当前位置：文档之家 › GSM通信原理基础理论

GSM通信原理基础理论

  • 格式：doc
  • 大小：1.37 MB
  • 文档页数：48

第一部分 GSM通信原理基础理论

GSM涵义

GSM[1]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 。GSM（全球移动通信系统）是一种广泛应用于欧洲及世界其他地方的数字移动电话系统。GSM实际上是欧洲的无线电话标准，据GSM MoU联合委员会报道，GSM在全球有12亿的用户，并且用户遍布120多个国家。因为许多GSM网络操作员与其他国外操作员有漫游协议，因此当用户到其他国家之后，仍然可以继续使用他们的移动电话。

GSM及其他技术是无线移动通信的演进，无线移动通信包括高速电路交换数据、通用无线分组系统、基于GSM网络的数据增强型移动通信技术以及通用移动通信服务

GSM历史：

20世纪80年代中期，当模拟蜂窝移动通信系统刚投放市场时，世界上的发达国家就在研制第二代移动通信系统。其中最有代表性和比较成熟的制式有泛欧GSM ，美国的ADC(D-AMPS)和日本的JDC(现在改名为PDC)等数字移动通信系统。在这些数字系统中，GSM的发展最引人注目。1991年GSM系统正式在欧洲问世，网络开通运行。

GSM数字移动通信系统源于欧洲。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。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(Group Special Mobile)”，简称“GSM”，来制定有关的标准和建议书。 而随着设备的开发和数字蜂窝移动通信网的建立，GSM逐步成为泛欧数字蜂窝移动通信系统的代名词，欧洲的专家们将GSM重新命名为“Global System for Mobile Communications”，使之成为“全球移动通信系统”的简称。

1990年，由英国提出将1800MHz频段归入GSM标准之中，此建议的目的是针对PCN（Personal Communications Network,即个人通信网）的应用，以进一频适应城区更高容量的需求。

我国自从1992年在嘉兴建立和开通第一个GSM演示系统，并于1993年9月正式开放业务以来，全国各地的移动通信系统中大多采用GSM系统，使得GSM系统成为目前我国最成熟和市场占有量最大得一种数字蜂窝系统。

在发展的过程中，GSM系统的功能不断得到丰富，从而能够提供更多样的服务。由GSM系统首先引入的短信息服务（SMS）提供了一种新颖、便捷、廉价的通讯方式。

1994年，GSM实现了基于电路交换的数据业务和传真服务。

1999年，WAP协议使得用户可以通过手机访问互联网。 2000年后开始商用的通用分组无线服务（GPRS）使得GSM系统能够以效率更高的分组方式提供数据通讯。

2003年, EDGE技术开始商用，提供了接近3G的数据通讯能力。

目前，3GPP组织还在发展GSM标准，以便利用已经大量部署GSM基础设施，平滑地向3G技术演进。

GSM特点

1.GSM使用上直观的特点：

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。

2.GSM的技术特点：

1）.频谱效率。由于采用了高效调制器、信道编码、交织、均衡和语音编码技术，使系统具有高频谱效率。

2）.容量。由于每个信道传输带宽增加，使同频复用栽干比要求降低至9dB，故GSM系统的同频复用模式可以缩小到4/12或3/9甚至更小（模拟系统为7/21）；加上半速率话音编码的引入和自动话务分配以减少越区切换的次数，使GSM系统的容量效率（每兆赫每小区的信道数）比TACS系统高3～5倍。

3）.话音质量。鉴于数字传输技术的特点以及GSM规范中有关空中接口和话音编码的定义，在门限值以上时，话音质量总是达到相同的水平而与无线传输质量无关。

4）.开放的接口。GSM标准所提供的开放性接口，不仅限于空中接口，而且报刊网络直接以及网络中个设备实体之间，例如A接口和Abis接口。

5）. 安全性。通过鉴权、加密和TMSI号码的使用，达到安全的目的。鉴权用来验证用户的入网权利。加密用于空中接口，由SIM卡和网络AUC的密钥决定。TMSI是一个由业务网络给用户指定的临时识别号，以防止有人跟踪而泄漏其地理位置。

6）.与ISDN、PSTN等的互连。与其他网络的互连通常利用现有的接口，如ISUP或TUP等。

7）.在SIM卡基础上实现漫游。漫游是移动通信的重要特征，它标志着用户可以从一个网络自动进入另一个网络。GSM系统可以提供全球漫游，当然也需要网络运营者之间的某些协议，例如计费。

[一] GSM数字移动通信系统

我们了解GSM网络所能够提供的业务后，有必要知道这些业务在GSM网络是如何设计和配置以实现这些业务的。

图1 GSM系统框图

1.1：GSM系统的组成

和其它移动通信网络一样，GSM网络也大致由终端、无线接入设备和核心网络等几部分组成。具体包括交换网络子系统（NSS）、无线基站子系统（BSS）、操作维护子系统（OSS）和移动台（MS）四大部分。

NSS

MS

EXTERNAL

NETWORKS

OPERATORS

BSS

USERS GOSS 图1.1.1 蜂窝移动通信系统的组成

GSM系统框图如图1.1所示，其中BSS部分包括有基站控制器（BSC）、基站收发信台（BTS）和码型转换单元（TC）；NSS部分包括有移动业务交换中心（MSC）、拜访位置寄存器（VLR）、归属位置寄存器（HLR）、鉴权中心（AUC）和移动设备识别寄存器（EIR）；OSS部分包括有操作与维护中心-无线部分（OMC-R）、操作与维护中心-移动部分（OMC-M）和操作与维护中心-交换部分（OMC-S）；移动台部分（MS），其中包括移动终端（MT）和客户识别卡（SIM）。

1.1.1 无线基站子系统

图1.1.2 无线基站子系统的组成 MS OMC-S

OMC-MBSS NSS OMC-R

TC BSC

OMC-R BTS

BSS

BSS BTS MSC

VLR

MSC

VLR HLR

AuC

EIR HLR

AuC

EIR PSTN

ISDN

OMC-R

BTS BSC TC BTS OMC-R

BSS系统是在一定的无线覆盖区中，由MSC控制，与MS进行通信的系统设备，它主要负责完成无线发送接收和无线资源管理等功能。它给MS和NSS之间提供了传输通道并管理这个通道。BSS功能实体可分为BTS、BSC和TC。

BTS：BTS包括收发信机和天线,以及与无线接口有关的信号处理电路等无线接口设备，它完全由BSC控制，主要负责无线传输，完成无线与有线的转换、无线分集、无线信道加密、跳频等功能。

BSC：主要负责控制和管理,主要由BTS控制部分、交换部分和公共处理器部分等组成。具有对一个或多个BTS进行控制和管理的功能，它主要是进行无线信道的分配,释放以及越区信道切换的管理等,起中BSS系统中交换设备的作用。

TC：具有码型转换，速率适配的功能。

1.1.2: 交换网络子系统

交换网路子系统（NSS）包括实现GSM的主要交换功能的交换中心以及管理用户数据和移动性的所需的数据库。NSS 由一系列功能实体所构成，各功能实体间以及NSS与BSS之间通过符合CCITT信令系统No.7协议规范的7号信令网络互相通信。它的主要作用是管理GSM用户和其他网络用户之间的通信。

移动业务交换中心 MSC：是GSM系统的核心，它完成最基本的交换功能，即实现移动用户与其它网络用户之间的通信连接。提供面向系统其他功能实体的接口、到其他网络的接口以及与其他MSC互连的接口。

MSC为用户提供承载业务、基本业务与补充业务等一系列服务，还支持位置登记、越区切换和自动漫游等功能。为了建立至移动台的呼叫路由，相关的MSC还应能完成关口MSC（GMSC）的功能，即查询位置信息的功能。

拜访位置寄存器 VLR：是存储所管辖区域中所有用户的全部有关信息，为已经登记的移动用户提供建立呼叫连接的必要条件。是一个动态数据库，需要随时与有关的HLR进行大量的数据交换以保证数据的有效性。当用户离开其覆盖区时，用户的有关信息将被删除。VLR在物理实体上总是与MSC一体。

归属位置寄存器 HLR：是GSM系统的中央数据库，是存储管理部门用于移动客户管理的数据。每个移动客户都应在其归属位置寄存器（HLR）注册登记，它主要存储两类信息：一是有关客户的参数，包括用户的漫游权限、基本业务和补充业务等；二是有关客户目前所处位置的信息，以便建立至移动台的呼叫路由，例如MSC、VLR地址等。一个HLR可以覆盖几个移动交换区域甚至整个移动网。

鉴权中心 AUC：存储用户的加密信息，用以保护用户在GSM系统中的合法地位不受侵犯。用于产生为确定移动客户的身份和对呼叫保密所需鉴权、加密的三参数（随机号码RAND，符合响应SRES，密钥Kc）的功能实体。是一个受严格保护的数据库，在物理实体上与HLR共存。

设备识别寄存器 EIR：也是一个数据库，存储有关移动台IMEI有关的信息。主要完成对移动设备的识别、监视、闭锁等功能，以防止非法移动台的使用。

在GSM网上还配有短信息业务中心（SC），即可开放点对点的短信息业务，类似数字寻呼业

合集下载

GSM通信设计

GSM通信设计

GSM通信设计

目前主要有两种方式：点对点直接接入方式和专线接入方式。

点对点接入方式：GSM的短消息业务利用信令信道传输，是GSM通信网络特有的，它不用拨号建立连接，直接把要发的信息加上目的地址发送到短消息服务中心，由短消息服务中心再发送给最终的目的地址。并且，如果传送失败，被叫方没有回答确切消息，网络会保留所传消息，当发现被叫方能被叫通时消息能被重发，以确保被叫方准确接收。遥测站采集的水情数据经编码后通过GSM模块发送，接收端由GSM模块接收各遥测站发送的水文数据。一般情况下大于100个站点宜采用专线方式。

专线接入方式：当系统传输信息容量大时，为防止传输的信息遭遇阻塞，则在移动网短信服务中心申请1个特别服务号码，当遥测站的水情数据发送至移动网短信服务中心时，除直接转发至分中心的GSM通信终端，还通过对特别服务号码的识别后能迅速将信息通过Internet（在接收端具有固定IP）传输至目的地中心站。

GSM移动通信系统原理简介

GSM移动通信系统原理简介

GSM移动通信系统原理简介

手机是移动通信系统的重要组成部分——终端接入设备，所以要介绍手机，有必要先介绍一下移动通信系统。

1 移动通信的概念

移动通信范指用户可以在移动中进行通信的系统。从通信方向上可以分为单向（例如BP 机）和双向通信，从用户范围可以分为公用和专用（例如对讲机）等。我们以下主要介绍双向公用移动通信网络。

1.1 接入方式

移动通信要求用户在移动中必须可以进行通信，通信的终端设备手机与通信网络的连接方式必须有别于传统通信系统的有线连接，所以移动通信系统中手机与通信网络是通过射频无线电进行连接的。公用移动通信系统为双向的无线通信系统，由手机到网络的通信信号称为“Uplink——上行”通信信号，从网络到手机的通信信号称为“Downlink——下行”通信信号。手机必须能够同时进行双向的通信，所以上行和下行的射频信号不能在同一个频率上进行传输。一般的，移动通信系统的上行和下行信号分别位于互不重叠的两个频率带中。

1.2 传输方式

移动通信的传输方式可以分为模拟方式和数字方式。

模拟传输方式是将需要传输的低频信号通过模拟的调制方式调制到可供通信的射频频率上进行通信。这种方式的优点是对手机的逻辑控制部分要求比较低，手机结构相对比较简单，比较容易实现。缺点是通信信号易受到干扰，对射频电路性能要求较高，通信速率较低。

数字传输方式是将待传输的低频信号先进行数字编码，全部变成只有0 和1 两种状态的数字信号再进行调制与传输。这种通信方式的优点是抗干扰能力较强，通信速率较高，对射频电路要求相对较低。缺点是对手机的逻辑控制部分尤其是运算能力要求较高，手机结构复杂。

1.3 多址方式

多个用户同时与一个系统进行通信的方式叫多址通信。多址方式可以分为FDMA、TDMA 和CDMA 三种方式。

FDMA（Frequency Division Multiple Access）——频分多址：多个用户各自在互不相同频带上同时与系统进行通信。此种通信方式多用于模拟通信系统。

GSM通信原理

GSM通信原理

GSM通信原理.

GSM通信系统在无线接口上综合了频分多路接入（FDMA）和时分多路接入（TDMA）两种技术，并且加上了跳频技术，这样的混合性能与模拟系统相比有重大的区别，在性能上为GSM系统带来了极大的优势。

GSM无线路径上的传输单位是由大约156个调制bit组成脉冲串（Burst），通常所说的信道。实际上就是某个时间和频率段上传输“Burst”。一个信道的“Slot”在时间上不是连续的。因此，一个信道是由一组临时定义的Slot组成，信道在Slot的组合上是周期的。信道的频率是指信道构成中的每个Slot频率。它可以是一个固定的频率，此时，信道占据的Slot具有相同的频率，也可以是不同的频率，这就是跳频技术，即规则的地改变一个信道所使用的时隙。GSM系统每个信道分为8个时隙，分别供8个用户使用。GSM系统采用跳频技术有两个方面的好处：其一是频率分集；另一个是干扰分集。前者在MS静止或慢速移动时，对传输质量有较大的改善。后者的作用使系统的干扰分散和平均化，使C/I值得到改善。

提高GSM移动通信系统容量的解决方案：

1、同心圆Overlaid&Underlaid Subcell技术：其原理是将普通的蜂窝小区分成低层，顶层两个子小区，顶层子小区覆盖范围较小，主要用于吸收话务。低层子小区用于较大区域的覆盖。

2、双频技术（DUAL BAND）：在遵守GSM标准的前提下，使用900MHz和1800MHz两个不同频段来提高网络容量的办法。即均使用标准GSM体制与信令系统，唯一的区别是工作频段不同，这相当于频率资源的增加。

3、微蜂窝（MicroCell）技术：微蜂窝是在宏蜂窝基础上发展起来的一种技术，其功率低，覆盖范围小，通常在20m～300m之间，主要用来满足高话务量热点地区的容量需求，也常用来实现特定地域小范围内的信号覆盖。

4、多重频率复用MRP技术：其特点是将可用载频分成若干组合，每组作为独立的一层，采用不同的复用方式，并逐层紧密，整个网络中采用不同的复用类型。这种方式复用距离缩短，必须采用跳频、动态功率控制等技术来进行配合。

GSM通信基站辐射基本原理和辐射功率计算

GSM通信基站辐射基本原理和辐射功率计算

GSM通信基站辐射基本原理和辐射功率计算

（电磁辐射与防护研究中心，ttp:///）

若我们要知道基站的辐射到底有多大，我们还要先了解基站工作的基本原理。

（1）GSM发射天线

一般每一个基站都有三个扇区，每一个扇区会向某一个方向发射，覆盖一定的范围，例如最通常的情况下，一个基站的三个扇区，其中一个扇区天线对准正北方向，覆盖范围为120度，另外一个扇区对准东南方向，覆盖范围为120度，还有一个扇区对准西南方向，覆盖范围为120度，这样三个扇区能对四周进行360度全覆盖。

每一个扇区有一副到多副天线，这些天线一方面发射信号，同时接收从手机传过来的信号。若天线越多，辐射功率总和一般情况下越大。

上图每个扇区一副天线,每一副天线的覆盖范围为120度，三副天线可对周围360度全面覆盖。

（2）GSM通信基站发射功率的计算

现在GSM基站是采用频分复用和时分复用的方式工作，以此提高基站的容量，也就是说，一个基站它有多个频率发射，一个频率常用一块发射电路板，专业俗语称之为载频，一般情况下一个频率的发射功率通常为15w到20W左右。

在市区，由于话务量较大，而且要支持手机上网等业务，市区大多数基站一般配置每一个扇区6个频率以上，若是3个扇区，其配置的频率一般在6X3=18个频率以上。这样若18个频率都工作时。它的辐射功率在 18X15=270W 以上，若配置频率多的话，发射功率还会更大。

一般的手机辐射功率最大才2W，基站270W的辐射功率还是比较大的，所以基站都需要专用机房和供电设施，耗电量也很大，大多数机房甚至要专门配置空调设施降温。

另外基站是24小时都在发射，手机一般只是在打电话时才发射信号。

机房图

基站设备图

（3）辐射频率

现在GSM基站的频率基本上是900M和1800M两个频段，有些机房里既有900M，也有1800M，下图的发射塔有两层，一般是用来分别放置900M和1800M。