GSM移动通信原理概述-3
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。
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系统原理概述
基站 发射频率
2MHz保护频带
90MHz 双工间隔
基站 接收频率
1880
1805 1785
1710
DCS1800
20
GSM系统频段
GSM900主频段（P-GSM）
上行：890MHz-915MHz（移动台发，基站收） 下行：935MHz-960MHz（基站发，移动台收）
GSM扩展频段（E-GSM）
• GSM的发展历程
12
蜂窝通信原理
移动通信特点 电波传播环境十分恶劣 多普勒频移产生附加调频噪声 移动台受干扰和噪声骚扰 移动设备要求有很大的动态范围 频谱拥挤 建网技术复杂
13
蜂窝通信原理
大区制 一个基站覆盖整个城市
通信质量差 频率利用率低 系统容量小
14
蜂窝通信原理
另一有线网
GSM移动通信系统原理
1
内容提要
• 总述
• GSM移动通信系统原理 • GSM信令协议
2
一、总述
• 移动通信发展
• 蜂窝通信原理 • GSM的发展进程
3
移动通信的发展历史
1980 NMT
TACS
AMPS
4
1990
GSM
PDC
D-AMPS IS-136 cdmaOne IS-95
2000
IMT-2000
SIM
MS
BTS
Speech,
Speech,
Sres Data
Data
Ki A3
无线通路
A8
A5
A5
Kc
VLR
Sres Kc RAND
51
国际移动用户识别号(IMSI)
国际移动用户识别码(IMSI)
GSM手机工作原理简介
GSM 工作原理简介GSM是采用FDMA〔频分〕与TDMA〔时分〕制式相结合的一种通信技术，其网络中所有用户分时使用不同的频率进行通信。
在GSM900频段，25MHZ的频率范围划分为124个不同的信道，每个信道带宽为200K，每个信道含8个时隙，即GSM900M频段在同一区域内，可同时供近1000个用户使用。
而CDMA 是采用码分多址技术的一种通信系统，在这个系统中所有用户都使用同一频率。
FDMA、TDMA及CDMA 的比拟一、GSM的理论根底.GSM系统是第二代数字蜂窝移动通信系统,它采用900MHz频段,在后期又参加了1800MHz频段及1900MHz频段,为便于区别,分别称为GSM900、DCS1800及PCS1900. 凌锐具有GSM900MHz及DCS1800MHz两个频段自动切换的功能.初期的GSM的工作频率是890～915MHz(移动台发),935～960MHz(基站发)共25MHz的双工频率;后参加了EGSM(扩展GSM)其频段为880～890MHz(移动台发),925～935MHz(基站发),为与EGSM区别,把前者称之为PGSM。
GSM900上行与下行频段的间隔为45MHz,信道间隔为200KHz,可分为124个信道〔EGSM参加了975～1023共49个信道〕；因此E-GSM共有174个信道。
DCS1800的频段为1710～1785MHz(移动台发),1805～1880MHz(基站发),上行与下行频段的间隔为95MHz，频带宽度为75M，可分为374个信道〔512至885〕。
PCS1900的频段分为上行：1850～1910MHz，下行：1930～1990MHz，上行与下行频段的间隔为80MHz，频带宽度为60M，可分为300个信道。
每信道分成8个时隙(半速率是有16个),每个时隙信道速率是22.8kb/s,信道总传输速率270.83Kb/s,采用GMSK调制，通信方式是全双工，分集接收，每秒跳频217次,交错信道编码,自适应均衡.现在GSM 向前开展开发了GPRS业务，作为2G向3G的过渡方式。
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通信原理
✓传递的信令包括移动台管理、基站管理、 移动性管理、接续管理等
GSM通信原理
Abis接口
✓基 站 控 制 器 (BSC) 和 基 站 收 发 信 台 (BTS)之间的通信接口 ✓物理链路采用标准的2.048Mb/s数字传 输链路 ✓采用LAPD协议
GSM通信原理
Um接口
✓移动台与基站收发信台(BTS)之间的无线 通信接口 ✓物理链路为无线链路 ✓采用LAPDm协议 ✓传递的信令包括无线资源管理，移动性管 理和接续管理等
B3
B3
B3
B2
A1 B2
A1
B2
A1
A3 C1 A2
A3 C1 A2
A3 C1 A2
C3
C3
C3
C2
B1
C2
B1
C2
B1
B3
A1
B2
B3 A1 B2
B3 A1 B2
A3
A3
A3
A2
C1 A2
C1
A2
C1
C3 C2
C3 C2
C3 C2
K=3
4
3
1
2
4
1
3
1
4
2
3
1
2
K=4
1
1
1
12
1
345
671
1
K=7
GSHale Waihona Puke 通信原理1.GSM移动通信概述
1.1 GSM发展简史 1.2 多址技术 1.3 频率复用技术
GSM通信原理
多址技术
✓多址技术使众多的用户共用公共的通信线路而 相互不干扰 ✓常用的方法基本上有三种：频分多址FDMA、 时分多址TDMA、码分多址CDMA
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目录
GSM网络系统结构
GSM无线电通信基础及空中控制技术
GSM网络通信事件
创造价值，创造机会，创造效益
GSM移动通信原理概述
3.GSM网络通信事件
3.1 网络选择 3.2 小区选择 3.3 小区重选 3.4 位置更新
创造价值，创造机会，创造效益
GSM移动通信原理概述
3.GSM网络通信事件
开机状态 空闲状态 小区选择 小区重选 网络选择 位置更新 寻呼事件 通话状态 信道立即指配 鉴权加密 主叫、被叫 短消息、切换 模式改变、释放 呼叫重建 无线链路控制 功率控制
创造价值，创造机会，创造效益
GSM移动通信原理概述
3.GSM网络通信事件
3.1 网络选择 MS处于空闲模式时，并不意味着MS真正的空闲起来，和网络 没有任何联系，相反，它要不断和网络交换信息，收听系统广 播和寻呼消息，随时保持守侯状态，一旦需要就可立刻接入系 统进行通信。
创造价值，创造机会，创造效益
GSM移动通信原理概述
3.GSM网络通信事件
3.1.2网络选择方式 而当MS第一次登记时，MSC/VLR中没有该用户的任何信息， 若MS在它的数据存储器中找不到原来的位置区域识别码LAI， 这时就需要向网络发送位置更新消息通知系统这是一个此位置 区内的新用户，进行网络登记。当MS符合接入条件，登记完成 后，MSC/VLR就认为此MS被激活，并对其数据字段做“附着” 标记。 一旦MS接入网络后，接下来的就是选择一个合适的小区，然后 驻留在该小区上，随时和网络保持通信连接。MS开机后，它要 在空中接口上搜索以找到正确的频率，依靠接收到的频率校正 和同步信息，锁定到一正确BCCH频率上，该频率载有广播信息 和可能的寻呼信息。手机根据接收到的信号强度和小区系统参 数进行C1、C2值的计算，进行后面的小区选择和小区重选。
创造价值，创造机会，创造效益
GSM移动通信原理概述
3.GSM网络通信事件
开机状态 MS关机（也称为分离状态）： 此时MS与移动通信系统间不能进行任何联系，即网络不能达 到MS，MS也无法告诉网络其所处的位置区的变化。一旦MS 关机，就没有通信事件可言了，因此说的通信事件是当MS开 机时而言的。 MS开机，空闲状态（也称为附着状态）： 此时系统可成功寻呼到MS，MS被认为是“附着”。当MS移 动时，经检查，MS连接到接收性能最好的BCCH上。MS还 必须通知网络其位置的变化，即“位置更新”，同时在连续 移动时，也要检测BCCH上的载频强度，决定是否切换到新小 区的载频强度更好的BCCH上。（网络不参与处理，由MS自 动完成）
创造价值，创造机会，创造效益
GSM移动通信原理概述
3.GSM网络通信事件
3.1网络选择目的 而当MS不能找到一个合适的小区驻留时，或者没有插入SIM卡 时，MS只能不考虑是否允许登记网络，此时，MS只能进行紧 急呼叫。 紧急呼叫情况下，MS只能进行紧急呼叫，仍然可以进行小区切 换，不进行位置更新操作。 网络选择是为了让MS接入可用的网络，然后进行通信。当出现 下面情况之一时，MS将进行网络选择： 1、当MS开机后； 2、用户手动操作进行网络选择； 3、手机从盲区进入覆盖区； 4、手机在进行国际漫游时，将周期性尝试返回本国网络。
创造价值，创造机会，创造效益
GSM移动通信原理概述
3.GSM网络通信事件
3.1.2网络选择方式 网络选择分自动选择和手动选择两种。 当用户使用手动选择时，将根据用户的选择到可用网络中进行 登记。 在自动模式下，如果最后登记的网络没有储存或者不可用时， 将按下面顺序进行网络选择： 1、自身服务商网络； 2、SIM卡中储存的网络列表； 3、从接收到的信号强度>-85dBm的网络列表中进行随机选 择； 4、从其它的网络中按接收强度递减顺序进行选择；
空闲模式下的通信事件
创造价值，创造机会，创造效益
GSM移动通信原理概述
3.GSM网络通信事件
3.1网络选择目的 因为GSM是一个全球移动通信系统，MS可以在不同的国家、 网络间自由漫游，因此首先进行的就是网络选择，以选择一个 合适的GSM网络进行驻留，接受网络提供的各种业务。 当MS驻留在一个网络中时，可以实现下面三个目的： 1、MS从网络中收到系统消息。 2、如果该MS想发起一个呼叫，那么将可以通过该小区接入 网络。 3、如果网络收到一个呼叫该MS的信号，那么系统知道该MS 驻留在哪个位置区中，因此可以通过该位置区中的所有基站向 MS发Paging信息，该MS由于驻留在该位置区中某小区的 BCCH上，那么就可以收到给自己的Paging消息，并且可以通 过控制信道进行回应。
创造价值，创造机会，创造效益
GSM移动通信原理概述
3.GSM网络通信事件
3.2小区选择 当手机完成上面的网络选择后，就需要寻找网络允许的所有 BCCH频点，并且选择一个最合适的进行驻留，该过程就叫做 “小区选择”。 小区选择是为了让MS在网络中选择一个最合适的小区，并把该 小区作为自己的主服小区，通过该小区进行通信。MS选择某个 小区后，调谐到该小区的BCCH载频上，监听BCCH上的系统信 息以及从而得到服务小区的LA等信息，而且在CCCH上接收寻 呼信息。
创造价值，创造机会，创造效益
GSM移动通信原理概述
3.GSM网络通信事件
3.2.2小区选择流程
小区选择流程 创造价值，创造机会，创造效益
GSM移动通信原理概述
3.GSM网络通信事件
3.2.3小区选择参数C1 参数C1是小区选择时的判断标准（GSM05.08），其定义如下： C1=（received_signal_level-ACCMIN）-max（CCHPWR- P， 0） max（CCHPWR- P，0）= CCHPWR- P，若CCHPWR- P>0 max（CCHPWR- P，0）=0，若CCHPWR- P<0 其中： received_signal_level是手机从BTS接收到的下行信号强度电平； ACCMIN是系统允许手机接入本小区的最小信号强度电平； CCHPWR是小区定义的手机最大发射功率，对于Class4手机一 般定为33dBm； P是手机实际的最大发射功率。 公式中所有的单位都是dBm。
创造价值，创造机会，创造效益
GSM移动通信原理概述
3.GSM网络通信事件
3.2.1小区选择标准 小区选择的标准包括下面几点： 1、所选择的小区必须是属于所选择的网络； 2、该小区不是被禁止的； 3、该小区的C1>0； 4、*如果处于漫游中，检查是否处于禁止列表中； 5、*在没有一般小区选择的情况下，才选择低优先级的小区。 注意：其中的*表示只适用于Phase 2手机。
创造价值，创造机会，创造效益
GSM移动通信原理概述
3.GSM网络通信事件
3.2.2小区选择流程 BA列表分为Idle列表和Active列表： BA Idle列表 该列表信息在BCCH上通过系统信息消息类型2（system information message type2）发送，用于MS在空闲模式时的 小区选择和重选。它包含PLMN在某个物理区域中使用的BCCH 载波，最多32个频点。 BA Active列表 该列表在SACCH上通过系统信息消息类型5（system information message type 5）发送。其中的频点是MS在通 话状态下测量的邻小区频点，在小区切换时起作用。该列表中 必须包含该小区相邻小区的BCCH频率，否则将导致小区不参与 切换判决，因而只支持服务区内的呼叫，不能进行切换换，一 共可以有32个列在该列表中。
创造移动通信原理概述
3.GSM网络通信事件
3.2.2小区选择流程 小区选择分为存储列表方式和普通方式。 存储列表方式 当手机关机时，把最后的PLMN网络存储在SIM卡中，同时也 把最后的BA列表存储在手机的SIM卡中。 当手机再次开机进行小区选择时，将首先搜索上次关机时存储 在SIM卡中的BCCH载波，进行网络选择和小区选择，如果可以 驻留，那么就选择该小区作为服务小区。如果不能驻留，那么 将对存储在BA列表（Idle表）中的BCCH频率进行搜索。
参数C1是为了保证在上下行链路上有较高的通信成功率，因此
是小区选择的标准。
创造价值，创造机会，创造效益
GSM移动通信原理概述
创造价值，创造机会，创造效益
GSM移动通信原理概述
3.GSM网络通信事件
3.2.2小区选择流程 普通方式 当列表中的频率信道都被搜索后仍然没有找到合适的小区，那 么MS将继续监测所有的频信道，然后选择C1>0，未被禁止的 小区，这时就不考虑是否属于所选择的网络了，找到合适的小 区后，就驻留在该频点上，不过此时，MS就只能进行紧急呼叫 了。 一旦MS完成小区选择后，MS将接收到系统广播中的BA列表， BA列表将被重置和更新。
创造价值，创造机会，创造效益
GSM移动通信原理概述
3.GSM网络通信事件
3.2.2小区选择流程 普通方式 如果MS在BA Idle列表中仍然不能搜索到合适的BCCH载波，那 么将用普通方式进行接下来的小区选择： 这时MS将测量所有允许的频点，然后从不同的频点上抽取5个 测试值进行平均，计算出每个频点的平均信号强度，根据不同 的电平强度列出一个表，整个过程持续3——5秒。 MS调谐到信号强度最高的频点上，然后搜索FCCH判断该频点 是否为BCCH频点，如果判定为BCCH载波，那么MS将通过解 码SCH来与该BCCH同步，然后读取BCCH上的系统消息。然后 根据读取的系统消息来判断该小区是否属于所选择的网络，以 及小区是否为禁止，小区的C1是否大于0，如果这三项都通过， 那么MS将驻留在该小区上，否则将从次强的频点上再次进行选 择。
创造价值，创造机会，创造效益
GSM移动通信原理概述