4.2GSM的无线接口解析优秀PPT.ppt

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1、4.2 GSM的无线接口GSM的帧结构GSM的信道结构GSM的基带处理 移动终端与网络之间的接口为无线接口，它是保证不同厂家的移动台与不同厂家的系统设备之间互通的主要接口。无线接口自下而上分为三层：物理层、数据链路层和第三层。第三层又分为三个子层：无线资源管理层（RR）、移动性管理层（MM）和连接管理层（CM）。这些功能是在移动台和网络实体间进行的，不同的功能对应于不同的网络实体。其中：RR完成专用无线信道连接的建立、操作和释放等，它是在移动台与基站子系统间进行的；MM完成位置更新、鉴权和临时移动用户号码的支配等工作；CM完成电路交换的呼叫建立、维持和结束，并支持补充业务和短消息业务等。4.2

2、.1 GSM的帧结构 GSM GSM系统接受时分多址、频分多址和频分双系统接受时分多址、频分多址和频分双工的制式，每个工的制式，每个TDMATDMA信道上的一个时隙中的信息信道上的一个时隙中的信息格式称为突发脉冲序列格式称为突发脉冲序列(Burst)(Burst)，简称突发序列，简称突发序列，它是它是GSMGSM系统无线传输上的重要概念。突发脉冲系统无线传输上的重要概念。突发脉冲序列占有一个限定的持续时间和无线频谱，它们序列占有一个限定的持续时间和无线频谱，它们在时间和频率窗上输出，而这个窗被人们称为隙在时间和频率窗上输出，而这个窗被人们称为隙缝（缝（SlotSlot）。精确地说，在系统频段内

3、，每）。精确地说，在系统频段内，每200KHz200KHz设置时隙缝的中心频率设置时隙缝的中心频率(以以FDMAFDMA角度视察角度视察)，每隙缝在时间上循环地发生，每次占，每隙缝在时间上循环地发生，每次占15/26ms15/26ms，即近似为，即近似为0.577ms0.577ms（以（以TDMATDMA角度视察）。这样，角度视察）。这样，我们可用时间我们可用时间/频率图把隙缝画为一个小矩形，其频率图把隙缝画为一个小矩形，其长为长为15/26ms15/26ms，宽为，宽为200KHz200KHz，如图，如图4-14-1所示。在给所示。在给定的小区内，全部隙缝的时间范围是同时存在的。定的小区内，

4、全部隙缝的时间范围是同时存在的。这些隙缝的时间间隔称为时隙（这些隙缝的时间间隔称为时隙（Time SlotTime Slot），而），而它的持续时间被用于作为时间单元，记为它的持续时间被用于作为时间单元，记为BPBP，意，意为突发脉冲序列周期（为突发脉冲序列周期（Burst PeriodBurst Period）。）。运用一个给定的信道就意味着在特定的时刻运用一个给定的信道就意味着在特定的时刻和特定的频率，也就是说在特定的隙缝中传送突和特定的频率，也就是说在特定的隙缝中传送突发脉冲序列。通常，一个信道的隙缝在时间上不发脉冲序列。通常，一个信道的隙缝在时间上不是邻接的。信道对于每个时隙具有给定的

5、时间限是邻接的。信道对于每个时隙具有给定的时间限界和时隙号码界和时隙号码TNTN（Time Slot NumberTime Slot Number），这些都），这些都是信道的要素。一个信道的时间限界是循环重复是信道的要素。一个信道的时间限界是循环重复的。与时间限界类似，信道的频率限界给出了属的。与时间限界类似，信道的频率限界给出了属于信道的各隙缝的频率。它把频率配置给各时隙，于信道的各隙缝的频率。它把频率配置给各时隙，而信道带有一个隙缝。对于固定的频道，频率对而信道带有一个隙缝。对于固定的频道，频率对每个隙缝是相同的。对于跳频信道的隙缝，可运每个隙缝是相同的。对于跳频信道的隙缝，可运用不同的频

6、率。用不同的频率。1帧 帧（Frame）通常被表示为接连发生的i个时隙。在GSM系统图4-1中，目前接受全速率业务信道，i取为8。一个TDMA帧包含8个时隙，这其实就是8个基本的物理信道，可用来传输限制数据与不同的用户数据，如下图4-2所示。图4-1 GSM中的频隙与时隙 图4-2 一个TDMA帧包含8个时隙 2复帧 图图4-34-3示出了示出了TDMATDMA帧的完整结构还包括了时隙帧的完整结构还包括了时隙和突发脉冲序列，必需记住和突发脉冲序列，必需记住TDMATDMA帧是在无线链路帧是在无线链路上重复的物理帧。每一个上重复的物理帧。每一个TDMATDMA帧含帧含8 8个时隙，共个时隙，共占

7、占4.615ms4.615ms。每个时隙含每个时隙含156.25156.25个码元，占个码元，占0.557ms0.557ms。多个。多个TDMATDMA帧构成复帧（帧构成复帧（MultiframeMultiframe），），其结构有两种，如图其结构有两种，如图4-34-3中行中行c c所示，分别含连贯所示，分别含连贯的的2626个或个或5151个个TDMATDMA帧。当不同的逻辑信道复用帧。当不同的逻辑信道复用到一个物理信道时，须要运用这些复帧。到一个物理信道时，须要运用这些复帧。含含2626帧的复合帧其周期为帧的复合帧其周期为120ms120ms，用于业务，用于业务信道及其随路限制信道。其中

8、信道及其随路限制信道。其中2424个突发序列用于个突发序列用于业务，业务，2 2个突发序列用于信令。个突发序列用于信令。含含5151帧的复合帧其周期为帧的复合帧其周期为3060/13235.385ms 3060/13235.385ms，专用于限制信道。，专用于限制信道。图4-3 GSM帧、时隙和突发脉冲序列 3超帧 多个复帧又构成超帧（Super frame），它是一个连贯的5126 TDMA帧，即一个超帧可以是包括51个26TDMA复帧，也可以是包括26个51TDMA复帧，如图4-3中行b所示。超帧的周期均为1326个TDMA帧，即6.12秒。4超高帧多个超帧构成超高帧（多个超帧构成超高帧（

9、Hyper frameHyper frame）。它包括）。它包括20482048个超个超帧，如图帧，如图4-34-3中行中行a a所示，周期为所示，周期为12533.7612533.76秒，即秒，即3 3小时小时2828分分5353秒秒760760毫秒，用于加密的话音和数据，超高帧每一周毫秒，用于加密的话音和数据，超高帧每一周期包含期包含27156482715648个个TDMATDMA帧，这些帧，这些TDMATDMA帧按序编号，依次帧按序编号，依次从从0 0至至27156472715647，帧号在同步信道中传送。帧号在跳频算，帧号在同步信道中传送。帧号在跳频算法中是必需的。法中是必需的。GSM

10、GSM系统上行传输所用的帧号和下行传输所用的帧号相同，系统上行传输所用的帧号和下行传输所用的帧号相同，但上行帧相对于下行帧来说，在时间上推后但上行帧相对于下行帧来说，在时间上推后3 3个时隙。这个时隙。这样支配，允许移动台在这样支配，允许移动台在这3 3个时隙的时间内，进行帧调整个时隙的时间内，进行帧调整以及对收发信机的调谐和转换。以及对收发信机的调谐和转换。时分数字系统的无线载波发送用间歇方式。突发起先时，时分数字系统的无线载波发送用间歇方式。突发起先时，载波电平从最低值快速升到预定值并保持一段时间，此时载波电平从最低值快速升到预定值并保持一段时间，此时发送突发中的有用信息，然后又快速降到最

11、低值，结束一发送突发中的有用信息，然后又快速降到最低值，结束一个突发的发送。突发的起先和结束阶段传送的是疼惜部分。个突发的发送。突发的起先和结束阶段传送的是疼惜部分。有用部分包括被传送的数据、突发序列及尾比特码，对应有用部分包括被传送的数据、突发序列及尾比特码，对应于放射载波的电平维持期间。疼惜部分不传输信息，它是于放射载波的电平维持期间。疼惜部分不传输信息，它是用来分隔相邻突发的，对应于载波电平的上升和下降期间。用来分隔相邻突发的，对应于载波电平的上升和下降期间。5突发脉冲序列（BP）在图4-3中我们可看出，GSM建议中对不同的逻辑信道规定了五种不同类型的突发脉冲序列帧结构：（1）常规突发脉

12、冲序列（NB）（2）频率校正突发脉冲序列（FB）（3）同步突发脉冲序列（SB）（4）接入突发脉冲序列（AB）（5）空闲突发脉冲序列（DB）4.2.2 GSM的信道结构物理信道：接受频分和时分复用的组合，它由用于基站（BS）和移动台（MS）之间连接的时隙流构成。这些时隙在TDMA帧中的位置，从帧到帧是不变的，参见图4-1。逻辑信道：是在一个物理信道中作时间复用的。不同逻辑信道用于BS和MS间传送不同类型的信息，例如信令或数据业务。而逻辑信道是依据BTS与MS之间传播的消息种类不同而定义的不同逻辑信道。这些逻辑信道是通过BTS映射到不同的物理信道上来传送。而而GSMGSM的逻辑信道又分为两类：一类

13、是业务信的逻辑信道又分为两类：一类是业务信道（道（TCHTCH），用于传输话音和数据；另一类是限制），用于传输话音和数据；另一类是限制信道（信道（CCHCCH），用于传输各种信令信息，跟踪整个），用于传输各种信令信息，跟踪整个通信过程。逻辑信道类型如图通信过程。逻辑信道类型如图4-44-4示。示。图4-4 逻辑信道类型 1 业务信道 业务信道又分为话音业务信道和数据业务信道，业务信道又分为话音业务信道和数据业务信道，如图如图4-54-5所示。所示。（1 1）话音业务信道按速率的不同，可分为全速）话音业务信道按速率的不同，可分为全速率话音业务信道（率话音业务信道（TCH/FSTCH/FS）和半速

14、率话音业务）和半速率话音业务信道（信道（TCH/HSTCH/HS）。）。（2 2）数据业务信道按速率的不同，也分为全速）数据业务信道按速率的不同，也分为全速率数据业务信道和半速率数据业务信道。率数据业务信道和半速率数据业务信道。图4-5 TCH信道示意图1.2 限制信道 限制信道又分为广播信息信道、公共限制信道和专用限制信道。（1）广播信息（BCH）：是“一点对多点”的单方向限制信道，用于基站向全部移动台广播公用信息。传输的内容是移动台入网和呼叫建立所须要的各种信息，它又分为以下信道：频率校正信道（FCCH）：传输供移动台校正其工作频率的信息，使手机工作在合适的频率；同步信道（SCH）：传输供

15、移动台进行同步和对基站进行识别的信息；广播限制信道（BCCH）：传输通用信息，用于移动台测量信号强度和识别小区标记等。BCCH支配频率表示一项重要的网优参数。（2）公共限制信道（CCCH）：是“一点对多 点”的双向限制信道，其用途是在呼叫接续阶段，传输链路连接所须要的限制信令与信息，它又分为以下信道：寻呼信道（PCH）：传输基站寻呼移动台的信息；随机接入信道（RACH）：移动台申请入网时，向基站发送入网恳求信息；准许接入信道（AGCH）：基站在呼叫接续起先时，向移动台发送支配专用限制信道的信令。（3）专用限制信道（DCCH）：是一种“点对点”的双向限制信道，其用途是在呼叫接续阶段和在通信进行当

16、中，在移动台和基站之间传输必需的限制信息。其中又分为：独立专用限制信道（SDCCH）：传输移动台和基站连接和信道支配的信令。慢速帮助限制信道（SACCH）：在移动台和基站之间，周期地传输一些特定的信息，如功率调整、帧调整和测量数据等信息；SACCH是 支配在业务信道和有关的限制信道中，以复接方式传输信息。支配在业务信道时，以SACCH/T表示，支配在限制信道时，以SACCH/C表示，SACCH/C常与SDCCH联合运用。快速帮助限制信道（FACCH）：传送与SDCCH相同的信息。运用时要中断业务信息（4帧），把FACCH插入。不过，只有在没有支配SDCCH的状况下，才运用这种限制信道。这种限制信道的传输速率较快，每次占用4帧时间，约18.5ms。4.2.3 GSM的基带处理 话音信号在发送端无线接口的基带处理过程如下图4-6所示，接收端的处理过程相反。图图4-6 4-6 语音在语音在MSMS中的处理过程中的处理过程 1.语音编码2.信道编码3.信道编码过程3.交织4.456 比特交织、三个语音帧、5.突发脉冲的结构、快间交织4.突发脉冲的形成5.加密6.调制和解调7.跳频8.GSM 系统跳频示意图