《移動(dòng)通信基站》PPT課件.ppt

移 動(dòng) 通 信 基 站 安 裝 與 維 護(hù) 技 術(shù) 主 講 郭 雙 貴 華 北 局 中 職 評(píng) 委高 級(jí) 工 程 師 2021-4-21 2 第 1章 移 動(dòng) 通 信 系 統(tǒng) 概 述n 移 動(dòng) 通 信 是 指 通 信 雙 方 或 至 少 一 方 處 于 移 動(dòng)中 進(jìn) 行 信 息 交 互 的 通 信 ， 即 移 動(dòng) 體 與 移 動(dòng) 體 、移 動(dòng) 體 與 固 定 體 之 間 的 通 信 。n 按 照 移 動(dòng) 體 所 處 的 運(yùn) 動(dòng) 區(qū) 域 不 同 ， 移 動(dòng) 通 信 可分 為 陸 地 移 動(dòng) 通 信 、 海 上 移 動(dòng) 通 信 和 空 中 移 動(dòng)通 信 。n 陸 地 移 動(dòng) 通 信 以 蜂 窩 移 動(dòng) 通 信 系 統(tǒng) 應(yīng) 用 最 為 廣泛 ， 以 數(shù) 字 蜂 窩 移 動(dòng) 通 信 發(fā) 展 最 為 迅 速 ， 本 章著 重 介 紹 數(shù) 字 蜂 窩 移 動(dòng) 通 信 系 統(tǒng) 。 2021-4-21 3 第 一 節(jié) 移 動(dòng) 通 信 的 特 點(diǎn) 及 分 類(lèi) 移 動(dòng) 通 信 系 統(tǒng) 由 于 用 戶(hù) 的 移 動(dòng) 性 ， 管 理 技 術(shù) 要 比固 定 通 信 要 復(fù) 雜 ， 移 動(dòng) 通 信 網(wǎng) 中 依 靠 的 是 無(wú) 線(xiàn) 電波 的 傳 播 ， 傳 播 環(huán) 境 比 有 線(xiàn) 媒 質(zhì) 的 傳 播 特 性 復(fù) 雜 ，移 動(dòng) 通 信 有 著 與 固 定 通 信 不 同 的 特 點(diǎn) 。一 、 移 動(dòng) 通 信 的 特 點(diǎn) 1、 無(wú) 線(xiàn) 電 波 傳 播 環(huán) 境 復(fù) 雜 ： 移 動(dòng) 通 信 的 電 波 處 在 特 高 頻 （ 300 3000MHz）頻 段 ， 電 波 傳 播 主 要 方 式 是 視 距 傳 播 。 電 磁 波 在傳 播 時(shí) 不 僅 有 直 射 波 信 號(hào) ， 還 有 經(jīng) 地 面 、 建 筑 群等 產(chǎn) 生 的 反 射 、 折 射 、 繞 射 的 傳 播 ， 從 而 產(chǎn) 生 多徑 傳 播 引 起 的 快 衰 落 、 陰 影 效 應(yīng) 引 起 的 慢 衰 落 ，系 統(tǒng) 必 需 配 有 抗 衰 落 措 施 ， 才 能 保 證 正 常 運(yùn) 行 。 2021-4-21 4 2、 噪 聲 和 干 擾 嚴(yán) 重 ： 移 動(dòng) 臺(tái) 在 移 動(dòng) 時(shí) 即 受 到 環(huán)境 噪 聲 的 干 擾 ， 又 有 系 統(tǒng) 干 擾 。 由 于 系 統(tǒng) 內(nèi) 有多 個(gè) 用 戶(hù) ， 必 須 采 用 頻 率 復(fù) 用 技 術(shù) ， 系 統(tǒng) 就 有了 互 調(diào) 干 擾 、 鄰 道 干 擾 、 同 頻 干 擾 等 主 要 的 系統(tǒng) 干 擾 ， 這 就 要 求 系 統(tǒng) 有 合 理 的 同 頻 復(fù) 用 規(guī) 劃和 無(wú) 線(xiàn) 網(wǎng) 絡(luò) 優(yōu) 化 等 措 施 。3、 用 戶(hù) 的 移 動(dòng) 性 ： 用 戶(hù) 的 移 動(dòng) 性 和 移 動(dòng) 的 不 可 預(yù)知 性 ， 要 求 系 統(tǒng) 有 完 善 的 管 理 技 術(shù) 對(duì) 用 戶(hù) 的 位置 進(jìn) 行 登 記 、 跟 蹤 ， 不 因 位 置 改 變 中 斷 通 信 。4、 頻 率 資 源 有 限 ： ITU對(duì) 無(wú) 線(xiàn) 頻 率 的 劃 分 有 嚴(yán) 格規(guī) 定 ， 要 設(shè) 法 提 高 系 統(tǒng) 的 頻 率 利 用 率 。 2021-4-21 5 二 、 移 動(dòng) 通 信 的 分 類(lèi) 1. 按 服 務(wù) 對(duì) 象 分 類(lèi) ： 公 用 移 動(dòng) 通 信 和 專(zhuān) 用 移 動(dòng) 通 信 。 2. 按 組 網(wǎng) 方 式 分 類(lèi) ： 峰 窩 狀 移 動(dòng) 通 信 、 移 動(dòng) 衛(wèi) 星 通 信 、 移 動(dòng) 數(shù) 據(jù) 通信 、 公 用 無(wú) 繩 電 話(huà) 、 集 群 調(diào) 度 電 話(huà) 等 。 3. 按 工 作 方 式 分 類(lèi) ： 單 向 和 雙 向 通 信 方 式 兩 大 類(lèi) ， 雙 向 通 信 方 式 可又 分 為 單 工 、 雙 工 和 半 雙 工 通 信 方 式 。 4. 按 采 用 的 技 術(shù) 分 類(lèi) ： 分 為 模 擬 移 動(dòng) 通 信 系 統(tǒng) 和 數(shù) 字 移 動(dòng) 通 信 系 統(tǒng) 。 2021-4-21 6 第 二 節(jié) 移 動(dòng) 通 信 的 發(fā) 展 歷 程n 80年 代 發(fā) 展 起 來(lái) 的 第 一 代 模 擬 移 動(dòng) 通 信 系 統(tǒng) 。n 90年 代 初 發(fā) 展 為 第 二 代 數(shù) 字 移 動(dòng) 通 信 系 統(tǒng) 。n 現(xiàn) 正 在 建 設(shè) 第 三 代 寬 帶 數(shù) 字 移 動(dòng) 通 信 系 統(tǒng) （ 3G） 。n 3G以 寬 帶 多 媒 體 移 動(dòng) 通 信 為 目 標(biāo) ， 數(shù) 據(jù) 傳 輸 速 率 ： 高 速 移 動(dòng) 環(huán) 境 144kbit/s； 步 行 慢 速 移 動(dòng) 環(huán) 境 384kbit/s； 室 內(nèi) 靜 態(tài) 環(huán) 境 2Mbit/s；n 3G世 界 三 大 主 流 標(biāo) 準(zhǔn) ： WCDMA、 CDMA 2000、 TD-SCDMA（ 我 國(guó) 提 出的 標(biāo) 準(zhǔn) ） 。 2021-4-21 7 第 三 節(jié) 數(shù) 字 移 動(dòng) 通 信 技 術(shù)一 、 數(shù) 字 調(diào) 制 技 術(shù)n 數(shù) 字 調(diào) 制 是 使 在 信 道 上 傳 送 的 信 號(hào) 特 性 與 信 道特 性 相 匹 配 的 一 種 技 術(shù) 。 n 模 擬 語(yǔ) 音 信 號(hào) ， 經(jīng) 過(guò) 語(yǔ) 音 編 碼 所 得 到 的 數(shù) 字 信號(hào) 必 須 經(jīng) 過(guò) 調(diào) 制 才 能 實(shí) 際 傳 輸 。n 無(wú) 線(xiàn) 傳 輸 系 統(tǒng) 中 ， 是 利 用 載 波 來(lái) 攜 帶 語(yǔ) 音 編 碼信 號(hào) 的 ， 即 用 語(yǔ) 音 編 碼 后 的 數(shù) 字 信 號(hào) 對(duì) 載 波 進(jìn)行 調(diào) 制 。 n 數(shù) 字 調(diào) 制 方 式 有 以 下 幾 種 ： 2021-4-21 8 l 移 頻 鍵 控 （ FSK） ： 載 波 的 頻 率 按 照 數(shù) 字 信 號(hào) “ 1”、 “ 0”變 化 而 對(duì) 應(yīng) 變 化 ；l 移 相 鍵 控 （ PSK） ： 載 波 的 相 位 按 照 數(shù) 字 信 號(hào)“ 1”、 “ 0”變 化 而 對(duì) 應(yīng) 變 化 ；l 振 幅 鍵 控 （ ASK） ： 載 波 的 振 幅 按 照 數(shù) 字 信 號(hào)“ 1”、 “ 0”變 化 而 對(duì) 應(yīng) 變 化 。l GSM移 動(dòng) 通 信 系 統(tǒng) 采 用 高 斯 預(yù) 濾 波 最 小 移 頻 鍵 控GMSK。n 移 動(dòng) 通 信 使 用 的 調(diào) 制 技 術(shù) 還 有 ： 二 相 移 相 鍵 控（ BPSK） 、 四 相 移 相 鍵 控 （ QPSK） 、 正 交 調(diào) 幅（ QAM） ,頻 譜 利 用 率 較 高 ,設(shè) 計(jì) 難 度 和 成 本 較 高 。 2021-4-21 9 二 、 多 址 技 術(shù) n 多 址 技 術(shù) 就 是 把 多 個(gè) 用 戶(hù) 接 入 一 個(gè) 傳 輸 媒 質(zhì) 實(shí)現(xiàn) 相 互 間 通 信 時(shí) ， 給 每 個(gè) 用 戶(hù) 信 號(hào) 賦 予 不 同 的特 征 ， 以 區(qū) 分 不 同 的 用 戶(hù) 的 技 術(shù) 。n 常 用 的 多 址 方 式 ： 頻 分 多 址 （ FDMA） 、 時(shí) 分 多 址 （ TDMA） 和 碼 分多 址 （ CDMA） 。n GSM系 統(tǒng) 使 用 ： 頻 分 多 址 （ FDMA） /時(shí) 分 多 址（ TDMA） 混 和 多 址 方 式 ， 即 FDMA/TDMA。 n 3G系 統(tǒng) 多 址 方 式 使 用 ： 碼 分 多 址 （ CDMA)方 式 。 2021-4-21 10 1、 頻 分 多 址 （ FDMA）n FDMA是 把 工 作 頻 段 劃 分 成 多 個(gè) 無(wú) 線(xiàn) 載 頻 ， 每 一 個(gè) 載頻 信 道 可 以 傳 輸 一 路 語(yǔ) 音 或 控 制 信 息 ， 通 信 時(shí) 不 同的 MS占 用 不 同 的 頻 率 信 道 進(jìn) 行 通 信 。n FDMA的 特 點(diǎn) ：（ 1） 信 道 的 帶 寬 較 窄 （ 25 30KHz） ， 相 鄰 頻 道 要留 有 防 護(hù) 頻 帶 ；（ 2） 與 TDMA系 統(tǒng) 比 ， FDMA系 統(tǒng) 的 復(fù) 雜 程 度 低 。（ 3） 采 用 單 路 單 載 波 （ SCPC） 設(shè) 計(jì) ， 需 使 用 高 性能 的 射 頻 （ RF） 帶 通 濾 波 器 來(lái) 減 少 鄰 道 干 擾 ， 成本 較 高 。 2021-4-21 11 2、 時(shí) 分 多 址 （ TDMA）n TDMA是 把 時(shí) 間 分 成 周 期 性 的 幀 ， 每 一 幀 再 分割 成 若 干 時(shí) 隙 ， 一 個(gè) 時(shí) 隙 就 是 一 個(gè) 通 信 信 道 。n 通 信 時(shí) ， 給 每 個(gè) 用 戶(hù) 分 配 一 個(gè) 時(shí) 隙 ， 使 各 移 動(dòng)臺(tái) 在 每 幀 內(nèi) 只 能 按 指 定 的 時(shí) 隙 向 基 站 發(fā) 射 或 接收 信 號(hào) 。 同 一 個(gè) 頻 道 就 可 供 幾 個(gè) 用 戶(hù) 同 時(shí) 進(jìn) 行通 信 。n GSM系 統(tǒng) 無(wú) 線(xiàn) 路 徑 上 采 用 TDMA方 式 ， 每 一 個(gè)載 頻 可 分 成 8個(gè) 時(shí) 隙 ， 一 個(gè) 時(shí) 隙 為 一 個(gè) 信 道 ， 一個(gè) 載 頻 最 多 可 有 8個(gè) 移 動(dòng) 用 戶(hù) 同 時(shí) 進(jìn) 行 通 信 。 2021-4-21 12 n 如 下 圖 所 示 的 頻 分 多 址 和 時(shí) 分 多 址 方 式 ： a. FDMA b. TDMA 2021-4-21 13 n 時(shí) 分 多 址 （ TDMA） 的 特 點(diǎn) （ 1） TDMA系 統(tǒng) 中 幾 個(gè) 用 戶(hù) 共 享 同 一 個(gè) 載 頻 ， 但每 個(gè) 用 戶(hù) 使 用 彼 此 互 不 重 疊 的 時(shí) 隙 。 （ 2） TDMA系 統(tǒng) 中 的 數(shù) 據(jù) 發(fā) 射 是 不 連 續(xù) 的 ， 是 以突 發(fā) 方 式 發(fā) 射 ， 耗 電 較 少 ， 移 動(dòng) 臺(tái) 可 在 空 閑 的 時(shí)隙 里 監(jiān) 聽(tīng) 其 他 基 站 ， 使 越 區(qū) 切 換 大 為 簡(jiǎn) 化 。 （ 3） 共 享 設(shè) 備 的 成 本 低 ， 每 一 載 頻 為 許 多 用 戶(hù) 提供 業(yè) 務(wù) ， 用 戶(hù) 平 均 成 本 大 大 低 于 FDMA系 統(tǒng) 。 （ 4） 移 動(dòng) 臺(tái) 復(fù) 雜 ， 它 需 要 處 理 復(fù) 雜 的 數(shù) 字 信 號(hào) 。 2021-4-21 14 3、 碼 分 多 址 （ CDMA） 移 動(dòng) 通 信 中 ， 多 個(gè) 用 戶(hù) 使 用 的 頻 率 和 時(shí) 間 都 是 相同 的 ， 而 給 每 個(gè) 移 動(dòng) 臺(tái) 分 配 一 個(gè) 獨(dú) 立 的 碼 序 列 ，這 種 用 不 同 的 正 交 編 碼 序 列 來(lái) 區(qū) 分 不 同 移 動(dòng) 用 戶(hù)的 通 信 方 式 ， 稱(chēng) 為 碼 分 多 址 。n 碼 分 多 址 （ CDMA)的 特 點(diǎn) （ 1） 系 統(tǒng) 容 量 大 。 CDMA 無(wú) 線(xiàn) 信 道 容 量 比 FDMA大 近 10倍 。 （ 2） 有 很 強(qiáng) 的 抑 制 干 擾 和 多 徑 衰 落 的 能 力 。 CDMA的 擴(kuò) 頻 系 統(tǒng) 可 以 把 多 徑 干 擾 信 號(hào) 解 擴(kuò) 去 除 。 （ 3） 具 有 軟 容 量 和 小 區(qū) 呼 吸 功 能 。 系 統(tǒng) 忙 時(shí) 只 需少 許 增 加 系 統(tǒng) 噪 聲 就 可 增 加 通 話(huà) 用 戶(hù) ， 即 所 謂 軟容 量 。 小 區(qū) 呼 吸 功 能 是 指 負(fù) 荷 量 動(dòng) 態(tài) 控 制 。 2021-4-21 15 （ 4） 軟 切 換 。 當(dāng) 移 動(dòng) 臺(tái) 超 越 小 區(qū) 或 扇 區(qū) 時(shí) ， 由 于工 作 頻 率 相 同 ， 只 是 地 址 碼 序 列 不 同 ， 不 需 要 頻率 的 切 換 ， 稱(chēng) 之 為 軟 切 換 。 軟 切 換 是 先 接 后 斷 切換 ， 軟 切 換 可 靠 性 高 。 （ 5） 存 在 多 址 干 擾 和 遠(yuǎn) 近 效 應(yīng) 。 CDMA的 地 址 碼不 可 能 完 全 正 交 ， 在 解 擴(kuò) 過(guò) 程 中 必 然 帶 來(lái) 用 戶(hù) 間的 干 擾 ； CDMA的 信 道 也 采 用 地 址 碼 分 割 ， 并 切公 用 載 波 ， 增 加 信 道 的 同 時(shí) 干 擾 也 增 加 。 CDMA系 統(tǒng) 通 過(guò) 自 動(dòng) 功 率 控 制 減 輕 其 影 響 。n 由 于 信 道 地 址 碼 的 相 互 作 用 ， 任 何 一 個(gè) 信 道 將 受到 其 他 不 同 地 址 碼 信 道 的 干 擾 ， 稱(chēng) 為 多 址 干 擾 。 2021-4-21 16 n CDMA系 統(tǒng) 的 多 址 干 擾 直 接 限 制 容 量 的 擴(kuò) 大 。 碼 分 多 址 技 術(shù) 是 基 于 以 下 兩 種 擴(kuò) 頻 通 信 方 式 ： （ 1） 跳 頻 技 術(shù) 跳 頻 技 術(shù) 是 擴(kuò) 頻 通 信 中 的 一 種 ， GSM系 統(tǒng) 中使 用 跳 頻 技 術(shù) ， 其 主 要 功 能 是 可 有 效 地 減 小 傳播 信 道 對(duì) 某 個(gè) 頻 率 的 選 擇 性 衰 落 ； 可 避 免 多 徑信 號(hào) 的 干 擾 。 跳 頻 分 為 基 帶 跳 頻 和 射 頻 跳 頻 兩 種 。 如 圖 所 示 。 （ a） 基 帶 跳 頻 （ b） 射 頻 跳 頻 （ 2） 擴(kuò) 頻 技 術(shù) 2021-4-21 17TRXn TRX2TRX1 耦 合 器基 帶 信 號(hào) 時(shí) 隙交 叉控 制 圖 1.2（ a） 基 帶 跳 頻 2021-4-21 18PN碼 發(fā) 生 器 可 變 頻 率 合 成 器射 頻 調(diào) 制 頻 率 合 成 器射 頻 調(diào) 制 耦 合 器基 帶 信 令基 帶 信 息 F0F1-Fn圖 1.2（ b） 射 頻 跳 頻 2021-4-21 19 擴(kuò) 頻 通 信 是 將 信 息 信 號(hào) 的 頻 譜 擴(kuò) 展 后 再 進(jìn) 行 傳輸 ， 提 高 了 系 統(tǒng) 的 抗 干 擾 能 力 ， 在 強(qiáng) 干 擾 甚 至信 號(hào) 被 噪 聲 淹 沒(méi) 的 情 況 下 ， 能 保 證 可 靠 通 信 。 常 用 的 擴(kuò) 頻 通 信 技 術(shù) 如 下 ：l 直 接 擴(kuò) 頻 （ DS） 將 要 傳 輸 的 信 息 數(shù) 據(jù) 用 高速 偽 隨 機(jī) 碼 序 列 調(diào) 制 ， 由 于 偽 隨 機(jī) 序 列 的 速 率（ 帶 寬 ） 遠(yuǎn) 大 于 信 息 數(shù) 據(jù) 速 率 ， 使 要 傳 遞 信 息數(shù) 據(jù) 信 號(hào) 的 頻 譜 被 展 寬 。l 跳 頻 （ FH） 荷 載 信 息 的 信 號(hào) 受 偽 隨 機(jī) 序 列的 控 制 ， 在 一 組 預(yù) 先 指 定 的 頻 率 上 離 散 地 跳 變 ，從 而 擴(kuò) 展 了 發(fā) 射 信 號(hào) 的 頻 譜 。 2021-4-21 20 三 、 雙 工 方 式 1、 頻 分 雙 工 （ FDD） ： 收 發(fā) 信 各 占 用 一 個(gè) 頻 率 。 優(yōu) 點(diǎn) 是 收 、 發(fā) 信 號(hào) 同 時(shí) 進(jìn) 行 ， 時(shí) 延 小 ， 技 術(shù) 成 熟 ，缺 點(diǎn) 是 設(shè) 備 成 本 高 。 2、 時(shí) 分 雙 工 （ TDD） ： 收 發(fā) 信 使 用 同 一 個(gè) 頻 率 ,但 使 用 不 同 時(shí) 隙 。 優(yōu) 點(diǎn) 是 頻 譜 利 用 靈 活 ,上 、 下 行 使 用 相 同 的 頻 率 ，傳 輸 特 性 相 同 ， 有 利 于 使 用 智 能 天 線(xiàn) ,無(wú) 收 發(fā) 間隔 要 求 ,支 持 不 對(duì) 稱(chēng) 業(yè) 務(wù) ,設(shè) 備 成 本 低 等 。 缺 點(diǎn) 是 小 區(qū) 半 徑 小 ,抗 快 衰 落 和 多 普 勒 效 應(yīng) 的 能力 低 于 FDD,終 端 移 動(dòng) 速 度 不 能 超 過(guò) 120km/h。 2021-4-21 21 四 、 頻 率 復(fù) 用 技 術(shù) 在 移 動(dòng) 通 信 系 統(tǒng) 中 ， 頻 率 資 源 有 限 ， 為 提 高 頻 譜利 用 率 ， 在 相 隔 一 定 距 離 后 重 新 使 用 相 同 的 頻 率組 ， 這 種 采 用 同 頻 復(fù) 用 和 頻 率 分 組 來(lái) 提 高 頻 率 利用 率 方 式 ， 就 是 頻 率 復(fù) 用 技 術(shù) 。n 實(shí) 際 應(yīng) 用 中 常 采 用 4/12 和 3/9 頻 率 復(fù) 用 分 組方 式 。 即 將 12組 頻 率 輪 流 分 配 到 4個(gè) 基 站 和 將 9組頻 率 輪 流 分 配 到 3個(gè) 基 站 ， 每 個(gè) 站 點(diǎn) 可 用 到 3個(gè) 頻率 組 。n 頻 率 復(fù) 用 會(huì) 帶 來(lái) 小 區(qū) 間 的 干 擾 ， GSM系 統(tǒng) 要 求 ： 同 頻 干 擾 保 護(hù) 比 C/I 9dB 鄰 頻 干 擾 保 護(hù) 比 C/I -9dB 2021-4-21 22 A3 D2B1 C3 B2D1 D3 A2C1 B3 C2A1 B3 C2A1 A3 A1B1 D1 D3D2C3 B2A1 C3D2 C3 C1D2B1C2A1A2C1 D3圖 1.3 按 4/12方 式 復(fù) 用 的 小 區(qū) 示 意 圖 2021-4-21 23 A3 C2B1 B3 A2C1 C3 B2A1 A3 C2B1 B3 A2C1 B3 A1C1 A1 A32C3 B2A1 A3A3 C3 C1B2A1B2A1A2C1 B3圖 1.5 按 3/9方 式 復(fù) 用 的 小 區(qū) 示 意 圖 2021-4-21 24 第 四 節(jié) 無(wú) 線(xiàn) 電 頻 譜 管 理 與 使 用 1、 無(wú) 線(xiàn) 電 頻 譜 管 理 2、 移 動(dòng) 通 信 的 頻 譜 特 性 和 管 理 2021-4-21 25 第 2章 GSM系 統(tǒng) 的 基 本 原 理n GSM是 全 球 第 一 個(gè) 標(biāo) 準(zhǔn) 化 的 數(shù) 字 蜂 窩 移 動(dòng) 通 信 系統(tǒng) ， 它 對(duì) 數(shù) 字 調(diào) 制 方 式 、 網(wǎng) 絡(luò) 結(jié) 構(gòu) 和 業(yè) 務(wù) 種 類(lèi) 等進(jìn) 行 標(biāo) 準(zhǔn) 化 規(guī) 范 ， GSM系 統(tǒng) 可 以 提 供 全 球 漫 游 。n 主 要 特 點(diǎn)1、 頻 譜 效 率 高 ： 采 用 了 高 效 調(diào) 制 器 、 信 道 編 碼 和語(yǔ) 音 編 碼 等 技 術(shù) ， 系 統(tǒng) 具 有 高 頻 譜 效 率 。2、 容 量 大 ： 比 TACS（ 模 擬 移 動(dòng) 通 信 系 統(tǒng) ） 高 3-5倍3、 話(huà) 音 質(zhì) 量 好 ： 接 收 信 號(hào) 在 門(mén) 限 值 以 上 時(shí) ， 達(dá) 到 與 有 線(xiàn) 傳 輸 相 同的 水 平 而 與 無(wú) 線(xiàn) 傳 輸 質(zhì) 量 無(wú) 關(guān) 。 2021-4-21 26 4、 開(kāi) 放 的 接 口 ： GSM系 統(tǒng) 從 空 中 接 口 到 網(wǎng) 絡(luò) 之 間 以 及 網(wǎng) 絡(luò) 中 各 實(shí) 體之 間 ， 提 供 的 接 口 都 是 開(kāi) 放 性 的 。 5、 安 全 性 高 ： 通 過(guò) 鑒 權(quán) 、 加 密 和 TMSI（ 臨 時(shí) 用 戶(hù)識(shí) 別 碼 ） 號(hào) 碼 的 使 用 ， 實(shí) 現(xiàn) 了 安 全 保 護(hù) ， 鑒 權(quán) 用 來(lái)驗(yàn) 證 用 戶(hù) 的 入 網(wǎng) 權(quán) 力 ， 加 密 防 止 有 人 跟 蹤 而 泄 漏 地理 位 置 。 6、 可 與 ISDN（ 綜 合 業(yè) 務(wù) 數(shù) 據(jù) 網(wǎng) ） 、 PSTN（ 公 用 電 話(huà)網(wǎng) ） 等 互 連 ， 與 其 它 網(wǎng) 絡(luò) 互 連 是 利 用 現(xiàn) 有 接 口 。 n 在 SIM卡 基 礎(chǔ) 上 實(shí) 現(xiàn) 漫 游 ， 漫 游 是 移 動(dòng) 通 信 的 重 要特 征 ， GSM系 統(tǒng) 可 以 提 供 全 球 漫 游 。 2021-4-21 27 第 一 節(jié) GSM系 統(tǒng) 的 結(jié) 構(gòu)一 、 GSM系 統(tǒng) 的 結(jié) 構(gòu) 主 要 由 移 動(dòng) 臺(tái) （ MS） 、 基 站 子 系 統(tǒng) （ BSS） 和 網(wǎng) 絡(luò) 子 系 統(tǒng) （ NSS） 三 部 分組 成 。 GSM系 統(tǒng) 通 過(guò) 一 定 的 網(wǎng) 絡(luò) 接 口 和 用 戶(hù) 連接 。 其 結(jié) 構(gòu) 方 框 圖 見(jiàn) 圖 2.1 2021-4-21 28 SMC圖 2.1 GSM系 統(tǒng) 的 結(jié) 構(gòu) 圖 2021-4-21 29 1.移 動(dòng) 臺(tái) （ MS） ： 是 移 動(dòng) 用 戶(hù) 設(shè) 備 部 分 ， 由 移 動(dòng) 終 端 和 用 戶(hù) 識(shí) 別 卡(SIM)兩 部 分 組 成 ， 移 動(dòng) 終 端 是 “ 機(jī) ” ， SIM卡 是“ 身 份 卡 ” ， 存 有 認(rèn) 證 用 戶(hù) 身 份 的 所 有 信 息 。 SIM卡 還 存 儲(chǔ) 與 網(wǎng) 絡(luò) 和 用 戶(hù) 有 關(guān) 的 管 理 數(shù) 據(jù) ， 只 有 插 入SIM卡 后 移 動(dòng) 臺(tái) 才 能 接 入 進(jìn) 網(wǎng) 。2.基 站 子 系 統(tǒng) （ BSS） ： 由 基 站 控 制 器 （ BSC） 和 基 站 收 發(fā) 信 機(jī) （ BTS） 兩 部分 組 成 ， 是 GSM系 統(tǒng) 的 基 本 組 成 部 分 。n 基 站 控 制 器 （ BSC） ： 具 有 對(duì) 一 個(gè) 或 多 個(gè) BTS進(jìn) 行控 制 的 功 能 ， 主 要 負(fù) 責(zé) 無(wú) 線(xiàn) 資 源 管 理 、 小 區(qū) 配 置 數(shù)據(jù) 管 理 、 功 率 控 制 、 定 位 和 切 換 等 。 基 站 控 制 器 （ BSC)是 一 個(gè) 很 強(qiáng) 的 業(yè) 務(wù) 控 制 點(diǎn) 。 2021-4-21 30 n 基 站 收 發(fā) 信 臺(tái) （ BTS） ： 是 無(wú) 線(xiàn) 接 口 設(shè) 備 ， 主 要 包 括 無(wú) 線(xiàn) 發(fā) 射 和 接 收 設(shè) 備 、天 線(xiàn) 設(shè) 備 及 信 號(hào) 處 理 部 分 。 完 成 無(wú) 線(xiàn) 傳 輸 、 有 線(xiàn)與 無(wú) 線(xiàn) 轉(zhuǎn) 換 、 分 集 、 加 密 、 跳 頻 等 。 實(shí) 現(xiàn) BTS 與 MS 之 間 無(wú) 線(xiàn) 傳 輸 和 相 關(guān) 控 制 功 能 。3.網(wǎng) 絡(luò) 子 系 統(tǒng) （ NSS） ： 由 移 動(dòng) 業(yè) 物 交 換 中 心（ MSC） 、 來(lái) 訪(fǎng) 用 戶(hù) 位 置 寄 存 器 （ VLR） 、 歸 屬 用戶(hù) 位 置 寄 存 器 （ HLR） 、 鑒 權(quán) 中 心 （ AUC） 和 移 動(dòng)設(shè) 備 識(shí) 別 寄 存 器 （ EIR） 、 短 消 息 業(yè) 物 中 心 （ SMC)等 單 元 組 成 。 主 要 完 成 交 換 功 能 和 用 戶(hù) 數(shù) 據(jù) 與 移動(dòng) 性 管 理 、 安 全 性 管 理 所 需 的 數(shù) 據(jù) 庫(kù) 功 能 。 2021-4-21 31 （ 1） 移 動(dòng) 業(yè) 務(wù) 交 換 中 心 （ MSC） ：n 是 GSM系 統(tǒng) 的 核 心 ， 它 一 側(cè) 和 BSS接 口 ， 另 一 側(cè)與 外 部 網(wǎng) 絡(luò) 接 口 ， 主 要 提 供 交 換 功 能 ， MSC可 以從 HLR、 VLR和 AUC中 獲 取 有 關(guān) 處 理 用 戶(hù) 位 置 登 記和 呼 叫 請(qǐng) 求 的 全 部 數(shù) 據(jù) ， 支 持 位 置 登 記 和 更 新 、越 區(qū) 切 換 、 漫 游 和 計(jì) 費(fèi) 功 能 。n 外 部 網(wǎng) 絡(luò) 用 戶(hù) 與 GSM用 戶(hù) 之 間 呼 叫 時(shí) ， 外 部 網(wǎng) 絡(luò)用 戶(hù) 首 先 被 接 到 入 口 移 動(dòng) 交 換 中 心 （ GMSC 網(wǎng)關(guān) 移 動(dòng) 業(yè) 務(wù) 交 換 中 心 ） ， 它 負(fù) 責(zé) 獲 取 移 動(dòng) 用 戶(hù)的 位 置 信 息 ， 并 把 呼 叫 轉(zhuǎn) 移 到 可 向 被 叫 用 戶(hù) 提供 服 務(wù) 的 MSC。 2021-4-21 32 （ 2） 來(lái) 訪(fǎng) 用 戶(hù) 位 置 寄 存 器 （ VLR） ： 是 一 個(gè) 動(dòng) 態(tài)用 戶(hù) 數(shù) 據(jù) 庫(kù) ， 存 儲(chǔ) 著 進(jìn) 入 其 控 制 區(qū) 域 內(nèi) 來(lái) 訪(fǎng) 的 移動(dòng) 用 戶(hù) 的 有 關(guān) 數(shù) 據(jù) 。 這 些 數(shù) 據(jù) 是 從 該 用 戶(hù) 的 歸 屬位 置 寄 存 器 獲 得 并 暫 存 的 ， 當(dāng) 該 用 戶(hù) 離 開(kāi) 它 的 控制 區(qū) 域 時(shí) ， 暫 時(shí) 存 儲(chǔ) 的 該 用 戶(hù) 數(shù) 據(jù) 即 被 刪 除 。VLR可 以 看 作 是 一 個(gè) 動(dòng) 態(tài) 用 戶(hù) 數(shù) 據(jù) 庫(kù) 。 VLR總 是 和 MSC集 成 在 一 起 的 （ MSC/VLR） 。 （ 3） 歸 屬 用 戶(hù) 位 置 寄 存 器 （ HLR） ： 它 也 是 一 個(gè)數(shù) 據(jù) 庫(kù) ， 存 儲(chǔ) 著 該 GSM系 統(tǒng) 業(yè) 務(wù) 區(qū) 內(nèi) 所 有 移 動(dòng) 用戶(hù) 的 有 關(guān) 數(shù) 據(jù) 。 存 儲(chǔ) 的 靜 態(tài) 數(shù) 據(jù) 有 ： 移 動(dòng) 用 戶(hù) 號(hào) 碼 、 訪(fǎng) 問(wèn) 能 力 、用 戶(hù) 類(lèi) 別 和 補(bǔ) 充 業(yè) 務(wù) 等 ， 還 暫 存 移 動(dòng) 用 戶(hù) 漫 游 時(shí)的 有 關(guān) 動(dòng) 態(tài) 信 息 數(shù) 據(jù) 。 2021-4-21 33 （ 4） 鑒 權(quán) 中 心 （ AUC） ： 用 于 產(chǎn) 生 為 確 定 移 動(dòng) 用 戶(hù) 的 身 份 和 對(duì) 呼 叫 保 密 所 需 監(jiān) 權(quán) 、 加 密 的 3個(gè) 參 數(shù)（ 隨 機(jī) 數(shù) RAND. 響 應(yīng) 數(shù) SRES. 密 鑰 Kc） 。 （ 5） 移 動(dòng) 設(shè) 備 識(shí) 別 寄 存 器 （ EIR） ： 也 是 一 個(gè) 數(shù) 據(jù) 庫(kù) ，存 儲(chǔ) 有 關(guān) 移 動(dòng) 臺(tái) 設(shè) 備 識(shí) 別 碼 （ IMSI） 。 通 過(guò) 核 查 白 色 、 黑 色 和 灰 色 三 種 清 單 ， 完 成 對(duì) 移 動(dòng)設(shè) 備 的 識(shí) 別 、 監(jiān) 視 、 閉 鎖 功 能 ， 以 防 止 非 法 移 動(dòng) 臺(tái)的 使 用 。 （ 6） 短 消 息 業(yè) 務(wù) 中 心 （ SMC） ： 短 消 息 業(yè) 務(wù) 是 一 種類(lèi) 似 傳 呼 機(jī) 的 業(yè) 務(wù) 功 能 ， 在 移 動(dòng) 用 戶(hù) 和 移 動(dòng) 用 戶(hù) 之間 或 移 動(dòng) 用 戶(hù) 和 固 定 用 戶(hù) 之 間 發(fā) 送 較 短 的 信 息 。 2021-4-21 34 4. 操 作 維 護(hù) 中 心 （ OMC） 操 作 維 護(hù) 中 心 ， 是 對(duì) 整 個(gè) GSM網(wǎng) 絡(luò) 進(jìn) 行 控 制 和 操 作 。通 過(guò) 它 實(shí) 現(xiàn) 對(duì) GSM系 統(tǒng) 內(nèi) 的 自 檢 、 故 障 診 斷 和 處 理 、話(huà) 務(wù) 量 統(tǒng) 計(jì) 和 計(jì) 費(fèi) 數(shù) 據(jù) 的 記 錄 和 傳 遞 ， 以 及 各 種 參數(shù) 的 收 集 、 分 析 與 顯 示 等 。 5. GSM的 網(wǎng) 絡(luò) 接 口 如 圖 5.2所 示 。 （ 1） 主 要 接 口 GSM主 要 接 口 是 指 A接 口 、 Abis接 口 和 U m 接 口 。 這 三 種 接 口 可 保 證 不 同 廠 商 生 產(chǎn) 的 MS、 BSS及 NSS等 設(shè) 備 能 夠 納 入 GSM系 統(tǒng) 中 正 常 運(yùn) 行 和 使 用 。 2021-4-21 35 BTSMS VLRMSCEIRBSC HLRVLRMSCUm Abis A BC DE F G圖 2.2 GSM系 統(tǒng) 的 接 口 2021-4-21 36 1） A接 口 。 n A接 口 為 NSS與 BSS之 間 的 通 信 接 口 。 從 系 統(tǒng) 實(shí) 體 來(lái) 看 ， 就 是 MSC與 BSC之 間 的 互 連 接口 ， 其 網(wǎng) 絡(luò) 連 接 是 通 過(guò) 采 用 標(biāo) 準(zhǔn) 的 2.048Mbit/s的 PCM數(shù) 字 傳 輸 鏈 路 來(lái) 實(shí) 現(xiàn) 的 。n A接 口 傳 送 的 信 息 包 括 對(duì) 移 動(dòng) 臺(tái) 和 基 站 的 管 理 、移 動(dòng) 性 及 呼 叫 接 續(xù) 管 理 等 。 2） Abis接 口 。 是 基 站 子 系 統(tǒng) 的 BSC與 BTS之 間的 通 信 接 口 。 它 是 采 用 標(biāo) 準(zhǔn) 的 2.048Mbit/s或64Kbit/s的 PCM數(shù) 字 傳 輸 鏈 路 來(lái) 實(shí) 現(xiàn) 。 Abis接 口 支 持 所 有 向 用 戶(hù) 提 供 的 服 務(wù) ， 支 持 對(duì)BTS無(wú) 線(xiàn) 設(shè) 備 的 控 制 和 無(wú) 線(xiàn) 資 源 的 分 配 。 2021-4-21 37 3） Um接 口 （ 空 中 接 口 ） 。 Um接 口 定 義 為 MS 和 BTS 之 間 的 無(wú) 線(xiàn) 通 信 接 口 ，是 GSM系 統(tǒng) 中 最 重 要 、 最 復(fù) 雜 的 接 口 ， 包 含 信 令接 口 和 物 理 接 口 兩 方 面 的 含 義 。 網(wǎng) 絡(luò) 子 系 統(tǒng) （ NSS） 內(nèi) 部 接 口 。 NSS內(nèi) 部 接 口 有 ： B接 口 、 C接 口 、 D接 口 、 E接 口 、F接 口 、 G接 口 。 GSM系 統(tǒng) 與 其 它 公 用 網(wǎng) 絡(luò) 接 口 。 GSM通 過(guò) 移 動(dòng) 業(yè) 務(wù) 交 換 中 心 MSC 與 PSTN、 ISDN等 公 用 網(wǎng) 絡(luò) 連 接 ， 一 般 采 用 No.7信 令 接 口 ， 其 物理 連 接 是 2.048Mbit/s的 PCM數(shù) 字 傳 輸 鏈 路 。 2021-4-21 38 第 二 節(jié) GSM的 TDMA 信 道n GSM系 統(tǒng) 的 無(wú) 線(xiàn) 網(wǎng) 絡(luò) ， 由 小 區(qū) 構(gòu) 成 ， 每 個(gè) 小 區(qū) 有 多個(gè) 載 頻 ， 每 個(gè) 載 頻 又 有 8個(gè) 時(shí) 隙 ， 即 8個(gè) 物 理 信 道 。n GSM 采 用 FDMA/TDMA 的 混 和 接 入 方 式 。 下 面 介 紹 FDMA/TDMA接 入 方 式 中 的 無(wú) 線(xiàn) 信 道 。 一 、 TDMA 信 道n TDMA信 道 ： 可 分 為 物 理 信 道 和 邏 輯 信 道 。n 物 理 信 道 ： 一 個(gè) 物 理 信 道 就 是 一 個(gè) 時(shí) 隙 。n 邏 輯 信 道 ： 是 根 據(jù) BTS 與 MS 之 間 傳 遞 的 消 息 種類(lèi) 不 同 而 定 義 的 不 同 邏 輯 信 道 ， 邏 輯 信 道 要 通 過(guò)BTS影 射 到 不 同 的 物 理 信 道 上 來(lái) 傳 送 ， 從 BTS到 MS的方 向 稱(chēng) 為 下 行 鏈 路 ， 從 MS到 BTS方 向 稱(chēng) 為 上 行 鏈 路 。 2021-4-21 39 邏 輯 信 道 又 可 分 為 業(yè) 務(wù) 信 道 和 控 制 信 道 。1、 業(yè) 務(wù) 信 道 （ TCH） 用 于 傳 送 數(shù) 字 話(huà) 音 或 數(shù) 據(jù) ， 還 有 少 量 控 制 信 令 。 業(yè) 務(wù) 信 道 可 分 為 ： 語(yǔ) 音 業(yè) 務(wù) 信 道 和 數(shù) 據(jù) 業(yè) 務(wù) 信 道 ，在 TCH中 可 安 排 慢 速 隨 路 控 制 信 道 （ SACCH)或 快 速 隨路 控 制 信 道 （ FACCH)。2、 控 制 信 道 （ CCH） 用 于 傳 送 信 令 或 同 步 數(shù) 據(jù) 。 根 據(jù) 所 完 成 的 功 能 把 控 制 信 道 分 為 ： 廣 播 信 道 (BCH)、 公 共 控 制 信 道(CCCH)和 專(zhuān) 用 控 制 信 道 (DCCH)。 （ 1） 廣 播 信 道 （ BCH） ： 用 于 基 站 向 移 動(dòng) 臺(tái) 廣 播 公 用 2021-4-21 40 用 于 基 站 向 移 動(dòng) 臺(tái) 廣 播 公 用 信 息 。 BCH包 括 廣 播 控 制 信 道 （ BCCH） 、 頻 率 校 正 信 道（ FCCH） 和 同 步 信 道 （ SCH） 。 它 們 攜 帶 的 信 息 目 標(biāo) 是 小 區(qū) 內(nèi) 所 有 手 機(jī) ， 是 一 點(diǎn) 對(duì) 多 點(diǎn) 的 單 向 的 下 行 信 道 。（ 2） 公 共 控 制 信 道 （ CCCH） ： 用 于 傳 輸 MS接 入 過(guò)程 中 所 需 的 控 制 指 令 。 接 入 許 可 信 道 （ AGCH） 、尋 呼 信 道 （ PCH） 、 小 區(qū) 廣 播 控 制 信 道 （ CBCH）和 隨 機(jī) 接 入 信 道 （ RACH） 。（ 3） 專(zhuān) 用 控 制 信 道 （ DCCH） ： 是 一 種 雙 向 控 制 信 道 ，其 用 途 是 在 呼 叫 接 續(xù) 階 段 以 及 在 通 信 進(jìn) 行 中 ， 在 MS 和 BTS 之 間 傳 輸 必 需 的 控 制 信 息 。 又 分 為 SDCCH、 SACCH 和 FACCH。 2021-4-21 41 二 、 TDMA 幀 結(jié) 構(gòu) n GSM系 統(tǒng) TDMA的 物 理 信 道 ， 是 用 幀 來(lái) 描 述 的 ，每 一 個(gè) 載 頻 被 定 義 為 一 個(gè) 幀 。n 每 個(gè) 幀 的 周 期 是 4.615ms， 包 括 8個(gè) 時(shí) 隙 ： TS0 TS7, 每 個(gè) 時(shí) 隙 占 0.577ms。n TDMA幀 的 編 號(hào) 以 超 高 幀 為 周 期 的 ： 從 0 2715647， 每 2715648個(gè) TDMA幀 為 一 個(gè)超 高 幀 。n 一 個(gè) 超 高 幀 由 2048個(gè) 超 幀 組 成 ， 一 個(gè) 超 幀 的幀 長(zhǎng) 為 6.12s， 它 由 51業(yè) 務(wù) 復(fù) 幀 或 26個(gè) 控 制 復(fù)幀 組 成 。 2021-4-21 42 第 三 節(jié) 話(huà) 音 、 信 道 編 碼 和 交 織一 、 話(huà) 音 編 碼 1.GSM 是 全 數(shù) 字 系 統(tǒng) ， 話(huà) 音 或 其 他 信 號(hào) 都 要 進(jìn)行 數(shù) 字 化 處 理 ， 第 一 步 就 是 要 把 話(huà) 音 模 擬 信 號(hào)轉(zhuǎn) 換 成 數(shù) 字 信 號(hào) 。 2.PCM編 碼 是 波 形 編 碼 ， 可 分 為 三 個(gè) 步 驟 ： 采 樣 量 化 編 碼 3.采 用 PCM方 式 編 碼 數(shù) 字 話(huà) 信 號(hào) 的 速 率 是 ： 8bit（ 一 個(gè) 字 節(jié) ） 8000次 /s 64Kbit/s n 8個(gè) 時(shí) 隙 的 速 率 ： 64kbit/s 8=512kbit/s。 2021-4-21 43 GSM系 統(tǒng) 若 采 用 這 種 編 碼 方 式 ， 則 8個(gè) 語(yǔ) 音 信 道 的比 特 率 就 是 64kbt/s 8 512Kbit/s， GSM系 統(tǒng)的 載 頻 間 隔 為 200KHz,要 保 持 在 規(guī) 定 的 頻 帶 內(nèi) ， 必需 大 大 降 低 每 路 語(yǔ) 音 信 道 的 編 碼 的 比 特 率 。4、 GSM采 用 了 規(guī) 則 脈 沖 激 勵(lì) 長(zhǎng) 期 預(yù) 測(cè) 編 碼 器 （ RPE-LTP編 碼 器 ） ,來(lái) 降 低 每 路 語(yǔ) 音 信 道 編 碼 比 特 率 。 這 種 混 和 編 碼 一 路 數(shù) 字 話(huà) 的 比 特 率 為 13Kbt/s； 混 合 編 碼 的 優(yōu) 點(diǎn) ： 編 碼 速 率 低 ,語(yǔ) 音 質(zhì) 量 好 。 8路 數(shù) 字 話(huà) 的 速 率 是 ： 13Kbit/s 8 104Kbit/s,滿(mǎn) 足 了 無(wú) 線(xiàn) 信 道 帶 寬 (200Kbit/s)的 傳 輸 要 求 。 2021-4-21 44圖 2.4 GSM話(huà) 音 編 碼 器 框 圖 2021-4-21 45 二 、 信 道 編 碼n 信 道 編 碼 的 目 的 信 道 編 碼 用 于 改 善 信 道 的 傳 輸 質(zhì) 量 ， 克 服 各 種干 擾 因 素 對(duì) 信 號(hào) 產(chǎn) 生 的 不 良 影 響 。 是 以 增 加 比特 而 降 低 信 息 量 為 代 價(jià) 的 。n 編 碼 的 基 本 原 理 在 所 傳 送 的 數(shù) 據(jù) 上 增 加 一 些 冗 余 比 特 信 息 ， 進(jìn)行 糾 錯(cuò) 編 碼 ， 減 少 傳 輸 過(guò) 程 中 比 特 差 錯(cuò) 率 。n 信 道 編 碼 的 糾 錯(cuò) 方 式 1.塊 卷 積 碼 ： 主 要 用 于 糾 錯(cuò) ， 糾 錯(cuò) 效 果 好 。 2.糾 錯(cuò) 循 環(huán) 碼 ： 用 于 檢 測(cè) 和 糾 正 成 組 的 誤 碼 。 3.奇 偶 校 驗(yàn) 碼 ： 常 用 最 簡(jiǎn) 單 的 檢 測(cè) 誤 碼 的 方 法 。 2021-4-21 46 三 、 交 織 技 術(shù)n 無(wú) 線(xiàn) 電 信 道 是 變 參 信 道 ， 比 特 差 錯(cuò) 經(jīng) 常 是 成 串 發(fā)生 的 ， 這 是 由 于 持 續(xù) 的 深 衰 落 會(huì) 影 響 到 相 繼 一 串的 比 特 。n 辦 法 是 信 息 中 的 相 繼 比 特 分 開(kāi) ， 把 順 序 相 關(guān) 的 比特 非 相 關(guān) 化 ， 使 突 發(fā) 差 錯(cuò) 信 道 變 為 離 散 信 道 ， 再用 信 道 編 碼 的 糾 錯(cuò) 功 能 來(lái) 糾 正 差 錯(cuò) ， 這 種 辦 法 就是 交 織 技 術(shù) 。n 交 織 可 以 把 碼 字 順 序 相 關(guān) 的 bit非 相 關(guān) 化 ， 把 m 個(gè) bit的 碼 字 分 布 到 n 個(gè) 傳 輸 單 元 之 中 ,n 越 大 ，非 相 關(guān) 性 越 好 ,持 續(xù) 誤 碼 越 少 ,傳 輸 質(zhì) 量 越 高 。 但 會(huì) 增 加 傳 輸 時(shí) 延 ， 移 動(dòng) 臺(tái) 和 中 繼 電 路 上 增 加 了回 波 抵 消 器 ， 改 善 由 時(shí) 延 引 起 的 通 話(huà) 回 音 。 2021-4-21 47 第 四 節(jié) GSM的 調(diào) 制 技 術(shù)一 、 GSM調(diào) 制 方 式 GSM采 用 的 是 高 斯 濾 波 最 小 移 頻 鍵 控 GMSK。n 工 作 原 理 ： 在 保 持 MSK較 好 的 頻 譜 特 性 和 較 低的 誤 碼 率 基 礎(chǔ) 上 ， 在 MSK之 前 加 入 一 高 斯 濾 波 器 ，輸 入 的 基 帶 信 號(hào) 經(jīng) 過(guò) 高 斯 濾 波 器 形 成 的 高 斯 脈沖 包 絡(luò) 無(wú) 陡 峭 沿 、 拐 點(diǎn) ， 經(jīng) 調(diào) 制 后 的 信 號(hào) 比 較平 滑 ， 改 善 了 頻 譜 特 性 。n GMSK調(diào) 制 方 式 ， 改 善 了 頻 譜 特 性 ， 加 快 帶 外 衰減 ， 滿(mǎn) 足 了 相 鄰 信 道 干 擾 電 平 小 于 -60dB要 求 。 2021-4-21 48 預(yù) 調(diào) 制 濾 波 器 MSK輸 入 GMSKh=0.5圖 5.5 GMSK調(diào) 制 原 理 框 圖二 、 GMSK的 解 調(diào)n 可 以 采 用 正 相 干 解 調(diào) ， 但 相 干 載 波 提 取 比 較 難 。n GMSK信 號(hào) 的 解 調(diào) 常 采 用 差 分 解 調(diào) 和 鑒 頻 器 解 調(diào) 等非 相 干 解 調(diào) 。 2021-4-21 49 第 五 節(jié) GSM的 控 制 和 管 理 控 制 和 管 理 對(duì) GSM系 統(tǒng) 的 正 常 運(yùn) 行 是 至 關(guān) 重 要 ，本 節(jié) 僅 就 位 置 登 記 和 更 新 、 鑒 權(quán) 與 保 密 、 呼 叫 接續(xù) 和 越 區(qū) 切 換 等 控 制 和 管 理 進(jìn) 行 討 論 。一 、 位 置 登 記 和 更 新 GSM為 了 跟 蹤 MS 的 位 置 變 化 ,對(duì) 其 位 置 信 息 進(jìn) 行登 記 、 刪 除 和 更 新 的 過(guò) 程 。二 、 鑒 權(quán) 與 加 密 GSM系 統(tǒng) 為 了 保 證 安 全 ， 采 取 了 鑒 權(quán) 與 加 密 。 1.鑒 權(quán) ： 確 認(rèn) MS 的 合 法 性 。 2.加 密 ： 防 止 第 三 者 竊 聽(tīng) 。 2021-4-21 50 3.設(shè) 備 識(shí) 別 碼 （ IMEI) 每 個(gè) 移 動(dòng) 臺(tái) 均 有 一 個(gè) 惟 一 的 設(shè) 備 識(shí) 別 碼 IMEI，EIR中 存 儲(chǔ) 了 所 有 入 網(wǎng) 移 動(dòng) 臺(tái) 設(shè) 備 的 IMEI， 目 的是 確 保 系 統(tǒng) 中 使 用 的 設(shè) 備 不 是 盜 用 或 非 法 的 。 EIR中 存 有 3種 名 單 ： 即 白 名 單 （ 合 法 ） 、 黑 名 單（ 禁 用 ） 、 灰 名 單 （ 由 運(yùn) 營(yíng) 商 決 定 ） 。4.臨 時(shí) 識(shí) 別 碼 （ TMSI） 是 為 防 止 非 法 監(jiān) 聽(tīng) 或 盜 用 用 戶(hù) 識(shí) 別 碼 IMSI， 在無(wú) 線(xiàn) 鏈 路 上 需 要 傳 送 IMSI時(shí) ， 均 用 臨 時(shí) 用 戶(hù) 識(shí) 別 碼 TMSI代 替 IMSI。 由 MSC/VLR 分 配 并 定 期 更 換 TMSI,在 無(wú) 線(xiàn) 信 道 上傳 送 的 是 TMSI,確 保 了 IMSI的 安 全 性 。 2021-4-21 51 三 、 GSM用 戶(hù) 呼 叫 接 續(xù) 過(guò) 程 1、 移 動(dòng) 用 戶(hù) 主 叫 固 定 用 戶(hù) ： 移 動(dòng) 臺(tái) 在 “ 隨 機(jī) 信道 RACH ”向 基 站 發(fā) 出 “ 信 道 請(qǐng) 求 ” 信 息 ， 若 BS接 收 成 功 ， 給 MS 分 配 一 個(gè) “ 專(zhuān) 用 接 入 信 道 DCCH ”， 即 在 “ 準(zhǔn) 許 接 入 信 道 AGCH ”上 ， 向 MS發(fā) 出 “ 立 刻 分 配 ” 指 令 。 MS在 發(fā) 起 呼 叫 的 同 時(shí) ，設(shè) 置 一 定 時(shí) 器 ， 在 規(guī) 定 的 時(shí) 間 內(nèi) 可 重 復(fù) 呼 叫 。 MS 收 到 “ 立 即 分 配 ” 的 信 令 后 ， 利 用 分 配 的DCCH與 BS 建 立 起 信 令 鏈 路 ， 經(jīng) BS 向 MSC 發(fā)送 “ 業(yè) 務(wù) 請(qǐng) 求 信 息 ” 。 MSC向 VLR發(fā) 送 “ 開(kāi) 始 接 入 請(qǐng) 求 ” 應(yīng) 答 信 令 ， VLR收 到 后 ， 經(jīng) MSC和 BS向 MS發(fā) 出 “ 鑒 權(quán) 請(qǐng) 求 ” ， 其中 包 含 一 隨 機(jī) 數(shù) （ RAND） ， MS按 鑒 權(quán) 算 法 A3進(jìn)行 處 理 后 ， 向 MSC發(fā) 回 “ 鑒 權(quán) ” 響 應(yīng) 信 息 。 2021-4-21 52 若 鑒 權(quán) 通 過(guò) ， 承 認(rèn) MS的 合 法 性 ， VLR就 給MSC發(fā) 送 “ 置 密 模 式 ” 信 息 ， 由 MSC 經(jīng) BS 向 MS 發(fā) 送 “ 置 密 模 式 ” 指 令 。 MS 收 到 并 完 成 置 密 后 ， 要 向 MSC 發(fā) 送 “ 置 密模 式 完 成 ” 的 相 應(yīng) 信 息 ， 經(jīng) 鑒 權(quán) 、 置 密 完 成 后 ，VLR才 向 MSC 作 出 “ 開(kāi) 始 接 入 請(qǐng) 求 ” 應(yīng) 答 。 為 了 保 護(hù) IMSI 不 被 監(jiān) 聽(tīng) 或 盜 用 ， VLR 將 給 MS分 配 一 個(gè) 新 的 TMSI。 接 著 MS 向 MSC 發(fā) 出 “ 建 立 呼 叫 請(qǐng) 求 ” ，MSC收 到 后 ， 向 VLR 發(fā) 出 指 令 ， 要 求 它 傳 送 建立 呼 叫 所 需 的 信 息 。 2021-4-21 53 如 果 成 功 ， MSC 即 向 MS 發(fā) 送 “ 呼 叫 開(kāi) 始 ” 的指 令 ， 并 向 BS 發(fā) 出 分 配 無(wú) 線(xiàn) 業(yè) 務(wù) 信 道 的 “ 信 道指 配 ” 指 令 。 如 果 BS 有 空 閑 “ 業(yè) 務(wù) 信 道 TCH ”， 即 向 MS 發(fā) 出 “ 信 道 指 配 ” 指 令 ， 當(dāng) MS 得 到 業(yè) 務(wù) 信 道時(shí) ， 向 BS 和 MSC 發(fā) 送 “ 信 道 指 配 完 成 ” 的 信息 。 MSC 在 無(wú) 線(xiàn) 鏈 路 和 地 面 有 線(xiàn) 鏈 路 建 立 后 ， 把 呼叫 接 續(xù) 到 固 定 網(wǎng) 絡(luò) ， 并 和 被 叫 的 固 定 用 戶(hù) 建 立 連接 ， 然 后 給 MS 發(fā) 送 回 鈴 音 。 當(dāng) 被 叫 固 定 用 戶(hù) 摘 機(jī) 后 ， MSC 向 BS和 MS 發(fā)送 “ 連 接 ” 指 令 ， 待 MS 發(fā) 回 “ 連 接 ” 確 認(rèn) 后 ，即 轉(zhuǎn) 入 通 話(huà) 狀 態(tài) ， 完 成 整 個(gè) 接 續(xù) 過(guò) 程 。 2021-4-21 54 2、 固 定 用 戶(hù) 主 叫 移 動(dòng) 用 戶(hù) ： 固 定 用 戶(hù) 向 移 動(dòng) 用 戶(hù)撥 出 號(hào) 碼 后 發(fā) 起 呼 叫 后 ， 固 定 網(wǎng) 絡(luò) 把 呼 叫 接 續(xù) 到就 近 入 口 移 動(dòng) 交 換 中 心 GMSC。 GMSC即 向 相 應(yīng) 的 HLR 查 詢(xún) 路 由 信 息 ， HLR 在 保 存 的 用 戶(hù) 位 置 數(shù) 據(jù) 庫(kù) 中 ， 查 出 被 叫 MS 所 在的 地 區(qū) ， 并 向 該 區(qū) VLR 查 詢(xún) 該 MS 的 漫 游 號(hào) 碼MSRN， VLR 把 該 MS 的 MSRN 送 到 HLR,并轉(zhuǎn) 發(fā) 給 查 詢(xún) 路 由 信 息 的 GMSC。 GMSC 即 把 呼 叫 接 續(xù) 到 被 叫 MS 所 在 地 區(qū) 的 移動(dòng) 交 換 中 心 VMSC。 VMSC 向 該 VLR 查 詢(xún) 有關(guān) 的 “ 呼 叫 參 數(shù) ” ， 獲 得 成 功 后 ， 再 向 相 關(guān) 的基 站 BS 發(fā) 出 “ 尋 呼 請(qǐng) 求 ” 。 2021-4-21 55 基 站 控 制 器 BSC 根 據(jù) MS 所 在 的 小 區(qū) ， 確 定 所 用的 收 發(fā) 臺(tái) BTS， 在 “ 尋 呼 信 道 BCH ”上 發(fā) 送 此“ 尋 呼 要 求 ” 信 息 。 MS 收 到 尋 呼 請(qǐng) 求 信 息 后 ，在 “ 隨 機(jī) 信 道 RACH ”向 BS 發(fā) 送 “ 信 道 請(qǐng) 求 ” ，由 BS 分 配 “ 專(zhuān) 用 控 制 信 道 DCCH ”， 在 “ 公 用 控制 信 道 CCCH ”上 給 MS 發(fā) 送 “ 立 即 分 配 ” 指 令 。MS 利 用 分 配 到 的 DCCH 與 BS 建 立 起 信 令 鏈 路 ，然 后 向 VMSC 發(fā) 回 “ 尋 呼 響 應(yīng) ” 。 VMSC接 到 MS 的 “ 尋 呼 相 應(yīng) ” 后 ， 向 VLR 發(fā)送 “ 開(kāi) 始 接 入 請(qǐng) 求 ” ， 按 著 啟 動(dòng) 常 規(guī) 的 “ 鑒 權(quán) ”和 “ 置 密 模 式 ” 的 過(guò) 程 之 后 ， VLR 即 向 VMSC 發(fā)回 “ 開(kāi) 始 接 入 應(yīng) 答 ” 和 “ 完 成 呼 叫 ” 的 請(qǐng) 求 。 2021-4-21 56 VMSC 向 BS 及 MS 發(fā) 送 “ 呼 叫 建 立 ” 的 信令 。 被 叫 MS 收 到 信 令 后 ， 向 BS和VMSC 發(fā) 回 “ 呼 叫 證 實(shí) ” 信 息 ， 表 明 MS 已 可進(jìn) 入 通 信 狀 態(tài) 。 VMSC收 到 MS 的 “ 呼 叫 證 實(shí) ” 信 息 后 ， 向 BS發(fā) 出 信 道 “ 指 配 請(qǐng) 求 ” ， 要 求 BS給 MS分 配無(wú) 線(xiàn) “ 業(yè) 務(wù) 信 道 TCH”， 接 著 ， MS 向 BS及VMSC發(fā) 回 “ 指 配 完 成 ” 響 應(yīng) 和 回 鈴 音 ，VMSC 向 固 定 用 戶(hù) 發(fā) 送 “ 連 接 完 成 ” 信 息 。 被 叫 MS摘 機(jī) 時(shí) ， 向 VMSC 發(fā) 送 “ 連 接 ” 信 息 。VMSC 向 主 叫 固 定 用 戶(hù) 發(fā) 送 “ 撥 號(hào) 應(yīng) 答 ” 信息 ， 并 向 MS發(fā) 送 “ 連 接 ” 確 認(rèn) 信 息 ， 整 個(gè) 接續(xù) 過(guò) 程 全 部 完 成 。 2021-4-21 57 四 、 越 區(qū) 切 換 越 區(qū) 切 換 是 指 通 信 期 間 ， 當(dāng) MS從 一 個(gè) 小 區(qū) 進(jìn) 入另 一 個(gè) 小 區(qū) 時(shí) ， 網(wǎng) 絡(luò) 進(jìn) 行 實(shí) 時(shí) 控 制 把 MS 在 原 小區(qū) 所 用 的 信 道 轉(zhuǎn) 換 到 新 小 區(qū) 的 某 一 信 道 的 過(guò) 程 。 1、 同 一 個(gè) BSC、 不 同 BTS之 間 的 切 換 ， 包 括 不 同扇 區(qū) 的 切 換 ； 2、 同 一 個(gè) MSC/VLR、 不 同 BSC 之 間 的 切 換 ； 3、 不 同 的 MSC/VLR 之 間 的 切 換 。n GSM系 統(tǒng) 采 取 了 移 動(dòng) 臺(tái) 輔 助 切 換 法 （ MAHO） ,MS測(cè)量 本 基 站 和 周 圍 基 站 的 信 號(hào) 強(qiáng) 度 ,把 測(cè) 得 的 結(jié) 果送 給 MSC分 析 和 處 理 ,從 而 作 出 越 區(qū) 切 換 的 決 定 。如 果 不 能 進(jìn) 行 切 換 ,BS會(huì) 向 MS發(fā) 出 拒 絕 切 換 的 決定 。 2021-4-21 58 第 六 節(jié) GPRS 系 統(tǒng) GPRS是 通 用 分 組 無(wú) 線(xiàn) 業(yè) 務(wù) 的 英 文 簡(jiǎn) 寫(xiě) ， 是 GSM向 3G演進(jìn) 的 第 一 階 段 ， GPRS 也 稱(chēng) 為 2.5 G 。一 、 特 點(diǎn) ： （ 1） GPRS數(shù) 據(jù) 傳 輸 速 率 可 達(dá) 100kbit/s以 上 ， 比 GSM網(wǎng)的 數(shù) 據(jù) 傳 輸 速 率 9.6Kbit/s 高 的 多 。 實(shí) 際 的 非 對(duì) 稱(chēng) 速 率 只 有 14-43kbit/s ， 但 仍 使 圖 片 、視 頻 等 多 媒 體 業(yè) 務(wù) 的 應(yīng) 用 成 為 現(xiàn) 實(shí) 。 （ 2） GPRS采 用 分 組 交 換 技 術(shù) ， 網(wǎng) 絡(luò) 信 道 只 在 用 戶(hù) 需 要時(shí) 分 配 ， 提 高 了 信 道 利 用 率 ， 充 分 利 用 了 網(wǎng) 絡(luò) 資 源 。 （ 3） GPRS用 戶(hù) 訪(fǎng) 問(wèn) 互 聯(lián) 網(wǎng) 時(shí) ， 保 持 著 邏 輯 上 的 連 接 ，可 使 GPRS用 戶(hù) “ 實(shí) 時(shí) 在 線(xiàn) ” ,按 用 戶(hù) 下 載 流 量 計(jì) 費(fèi) 。 2021-4-21 59 二 、 GPRS的 網(wǎng) 絡(luò) 結(jié) 構(gòu) （ 1） 在 GSM 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 上 ： 增 加 SGSN（ GPRS服 務(wù) 支 持節(jié) 點(diǎn) ） 和 GGSN（ GPRS網(wǎng) 關(guān) 支 持 節(jié) 點(diǎn) ） 兩 個(gè) 節(jié) 點(diǎn) ， 構(gòu) 成了 移 動(dòng) 分 組 數(shù) 據(jù) 網(wǎng) 絡(luò) 。 如 圖 2.10所 示 。 （ 2） SGSN 的 功 能 ： 類(lèi) 似 于 MSC， 與 MSC同 一 級(jí) 別 ， 記 錄移 動(dòng) 臺(tái) 當(dāng) 前 的 位 置 信 息 ， 執(zhí) 行 安 全 功 能 和 接 入 控 制 ，在 MS和 GGSN之 間 完 成 移 動(dòng) 分 組 數(shù) 據(jù) 的 發(fā) 送 和 接 收 。 （ 3） GGSN 的 功 能 ： 是 網(wǎng) 關(guān) 作 用 ， 可 以 和 多 種 不 同 的 數(shù)據(jù) 網(wǎng) 連 接 ， 如 ISDN、 LAN、 PSPDN 等 ， GPRS 提 供 了 移動(dòng) 網(wǎng) 到 TCP/IP 或 X.25 的 網(wǎng) 絡(luò) 接 口 。 可 把 GPRS網(wǎng) 絡(luò) 看 作 是 一 個(gè) IP子 網(wǎng) 。 2021-4-21 60 GPRS GGSNSGSN Gn Gs PSTN/ISDN Internet(TCP/IP)MSC HLRBSCBTSMS Gb圖 2.10 GPRS的 網(wǎng) 絡(luò) 結(jié) 構(gòu) 2021-4-21 61 三 、 GPRS的 網(wǎng) 絡(luò) 接 口 和 參 考 點(diǎn) （ 1） Um接 口 ：