1、清华大学出版社清华大学出版社第第2 2章章 数字移动通信系统数字移动通信系统（2G2G）清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）2.1 数字移动通信基本技术数字移动通信基本技术2.1.1 数字调制技术数字调制技术 1、概述、概述 数字调制是指把数字基带信号变换成适合信道传输的高频信号，也就是用基带信号控制高频振荡的参数（振幅、频率和相位），使这些参数随基带信号变化。用来控制高频振荡参数的基带信号称为调制信号，未调制的高频振荡称为载波，被调制信号调制过的高频振荡称为已调波或已调信号。已调信号通过信道传送到接收端，在接收端经解调后恢复成原始基带信号。解调是调制的逆变换，是从已调
2、波中提取调制信号的过程。清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）移动数字调制的要求移动数字调制的要求、调制频谱的旁瓣应该尽量小，避免对邻近信道的干扰。、调制频谱效率高，即要求单位带宽传送的比特速率高。、能适应瑞利衰落信道，抗衰落性能好。即在瑞利衰落环境中，达到规定的误码率要求，解调时所需的信噪比低。、调制和解调的电路容易实现。清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）2、数字相位调制、数字相位调制、绝对移相键控（、绝对移相键控（2PSK）和相对移相键）和相对移相键控（控（2DPSK）调制）调制 二进制差分相移键控简称为二相相对调相，记作2DPSK。它不是利
3、用载波相位的绝对数值传送数字信息，而是用前后码元的相对载波相位值传送数字信息，其中，相对载波相位是指本码元初相与前一码元初相之差。清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）绝对码a(n)1 0 1 1 0 0 1相对码b(n)0 1 1 0 1 1 1 0相位 0 02PSK2DPSK图图2-1 DPSK信号波形图信号波形图清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）绝对码和相对码是可以互相转换的，其转换关系为：（2-2）（2-3）清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）bn-1bnanbn-1TbTbanbn（a）（b）图图2-2 差分编
4、译码器示意图差分编译码器示意图清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）bnbnanan0载波S2DPSK(t)S2DPSK(t)码变换载波移相码变换（a）（b）图图2-3 2DPSK调制器框图调制器框图清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）2DPSK的解调方式的解调方式2DPSK信号的解调有两种解调方式，一种是差分相干解调，另一种是相干解调码变换法。后者又称为极性比较码变换法。清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）相干解调码变换法相干解调码变换法 S2DPSK(t)anbn相干载波BPFLPF抽样码 反变 换图图2-4 2DPSK
5、的相干解调码变换法原理框图的相干解调码变换法原理框图清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）差分相干解调法差分相干解调法 y2(t)z(t)y1(t)S2DPSK(t)anBPFLPF抽样判决Tb定时脉冲图图2-5 2DPSK的差分相干解调法的差分相干解调法清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）、QPSK信号的产生与解调信号的产生与解调、QPSK信号的产生信号的产生图图2-6 直接调相法产生直接调相法产生QPSK（4PSK）信号原理框图）信号原理框图清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）、QPSK的解调方法的解调方法图图2-7 Q
6、PSK的相干解调原理框图的相干解调原理框图清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）、QPSK的改进型调制方式的改进型调制方式在2PSK信号相干解调过程中会产生“倒”即“180相位模糊”现象。同样，对于QPSK信号相干解调也会产生相位模糊问题，并且是0、90、180和270共4个相位模糊。因此，在实际中更常用的是4相相对移相调制，即DQPSK，在直接调相的基础上加码变换器，在直接解调时加码反变换器。清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）/4QPSK也是QPSK的改进型，改进之一是将QPSK的最大相位跳变由降为3/4，从而减小了信号的包络起伏，改善了频谱特
7、性。具体来看，/4QPSK可以看成是在QPSK的基础上，每个码元周期内其相位旋转/4而形成的。/4QPSK已调信号的包络起伏比原型QPSK要小，经非线性放大后的频谱特性也优于原型QPSK。清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）QIQI图图2-8 /4QPSK的星座图和相位转移图的星座图和相位转移图清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）/4QPSK调制信号输出D/A变换D/A变换平方余弦低 通 滤 波器正交调制本振串/并变换差分编码变换电路平方余弦低 通 滤 波器图图2-9 /4QPSK调制器原理框图调制器原理框图清华大学出版社清华大学出版社第2章 数
8、字移动通信系统（2G）3、数字频率调制、数字频率调制、二进制频移键控（、二进制频移键控（2FSK）由于2FSK的基带信号只有两种电平状态，所以调频时载波频率只能被置于两种频率状态。2FSK的数学表达式为：0)cos(1)cos()(0201kkFSKatAatAtS当当（2-6）清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）另一方面，2FSK也可以看作两个ASK调制的合成，即一个对0码调幅，一个对1码调幅：tAtStAtS2011cos0)(00cos)(1码：；码：（2-7）合成起来，得到：0)cos(1)cos()()()(2101kkFSKatAatAtStStS当当（2-
9、8）清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）2FSK调制有相位连续和相位不连续两种方式。键控切换时，只要码元间隔时刻Tb一到，载波立即发生切换，造成波形SFSK(t)不连续，称之为相位不连续的FSK调制。相位不连续会引起带宽增大。为了波形连续，又起用了相位连续的FSK调制，要做到这一点，首先，两个不同的载波应来自同一振荡源（晶振），由不同的分频倍程所得；其次，还要恰当选择1和2，使一个码元时段产生的相移之差为2的整数倍：(12)Tb=2n。清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）、MSK调制解调原理调制解调原理MSK是二进制连续相位FSK的一种特殊形式。
10、MSK称为最小移频键控，有时也称为快速移频键控（FFSK）。所谓“最小”是指这种调制方式能以最小的调制指数（0.5）获得正交信号；而“快速”是指在给定同样的频带内，MSK能比普通2FSK的数据传输速率更高，且在带外的频谱分量要比普通2FSK衰减得快。MSK信号的表示形式如下：清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）()cos()cos()cossin()sinMSKckkckcsttttttt（2-9）()2kkkSattTtwTtatwTttscskkcskMSKsin)2sin(coscos)2cos(cos)(将其代入2-9式可得 twTtQtwTtIcskcsksi
11、n)2sin(cos)2cos(其中（2-10）（2-11）清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）Qksin(t/2Ts)sin2fctIkcos(t/2Ts)cos2fct)MSK 信号sin(t/2Ts)cos(t/2Ts)Qkakck差分编码串/并变换移相900振荡f=1/4Ts振荡f=fc带通滤波器延迟TbIk图图2-10 MSK调制器原理方框图调制器原理方框图清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）输出sin2fctcos2fctBPF串/并变换差分译码载波恢复LPF判决电路LPF判决电路图图2-11 MSK相干解调框图相干解调框图清华大学出
12、版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）4、多进制调制、多进制调制与二进制数字调制相比，多进制数字调制具有以与二进制数字调制相比，多进制数字调制具有以下几个特点：下几个特点：、在码元速率（传码率）相同条件下，可以提高信息速率（传信率），使系统频带利用率增大。码元速率相同时，M进制数字调制系统的信息速率是二进制的倍。在实际应用中，通常取 ，k为大于1的正整数。、在信息速率相同条件下，可以降低码元速率，以提高传输的可靠性。信息速率相同时，M进制的码元宽度是二进制的倍，这样可以增加每个码元的能量，并能减小码间串扰影响等。kM2清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）5、
13、多载波调制（、多载波调制（MCM）多载波调制采用了多个载波信号。它把数据流分解为若干个子数据流，从而使子数据流具有低得多的传输比特速率，利用这些数据分别去调制若干个载波。所以，在多载波调制信道中，数据传输速率相对较低，码元周期加长，只要时延扩展与码元周期相比小于一定的比值，就不会造成码间干扰。因而多载波调制对于信道的时间弥散性不敏感。多载波调制可以通过多种技术途径来实现，如多音实现、正交多载波调制（OFDM）、MC-CDMA和编码MCM（Coded MCM）。其中，OFDM可以抵抗多径干扰，是当前研究的一个热点。清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）Rns(t)r（t）s
14、n（t）rn(t)Sn 串/并变换IDFT或IFFT数/模变换插入保护间隔并/串变换模/数变换并/串变换DFT或FFT串/并变换去掉保护间隔多径传播OFDM调制OFDM解调图图2-12 OFDM系统的实现框图系统的实现框图清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）2.1.2 数字编码技术数字编码技术1、语音编码、语音编码 现代通信的重要标志是实现数字化，而要实现数字化首先得把模拟信号转变为数字信号，这种变换对于语音信号来说就是语音编码。为了提高语音编码和语音信号数字传输的有效性，通常还要进行语音压缩编码。语音编码技术有多种，归纳起来大致可分为3类，即波形编码、参量编码和混合编
15、码。另外，根据编码速率的高低还可分为中速率编码和低速率编码两大类。清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）、波形编码、波形编码PCM/线性码转换线性码转换定标因子自适应定标因子自适应图图2-13 ADPCM编码器原理框图编码器原理框图清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）图图2-14 ADPCM译码器原理框图译码器原理框图清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）、参量编码、参量编码参量编码，又叫声码化编码，是在信源信号频率域或其它正交域提取特征参量并将其变换为数字代码进行传输，以及在接收端从数字代码中恢复特征参量，并由特征参量重建语
16、音信号的一种编码方式。这种方式在提取语音特征参量时，往往会利用某种语音生成模型在幅度谱上逼近原语音，以使重建语音信号有尽可能高的可懂性，保持语音的原意。但重建语音的波形与原语音信号的波形会有相当大的区别。这种方式的特点是编码速率低(1.2kbit/s2.4kbit/s或更低)，但语音质量也低，只能达到合成语音的质量（即自然度、讲话者的可识别性都较差的语音），并且当码率提高到与波形编码相当时，语音质量也不如波形编码 清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）A/D ia图图2-15 声码器编译码器结构图声码器编译码器结构图清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2
17、G）为了降低LPC的码率，提高稳定性，可采用以下的办法：、采用矢量量化技术，既不采用逐个样点值进行量化，而是采用多个样值联合量化的矢量量化方法。将它引入到参量量化的传输中，可以将每个样值比特数从11bit压缩到1bit以下，从而可以大大压缩参量传送速率，它已在IS-95的QCELP（可变速率码激励线性预测编码）及第三代移动通信的语音编码中广泛使用。、采用一类反射系数格型算法，用对数面积比系数代替直接预测系数，可以进一步降低传送的数据比特率。GSM中采用这一方法可将每样值比特数从11bit压缩至36bit。清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）、混合编码、混合编码实现混合编
18、码的基本思想是以参量编码原理，特别是以LPC原理为基础，保留参量编码低速率的优点，并适当的吸收波形编码中能部分反应波形个性特征的因素，重点改善自然度性能。清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）图图2-16 几种语音编码方案性能比较几种语音编码方案性能比较清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）、语音编码质量指标、语音编码质量指标、数据比特率（、数据比特率（bps）数据比特率是度量语音信源压缩率和通信系统有效性的主要指标。当其值越低，压缩倍数就越大，可以通信的话路数也就越多，移动通信系统的效率也越高。数据比特率低时，语音质量也随之相应降低。为了补偿质量的
19、下降，往往可以采用提高设备硬件复杂度和算法软件复杂度的办法，但这又带来了成本的增加和时延的增大。另一种有效的办法是采用可变速率的自适应传输，它可以大大降低语音的平均传送率。清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）、语音质量、语音质量度量语音质量比较困难。其度量方法在于主观和客观两个角度，客观度量可以采用信噪比、误码率和误帧率等指标，相对来说比较简单、可行。但主观度量就没有那么简单，采用主观度量并且以它为主，是因为接受语音的是人耳，所以语音质量主要是由人来主观判断。目前国际上常采用的主观判断方法称为MOS法。清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）编码方案
20、编码方案MOS评分评分64kbit/s PCM4.332kbit/s ADPCM4.132kbit/s CVSD3.816kbit/s CVSD3.013kbit/s IPC-IPTRPE3.88kbit/s VSELP3.72.4kbit/s LPC-102.7表表2-1 各类语音编码方案各类语音编码方案MOS评分表评分表清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）、复杂度与处理时延、复杂度与处理时延语音编码可以采用数字信号处理器（DSP）来实现，其硬件复杂度取决于DSP的处理能力，而软件复杂度则主要体现在算法复杂度上，是指完成语音编、译码所需要的加法、乘法的运算次数，一般采
21、用MIPS即每秒完成的百万条指令数来表示。通常，在取得近似相同音质的前提下，语音编码率每下降一倍，MIPS大约需要增大一个数量级。算法复杂度增大，也会带来更长时间的运算和更大的处理时延，在双向语音通信中，处理时延、传输时延再加上回声是影响语音质量的一个重要指标。清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）数据比特率（Kbps）复杂度（MIPS）时延（ms）脉冲编码调制PCM640.010自适应差分脉冲编码调制ADPCM320.10自适应自带编码16125多脉冲线性预测编码81035随机激励线性预测编码410035线性预测声码器2135参数指标编码器类型表表2-2 几种语音编码器
22、的参数性能比较几种语音编码器的参数性能比较清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）2、信道编码、信道编码采用信道编码技术为了提高系统传输的可靠性。它根据一定的监督规律在发送的信息码元中人为地加入一些必要的监督码元，在接收端利用这些监督码元与信息码元之间的监督规律，发现和纠正差错，以提高信息码元传输的可靠性。待发送的码元称为信息码元，人为加入的多余码元称为校验/监督码元。信道编码的目的是试图以最少的监督码元为代价，以换取最大程度上的可靠性。清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）信道编码分类（从结构和规律上分信道编码分类（从结构和规律上分）线性码：监督关系
23、方程是线性方程的信道编码，目前大部分应用的信道编码属于线性码，如线性分组码、线性卷积码。非线性码：一切监督关系方程不满足线性规律的信道编码均称为非线性码。清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）信道编码分类（从功能上分信道编码分类（从功能上分）只有检错功能的检错码，如循环冗余校验CRC码、自动请求重传ARQ。具有自动纠错功能的纠错码，如循环码中的BCH码、RS码及卷积码、级联码、Turbo码等。既能检错又能纠错的信道编码，最典型是HARQ（混合ARQ）。清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）、线性分组码、线性分组码它又称为代数编码，一般是按照代数规律构
24、造的。线性分组码中的分组是指编码方法是按信息分组来进行的，而线性则是指编码规律即监督位（校验位）与信息位之间的关系遵从线性规律。线性分组码一般可记为（n，m）码，即m位信息码元为一个分组，编成n位码元长度的码组，而n-m位为监督码元长度。清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）（7，3）线性）线性分组码的编码分组码的编码方程组方程组清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）01234560121001110(,)(,)01001110011101CC C C C C C CU U UUG将上式写成相应的矩阵形式为：（2-13）清华大学出版社清华大学出版社第
25、2章 数字移动通信系统（2G）、循环码的多项式表示、循环码的多项式表示清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）、循环码的生成多项式和监督多项式、循环码的生成多项式和监督多项式仍以（7，3）线性分组码为例，其生成矩阵可以表示为：100111001001110011101G（2-14）清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）将G进行初等变换后得：24563452341001110010011100111011xxxxGxxxxxxx)()()()1()1()1(24324324322xgxxgxgxxxxxxxxxxxx（2-15）可见，利用循环特性，生成矩
26、阵G可以进一步简化为生成多项式g(x)。同理，监督矩阵H也可进一步简化为监督多项式h(x)。清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）13()(),(),g xLCM m x m x2t-1，m(x)BCH码是一类最重要的循环码，它能在一个信息码元分组中纠正多个独立的随机差错。BCH码的生成多项式g(x)为：式中，t为纠错的个数（2-16）清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）、卷积码、卷积码图图2-17 典型卷积编码器结构图典型卷积编码器结构图清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）、级联码、级联码 级联码是由Forney提出的，它
27、是一种由短码串行级联构造长码的一类特殊、有效的方法。这种构造法的编、译码设备简单，性能优于同一长度的长码，得到了广泛的重视和应用。Forney提出的是一个两级串行的级联码，结构如下：12121122(,),(,),(,)n knn kkn kn k（2-17）清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）图图2-18 两级串接级联码结构图两级串接级联码结构图清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）、Turbo码码Turbo码是一种高性能的信道编码方式，详细内容参见4.2.2节。清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）、交织编码、交织编码图图
28、2-19 块交织实现框图块交织实现框图清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）写入顺序写入顺序读出顺序读出顺序交织及解交织矩阵示意图清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）2.1.3 ARQ技术技术 自动重传请求（ARQ）通过接收方请求发送方重传出错的数据报文来恢复出错的报文，是通信中用于处理信道所带来差错的方法之一，它无须纠错设备，实现起来比较简单。清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）图图2-20 SW型型ARQ操作过程操作过程清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）图图2-21 GBN型型ARQ操作过程操作
29、过程清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）图图2-22 SR型型ARQ操作过程操作过程清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）2.2 GSM系统概述系统概述GSM的英文全名为：Global System for Mobile Communications，中文译为全球移动通信系统，俗称全球通，是一种起源于欧洲的数字移动通信系统标准。早在1982年，欧洲已有几大模拟蜂窝移动系统在运营，例如北欧多国的NMT（北欧移动电话）和英国的TACS（全接入通信系统)，西欧其它各国也提供移动业务。但由于各国之间的移动通信系统的体制和标准不统一，移动通信很难实现国家间的
30、漫游，为了方便全欧洲统一使用移动电话，北欧国家向CEPT（欧洲邮电行政大会）建议制定一种公共的数字移动通信系统标准，统一规范欧洲电信业务，因此成立了一个在ETSI技术委员会下的“移动特别小组（Group Special Mobile）”，简称“GSM”，来制定有关的标准和建议书。清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）2.2.1 GSM系统的结构系统的结构图图2-23 GSM系统的网络结构系统的网络结构清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）1、网络各部分的主要功能、网络各部分的主要功能MS（移动台）它包括ME（移动设备）和SIM（用户识别模块）卡，移动
31、台可分为车载台、便携台和手机3类，其主要作用是通过无线接口接入网络系统，也提供人机接口。SIM卡是识别卡，用来识别用户，它基本上是一张符合ISO标准的“智慧”磁卡，其中包含与用户有关的无线接口的信息，也包括鉴权和加密的信息。除紧急呼叫外，移动台都需要插入SIM卡才能得到通信服务。清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）BSS主要的功能是负责无线发射和管理无线资源。BSS由BTS（基站收发台）和BSC（基站控制器）组成。BSS中的BTS是用户终端的接口设备，BSC可以控制一个或多个BTS，可以控制信道分配，通过BTS对信号强度的检测来控制移动台和BTS的发射功率，也可作出执行
32、切换的决定。NSS（网络子系统）由MSC（移动交换中心）和OMC（操作维护中心）以及HLR（归属位置寄存器）、VLR（访问位置寄存器）、AUC（鉴权中心）和EIR（设备标志寄存）等组成。NSS主要负责完成GSM系统内移动台的交换功能和移动性管理、安全性管理等。清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）MSC是GSM网络的核心部分，也是GSM系统与其他公用通信系统之间的接口，主要是对位于它所管辖区域中的移动台进行控制、交换。OMC主要对GSM网络系统进行管理和监控。VLR是一个动态的数据库，用于存储进入其控制区用户的数据信息，例如用户的号码、所处位置区的识别、向用户提供的服务等
33、参数，一旦用户离开了该VLR的控制区，用户的有关数据将被删除。清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）HLR是一个静态数据库，每个移动用户都应在其HLR登记注册。HLR主要用来存储有关用户的参数和有关用户目前所处位置的信息。EIR用来存储有关移动台设备参数的数据库，对移动设备进行识别、监视和闭锁等。AUC专用于GSM系统的安全性管理，进行用户鉴权及对无线接口上的语音、数据、信令信号进行加密，以防止无权用户的接入和保证移动用户的通信安全。清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）SMSC（短消息业务中心）与NSS连接可实现点对点短消息业务，与BSS连接完成小
34、区广播短消息业务。在实际的GSM网络中，可根据不同的运营环境和网络需求进行网络配置。具体的网络单元可用多个物理实体来承担，也可以将几个网络单元合并为一个物理实体，比如将MSC和VLR合并在一起，也可以把HLR、EIR和AUC合并为一个物理实体。清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）2、GSM网络接口网络接口A接口。A接口定义为网络子系统与基站子系统之间的通信接口，其物理连接是通过采用标准的2.048Mb/sPCM数字传输链路来实现。此接口传送的信息包括对移动台及基站的管理、移动性和呼叫接续管理等。Abis接口。Abis接口定义为基站子系统的基站控制器与基站收发信机两个功能
35、实体之间的通信接口，用于BTS（不与BSC放在一处）与BSC之间的远端互连方式。该接口支持所有向用户提供的服务，并支持对BTS无线设备的控制和无线频率的分配。清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）Um接口。又称为空中接口，定义为移动台与基站收发信机之间的无线通信接口，它是GSM系统中最重要、最复杂的接口。此接口传递的信息包括无线资源管理、移动性管理和接续管理等。B接口，B接口定义为移动交换中心与访问位置寄存器之间的内部接口，用于MSC向VLR询问有关移动台当前位置信息或者通知VLR有关MS的位置更新信息等。C接口。C接口定义为MSC与HLR之间的接口，用于传递路由选择和管
36、理信息，两者之间是采用标准的2.048 Mb/s PCM数字传输链路实现的。清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）D接口。D接口定义为HLR与VLR之间的接口，用于交换移动台位置和用户管理的信息，保证移动台在整个服务区内能建立和接收呼叫。由于VLR综合于MSC中，因此D接口的物理链路与C接口相同。E接口。E接口为相邻区域的不同移动交换中心之间的接口，用于移动台从一个MSC控制区到另一个MSC控制区时交换有关信息，以完成越区切换。F接口。F接口定义为MSC与EIR之间的接口，用于交换相关的管理信息。清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）G接口。G接口定
37、义为两个VLR之间的接口。当采用临时移动用户识别码（TMSI）时，此接口用于向分配TMSI的VLR询问此移动用户的国际移动用户识别码（IMSI）的信息。GSM系统通过MSC与其他公用电信网互连，一般采用SS7号信令系统接口。其物理链接方式是通过在MSC与PSTN或ISDN交换机之间采用2.048 Mb/s PCM数字传输链路实现。清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）2.2.2 GSM的区域和识别号码的区域和识别号码1、区域的划分、区域的划分l GSM服务区。是指移动台可获得服务的区域，这些服务区具有完全一致的MSBS接口。一个服务区可包含一个或多个公用陆地移动通信网（P
38、LMN），从地域上说，可对应一个国家或多个国家，也可以是一个国家的一部分。l PLMN。可由一个或多个移动交换中心组成。该区具有共同的编号制度和路由计划，其网路与公众交换电话网互连，形成整个地区或国家规模的通信网。清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）l MSC区。是指MSC所覆盖的服务区，提供信号交换功能及和系统内其它功能的连接，从位置上看，包含多个位置区。l 位置区。一般由若干个基站区组成，移动台在位置区内移动时无需进行位置的登记或更新。l 基站区。指基站提供服务的所有的区域，也叫做小区。l 扇区。当基站收发天线采用定向天线时，基站区可分为若干个扇区。若采用120度定
39、向天线，一个小区分为3个扇区；若为60度，则为6个扇区。清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）图图2-24 GSM的区域定义的区域定义清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）2、GSM系统中的各种识别号码系统中的各种识别号码国家码移动台国内身份码（国内目的码+用户码）、MSISDN（移动台国际身份号码）（移动台国际身份号码）图图2-25 移动台国际身份号码的格式移动台国际身份号码的格式 MSISDN=CC+NDC+SN （2-23）清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）、IMSI国际移动用户识别码国际移动用户识别码国内IMSIIM
40、SI图图2-26 国际移动用户识别码的格式国际移动用户识别码的格式IMSI=MCC+MNC+MIN （2-24）清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）、MSRN（移动台漫游号码）（移动台漫游号码）、TMSI临时移动用户识别码临时移动用户识别码清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）、IMEI（国际移动台设备识别码）（国际移动台设备识别码）图图2-27 国际移动台设备识别码的格式国际移动台设备识别码的格式IMEI=TAC+FAC+SNR+SP （2-25）清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）、LAI（位置区识别码）（位置区识别码）
41、图图2-28 位置区识别码的格式位置区识别码的格式LAIMCCMNCLAC （2-26）清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）、CGI（小区全球识别码）（小区全球识别码）图图2-29 小区全球识别码的格式小区全球识别码的格式 CGI=MCC+MNC+LAC+CI （2-27）清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）、BSIC（基站识别码）（基站识别码）NCCBCC3bit3bitBGIC图图2-30 基站识别码的格式基站识别码的格式BSIC=NCC+BCC （2-28）清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）2.2.3 GSM业务业
42、务 基本业务l 电信业务，主要指包括电话、紧急呼叫、传真和短消息服务等。l 承载业务，不仅支持语音业务，还支持数据业务。补充业务，是对基本业务的改进和补充，非单独的，需和基本业务一起提供服务。主要包括呼叫前转、呼叫限制、呼叫等待、会议电话和计费通知等。清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）2.3 GSM的空中接口的空中接口在GSM系统中，其空中接口就是指MS和BSS之间的接口，又称Um接口。空中接口是借助无线电波传递信息的，连接的用户众多，而且随着用户终端的多样性和环境的复杂多变，空中接口呈现广泛性和多样性。清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）2.
43、3.1 技术参数技术参数表表2-3 我国我国GSM系统的主要技术参数系统的主要技术参数特性特性GSM900GSM1800频段（频段（MHz）890-915（上行）（上行）935-960（下行）（下行）1710-1785（上行）（上行）1805-1880（下行）（下行）工作频带（工作频带（MHz）2575每帧每帧TDMA的时隙数的时隙数88上下行隔离（上下行隔离（MHz）4595频道间隔（频道间隔（KHz）200200频道数频道数124374清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）2.3.2 空中接口的物理结构空中接口的物理结构1、空中接口的帧结构、空中接口的帧结构 在GSM
44、系统中，每个载频，在时间上被定义为一个个TDMA帧（简称为帧）相连接，每个TDMA帧包括8个时隙（TS0TS7），所有TDMA帧中同号时隙提供一个物理信道，如图2-31所示。空中的传输速率为270.833kbit/s，每个时隙占用576.9s，相当于承载156.25bit的数据，一帧的时间为4.615ms。清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）时间0 1 2 3 4 5 6 7fnfn+1fn+2fn+3fn+4帧4.6 ms时隙577 s200 kHz物理信道频率0 1 2 3 4 5 6 7图图2-31 GSM的的TDMA/FDMA接入方式接入方式清华大学出版社清华大
45、学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7220 1 2 3 42324250 1 2 347484950024250123474849 501(51(26 帧)复帧或者 26(51 帧)复帧)2042 2043 2044 2045 2046 204701234561超高帧 2048 超 帧 2 715 648 TDMA帧012TDMA帧1超帧 1 326 TDMA帧（6.12 s)1(51 帧)复帧 51 T
46、DMA帧（235.385 ms）1(26 帧)复帧 26 TDMA帧（120 ms）1超高帧=2048超帧=2715648 TDMA帧1超帧=1326 TDMA帧（6.12s）（=51（26帧）复帧或者26（51帧）复帧）1（26帧）复帧=26TDMA帧（120ms）1（51帧）复帧=51TDMA帧（235.385ms）TDMA帧图图2-32 GSM系统的各种帧及时隙的格式系统的各种帧及时隙的格式清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）2、突发脉冲序列、突发脉冲序列图图2-33 4种不同功能种不同功能突发序列的格式突发序列的格式清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通
47、信系统（2G）3、GSM信道信道频率校正信道FCCH同步信道SCH广播控制信道BCCH广播信道BCH寻呼信道PCH准许接入信道AGCH随机接入信道RACH公用控制信道CCCH独立专用控制信道SDCCH慢速辅助控制信道SACCH快速辅助控制信道FACCH专用控制信道DCCH业务信道TCH控制信道CCH信道分类（下行）（下行）（下行）（下行）（下行）（上行）（上/下行）（上/下行）（上/下行）图图2-34 GSM系统的逻辑信道分类系统的逻辑信道分类、GSM信道分类信道分类清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）表表2-4 GSM系统各逻辑信道的功能表系统各逻辑信道的功能表逻辑信
48、道突发脉冲方式方向功能频率校正信道频率校正BSMS广播用于校正终端频率的信息同步信道同步BSMS广播帧同步和基站识别码信息广播控制信息普通BSMS广播一般信息寻呼信道普通BSMS传输基站寻呼移动台信息随机接入信道接入BSMS用于终端随机提出入网申请，即请求分配一个SDCCH准许接入信道普通BSMS用于基站对终端的入网请求作出应答，即分配一个SDCCH或TCH独立专用控制信道普通BSMS用于分配TCH之前传送信息慢速辅助控制信道普通BSMS伴随TCH或SDCCH，双向传输信息快速辅助控制信道普通BSMS传输与SDCCH相同的信息，只是在没有分配SDCCH时才使用业务信道普通BSMS主要传输数字话
49、音或数据，其次还可传输少量的控制信息清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）、逻辑信道到物理信道的映射、逻辑信道到物理信道的映射假设一个小区有n个载频，为F0、F1、F2、F3Fn-1，时隙数为TS0、TS1TS7。通常，将F0载频中的TS0用作将公共信道承载广播信道和公用控制信道，如BCCH、FCCH、SCH、PCH、AGCH及RACH复用；TS1承载专用控制信道，如SDCCH、SACCH复用。F0的TS2TS7，及F1Fn-1中的时隙都用来承载TCH。在小容量地区和建站初期，也可以考虑采用F0载频中的TS0承载全部控制信道，包括广播信道、公用控制信道和专用控制信道。清华
50、大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）、控制信道的映射、控制信道的映射F（FCCH）：移动台据此校正频率S（SCH）：移动台据此读TDMA帧号和基站识别码BSICB（BCCH）：移动台据此读有关广播通用信息I（IDEL）：空闲帧图图2-35 BCH和和CCCH在下行链路上的复用方式在下行链路上的复用方式清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）图图2-36 上行链路中，上行链路中，TS0上上RACH的复用的复用清华大学出版社清华大学出版社第2章 数字移动通信系统（2G）图图2-37 SDCCH和和SACCH在在TS1上的复用上的复用清华大学出版社清华大学出版
