GSM原理-4
gsm通信原理
gsm通信原理GSM通信原理。
GSM（Global System for Mobile Communications）是全球移动通信系统的缩写，是一种数字移动通信标准。
它是一种全球性的通信标准，被广泛应用于全球范围内的移动通信系统中。
GSM通信原理是指GSM系统在通信过程中所采用的技术原理和通信协议，下面我们将对GSM通信原理进行详细的介绍。
首先，GSM通信原理基于TDMA（Time Division Multiple Access）技术。
在GSM系统中，整个频段被划分为多个时间片，每个时间片被分配给一个用户进行通信。
这种时分多址技术使得多个用户可以在同一频段上进行通信，从而提高了频谱的利用率。
其次，GSM系统采用了FDMA（Frequency Division Multiple Access）技术。
在GSM系统中，每个时间片又被进一步划分为多个频道，每个频道被分配给一个用户进行通信。
这种频分多址技术使得不同用户之间的通信不会相互干扰，从而保证了通信质量。
另外，GSM系统还采用了TDMA和FDMA的组合技术，即TDMA/FDMA。
这种组合技术使得GSM系统在有限的频段和时间资源内，可以同时支持多个用户进行通信，实现了多用户同时通信的能力。
此外，GSM系统还采用了数字调制技术。
在GSM系统中，语音信号经过模数转换后，采用GMSK（Gaussian Minimum Shift Keying）调制技术进行调制，然后通过天线发送出去。
这种数字调制技术使得GSM系统具有抗干扰能力强、通信质量稳定的特点。
除此之外，GSM系统还采用了加密技术和身份鉴别技术。
在GSM系统中，通信数据经过加密后再进行传输，只有合法用户才能解密并获取通信内容，从而保证通信安全性。
同时，GSM系统还采用了IMSI（International Mobile Subscriber Identity）等身份鉴别技术，确保通信的合法性和安全性。
第7章GSM数字蜂窝移动通信系统
本章提示
GSM系统是个时分多址系统，其功率发射是 在严格规定的时间窗内，以突发形式不停地 发射；所以接收机与发射机要保持严格地定 时同步。
GSM系统是一个数字蜂窝系统。为了便于系 统管理，它有条件安排9种逻辑信道，如何将 这么多逻辑信道映射到TDMA的物理信道上 （即信道组合）是很值得学习的。
2．基站子系统（BSS）
（2）基站控制器（BSC） 基站控制器是基站子系统的控制部分，起着
BSS的变换设备的作用，即承担各种接口及 无线资源和无线参数管理的任务。
2．基站子系统（BSS）
BSC主要由下列部分构成： 朝向与MSC相接的A接口或与码变换器相
接的Ater接口的数字中继控制部分； 朝向与BTS相接的Abis接口或BS接口的
2．基站子系统（BSS）
图7-3 一种典型BSS组成方式
2．基站子系统（BSS）
（1）基站收发信台（BTS）。 由基站控制器（BSC）控制，服务于某个小
区的无线收发设备，完成BSC与无线信道之 间的转换，实现BTS与移动台（MS）之间通 过空中接口的无线传输及相关的控制功能。 BTS主要分为基带单元、载频单元、控制单 元三大部分。
7.1.2 GSM系统与蜂窝结构 的关系
泛欧GSM数字蜂窝移动通信系统是在频分多址下的 时分多址，当它工作在跳频方式时，又引入了码分 多址。
数字移动通信系统也是蜂窝系统，即蜂窝区群结构 和频率复用。
蜂窝区群小区数的多少以及小区半径的大小，取决 于数字系统保证正常通信所需载干比和本地区业务 量的分布和大小。
本章提示
GPRS是GSM网络向3G演进的重要一步，被 称为2.5G技术。GPRS是基于GSM网无线接 口所开发的分组数据传输业务；是按需分配 占用信道资源，频谱利用率高。理论上数据 传输速率最高可达到171.2kbit/s，适合各种 突发性强的数据传输。
MTK原理图
手机原理图分析一、手机基本电路框图：二、基带CPU（MT6226）内部框图：1、组成部分：z DSP：主要完成对语音信号的编解码、信道编码、加密、交织处理等；z ARM7：主要是对外部Memory接口、用户接口（LCD、键盘、触摸等）、语音接口、射频接口、电源管理等的命令控制，使各部分协调工作。
2、基带部分语音编码过程（DSP）：GSM标准规定时隙宽为0.577ms，8个时隙为一帧，帧周期为0.577×8＝4.615ms。
因此，用示波器观测GSM移动电话机收发信息，会看到周期为4.615ms、宽0.577ms的突发脉冲。
基带部分电路包括信道编/译码、加密/解密、TDMA帧形成/信道分离及基准时钟电路，它还包括话音/译码、码速适配器等电路。
来自送话器的话音信号经过8kHz抽样及A/D转换，变成13bit均匀量化的104kbit/s数据流，再由话音编码器进行RPE－LTP编码。
编码输入为每20ms一段，经话音编码压缩后变为260bit，其中LPC－LTP为72bit，RPE为188bit。
话音编码后的信号速率为13kbit/s。
同时话音编码器还提供话音活性检测(vAD)功能，即当有话音时，其SP信号为1；当无话音传输时，将SP示为0(即SID帧)。
13kbit/s 话音信号进入信道编码器进行编码。
对于话音信号的每20ms 段，信道编码器首先对话音信号中最重要的Ia 类50bit 进行分组编码(CRC 校验)，产生3bit 校验位，再与132bit 的Ib 类比特组成185bit ，再加上4个尾比特“0”，组合为189bit ，这189bit 再进入1/2速率卷积码编码器，该编码限制长度为5，最后产生出378bit 。
这378bit 再与话音信号中对无线信道最不敏感的II 类78bit 组成最终的456bit 组。
同样，对于信令信号，由控制器产生并送给信道编码器，首先按FIRE(法尔)码进行分组编码(称为块编码)，然后再进入1/2卷积编码，最后形成456bit 组。
无线电通信原理 第四章(英文)
2020/7/18
10
the time varying discrete-time impulse response model for a multipath radio channel
2020/7/18
11
N 1
hb (t,t ) ai (t,t ) exp[ ji (t,t )] (t ti (t)) i0
Local area: no greater than 6m outdoor Local area: no greater than 2m indoor
2020/7/18
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Parameters of Mobile Multipath Channels
• Time Dispersion Parameters • Coherent bandwidth • Doppler Spread • Coherence Time
•We need a few major parameters for easy –Compare different channels (delay, bandwidth, spectrum, etc) –Develop design guide lines for wireless signals
-If the vehicle is moving directly towards the transmitter
f 26.82 165Hz 0.162
-If the vehicle is moving perpendicular to the angle of arrival of
the transmitted signal
t : time variation due to motion/Doppler shift
GSM手机调制频谱原理
），频谱的频率间隔
展开式的叠加关系变成积分关系，则可以写成
，离散的 变成连续的 ，
其中
是付立叶级数复数表达式，在数学上，此式称为傅立叶积分。
严格地说，非周期信号 傅立叶积分存在的条件是：
1） 在有限区间上满足狄里赫利条件；
2）积分
收敛，即 绝对可积。
上式方括号内对时间 t 积分后，仅是角频率 的函数，记作
通过改变本振的频率可以得到相应各个频点的波形，然后在经过积分平滑得到频 域的频谱，如下图是手机的调制频谱。
Modulation Spectrum measurement in frequency sweep mode 以上简单介绍了调制频谱的原理，不妥之处请指正。
盛苏成 2004-7-28
从上图放大后一个时域、频域三维的 BURST 波形，从图上可看出沿着频域坐标 轴开关、调制频谱波形，如下图：
调制频谱
开关频谱
在某频点处的波形
三、GSM 调制频谱的测量 信号的频谱是由其时域特性决定，时域和频域的关系可借助傅立叶变换来相
互转换；频谱分析仪的工作原理有两种方式：1.根据傅立叶变换，借助于数字信 号处理，输入到分析仪的信号用模数转换器采样及振幅量化，因 A/D 转换器的 带宽限制，FFT 分析仪只能测量低频信号；2.根据超外差原理，这种情况下，输 入信号的频谱不是从时间特性中计算得来的，而是由频域分析直接决定，把输入 频谱分成各个独立的部分，如下图所示测量方法
，为
称为 的傅立叶变换（FT）； 称为
的傅立叶逆变换（IFT）。
两者互为傅立叶变换对。当
代入上二式后，公式简化为
综上所述，在时域是非周期信号变换在频域内为连续信号。
二、GSM 手机调制频谱
移动通信原理与系统(第4版) 第一章 移动通信概述
10
1.3 移动通信频段
我国移动通信工作频段
原邮电部根据国家无委会规定现阶段取160MHz频段、450MHz 频段、900MHz频段作为移动通信工作频段，即
160 MHz频段：
138~149.9 MHz
150.05~167 MHz
450 MHz频段：
403~420 MHz
450~470 MHz
900 MHz频段：
21世纪的目标是实现任何地方任何时候任何人anywhereanytimeanyone的通信实现处处时时人人everywhereallthetimeeveryone的通现在和未来iotinternetthings11移动通信发展简述通信技术高速发展带来的代价数字芯片的处理能力每个摩尔定律用户数据速率以形式增长数字芯片的处理能力每个18月就增加1倍摩尔定律用户数据速率以指数形式增长无线通信技术的速率发展速度无线通信的速率每增加无线通信的速率每5年增加10倍通信高速发展带来运营商利润降低11移动通信发展简述mobilecommunicationtheory11移动通信发展简述接入方式典型代表第一代1g模拟蜂窝系统fdma美国amps系统欧洲tacs系统第二代2g数字蜂窝系统tdmagsm系统cdmancdma系统目标典型代表过渡代25g高速传输gprscdma20001x系统第三代3gimt2000全球漫游高质量多媒体业务系统容量管理能力保密性和服务质量均有很大改善欧洲wcdma系统北美cdma2000系统中国tdscdma系统第四代4gimtadvanced高速率各种数据话音业务全ip多协议新技术4g网络标准fddltetdlte第五代5g实现增强型移动宽带海量机器通信超高可靠低时延通信需求2020年完成5g终版本移动通信是指通信双方或至少有一方在运动状态下进行信息交换的通信体制先驱者
GSM频段知识 GSM900 DCS1800
GSM频段知识GSM900 DCS1800^一.GSM的涵义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。
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使用的是时分多址的变体，并且它是目前三种数字无线电话技术 (TDMA、GSM和CDMA)中使用最为广泛的一种。
GSM将资料数字化，并将数据进行压缩，然后与其它的两个用户数据流一起从信道发送出去，另外的两个用户数据流都有各自的时隙。
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。
美国著名通信公司Sprint的一个辅助部门，美国个人通信正在使用GSM作为一种宽带个人通信服务的技术。
这种个人通信服务将最终为爱立信、摩托罗拉以及诺基亚现在正在生产的手持机建立400多个基站。
手持机包括电话、短信寻呼机和对讲机。
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二.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。
通信电子中的GSM技术应用
通信电子中的GSM技术应用GSM技术是现代通讯电子领域中一项非常重要的技术，它被广泛应用在手机通讯、无线定位、数据传输等各个领域中。
本文将重点探讨GSM技术在通讯电子领域中的应用。
一、GSM技术概述GSM，即Global System for Mobile Communications，全球移动通信系统，是一种无线通信标准。
它的诞生源于20世纪80年代，是一种2G技术。
GSM系统主要由两个部分组成，一个是移动端，即手机；另一个是基站端，即无线电信号发射装置。
GSM技术采用了蜂窝网络的通讯结构，将大范围的服务区域划分成无数个小区域，每个小区域都由一座基站来覆盖，基站之间会相互协调，以保证信号的无缝衔接。
GSM技术能提供语音通话、短信、流媒体等多种通讯服务。
二、GSM技术在手机通讯中的应用GSM技术在手机通讯领域中的应用非常广泛，手机通讯本身就是GSM技术的重要应用之一。
现代智能手机可以同时支持3G、4G等多种通讯技术，但GSM技术仍然是这些技术中最基础、最核心的一部分。
GSM技术能提供高质量的语音通话和快速的短信传输服务，这也是现代手机通讯最基本的功能。
此外，GSM技术还支持数据传输，用户可以通过手机来上网、收发邮件等。
GSM技术还提供了多种辅助功能，如通话保持、语音信箱、呼叫转移等，这些功能大大提高了用户的通讯便利性和舒适度。
三、GSM技术在无线定位中的应用除了手机通讯，GSM技术也被广泛应用在无线定位领域中。
现代定位技术基本分为两种，一种是GPS定位，另一种是基站定位。
基站定位又分为GSM定位和CDMA定位两种。
GSM定位技术实现原理很简单，当手机用户进入某个基站的服务范围时，基站会向用户手机发送特殊的信号。
手机接收到这个信号后，就会自动向基站返回一个完整的通信信号，这个信号就可以被用来定位手机所在的位置。
基站的精度越高，定位结果也就越准确。
四、GSM技术在数据传输中的应用GSM技术能够提供不同速率的数据传输服务，这也是GSM技术中非常重要的一个应用。
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GSM原理GSM是Global System for Mobile Communication 的缩写。
意思是全球移动通信系统。
分GSM900、DCS1800和PCN1900三个频段，一般的所谓的双频手机就是在GSM900和DCS1800频段切换的手机。
PCN1900则是别的一些国家使用的频段(如美国)。
GSM900/1800分别是工作在890~960mhz/1710~1880mhz频段的。
GSM900的手机最大功率是8W（实际中移动台没这么大的功率，一般的手机最大功率是2W，车载台功能大），而DCS1800的手机的最大功率是1W。
●GSM900/DCS1800/PCN1900的区别: GSM900是初始的GSM 系统, MOBILE 的功率从输出1W-8W, GSM900的通道从1 ~124, DCS1800的通道从512~885; DCS1800是低功率的, 最高是1W;●GSM的频段：GSM900 小区半径35km 上行890~925MHZ 下行将925~960MHZPHASE2: 890~925MHZ 和935~960MHZ; 通道号1---124.GSM1800小区半径2km(由于1800mhz手机的低功率) 上行710~1785MHZ 下行1805~1880MHZ。
PHASE2: SAME; 通道号:512—885. 为高密度的用户.GSM1900: 1850~1910MHZ 1930~1990MHZ上行和下行组成一频率对, 上行就是手机发射、机站接收；下行就是基站到手机。
例如935-960 和890-915 相差45MHZ, 第二个通道上, 上行落后下行三个时系.●网络组成：1.BTS 基站：base transceiver station 基站首要是收发器，收发器的多少决定小区的容量，一个收发器能支持8个用户。
一个小区由3个天线，一个发射，两个接收（分集接收）。
（收发器和天线的关系）？a)每个BTS都会有一套收发器。
b)一个BTS覆盖一个小区，BTS发送BCH信号在RF信道的0时隙。
BCH帮助Mobile识别/寻找网络。
c)小区的手机用户容量依靠信道数d)GSM空中接口的数据传输速率是13Kbps,即BTS收发语音数据速率是13KB/S.e)有BTS命令手机设置其发射功率、迁时、切换。
2.BSC base station controller 基站控制器：a)几个BTS基站连接一个BSC, 基站安排信道配置、切换、和BTS连接BSC;所有的BSC连接至MSC,b)每个BTS连结BSC用abis接口，是2Mbps的连接。
使用microwave link、optical fiber、co-axial line等方式连接.c)Microwave link 经常是最好的连接方式选择。
d)BSC连结MSC使用的是A口e)在BSC可提供小区广播等服务。
3.MSC mobile switching center 是网络的核心，呼叫建立、保持、和释放；链接BSC和PSTN、认证、呼叫转接、短信息、收费等。
当用户增加到一定数量时，可增加MSC；MSC与MSC之间使用GMSC连结（GA TEWAY）a)当呼叫建立时，MSC起到保持通话和断开通话的功能。
b)存储所有的用户数据和它们的相关特征。
c)介于MS和PSTN之间，交换通信数据.d)MSC是GSM 网络的心脏。
是与别的GSM 网络、非GSM网络的连接口。
e)MSC主要功能：认证、位置更新、连接、收费、呼叫转接、SMS。
f)当用户增加时，超过一个MSC的容量，就需要多一个MSC，就增加一倍的用户4.TRAN------Trans coding/rate adapter unit 速率适配器。
a)TRAN转换13KB/S的GSM速率为标准的64KB/S; TRAN作为一MSC 的一部分。
b)Trans coding 也使用在下行时，将64kbps转换成16kbps.c)Trans coding在MSC\BSC\BTS中。
5.HLR Home location register归属位置寄存器。
a)在MSC中有所有的用户数据库存在于HLR。
HLR中有永久用户数据库。
b)用户发出呼叫时，MSC从HLR之中获得用户数据。
是用户核心数据库，大部分在SIM卡中的数据都可以在HLR中获得。
6.VLR visiting location register 访问位置寄存器。
a)在VLR中有被激活的所有的用户号码。
b)当别的MSC中的用户漫游到新的MSC时，MSC和HLR之间通信，新的MSC就将漫游的用户注册到它的VLR中。
c)当手机漫游时，用户访问区被别的网络覆盖，而且归属位置网络批准它使用被访问的网络，它的用户信息将从HLR被拷贝到VLR(访问位置寄存器)中暂存。
7.鉴权中心AUC----Authentication centera)是SIM 卡的验证过程。
b)每个SIM卡有一个IMSI，在IMSI有加密码c)在HLR中有IMSI和密码d)手机通信时，首先验证SIM 卡的合法性，由AUC 进行验证。
8.设备身份注册：EIR----Equipment identify registera)包含了IMEI信息。
所有的手机IMEI都存储在EIR中，是手机的数据库。
b)在GSM中有助于验证当手机遗失时，运营商可以禁止已经报失手机的使用。
c)EIR分类：Permitted list\evaluation list\stolen list\unknown9.收费中心BC---Billing centera)BC产生每一个用户的费用状况.b)直接连到MSC, 由MSC发送收费信息给BC（通话时）c)BC处理按单位计费。
10.操作运营中心：OMC----operation and maintenance center.a)每个GSM网络超过100 个BTS组成，每一个实体需要操作和维护。
b)一些远程操纵是必要的，检测和远程进入。
c)有时有两种OMC(不同的供应商)，OMC-S: Deal with switch; OMC-R :dealwith radio network。
11.短信中心：SMSC信息通过短信息中心发到指定的手机。
a)信息通过SMSC传输b)信息可通过人工终端（连到SMSC）发送。
c)短信中心SMS CENTER---MSC/VLR----BSC----BTS.----MS12.语音服务中心：a)它拥有所有语音用户的数据库；b)它也存储了语音信息。
13.设备报警：a)BTS, BSC, Trans coder failure.b)Link failurec)Module failure(transceiver, processor)●小区身份，网络中每个小区都由唯一的识别号，CI: Cell Identity. 一个小区由56个用户可同时通话●调制方式: GSM 采用的是0.3GMSK调制高斯最小频移键控，0.3是描述滤波器带宽和比特率的关系,不是相位调制，是一种典型的数字调频调制，实际上是调频。
0和1代表的是载波加减不同的频率+67.708KHZ 和-67.708KHZ，1被看作是相位增加90度，0被看作是相位在相反方向改变，两个频率表示频移键控; 语音编码速率时13kbps. 数据速率(调制速率)bit传送速率是270.833Kbps。
刚好是四倍于射频频移。
这样一来就有效的减少调制频谱和提高了通道利用率. 高斯滤波: 剧烈的频率变化会导致频谱扩散, 所以用滤波器进行滤波平滑后, 减少频谱扩散; RF载频加67.708和减67.708KHZ;靠频率转移.●GSM网络系统：手机和基站的接口是空中接口，基站(BS)和基站控制台BSC是靠abis接口2Mbps的连接。
（是光纤或者常用微波连接，DCS1800 Abis接口经常使用微波连接）, 一个BSC控制20~30个BTS；基站控制台BSC和交换局是A口连接。
手机和基站的最大距离是34.9km。
●手机开机后的步骤:1.首先搜索124个信道，即所有的BCH通道, 决定收到的广播信道BCH强度, (BCH的承载的信息是距Mobile最近的BTS; 呼叫信息);2.跟网络同步时间和频率, 由FCH/SCH调整频率和时间3.解码BCH的子通道BCCH.4.网络检查SIM 卡的合法身份.是否是网络允许的SIM 卡。
5.手机的位置更新.6.网络鉴权●手机主叫(MOC)过程:1.手机给基站发送通道需求，即手机发送一个短的随即接入突发脉冲.(RACH Burst)2.由BCH 指定传输信道. SDCCH3.手机和基站在独立专用信道(SDCCH)上通信.4.权限认证5.指定手机在一个业务信道(TCH)上通信.6.在TCH上进行语音通信.●手机被叫1.BTS在PCH呼叫通道上使用SIM中的IMSI号码来呼叫用户。
2.由手机发送RACH3.通道指定在BCH.4.手机和基站在SDCCH 上通信5.手机用户被鉴权6.手机被指定TCH通道。
7.在TCH通道上进行语音和数据通信。
●紧急呼叫：1.GSM规格定义了112 为紧急呼叫号码2.112在手机有无SIM卡的情况下均可呼叫。
3.在RACH 上, 手机112 建立紧急呼叫。
●Authentication 鉴权：1.目的：验证用户身份（IMSI /SIM）; 提供手机新的加密键。
2.鉴权是在什么情况下：每一次注册、每次呼叫或被叫企图、执行一些增值服务、漫游时的位置更新。
●小区选择和小区重选PHASE2小区选择使用C1算法，小区选择使用C2算法。
●切换handover: 切换是手机通信从一个小区/信道到另外一个小区/信道。
1.上行和下行的接收质量报告。
测量报告包括信号强度、信号质量、相邻6小区的信号强度，BTS上行链路的信号强度，信号质量,TA.2.上行和下行的接收信号强度3.距离，迁时4.干扰层。
5.功率预算。
6.切换包括：同一小区内部信道/时隙之间的切换。
小区于小区之间。
●加密ciphering: 语音和数据的保密、信号信息的保密；●手机位置更新location update:1.MSC应知道呼叫手机的位置。
2.手机连续的改变位置，手机在改变位置时通知MSC关于新位置。
由MSC处理位置更新。
3.手机位置更新过程：（location area identity LAI）a)手机改变位置区b)手机从BCCH 上读新的位置区c)发送RACH, 为通道需求。
d)在AGCH上获得一个SDCCH.e)在SDCCH发送IMSI和新旧LAI位置更新需求给MSCf)MSC开始认证g)如果认证成功，更新手机位置在VLR上h)发送确认信息给手机i)手机离开SDCCH, 进入空闲模式。