第三章GSM数字蜂窝移动通信系统
GSM网络简介
第一章：蜂窝通信网蜂窝电话系统实现移动用户与公众电话网或另一个蜂窝网移动用户之间的连接通信。
用户与网络的信息通信是在利用无线信道上的，这样就减除了传统电话机必须连电话线固定的局限，因此实现了用户的彻底可移动性（无论是乘坐交通工具或徒步行走）。
蜂窝网有着固定电话网不可比拟的优点，首先对用户来说，它有：●可移动性●更灵活●更方便等特点，对运营商来说，它有：●便于扩容●利润可观●功能强大●组网方便等特点。
网络组成GSM网络由网络交换子系统（Mobile services Switching Centres 简称MSC）、基站子系统（Base Station Systems 简称BSS）和移动台（Mobile Station简称MS）三大系统组成，各系统还可细分各子系统，如BSS包括基站控制器BSC、收发信台BTS和码速变换器等，这些子系统将在下一章详细陈述。
有了MSC、BSS和MS我们就具备了建立呼叫、进行通话和计费等一般公众电话网的功能，另外为了用户能与固定电话或其它网络通信，还有必要与PSTN （公众电话交换网）相连。
在蜂窝网里MS的服务小区叫“cells”，这些“cells”由BSS提供，每个BSS 可带一个或多个cells。
这些cells的轮廓通常象个蜂窝一样，但由于覆盖地形的多样性和网络规划需要，它实际的形状并不是那么规则。
理论上的蜂窝形状频谱资源频谱是一个有限的资源，只有一段非常小的频段分配给蜂窝通信使用，以下列出GSM900的频谱分配，扩展GSM900（EGSM），GSM1800（DCS1800）和PCS1900。
GSM900⏹收（上行）：890—915MHZ⏹发（下行）：935—960MHZ⏹124个绝对无线频率信道（ARFCN：Absolute Radio Frequency Channels）EGSM900⏹收（上行）：880—915MHZ⏹发（下行）：925—960MHZ⏹174个ARFCNGSM 1800（DCS1800）⏹收（上行）：1710—1785MHZ⏹发（下行）：1805—1880MHZ⏹374个ARFCNPCS1900⏹收（上行）：1850—1910MHZ⏹发（下行）：1930—1990MHZ⏹299个ARFCNARFCN⏹带宽=200KHZ⏹8个时分多址（TDMA）时隙cell的大小在一个物理区域内小区的数量取决于当地使用网络的用户数，以及当地的地形地貌（山坡、湖泊、建筑物等）。
移动通信技术教学大纲(matlab 版实验)
《移动通信技术》教学大纲课程名称：移动通信技术（Mobile Communication）课程代码：课程类型：专业必修(考试) 适用专业：移动互联应用技术，通信技术总学时：64 理论学时：56 实验学时：8 学分：4先修课程：信号与系统、通信电子线路、通信原理一、课程性质、目的和任务移动通信技术属于专业必修课，是一门理论与实践性很强的课程。
目的是培养学生对移动通信的基本概念、基本原理和组网技术有较为全面的理解，能应用移动通信的原理与技术分析阐释常见移动通信方式中信息的发送、传输与接收原理，分析并设计一些简单的移动通信系统，熟悉移动通信系统的管理与维护。
本课程主要任务是使学生了解当前移动技术发展现状及其发展趋势，掌握移动通信技术基础知识、GSM数字蜂窝移动通信系统、CDMA数字蜂窝移动通信系统、基站等内容。
二、教学基本要求1、知识、能力、素质的基本要求了解移动通信技术基本原理、各种通信系统基本特点，掌握通信系统分析方法，熟悉通信系统组网技术，使学生具备一定的移动通信技术服务能力，能应用移动通信的原理与技术分析阐释常见移动通信方式中信息传输的发送与接收原理，应能分析设计一些简单移动通信系统，为移动通信系统的管理维护、研究和开发打下必要的理论基础和技能。
2、教学模式基本要求本课程采用理论教学为主，实验教学为辅的教学方式，理论授课方式为课堂讲授和多媒体辅助演示，实验采用Matlab仿真。
三、教学内容及要求第一章移动通信简介1、掌握移动通信的定义、特点、分类、工作方式、系统组成、多址技术、组网技术。
2、熟悉蜂窝通信技术及其信道配置、信令。
3、理解移动通信中的越区切换和位置管理。
第二章移动通信的传输信道1、掌握移动通信的电波传播特性。
2、了解移动信道的特征，能够进行电波传播路径损耗预测。
3、熟悉分集接收技术，掌握噪声及其干扰分析有关内容。
第三章 GSM移动通信系统1、掌握GSM和GPRS系统的构成及各部分主要作用。
GSM系统组成及主要设备的功能资料
移动台子系统 （MS）
操作维护子系统（OSS） 基站网络子系统（BSS ） 移动网络子系统（NSS
）
于互联互通。.
GSM系统
GSM结构图
操作维护子系统 (OSS)
基站子系统 (NSS) 移动台子系统（MS）MS
交换网络子系统 (NSS)
操作维护子系统
OSS需要完成许多任务，包括移动用户管理、移动 用户管理及网络操作和维护等。 OSS功能主要是：指完成对GSM系统的BSS和NSS进
行操作和维护的管理任务。完成网络操作与维护管理
的设施称为操作与维护中心（OMC），具有功能包括： 网络的监视、操作；无线规划（增加载频、小区等）； 交换系统的管理；性能管理。GSM网络中每个部件都 有机内状态监视和报告功能，OMC对其反馈结果进行 分析，诊断并自动解决问题，如将业务切换至备分设 备，针对故障情况采取适当维护措施
故障需监视的，失窃不准使用的移动设备的IMEI
识别码。
基站子系统（BSS）
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 与移动台相接，负责无线接收发和无线资源 管理。另一方面，BSS与NSS中的MSC相连， 实现移动用户或移动间或移动用户与国定网 用户之间的通信连接，传送系统信号和用户 信息等。当然，要对BSS进行操作维护管理， 还需要建立BSS与OSS间的通信连接。
访问用户位置寄存器（VLR）的功能
01
一个数据库（用户个人信息）
02
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。
03
它存储着进入其控制区域内登记的移动用 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。
tongxi
去。接收端由使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换
成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。
第二章CDMA原理
§2-1 CDMA与IS-95标准概述
码分多址（CDMA）是一种基于扩频通信的调制和多址方法，最早被用于军事通信，近年
§1－1频分多址（FDMA）
频分多址是把通信系统的总频段划分成若干个等间隔的频道（信道）分配给不同的用户
使用。这些频道互不交叠，其宽度应能传输一路数字话音信息，而在相邻频道之间无明
显的串扰。
这种通讯系统的基站必须同时发射和接收多个不同频率的信号；任意两个移动用户之间
进行通信都必须经过基站的中转，因而必须同时占用4个频道才能实现双工通信。不过，
相对应的网络称之为蜂窝式网络。
典型的CDMA网络的参考模型的结构如图2-2所示，由移动电话交换中心(MSC)、基台（BS
）和移动台(MS)组成。由移动台到基台的信号通道称为上行链路，反之为下行链路。一
般在下行链路中，基台发射信号包括导频音，移动台采用相干解调。由于移动台不发射
导频信号，上行链路只能采用非相干解调，相应地解调性能下降2dB。因而可以认为，C
要设置相应的信道。但是，CDMA通信系统既不分频道又不分时隙，无论传送何种信息的
信道都靠采用不同的码型来区分。类似的信道属于逻辑信道。这些逻辑信道无论从频域
或者时域来看都是互相重叠的，或者说它们均占用相同的频段和时间。
图2-1是CDMA通信系统的逻辑信道示意图。图2-1a是正向传输的逻辑信道，图2-1b是
路功率控制。其主要要求是实时调整各移动台的发射机功率，使任一移动台无论处于什
GSM数字蜂窝移动通信系统与GPRS
GSM数字蜂窝移动通信系统与GPRS《GSM 数字蜂窝移动通信系统与 GPRS》在当今信息飞速传递的时代，移动通信技术的发展日新月异，极大地改变了人们的生活和工作方式。
其中，GSM 数字蜂窝移动通信系统和 GPRS 是移动通信领域中的重要组成部分。
GSM 数字蜂窝移动通信系统，即 Global System for Mobile Communications，是世界上应用最为广泛的数字移动通信标准之一。
它的出现，使得人们能够在移动中进行清晰、稳定的语音通话，摆脱了线缆的束缚。
GSM 系统主要由网络交换子系统（NSS）、基站子系统（BSS）和移动台（MS）三大部分组成。
网络交换子系统就像是整个系统的“大脑”，负责管理和控制呼叫的建立、路由选择以及用户数据的管理等。
基站子系统则包括了基站收发信机（BTS）和基站控制器（BSC），它们负责与移动台进行无线通信，确保信号的覆盖和传输质量。
而移动台，也就是我们日常使用的手机等终端设备，是用户与系统进行交互的直接工具。
GSM 系统采用了时分多址（TDMA）技术，将每个频率信道分成多个时隙，不同的用户在不同的时隙中进行通信，从而实现了多个用户对有限频谱资源的共享。
这种技术使得 GSM 系统能够在有限的频谱资源下支持大量的用户同时通信。
然而，随着人们对数据通信需求的不断增长，单纯的语音通信已经无法满足需求。
这时，GPRS 技术应运而生。
GPRS，General Packet Radio Service，即通用分组无线业务，是在GSM 系统基础上发展起来的一种移动数据业务。
它实现了“永远在线”的概念，用户只要开机，就始终与网络保持连接，随时可以进行数据传输，而不需要像传统的拨号上网那样进行繁琐的连接过程。
GPRS 采用分组交换技术，将数据分成一个个小的数据包进行传输。
与 GSM 系统中的电路交换方式不同，分组交换方式更加灵活高效。
在电路交换中，通信资源在整个通信过程中被独占，即使没有数据传输，资源也被占用。
第3章 蜂窝通信网络定位
3.2 蜂窝定位方法与误差
3.2.1 基本定位方法 2．蜂窝网无线电定位方法(圆周/双曲线/方位角定位) (2)．双曲线定位法 基于到达时间差的定位方法（TDOA） • 三个接收机的坐标分别为： 接收机1：（0，0）; 接收机2：（0，y2）; 接收机3：（x3，y3） • 信号到达接收机的时间分别为t1、t2、t3，则目标点与各接收机的距离 分别为: • TDOA的三条双曲线可以表示为:
3.1 蜂窝技术概述
3.1.2 现有蜂窝定位技术 • 自E-911定位需求颁布以来，对移动台定位技术的研究内 容更侧重于基本定位方法和技术的研究，定位算法的研究 ，TDOA、TOA检测技术的研究，抗非视距传播、多径和多 址干扰技术的研究，数据融合技术的研究，定位技术实施 方法的研究，定位系统的性能评估等。
3.2 蜂窝定位方法与误差
3.2.1 基本定位方法 2．蜂窝网无线电定位方法(圆周/双曲线/方位角定位) • (1) 圆周定位法 基于到达时间的定位方法（TOA） • 假设三个接收机的坐标分别为 接收机1：（0，0）; 接收机2：（0，y2）; 接收机3：（x3，y3） • 测量的到达时间分别为t1、t2、t3，则接收机与目标点之间的距离分别 表示为
毕业设计(论文)-GSM移动通信系统的语音编码技术研究
GSM移动通信系统的语音编码技术研究Speech Coding Techniques of GSM Mobile CommunicationSystem目录内容摘要 (I)Abstract............................................................................................................................... I I 第一章引言 .. (1)第二章GSM移动通信系统 (2)§2.1 GSM移动通信系统简介 (2)§2.2 GSM移动通信系统的总体结构 (2)§2.2.1 移动台（Mobile Station） (2)§2.2.2 基站子系统BSS(Base Station Sub-system) (2)§2.2.3 网络子系统NSS（Network Sub-system） (2)§2.2.4 操作支持子系统OSS(Operations Sub-system) (3)第三章GSM系统的语音编码简介 (4)第四章语音编码的发展现状 (5)第五章语音编码质量的评定 (7)§5.1 客观评定方法 (7)§5.2 主观评定方法 (7)§6.1 语音编码技术的分类 (8)§6.1.1 波形编码 (8)§6.1.2 声码器 (9)§6.1.3 混合编码 (10)§6.2 分析GSM系统中的语音编码技术—多脉冲激励LPC (10)§6.2.1 多脉冲激励LPC编码器的组成 (11)§6.2.2 编码过程 (11)§6.2.3 多脉冲激励LPC译码器的组成 (11)第七章语音编码芯片 (12)第八章语音编码技术进展 (13)结束语 (14)参考文献 (15)致谢 (16)内容摘要由于GSM系统的技术成熟、管理灵活、完善的技术规范，在欧洲取得很大的成功之后，在世界上许多国家更是得到广泛的应用，已成为陆地公用移动通信系统的主要系统。
GSM系统
• 此外，还可以安排慢速辅助控制信道及快速辅助控 制信道。
26
控制信道
• 用于传送信令及同步信号，可以分为：广播信道（BCH）、 公共控制信道（CCCH）和专用控制信道（DCCH）。
• 广播控制信道：单向信道，用于基站向移动台广播公用的信 息，如：移动台入网、呼叫建立所需要的相关信息。可以分 为：频率校正信道、同步信道、广播控制信道。
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逻辑信道
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说明
• 在无线通信中每个载波都可以通过各种复用方式 （频域、时域、码域）划分成多个物理信道，完成 一定的传输功能。如果我们把这些物理信道抽象化， 只考虑不同的功能描述，就将这样的信道称为逻辑 信道。
• GSM系统的一个载波（200kHz）是通过时域的方 法划分成多个逻辑信道的。
• 逻辑信道可以分为两大类：业务信道和控制信道。
强，能满足大容量、高密度业务的要求。 • 抗干扰能力强，覆盖区域内通信质量高。 • 随着大规模集成电路的发展，移动终端及手机可以实现低
功耗化及小型化。
5
系统性能
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频率配置
• GSM900的工作频段如下 －下行（基站发，移动台收）：935－960MHz。 －上行（移动台发，基站收）：890－915MHz。 －上行及下行各25MHz，收发间隔45MHz，波道间隔200KHz，共 设置124对波道。 我国分配的频段如下 －中国移动：下行 935－954MHz，上行 890－909MHz。 －中国联通：下行 954－960MHz，上行 909－915MHz。
39个
信息比特
3个
尾比特
58个
混合比特
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3.1 GSM系统的频率配置和规划
• 信道中传输的是无线电波 • 无线电波的传播方式
地波 （表面波传播）----- 长波 、中波、中短波 天波 ------- 短波 直射波（空间传播）----- 超短波、微波 散射波 ------ 适宜功率高的远距离传输
无线电波波段
•
GSM系统频率配置和规划
GSM 系统所使用频段：
在我国
• 1992年 首先在浙江嘉兴建立了GSM实验网 • 1994年 全面建设GSM网络 • 目前有中国移动，中国联通、中国电信三家运营
商 • 截止08年6月，全球GSM用户近30亿，中国移动
GSM用户达到4.15亿，中国联通GSM用户达到 1.26亿。 • 截止08年8月中国移动已覆盖全国31个省区的各 个县市，全国交通干线实现无缝覆盖。地市覆盖 率为91%，县市覆盖率为86%
GSM 的发展历程及现状
1987年
1989年 1991年
1991年
1992年 1993年 1996年 1997年
十八个欧洲国家达成GSM谅解备忘录（MOU） GSM标准生效 GSM系统正式在欧洲问世，网络开通运行， 移动通信跨入第二代，制定900MHz频段（GSM900） GSM正式命名为“全球通”（Global System for Mobile）,同时，制定1800MHz频段（DCS1800） DCS1800与GSM900具有相同的基本功能特性，该 规范 只占GSM建议的很小一部分。 GSM开始商用 DCS1800也投入运营 引入微蜂窝的技术，GSM900/1800双网运行 已有109个国家239个运营者运营超过4400 万用户的GSM网络
频道配置
•
GSM系统频率规划
• 频率复用是蜂窝移动通信的核心概念 提高频率利用率的典型方式之一。
可在时域与空间域内使用频率复用的概念。
在时域内的频率复用
指在不同的时隙里占用相同的工作频率 ---时分多路（TDM）
在空间域上的频率复用
两个不同的地理区域里配置相同的频率， （不同的城市使用相同的频率AM或FM广 播电台。
• 数字蜂窝移动通信系统
GSM的发展历程如下：
• 1982年，欧洲邮电会议上ETSI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。
频道配置
• GSM工作在1800MHz，共45MHz带宽，载频间隔 200KHz,双工间隔95MHz
频道序号为512– 885，中国移动占用前10MHz （512– 559）（1710 --- 1720/1805 -- 1815）
中国联通占用后10MHz （687 -- 736）(1745 – 1755/1840--1850)
GSM900MHz DCS1800MHz
GSM系统为FDD/TDMA(频分双工/时分多址) 的接入方式 TDMA:在一个载波频率中，每一用户占用一个 时间段（时隙） FDD:当上下行信号分别采用不同的频率。
GSM系统频率配置和规划
• GSM工作在900MHz，共25MHz带宽，载频 间隔200KHz,双工间隔45MHz 频道序号为1 – 124，中国移动占用1 – 94 （890 – 909/935 -- 954） 中国联通占用95 – 124（909—915/954 --960）
第三章 GSM数字蜂窝移动通信系统
• 了解GSM系统结构、接口、业务 • 掌握Um接口的物理信道结构、Um接口的
逻辑信道功能与组合 • 掌握GSM移动区域的划分 • 掌握GSM编号计划 • 了解GSM通信流程 • 了解GSM系统基站设备
• 3.1 GSM系统的频率配置 • 3.2 GSM系统的组成与网络结构 • 3.3 GSM系统的编号 • 3.4 GSM的接口与无线信道 • 3.5 GSM系统的接续与移动管理 • 3.6 GSM系统的安全性管理 • 3.7 GSM系统的几种基本技术 • 3.8 GSM系统的业务 • 3.9 GSM系统基站设备的简介
在一个系统的作用区域内重复使用相同 的频率 ---- 用于蜂窝系统
同频复用：
为提高频率利用率，在相隔一定距离后， 信号较弱的地理区域重新使用相同的频率 或频率组。
若系统设计不好，将产生严重的干扰
• 同频干扰（C/I）: 当不同小区使用相同频率时，当前服务小区受到 其他同频小区所来的干扰信号之比
GSM 系列
• GPRS(General Packet Radio Service):
是GSM网络过渡3G的第一步，能够将数据 传送由今天9.6kbps的速率逐步提升到每秒 115kbps的速度，它还不是真正的第三代移动 通信系统 基于GSM的移动分组数据业务，在GSM网 络上叠加一个基于IP的分组交换网络
C I
C IK
I 为第K个同频干扰信号。 K
GSM规范中要求同频C/I 大于9dB 工程中一般增加余量，要求C/I大于12dB 频率复用度越高，C/I值越大
• 邻频干扰(C/A): 小区内外相邻频率产生的干扰。 GSM要求C/A>=-9dB 工程中加3dB的余量，即C/A>=-6dB
• 为避免系统内同频干扰，覆盖区通常规划 最基本的同频复用结构，即单位无线区群， 由若干个单位无线区群邻接而成覆盖区， 单位无线区群中频率字化通信 的发展过程，
• 目前，比较成熟的数字移动通信制式主要 有GSM，ADC(美国)，JDC日本（PDC）
其中GSM的发展最引人注目。
• 所谓GSM系统，即全球移动通信系统 （Global System For Communicationgs）, 是泛欧蜂窝移动通信系统标准，它采用数 字无线传输和无线蜂窝之间先进的切换方 法，具有比模拟蜂窝系统更高的频率利用 率。
• GSM体制推广