GSM原理(翻译自Aglient 公司的GSM原理/测量培训教材)--2

●小区身份，网络中每个小区都由唯一的识别号，CI: Cell Identity. 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， DCS1800 Abis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.(RACH Burst)
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location update:
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：（location area identity LAI）
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。TX Level 5 –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DTX Handler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
l 时迁（定时提前）:
Timing advance 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: frequency correction channel 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: synchronization channel, 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(PAGING CHANNEL)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RX LEVEL 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 ,TCH full rate 26 frames是 120ms。包含24carry speech, 1个idle , 1个sacch。TCH half rate 26 frames 是120ms ; 包含24carry speech , 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(be mapped directly to bit error ratio)报告给所在服务小区。
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