《GSM原理George》PPT课件.ppt

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1、GSM原理课程模块11/27/20221SIPIVTGSM系统基础主要内容GSM简介GSM网络和空中接口话音编码和信道类型电话呼叫11/27/20222SIPIVTGSM简介：GLOBAL System for Mobiles（全球数字移动通信系统）GSM系统是一项庞大的，迅速扩展和成功的技术。几年前，只有少数公司、每个公司只有少数几个专家能够理解ETSI（欧洲电信标准委员会）的GSM规范。现在GSM已经不是一项深不可测的技术，它正成为一项可以为维修人员所理解的常规技术。GSM系统正在迅速走出欧洲，走向世界。正成为一个全球性的移动通信系统。11/27/20223SIPIVTGSM 900、DC

2、S 1800、DCS 1900的差异GSM是最早的GSM系统，使用900MHz的频段。在一个大的范围内提供蜂窝移动通信。手机的最大输出功率一般从1W-8W。信道号从1-24。DCS 1800是GSM900的一个延伸，在GSM 900的基础上把频段作了扩展，工作频率上移到1.8GHz。信道号从512-885。移动台最大输出功率1W，小区范围可以变得更小，从承受更高的用户密度。DCS-digital cross-connect system。PCS（个人通信业务）1900的标准还没有完全制定。由于GSM系统设备和经验是非常成熟的，所以会有相当一部分经营者在1.9GHz的频段上使用GSM系统，即PC

3、S 1900。就技术角度而言，除了频段不同外，PCS 1900和DCS 1800是一样的。很多大的生产厂家如NOKIA、ERICSSON、MATRA、AEG、NORTHERN TELECOM都支持PCS1900。11/27/20224SIPIVT移动电话频率及信道划分（GSM/DCS）11/27/20225SIPIVT移动电话频率及信道划分 GSM Channel|DCS Channel）11/27/20226SIPIVTGSM系统与CT2、DECT的差异几个名词：CT：cordless telephone 无绳电话CT2：第二代 无绳电话技术，人们在机场、火车站等公共场所的基站，就可进行蜂窝

4、式呼叫。DECT：digital enhanced cordless telecommunications数字增强型无线电信AMPS：advanced mobile phone service高级移动电话业务TACS：total access communication system全向通信系统CT2和DECT是无绳电话系统,工作方式象传统的家用无绳电话(CT0和CT1)，只能在指定的范围内接收指定基站的呼叫。GSM900、DCS1800都是蜂窝通信系统，与AMPS、TACS系统一样，GSM系统使用一个位置寄存器来登录所有手机的位置，从而允许外界呼叫转移到相应的基站，即具有位置跟踪能力。11/

5、27/20227SIPIVT个人通信网（PCN）PCN：Personal Communications Networks，是一种近距离的无线通信网，其无线频率在便携式手机和连在公共交换网上的无线电基站之间传送PCS信号，距离在距无线基站1002000英尺。PCN最早是在英国开始的，Mercury onetoone公司和hutchison Microtel公司提供了最早的两个DCS1800系统。在英国的PCN网之后，紧跟着的是德国的E-net网络。随后DCS 1800扩展到泰国、法国、澳大利亚。11/27/20228SIPIVTGSM历史简述-11981年，模拟蜂窝系统已遍及欧洲的时候，成立了一

6、个德、法联合研究小组，开始研究数字蜂窝系统和全欧蜂窝系统连网的可能性。1982年，在CEPT组织内成立了一个称为Group Special Mobile（GSM）的工作小组，继续法-德的研究。1986年研究工作有新进展，成立了永久性核心研究小组，制定了未来数字蜂窝系统的标准。一年后，18个国家共同签署了一项谅解备忘录（MOU），共同参与GSM系统的开发研制，并在1991年之前开通GSM系统。11/27/20229SIPIVTGSM历史简述-21989年GSM被接纳入ETSI（欧洲电信标准协会）组织。在ETSI的领导下，GSM系统更名为：Global System for Mobile comm

7、unications，相应的工作小组也从GSM更名为SMG（SpecialMobile Group）。1990年，GSM标准扩展出一个旁支DCS1800。最初的DCS1800只是对GSM标准作一些简单的修改。1992年澳大利亚加入MOU，此后，很多亚洲国家也采用了GSM系统。GSM的第二阶段是phase 2标准，该标准将GSM 900和DCS 1800合在一起，增加了许多新功能，同时也是作了一些小的调整。11/27/202210SIPIVT有关通信的基本概念信道：信号的频段、传输媒体及有关的设备（如中继器、交换设备等）。信道按功能划分，分别用于传输用户信息和信令信息。用户信息：包括话音和数据。

8、信令：用于网络之间的通信，如呼叫的建立和释放；或是系统完成相关功能所需用要的信息，如位置登记信息；短消息业务信息放入信令流中。传输速率：bit/s，表征了通信的速率。信道容量：信道最大的数据传输速率。误码率：Pe=Ne/N其中N为传输的二进制码元总数，Ne为传错的码元数。误码率Pe表示二进制码元被传错的概率。11/27/202211SIPIVT无线电波频段的划分：波长():100010000m 1001000m 10100m 110m 10100cm 110cm 1-10mm 长波 中波 短波 超短波 分米波 厘米波 毫米波频率(:HZ)30-300K 300-3000K 3-30M 30-3

9、00M 300M-3G 3-30G 30-300G微波载频很高2G-40G，所以可同时传送大量信息，有很高的数据传输速率。微波沿直线传播。邮电部规定我国蜂窝状移动电话系统使用频段，特高频900M频段为879898.975MHZ及924943.975MHZ。二进制数据流在发射机中按FSK方式进行调制。11/27/202212SIPIVTGSM网络系统构成：移动台（MS）包括手持机和传统的车载台，它们通过无线电波与基地站系统（BSS）通信。基地站系统（BSS）包括基地收发站（BTS）和基地站控制器（BSC）。通常几个BTS处在同一地点，形成2-4个扇形小区，共用一套发射天线。BSC通过微波链路与B

10、TS连接，BSC和BTS之间的接口称之为A-bis接口，通常，1个BSC可以控制20-30个BTS。一群BSS将向移动交换中心（MSC）报告，由MSC控制不同小区的业务运营。每个MSC都有1个VLR（访问位置寄存器），所有远离自己所属小区的手机都被登录到VLR中，以便网络知道到哪儿去找它们。11/27/202213SIPIVTGSM网络系统构成（续）：MSC同时连接着归属位置寄存器（HLR）、身份鉴定中心（AUC）和设备号识别寄存器（EIR），这样系统就可以知道是否是合法的用户和手机，避免了被盗用的手机和故障的手机进入了网络中。其它设备如：操作维护中心（OMC）、网管中心（NMC），MSC同时

11、也和其它的网络接口，如陆地移动通信专网（PLMN）、公共电话交换网（PSTN）和综合业务数字网（ISDN）。注意：BTS、BSC、MSC、和公共网之间是通过实线相连接的（电缆、光纤链路或微波链路），只有基站和手机之间的接口是空间接口。11/27/202214SIPIVTGSM小区示意图11/27/202215SIPIVTGSM小区对GSM900而言，小区半径可达35KM，DCS 1800是2KM。1个GSM小区中最显著的部分是基站设备和天线。通常几个小区共用1套天线，形成扇形分布小区。每套天线都由几个定向天线组成，分别覆盖不同区域。放在同一位置的几个收发信机称为基站。每个BTS都由几个TX/R

12、X信道盘组成。信道盘的多少取决于可分配的信道数的多少和预计用户的容量。所有的BTS将产生1个广播信道（BCH），BCH始终发射信号，使MS能找到相应的GSM网络。BCH信号的强度还被网络用作其它目的：如了解MS和BTS的距离；同时也传送着诸如网络标号、对MS的寻呼信息等各种重要信息。无论MS是否处于呼叫状态，均可接收BCH信号。每个小区所使用的BCH频点是不同的，相距较远的两个小区，若彼此间干扰较小的话，可复用同一频点。11/27/202216SIPIVT话务信道（TCH）与广播信道（BCH）TCH：处于通话状态的MS将使用TCH。TCH是一个双向通道，用于交换MS和BTS间的话务信息。话务信

13、息根据流向的不同，分别处于上行和下行信道。GSM的上行和下行链路分别处于不同的频段，每个频段中信道的编号是一样的。1个GSM信道同时包含了上行和下行信道。BCH：BCH只占用1个不行信道，对应的上行信道是空着的。所以可被MS作为随机获取信道（RACH）使用。当MS试图呼BTS时，可利用此上行信道发送RACH信号，由于很多MS可能同时需要发出呼叫，可能会发生冲突，故需重复发出呼叫才能得到响应。11/27/202217SIPIVT主要内容上行信道和下行信道使用不同频段TDMA复用和FDMA复用GSM900共有124个信道（ARPCN）；信道宽：200KHZ；8个移动台通过TDMA共享一个ARPCN

14、；0.3 GMSK 调制波特率:270.832kbits/sec发射功率和时隙调整GSM空中接口11/27/202218SIPIVTFSK、MSKFSK（频移键控）：利用两个不同频率来表示0和1的调制方法。MSK（最小频移键控）：MSK信号的特点：包络恒定、相位连续，带外幅射小，便于在非线性信道中传输。MSK信号可表示为：S(t)=cosct+dakt+k；kTb t (k+1)Tb式中：c为载频、d为频偏、ak为1为传输的数据、Tb 为码元宽度；k为第K个码元中的相位常数，在时间kTb t (k+1)Tb条件下保持不变。调制指数 h 定义为频差与数码速率之比：h=2 fd/rb=2 fdTb

15、只有h=0.5时，是最小频差：f d=1/4 Tb=rb/4。故称这种特殊情况下的FSK为MSK。上式等价于：rb =4 f d 11/27/202219SIPIVTMSK信号的波形11/27/202220SIPIVTMSK信号的相位：由MSK信号表达式S(t)=cosct+dakt+k及定义，信号的附加相位 (t)=dakt+k，其中 d=2 fd=/2Tb,；(t)与时间t的关系是直线方程，斜率为ak /2Tb，ak=1；截距为k，是0或的整数倍；(t)在码元期间的增量为(t)=/2Tb t=/2Tb Tb=/2 正负号取决于数据序列 ak ，根据ak=+1，-1，-1，+1，+1，+1，

16、可作出附加相位函数图如下：为保证相位的连续性，必须要求前后两个码元在转换点上的相位相等。附加相位函数图11/27/202221SIPIVTMSK信号的正交性MSK信号表达式S(t)=cosct+(t)；式中 (t)=ak t/2Tb+k；ak=1、k=0或（模 2）。展开表达式S(t)=cosct cos (t)-sin ct sin (t)（1-1）将ak=1、k=0或（模 2）条件带入，cos (t)=cos(t/2Tb)cos k；sin (t)=ak sin(t/2Tb)cos k；代入（1-1）式可得：S(t)=cosct cos(t/2Tb)cos k -sin ct ak sin

17、(t/2Tb)cos k =Ik cos(t/2Tb)cosct+Q k sin(t/2Tb)sin ct kTb t (k+1)Tb可见，MSK信号是由两个正交信号是由两个正交AM信号合成产生信号合成产生。其中 Ik=cos k 为同相分量，Q k=-ak cos k 为正交分量；11/27/202222SIPIVTGMSKGMSK是在MSK调制器前加入一个基带信号预处理滤波器，即高斯低通滤波器。将基带信号变换成高斯脉冲信号，使其包络无陡峭边沿和拐点，从而进一步压缩调制频谱，防止信号能量扩散到邻近信道。0.3 GMSK 调制示意图11/27/202223SIPIVT0.3 GMSK 调制GS

18、M的调制方式是0.3 GMSK，0.3表示了高斯滤波器的带宽与比特率之间的关系。GMSK是一种特殊的数字调频方式，通过在载频上增加或减少67.708KHZ来表示0或者1。利用2个频率来表示0和1的调制方法称为FSK。在GSM中数据的比特率被选择为正好是频偏的4倍，以减小频谱的扩散，增加信道的有效性。比特率为频偏的4倍的FSK，称为MSK-最小频移键控。高斯滤波器降低了频率变化的速度，防止信号能量扩散到邻近频道频谱。0.3 GMSK不是相位调制，信息不由绝对相位表示，而通过频率的偏移或者相位的变化来传送信息的。11/27/202224SIPIVT0.3 GMSK 调制（续）把GMSK画在I/Q平

19、面图上是非常有用的。（将相干载波分别经450移相后得到I和Q两个正交载波）若没有高斯滤波器，MSK将用1个比载波高67.708KHZ的信号来表示恒定脉冲串1。若以载频为一静止的参考相位，我们会看到1个67.708KHZ的信号在I/Q平面图上稳定地增长相位，每秒钟将旋转67，708次。在每个比特周期，相位将变化900。一个1对应相位+900，两个1对应相位+1800；一个0对应相位-900，两个0对应相位-1800。11/27/202225SIPIVT0.3 GMSK 调制（续）高斯滤波器的加入并没有影响0和1的900相位增减变化。因为它没有改变比特率与频偏之间的4倍关系，所以不会影响平均相位的

20、相对关系，只是降低了相位变化的速率。使用高斯滤波器时，相位的方向变换将会变缓，但可以通过更高的峰值速度来进行相位补偿。如果没有高斯滤波器，会有相位的突变，但相移速度是一致的。精确的相位轨迹需严格控制，GSM系统使用数字滤波器和数字I？Q调制器来产生正确的相位轨迹。在GSM规范中，相位的峰值误差不得超过200，均方误差不得超过500。11/27/202226SIPIVTTDMA和FDMA图片11/27/202227SIPIVTTDMA和FDMAGSM使用TDMA（时分多址）和FDMA（频分多址）的复用方式。整个频段分为2个部分，MS利用上行信道发送信号，基站通过下行信道发送信号。上图显示以部分信

21、道，每个信道200KHZ，称为ARFCN绝对信道号。除频分外，还使用了时分技术，每个ARFCN为8个用户共享，依次使用这个频率。每个MS使用相应的ARFCN的一个时隙，然后处于等待状态，直到下一个帧的相应时隙到来。该图片显示了4个TCH信道，每个TCH信道占用一个特定的ARFCN和时隙。在ARFCN和时隙中间没有太大的空隙，因此要求手机和基站在恰当的时隙内和准确的频点上发送TDMA脉冲信号。否则将造成与邻近时隙的脉冲发生冲突。调制频谱控制不好和杂散噪声也会对相邻ARFCN信道造成干扰。11/27/202228SIPIVT功率控制当手机在小区内移动时，发射功率需用要进行变化。当离基站较近时，需要

22、降低发射功率，减少对其它用户的干扰；当离基站较远时，需要增加发射功率，克服增加了的路径衰耗。所有的GSM手机都可以以2dB为一等级来调整它们的发送功率。GSM 900移动台的最大输出功率是8w；DCS1800移动台的最大输出功率是1w，相应的，它的小区也要小一些。11/27/202229SIPIVT时隙调整由于GSM采用TDMA，且它的小区半径可达35KM，因此需进行时序调整。如果没有时序调整，从小区边缘发射出来的信号，就会因为传输的时延和从基站附近发射的信号冲突。（除非二者之间存在一个大于信号传输信号时延的保护时间）。当手机处于空闲模式时，可接收和解调基站来的BCH信号。在BCH信号中有一个

23、SCH（同步信道）的同步信号，用来调整手机内部的时序。后面，我们将介绍基站是如何通过慢速相关控制信道（SACCH）来控制手机的发射功率和时序调整的。11/27/202230SIPIVT时隙调整（续）例：设手机和基站相距30KM，则手机的时序将比基站慢100us。当手机发出第一个RACH信号时，再经过100us的传播时延，到达基站时就有了200US的总时延，很可能与基站附近的相邻时隙 的脉冲发生冲突。因此RACH接入脉冲将比其它脉冲短，只有在收到基站的时序调整信号后，手机才能发送正常长度的脉冲。本例中，手机需要提前200us发送信号。11/27/202231SIPIVT时隙调整示意图11/27/

24、202232SIPIVTGSM TDMA 脉冲串功率图示11/27/202233SIPIVT帧与复帧结构图11/27/202234SIPIVTGSM TDMA 功率干扰GSM系统是一个TDMA系统，8个用户共用一个频点。手机只在分配给它的时间内打开，然后必须及时关闭，以免影响相邻时隙的用户因此，GSM规范对1个时隙中的RF脉冲的幅度作了规定。对时隙中间有用信号的平坦度也作了相应规定。幅度包络在577us的一个时隙周期内，既有大于70db动态范围的测量，也有小于1db的时隙有用部分平垣度的测量。见附图11/27/202235SIPIVT帧和复帧GSM是TDMA系统，最小的的时间单位是数据比特单元

25、，长度为3.69us/bit。每个手机用来收发一次信息的时间称为一个时隙。由156.25bits组成。156.25*3.69us由于每个频点上有8个用户，因此每帧由8个时隙组成。用户每帧得到1个时隙。每帧时间为156.25*3.69*8us=4.615ms。几个帧可以组合成1个更大的帧结构，称为复帧。有2种大小的复帧结构：26帧和51帧。TCH使用26帧的复帧结构，BCH使用51帧的复帧结构。1个超帧（superframe）由51个或者26个复帧组成。超帧可进一步组成巨帧。11/27/202236SIPIVT逻辑信道和物理信道通过这种复帧结构，可反由ARFCN和时隙所组成的物理信道和逻辑信道联

26、系起来。物理信道是从频域和时域来描述的，是手机或基站真正使用的频点和时隙。一个逻辑信道只是一个简单的端对端的信息传送载体。是映射到物理信道上的。它描述了一个物理信道在一个特定时刻的功能。在一个特定时刻，一个特定的频点/时隙，既可以是话务信道，也可以是控制信道。在一个复帧中，有一个TCH物理信道的时隙用于传送控制信息，这个逻辑信道就是SACCH，它和TCH占用相同的物理信道。BCH信道上的重复周期也较长，使得各种不同的逻辑信道可以在同一个物理信道上共存。11/27/202237SIPIVT时隙与中同步字在一个时隙的结构中，在中间有26个比特，称为中同步字或训练比特。对于普通脉冲面言，中同步字将包

27、含从0到7，共8个不同的基站色码。在中同步字的两边，各有1个称为“伦比特”的比特位，TCH和FACCH（快速相关控制信道）就是通过“伦比特”来识别的。有时，为了传送一些紧急控制信息，将中断TCH话音信号，而将信道变为FACCH，通知MS改变其ARFCN或时隙。这也导致了TCH数据的丢失。时隙的其它部分主要用来传送数据，如：话音，以及时隙之间的保护比特。1个时隙中，有148个激活比特（Active bits），包括中同步字、“伦比特”、数据和保护比特。而有用的比特是147个。从第一个比特的中间开始，到最后一个比特的中间结束。11/27/202238SIPIVT下行和上行时隙、信道分配手机向基站发

28、送信号的上行频段范围是890915MHZ，基站向手机发送信号的下行频段范围是935960MHZ。上、下行信道组成频率对。对GSM 900而言，两者相差45MHZ。见附图。例：如图示，设我们被分配在时隙2，正处于通话模式，和基站交换信息。可见上行和下行的时间最短相差3个时隙。如果我们在下行的时隙2接收到1个信息，那么我们必须在2个时隙内转移到上行频率上，在3个时隙后开始发送信息。然后，我们必须转回下行频率，开始准备接收下一帧的同一时隙（第2时隙）的信号。11/27/202239SIPIVT下行和上行时隙、信道分配图11/27/202240SIPIVT邻近小区BCH功率的测量除了正常地收发自己的信

29、息外，手机必须还能改变频率，对相邻小区的BCH进行接收与测量。并向所属基站汇报，以便在适当时候进行越区转换。例：当我们接收到第2时隙信号后，首先将频率改变45MHZ去发送信号，然后改变若干KHZ，来对邻近小区的BCH电平进行监测，然后将频率再改回45MHZ若干KHZ接收信号。每30S向基站汇报1次，好让基站决定何时进行越区切换。RXLev信息通过上行的SACCH传送给基站。手机通过1张基站分配表（BA table）获悉在哪些频点上对相邻小区的BCH信号进行监测。（BA table）可由BCH传送，也可由下行的SACCH信道传送。11/27/202241SIPIVT邻近小区BCH功率的测量示图1

30、1/27/202242SIPIVT跳频模式如果我们所处的区域存在严重的多径传播，如在城市中很多建筑物都可以引起信号反射。则这个需要工作在跳频模式。所有的手机必须有工作于跳频模式的能力。跳频：就是改变信道所用的频率。好处在于减小干扰和加强保密。GSM无线接口采用低速跳频（SFH）。例：见跳频模式图。可见分配给这一小区的频率序列将被依次重复使用。跳频序列由小区信道分配表（CA table）和手机信道分配表（MA table）来定义。CA table包含了1个特定小区内可使用的跳频序列的所有频点。宽可由下行的BCH或SACCH传送给手机。MA table是CA table的1个索引，它给出了一个特定

31、可使用的跳频序列。通常，基站在越区切换或分配信道时将它传送给手机。11/27/202243SIPIVT跳频模式示图11/27/202244SIPIVT模拟数据的数字信号编码（PCM）将模拟信号变换为数字信号的常用方法是脉码调制（PCM）过程由以下三步构成。1、采样、采样：采样定理，只要采样频率不低于有效信号最高频率或其带宽的两倍，则采样值包含了原始信号的全部信息，利用LPF可从这些采样中重新构造出原始信号。2、量化、量化：将采样点处测得的信号幅值分级取整。通常将模拟信号的最大可能幅值分为若干级（2n级），而后测量得到的幅值按此分级舍入取整，得到一个正整数。3、编码、编码：将量化后的整数值用一定

32、位数的二进制数来表征。如力所示分为8个量级，用3位二进制编码来表示量化后的采样值。11/27/202245SIPIVTPCM（续）在发送端，经此变换后，把模拟信号转换成二进制数码序列，传输到接收端。在接收端，先进行译码，把二进制数码转换成代表原模拟信号的幅度不等的量化脉冲，再经过滤波，就可使幅度不同的量化脉冲还原成原来的模拟信号。在PCM中，分级取整量化时，引进了误差。分级越细，误差越小。但每个采样点所需的位数越多。为了在同样误差精度下，压缩所需的位数，在基本PCM技术基础上出现了各种各样的变形。11/27/202246SIPIVT语音编码与信道类型现代数学通信系统往往采用话音压缩编码技术，G

33、SM也不例外。它利用语声编码器为人体喉咙所发出的音调和噪声，以及人的口和舌的声学滤波效应建立模型。这些模型参数将通过TCH信道进行传送。语音编码器是建立在残余激励线性预测编码器（RELP）的基础上的。并通过长期预测器（LTP）增强压缩效果。LTP通过去除话音的元音部分，使得残余数据的编码更为有利。语音编码器以20ms为单位。经压缩编码后输出260bits,因此码速率为13kbps。根据重要性不同，输出的比特分成182bits和78bits两类。较重要的182bits又可以进一步细分出50个最重要的比特。与传统的PCM线路上语声的直接编码传输相比，GSM的13kbps的话音速率要低得多。未来的更

34、加先进的话音编码器可以将速率进一步降低到6.5kbps（半速率编码）。11/27/202247SIPIVT语音编码示图11/27/202248SIPIVTGSM的空间接口的特性，决定了误码是不可避免的，GSM的比特数据经过特殊处理后，使得误码往往发生在那些次要的比特上，重要比特对话音的影响要比次要比特大的多。次要比特（II类比特）没有检错和纠错的能力。最重要的la比特可以由CRC比特来进行检错。la比特和次重要的比特都有卷积纠错码的保护。有的时候可以把GSM的比特比作客机中的乘客，乘客分为三个等级：la,lb,和II类。最重要的la比特将进入头等舱，它们将受到大量的纠错和检错的保护。这些保护比

35、特也将在TCH脉冲中传送。第二等级的II类比特将在TCH信道中占用较少的空间，这就如同飞机上的头等舱和二等舱的旅客一样。在下面的一张图片上我们将看到最终的456bits是如何在TCH信道上传送的。为了减少整个帧信号丢失的影响。比特数据在卷积纠错编码之前要进行交织重组。纠 错11/27/202249SIPIVT纠错图11/27/202250SIPIVT循环冗余码(CRC)循环冗余码(CRC:cyclic redundancy code)是数据通信中广泛使用的检错码，它漏检率低，易于硬件实现。又称为多项式码。编码译码方法 信息位 1011001 K(x)=x6+x4+x3+1 冗余位 1010 R

36、(x)=x3+x 码字 10110011010 T(x)=x4K（x）+R（x）=x10+x8+X7+x4+x3+x由信息位产生冗余位的编码过程，就是已知K(x)求 R(x)的过程。在CRC码中可通过找到一个特定的r次多项式G(x)来实现。XrK(x)/G(x)所得的余式,即 R(x)。除法中用到的加减法均为异或除法中用到的加减法均为异或运算运算。11/27/202251SIPIVTs一个由二进制数位串组成的代码可以和一个只含有0和1两个系数的多项式建立一一关系。如：10111 多项式为x4+x2+x+1。CRC码在发送端编码和接收端校验时都可利用事先约定的生成多项式G(x)来得到。例：K(x

37、)=x6+x4+x3+1，若取r=4，G(x)=x4+x3+1，求余数为1010，即对应 R(x)=x3+x，所以XrK(x)=Q(x)G(x)+R(x),其中Q(x)为商式.在信道上发送的码字多项式为T(x)=xrK（x）+R（x）。若传输无错，则接收方收到的码字也对应于此多项式。将接收的码字多项式除以G(x)，因为 T(x)=xrK（x）+R（x）=Q(x)G(x)+R(x)+R(x)=Q(x)G(x)注意注意：加法为异或运算，故加法为异或运算，故R(x)+R(x)=0R(x)+R(x)=0 即T(x)能被G(x)整除。也就是说，若余式为0，则传输无差错，反之则传输有误，可见G(x)的选择

38、，直接影响CRC码的检错能力。广泛使用的标准生成多项式如：CRC-12=x12+x11+x3+x2+x+1，CRC-16=x16+x15+x2+1，CRC-CCITT=x16+x12+x5+111/27/202252SIPIVT对角交错图11/27/202253SIPIVT对角交错重要的人物们，如一个公司的全体董事会成员，往往不会乘坐同一架飞机，以免飞机失事，使得整个管理阶层不复存在。同样的，GSM的比特也扩展到了不同的TCH脉冲中。如果有 一个脉冲因为干扰而丢失了它的信息比特，我们仍然可以通过纠错编码机制得到足够的比特数，来保持一个可以接受的话音质量，话音数据的456bits将被划分为8块，

39、每块57bits。每个TCH脉冲将被传送2个不同的20ms中的数据，每组各传送57bits的一个小块。11/27/202254SIPIVT对角交错（续）从上面图片的算式中可以看到，在120ms的时间内，话音编码器将处理6个20ms的语声块，每块456bits，120ms的话音，共将产生2736bits。每个TCH突发将在中同步字的两端各传送57bits的数据块，即每个TCH突发传送114bits话音数据。因此，120ms的语声产生的2736bits将需要24个TCH突发传送，即24帧（手机每帧发送1次）。在前面的一张图片上，我们看到一个TCH复帧拥有26个TCH帧，复帧的周期也是120ms。由

40、于手机或基站每帧都需要发送1个TCH突发，所以在120ms时间内将有2个多余帧，不需要传送话音信息。其中的一个多余帧将被用来作SACCH，另一个是闲置保留帧。11/27/202255SIPIVTTCH复帧图11/27/202256SIPIVTTCH复帧这张图显示了SACCH、闲置帧与其它TCH帧之间的关系。手机利用闲置帧时间来进行一些复杂的测试，如相邻小区的BCH测试，这样它就有足够的时间调谐到相邻的BCH信道上，并对中同步字解码，通过中同步字中的色码，手机可以更好地了解有关被测信号的信息。11/27/202257SIPIVTSACCH（慢速相关控制信道）另一个空闲帧突发将被用作SACCH信道

41、。在下行链路方向，基站可以通过SACCH信道向手机缓慢而有规则地传送各种控制信息。例如，当手机在小区内移动时，需要控制手机的发射功率和调整时序前置的时间。SACCH信道同时也传送着BA table 和CA table的信息。上行的SACCH信道主要用来传送手机的一些测量结果，如TCH接受信号的强度和质量，以及相邻小区BCH的测量结果，手机的状态等。11/27/202258SIPIVTSACCH信道示图11/27/202259SIPIVTFACCH示图11/27/202260SIPIVTFACCH（快速相关控制信道）当手机向基站汇报的SACCH测量结果显示相邻的信号质量比当前小区的更好时，就需要

42、作越区切换所需要的各种信息，如新的信道号和时隙号、MA table等。这时TCH将暂时为FACCH信道所代替。由于FACCH信道使用连续的脉冲串来传送信号，所以它的速率要比每隔26帧才传送一次的SACCH信道高得多。中同步字两边的“伦比特”将被置位，指明这是一个FACCH信号，而不是TCH信号。在其它方面FACCH和TCH时一样的，它们使用相同的物理通道。TCH信道的数据是有可能丢失的，因此在越区切换时，有可能造成话音的短时中断。11/27/202261SIPIVTRACH随机访问信道手机用该信道与基站取得联系。手机不知道路由延时：所以RACH有特别短的脉冲串；只有在下行SACCH上得到时序调

43、整信号后，手机才发送正常的脉冲串。当手机和基站载波和帧同步锁相之后，手机就开始搜索BCH信道上的其它信息，这时就可以发出或者接收呼叫了。一旦手机下处于这种状态，我们就说它已向基站登录了。11/27/202262SIPIVTRACH随机访问信道（续）如果手机离基站比较近，它们之间的时序就非常接近。而当手机处于小区边缘时，如离基站台30km处，SCH 信道信号将会有100us的传输延迟。手机的时序也将存在100us的误差。当手机发出一个RACH呼叫请求信号时，这个RACH信号的发送时间已经晚了100us的传输时延，到达基站时，它将晚200us。为了避免和相邻时隙脉冲冲突，RACH脉冲串比正常的脉冲

44、串要短。RACH并不是唯一的短脉冲串，当手机从一个小区切换到另一个小区时，它可能在一个短暂的时间内得不到从新的小区下行的SACCH信道传来的新小区的时序调整信号，这个时候，该手机的脉冲串，就可能和新小区中的其它脉冲串发生冲突。因此在得到新的小区时序调整信号之前，它总是发送短的接入脉冲串。11/27/202263SIPIVTBCH-广播信道在所有小区、所有时刻都占用一个ARFCN，始终发送信号。有用的BCH信号将在0时隙传送其它的时隙将用来传送填充或TCH信号。允许手机同步。标志网络。带有页面调度信息和其它控制信息。手机开机后，首先寻找的就是BCH 信号。BCH信道的所有时隙必须都处于激活状态，

45、使得同频于其它小区的手机可以测量它的功率。11/27/202264SIPIVTBCH信道中的主要内容：FCH(Frequency Correction Channel）在BCH信道上有一个重复的频率校正逻辑信道。它由一个特定的比特序列组成的，使得手机开机以后，能够将自身内部的频率同步调谐到基站的频率上去。SCH(Synchronisation Channel)同步逻辑信道的中同步字较长。手机在和FCH同步以后，可以利用SCH进一步地调整自己的时序，与网络的复帧序列同步。BCCH(Broadcast Control Channel)广播控制信道不仅传送网络的识别信息。它也传送了小区内可以使用的频

46、道信息（如BA、CA table)11/27/202265SIPIVTBCH信道中的主要内容：（续）CCCH(Common Control Channel)公用控制信道就象一块广告栏，手机可以象接收FCH、SCH和BCCH一样接收CCCH的信号。在CCCH上有一个子信道PCH(Paging Channel页面调度信号)。当手机在PCH逻辑信道上发现自己以后，就知道它应当回送一个RACH信号，来请求服务。CCCH的另一个子信道是AGCH(Access Grant Channel接入允许逻辑信道)。当一个手机通过RACH发出呼叫请求时，基站就可以在CCCH上的AGCH信道作出响应，同时传送手机发送

47、的RACH信道中的随机数。AGCH信道将指示手机进入SDCCH或TCH信道中。在BCH信道中上述逻辑信道可以有多种不同的配置。具体选用何种配置将取决于小区中的用户数目。如果用户数较多，就需要一个大容量的CCCH信道，这时B CH信道中除了SCH、FCH和BCCH以外的全部容量都将分配给CCCH。在其它情况下，BCH信道上多余的容量也可用于独立专用控制信道SDCCH(Stand-alone Dedicated Control Channel)。11/27/202266SIPIVTSDCCH独立专用控制信道该信道用于呼叫建立过程。相当于BCH和TCH之间的过渡台阶。用于身份验证等。SDCCH信道有

48、时作为BCH的一个逻辑子信道存在于BCH信道上，有时也可有自己独立的物理信道，SDCCH的复帧结构和TCH不同。SDCCH的重复率较低，不到每帧一次。因此，一个物理信道可以容纳8个以上的SDCCH信道。数据速率相应地也要比TCH的低。SDCCH的作用就象一个过渡的台阶，在呼叫建立过程中，从手机发出RACH呼叫请求，得到服务，到开始通话之间，将会有相当长的时间，大量 的时间被消耗在振铃和等待应答上。在这个过程中，需要在手机和基站之间交换一些控制信息。当摘机应答信号发出以后，就开始进行手机用户身份确认，但这时还不需进行话音信息的交换，由于SDCCH只使用小区物理信道中很少的一部分信道资源，因此利用

49、率较高，并且它在手机和基站开始交换话音数据之前提供了一个有用的保持过渡信道。和TCH 一样，SDCCH 也有自己的SACCH。11/27/202267SIPIVTSIM卡用户识别号码模块SIM卡插入每部GSM手机。大小有两种规格：信用卡大小的标准SIM卡，及邮票大小的微型SIM卡。在SIM卡上存放着所有唯一的用户信息。用户识别号码IMSI（International Mobile subscriber Identification)；用户所属的网络号和国家号（MCC和MNC）；其它的一些用户专用信息，如缩位号码、存贮器等。没有插入SIM卡的GSM手机都是一样的，SIM卡使每个手机有了自己的身份

50、。如果一个叫Fred 的用户在出差时带着他的SIM卡，并把它插入租来的汽车的GSM移动台中，车载台的身份就由所插入的SIM卡决定了。Fred所属网络提供的各项接入功能、缩位拨号等功能将自动转移到租用的车载台上。更重要的是，SIM同时附带着你的电话号码，如果Fred所在的办公室想呼中他，他们只需拨打他正常的移动手机号码，网络将会从Fred的SIM卡得知他的手机所处的位置，然后将呼叫转移到他租来的车载台上。为了满足测试的需要，有一种特殊的SIM卡-Test-SIM卡。它允许手机进入一种特殊的环回模式中来进行接收机误码测试。11/27/202268SIPIVTSDCCH示图11/27/202269S