基站实验系统实 验 指 导 书
南京捷辉科技有限公司
2010.10
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GSM
目 录
第一章 GSM基站实验系统概述 .................................................................................................................... 3
1.1 GSM基站实验系统简介 ............................................................................................................................... 3 1.2 GSM基站实验系统框架结构 ....................................................................................................................... 3 1.3 GSM基站实验系统硬件组成 ....................................................................................................................... 4
1.3.1 系统硬件组成 ................................................................................................................................. 4 1.3.2 BTS外部接口协议 .......................................................................................................................... 5 1.4 GSM基站实验系统软件组成 ....................................................................................................................... 6 1.5 系统实验 ...................................................................................................................................................... 7
第二章 GSM中常用的基本技术与概念 .......................................................................................................... 9
2.1 信道与信道组合 .......................................................................................................................................... 9
2.1.1 2.1.2 2.1.3
时隙与多址方式 ....................................................................................................................... 9 帧结构 ..................................................................................................................................... 10 信道类型与信道组合 ............................................................................................................. 11
2.1.3.1 2.1.3.2 2.1.3.3 2.1.3.4
2.1.4
业务信道（TCH） .................................................................................................... 11 控制信道 ................................................................................................................. 12 信道组合 ................................................................................................................. 13 蜂房内的信道安排 ................................................................................................. 13
突发脉冲序列 ......................................................................................................................... 14
2.2 信道的编码与交织 .................................................................................................................................... 16
2.2.1 2.2.2
信道的编码 ............................................................................................................................. 16 交织技术 ................................................................................................................................. 17
2.3 话音编译码和不连续传输方式（DTX） .................................................................................................. 19
2.3.1 2.3.2
话音编译码 ............................................................................................................................. 19 不连续传输DTX ...................................................................................................................... 21
2.4 频率复用 .................................................................................................................................................... 21
第三章 基本信令流程介绍 .............................................................................................................................. 23
3.1手机位置更新正常流程 .............................................................................................................................. 23 3.2手机关机正常流程 ...................................................................................................................................... 23 3.3 移动主叫以及被叫挂机正常流程 .............................................................................................................. 24 3.4移动被叫以及主叫挂机正常流程 ............................................................................................................... 25 3.5 小区内内部切换流程 .................................................................................................................................. 26 3.6 小区间内部切换流程 .................................................................................................................................. 28
第四章 基本实验 .............................................................................................................................................. 29
实验一．基站配置管理实验 ............................................................................................................................ 29 实验二 移动台入网过程实验 ........................................................................................................................... 40 实验三 移动台主叫实验 ................................................................................................................................... 49 实验四 移动台被叫实验 ................................................................................................................................. 58 实验五 基站短消息发送实验 ........................................................................................................................... 62
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第一章 GSM基站实验系统概述
1.1 GSM基站实验系统简介
GSM基站实验系统平台是结合移动通信课程，验证GSM移动通信中涉及的主要技术。系统平台可以完成GSM基站的基本可能，通过与手机交互向学生展示GSM网络移动通信的协议交互过程与通信原理，并可实时监测手机的通信数据。GSM基站实验系统平台提供以下几个实验：基站配置管理实验、移动台入网过程实验、移动台号码分配实验、基站短消息发送实验、移动台主叫实验、移动台被叫实验以及系统实验。
1.2 GSM基站实验系统框架结构
GSM数字移动通信系统主要由交换子系统MSS、基站子系统BSS和移动台MS构成。
? 交换子系统是整个GSM系统的控制和交换中心。它负责所有与移动用户有关的呼叫接续处理、
移动性位置管理、用户设备及保密管理等功能，并提供GSM系统和固定通信网络的互相配合功能。交换子系统包括移动交换中心MSC、归属位置寄存器HLR、拜访位置寄存器VLR、设备识别寄存器EIR、鉴权中心AUC和短消息中心SMC等功能实体。
? 基站子系统主要负责GSM系统中与无线及传输有关的功能，比如提供对无线资源的管理，向
交换子系统提供与陆地有线信道对应的无线信道的分配、建立和释放，向移动用户提供通过有限的无线资源接入到网络的方法，以及控制移动用户越区切换管理等功能。基站子系统包括基站控制器BSC和基站收发信台BTS两部分。BSC是基站子系统的控制中心，一侧通过Abis接口与BTS相连，另一侧通过A接口与交换子系统相连。BTS是基站子系统的无线收发设备，服务于蜂窝小区中某一小区或多个小区，实现BSS与移动台之间的无线传输，BTS由BSC控制，并且配合BSC共同完成GSM系统的无线资源管理，BTS通过Abis接口与BSC相连，通过空中接口Um与MS相连。
? 移动台是移动用户接入GSM网络的终端设备实体，它主要负责移动用户接入网络所必需的所
有功能。对于网络来说，它负责处理与无线接口有关的功能，并随时向网络报告移动用户的位置、配合网络进行呼叫连接的控制等，对于用户来说，它负责接收用户的指令并向用户提示通信状态等信息。
GSM数字移动通信系统的结构如图1-2-1所示：
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图1-2-1 GSM数字移动通信系统的结构
本GSM基站实验系统提供了Um接口，系统模拟了BSC、MSC、VLR/HLR以及AuC的部分功能。可以完整的实现移动台的接入，用户注册，主叫与被叫，短信通信等功能。
1.3 GSM基站实验系统硬件组成
1.3.1 系统硬件组成
本GSM基站实验系统硬件上主要由基站控制维护模块（CMM）、基站收发信模块（TRM）、电源集中分配模块（PDM）三大模块组成：
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图1-3-1 ZXG10-BTS（V2）硬件结构框图
其中各模块完成的主要功能如下所述： 1．CMM（Controller & Maintenance Module）
CMM完成Abis接口处理、基站操作维护、时钟同步及发生、内外告警采集和处理等功能。 2．TRM（Transceiver Module）
TRM主要完成GSM系统中无线信道的控制和处理、无线信道数据的发送与接收、基带信号在无线载波上的调制和解调、无线载波的发送与接收等功能。 TRM模块从功能上划分为3个单元：
（1）收发信机控制单元TPU（Transceiver Process Unit）
TPU主要完成一个TDMA帧上所有全双工信道基带数据处理的所有功能。在下行发向，它包括速率适配、信道编码和交织、加密，最后产生TDMA突发脉冲；在上行方向，它包括数字解调（GMSK解调、均衡和载频偏移校正）、解密、去交织、信道解码、接收机分集合并及速率适配。每个TRM模块可以对8个全速率业务信道和相应的信令信道（一个BCCH/CCCH信道，及最多12个SDCCH信道）进行控制，并且控制着TDMA帧的每一个无线信令信道的LAPDm信令和与BSC的LAPD信令处理，同时完成LAPDm与LAPD的转换。此外在TPU中还可提供关于GPRS的数据业务功能，并能实现CS1，CS2，CS3，CS4四种编码方式。
（2）无线载频单元RCU（Radio Carrier Unit）
RCU主要完成基带信号到载波信号的调制和上变频功能，同时完成接收载波信号的下变频功能，并且根据GSM规范的要求在下行方向上实现静态功率控制和动态功率控制功能。
（3）功放单元PAU（Power Amplifier Unit）
PAU主要完成无线载波的功率放大，以满足基站设备所需发射的功率，本系统发射功率为-12dB。 3．PDM（Power Distribute Module）
PDM进行直流电源（12V或5V）到各模块的分配，并提供过载断路保护和基础电源输入的滤波等功能。
1.3.2 BTS外部接口协议
系统完成某项任务时会涉及到许多功能实体，它们分散在不同的设备中或不同的分系统中，这些分散的设备需要相互配合才能完成某项任务，因此各设备或子系统之间必须要通过各种接口按照规定的协议实现互连。也就是说两个实体之间必须遵守某种协议，双方才能通信。因此接口代表两个相邻实体之间的连接点，而协议就是说明连接点上交换信息需要遵守的规则。
Um接口：是MS和BTS之间的接口，在所有GSM接口中Um接口是最重要的。采用Um接口，实现了不同制造商和不同运营网络间的兼容性，从而实现了移动台的漫游。同时解决了蜂窝移动通信系统的频谱效率问题。在MS到GSM系统固定部分的无线传输链路上采用抗干扰技术。
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