GSM频段知识 GSM900 DCS1800.docx
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GSM频段知识GSM900DCS1800
GSM频段知识GSM900DCS1800^
一.GSM的涵义
GSM全名为:
GlobalSystemforMobileCommunications,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GSM900:
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GSMMoU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。
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。
GSM原理
GSM是GlobalSystemforMobileCommunication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880~915MHZ下行将925~960MHZ
PHASE2:
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:
1850~1910MHZ1930~1990MHZ
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:
basetransceiverstation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(分级接收)。
(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.BSCbasestationcontroller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microwavelink、opticalfiber、co-axialline等方式连接.
c)Microwavelink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.MSCmobileswitchingcenter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(GATEWAY)
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------Transcoding/rateadapterunit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)Transcoding也使用在下行时,将64kbps转换成16kbps.
c)Transcoding在MSC\BSC\BTS中。
5.HLRHomelocationregister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.VLRvisitinglocationregister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----Authenticationcenter
a)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.装备身份注册:
EIR----Equipmentidentifyregister
a)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:
Permittedlist\evaluationlist\stolenlist\unknown
9.收费中心BC---Billingcenter
a)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----operationandmaintenancecenter.
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:
Dealwithswitch;OMC-R:
dealwithradionetwork。
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SMSCENTER---MSC/VLR----BSC----BTS.----MS
12.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,Transcoderfailure.
b)Linkfailure
c)Modulefailure(transceiver,processor)
小区身份,网络中每个小区都由唯一的识别号,CI:
CellIdentity.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:
手机和机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,DCS1800Abis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到交换局是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.(RACHBurst)
2.由BCH指定传输信道.SDCCH
3.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RACH
3.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。
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
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locationupdate:
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:
(locationareaidentityLAI)
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MSC
f)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。
上行和下行:
上行是手机通过上行频率发信息给基站,下行是相反。
上行和下行组成一对频率对(45MHZ分割),上行滞后下行3个时隙;上行和下行使用相同的时隙号;上行和下行使用相同的通道号;上行和下行使用不同的波段。
(间隔45MHZ)。
功率等级:
由于手机在小区内移动,它的发射功率要随着移动,当他靠近基站时,防止干扰别的用户功率要减小,当他远离基站是为防止衰减要增大发射功率。
总共有19个功率等级,功率等级存于手机的EEPROM中.功率控制的好处是:
手机可以省电、基站减少干扰。
1.由基站在SACCH上发送命令手机改变发射功率
2.改变功率是和路径的衰减成比例。
TXLevel5–33dbm,19---5dbm。
3.每个等级之间是间隔2dbm.
4.BTS需要在上行开始的Rxlev、Rxqual
5.每480ms发送报告给BSC关于Rxlev、Rxqual。
6.每一定时间跟初始的进行比较。
动态基站功率控制:
1.目标是减少平均干扰
2.基于MS发送的测量报告计算
3.不是和BCH载波?
?
?
?
。
4.非强制性的
DTX不连续发射:
1.当语音中断的大部分时间里,允许无线发射器关掉。
2.有DTXHandler处理器:
在发射端有语音激活检测、在发射端有背景声噪音、在切断时产生舒适噪音。
3.不连续发射在上行和下行都有执行。
不连续发射、不连续接收;
4.在手机上执行不连续发射和不连续接收。
5.在BTS接收时有不连续接收
时迁(定时提前):
Timingadvance就是为了保证信号能在准确的时间内到达BS,当MS移动时,随着MS距离BS的远近,上行传递的时延的可变,基站命令移动台提前发送。
由BS在SACCH信道上命令MS来改变它的迁时的大小.手机在空闲模式时接收机站和解码BCH,在BCH中的SCH允许手机调整它的内部时间,当手机接收到SCH时不知道距离基站多远,通过SACH特殊的短突发。
当手机在下行的SACCH上获得迁时信息,才发送正常的突发,30KM手机设置迟延100US.
信道介绍:
1.BCH广播信道:
BCH就象灯塔,在每一小区的任何时候,都有BCH在ARFCN上,使手机能发现网络,并使手机同步于网络,并且BCH信号的强度告诉手机那个是距它最近的GSM网络;手机几乎每30秒会报告相邻小区的BCH功率,以便于由基站决定是否切换.?
?
每一小区使用的BCH频率通道都不同,通道被远距离的小区重复使用;小区中的所有的手机接收BCH.在ARFCN上有BCH信道.BCH的信息在下行的通道0时系,其他时系用于业务信息TCH;使MS同步,运载控制信息和呼叫信息.和网络身份信息。
所有手机的呼叫信息都在BCH上。
BCH由FCH、SCH、BCCH、CCCH、SDCCH、SACCH组成。
基站产生的BCH在零时隙,
a)FCH:
frequencycorrectionchannel在BCH上重复使用特别的BURST,让手机开机时调整它的频率.
b)SCH:
synchronizationchannel,在FCH后,调整时间.
c)BCCH:
广播控制信道,带有网络身份.
d)CCCH:
共用控制信道,它的子通道PCH(PAGINGCHANNEL)在CCCH上.手机能认出并用一个RACH作出反应.;还有子通道AGCH访问认可通道,命令手机进入SDCCH或TCH.
2.CCCH共用控制信道:
是双向控制信道,CCCH和BCH在多帧上分享0时隙;CCCH包括RACH;PCH;AGCH;CBCH;PCH呼叫通道用于运载IMSI报知手机有呼叫、PCH是下行通道,
3.DCCH专用控制信道:
双向控制信道,由三个子通道组成:
SDCCH,FACCH,SACCH.。
SDCCH独立专用控制信道:
指定TCH之前的过渡信道,话务建立和用户验证.SDCCH独立专用控制信道:
在呼叫建立时,于BCH和TCH之间起连接作用.
SACCH慢速相关控制信道:
上行:
接收信号质量报告、接收信号RXLEVEL报告、相邻小区的BCH功率报告。
通道功率;手机的状态.
下行:
命令MS的TX功率控制的命令、小区信道配置、迁时、跳频。
FACCH快速相关控制信道:
由BTS用作命令手机切换,
上行:
中断TCH信号、切换时快速信息交换。
下行:
中断TCH.控制BITS
SACCH和FACCH的区别:
SACCH报告基站说有另外的小区可提供给手机更好的信号质量,切换是必要的.在段时间内,由于SACCH没有足够的带宽,所以在短时间内由FACCH取代TCH;切换就发生了.FACCH象一个TCH.当听到语音有小的中断时,可能发生了切换.
4.TCH业务信道:
通话时使用的信道.运载语音信息、是双向的用于手机和基站交换语音信息,TCHfullrate26frames是120ms。
包含24carryspeech,1个idle,1个sacch。
TCHhalfrate26frames是120ms;包含24carryspeech,2个sacch.
5.RACH随机接入信道:
由手机发送短的突发给基站,即呼叫需求;由MS使用来从基站获取注意;手机并不知道路经的迟延,所以手机发短的BURST,当手机在下行的RACH上获得迁时时,手机才发正常的BURST.
6.手机测量报告:
SACCH的测量报告提供给GSM系统。
每个手机测量服务小区的功率,也测量相邻小区的BCH功率;手机也测量在TCH上接收的信号的强度和质量。
通过SACCH将接收RxLev(dbm)和RXQuaL(bemappeddirectlytobiterrorratio)报告给所在服务小区。
7.接收表现:
GSM接收器要在复杂的无限环境中有效的操作。
接收器要适应多径和多普勒衰减,低信号、高信号、以及别的收发射器或别的用户的干扰。
要能以最小的比特误码率解调0.3GMSK信号。
GSM的语音通道的语音信息编码为Ia和Ib带有错误纠正,而Ⅱbits没有错误纠正。
互调测试手机在GSM波段的对两个干扰的选择,
IMEI是internationalmobileequipmentidentity国际移动设备识别号就是手机串号,每一个手机都有一唯一的不同于别的手机的串号。
IMSI:
internationalmobilesubscriberidentity国际移动用户识别号是手机用户进入网络的正确身份。
15位IMSI存于SIM卡中.
SIMsubscriberidentitymodule:
由4-8位的PIN码,3次错误的输入卡就停止工作;8位的PUK码,10次错误的输入SIM卡就被永久的锁住。
SIM卡包含有:
串号、IMSI、鉴权算法加密、网络代码、PINPUK、充电信息。
SIM卡:
保持有所有的用户信息,(IMSI\允许的网络单);存有最后的位置信息.拨打信息和存储信息.存储电话号码等。
Dualband&dualmode:
1.dualband:
双带,手机有频率开关,可工作在两个频率段
2.dualmode双重模式在手机中,mode是所使用发射技术的类型,数字模式和模拟模式。
手机支持AMPS和TDMA,能按需要的模式转换。
AMPS是模拟的。
MobileStationISDNnumber:
(MSISDN):
也就是手机号码。
小区接入技术:
1.FDMA:
frequencydivisionmultipleaccess:
每个通话放在一个单独的频率上。
2.TDMA:
Timedivisionmultipleaccess:
在指定的频率上,通话在固定的时间段上。
3.CDMA:
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