GSM系统的编码技术和采用的编码方式是什么

GSM 全球移动通信系统概述

► 无线通信系统、蜂窝通信的基本概念

► GSM无线传输原理、标准、语音编码、信道编码和调制解调

1 蜂窝无线通信系统的基本概念

移动无线系统中的固定站用于与移动站进行无线通信。基站建在覆盖区域的中心或边缘，包含无线通道以及安装在塔上的发射和接收天线。

一种使用单一通道发送和接收的通信系统，仅允许单向通信。在任何给定时刻，用户只能发送或接收消息

在蜂窝移动服务中，终端计划在不确定的位置和移动中使用

移动交换

单纯形系统

1.2 蜂窝无线通信系统

蜂窝概念是解决频率和用户容量不足问题的重大突破。这是一个系统级的概念。其想法是用许多低功率发射机（小覆盖区域）代替单个高功率发射机（大覆盖区域），每个发射机仅提供一小部分服务区域的覆盖。每个基站都被分配了整个系统的一部分可用信道，并且相邻基站被分配了不同的信道，使得基站之间（以及它们控制下的移动用户之间）的干扰最小化。只要基站之间的同频干扰在可接受的范围内，可用信道就可以尽可能地被复用。 )$#@:JFD()$#本文来自移动通信网，版权所有。

蜂窝无线系统依赖于整个覆盖区域的信道分配和重用。每个蜂窝基站被分配一组无线信道，这组无线信道作用于一个小区。信道组被分配给邻小区的基站，并且所有包含的信道不能在邻小区中使用。通过将基站天线的覆盖范围限制在小区边界内，可以使用相同的信道集来覆盖不同的小区，只要距离足够远，使得相互干扰是可以接受的。选择并分配信道组给整个系统中所有基站的设计过程称为频率复用（Reuse）。 #@3221K:JFD(本文来自移动通信网，版权所有

现在考虑一个总共有 S 个可用双向信道的蜂窝系统。如果每个小区分配k个信道(k)，并且将S个信道分为N个小区中不同且独立的信道组，并且每个信道组具有相同数量的信道，则可用无线信道总数表示为S = k N 。共同使用所有可用频率的N个小区称为簇()。如果一个集群在系统中总共被复制了 M 次，则可以使用双向通道总数来衡量容量 C = M k N = MS。 ewioK:JFD()$#本文来自移动通信网，版权所有。

蜂窝系统的容量与固定范围内集群的复制次数成正比。因子 N 称为簇的大小，典型值为 4、7 和 12。如果簇大小 N 减小但单元数量保持不变，则需要更大数量的簇来覆盖原来给定的范围，从而获得更大的容量。随着M变大、N变小，意味着小区半径与同频小区间距离的比值变大。随着M变小，N变大，意味着小区半径与同频小区之间距离的比值变小。从设计的角度来看，N应该尽可能最小化，以便在给定的覆盖区域内获得最大的容量。但必须考虑到，同频小区距离太近造成的同频干扰必须限制在可接受的范围内。蜂窝系统的频率复用因子为 1/N，因为簇中的每个小区只能使用所有可用信道的 1/N。 :JFD()$#_*本文来自移动通信网，版权所有。

图1-1说明了蜂窝频率复用的思想。标有相同字母的小区使用相同的频率，相同颜色的小区形成一个簇，并在覆盖区域内复制。图中簇大小N为7，频率复用因子为1/7。

B包含K个通道

M是份数3

1.2.2 交接

当在小区内分配空闲信道时，许多切换策略优先考虑切换请求而不是呼叫发起请求。系统设计人员必须指定最合适的信号强度来启动切换。一旦将特定信号强度指定为基站接收器中可接受的语音质量的最小可用信号（通常在 –90 dBm 和 –100 dBm 之间），则可以使用稍强的信号强度作为启动切换的阈值。必须仔细选择两个信号强度之间的差异 Δ。当决定何时切换时，重要的是要确保检测到的信号电平的下降不是由于瞬态衰减，而是因为移动站正在离开当前服务的基站，因此基站首先准备切换。信号被监测一段时间。 �:JFD()$#_本文来自移动通信网，版权所有。

渠道分配策略可以分为两类：固定的和动态的。

在固定信道分配策略中，每个小区被分配一组预定的语音信道。小区内的任何呼叫只能使用小区内空闲的信道。如果小区内所有信道都被占用，就会出现呼叫阻塞。有一种借用策略，即当一个小区的所有信道都被占用时，允许向相邻小区借用信道，而不影响借用小区中正在进行的呼叫。这个过程是由移动交换中心（MSC）来管理的。

在动态信道分配策略中，语音信道并不是固定分配给每个小区的。每次有呼叫请求到来时，为其服务的基站都会向MSC请求信道，交换机根据算法为请求小区分配信道。当然，这个算法必须考虑到同频干扰的避免。动态信道分配策略可以降低阻塞的可能性，系统中所有可用的信道都可供所有小区使用。

1.2.4 干扰

干扰是蜂窝无线系统性能的主要限制因素，也是提高系统容量的重要瓶颈。蜂窝系统中的两种主要干扰类型是同信道干扰和邻信道干扰。

同信道干扰

来自与所使用的信号频率相邻的频率的信号干扰称为邻道干扰。相邻信道干扰是由不完善的接收滤波器引起的，导致相邻频率的信号泄漏到传输带宽中。

通过精确的滤波和信道分配可以最大限度地减少相邻信道干扰。通过使小区内的信道间隔尽可能大，可以减少相邻信道干扰。通过将连续的信道顺序分配给不同的小区，许多分配方案可以使小区内的相邻信道间隔N个信道带宽，其中N是簇的大小。一些信道分配方案还通过避免使用相邻小区中的相邻信道信道来防止一些较小的相邻信道干扰。

1.2.5 社区分裂

随着业务需求的增加，实际中使用小区分裂、分裂方向、覆盖区域近似等技术来增加蜂窝系统容量。

例如，如果将半径为R的小区分割成半径为R/2的新小区，则需要四个新小区来覆盖原始范围。当然，新小区的发射功率也应该降低。新小区的发射功率应该通过检查新旧小区边界处接收到的功率并使它们相等来获得。

GSM最初的意思是“集团”。它是欧洲邮政和电信管理局会议（CEPT）于1982年成立的一个组织，旨在开发第二代数字蜂窝移动系统。它开始制定适合泛欧洲国家的数字系统。移动通信系统的技术规范。 1987年，欧洲15个国家的电信运营商在哥本哈根签署了关于1991年实现泛欧数字蜂窝移动通信标准的谅解备忘录（MOU）。随着设备的发展和数字蜂窝移动通信网络的建立， GSM已逐渐成为欧洲数字蜂窝移动通信系统的代名词。后来欧洲专家将GSM改名为“GSM”，是“全球移动通信系统”的缩写。

它主要处理和协调GSM系统内用户之间的通信连接。 MSC 交换和控制位于其服务区域内的移动站（MS），并提供移动网络和固定公共电信网络之间的接口。 MSC作为交换设备，具有完成呼叫接续和控制的功能。它还具有无线资源管理和移动性管理等功能，如移动台位置注册和更新、MS切换控制等。移动用户没有固定位置。当他们要为网内用户建立通信时，路由首先连接到网关交换局（GMSC-MSC），即固定网络连接到GMSC。 GMSC的功能是查询用户的位置信息，并将路由转发给移动用户当时访问的移动交换局(VMSC)。 GMSC首先根据移动用户的电话号码找到移动用户所属的归属位置寄存器HLR，然后从HLR查询用户当前的VMSC。 GMSC一般与某个MSC结合起来，只要该MSC具有网关功能就可以实现。 MSC通常是一个大型程控数字交换机，可以控制多个基站控制器（BSC）。 GMSC连接到固定网络，固定网络包括公共电话网PSTN、综合业务数字网ISDN、分组交换公共数据网PSPDN和电路交换公共数据网CSPDN。 MSC与固定网络的互连需要一定的适配来满足对方网络的传输要求，这称为适配功能（IWF-Inter）。

HLR是管理移动用户的数据库。作为物理设备，它是一台独立的计算机。每个移动用户必须在 HLR 中注册。在数字蜂窝网络中，应包括一个或多个HLR。 HLR存储的信息分为两类：一类是用户参数信息，如用户类别、提供的服务、各类用户数量、识别码、用户保密参数等；另一种是用户当前的位置信息，例如移动台漫游号码、VLR地址等，用于建立到移动台的呼叫路由。 HLR不受MSC的直接控制。

VLR是存储用户位置信息的动态链接库。当漫游用户进入MSC区域时，必须在MSC相关的VLR中进行注册。 VLR 为移动用户分配漫游号码（MSRN）。在VLR中建立与用户相关的信息，包括移动用户身份（MSI）、移动台漫游号码（MSRN）、移动用户的位置区标志以及向用户提供的服务等参数，这些信息是从VLR中获取的相关HLR从中心传递过来。 MSC在处理呼入和呼出时需要访问VLR中的相关信息。一个VLR可以负责一个或多个MSC区域。由于MSC和VLR之间需要交换大量的信息，因此通常将两者的设备组合在一起。 :JFD()$#_*(本文来自移动通信网，版权所有。

④ 认证（认证）中心（AUC——）

它直接与HLR相连，是对移动用户身份进行认证并生成相应认证参数的功能实体。认证参数包括随机数RAND、信号响应SREC和密钥KC。认证中心对移动用户的身份进行认证，并用认证中心的随机数核对用户的信息。只有合法用户才能接入网络并获得网络服务。

BSC的一侧连接到移动交换子系统，另一侧连接到BTS。一个基站子系统只有一个BSC和多套BTS。其职能是负责控制和管理。 BSC通过向BTS和MS发出指令来管理无线接口，主要进行无线信道的分配、释放和切换信道切换管理。

② 基站收发信台（BTS）

BTS还有一个重要的组件叫码转换器（Rate）和速率适配器（Rate），简称TRAU。其作用是将GSM系统中的语音编辑信号与标准/sPCM相匹配。例如，当移动台（MS）说话时，它首先执行语音编码并将其变成/s数字流。该信号由 BTS 接收器接收。输出仍然是/s信号，需要经过TRAU后改为/sPCM信号，才可以在有线通道上传输。同时，当需要传输较低速率的数据信号时，也需要通过TRAU将其转换为标准信号。 fd知道：JFD()$#_*本文来自移动通讯网，版权所有。

2.2.3 移动站（MS）

2.2.4 运维子系统（OMS）

运维管理的目的是使网络操作人员能够对整个系统进行监控和控制，将需要监控的内容从被监控设备传输到网管中心，并显示给管理人员；同时，管理人员还应该能够在网管中心对整个系统进行监视和控制。应该可以修改设备的配置和功能。

GSM系统可以构成全球移动通信系统。它由几个国家组成，称为 GSM 服务区。一个国家（或几个国家）的移动网络称为公共陆地移动网络（PLMN-Land）服务区。该服务区可以划分为多个MSC/VLR服务区。 MSC/VLR可以划分为若干个位置区域(LA)，最小单位是小区(Cell)。移动网络和固定网络之间的连接称为网关交换中心（GMSC）。所有传入（网络）呼叫均连接到一个或多个 GMSC。它们作为移动网络的入网汇接交换机，具有呼叫查询和选呼功能。路由功能。上述结构如图2-2所示。 $*@#(_@K:JFD()本文来自移动通信网，版权所有。

2.3.2 位置区域（LA）

每个MSC/VLR服务区又分为若干个位置区。位置区是MSC/VLR服务区的一部分。在位置区域内，移动站可以“自由”移动，无需进行位置更新处理。寻呼区域是发出广播消息以寻找移动用户的位置区域。一个位置区只属于某个MSC/VLR服务区。系统通过位置区域标识符（LAI）来区分不同的位置区域。一个位置区包含多个小区，可能与一个或多个BSC相关。它是一个定位和寻呼区域。 h$K:JFD()本文来自移动通信网，版权所有。

2.3.3 细胞

GSM系统的各种接口如图2-3所示。

B接口是移动交换中心MSC与拜访位置寄存器VLR之间的接口。当MSC需要某个移动台的位置时，它查询VLR；当MSC得到移动台请求的位置更新时，MSC通知VLR。

C接口是移动交换中心MSC与归属位置寄存器HLR之间的接口。主要用于传输管理和路由信息。当呼叫结束时，相应的MSC向HLR发送计费信息。当固网无法查询HLR获取移动用户所需的位置信息时，相关网关交换局GMSC应查询该用户所属的HLR，获取被叫移动台的漫游号码，然后传递给固网用户。固定网络。

G接口是访问位置寄存器VLR之间的接口。当移动台使用临时移动台号TMSI注册到新的VLR时，VLR之间通过G接口交换相关信息。

数字PLMN作为第二代蜂窝移动网络，采用开放系统互连模式OSI来规定其协议模型，如图2-4所示，是从MS到MSC的各种接口和协议。

OSI参考模型的基本结构是分层的。根据分层的概念，通信处理过程可以看作是由从最低层到最高层的几个有序的逻辑层组成。在不同的系统中，为实现共同目的而必须交换信息的同一级别的实体称为对等实体。相邻层次结构中的实体通过公共平面进行交互。较低层向较高层提供服务，第N层提供的服务是其下面各层提供的服务和功能的组合。

无线接口Um的协议的第一层是物理层，记为L1。它是最底层，包括各种信道，为高层信息的传输提供基本的无线信道。第二层L2是数据链路层，记为LAPDm，包括各种数据传输结构并控制数据传输。第三层，L3，是最高层，称为应用层。它包括各种消息和程序并控制业务。第三层包括无线资源管理RRM、移动性管理MM和呼叫连接管理CM。

2.5 GSM系统特点及业务功能

漫游用户必须注册其位置。当区域A的移动台进入区域B时，会自动搜索该区域基站的广播信道来获取位置信息。当漫游移动台发现接收到的区域识别码与自身号码不同时，就会向本地基站发送位置更新请求。 B区拜访局点收到该信号后，通知本局点的VLR，该VLR即为漫游用户。指定一个临时号码MSRN，并通过CCS No.7信令通知移动台所在服务区注册该号码。这样，固定用户呼叫漫游移动用户时，拨打移动台的DN码。 DN代码首先通过公共交换网络连接到最近的本地GSM移动服务交换中心(GSMC)。 GSMC 使用 DN 代码来访问家庭办公室位置寄存器。即归属位置寄存器（HLR），从中获取漫游站的MSRN码。 GSMC 将根据此代码接收对所访问的移动服务交换中心 (VMSC) 的呼叫。 VMSC收到MSRN号码后，确认漫游站是否仍在该区域内。确认后，VMSC将MSRN码转换为国际移动站标识(IMSI)，并通过基站在无线信道上向漫游站发送呼叫，建立呼叫。 #WHY:JFD()$ 本文来自移动通讯网，版权所有。

③ 具有较好的保密功能

保密措施通过“认证中心”实施，认证方式是“查询-响应”过程。在通信过程开始时，网络首先向移动台发送信号，同时启动自己的“用户认证”单元。移动台收到该信号后，与内部的“电子密钥”一起启动“用户认证”单元，并将结果返回给网络；网络比较两个“用户认证”单元的结果，只有相同才合法。

① 电话服务

紧急呼叫是在电话业务的基础上衍生出来的一项特殊业务。移动站用户可以通过简单且统一的程序连接到最近的紧急服务中心（例如警察局或消防中心）。使用紧急服务不收取任何费用，无需验证用户身份的合法性。

②数字化业务

GSM技术规范中列出了35种数字业务，主要有以下几类：

GSM系统中的最高数据速率是 /s，而ISDN IS /s使用的速率，因此必须使用速率转换技术。标准化的ISDN数据格式用于在 /s链接上传输低速数据。该方法可以实现高于 /s的异步数据传输。

连接电路开关数据通信网络（CSPDN）用户的数字服务

通过GSM网络和短消息服务中心（SMS），可以实现简短的消息服务。

一个是让移动设备接收点对点短消息（SMS-MT/PP），另一个是为了向移动站发送点对点短消息服务（SMS-MO/PP）。 GSM数字移动通信网络用户可以发送或接收有限长度的数字或短信，这是简短的消息服务功能。

补充服务仅限于电话服务，该服务允许用户根据自己的需求更改网络对传入和传出电话的处理，或通过网络为用户提供某些信息，以便用户可以智能地利用某些常规服务。

2.5.3 GSM系统编号计划

IMSI = MCC + MNC + MSIN

这是用于移动用户的移动特性的数字。它的组成如下：

④临时移动用户身份（TMSI）

TMSI等同于IMSI，该数字设置了IMSI机密。当移动用户每次拨打电话时，VLR分配了一个唯一的TMSI号，该号码仅在本地使用，并且是4字节BCD编码。 T