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GSM原理

 尤里蒙提 2016-09-07
小區(qū)身份,網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)小區(qū)都由唯一的識(shí)別號(hào),CI: Cell Identity. 一個(gè)小區(qū)由56個(gè)用戶可同時(shí)通話
●調(diào)制方式: GSM 采用的是0.3GMSK調(diào)制 高斯最小頻移鍵控,0.3是描述濾波器帶寬和比特率的關(guān)系,不是相位調(diào)制,是一種典型的數(shù)字調(diào)頻調(diào)制,實(shí)際上是調(diào)頻。0和1代表的是載波加減不同的頻率+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變,兩個(gè)頻率表示頻移鍵控; 語音編碼速率時(shí)13kbps. 數(shù)據(jù)速率(調(diào)制速率)BIT傳送速率是270.833Kbps。剛好是四倍于射頻頻移。這樣一來就有效的減少調(diào)制頻譜和提高了通道利用率.   高斯濾波: 劇烈的頻率變化會(huì)導(dǎo)致頻譜擴(kuò)散, 所以用濾波器進(jìn)行濾波平滑后, 減少頻譜擴(kuò)散;   RF載頻加67.708和減67.708KHZ; 靠頻率轉(zhuǎn)移.
●GSM網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng):手機(jī)和機(jī)站的接口是空中接口, 基站(BS)和基站控制臺(tái)BSC是靠abis接口2Mbps的連接。(是光纖或者常用微波連接, DCS1800 Abis接口經(jīng)常使用微波連接), 一個(gè)BSC控制20~30個(gè)BTS;基站控制臺(tái)BSC到交換局是A口連接。 手機(jī)和基站的最大距離是34.9km。
手機(jī)開機(jī)后的步驟:
1. 首先搜索124個(gè)信道,即所有的BCH通道, 決定收到的廣播信道BCH強(qiáng)度, (BCH 的承載的信息是距Mobile最近的BTS; 呼叫信息);
2. 跟網(wǎng)絡(luò)同步時(shí)間和頻率, 由FCH/SCH調(diào)整頻率和時(shí)間
3. 解碼BCH的子通道BCCH.
4. 網(wǎng)絡(luò)檢查SIM 卡的合法身份.是否是網(wǎng)絡(luò)允許的SIM 卡。
5. 手機(jī)的位置更新.
6. 網(wǎng)絡(luò)鑒權(quán)

●手機(jī)主叫(MOC)過程:
1. 手機(jī)給基站發(fā)送通道需求,即手機(jī)發(fā)送一個(gè)短的隨即接入突發(fā)脈沖.(RACH Burst)
2. 由BCH 指定傳輸信道. SDCCH
3. 手機(jī)和基站在獨(dú)立專用信道(SDCCH)上通信.
4. 權(quán)限認(rèn)證
5. 指定手機(jī)在一個(gè)業(yè)務(wù)信道(TCH)上通信.
6. 在TCH上進(jìn)行語音通信.
手機(jī)被叫
1. BTS在PCH呼叫通道上使用SIM中的IMSI號(hào)碼來呼叫用戶。
2. 由手機(jī)發(fā)送RACH
3. 通道指定在BCH.
4. 手機(jī)和基站在SDCCH 上通信
5. 手機(jī)用戶被鑒權(quán)
6. 手機(jī)被指定TCH通道。
7. 在TCH通道上進(jìn)行語音和數(shù)據(jù)通信。
緊急呼叫:
1. GSM規(guī)格定義了112 為緊急呼叫號(hào)碼
2. 112在手機(jī)有無SIM卡的情況下均可呼叫。
3. 在RACH 上, 手機(jī)112 建立緊急呼叫。
●Authentication 鑒權(quán):
1. 目的:驗(yàn)證用戶身份(IMSI /SIM); 提供手機(jī)新的加密鍵。
2. 鑒權(quán)是在什么情況下:每一次注冊(cè)、每次呼叫或被叫企圖、執(zhí)行一些增值服務(wù)、漫游時(shí)的位置更新。
●切換handover: 切換是手機(jī)通信從一個(gè)小區(qū)/信道到另外一個(gè)小區(qū)/信道。
1. 上行和下行的接收質(zhì)量報(bào)告
2. 上行和下行的接收信號(hào)強(qiáng)度
3. 距離,遷時(shí)
4. 干擾層。
5. 功率預(yù)算。
6. 切換包括:同一小區(qū)內(nèi)部信道/時(shí)隙之間的切換。小區(qū)于小區(qū)之間。
●加密ciphering: 語音和數(shù)據(jù)的保密、信號(hào)信息的保密;
● 手機(jī)位置更新location update:
1. MSC應(yīng)知道呼叫手機(jī)的位置。
2. 手機(jī)連續(xù)的改變位置,手機(jī)在改變位置時(shí)通知MSC關(guān)于新位置。由MSC處理位置更新。
3. 手機(jī)位置更新過程:(location area identity LAI)
a) 手機(jī)改變位置區(qū)
b) 手機(jī)從BCCH 上讀新的位置區(qū)
c) 發(fā)送RACH, 為通道需求。
d) 在AGCH上獲得一個(gè)SDCCH.
e) 在SDCCH發(fā)送IMSI和新舊LAI位置更新需求給MSC
f) MSC開始認(rèn)證
g) 如果認(rèn)證成功,更新手機(jī)位置在VLR上
h) 發(fā)送確認(rèn)信息給手機(jī)
i) 手機(jī)離開SDCCH, 進(jìn)入空閑模式。
上行和下行:上行是手機(jī)通過上行頻率發(fā)信息給基站,下行是相反。上行和下行組成一對(duì)頻率對(duì)(45MHZ分割),上行滯后下行3個(gè)時(shí)隙;上行和下行使用相同的時(shí)隙號(hào);上行和下行使用相同的通道號(hào);上行和下行使用不同的波段。(間隔45MHZ)。
● 功率等級(jí):
由于手機(jī)在小區(qū)內(nèi)移動(dòng),它的發(fā)射功率要隨著移動(dòng),當(dāng)他靠近基站時(shí),防止干擾別的用戶功率要減小,當(dāng)他遠(yuǎn)離基站是為防止衰減要增大發(fā)射功率??偣灿?9個(gè)功率等級(jí), 功率等級(jí)存于手機(jī)的EEPROM中. 功率控制的好處是:手機(jī)可以省電、基站減少干擾。
1. 由基站在SACCH上發(fā)送命令手機(jī)改變發(fā)射功率
2. 改變功率是和路徑的衰減成比例。TX Level 5 –33dbm ,19---5dbm。
3. 每個(gè)等級(jí)之間是間隔2dbm.
4. BTS需要在上行開始的Rxlev、Rxqual
5. 每480ms 發(fā)送報(bào)告給BSC 關(guān)于Rxlev、Rxqual。
6. 每一定時(shí)間跟初始的進(jìn)行比較。
動(dòng)態(tài)基站功率控制:
1. 目標(biāo)是減少平均干擾
2. 基于MS發(fā)送的測(cè)量報(bào)告計(jì)算
3. 不是和BCH載波。
4. 非強(qiáng)制性的
●DTX 不連續(xù)發(fā)射:
1. 當(dāng)語音中斷的大部分時(shí)間里,允許無線發(fā)射器關(guān)掉。
2. 有DTX Handler處理器: 在發(fā)射端有語音激活檢測(cè)、在發(fā)射端有背景聲噪音、在切斷時(shí)產(chǎn)生舒適噪音。
3. 不連續(xù)發(fā)射在上行和下行都有執(zhí)行。不連續(xù)發(fā)射、不連續(xù)接收;
4. 在手機(jī)上執(zhí)行不連續(xù)發(fā)射和不連續(xù)接收。
5. 在BTS接收時(shí)有不連續(xù)接收
l 時(shí)遷(定時(shí)提前):
Timing advance 就是為了保證信號(hào)能在準(zhǔn)確的時(shí)間內(nèi)到達(dá)BS, 當(dāng)MS移動(dòng)時(shí), 隨著MS距離BS 的遠(yuǎn)近, 上行傳遞的時(shí)延的可變,基站命令移動(dòng)臺(tái)提前發(fā)送。 由BS在SACCH信道上命令MS來改變它的遷時(shí)的大小. 手機(jī)在空閑模式時(shí)接收機(jī)站和解碼BCH,在BCH中的SCH允許手機(jī)調(diào)整它的內(nèi)部時(shí)間,當(dāng)手機(jī)接收到SCH時(shí)不知道距離基站多遠(yuǎn),通過SACH特殊的 短突發(fā)。當(dāng)手機(jī)在下行的SACCH上獲得遷時(shí)信息,才發(fā)送正常的突發(fā),30KM 手機(jī)設(shè)置遲延100US.
●信道介紹:
1. BCH 廣播信道:  
BCH就象燈塔, 在每一小區(qū)的任何時(shí)候, 都有BCH在ARFCN上,使手機(jī)能發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò), 并使手機(jī)同步于網(wǎng)絡(luò),并且BCH信號(hào)的強(qiáng)度告訴手機(jī)那個(gè)是距它最近的GSM網(wǎng)絡(luò); 手機(jī)幾乎每30秒會(huì)報(bào)告相鄰小區(qū)的BCH 功率, 以便于由基站決定是否切換.?? 每一小區(qū)使用的BCH頻率通道都不同, 通道被遠(yuǎn)距離的小區(qū)重復(fù)使用; 小區(qū)中的所有的手機(jī)接收BCH.   在ARFCN上有BCH信道. BCH的信息在下行的通道0時(shí)系, 其他時(shí)系用于業(yè)務(wù)信息TCH; 使MS 同步, 運(yùn)載控制信息和呼叫信息. 和網(wǎng)絡(luò)身份信息。所有手機(jī)的呼叫信息都在BCH上。BCH由FCH、SCH、BCCH、CCCH、SDCCH、SACCH組成?;井a(chǎn)生的BCH在零時(shí)隙,
a) FCH: frequency correction channel 在BCH上重復(fù)使用特別的BURST, 讓手機(jī)開機(jī)時(shí)調(diào)整它的頻率.
b) SCH: synchronization channel, 在FCH后, 調(diào)整時(shí)間.
c) BCCH: 廣播控制信道, 帶有網(wǎng)絡(luò)身份.
d) CCCH: 共用控制信道, 它的子通道PCH(PAGING CHANNEL)在CCCH上. 手機(jī)能認(rèn)出并用一個(gè)RACH作出反應(yīng).; 還有子通道AGCH 訪問認(rèn)可通道, 命令手機(jī)進(jìn)入SDCCH或TCH.
2. CCCH共用控制信道: 是雙向控制信道, CCCH和BCH在多幀上分享0時(shí)隙;CCCH包括RACH; PCH; AGCH; CBCH; PCH呼叫通道 用于運(yùn)載IMSI報(bào)知手機(jī)有呼叫、PCH是下行通道,
3. DCCH專用控制信道: 雙向控制信道, 由三個(gè)子通道組成:SDCCH,FACCH,SACCH.。
    SDCCH獨(dú)立專用控制信道:指定TCH之前的過渡信道,話務(wù)建立和用戶驗(yàn)證. SDCCH 獨(dú)立專用控制信道: 在呼叫建立時(shí), 于BCH 和TCH之間起連接作用.
    SACCH 慢速相關(guān)控制信道:  
上行: 接收信號(hào)質(zhì)量報(bào)告、接收信號(hào)RX LEVEL 報(bào)告、相鄰小區(qū)的BCH 功率報(bào)告。通道功率;手機(jī)的狀態(tài).  
下行:命令MS的TX 功率控制的命令、小區(qū)信道配置、遷時(shí)、跳頻。
   FACCH 快速相關(guān)控制信道:由BTS用作命令手機(jī)切換,
上行: 中斷TCH信號(hào)、切換時(shí)快速信息交換。
下行: 中斷TCH. 控制BITS
   SACCH和FACCH的區(qū)別: SACCH報(bào)告基站說有另外的小區(qū)可提供給手機(jī)更好的信號(hào)質(zhì)量, 切換是必要的.在段時(shí)間內(nèi), 由于SACCH 沒有足夠的帶寬, 所以在短時(shí)間內(nèi)由FACCH取代TCH; 切換就發(fā)生了. FACCH象一個(gè)TCH. 當(dāng)聽到語音有小的中斷時(shí), 可能發(fā)生了切換.
4. TCH業(yè)務(wù)信道: 通話時(shí)使用的信道. 運(yùn)載語音信息、是雙向的用于手機(jī)和基站交換語音信息 ,TCH full rate   26 frames是 120ms。包含24carry speech, 1個(gè)idle , 1個(gè)sacch。TCH half rate   26 frames 是120ms ; 包含24carry speech , 2個(gè)sacch.
5. RACH隨機(jī)接入信道:
由手機(jī)發(fā)送短的突發(fā)給基站,即呼叫需求;由MS使用來從基站獲取注意; 手機(jī)并不知道路經(jīng)的遲延, 所以手機(jī)發(fā)短的BURST, 當(dāng)手機(jī)在下行的RACH上獲得遷時(shí)時(shí), 手機(jī)才發(fā)正常的BURST.
6. 手機(jī)測(cè)量報(bào)告:
SACCH的測(cè)量報(bào)告提供給GSM系統(tǒng)。每個(gè)手機(jī)測(cè)量服務(wù)小區(qū)的功率,也測(cè)量相鄰小區(qū)的BCH功率;手機(jī)也測(cè)量在TCH上接收的信號(hào)的強(qiáng)度和質(zhì)量。通過SACCH將接收RxLev(dbm)和RXQuaL(be mapped directly to bit error ratio)報(bào)告給所在服務(wù)小區(qū)

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