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GSM基本原理介绍

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GSM基本原理介绍

一.概述

1.1 GSM系统的发展和主要参数

1.2 频带的划分及使用

二.系统简介

2.1系统构成

2.2各子系统介绍

2.3接口及协议

2.4 TC及SM的使用

三.服务区域的划分

四.GSM系统编号方案

五.语音信号的处理

六.空中接口部分

6.1 逻辑信道

6.2 突发脉冲

6.3 逻辑信道与物理信道的映射

七.系统管理功能介绍

7.1 安全性管理(鉴权,加密)

7.2 移动性管理

八.呼叫流程举例

九.业务介绍

第一章 概述

1.1 GSM系统的发展和主要参数

移动通信系指通信双方或至少一方是处于移动中进行信息交流的通信。20年代开始在军事及某些特殊领域使用，40年代才逐步向民用扩展；最近十年间才是移动通信真正迅猛发展的时期，而且由于其许多的优点，前景十分广阔。

移动通信经历了由模拟通信向数字化通信的发展过程。目前，比较成熟的数字移动通信制式主要有泛欧的GSM，美国的ADC和日本的JDC（现改称PDC）。其中GSM的发展最引人注目，其发展历程如下：

·1982年，欧洲邮电行政大会CEPT设立了“移动通信特别小组”即GSM，以开发第二代移动通信系统为目标。

·1986年，在巴黎，对欧洲各国经大量研究和实验后所提出的八个建议系统进行现场试验。

·1987年，GSM成员国经现场测试和论证比较，就数字系统采用窄带时分多址TDMA规则脉冲激励长期预测(RPE-LTP)话音编码和高斯滤波最小频移键控(GMSK)调制方式达成一致意见。

·1988年，十八个欧洲国家达成GSM谅解备忘录(MOU)。

·1989年，GSM标准生效。

·1991年，GSM系统正式在欧洲问世，网路开通运行。移动通信跨入第二代。

1.2 频带的划分及使用

特性 GSM900 DCS1800

发射类别

业务信道

控制信道

271KF7W

271KF7W

271KF7W

271KF7W

发射频带(MHZ)

基 站

移动台

935～960

890～915

1805～1880

1710～1785

双工间隔(MHZ) 45 95 射频载频间隔(KHZ) 200 200

小区半径(KM)

最 小

最 大

0.5

35

0.5

35

接续方式 TDMA TDMA

调制 GMSK GMSK

传输速率(kbps) 270.833 270.833

全速率话音编译码

比特率(kbitls)

误差保护

13

9.8

13

9.8

编码算法 RPE－LTP RPE－LTP

信道编码 具有交织脉冲检错和1/2编码率卷积码 具有交织脉冲检错和1/2编码率的卷积码

控制信道结构

公共控制信道

随路控制信道

广播控制信道

有

快速和慢速

有

有

快速和慢速

有

时延均衡能力(215) 20 20

国际漫游能力 有 有

第二章 系统简介

2.1 系统构成

GSM的典型结构如图1-1：

MSBTSBTSBSCBSSOMCMSC/VLRNMCEIRHLR/AUCDPPSPCSSEMCOSSPSTNISDNPDNNSS

图2-1 GSM系统结构

OSS：操作支持子系统 BSS：基站子系统 NSS：网路子系统

NMC：网路管理中心 DPPS：数据后处理系统 SEMC：安全性管理中心

PCS：用户识别卡个人化中心 OMC：操作维护中心 MSC：移动业务交换中心

VLR：来访用户位置寄存器 HLR：归属用户位置寄存器 AUC：鉴权中心

EIR：移动设备识别寄存器 BSC：基站控制器 BTS：基站收发信台

PDN：公用数据网 PSTN：公用电话网 ISDN：综合业务数字网

MS：移动台

由上图可见，一个GSM系统可由三个子系统组成，即操作支持子系统(OSS)，基站子系统(BSS)和网路子系统(NSS)三部分组成。其中，基站子系统BSS是GSM系统中与无线蜂窝方面关系最直接的基本组成部分，它通过无线接口直接与移动台相连，负责无线发送接收和无线资源的管理。网路子系统是整个系统的核心，它对GSM移动用户之间及移动用户与其它通信网用户之间通信起着交换、连接与管理的功能。主要负责完成呼叫处理、通信管理、移动管理、部分无线资源管理、安全性管理、用户数据和设备管理、计费记录处理、公共信道、信令处理和本地运行维护等。基站子系统BSS主要负责无线信息的发送与接收及无线资源管理；同时，它与NSS相连，实现移动用户间或移动用户与固定网路用户之间的通信连接，传送系统信息和用户信息等；当然，也要与操作支持子系统OSS之间实现互通。

2.2 各子系统介绍

2.2.1 移动台(MS)

移动台是用户直接使用，完成移动通信的设备。对于数字移动通信来讲，已经从一定程度上具备了个人化的特点──即具有用户私人信息的SIM卡和通信的物理实现设备的分离。SIM卡上包含所有与用户有关的无线接口一侧的信息，也含有鉴权和加密实现的信息；而物理设备可以是手持机，车载机或是由移动终端直接与终端设备相连而构成。

2.2.2 基站子系统(BSS)

1、 基站控制器(BSC)

BSC是基站子系统(BSS)的控制部分，主要有如下功能。

a.接口管理：支持与MSC间A接口，与BTS间的Abis接口及与OMC间的X.25

接口。

b.BTS－BSC之间的地面信道管理

BSC对BTS间的无线信令链路，操作维护链路进行监测、对无线业务信道进行分配管理。

c.无线参数及无线资源管理

无线参数包括：BTS载频频率、空中接口是否应用了非连续接收、发射、

移动台接入网最小电平设置、逻辑信道与物理信道的映射关系。

无线资源包括：小区内信道配置、专用信道与业务信道的分配管理、切换资源管理等。

d.测量和统计

对无线链路的测量：处理移动台和BTS送上的测量报告，决定是否需调整BTS和移动台功率，决定是否切换。

话务量统计：对业务信道的阻塞率，呼叫成功率，越区切换频度等作出统计，为系统扩容和小区分裂等提供凭据。

e.切换

根据小区功率电平，话音质量及干扰情况，选择切换的目的对象，对于小区内切换，同一BSC控制的小区间切换，BSC完全控制，而不同BSC控制的小区间切换则由MSC完成。

f.支持呼叫控制 通过交换电路实现话路连接，还可提供主、被叫排队机机制。

g.操作与维护

收集BSC及BTS告警，并传至DMC，同时更新自身内部资源表；配合OMC实现对BSS的软件升级。

2、 基站发信台(BTS)

受控于基站控制器(BSC)，属于基站子系统(BSS)的无线部分，服务于某小区的无线收发信设备，实现BTS与移动台(MS)空中接口的功能。BTS主要分为基带单元、载频单元和控制单元三部分。基带单元主要用于话音和数据速率适配以及信道编码等；载频单元主要用于调制/解调与发射机/接收机间的耦合；控制单元则用于BTS的操作与维护。

2.2.3 网络子系统(NSS)

1、 移动业务交换中心(MSC)

MSC是整个网路的核心，完成或参与网络子系统(NSS)的全部功能，协调与控制整个GSM网络中BSS.OSS的各个功能实体。

首先，MSC提供与BSC的接口，A接口提供GSM90011800的TDMA方式，At接口提供CDMA的接入，提供内部各功能实体的接口，实现各种相应的管理功能，提供与PSTN、ISDN、PSPDN、PLMN的接口；其次，支持一系列业务──电信业务，承载业务和补充业务；最后，支持位置登记、越区切换和自动漫游等其它网路功能。

2、 访问用户位置寄存器(VLR)

访问用户位置寄存器(VLR)是服务于其控制区域内移动用户的，存储着进入其控制区域内已登记的移动用户相关信息，为已登记的移动用户提供建立呼叫接续的必要条件。当某用户进入VLR控制区后，此VLR将由该移动用户的归属用户位置寄存器(HLR)获取并存储必要数据。而一旦此用户离开后，将取消VLR中此用户的数据。VLR通常在每个MSC中实现。

3、 归属用户位置寄存器(HLR)

相对于VLR，归属用户位置寄存器(HLR)是一个静态数据库（当然，也存储部分漫游移动用户所在MSC区域的有关动态数据，包括用户识别号码，访问能力、用户类别和补充业务等数据，由它控制整个移动交换区域乃至整个PLMN）。

4、 鉴权中心(AUC)

鉴权中心(AUC)存储着鉴权信息和加密密钥，防止无权用户接入系统和防止无线接口中数据被窃。 5、 移动设备识别寄存器(EIR)

移动设备识别寄存器(EIR)存储着移动设备的国际移动设备识别码(IMEI)，通过核查三种表格（白名单、灰名单、黑名单）使用得网络具有防止无权用户接入、监视故障设备的运行和保障网络运行安全的功能。

2.2.4 操作支持子系统(OSS)

主要包括网路管理中心(NMC)，安全性管理中心(SEMC)，集中计费管理的数据后处理系统(DPPS)、用户识别卡个人化管理中心(PCS)等，由于其在管理上的独立性，不再专门介绍其细节。

2.3 接口与协议

由于通信市场的竞争，移动通信市场中各个厂家可以生产自己的产品，为了保证电信营运部门能够选择使用不同厂家的各部分设备组网，因此需要制定技术规范以保证不同设备间接口的标准性。同时，为使GSM系统实现国际漫游功能和在业务上迈入面向ISDN的数据通信业务，GSM系统引入7号信令系统和信令网络。

一、GSM系统的主要接口

MSBTSBSCMSCBSCBS接口BTSUm接口Abis接口A接口

图2-2 GSM系统的主要接口

GSM系统的主要接口系指A接口、Abis接口和Um接口。这三个接口标准使

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GSM手机工作原理概述

GSM手机工作原理概述

Personal Communication SectorGSM手机工作原理概述

我们在对某一型号手机进行维修之前，必须对其电气和机械结构有全面的了解。机械方面通常比较简单，主要指手机的外壳、电路板、麦克风、扬声器的折装顺序和拆装特点，有时可能需要一些厂家专门提供的夹具来进行折装。从射频与逻辑电路角度看，GSM手机其实是一个相当复杂的系统，下面我们就按射频与逻辑两部分来介绍GSM手机的原理。

GSM手机主要组成如下图：

早期GSM手机大都由二块电路板组成，一块负责射频信号的处理--射频板，另一块负责音频信号和逻辑控制信号的处理--音频逻辑板（有时也称为数字板），这二块板之间一般用插座相连（有时也会看到用排线相连的手机）。随着技术的发展，现在的手机射频板和音频板已合二为一，这样集成度更高，体积也更小，但维修难度也将显著增大。

从射频原理图上可以看到，从天线进来的信号首先进入双工器DUP，然后进入一个低噪声放大器LNA，从GSM手机的原理上看双工器并不是必要的，因为手机的信号 Personal Communication Sector

接收与发射之间并不是同时进行的，而是相差三个时隙，这一点与模拟TACS手机是有很大不同的，但为了进一步增大收发信号之间的隔离度和消除外界干扰信号，在很多型号的手机中还是在天线前端设置了双工器。低噪声放大器LNA通常其增益在10~20dB范围，其噪声系数不大于3dB，经过LNA放大的信号将与接收本振混频下变频到中频IF信号，有的型号手机可能只有一级变频电路和一级IF信号，有的手机的接由信号可能会经过二级变频，有二级IF信号，但结构是一样的。混频后的信号滤波后进入具有自动增益控制的中频放大器AGCIF放大器中放大，尔后滤波后的IF信号送到0.3GMSK调制解调器芯片中解调出I和Q二路信号,I,Q信号可进一步送到DSP芯片中进行自适应均衡等处理,以消除传送过程中的各种衰落与干扰。有的手机把信道检验，纠错解码等功能也放到DSP芯片中。当手机开机登录时，它将与当前小区发出的BCH广播控制信道中的同步信号SCH，FCH锁相，以使手机的基础本振锁定在基站的频率基准上。手机通常有一个基础本振信号，其频率通常为13MHz或其整数倍，手机的接由与发射本振通常由基础本振变频得到，因此一旦基础本振锁定之后Tx/Rx本振也就锁定了。

GSM

GSM

用GSM模块实现家居的智能控制

1、 GSM简介：

GSM全名为：Global System for Mobile Communications，中文为全球移动通讯系统，俗称"全球通"，是一种起源于欧洲的移动通信技术标准，是第二代移动通信技术，其开发目的是让全球各地可以共同使用一个移动电话网络标准，让用户使用一部手机就能行遍全球。我国于20世纪90年代初引进采用此项技术标准，此前一直是采用蜂窝模拟移动技术，即第一代GSM技术（2001年12月31日我国关闭了模拟移动网络）。目前，中国移动、中国联通各拥有一个GSM网，为世界最大的移动通信网络。GSM系统包括 GSM 900：900MHz、GSM1800：1800MHz 及 GSM1900：1900MHz等几个频段 。

2、 GSM特点：

GSM系统有几项重要特点：防盗拷能力佳、网络容量大、手机号码资源丰富、通话清晰、稳定性强不易受干扰、信息灵敏、通话死角少、手机耗电量低。

3、利用GSM模块实现控制的优点：

GSM系统是目前基于时分多址技术的移动通信体制中比较成熟、完善、应用最广泛的一种系统，GSM的短信息系统以其快捷方便而且廉价的特点拥有广泛的用户，同时也为远程监控提供了一种新的技术手段。利用GSM短信息(SMS)进行远程监控具有投资少、成本低、可靠性高等特点，在一些对操作和监控的实时性要求不高的情况下具有很高的性价比。并且无线GSM通信模块TC35是SIEMENS公司推出的GSM专用调制解调器，主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块、闪存、ZIF连接器、天线接口六部分组成，可完成语音、数据、短消息以及传真的传送。TC35T具有标准的工业接口和完整的SIM卡阅读器，因此使用非常简单，其结构如图1所示。

以上是控制家居的简单框图。本控制系统主要用TC35实现家居的智能控制，控制者可以使TC35模块

手持设备（如：手机、PDA） TC35模块 MCU（MSP430FX） RS232

GSM 2

GSM 2

一、判断题（共8道小题，共40.0分）

(错误)GPRS网络是存在于应用层之下的承载网络，它用以承载IP或x．25等数据业务。

 正确

 错误

知识点: GPRS协议栈

学生答案: [B;] 标准答案: A;

得分: [0] 试题分值: 5.0

提示:

(错误)EDGE（Enhanced Data rates for the GSM Evolution） 即增强数据速率GSM业务，它用于提供GSM系统上的高速话音和数据业务，可应用于GSM、TDMA-136及WCDMA

 正确

 错误

知识点: EDGE GPRS 的特征

学生答案: [A;] 标准答案: B;

得分: [0] 试题分值: 5.0

提示:

(错误)

EDGE（Enhanced Data rates for the GSM Evolution） 即增强数据速率GSM业务，它用于提供GSM系统上的高速话音和数据业务，可应用于GSM和TDMA-136。EDGE规范由Ericsson公司于1997年提出，只能用于电路模式的ECSD系统。

 正确

 错误

知识点: EDGE GPRS 的特征

学生答案: [A;] 标准答案: B;

得分: [0] 试题分值: 5.0

提示:

GPRS采用与GSM不同的频段、频带宽度、突发结构，相同的无线调制标准、跳频规则以及相同的TDMA帧结构。

 正确

 错误

知识点: EDGE GPRS 的特征

学生答案: [B;] 标准答案: B;

得分: [5] 试题分5.0 值:

提示:

(错误)

GPRS采用与GSM相同的频段、频带宽度、突发结构、无线调制标准、跳频规则以及不同的TDMA帧结构。

 正确

 错误

知识点: EDGE GPRS 的特征

学生答案: [A;] 标准答案: B;

得分: [0] 试题分值: 5.0

提示:

(错误)EDGE 选用的调制方式为8PSK

GSM网络原理简介

GSM网络原理简介

通 信 产 品 知 识---------GSM网络原理简介（一、二、三、四）

当前市场上存在两种制式的手机,一种是CDMA,另一种就是GSM,如加上小灵通则有三种手机了.今天我们主要来介绍一下GSM制式的手机原理.

GSM(Global System for Mobile Communication)的中文是全球移动通信系统，又称“全球通”，最早在欧洲开发出来并成功运用。为区别早期的模拟移动通信系统，把模拟移动通信系统称为第一代（1G）移动通信系统，把GSM称第二代数字蜂窝移动通信系统,简称2G。

GSM采用的是数字调制技术，其关键技术之一是时分多址(TDMA，每个用户在某一时隙上选用载频且只能在特定时间下收信息)，因此其话音清晰，保密容易，能提供的数据传输服务较多。GSM网能支持的用户数量为模拟网的1.8-2倍。由于GSM发展极快，在其900MHz频段满以后，又开辟了DCSl800、PCS1900等频段，但一般的手机都工作在GSM900和DCS1800两个频段，当然也有三频段的手机。

GSM网络采用的是蜂窝式组网，因此又叫蜂窝移动通信系统，蜂窝通信系统的结构一般如下图所示。蜂房大小的上限比较明显：35公里范围。

一、GSM的技术特性。

下表为 GSM无线传输的主要特点。

频带有：900MHz、1800MHz及1900MHz

载波间隔：200KHz

调制方式：GMSK（高斯滤波最小频移键控） 270.833Kbit/s

均衡解调,以适应复杂的地形(如多山地区)

时分复用,同一载波用于不同速率的信道

跳频,是使用相同频率的蜂房间实现CDMA的一种形式

数字话音传输,从开始的13Kbit/s(每载波8个信道)发展到6Kbit/s(每载波16个信道).

旨在提高频谱效率的许多功能,如呼叫建立时用较低速率信令信道,话音安静期间减少发射,控制发射功率,慢速跳频,移动辅助切换„