【文章內容簡介】 .................... 37 圖 58 幀、時隙和突法脈沖序列 ............................................................................................ 38 圖 59 邏輯信道類型 ............................................................................................................. 42 圖 510 廣播和公共控制信道的復幀 ...................................................................................... 43 圖 511 業(yè)務信道的復幀 ........................................................................................................ 43 圖 61 加密過程 .................................................................................................................... 48 圖 62 相同 BSC控制小區(qū)間的切換 ...................................................................................... 50 圖 63 由相同 MSC，不同 BSC控制小區(qū)間的切換 ............................................................... 50 MA000001 GSM 數(shù)字移動通信原理 插圖目錄 華為技術有限公司 版權所有 , 未經許可不得擴散 iv 圖 64 由不同 MSC控制小區(qū)間的切換 .................................................................................. 51 圖 71 移動業(yè)務本地網(wǎng)由幾個長途編號組成的示意圖 ............................................................ 52 圖 72 移動本地網(wǎng)組網(wǎng)圖（ MSC較少） ............................................................................... 53 圖 73 移動本地網(wǎng)組網(wǎng)圖（本地未建 MSC） ........................................................................ 53 圖 74 移動本地網(wǎng)組網(wǎng)圖（大規(guī)模組網(wǎng)） .............................................................................. 54 圖 75 省內數(shù)字公用蜂窩移動通信網(wǎng)的 網(wǎng)絡結構 ................................................................... 54 圖 76 全國數(shù)字蜂窩 PLMN的網(wǎng)絡結構及其與 PSTN連接的示意圖 ...................................... 55 圖 77 大區(qū)，省市信令網(wǎng)的轉接點結構 ................................................................................. 56 圖 62 相同 BSC控制小區(qū)間的切換 .................................................................................... 63 圖 63 由相同 MSC，不同 BSC控制小區(qū)間的切換 .............................................................. 63 圖 64 由不同 MSC控制小區(qū)間的切換 ................................................................................ 64 MA000001 GSM數(shù)字移動通信原理 課程說明 華為技術有限公司 版權所有 , 未經許可不得擴散 1 課程說明 課程介紹 本章主要介紹 GSM有關的基礎 知識，諸如 ： GSM 發(fā)展簡史、數(shù)字移動通信技術、 GSM系統(tǒng)結構及相關接口、 TDMA幀結構、 GSM 的區(qū)域定義及 GSM識別號、無線接口的邏輯信道及系統(tǒng)消息、 GSM系統(tǒng)的移動性管理和安全性管理以及 GSM 移動網(wǎng)絡結構和信令網(wǎng)等。 課程目標 ? 了解 GSM 發(fā)展簡史 ? 了解數(shù)字移動基本技術 ? 熟悉 GSM 系統(tǒng)結構及相關接口 ? 了解 TDMA幀結構 ? 熟悉 GSM 的區(qū)域定義及識別號 ? 了解 GSM 的邏輯信道及系統(tǒng)消息 ? 了解 GSM 系統(tǒng)的移動性管理和安全性管理 ? 了解 GSM 移動網(wǎng)絡結構及信令網(wǎng)結構 相關資料 《數(shù)字移動通信系統(tǒng)》 楊留清等著 人民郵電出版社 《 GSM 數(shù)字移動通信系統(tǒng)》 [法 ] Michel Mouly 等著 電子工業(yè)出版社 《數(shù)字移動通信系統(tǒng)》 陳德榮等著 北京郵電大學出版社 MA000001 GSM 數(shù)字移動通信原理 第 1 章 GSM發(fā)展簡史 華為技術有限公司 版權所有 , 未經許可不得擴散 2 第 1章 GSM 發(fā)展簡史 移動通信系指通信雙方或至少一方是處于移動中進行信息交流的通信。 20 年代開始在軍事及某些特殊領域使用， 40 年代才逐步向民用擴展；最近十年間才是移動通信真正迅猛發(fā)展的時期，而且由于其許多的優(yōu)點，前景十分廣闊。 移動通信經歷了由模擬通信向數(shù)字化通信的發(fā)展過程。目前，比較成熟的數(shù)字移動通信制式主要有泛歐的 GSM，美國的 ADC 和日本的 JDC（ 現(xiàn)改稱PDC）。其中 GSM的發(fā)展最引人注目，其發(fā)展歷程如下： 1982 年，歐洲郵電行政大會 CEPT 設立了“移動通信特別小組”即 GSM，以開發(fā)第二代移動通信系統(tǒng)為目標。 1986 年，在巴黎，對歐洲各國經大量研究和實驗后所提出的八個建議系統(tǒng)進行現(xiàn)場試驗。 1987 年， GSM 成員國經現(xiàn)場測試和論證比較，就數(shù)字系統(tǒng)采用窄帶時分多址 TDMA 規(guī)則脈沖激勵長期預測 (RPELTP)話音編碼和高斯濾波最小頻移鍵控 (GMSK)調制方式達成一致意見。 1988 年，十八個歐洲國家達成 GSM 諒解備忘錄 (MOU)。 1989 年， GSM 標準生效。 1991 年， GSM 系統(tǒng)正式在歐洲問世，網(wǎng)路開通運行。移動通信跨入第二代。 MA000001 GSM 數(shù)字移動通信原理 第 2 章 數(shù)字移動通信技術 華為技術有限公司 版權所有 , 未經許可不得擴散 3 第 2章 數(shù)字移動通信技術 多址技術 多址技術使眾多的用戶共用公共的通信線路。為使信號多路化而實現(xiàn)多址的方法基本上有三種，它們分別采用頻率、時間或代碼分隔的多址連接方式，即人們通常所稱的頻分多址（ FDMA）、時分多址（ TDMA）和碼分多址（ CDMA）三種接入方式。 圖 21用模型表示了這三種方法簡單的一個概念。 時間T DM A時間FD M A頻率頻率CD M A頻率時間碼 圖 21 三種多址方式概念示意圖 FDMA是以不同的頻率信道實現(xiàn)通信的， TDMA是以不同的時隙實現(xiàn)通信的，CDMA是以不同的代碼序列實現(xiàn)通信的。 頻分多址 頻分，有時也稱之為信道化，就是把整個可分配的頻譜劃分成許多單個無線電信道（發(fā)射和接收載頻對），每個信道可以傳輸一路話音或控制信息。在系統(tǒng)的控制下，任何一個用戶都可以接入這些信道中的任何一個。 MA000001 GSM 數(shù)字移動通信原理 第 2 章 數(shù)字移動通信技術 華為技術有限公司 版權所有 , 未經許可不得擴散 4 模擬蜂窩系統(tǒng)是 FDMA 結構的一個典型例子，數(shù)字蜂窩系統(tǒng)中也同樣可以采用 FDMA，只是不會采用純頻分的方式，比如 GSM 系統(tǒng)就采用了 FDMA。 時分多址 時分多址是在一個寬帶的無線載波上，按時間（或稱為時隙）劃分為若干時分信道，每一用戶占用一個 時隙，只在這一指定的時隙內收（或發(fā)）信號，故稱為時分多址。此多址方式在數(shù)字蜂窩系統(tǒng)中采用， GSM 系統(tǒng)也采用了此種方式。 TDMA 是一種較復雜的結構，最簡單的情況是單路載頻被劃分成許多不同的時隙，每個時隙傳輸一路猝發(fā)式信息。 TDMA 中關鍵部分為用戶部分，每一個用戶分配給一個時隙（在呼叫開始時分配），用戶與基站之間進行同步通信，并對時隙進行計數(shù)。當自己的時隙到來時，手機就啟動接收和解調電路，對基站發(fā)來的猝發(fā)式信息進行解碼。同樣，當用戶要發(fā)送信息時，首先將信息進行緩存，等到自己時隙的到來。在時隙開始后，再將信息以 加倍的速率發(fā)射出去，然后又開始積累下一次猝發(fā)式傳輸。 TDMA 的一個變形是在一個單頻信道上進行發(fā)射和接收，稱之為時分雙工（ TDD）。其最簡單的結構就是利用兩個時隙，一個發(fā)一個收。當手機發(fā)射時基站接收，基站發(fā)射時手機接收，交替進行。 TDD具有 TDMA結構的許多優(yōu)點：猝發(fā)式傳輸、不需要天線的收發(fā)共用裝置等等。它的主要優(yōu)點是可以在單一載頻上實現(xiàn)發(fā)射和接收，而不需要上行和下行兩個載頻，不需要頻率切換，因而可以降低成本。 TDD 的主要缺點是滿足不了大規(guī)模系統(tǒng)的容量要求。 碼 分多址 碼分多址是一種利用擴頻技術所形成的不同 的碼序列實現(xiàn)的多址方式。它不像 FDMA、 TDMA 那樣把用戶的信息從頻率和時間上進行分離，它可在一個信道上同時傳輸多個用戶的信息，也就是說，允許用戶之間的相互干擾。其關鍵是信息在傳輸以前要進行特殊的編碼，編碼后的信息混合后不會丟失原來的信息。有多少個互為正交的碼序列，就可以有多少個用戶同時在一個載波上通信。每個發(fā)射機都有自己唯一的代碼（偽隨機碼），同時接收機也知道要接收的代碼，用這個代碼作為信號的濾波器，接收機就能從所有其他信號的背景中恢復成原來的信息碼（這個過程稱為解擴）。 MA000001 GSM 數(shù)字移動通信原理 第 2 章 數(shù)字移動通信技術 華為技術有限公司 版權所有 , 未經許可不得擴散 5 功率控制 當手機在小區(qū)內移動時， 它的發(fā)射功率需要進行變化。當它離基站較近時，需要降低發(fā)射功率，減少對其它用戶的干擾，當它離基站較遠時，就應該增加功率，克服增加了的路徑衰耗。 所有的 GSM 手機都可以以 2dB 為一等級來調整它們的發(fā)送功率， GSM900移動臺的最大輸出功率是 8W（規(guī)范中最大允許功率是 20W，但現(xiàn)在還沒有20W 的移動臺存在）。 DCS1800移動臺的最大輸出功率是 1W。相應地，它的小區(qū)也要小一些。 蜂窩技術 移動通信的飛速發(fā)展一大原因是發(fā)明了蜂窩技術。移動通信的一大限制是使用頻帶比較有限，這就限制了系統(tǒng)的容量，為了滿足越來越多的用戶 需求，必須要在有限的頻率范圍盡可能大地擴大它的利用率，除了采用前面介紹過的多址技術等以外，還發(fā)明了蜂窩技術。 那么什么是蜂窩技術呢？ 移動通信系統(tǒng)是采用一個叫基站的設備來提供無線服務范圍的?；镜母采w范圍有大有小，我們把基站的覆蓋范圍稱之為蜂窩。采用大功率的基站主要是為了提供比較大的服務范圍，但它的頻率利用率較低，也就是說基站提供給用戶的通信通道比較少，系統(tǒng)的容量也就大不起來，對于話務量不大的地方可以采用這種方式，我們也稱之為大區(qū)制。采用小功率的基站主要是為了提供大容量的服務范圍，同時它采用頻率復用技術來提 高頻率利用率，在相同的服務區(qū)域內增加了基站的數(shù)目，有限的頻率得到多次使用，所以系統(tǒng)的容量比較大，這種方式稱之為小區(qū)制或微小區(qū)制。下面我們簡單介紹頻率復用技術的原理。 頻率復用的概念 在全雙工工作方式中，一個無線電信道包含一對信道頻率，每個方向都用一個頻率作發(fā)射。在覆蓋半徑為 R 的地理區(qū)域 C1 內呼叫一個小區(qū)使用無線電信道 F1，也可以在另一個相距 D、覆蓋半徑也為 R 的小區(qū)內再次使用 F1。 頻率復用是蜂窩移動無線電系統(tǒng)的核心概念。在頻率復用系統(tǒng)中，處在不同地理位置（不同的小區(qū)）上的用戶可以同時使用相同頻率的信道（見 圖 22），頻率復用系統(tǒng)可以極大地提高頻譜效率。但是，如果系統(tǒng)設計得不好，將產生嚴重的干擾，這種干擾稱為同信道干擾。這種干擾是由于相同信道公共使用造成的，是在頻率復用概念中必須考慮的重要問題。 MA000001 GSM 數(shù)字移動通信原理 第 2 章 數(shù)字移動通信技術 華為技術有限公司 版權所有 , 未經許可不得擴散 6 C 1 C 1f 1P 0f 1P 0R RC /I= γ