1、第七章 数字移动通信技术第七章第七章 数字移动通信技术数字移动通信技术第七章 数字移动通信技术7.1 移动通信概述7.1.I 移动通信的概念及特点移动通信的概念 移动通信就是指通信的双方至少有一方在移动中进行信息的交流。这里的信息应是广 义的，它包括了话音、数据、传真、图像和多媒体信息业务。这里的双方可以是同定点与 交通工具之间，或者人与机器之间，或者人与人之间的信息交流，如同7.1所示。第七章 数字移动通信技术从技术角度看，移动通信指通信双方至少有一方是利用便携无线终端（可移动）通过元 线传输方式接入网络与其他终端用户进行通信的一种方式。按照移动体所处的位置不同移动通信可分为陆地移动通信系统
2、、海上移动通信系统 和卫星移动通信系统。其中陆地移动通信系统又包括蜂窝系统、集群系统、无绳电话系统、无线电传呼系统等。蜂窝系统是槌盖范阳最广的陆地公用移动通信系统。本章以蜂窝移动 通信系统为例进行分析。第七章 数字移动通信技术2.移动通信的特点 根据移动通信的定义及其无线电波传播特性可知，陆地移动通们有以下特点：I）电波传播条件恶劣 由于移动体米往于地面的建筑群和各种障碍物之中根据电波传播的特性会发生直 射、折射、绕射等各种情况，从而使电波传播的路径不同使接收端收到的信号是这些信 号的合成波。移动体（汽车）在不同位置、不同方向接收到的合成波信号强度会有起伏，而且相差很大，可达30 dB以上。图
3、7.2所示的这种现象称为衰落，它严重地影响着通话质量。第七章 数字移动通信技术电波传播引起信号变坏的例子很多，如接收差转电视时，在接收天线的不同位置，图 像质量会发生很大差别，有的位置图像清晰，有的位置雪花点严重，有的位置图像模糊不 清，有的位置出现许多重影等等。这就是由于电波通过传播，到室内天线时，已经过了电 波直射、折射，到家庭中时，又经过房屋四壁反射，这些不同强度相位波的叠加就形成了 上面的多种现象。这种现象我们称之为多径衰落。多径衰落直接影响了电视图像质量，如 图7.3所示。以上的例子只是对于固定于室内的电视机而言，而对于移动通信系统来讲，情况就复杂多了。因一方在经常移动，要保证通信质
4、量，就必须使移动通信设备有一定抗 衰落能力和储备。在设计移动通信系统时就要进行这方面的考虑。图7.3 多径传播 第七章 数字移动通信技术如图7.3所示。以上的例子只是对于固定于室内的电视机而言，而对于移动通信系统来讲，情况就复杂多了。因一方在经常移动，要保证通信质量，就必须使移动通信设备有一定抗 衰落能力和储备。在设计移动通信系统时就要进行这方面的考虑。第七章 数字移动通信技术在移动通信中，接收信号的强弱值称为场强。为了表征电波传播的特性，特用统计分 析的方法，采用统计的数字特征来描述。(1）场强中值。具有50%概率的场强值称为场强中值，这是一个统计平均值，如图7.4 所示。在图中，场强变化曲
5、线高于规定电平值的持续时间占统计时间半时，则所规定的 那个电平值即为场强中值。图中的T为统计时间，规定电平值为Eo。在周期T内，高于Eu的值的时间段有t1,t2,t3，。如果统计时间T足够长，则在T时间内超过Eo的概率为P（%）=（t1+t2+t3）/T*100%在上式统计时间T内，当超过Eo值的百分比为50%时，即称E。为场强中值。第七章 数字移动通信技术第七章 数字移动通信技术依次类推，当概率超过50%时，称80%或90%棋率场强值。在实际的应用中，场强中 值恰好等于接收机的最低门限值，即通信的可通率为50%，这就是说只有50%能维持正常 通信。因此，在实际应用中要使场强中值远大于接收机门
6、限，才能在绝大多数时间保证通 信正常进行。(2）衰落深度。衰落深度定义为接收的电平值与场强中值电平之差，即以场强中值电 平为参考电平，表明信号起伏偏离其中值电平的幅度。这是电波衰落程度的一种量度（即 数字特征），用电平表示为衰落深度/dB=201gEi/E0式中：Ei，为接收电平值；E0为场强中值。第七章 数字移动通信技术(3）衰落速率。衰落速率描述接收信号场强变化快慢，即衰落的频繁程度。衰落速率 与工作频率、移动体行进速度及行进方向有关。工作频率越高衰落越快，行进速度越快衰落越快，其平均衰落速率表示为 N=v/(/2)=1.85x103.v.f(Hz)式中：N为衰落速率；u为移动体速度，单位
7、为km/h；为波长，应与u同单位（km);j为 频率，一般以MHz为单位。(4）衰落持续时间。衰落持续时间是指场强低于某一给定电平值的持续时间。在移动 通信中常会出现移动台收不到电台信号或者中断了信号的情况。这种情况是由于接收到 的信号电平值低于接收机门限电平所致。第七章 数字移动通信技术2）在强干扰条件下工作 移动通信，特别是陆地移动通信的电波在地面受到许多干扰和噪声。噪声主要是人为噪声，如汽车点火、电火花、发动机噪声等。主要的干扰是内部的干扰，有互调干扰、同频干扰、多路干扰、邻道干扰等。另外，还 有雷达以及其他种类的移动信号干扰等。3）具有多普勒频移效应 当移动体运动达到一定的速度时句设备
8、接收的载波频率将会随运动速度变化而产生频 移，这种现象称为多普勒频移。用公式表示为fd=v/cos式中，u为运动体速度；A为接收信号的波长；为电波到达时的入射角第七章 数字移动通信技术4）移动用户经常移动 由于移动体经常移动，它与固定点元固定联系，加之开、关的随意性以及电池更换等 原因，带来了呼叫、接续等的复杂情况。所以在移动通信网的信号设计时要考虑的因素很 多，因此技术复杂，同时也带来了设备价格昂贵影响普及程度等缺点。第七章 数字移动通信技术7.1.2 蜂窝移动通信的概念1.移动通信系统组成 这里主要谈陆地移动通信，以GSM系统为例，它一般由移动台（MS）、基站CBS）及移 动交换中心（MS
9、C）组成为移动通信网CPLMN），移动通信网又通过中继线与市话通信网 CPSTN）连接，如图7.5所示。第七章 数字移动通信技术在此移动通信系统中移动部分体现在基站与移动台之间，这是移动通信的主体部 分。每个基站都有一个可靠的通信服务范围，称之为无线小区。元线小区有大、小覆盖区之分。覆盖区的大小主要由基站天线的发射功率和天线高度决定。移动交换中心主要用来 处理信息交换和信息处理以及系统的集中控制管理。大容量移动通信系统由若干个基站构 成移动网，交换中心也不止一个。这样，由移动交换中心、基区、小区组成一个移动通信的 业务区（服务区），如图7.6所示第七章 数字移动通信技术第七章 数字移动通信技术
10、2.蜂窝移动通信无线覆盖区结构 1）大区制大区制就是在一个基站天线覆盖区内的移动用户，只能在此区域完成联络与控制。它 的特点是：基站只有一个天线，架设高、功率大，覆盖半径也大，一般用于集群通信中。此 种方式的设备较简单，投资少，见效快，但频率利用率低，扩容困难，不能漫游。第七章 数字移动通信技术2）小区制 小区制就是将整个业务区（服务区）划分为若干小区，在小区中分别设置基站，负责本 小区移动通信的联络控制，如图7.7所示。从图中可看出：小区制通信中各基站的频率组 配备，一定要使相邻基站天线覆盖区不相同，否则会引起干扰。图中每个基站使用了3对 频率，可见小区越多覆盖面就越大，用户就越多，从而也可
11、提高频率的复用度。如f1，f2这对频率不是相邻基区也可配备，这是公用陆地移动通信采用的天线覆盖方式。第七章 数字移动通信技术3）小区制的划分方法 考虑服务对象及频率组不相互干扰等因素，小区制一般分为带状服务区和面状服务 区。图7.8所示为带状服务区的情况。为避免邻接小区使用相同频率，造成干扰（同频干扰），因而采用不同频率组，在带状 情况下可配备双组（群）频率。但是也可能发生干扰，如图7.9所示，因此也可配备三组或 四组等。面状服务区是陆地移动通信的主要方式，对它的分析比对带状的分析要复杂得多。要 组成一个面状服务区，各小区可用三角形、圆形、矩形（正方形）、正多边形等形状，如图 7.10所示。第
12、七章 数字移动通信技术图7.8 带状网络图7.9 同频干扰示意罔图7.10 组成面状服务区各种小区的形状第七章 数字移动通信技术以上组成面状服务区的各小区形状，究竟取什么样的小区好呢？一般从以下几方面考虑：（1）邻接小区中心间距d越大越好，间隔大则干扰就会小，从这个角度看，以正六边形小区为优。(2）单位小区的有效面积越大越好，面积大则使一个区域小区个数少，使用频率数少。从图中可看出，正六边形面积大以此小区彼此邻接构成面状服务区最经济。(3）交叠区域面积小为好，这可使同频干扰最小，从图中看出，以正六边形为好。(4）交叠距离要小，使移动通信便于跟踪交接，从图中看出，以正六边形为好。(5）所需元线电
13、频率个数越少越好。图7.10中各小区形状对应的最少无线频率个数 如图7.11所示。从图中看出，以正六边形为最好，只使用3组频率。第七章 数字移动通信技术第七章 数字移动通信技术通过上面的分析可知，用正六边形无线小区邻接，构成整个面状服务区是最好的。在 现代的移动通信中，一般都采用这种电波覆盖区域。由正六边形构成的面状服务区的形状 很像蜂窝，所以称为蜂窝式移动网。4）蜂窝无线区移动通信网 通常在陆地公用移动通信网，都是由上面分析所得出的结论：由若干正六边邻接小区 组成一个无线覆盖区群，再由若干无线区群构成整个服务区。单位无线区群构成应有两个 基本条件：Cl）若干个单位无线区群正六边形彼此邻接组成
14、蜂窝式服务区。(2）邻接单位无线区群中的同频无线小区的中心间距相等。在满足t述条件情况下，构成单位元线区群的小区个数N为 第七章 数字移动通信技术N=a2+ab十b2(7.1.6)式中，a、b均为正整数，其中一个可以为零，根据关系式可求出N为3,4,7,9.根据以上构成条件可知，N个单位无线区群构成的服务区域如图7.12所示。第七章 数字移动通信技术从图中可看出，单位邻接无线区群中，同频无线小区的中心间距d，与小区个数N、小 区半径r之间的关系为dg/r=3N有3个、4个、7个无线小区构成的单位元钱区群，ft；基站可设置在各自元线小区顶 点也可设置在小区中心。然后可配置7个或多个元线覆盖区，如
15、通常使用的73(21）个 信道组。3.移动通信中的切换、交接与漫游 在罔7.12中，有由三个单元无线小区组成的邻接无线区群构成的覆盖区。图7.13所 示为三叶草形结构，基站在三个小区顶点，向三个方向以不同频率组覆盖，有时又称之为顶 点激励方式，采用120。的定向天线辐射电波进行元线信号覆盖。从图7.13中看出，如果配 置三组频率，由于天线的方向性提供了一定的隔离度，因而在小区中信号不会产生干扰。第七章 数字移动通信技术当移动体在运动中，从个小区向另一个小区运动时，信道要发生转换，这就是移动通 信中的切换，或称交接。如图7.14所示，当移动体从基区l(BSI）向基区2(BS2）过渡时，这时 信道
16、要进行转换这种转换叫做切换（交接）。切换可发生在同一基区的不同小区，也可发生 在不同基区的不同频率组，也可发生在不同的移动交换区，如图7.15所示。只要是陆地公用 蜂窝移动通信网，都存在这几种小区的信号切换。其交接过程中，首先是基站监测移动台信 号强度，当信号降低到某一限值时就请求切换；比较周围邻接小区接收到移动台的信号强弱，当某一基站的小区信号较强时，就切换到此基站的小区，通过信道转换继续进行通话。第七章 数字移动通信技术7.13 三叶草形（每个基站三个无线小区）7.14 同一交换区的切换示意图7.15 不同交换区的t)J换示意图第七章 数字移动通信技术漫游是指移动台在某地登记进网后，可在异
17、地同样进行呼叫处理通信。这里的异地，是指不同地区，不同省，甚至不同国家都同样能通过漫游进行通信联系。正因为移动通信 能在全国、全世界漫游，因此才有现在这样的飞速发展。但是，这种漫游的无线电信号，其 覆盖还是小区制的蜂窝移动通信系统，是由移动通信网来实现的，有的称之为世界陆地移 动通信网，又称为全球通。全球通的蜂窝移动通信网有一个制式的问题，如果是同一制式，则很容易实现（切换）交接与漫游。世界上有多种制式的蜂窝移动通信系统，就数字移动通信而言，就有GSM,D-AMPS,D-NTT等。如模拟系统有AMPS和TACS制等。我国模拟系统曾经采用 TACS制，数字系统采用GSM制。第七章 数字移动通信技
18、术7.1.3 移动通信的分类 1.寻呼系统 寻呼系统是一种较早的点对面覆盖的单向呼叫系统。它由寻呼控制中心、基站和寻呼 接收器CBP机）三部分组成，如图7.16所示。第七章 数字移动通信技术这种无线寻呼系统提供简单的信息，用数码管和小荧光显示屏显示数字号码或简单语 言，用户一看就知道其内容。所谓单向，是指此系统只实现市话用户呼叫（BP机）。如要回 话则要利用其他电话。由于此系统设备简单，覆盖面宽，接收机体积小、重量轻、价格便宜，在20世纪80年 代末得到了广泛应用。随着手机的出现，2005年以后已淡出中国的舞台。2.集群移动通信 集群移动通信系统是一种专用调度系统，它由控制中心、基站、调度台、
19、移动台组成。第七章 数字移动通信技术这是一种在一定范围内使用的移动通信系统，通常采用大区制覆盖，如图7.17所示。此系 统是独立的，自成系统的，如车辆调度、公安或交警等部门自己安装的系统等。3.无绳电话系统 无绳电话系统是一种市话网延伸的双工元线通信系统。它由基站和手机组成，如图 7.18所示。此种系统的特点是无线覆盖范围小发射功率低，服务范围有限，如楼内通信、家中居室的通信等。还有一种公用元绳电话系统，如英国推出的CT-2系统，如图7.19所示。此种系统可设多个基站，容纳多个用户，但服务半径很小，一般为几百米，发射功率也 很小，一般为几十毫瓦至几百微瓦，此系统也可称为移动接入系统。第七章 数
20、字移动通信技术图7.18 元绳电话系统的组成图7.17 集群系统的组成第七章 数字移动通信技术上三种移动通信系统都是借助于市话网来实现的。4.陆地蜂窝移动通信系统 这是一种公用的、广泛采用的移动通信系统，是我们专门讨论的内容。目前，我国正 在使用的有2G、3G、4G移动通信系统。随着技术的快速发展，5G移动通信系统也正在研发中。第七章 数字移动通信技术5.卫星移动通信系统卫星移动通信系统 陆地移动通信中，在海洋、沙漠、森林、高山等处的蜂窝移动通信由于基站的位置不 易选定，因此形成无线小区覆盖很困难只能利用卫星的电波覆盖，特别是对人烟稀少地 区的通信只能用卫星移动通信来实现。卫星移动通信有两种：
21、一种是利用静止卫星（同步 卫星）来设计的系统，如第6章讲到的海事卫星通信系统；另一种是低轨道的卫星移动通 信系统，如美国MOTOROLA公司推出的镇卫星移动通信系统等。6.其他移动通信系统 由于无线通信迅猛发展，移动通信应用领域更广，如在工业中应用的IEEE 802.116 和蓝牙技术的移动接入系统已经商用。第七章 数字移动通信技术7.2 第二代移动通信系统第二代移动通信系统 2Gi：才代从20世纪80年代中期开始，2G是第二代移动通信技术规格的简称。第二代 移动通信、系统采用数字移动通信技术，解决了模拟系统中存在的技术缺陷主要采用的是 时分多址CTDMA）技术和码分多址（CDMA）技术，以G
22、SM和IS-95为代表。欧洲首先推 出了泛欧数字移动通信网（GSM）的体系，随后，美国和日本也制订了各自的数字移动通信 体制。数字移动通信网相对于模拟移动通信，提高了频谱利用率，支持多种业务服务，并 与ISDN等兼容。第二代移动通信系统以传输话音和低速数据业务为目的，因此又称为窄 带数字通信系统。第二代数字蜂窝移动通信系统的典型代表是美国的DAMPS系统、IS-95和欧洲的GSM系统。第七章 数字移动通信技术7.2.1 GSM系统 GSM数字移动通信系统是由欧洲主要电信运营商和制造厂家组成的标准化委员会设 计出来的，它是在蜂窝系统的基础上发展而成的。1991年在欧洲开通了第一个系统，同时 Mo
23、U组织为该系统设计和注册了市场商标，将GSM更名为“全球移动通信系统”（Global System for Mobile Commur山ations）。从此移动通信的发展跨入了第二代数字移动通信系 统的时代。GSM系统是基于时分多址CTDMA）技术的已全球化，我国广泛应用的也是GSM系 统。GSM具有的重要特点有：频i普效率高、网络容量大、手机号码资源丰富、话音质量清 晰、稳定性强不易受干扰、开放的接口、安全性强等。第七章 数字移动通信技术1.GSM系统组成及功能 GSM移动通信系统主要由交换系统（移动交换中心MSC）、基站系统CBSS）、移动终 端（移动台MS）和操作维护中心COMC）等几大
24、部分组成，其结构如图7.20所示。图中各部 分功能如下：Cl)MS：为移动台，指个人手机、车载站或船载站等。(2)BSS：基站系统它由基站控制器BSC和基站收发信台BTS两部分构成。BSS由 移动交换中心MSC控制，而BTS受BSC控制。第七章 数字移动通信技术第七章 数字移动通信技术(3)MSC：移动交换中心，这是该系统对移动用户进行控制、管理的中心，它要完成 移动通信系统的用户信号交换、号码转换、漫游、信号强度检测、切换（交接）、鉴权、加密 等多项功能。(4)HLR：本地用户位置寄存器，每个移动用户都首先要在原址进行位置注册登记。在此寄存器中主要存储两类信息：一是有关用户的参数；二是有关用
25、户的当前位置信息。第七章 数字移动通信技术(5)VLR：外来用户位置寄存器，是漫游移动用户进网必须存储的有关数据的储存器 它是MSC区域的MS来去话需检索信息的数据库。用以存储呼叫处理存放数据、识别号 码、用户号码等。(6)EIR：设备识别寄存器，是存储移动台设备参数的数据库，主要完成对移动台的识 别、监视、闭锁等功能。(7)AUC：鉴权中心，它是认证移动用户身份和产生相应鉴权参数的功能实体。(8)OMC：操作维护中心，它是操作维护GSM蜂窝移动通信网的功能实体。第七章 数字移动通信技术2.GSM系统的接口 移动通信系统各部分组成要互通。各种功能的完成不是独立的动作，而是相互紧密地 联系的，因
26、此需要一定的规范，也就是要规定统一的接口标准。CCITT建议公共陆地移动 网(PLMN）应具有国际漫游功能和越局、越区切换功能。GSM系统的PLMN接口如图 7.21所示。Cl)A接口：MSC与BSS之间的接口。A接口主要用于传递呼叫处理、移动性管理、基站管理和移动台管理。此接口一般为2 Mb/s数字接口。CBTS与BSC之间为A-BIS 接口。）(2)B接口：MSC与VLR之间的接口。当一个移动台从一个服务区漫游到另一个服 务区时，移动台与MSC通过B接口，使MSC与VLR建立移动台的漫游参数，使MS与 MSC建立起新的位置更新关系。第七章 数字移动通信技术第七章 数字移动通信技术(3)C接
27、口：MSC与HRC、HLR之间的接口，主要用于管理和路由选择的信令交换。当建立呼叫时，MSC通过此接口从HLR取得选择路由的信息，呼叫结束后通过C接口向 HLR传送收费信息。(4)D接口：HLR与VLR之间的接口。这个接口主要用于传递有关移动用户的位置 数据和管理用户数据。通过这个接口，一方面VLR向HLR索取有关信息，另一方面VLR 还要向HLR提供有关用户漫游号码等移动用户位置信息。第七章 数字移动通信技术(5)E接口：MSC之间的接口，主要是为了移动用户在MSC之内进行越局切换交接 时传送相关信息。(6)F接口：MSC与EIR之间的接口，通过此接口可查询和校对EIR中移动台的识别 号码。
28、(7)G接口：VLR之间的接口，当移动用户使用临时识别码CTMSI)在新的VLR中登 记时，用此接口在VLR之间传送有关信息。通过此接口可检索（TMST)VLR中的国际移 动用户识别码IMSI。(8)U接口：为无线接口，它是基站收发信台BTS与移动台MS之间的接口。此接口 由无线信道组成，是移动通信中最重要和最复杂的接口，将在GSM信道结构中讲述。(9)MS接口：移动用户与移动网络接口，此接口主要是用户识别卡（SIM）与移动终端 ME之间的接口。第七章 数字移动通信技术7.2.2 GSM制式特点 GSM是欧洲邮电主管部门会议（CEPT）建立和开发的泛欧蜂窝全数字化的移动通信 系统它的主要特点表
29、现在以下几方面：(1）使用频段为900 MHz和1.8 GHz频段。我国为935960 MHz（基站发）,890 915 MHz（移动台发）。(2）频带宽度为25 MHz（对900 MHz频段）。第七章 数字移动通信技术(3）通信方式为全双工，双工通信时收、发频率间隔45 MHz。(4）信道数字结构为TDMA时分多址顿结构。每帧即为一个载波，分为8个时隙，全 速率信道为8个半速率信道为16个。(5）调制方式为高斯低通最小移频键控GMSK，调制指数为0.30(6）话音采用数字话音，其编码规律为规则脉冲激励长线性预测编码CRPE LTP),其速率为13 kb/so(7）每时隙信道比特率为22.8
30、kb/s，信道总速率为270.83 kb/so(8）数据速率为9.6 kb/s。(9）信令系统采用公共控制信令，无线7号信令CNO.7）。(10）分集接收，慢跳217跳秒。第七章 数字移动通信技术7.2.3 GSM陆地蜂窝移动通信网陆地蜂窝移动通信网 GSM网络化是蜂窝移动通信迅速发展的基本保证，这里GSM网主要指公共陆地移动 网PLMN，但它又与公共交换电话网PSTN是相互联的。这里我们主要讨论PLMN，其分 为业务网与信令网。第七章 数字移动通信技术1.全国全国GSM的的PLMN业务网络结构业务网络结构 全国数字公共陆地蜂窝移动通信网络结构，在大区设立一级移动业务汇接中心，通常 为单独设置
31、的移动业务汇接中心。省内二级汇接中心应与相应的汇接中心相连。一级汇接 中心之间为网状网，每省设24个省汇接。各省的MSC约为几个至几十个用户端局网，它们组成移动业务网：一级汇接局二 级汇接局端局。移动本地网一般为省内网。在移动本地业务网中每个MSC与局所在本 地的长途局相连，并与局所在地的市话汇接局相连。在长途局多局制地区，MSC应与高一 级长途局相连，如没有市话汇接局的地方与市话端局相连。我国的GSM网在1999年元月 份完成了对原移动网的扩容改造工程。第七章 数字移动通信技术我国的移动话路网（业务网）在20世纪末仍维持兰级结构，其网路除在原八大汇接局 设立TMSCl外，在全国又增加7个省会
32、城市设置TMSCl。把原来一个局配置1个汇接 局做到了成对配置，把原来8个汇接局扩大到30个汇接局。即每个独立局都配置了两对 TMSCl，有15对独立的TMSCl，其中有的兼二级汇接中心TMSC2。我国GSM公共陆地 移动通信业务网如图7.22所示。图7.22中，TMSCl为15个成对配置（共配置30个汇接局）。北京、天津、广东、江 苏、辽宁、上海、黑龙江、山东、浙江、福建、四川、湖南、湖北、河南、陕西等15个省的省 会城市为独立的一级汇接中心，每个汇接中心为成对配置。其中，湖北、湖南、河南、陕西 四省兼有二级汇接中心TMSC2o 第七章 数字移动通信技术15对TMSCl之间组成网状网。二级汇
33、接中心TMSC2与相应的TMSCl相连。对未 建设独立TMSCJ的省区，其TMSC2与归属的原大区中心的TMSCl相连。如西南的重 庆、贵州、云南、西藏分别与四川成都的TMSCl相连；青海、甘肃、新疆、宁夏分别与陕 西西安相连；海南、广西与广东广州相连；内蒙古、河北、山西与北京相连；安徽与江苏相 连；吉林与辽宁相连；江西与上海相连等。第七章 数字移动通信技术各个TMSC2与所属区的TMSCl之间设置基干路由。为提高网络的安全性和可靠性，解决TMSC2与TMSCl单属型连接带来的安全隐患问题，网路又设置了每个TMSC2至 无汇接关系的另一个TMSCl之间的直达路由。该路由平时用于输送本省与此大区
34、内的话 务，当二级中心所属大区一级汇接中心TMSCl发生故障或其路由全阻塞时，则该路由作 为安全备用路由，负责输送至其他的所有大区的业务，如重庆设置到湖北武汉的直达路由等。第七章 数字移动通信技术2.GSM系统的信令网结构 GSM的信令采用NO.7信令网，我国的GSM移动网采用三级结构。在大区一般设置 一级信号转接点，称高级信令点HSTP；在各省内设二级信号转接点，称低级信令点 LSTP；最后在各移动交换中心即移动端局，设信令点SP。信令网结构中每个省内设24个低级信令转接点LSTP，一般设在省内的移动汇接 中心，TMSC、MSC、HLR、AUC、EIR信令点至少要接到两个LSTP点上。每个移
35、动业 务本地网中HLR至MSC间要有信令专线。各省的LSTP要连接到大区中心的HSTP上，并建立A、B两个平面，各大区各建立一对HSTP点。第七章 数字移动通信技术20世纪末期，我国GSM信令网在原八大区基础上又增加了五个省，为一级信令转接 点，即在北京、上海、西安、沈阳、成都、广州、武汉、南京基础上，再加上哈尔滨、天津、济南、杭州、福州为HSTP，并设置13对独立的HSTP。在13对的HSTP中，除广州、南 京外其余均兼有LSTP，其他省设置综合的低级信令转接点LSTP。13对HSTP分别设置 两个平面，其中A平面为贝尔平面（使用上海贝尔Sl2STP设备）B平面为华为平面（使 用深圳华为的c
36、&c.8STP设备）。同一平面内各STP间呈网状连接，平面是成对的 STP，以C链路相连。其他LSTP以负荷分担的方式固定连接到一对LSTP/HSTP上，如 图7.23所示。第七章 数字移动通信技术 3.GSM信号帧结构信号帧结构 GSM系统的数字传输结构为时分多址(TDMA）结构。其帧结构组成为：一帧为8个 时隙，每时隙为一个载坡，每时隙为577 s，每帧为4.62 ms。26个TDMA帧组成的复 帧，用于传送业务信道的用户信息、线路控制信道的控制信息。51个帧组成的复帧，用于 控制信道。1326个帧组成一个超帧（2651),2048个超帧组成一个超高帧。每超帧时间为 自.12 s，则超高帧
37、时间为3小时28分53秒760毫秒。对每一帧进行循环编号，循环长度为 2 715 648帧。如图7.24所示。第七章 数字移动通信技术第七章 数字移动通信技术第七章 数字移动通信技术4.GSM系统的信道结构 GSM系统的信道结构分为有线信道和元钱信道。GSM系统的有线信道是指移动交换中心与基站系统之间的接口，称为A接口；元线 信道是指BSS与MS之间的空中接口，称为um接口。我们这里主要讲述um接口。有线接 口一般为2 Mb/s接口。在基站系统BTS与BSC之间接口为A-BIS接口，称为基站系统 内部接口。GSM系统的无线接口为数字无线接口，这是数字移动通信的关键接口，接口中的信 息是以信道来
38、传送的。此信道结构是移动通信中最复杂的结构。它是以时分多址TDMA 帧为数字传输结构。每个帧为一载波，每一载频帧间隔为200 kHz。每帧包括了8个时 隙，称为TS时隙。从BTS到MS方向称为下行信道，从MS到BTS方向称为上行信道。下面就无线信道的内容进行简单讲述。第七章 数字移动通信技术1）信道定义 GSM系统的无线信道分为物理信道和逻辑信道。(1）物理信道：个载频上的TDMA帧中的一个时隙称为一个物理信道（相当于 FDMA系统中的一个频道）。每个用户通过一系列频率（跳频）的一个信道接入系统，因此 GSM中每个载频有8个物理信道，即信道07或称时隙07。在个TS中携带的信息 称为一个突发脉
39、冲序列。(2）逻辑信道：在一个TDMA帧中的每个时隙中安排的信息，即物理信道中携带的信 息的种类，我们定义为逻辑信道。逻辑信道可传递移动通信过程中的各种信息。逻辑信道 在传输过程中要被放到对应的某个物理信道中。逻辑信道又分为业务信道和控制信道 两类。第七章 数字移动通信技术业务信道：业务信道CTCH）用于传送编码后的话音或用户数据。控制信道：控制信道CCCH）用于传送信令或同步数据，控制信道分为三种，广播信 道、公共控制信道及专用控制信道。广播信道：分为FCCH、SCH和BCCH。FCCH一一频率校正信道，此信道给用户传送校正MS的频率信息。SCH一一同步信道，此信道传送MS的帧同步CTDMA
40、帧号）和BTS的识别码（Base Station Identity Code,BSIC）。BCCH一广播控制信道，此信道广播每个小区BTS的通用信息（基站发射小区特定 信息）。公共控制信道：分为PCH、RACH和AGCH。第七章 数字移动通信技术PCH一一寻呼信道，此信道用于寻呼（搜索）MS，是下行信道。RACH随机接入信道，MS通过此信道申请分配一个SDCCH，它可作为对寻呼的 响应或MS主叫登记时的接人，是上行信道。AGCH一一允许接人信道，此信道用于为MS分配一个SDCCH，是下行信道。专用控制信道：分为SDCCH、SACCH和FACCH。SDCCH一二独立专用控制信道，主要用于在分配业
41、务信道CTCH）之前，呼叫建立过 程中传送系统信息，如MS的登记、鉴权等在此信道上进行。SACCH一二慢速随路控制信道，它是传送连接信息的连续数据信道，它与一个TCH 或一个SDCC日相关。例如，传送移动台以及邻近小区的信号强度的测试报告，以实现移 动台参与切换功能。它还用于功率管理帧时间调整，它也是上、下行点对点（移动对移动）的信道。第七章 数字移动通信技术FACCH一一快速随路控制信道，它与一个TCH相关，用在通话期内，当进行切换交 接时，利用话音20 ms中断时间来传送数据（高速数据）信令信号（此信令信号速率比 SACCH高得多，在20 ms话音中断，用户不能察觉）。2）突发脉冲序列 T
42、DMA帧中每一个时隙里安排的数字信息格式称为突发脉冲序列，即以固定的时间 间隔放到不同TDMA帧中的某个时隙载频信道上，每8个时隙中的一个发送的某种信息。共有5类突发脉冲序列。Cl）普通突发脉冲序列：用于携带业务信道及除RACH、FCCH、SCH信道以外的控制信道上的信息，如图7.25所示。第七章 数字移动通信技术第七章 数字移动通信技术如图7.25所示，普通突发脉冲为0.577 ms，共有数据比特156.25 bit。还有信息比特 是加密的数据式话音，共114 bit，分两组，各57 bit。1比特为借用标志，表示这个突发脉 冲序列是否被FACCH借用。两组信息比特中间为训练序列比特，供均衡
43、器产生（再生）信 道模型。比特TB(OOO）用于帮助均衡器知道起始位和停止位。GP为保护时间间隔。由于每 个信道最多有8个用户，因此必须保证他们使用各自时隙发射时不互相重叠，相当于留出 8.25 bit，大约为30时间作为保护时间。可使各用户信息在GSM建议的技术条件要求 的范围内上、下波动。(2）频率校正突发脉冲序列(FCCH）：此突发脉冲序列的信息主要用于传送校正用户 MS频率。其中，TB为原比特（000），与上相同，固定比特全为0，使调制器发送一个未调 载波。GP为保护时间间隔，与普通突发脉冲相同。第七章 数字移动通信技术(3）同步突发脉冲序列（SCH）：用于移动台的时间同步，它包括了易
44、被检测的长同步 序列，并携带有TDMA帧号和基站识别码BSIC信息。这种突发脉冲序列的重复也称为 SCH同步信道。在这一突发脉冲序列中的帧号用于传送信息加密算法，为一个输入参数，因此每一帧 都必须有一帧号。帧号是以3.5小时左右（超高帧2 715 648个TDMA帧）为周期循环的。只要有了TDMA帧号，移动台就可以判断控制信道TSO上传送的是哪一类逻辑信道。基 站识别码是通过对移动台的信号强度测量来实现对基站的识别的。(4）接入突发脉冲序列：接入突发脉冲序列是移动台用于随机接入信息的上行信号，它有一个较长的保护时间间隔，这是为了移动台的首次接入或切换到一个新的基站后，确 定时间提前量而设置的。
45、其突发脉冲序列如图7.26所示。第七章 数字移动通信技术由于移动台可远离基站，意味着开始突发脉冲序列会迟到一些。由于第一个突发脉冲 序列没有时间提前，为了不与下一个时隙中的突发脉冲序列重叠，此突发脉冲序列必须要 短一些。(5）空闲突发脉冲序列：由基站发出的不带任何信息的突发脉冲为空闲突发脉冲。它的 格式与普通突发脉冲相同，其中的加密数据是不带信息并具有一定比特模型的混合比特。3）逻辑信道与物理信道之间的对应关系 载有各种信息的信道（逻辑信道），在传输过程中，必须放到不同载频TDMA帧中的 某个时隙上。第七章 数字移动通信技术在一个基站CBTS）上有N个载频，每个载频有8个时隙，载频信道，即TD
46、MA帧用 Co,C1,C2，CN表示。对于下行信道，一个系统的不同小区使用的Co不一定是同一载 波。Co称为广播控制信道BCCH。BCCH和CCCH都在一个TSo上复用，这种信道按51 帧的复帧重复，它们只占TDMA帧的TSo时隙，其复用情况如图7.27所示。图中，F(FCCH）传送校正移动台频率，SC SCH）用来给MS传送帧同步（帧号）和基站识别码 CBSIC),BCBCCH）广播每个BTS的通用信息及有关小区特定信息，I(IDEL)是空闲帧，不 包括任何信息。在平时，没有呼叫、呼入时，基站Co的TS。总在发射，主要使移动合MS 能够测试基站的信号强度，以决定使用哪个小区更合适。同样，对T
47、S1TS1也是这样，当 移动台开机和切换交接时，控制信道总在发射。如果不用，则用空闲突发脉冲序列代替。第七章 数字移动通信技术上行移动台发出的帧信号Co上的TS。不包括上述信号，只用于移动台的接人，如图 7.28所示。这时每个帧的TS。都发RACH上行接入信号。第七章 数字移动通信技术对于专用控制信道SDCCH及SACH，在C。载频的TS1时隙映射。由于呼叫建立和 登记时的比特率相当低，可在一个TS(TSI）上放8个专用控制信道，以提高时隙的利 用率。专用控制信道CSDCCH）和慢速随路控制信道CSACCH）共有102个时隙，即102个时 分复用。在Co上的TS1时隙的上行和下行链路的结构相同
48、，只是时间上有一个偏移。Co载频上的上行TS。，TS1以外的TS2TS1为业务信道。业务信道TCH的映射如 图7.29所示。第七章 数字移动通信技术 图7.29中，在TS2上的信息构成了一个业务信道。业务信道下行链路TCH共26个 TS。TCH中的T用于分配到TS2的移动台，每个TDMA帧的每个TS2包含了此移动台 信息。TCH中的A用于控制信号，例如改变输出功率等。TCH中的I为空闲帧，不含任 何信息。移动台发的TCH结构称为上行链路，与下行链路类似，时间偏移3个TS，使之上、下行的TS2不同时出现。第七章 数字移动通信技术综合以上所述，在一个移动小区，即BTS发出的载波Co上的全部TS为：
49、C(1)TSo：逻辑控制信道，重复周期为51个TS。(2)TS1：逻辑控制信道，重复周期为102个TS。(3)TS2TS1：逻辑业务信道，重复周期为26个TS。其中，载频C1Cs的TSoTSi全部用于业务信道。每增加一个载频就增加8个时 隙，也就增加了8个业务信道。4)半速率信道 前面介绍的是全速率业务信道，当话音编码器改进，将比特率从13 kb/s压缩到 6.5 kb/s时，两个移动台将可使用一个物理信道进行呼叫，使系统容量增加一倍。第七章 数字移动通信技术5.GSM网提供的业务功能 GSM的PLMN可提供的业务分为基本业务和补充业务。1)基本业务 基本业务分为电信业务和承载业务。电信业务包
50、括一般电话业务、紧急呼叫和短消息 业务（包括点对点的MS终端短消息业务以及点对点MS起始短消息业务、小区广播短消 息业务等）。其他业务还有接入先进信息处理系统（MHS），传输可视图文以及图文电视，多媒体业务，以及智能用户电报、话音三类传真等。第七章 数字移动通信技术承载业务主要包括受限话音及数据业务。数据业务主要包括所有的异步或同步数据，同步双工、异步双工，分组装拆（PAD)以及分组同步双工等业务。2）补充业务 补充业务又称为附加业务，它可向用户提供许多高级报务服务，从而给用户带来极大 方便，如主叫号码显示识别、免费电话、移动接人跟踪、呼叫转换、闭锁等功能业务。6.GSM网的编号计划 移动通信
