第4章GSM移动通信原理
GSM基础知识和移动通信原理
GSM系统中的主要组件
基站
基站是GSM网络的核心组件，用 于与移动设备进行通信并提供信 号覆盖。
移动设备
移动设备（如手机）通过基站与 GSM网络进行通信，将语音和数 据传输到目标位置。
移动交换中心
移动交换中心是GSM网络的核心 节点，负责呼叫控制和用户数据 交换。
GSM通信过程
1
注册
移动设备在GSM网络中注册，获得一个临时标识符，以便进行通信。
2
呼叫连接
用户通过拨号建立通话连接，GSM网络将呼叫路由到目标用户。
3呼叫释放Fra bibliotek通话结束后，GSM网络将释放连接并释放资源以供其他用户使用。
GSM网络的优点和局限性
1 覆盖广泛
GSM网络在全球范围内提供广泛的通信覆盖，为用户提供了连续无缝的通信体验。
2 兼容性强
GSM设备的标准化使其与其他网络和设备兼容，方便用户在不同地区和网络间切换。
GSM加密
GSM使用加密算法保护通信内容， 确保用户的隐私和数据安全。
移动通信原理
1 信道分配
2 信号传输
3 网络交互
GSM使用时分多址技术， 将通信频谱划分为不同的 时隙，以实现同时多用户 通信。
移动通信通过无线电频率 在基站和移动设备之间传 输信号，实现语音和数据 传输。
GSM网络通过基站和移动 交换中心之间的传输路径， 实现用户之间的通信和互 联网接入。
GSM网络架构
基站子系统 (BSS)
包括基站控制器 (BSC) 和 天线系统 (BS)，负责无线信号和用户数据传输。
网络子系统 (NSS)
由移动交换中心 (MSC) 和 访问控制器 (AC) 组成，处理用户数据和呼叫控制。
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。
GSM移动通信基本原理介绍
GSM发展简史
GSM移动通信基本原理
技术
2008年，发展达到了顶峰
竞争
发展
455
用户
加剧
1999，中国移动用户近5000万
需求
居世界第二
4
1994年，GSM进入中国
3
1991年，GSM系统在欧洲商用 移动通信跨入第二代
BTS (Base Transceiver Station)：
基站收发信台，实现移动通信系统与MS之间的无线通信
BSC (Base Station Controller)：
基站控制器，实现无线系统到交换系统的集线功能、无线资源管 理功能以及其它与无线相关的控制功能
HLR (Home Location Register)：
2
1989年：GSM标准生效
1
GSM发展简史
GSM移动通信基本原理
无线
通信
系统
GSM
PDC
3G
AMPS
D-AMPS
TACS
IS-95A
W-CDMA
NMT NTT
2.5G
CDMA2000
TD-SCDMA
GPRS
2G
IS-95B
1G
80s初
80s末
96年
2002年
时间
第二部分 GSM系统网络结构
GSM系统网络结构
✓ 快速随路控制信道（FACCH）
TCH/F随路控制信道（FACCH/F） TCH/H随路控制信道（FACCH/H）
专用控制信道（DCCH）功能
✓独立专用控制信道（SDCCH），双向，用于： 传送鉴权、业务信道指配信息；
gsm的工作原理
gsm的工作原理GSM（Global System for Mobile Communications）是一种基于数字技术的移动通信标准。
其工作原理可以分为以下几个方面：1. 频率分配：GSM网络将可用的无线频谱分为不同的频道，每个频道可以同时支持多个用户进行通信。
频谱分配由基站控制器（BSC）进行管理，它根据网络负载和通信需求动态地分配频率资源。
2. 信号传输：GSM系统使用时分多址（TDMA）技术，将每个频道划分为多个时隙，每个时隙可用于传输不同用户的信息。
通过这种方式，多个用户可以在同一个频道上同时进行通信，提高了系统的容量和效率。
3. 基站系统：GSM网络由许多基站组成，每个基站负责覆盖特定范围内的用户。
基站由基站控制器进行管理，它与移动设备进行无线通信，将用户的语音和数据信息转发到目标位置。
4. 用户鉴权：当移动设备尝试接入GSM网络时，网络会对用户进行鉴权，确保其合法性和身份。
这涉及到与用户SIM卡中的密钥进行比对，以验证用户的身份。
5. 话音编码：GSM系统使用全球通用的话音编码标准（GSM-FR），将用户的语音信号进行数字化和编码，以便在网络中传输。
这种编码可以减小语音数据量，提高传输效率。
6. 数据传输：除了语音通信外，GSM系统还支持数据传输，例如短消息服务（SMS）、多媒体消息服务（MMS）和互联网接入。
这些数据会被编码和打包，并通过GSM网络传输到目标设备。
总的来说，GSM的工作原理是通过频率分配、时分多址技术、基站系统、用户鉴权、话音编码和数据传输等关键技术，实现移动设备之间的语音和数据通信。
这种标准化的通信方式使得全球范围内的移动通信变得更加便捷和高效。
GSM移动通信及协议栈
GSM移动通信及协议栈移动通信是指通过无线电技术实现移动设备之间的通信。
GSM （Global System for Mobile Communications）是一种数字移动通信标准，被广泛用于全球范围内的手机通信。
本文将介绍GSM移动通信的原理及其协议栈的组成以及各层的功能与作用。
一、GSM移动通信原理GSM移动通信采用时分多址（TDMA）技术进行信道复用，这意味着每个时间片都可以分配给不同的用户进行通信。
该技术的使用可以提高频谱利用效率，允许同时传输多个用户的信息。
GSM移动通信系统由多个基站组成，每个基站都可以覆盖一个特定的区域，称为小区。
当用户使用手机进行通话时，手机会与基站进行连接，基站负责提供信号传输和接收。
二、GSM协议栈的组成GSM协议栈由多个层级组成，每个层级都有相应的功能和作用。
1. 物理层（Physical Layer）物理层是GSM协议栈的最底层，负责无线电信号传输和接收。
它规定了信号的调制与解调方式，包括信道编码、信号传输速率等。
2. 数据链路层（Data Link Layer）数据链路层负责将物理层传输的比特流转换为帧的形式，以及进行差错检测和纠正。
这一层还负责多路复用和信道管理，确保数据的可靠传输。
3. 网络层（Network Layer）网络层负责路由选择和移动性管理。
它负责处理与用户终端的连接，并将数据包传输到目标终端。
4. 传输层（Transport Layer）传输层主要负责数据的分段和重新组装，确保数据的可靠性和完整性。
它还提供了流量控制和拥塞控制机制。
5. 会话层（Session Layer）会话层负责建立、管理和终止通信会话。
它定义了不同通信实体之间如何开始、结束和保持会话。
6. 表示层（Presentation Layer）表示层负责数据的格式转换和加密解密。
它确保数据在通信实体之间的交换时能够被正确理解。
7. 应用层（Application Layer）应用层提供了将数据传输到具体应用程序的接口。
GSM手机原理框图
蜂窝移动通信系统GSM系统概述GSM数字移动通信系统是由欧洲主要电信运营者和制造厂家组成的标准化委员会设计出来的，它是在蜂窝系统的基础上发展而成。
蜂窝系统的概念和理论在二十世纪六十年代就由美国贝尔实验室等单位提了出来，但其复杂的控制系统，尤其是实现移动台的控制直到七十年代随着半导体技术的成熟，大规模集成电路器件和微处理器技术的发展以及表面贴装工艺的广泛应用，才为蜂窝移动通信的实现提供了技术基础。
直到1979年美国在芝加哥开通了第一个AMPS(先进的移动电话业务)模拟蜂窝系统，而北欧也于1981年9月在瑞典开通了NMT(Nordic 移动电话)系统，接着欧洲先后在英国开通TACS系统，德国开通C－450系统等。
蜂窝移动通信的出现可以说是移动通信的一次革命。
其频率复用大大提高了频率利用率并增大系统容量，网络的智能化实现了越区转接和漫游功能，扩大了客户的服务范围。
GSM系统的组成蜂窝移动通信系统主要是由交换网路子系统（NSS）、无线基站子系统(BSS)和移动台（MS）三大部分组成，如图1所示。
其中NSS与BSS之间的接口为“A”接口，BSS与MS之间的接口为“Um”接口。
在模拟移动通信系统中，TACS规范只对Um接口进行了规定，而未对A接口做任何的限制。
因此，各设备生产厂家对A接口都采用各自的接口协议，对Um接口遵循TACS规范。
也就是说，NSS系统和BSS系统只能采用一个厂家的设备，而MS可用不同厂家的设备。
图1 蜂窝移动通信系统的组成由于GSM规范是由北欧一些运营公司“炒”出的规范，运营公司当然喜欢花最少的投资，用最好的设备来建最优良的通信网，因此GSM规范对系统的各个接口都有明确的规定。
也就是说，各接口都是开放式接口。
GSM系统框图如图2，A接口往右是NSS系统，它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），A接口往左Um接口是BSS系统，它包括有基站控制器（BSC）和基站收发信台（BTS）。
gsm的工作原理
gsm的工作原理
GSM（Global System for Mobile Communications）是一种数字
移动通信标准，它使用时分多址（TDMA）技术实现语音和数据传输。
GSM的工作原理可以简要概括为以下几个步骤：
1. 基站搜索与选择：移动设备通过扫描周围的基站信号，选择信号质量最好的基站进行连接。
2. 建立连接：移动设备发送一个呼叫请求给基站，并提供相关信息，如接收者的手机号码或设备ID。
基站将该呼叫请求传
输到移动交换中心（Mobile Switching Center，MSC）。
3. 鉴权和身份验证：MSC通过向Home Location Register （HLR）发送请求来鉴权和身份验证移动设备。
HLR是一个
存储用户订阅信息、位置信息等的数据库。
4. 寻呼和移动绑定：一旦鉴权和身份验证通过，MSC将通过
广播方式通知指定基站的呼叫请求。
移动设备接收到呼叫请求后，将发送一个响应给MSC，并且与基站建立连接。
5. 语音和数据传输：一旦连接建立，移动设备和基站之间可以进行语音和数据传输。
语音数据经过编码和解码，然后通过无线信道传输。
数据传输可以通过GPRS或EDGE等技术进行。
6. 呼叫结束和断开连接：当通话结束或移动设备离开基站的范
围时，连接将被断开。
MSC将收到断开连接的通知，并更新用户的位置信息。
以上是简要描述了GSM的工作原理。
通过这个过程，GSM网络可以实现移动设备之间的语音和数据通信。
gsm模块的工作原理
gsm模块的工作原理
GSM模块（Global System for Mobile Communications）是一种用于通过全球范围的移动通信网络进行语音和数据传输的设备。
它的工作原理可以概括为以下几个步骤：
1. 与通信网络建立连接：GSM模块通过内部的无线电天线与
基站进行无线通信，并与之建立连接。
基站负责提供通信服务，并将GSM模块与移动电话网络连接起来。
2. 发送呼叫请求：一旦与基站建立连接，GSM模块可以发送
呼叫请求给移动电话网络。
呼叫请求包含了要拨打的电话号码以及其他相关的信息，如呼叫类型（语音呼叫或数据传输）等。
3. 呼叫建立：一旦移动电话网络接收到呼叫请求，它会将呼叫请求转发给被叫号码所在的位置区域。
如果被叫电话可用，通信网络将建立起呼叫连接，即使双方可以进行通话或数据传输。
4. 语音和数据传输：一旦呼叫连接建立，GSM模块可以通过
以数字形式编码的语音和数据传输进行通信。
语音和数据传输会通过无线电信道进行传输，然后通过通信网络中的各个节点转发到目标设备。
5. 结束呼叫：当通信结束时，GSM模块会发送呼叫结束请求
给移动电话网络。
网络将根据请求终止呼叫连接，并释放相应的资源。
总的来说，GSM模块的工作原理涉及了与通信网络的连接建
立、呼叫请求发送与接收、语音和数据传输、呼叫连接的终止等关键步骤。
通过这些步骤，GSM模块能够实现移动通信和数据传输的功能。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1复 帧 =51TD M A 帧 （ 3060/13m s） 1 49 50
1TD M A 帧 =8时 隙 （ 120/26=4.615m s） 0 1 2 3 4 5 6 7
1时 隙 =156.25比 特 持 续 期 （ 15/26=0.557m s ） （ 1比 特 持 续 期 ： 48/13=3.68us） 常 规 突 发 序 列 （ NB） TB 3 TB 3 TB 3 TB 信 息 比 特 39 同 步 序 列 41 58信 息 比 特 26训 练 序 列 固 定 比 特 142 扩 展 的 训 练 序 列 64 信 息 比 特 36 TB 3 信 息 比 特 39 G P 68.25 58信 息 比 特 TB G P 3 8.25 TB G P 3 8.25 TB G P 3 8.25 TB ： 尾 比 特 GP： 保 护 期
4MH z 6MHz
EGSM A网
Motorola
B网
Ericsson
邮电 联通
4MH z 6MHz
ETACS
频段总带宽：25MHz 频道间隔： 200kHz 频点： 25000/200 = 125个 (可用)频道序号： n = 1~124
TACS GSM
1 2 3 4 73 74
ETACS
75 76 95 96 97
4.2.2 GSM电信业务teleservices
电信业务使用通信终端之间从高，低层网到通信控制层的功能 基本语音/数据电信业务： Telephony 电话业务允许PLMN网与PSTN等他网之间的 语音信息传送 业务号：TS11 Emergency call 紧急呼叫业务用于建立移动台与紧急呼叫 中心的连接 业务号：TS12
4.2 GSM系统的业务 4.2.1 GSM承载业务bear services
承载业务是为了提供数据传送的纯传输业务，它提 供GSM网络和其他网络之间的低层交换功能. ETSI为GSM定义的承载业务有：
Data
CDA--circuit duplex asynchronous 数据电路双工异步传送 异步传送速率：300-9600bps 业务号：BS21，BS22，BS23，BS24，BS25，BS26 Data CDS--circuit duplex synchronous 数据电路双工同步传送 同步传送速率：1200-9600bps 业务号：BS31，BS32，BS33，BS34
4.2.3 附加业务
Call
restriction services *Barring of all outgoing calls(BAOC) 紧急呼叫例外 *Barring of all outgoing international calls(BOIC) *Barring of all outgoing international calls except home PLMN country(BOIC-exHC) *Barring of all ingoing calls(BAIC) *Barring of all ingoing calls when roaming outside home country(BIC-Roam)
4.2.3 附加业务
Call completion services call hold call waiting Multi-party service 最大允许包括多方会议发起者在内的六位 用户 Advice of charge(AOC) AOC information level(AOIC) AOC charging level(AOCC)
4.1 GSM概述与发展简史
日期 发展阶段 1992 GSM 标准委员会更名为“Special Mobile Group” GSM 系统命名为 ”Global System for Mobil Communications” 颁布 DCS1800 第二阶段的规范（DCS/Phase2） 1992 GSM 系统投入商用 1994 颁布 GSM 第二阶段的规范（GSM/Phase2） 1995 DCS1800 系统投入商用 1996 颁布 GSM 第二阶段增强型规范（GSM/Phase2+
4.2.2 GSM电信业务teleservices
Short
message services 短消息业务属于数据业务，允许移动台收发 其他移动用户的短消息 业务号：移动接受TS21，移动始发TS22 Automatic telefax 传真业务属于数据业务 业务号：TS62 Alternative speech and telefax 传真/语音交替业务允许语音和传真业务中 交替传送 业务号：TS61
个全速率用户使用；
每个用户在一个限定的、不连续的时间段内占用
载频发送信号；——突发脉冲
一个突发脉冲占用的时间缝隙
——时隙；
每个载频上的帧结构如何组成
帧结构中涉及以下概念：
时隙
TDMA帧
复帧
超帧
超高帧
业务信道与信令信道的帧结构组成不 同，请看下页图示：
1超 高 帧 =2048超 帧 =2715648TD M A 帧 （ 3小 时 28分 53秒 760毫 秒 ）
4.3 GSM无线接口Um接口频率规划
GSM系统频点分配
基本的频率复用技术
将所有系统频点分为12组,4×3标准复用模式（GSM体
制推荐）
通常每个小区分配一组频点；
然后根据小区天线情况分配： 小区采用全方向性天线； 小区采用定向天线；
物理信道帧结构
什么是突发脉冲？
GSM的每个载频是时分复用的每个载频分给八
GSM频道编号方法
GSM900频道编号：
上行频率F l(n)=(890+0.2n)MHz 下行频率Fu(n)=(935+0.2n)MHz 其中：n 为绝对射频号，从1到124
DCS1800频道编号：
上行频率F l(n)=1710+0.2×(n-511)MHz 下行频率Fu(n)=1805+0.2×(n-511)MHz 其中：n为绝对射频号，从512-885， 实际上，我国从512-（512+224）
4.3.1 Um接口频率规划
★ 1800MHz公用陆地蜂窝移动通信的频段： 1710~1785/1805~1880 MHz(基站收/基站发)
1710 1755 1785 1805 1850 1880
我国DCS1800上行频段
我国DCS1800下行频段
1
2
3
4
222 223 224 225
4.3.1 Um接口频率规划
4.2.3 附加业务
Closed
user group(CUG) 允许若干移动用户组成一个闭和用户群. 其成员用户能接收和拨打群内用户，可统一 开通其他业务.
4.2.3 附加业务
二、Non-GSM Supplementary Services Hot billing 热线收费允许运营者为某个用户独立于普通计费 而建立短期计费显示.
第4章 GSM系统
课程目标
熟悉GSM基础知识点
掌握GSM网络结构 掌握GSM帧结构 掌握GSM号码组成情况 熟悉GSM接口信令与协议 掌握GPRS系统结构
4.1 GSM概述与发展简史
日期 1979 1982 1986 1988 1990 1991 发展阶段 欧洲发展蜂窝通信，并为此安排蜂窝通信工作频段 CEPT 成立“Groupe Special Mobile”（GSM） 在法国巴黎建立 GSM 标准制定协调小组 ETSI 全权负责管理 GSM 标准委员会的工作 颁布 GSM 第一阶段的规范（GSM/Phase1） 颁布 DCS1800 第一阶段的规范（DCS/Phase1） GSM 委员会开始制定下一代无线通信系统标准
1 功率控制
当手机在小区内移动时，它的发射功率需要进行
变化.当它离基站较近时，需要降低发射功率，减 少对其它用户的干扰，当它离基站较远时，就应 该增加功率，克服增加了的路径衰耗. 所有的GSM手机都可以以2dB 为一等级来调整它 们的发送功率，GSM900 移动台的最大输出功率 是8W（规范中最大允许功率是20W，但现在还没 有20W的移动台存在）.DCS1800移动台的最大 输出功率是1W.相应地，它的小区也要小一些.
4.2.1 GSM承载业务bear services
PAD CDA--packet assembler/disassembler dedicated PAD access 消息包异步传送速率：300-9600bps 业务号：BS41，BS42，BS44，BS45，BS46 Alternate speech/data CDA--circuit duplex Asynchronous 语音/数据电路双工异步传送 业务号：BS61 Speech followed by CDA--circuit duplex synchronous 语音切换到数据电路双工同步传送 业务号：BS81
2. GSM主要参数
移动通信1.8GHz频段的分配情况
在1800MHz频段，移动通信只用了低部45MHz， 45MHz中已占用10MHz，尚余35MHz带宽.另有 30MHz带宽可供发展！
4.2 GSM系统的业务
GSM系统提供的业务可分为三大类： 承载业务(BEAR SERVICES) 电信业务(TELESERVICES) 附加业务(SUPPLEMENTARY SERVICES) 其中承载业务和电信业务也叫作基本电信业务(BASIC TELECOMMUNICATION SERVICES) 附加业务可以分为GSM附加业务(GSM BASIC TELECOMMUNICATION SERVICES)和非GSM附加业 务(NON-GSM BASIC TELECOMMUNICATION SERVICES)
邮电GSM 20个频点