GSM基本原理.ppt

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GSM基本原理李蔷薇GSM系统及网络结构系统及网络结构GSM信号处理相关技术信号处理相关技术无线接入原理无线接入原理GSM信道类型信道类型GSM安全性相关流程：

鉴权、加密、三参数组安全性相关流程：

鉴权、加密、三参数组GSM系统消息系统消息GSM编号系统编号系统MS的工作模式及信令流程的工作模式及信令流程小区规划过程小区规划过程目录AUCGMSCVLREIROMCMSCBSCBTSMSISDNPSPDNCSPDNPSTNPLMNSSBSS交换系统基站系统基站系统信息传输基站系统呼叫连接和信息传输HLRGIWUGIWUGSM系统结构系统结构GSM系统结构系统结构GSM系统分为两部分：

u交换系统（SS）u基站系统（BSS）交换系统（交换系统（SS）u移动业务交换中心（MSC）u拜访位置寄存器（VLR）u归属位置寄存器（HLR）u鉴权中心（AUC）u设备识别寄存器（EIR）uGSM互通工作单元（GIWU）GSM系统结构系统结构MSC：

一个MSC控制多个基站控制器，它的功能为：

u交换。

包括呼叫的建立、路由选择、呼叫监视、呼叫释放u计费。

CDRu位置更新、鉴权、加密、补充业务、切换u与VLR、HLR、GMSC、DT（GIWU）、SMS-GMSC、SMS-IWMSC、SGSN（GS）通信HLRuHLR和VLR是与呼叫建立密切相关的两个数据库。

HLR是管理部门用于管理移动用户呼叫资料的数据库。

当一个人购买电信网的移动台时，他将被登记在该网络的HLR中，HLR与各营业点的终端相连。

它储存两类数据：

u一是用户的参数，包括:

MSISDN、IMSI、用户类别、Ki，补充业务及用户的三参数组等参数。

u二是用户的位置信息，该MS目前于哪个MSC/VLR中，即MSC/VLR地址。

uHLR可与MSC合设，也可单独设置（用户永久数据库）GSM系统结构系统结构VLR：

uVLR用于寄存所有进入本交换机服务区域用户的信息。

VLR看成是分布的HLR，VLR与MSC配对合置于一个物理实体中。

（因为每次呼叫，它们之间有大量的信令传递，若分开，信令链路负荷大，所以将MSC与VLR接口做成AXE的内部接口。

）VLR中也寄存两类信息：

一是本交换区用户参数，该参数是从HLR中获得的。

二是本交换区MS的LAI（用户临时数据库）MSC/VLRMSC/VLRMSC/VLRMSC/VLRHLRHLR与与VLR的区别的区别GSM系统结构系统结构AUC：

u也是数据库。

AUC是向HLR提供出于安全原因而使用的鉴权参数和密钥。

即三参数组。

uRAND（随机数）uSRES（符号响应）uKc（密钥）u用户在签约入网时，被唯一分配一个鉴权码Ki和IMSI，存储于ACU和SIM卡中GSM系统结构系统结构EIR：

u用来检验设备的合法性，可以禁止末经批准的话机设备使用。

u它内存三种名单：

白名单-合法设备黑名单-非法设备灰名单-故障设备为什么大多数运营商不采用EIR功能？

GSM系统结构系统结构GMSC：

u称为入口移动交换局或称门道局。

u互联互通的接口（InterworkingInterface（CalltoMS））u询问功能（Interrogation）u路由选择功能（Routing）u呼叫转移功能（CallforwardtoC-No）uGMSC可以是任意的MSC，也可以单独设置。

单独设置时，不处理MS的呼叫，因此不需设VLR，不与BSC相连。

GIWU：

u是传真及数据通信的格式转换与速率适配。

u爱立信产品中该单元集成在MSC内，称DTI。

GSM系统结构系统结构基站系统（基站系统（BSS）u基站控制器（BSC/TRC）u无线基站（RBS）基站控制器（BSC/TRC）功能u处理与MS的连接。

通过分配逻辑信道来实现。

u小区数据的管理，无线信道的管理、分配、监视、释放。

u传输网络的管理。

只管理到RBS的传输网络。

u基站的操作与维护u定位与切换定位与切换u话音编码与速率适配u话务的集中与扩散GSM系统结构系统结构无线基站（RBS）功能：

RBS用来提供移动台与系统的无线接口，主要由无线收发信机构成。

u无线信号处理、发射和接收u测量服务小区的信号强度（SS）和误比特率（BER），时间提前量（TA）。

GSM系统结构系统结构网络监控中心：

uOMC一个网络可由多个OMC，主要侧重于短期的本地告警。

网元管理。

uNMC一个网络一个，它控制多个OMC，侧重长期系统范围的告警。

网络管理。

功能：

配置管理故障管理性能管理GSM系统结构系统结构GSM系统结构系统结构MSuMS=SIM+ME。

uSIM中存有：

固定信息（用户的签约信息，A3、A8），临时信息（LAI，BA表，网络标识）u没有SIM卡，MS不能接入GSM网络，但是当用于紧急业务时除外uME用于无线信号处理、发射和接收uME还测量服务小区的SS和BER，测量相邻小区BCCH载波的SS。

GSM系统结构系统结构主要接口的协议主要接口的协议uMSC与BSC之间的接口是标准的NO.7信令的接口，不同厂家的设备可以互连。

uBSC与RBS之间的接口是Abis接口，没有开放标准，因此不同厂家的BSC和RBS不能互连，只能使用同一厂家的BSC和RBS。

CME20在该接口的协议称为链路接入协议（LAPD）。

uRBS与MS的接口称为空中接口，其协议称LAPDm。

GSM的网络结构的网络结构位置区MSC区扇区PLMN区服务区小区扇区GSM的网络结构的网络结构GSM系统中：

一个小区等于一个扇区CDMA系统中：

一个小区等于三个扇区位置区（LA）u位置区由若干个小区构成u位置区就是寻呼区u在同一个位置区内不同小区移动，不用做位置更新u一个位置区只能属于某一个MSC/VLRu位置区的边界一般不能通过高话务地区，而应推到诸如山脉、湖泊和铁路边等话务稀少的地方GSM系统及网络结构系统及网络结构GSM信号处理相关技术信号处理相关技术无线接入原理无线接入原理GSM信道类型信道类型GSM安全性相关流程：

鉴权、加密、三参数组安全性相关流程：

鉴权、加密、三参数组GSM系统消息系统消息GSM编号系统编号系统MS的工作模式及信令流程的工作模式及信令流程小区规划过程小区规划过程目录GSM信号处理相关技术u信源编码技术u信道编码技术u交织技术u加密技术u调制技术GSM中采用混合编码，称规则脉冲激励长期预测线性编码（RPE-LTP）,编出的语音全速率为13Kbit/s信源编码技术目的：

纠正无线传输中随机性的差错。

编出速率为22.8kbit/s采用了分组编码和卷积编码技术信道编码技术交织技术目的：

纠正无线传输中突发性（连续性）差错普通突发脉冲串形成突发脉冲串的速率为33.8kbit/S二次交织加密技术和调制技术加密技术u加密算法是A5算法u不增加比特数u防止非法窃听调制技术uGMSK=高斯滤波器（低通）+最小频移键控u优点：

占用空中带宽窄u缺点：

抗干扰能力减弱GSM系统及网络结构系统及网络结构GSM信号处理相关技术信号处理相关技术无线接入原理无线接入原理GSM信道类型信道类型GSM安全性相关流程：

鉴权、加密、三参数组安全性相关流程：

鉴权、加密、三参数组GSM系统消息系统消息GSM编号系统编号系统MS的工作模式及信令流程的工作模式及信令流程小区规划过程小区规划过程目录FDD/TDMA技术技术FDD/TDMAGSM中使用的频率频率与信道号的关系u载频间隔为200kHZ，900MHZ频段上有124个载频，标称中心频率与频道号的关系由以下公式确定：

u上行频率f（n）8900.2n（MHZ）u下行频率f（n）9350.2n（MHZ）u1800MHZ上有374个载频，DCS1800频率编号：

u上行频率f（n）17100.2（n511）（MHZ）u下行频率f（n）18050.2（n511）（MHZ）u其中n为绝对频率号，从512885。

目前我国使用P-GSM900、E-GSM900、DCS1800频段。

在每端留有200kHZ的保护带。

中国移动公司占有E-GSM900的上行885890MHZ，下行930935MHZ，对应的频道号为10001024；占有P-GSM900的上行890909MHZ，下行935954MHZ，对应的频道号为194；占有DCS1800的上行17101720MHZ，下行18051815MHZ，对应的频道号为512562。

中国联通占有P-GSM900的上行909915，下行954960MHZ,对应的频道号是95124。

无线电波传播基础u无线电波频段的划分u无线电波传播方式u无线电波传播特性u克服衰落的方法无线电波频段的划分移动通信使用的是哪个频段？

UHFUHF段段无线电波的传播方式u地波（地表面波）传播：

长波、中波u天波传播：

中波u直线波（空间波）传播：

短波、超短波u散射传播u穿过电离层在外层空间传播无线电波的传播特性u多径效应与快衰落多径效应与快衰落u阴影效应与慢衰落阴影效应与慢衰落u路径损耗路径损耗u多普勒频移多普勒频移数字无线传输特有的问题数字无线传输特有的问题u时间色散时间色散u时间提前时间提前克服的方法是什么？

多径效应多径衰落多径衰落u由多径传播导致接收到的信号幅度出现随机起伏变化；u衰落深度可达3040dB；u又称瑞利衰落或快衰落阴影效应阴影衰落阴影衰落u由阻挡或地面的起伏不平造成信号的缓慢变化u又称正态衰落或慢衰落如何克服衰落？

如何克服衰落？

1、增加发射功率？

2、采用功率控制？

3、采用分集技术衰落储备路径损耗自由空间的路径损耗L（dB）=32.45+20lgf（MHZ）20lgd（km）多普勒频移多普勒频移当当运运动动的的物物体体达达到到一一定定的的速速度度时时，固固定定点点接接收收到到的的从从运运动动体体发发来来的的载载波波频频率率将将随随运运动动物物体体速速度度的的不不同同，产产生生不不同的频移，通常将这种现象称为同的频移，通常将这种现象称为多普勒频移多普勒频移在移动通信中，在移动通信中，MSMS移向移向BSBS时，频率变高时，频率变高MSMS远离远离BSBS时，频率变低时，频率变低克服衰落的方法分集技术u发射分集u正交发射分集（OTD）u时空扩展分集（STS）u接收分集u空间、频率、时间、极化、路径、场分量、角度分集分集接收技术u指接收端对收到的多个衰落特性相互独立（携带同一个信息数据流）的信号进行特定的处理，以降低信号电平起伏的办法；u它是利用信号的基本参量在时域、频域和空域中如何分散开又如何收集起来的技术，其含义有两个：

u一是分散传输，使收端获得多个统计独立的携带同一数据信息流的衰落信号；u二是集中合并处理把收到的独立的衰落信号进行合并以降低衰落的影响。

常用的分集接收技术u空间分集多于两副天线接收u频率分集宽带通信技术天生特点u时间分集交织、检错、纠错编码u极化分集采用极化天线，是空间分集的一种特殊情况u路径分集RAKE接收，软切换分集合并技术u合并信号的表达式u分类u选择性合并（SelectiveCombining）u等增益合并（Equal-GainCombining）u最大比合并（maximalRatioCombining）010101010101010101时间色散接收机里采用均衡器技术可以克服4个bit的时间色散在GSM系统中，比特速率为270Kbit/s，则每一比特时间为3.7us，也即是一比特对应1.1Km。

假若反射信号经过的路程比直射信号经过的路程长1.1公里，则移动台就会在接收到的有用信号中混有比它迟到一个比特时间的一个信号，即移动台同时会收到一个为“1”的信号和一个为“0”信号，这种现象会使移动台接收时的误码率升高。

出现时间色散的典型环境为山区、丘陵城市、高层金属建筑。

出现时间色散的条件：

反射路径直射路径1.1公里避免有害的时间色散的方法：

1）将BTS尽可能建在离建筑物近的地方。

2）将BTS背对反射物，天线有高的前背比。

3）MS离反射物太远。

4）MS离BTS或反射物近。

时间色散时间提前1TA=550米，工程上近似为500米。

只有通话过程中才能测到TA值，它反应了手机离基站的距离。

GSM系统及网络结构系统及网络结构GSM信号处理相关