GSM通讯与手机原理.docx

1、GSM通讯与手机原理GSM通讯与手机原理Principle of GSM Communication and Mobile PhoneEdited by Zhang Yunwang2012年3月6日目 录一、GSM数字移动通信发展史 31.1GSM系统历史背景 31.2GSM系统技术规范 4GSM规范版本演进 5二、GSM通信系统 62.1GSM通信系统的组成 62.2基站子系统（BSS） 62.2.1.MS(MobilStation)：移动台/移动用户 62.2.2.BS(BaseStation)基站 72.2.3BSC(BaseStationController)基站控制器 72.2.4B

2、TS(baseTranreciverStation)基站收发信台 72.3网路子系统（NSS） 72.3.1MSC：移动交换中心 82.3.2VLR：拜访位置寄存器 82.3.3HLR：所属位置暂存器 82.3.4AUC：鉴权中心 82.3.5EIR：设备识别暂存器 82.3.6OMC：操作维护中心 9三、GSM关键技术 93.1保密措施 93.1.1系统提供三参数组 93.1.2鉴别权力 93.1.3加密 103.1.4设备识别码 103.1.5临时识别码(TMSI) 103.1.6 PIN码 103.2 BTS和MS间Um接口 113.2.1空间接口的无线特性 113.2.1.1工作频段

3、113.2.1.2频道间隔 113.3TDMA技术 123.3.1TDMA系统特性 123.3.2TDMA频道 123.3.3TDMA帧（FRAME） 153.4基站与移动台间的时间调整 163.5话音编码 173.6信道编码 17四、GSM蜂窝系统 194.1频道管理 194.2GSM功能 194.2.1话音功能 194.2.2数据传输服务 204.2.3短消息服务 204.3GSM用户通话过程 204.4呼叫处理 214.4.1 MS主叫 214.4.2 MS被叫 21五、GSM手机 225.1GSM9001800双频手机RF部分的主要技术指标 225.2双频手机RF部分基本工作原理 22

4、5.2.1下行链路接收机单元 235.2.2上行链路发射单元 235.3几种不同的接收机RF接收方案 245.4发射单元 245.5频率合成器 245.5.1基本电路 255.5.2 IF和RF频率合成器鉴相频率 255.5.3锁定时间 255.6基带 255.7基带语音信号传输流程 275.8基带技术实现及芯片的构成 29六、GSM手机的测试 296.1主要的射频测试有： 296.2手机的话音控制能力和GSM功能测试 306.3手机测试仪器 30七、GSM手机维修的常用方法 30一、GSM数字移动通信发展史1.1GSM系统历史背景GSM数字移动通信系统是由欧洲主要电信运营者和制造厂家组成的标

5、准化委员会设计出来的，它是在蜂窝系统的基础上发展而成。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，但其复杂的控制系统，尤其是实现移动台的控制直到七十年代随着半导体技术的成熟，大规模集成电路器件和微处理器技术的发展以及表面贴装工艺的广泛应用，才为蜂窝移动通信的实现提供了技术基础。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，而北欧也于1981年9月在瑞典开通了NMT(Nordic移动电话)系统，接着欧洲先后在英国开通TACS系统，德国开通C450系统等。见下表。1991年欧洲主要蜂窝系统国家系统频带建立日期用户数(千)英国TACS90

6、019851200瑞典、挪威芬兰、丹麦NMT450900198119861300法国Radiocom2000NMT450，9004501985198930090意大利RTMSTACS4509001985199060560德国C4504501985600瑞士NMT9001987180荷兰NMT45090019851989130奥地利NMTTACS450900198419906060西班牙NMTTACS450900198219906060蜂窝移动通信的出现可以说是移动通信的一次革命。其频率复用大大提高了频率利用率并增大系统容量，网络的智能化实现了越区转接和漫游功能，扩大了客户的服务范围，但上述模拟

7、系统有四大缺点：*各系统间没有公共接口*很难开展数据承载业务*频谱利用率低无法适应大容量的需求*安全保密性差，易被窃听，易做“假机”。尤其是在欧洲系统间没有公共接口相互之间不能漫游，对客户之间造成很大的不便。GSM数字移动通信系统史源于欧洲。早在1982年，欧洲已有几大模拟蜂窝移动系统在运营，例如北欧多国的NMT（北欧移动电话）和英国的TACS（全接入通信系统），西欧其它各国也提供移动业务。当时这些系统是国内系统，不可能在国外使用。为了方便全欧洲统一使用移动电话，需要一种公共的系统，1982年北欧国家向CEPT（欧洲邮电行政大会）提交了一份建议书，要求制定900MHz频段的公共欧洲电信业务规范

8、。在这次大会上就成立了一个在欧洲电信标准学会（ETSI）技术委员会下的“移动特别小组GroupSpecialMobile，简称“GSM”，来制定有关的标准和建议书。1986年在巴黎，该小组对欧洲各国及各公司经大量研究和实验后所提出的8个建议系统进行了现场实验。1987年5月GSM成员国就数字系统采用窄带时分多址TDMA、规则脉冲激励线性预测RPE一LTP话音编码和高斯滤波最小移频键控GMSK调制方式达成一致意见。同年，欧洲17个国家的运营者和管理者签署了谅解备忘录（MoU），相互达成履行规范的协议。与此同时还成立了MoU组织，致力于GSM标准的发展。1990年完成了GSM900的规范，共产生大

9、约130项的全面建议书，不同建议书经分组而成为一套12系列。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。同年，移动特别小组还完成了制定1800MHz频段的公共欧洲电信业务的规范，名为DCSI800系统。该系统与GSM900具有同样的基本功能特性，因而该规范只占GSM建议的很小一部分，仅将GSM900和DCSI800之间的差别加以描述，绝大部分二者是通用的，二系统均可通称为GSM系统。1992年大多数欧洲GSM运

10、营者开始商用业务。到1994年5月已有50个GSM网在世界上运营，10月总客户数已超过400万，国际漫游客户每月呼叫次数超过500万，客户平均增长超过50。1993年欧洲第一个DCSI800系统投入运营。到1994年已有6个运营者采用了该系统。CTRL+Home返回目录1.2GSM系统技术规范GSM系统技术规范中只对功能和接口制定了详细规范，未对硬件做出规定。这样做目的是尽可能减少对设计者限制，又使各运营者有可能购买不同厂家的设备。GSM系统技术规范共分12章：系列01 概述02 业务方面03网路方面04MSBS接口与协议05 无线路径上的物理层06 话音编码规范07MS的终端适配器08 BS

11、MSC接口09网路互通10 业务互通11 设备和型号认可规范12操作和维护这些系列规范都是由ETSI组建的不同工作组和专家组编写而成的。1988年春天完成第一阶段标准的第一个版本，以支撑当时的投标活动。后来修改过几次，1990年以后除了传真方面的规范外，其它很少作改动，1992年底基本冻结。第二阶段标准到1993年底也基本完成了主要部分，并与1994年底冻结，为了提高系统的性能，从1994年6月又开始考虑第2阶段的有关标准的定义，后并入第二阶段标准。GSM规范版本演进当前的GSM规范版本是第二阶段增强版本(GSMPhase2+)，出现于1997年。下面看一看GSM规范各个版本之间的演进特点：P

12、hase1：在1991年发表之时，GSM仅仅提供最基本的电话和紧急呼叫服务。在随后的几年之中，也逐渐地增加了数据、短消息业务和有限的附加业务(呼叫转移、呼叫限制等)。Phase2：在1995年，不断修订的GSM规范再次被冻结，形成第二阶段版本，次年，符合第二阶段版本要求的手机也开始面世。第二阶段规范的主要特征是：G3传真；半速率话音；增强全速率话音；分层小区结构；改进的小区选择与重选机制；改进的加密算法；更多的补充业务(主叫号码显示/多方通话/呼叫等待/通话保留/呼叫等待等)；Phase2+：第二阶段以后的标准修订工作仍然在继续，但是新的版本不叫做第三阶段而是叫做第二阶段增强版本，意指移动通信

13、朝第三代的演进(注：2000年7月ETSI宣布Phase2+终止，着手进行3GPP工作，3GPP即：3rdGenerationPartnershipProject)。Phase2+并不是一个单一的版本，而是每年都有一个版本公布。Phase2+的主要特征是：14.4kbps数据；HSCSDHighSpeedCircuitSwitchedData；GPRSGeneralPacketRadioService；SIMApplicationToolkit；VoiceGroupCallService；CAMEL(IntelligentNetwork)；技术的发展使人们着手规划第三代移动通信。GPRS是GS

14、M网络朝着第三代移动通信演进的第一步。在这一步中，最重要的意义在于两点：一是在GSM网络中引入分组交换能力，二是将速率提高到100kbit/s以上。GPRS是GSMPhase2+(1997年)规范实现的内容之一，是一种基于GSM的移动分组数据业务，面向用户提供移动分组的IP或者X.25连接。于是我们可以看出移动通信演进的脉络：在第二代的数字移动网络(如GSM)中引入分组交换能力，并提升速度(在GPRS中一个MS终端可以占用一个载波的8个时隙进行数据传输)，培育移动数据通信/移动互联网业务市场，在业务的基础上，分阶段进行网络演进，将GSM网络升级到第三代系统。CTRL+Home返回目录二、GSM

15、通信系统2.1GSM通信系统的组成GSM蜂窝移动通信系统主要是由交换网路子系统（NSS）、无线基站子系统(BSS)和移动台（MS）三大部分组成，如下图所示。其中NSS与BSS之间的接口为“A”接口，BSS与MS之间的接口为“Um”接口。在模拟移动通信系统中，TACS规范只对Um接口进行了规定，而未对A接口做任何的限制。因此，各设备生产厂家对A接口都采用各自的接口协议，对Um接口遵循TACS规范。也就是说，NSS系统和BSS系统只能采用一个厂家的设备，而MS可用不同厂家的设备。CTRL+Home返回目录2.2基站子系统（BSS）基站子系统是由下列部份所构成：2.2.1.MS(MobilStation)：移动台/移动用户移动台是用户端的设备总称，它可以是车载型，便携型，手持型。在移动端有一个