个信号通道，通话结束时它又把这个信道关闭，留给其他人使用。
除此之外，还对本控制区内移动台的越区切换进行控制。
如你在使用手机时跨入另一个基站的信号收发范围时，控制器又负责在另一个基站之间相互切换，并保持始终与移动交换中心的连接。
GSM系统越区时采用切换方式，即当用户到达小区边界时，手机会先与原来的基站切断联系，然后再与新的服务小区的基站建立联系，当新的服务小区繁忙时，不能提供通话信道，这时就会发生掉线现象。
因此，用户在使用手机通话时，应尽量避免在四角盲区使用，以减少通话掉线的机率。
2GSM基站系统原理概述
2.1GSM无线接口理论
2.1.1工作频段的分配
我国陆地蜂窝数字移动通信网GSM通信系统采用900MHz与1800MHz频段:
GSM900MHz频段为：
890~915（移动台发,基站收）,935~960（基站发,移动台收）;
DCS1800MHz频段为：
1710~1785（移动台发,基站收）,1805~1880（基站发,移动台收）;
GSM系统
上行频段
下行频段
带宽
双工间隔
双工信道数
GSM900
890~915
935~960
2×
25
45
124
GSM900E
880~915
925~960
35
174
GSM1800
1710~1785
1805~1880
75
95
374
GSM1900
1850~1910
1930~1990
60
80
299
表1GSM工作频段的分配
相邻两频点间隔为为200kHz，每个频点采用时分多址（TDMA）方式，分为8个时隙，既8个信道（全速率），如GSM采用半速率话音编码后，每个频点可容纳16个半速率信道，可使系统容量扩大一倍，但其代价必然是导致语音质量的降低。
绝对频点号和频道标称中心频率的关系为：
GSM900MHz频段为:
（MainFrequencyBand:
P-GSM）
fl（n）=890.2MHz+（n-1）×
0.2MHz（移动台发,基站收）；
fh（n）=fl（n）+45MHz（基站发,移动台收）;
n∈[1，124]
GSM1800MHz频段为：
fl（n）=1710.2MHz+（n-512）×
fh（n）=fl（n）+95MHz（基站发,移动台收）；
n∈[512，885]
其中：
fl（n）为上行信道频率、fh（n）为下行信道频率,n为绝对频点号（ARFCN）。
1、在我国GSM900使用的频段为：
905~915MHz上行频率
950~960MHz下行频率
频道号为76~124,共10M带宽。
中国移动公司：
905~909MH（上行），950~954MHz（下行），共4M带宽，20个频道，频道号为76~95。
（目前通过中国移动TACS网的压频，为GSM网留出了更大的空间，因而GSM实际可用频点号要远大于该范围）
中国联通公司：
909~915MH（上行），954~960MHz（下行），共6M带宽，29个频道，频道号为96~124。
2、目前只有中国移动公司拥有GSM1800网络，拥有1800网络的移动分公司大多申请10M的带宽，频道号为512~562。
2.1.2时分多址技术（TDMA）
多址技术就是要使众多的客户公用公共信道所采用的一种技术，实现多址的方法基本有三种，频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）。
我国模拟移动通信网TACS就是采取的FDMA技术。
CDMA是以不同的代码序列实现通信的，它可重复使用所有小区的频谱，它是目前是最有效的频率复用技术。
GSM的多址方式为时分多址TDMA和频分多址FDMA相结合并采用跳频的方式，载波间隔为200K，每个载波有8个基本的物理信道。
一个物理信道可以由TDMA的帧号、时隙号和跳频序列号来定义。
它的一个时隙的长度为0.577ms,每个时隙的间隔包含156.25比特GSM的调制方式为GMSK，调制速率为270.833kbit/s。
在GSM中的信道可分为物理信道和逻辑信道。
一个物理信道就是一个时隙，通常被定义为给定TDMA帧上的固定位置上的时隙（TS）。
而逻辑信道是根据BTS与MS之间传递的消息种类不同而定义的不同逻辑信道。
这些逻辑信道是通过BTS来影射到不同的物理信道上来传送。
逻辑信道又可分为业务信道和控制信道.
对于不同容量的基站，控制信息速率随之不同，因此控制信道和业务信道的安排不尽相同；
对于小容量基站，只有一个TRX的情况，TS0可使用第二种mainBCCHcombined的形式。
TS1~TS7，可使用TCH/F的信道类型；
对于中等容量的基站，如有四个TRX的情况，TS0可使用第一种mainBCCH的类型，再用2个TS作为SDCCH信道类型。
剩余29个用做TCH/F；
对于大容量基站，可将TS0使用mainBCCH组合方式，TS2、TS4可使用第六种CCCH的组合方式。
其于用做SDCCH或TCH/F。
MS为了能得到或提供各种各样的服务通常需要从网络来获得许多消息。
这些在无线接口广播的消息被称做系统消息，可共分为12种类型：
type1、2、2bis、2ter、3、4、5、5bis、5ter、6、7、8。
2.1.3移动台和基站的时间调整
移动台收发信号要求有3个时隙的间隔,由于移动台是利用同一个频率合成器来进行发射和接收的.因而在接收和发送信号之间应有一定的间隔。
从基站的角度上来看，上行链路的编排方式可由下行链路的编排方式延迟3个突发脉冲获得。
这3个突发脉冲的延时对于整个GSM网络是个常数。
典型的移动台在一个时隙间接收，在频率上平移45MHz，经过一段时间（3个突发脉冲减去传播的校正时间后发送，然后可能再次平移监视其它信道，并使接收频率移动到能重新开始整个周期。
在通信过程中，如移动台在呼叫期间向远离基站的方向上移动，因而从基站发出的消息将越来越迟的到达移动台。
与此同时，移动台的应答信息也会越来越迟的到达基站.如不采取措施，该时延长至当基站收到该进动台在本时隙上发送的消息会与基站在其下一个时隙收到的另一个呼叫信息重叠起来，而引起干扰。
因此，在呼叫进行期间由移动台向发送的基站SACCH上的测量报告的报头上携带着由移动台测量的时延值，而基站必须监视呼叫到达的时间，并BTS在下行的SACCH的系统报告上每次两秒的频次向移动台发出指令，随着移动台离开基站的距离，逐步指示移动台提前发送的时间，这就是时间的调整。
在GSM中被称为时间提前量TA。
时间提前量值可以由0至233us，该值会影响到小区的无线覆盖，在给定光速下，GSM小区的无线覆盖半径最大可达到35km，这个限制值是由于GSM定时提前的编码是在0~63之间。
基站最大覆盖半径算法如下：
3.7us×
63×
3×
108m/s÷
2=35km
其中，3.7us:
每个比特的时长；
63：
时间调整的最大比特数；
108m/s:
光速。
但在某些情况下，客观需要基站能覆盖更远的地方，比如在沿海地区，如需用来覆盖较大范围的一些海域或岛屿。
这种覆盖在GSM中是能实现的，代价是须减少每载频所容纳的信道数，办法是仅使用TN为偶数的信道（因为TN0必须用做BCCH），空出奇数的TN，来获得较大的保持时间。
这在北电中被称为扩展小区技术,这一技术有专门的接收处理.这样定时提前的编码将会增大一个突发脉冲的时长。
即基站的最大覆盖半径为：
（63+156.25）×
2=120km
TS0
TS1
TS2
TS3
图示2-1扩展小区的TDMA帧
2.1.4位置更新
当移动台由一个位置区移动到另一个位置区时，必须进行登记，也就是说一旦移动台发现其存储器中的LAI与接收到当前小区的LAI号发生了变化，就必须通知网络来更改它所存储的移动台的位置信息。
这个过程就被称为位置更新。
2.2信令协议
2.2.1信令协议概述
在一个复杂的系统中（如GSM），要传送的不止是用户数据，因为网络要实现的大多数功能都是分布在几个远距离的设备上，要使这些设备协调工作需要交换一些信息，因此我们就要考虑到这些信息如何从网络内的一点传送到另一点。
根据电信网开放系统互连模式OSI的概念，把协议按其功能分成不同的层面：
最底层称为物理层或传输层；
第二层被称为链路层；
第三层被称为网络层，第三层以上被称为应用层，其每一层都有各自的协议规约。
图示2-2从MS到MSC之间的协议模型
移动通信是由许多功能单元通过接口互连构成的，接口就是各组成单元之间的物理上和逻辑上的连接。
BSS和MS两部分有A、Um、Abis接口以及Ater接口等，其中A接口和Um接口具有统一和公开的标准，以便于生产和组网，也有利于各种ISDN业务的引入和功能发展，Abis接口和Ater接口的定义尚不统一，实现差别较大，所以BSC和BTS配置不能实现多厂家设备互连。
现在让我们分别介绍以下每个接口的具体情况：
Sm接口：
Sm接口是人机接口，是客户与网络之间的接口，主要包括客户对移动终端进行的操作程序、移动终端向客户提供的显示和信号音等。
Sm接口还包括客户识别卡（SIM）与移动终端（ME）间接口的内容。
Um接口：
Um接口是空中无线接口，是移动台和BTS之间的通信接口，用于移动台与GSM系统的固定部分之间的互通，其物理连接通过无线链路实现。
Um接口传递的信息包括无线资源管理、移动性管理和接续管理等。
Abis接口：
Abis接口为BSS系统的两个功能实体BSC与BTS之间的通信接口，用于BTS和BSC之间的远端互连方式，物理连接通过标准的2Mbit/s或64Kbit/s的PCM数字传输链路来实现。
Abis接口支持向移动台提供的所有服务，并支持对BTS无线设备的控制和无线频率的分配。
由于Abis接口是GSM系统BSS的内部接口，所以是一个未开放的接口，可由各设备厂家自行定义。
A接口：
BSS部分与MSC之间的接口为A接口。
A接口基于2Mbit/s数字接口，采用14位七号信令方式，主要传递呼叫处理、移动性管理、基站管理、移动台管理等信息。
NSS或BSS与OMC之间的接口：
该接口是基于X.25接口或七号信令网接口，执行TMNQ3协议。
2.2.2链路层信令协议
由上面我们已经知道，在GSM系统中不同的接口使用了不同的协议。
单从链路层来讲，分别涉及到移动台和BTS之间的LAPDm，BTS和BSC之间的LAPD，以及七号信令系统中的MTP2协议。
除无线接口外，信令信息都使用64kbit/s电路传输。
接口
链路层协议
MS–BTS
LAPDm（GSM特有）
BTS–BSC
LAPD（由ISDN修改）
BSC–MSC
MTP，第二层（SS7协议）
MSC/VLR（HLR–SS7网络）
表2GSM接口上的链路协议
2.2.3网络层信令协议
网络层的功能之一就是选择并建立这样一个连续的链路段，组成一个消息路由；
另一个功能是支持两个实体之间并行存在的几个独立连接，这些连接对应于不同的应用通信。
（1）、BSS网络层无线接口
图2-3无线接口
从移动台的角度看来，消息的源点和宿点取决于应用协议，移动台可以编址不同的网络功能实体，每个实体具有唯一的地址对应关系，网络按地址要求把消息送到相应的设备。
通过SAPI可使我们在移动台上区别出信令消息和短消息两种情况，但这还不足以判断消息属于那种应用协议，因此需要一个网络编址来加以补充。
这就是协议鉴别器的功能。
GSM中定义了几个协议鉴别器（PD），一般我们把它们看作是消息的一部分，分类如下：
协议鉴别器
功能
起点/终点
CC，SS
呼叫控制管理和附加业务管理
MS----MSC（HLR）
MM
位置管理和安全管理
MS----MSC/VLR
RR
无线资源管理
MS----BSC
表3无线接口上的协议鉴别器
从上表中我们可以看到，BTS并没有在该表中出现，这说明移动台除了链路管理，并不与BTS对话。
（2）、BSS网络层Abis接口
Abis接口信令链路上的消息可以有许多可能的源点和宿点，如何来区分呢？
从功能角度上看，我们可将BTS和BSC之间的报文与移动台和BSC以外的实体（包括移动台和BSC）的所有其它报文区分开，更进一步应将不同的移动台即不同的信道区分开。
报文鉴别器+附加数据
源点/宿点
用途
无线链路层管理+信道参考+无线链路参考
MS——BSC或之外
无线路径消息中继
专用信道参考+信道参考
BTS——BSC
与一给定的业务信道互连
公共信道参考+信道参考
BTS——BSC
与一给定的BCCH或CCCH/RACH的互连
TRX管理
控制TRX状态
表4Abis接口上的消息鉴别器
（3）A接口
A接口承载有BSC/MSC之间的消息，以及MS/MSC之间的消息类型，如我们提到过的CC或MM消息。
这两种信息流合称为BSSAP（BSS应用部分），具体的说可分别称为BSSMAP（BSS管理单元）和DTAP（直接传送应用单元）。
除此之外，BSSMAP还要区分开来面向MS和面向BSC连接这两种消息。
3ZXG10-BSC（V2.0）
3.1基站控制器的主要功能
1.Abis接口功能
2.电路交换功能
3.分组交换功能
4.地面设备操作管理和7号信令转接功能
5.无线资源管理功能
6.码型变换及速率适配功能
7.子复用功能
3.2基站控制器的模块结构
一个ZXG10-BSS设备最多可配置9个模块，其中系统控制模块SCM可配置一个，模块编号为1号模块；
无线管理模块RMM根据容量可以配置1～8个模块，其模块编号从2～9顺序编排。
RMU单元通信管理结构框图
对于BTS站点，每个TRX需要一条LAPD链路，每个站点需要一条LAPD链路，如果一个站点只有1个TRX，需要2条LAPD；
有4个TRX，则需要5条LAPD。
AT总线是异步传送总线。
ZXG10-BSCV2.0机架排布
BSC机架设计为六种机框。
通过这六种机框的不同组合，达到实现BSC系统功能的目的。
这六种机框分别是：
控制层框BCTL；
网交换和时钟层框BNET；
码型变换及A接口功能框BATC；
Abis接口框BBIU；
子复用接口框BSMU；
GPRS机框PCU；
1）控制层（BCTL_SCU）
主备MP
共享内存板
通信板
监控板
环境检测板
2）控制层（BCTL_RMU）
MP基本结构
SCU和RMU的MP硬件相同，基本操作系统相同；
主备用方式采用软识别技术，主备MP之间通过辅助存储器交换数据；
各个模块与后台的连接采用LAN联网。
MP主要功能
1.以COMM版为辅助，与各外部接口单元通信；
2.以COMM板为辅助，控制交换网的接续；
3.利用以太网接口，实现前后台通信；
4.控制主备MP倒换；
5.控制各主备方式的功能单元的主备间的倒换；
6.处理各种通讯（LAPD、MPMP、MPPP、MTP）。
7.MP不可带电插拔，插拔MP前先将MP面板上电源开关置于OFF状态；
8.模块号通过8位拨码开关SW1按二进制编码设置，开关“ON”代表“0”，“OFF”代表“1”。
共享内存板（SMEM）
共享内存板采用EPLD完成各种控制和仲裁逻辑电路等主要功能。
MP0和MP1各通过一级缓存到达双口RAM，其中地址和控制缓冲为直通透明方式，数据缓冲则受EPLD控制，MP0和MP1可同时访问。
第2级缓冲（含地址、控制和数据〕则为分时复用2MB共享RAM开关，开关的次序受EPLD控制。
通信板（COMM/ECOM）主要功能与分类
功能：
MP的通信协处理器，完成控制信道的数据链路层功能。
通信板的工作方式与链路特性
•MP-MP，MP-PP板和七号信令板工作于负荷分担方式，可以提高通信的可靠性。
•BSC的控制层在配有PEPD板的情况下，配置12块COMM/ECOM板，每COMM/ECOM板最多可同时处理32个64kbit/s的信道，并支持256kbit/s、512kbit/s的超信道配置。
物理层为2MHW线。
每个逻辑链路（信道）可在COMM/ECOM板引出的4条HW中任意选择1～32个TS，总时隙数不超过32。
每个RMU模块的LAPD链路容量计算
1.每层RMU可配10块LAPD单板；
2.每块LAPD单班共有32条HDLC链路；
10块LAPD板共有320条LAPD链路；
3.每个TRX需要一条LAPD链路；
每层BBIU需要256条LAPD链路，每个BTS机架需要一条LAPD链路，因此可根据基站的具体设置配置LAPD单板的数量。
监控板MON原理
监控板对所有不受PP管理的单板，如电源板、时钟板、交换
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