第12讲第三章 GSM数字蜂窝移动通信系统.ppt

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1、3.2GSM数字蜂窝移动通信系统的无线传数字蜂窝移动通信系统的无线传输方式输方式3.2.1TDMA/FDMA接入方式接入方式3.2.2信道及其组合信道及其组合3.2.3时隙的格式时隙的格式3.2.4信道的组合方式信道的组合方式3.2.1TDMA/FDMA接入方式接入方式1时隙时隙GSM蜂窝系统蜂窝系统采用采用时分多址、频分多址和频分双工时分多址、频分多址和频分双工（TDMA/FDMA/FDD）制）制式。式。在在25MHz的频段中共分的频段中共分125个频道个频道，频道间隔频道间隔200kHz。每载波含每载波含8个（以后可个（以后可扩展为扩展为16个）个）时隙时隙，时隙宽为时隙宽为0.577ms

2、。8个时隙构成一个个时隙构成一个TDMA帧帧，帧长为帧长为4.615ms。时分多址时分多址是把是把时间时间分割成分割成周期性的帧周期性的帧，每一个帧每一个帧再分割成再分割成若干个时隙若干个时隙向基站向基站发送信号，在发送信号，在满足定时和同步的条件下满足定时和同步的条件下，基站基站可以分别在可以分别在各时隙中各时隙中接收到各接收到各移动终端的信号而不混扰。同时，移动终端的信号而不混扰。同时，基站发向多个移动终端的信号基站发向多个移动终端的信号都按顺序安都按顺序安排在排在预定的时隙预定的时隙中传输，各中传输，各移动终端移动终端只要在指定的时隙内接收，就能在合路只要在指定的时隙内接收，就能在合路的

3、信号中把发给它的信号区分并接收下来。的信号中把发给它的信号区分并接收下来。TDMATDMA较之较之FDMAFDMA具有通信口具有通信口质量高质量高，保密较好保密较好，系统容量较大等优点系统容量较大等优点，但它，但它必必须有精确的定时和同步须有精确的定时和同步以保证以保证移动终端和基站间正常通信移动终端和基站间正常通信，技术上比较复杂技术上比较复杂。把信道频带分割为若干更窄的互不相交的频带（称为子频带），把每个子频把信道频带分割为若干更窄的互不相交的频带（称为子频带），把每个子频带分给一个用户专用（称为地址）。这种技术被称为带分给一个用户专用（称为地址）。这种技术被称为“频分多址频分多址”技术。

4、技术。频分双工（频分双工（FDD）：就是在频率上分了上行频率和下行频率。）：就是在频率上分了上行频率和下行频率。如果拿现在的如果拿现在的GSM通信系统来说的话。有不同的收发频率。通信系统来说的话。有不同的收发频率。它的上行频率是它的上行频率是890MHZ到到915MHZ-这个主要是这个主要是手机到基站的；手机到基站的；它的它的下行频率是下行频率是935MHZ到到960MHZ，即：基站到手机的传输速率。，即：基站到手机的传输速率。时分双工（时分双工（TDD）：它把每个信道分为上行帧和下行帧。）：它把每个信道分为上行帧和下行帧。-也就是说它也就是说它只用了一个频率，传输和接收的冲突通过时间分开。只

5、用了一个频率，传输和接收的冲突通过时间分开。l对双工载波各用一个时隙构成一个双向物理信道，这种物理信道共有对双工载波各用一个时隙构成一个双向物理信道，这种物理信道共有1258=1000个，根据需要分配给不同的用户使用。个，根据需要分配给不同的用户使用。l移动台在特定的频率上和特定的时隙内，以猝发方式向基站传输信息，移动台在特定的频率上和特定的时隙内，以猝发方式向基站传输信息，基站在相应的频率上和相应的时隙内，以时分复用的方式向各个移动基站在相应的频率上和相应的时隙内，以时分复用的方式向各个移动台传输信息。台传输信息。图图3-5TDMA/FDMA接入方式接入方式2频率与频道序号频率与频道序号 G

6、SMGSM系统工作在以下射频频段：系统工作在以下射频频段：上行（移动台发、基站收）为上行（移动台发、基站收）为890MHz890MHz915MHz915MHz下行（基站发、移动台收）为下行（基站发、移动台收）为935MHz935MHz960MHz960MHz收、发频率间隔为收、发频率间隔为45MHz45MHz。移动台采用较低频段发射移动台采用较低频段发射，传播损耗较低传播损耗较低，有利于补偿上、下行功率不平衡，有利于补偿上、下行功率不平衡的问题。的问题。2频率与频道序号频率与频道序号由于由于载频间隔是载频间隔是0.2MHz，因此，因此GSM系统系统整个工作频段分为整个工作频段分为124对载对载

7、频频。其。其频道序号用频道序号用n表示表示，则，则上、下两频段中序号为上、下两频段中序号为n的载频可用下式的载频可用下式计算：计算：下频段下频段:fl(n)=(890+0.2n)MHz上频段上频段:fh(n)=(935+0.2n)MHz3调制方式调制方式GSM的调制方式的调制方式是是高斯型最小移频键控（高斯型最小移频键控（GMSK）方式）方式，矩形脉冲，矩形脉冲在调制在调制器之前先通过一个高斯滤波器器之前先通过一个高斯滤波器。4载频复用与区群结构载频复用与区群结构GSM系统中，系统中，基站发射功率为每载波基站发射功率为每载波500W，每时隙平均为每时隙平均为500/8=62.5W。移动台发射功

8、率分为移动台发射功率分为0.8W、2W、5W、8W和和20W五种五种，可供用户选，可供用户选择。择。小区覆盖半径最大为小区覆盖半径最大为35km，最小为最小为500m。前者适用于农村地区前者适用于农村地区，后后者适用于市区者适用于市区。由于系统采取了多种抗干扰措施，如自适应均衡、跳频和纠错编码等，由于系统采取了多种抗干扰措施，如自适应均衡、跳频和纠错编码等，同频道射频防护比可降到同频道射频防护比可降到C/I=9dB，因此，因此在业务密集区在业务密集区，可采用，可采用3小小区区9扇区扇区的区群结构。的区群结构。3.2.2信道及其组合信道及其组合每一个每一个TDMATDMA帧帧分为分为0 07 7

9、共共8 8个时隙个时隙，帧，帧长度为长度为4.615ms4.615ms。由由若干个若干个TDMATDMA帧构成复帧帧构成复帧，其，其结构有两种结构有两种：一种是由：一种是由2626帧组成的复帧帧组成的复帧，这种，这种复帧复帧长长120ms120ms，主要用于，主要用于业务信息的传输业务信息的传输，也称作，也称作业务复帧业务复帧；另一种是由；另一种是由5151帧帧组成的复帧组成的复帧，这种，这种复帧长复帧长235.385ms235.385ms，专用于，专用于传输控制信息传输控制信息，也称作，也称作控制复帧控制复帧。由由5151个业务复帧个业务复帧或或2626个控制复帧个控制复帧均可均可组成一个超

10、帧组成一个超帧，超帧的，超帧的周期为周期为13261326个个TDMATDMA帧帧，超帧，超帧长长为为51X26X4.615X10-351X26X4.615X10-36.12s6.12s。由由20482048个超帧个超帧组成组成超高帧超高帧，超高帧的，超高帧的周期为周期为2048X1326=27156482048X1326=2715648个个TDMATDMA帧帧，即，即12533.76s12533.76s，即，即3 3小时小时2828分分5353秒秒760760毫秒毫秒。帧的编号帧的编号（FNFN）以超高帧为周期以超高帧为周期，从，从0 0到到27156472715647。图图3-6GSM系统

11、各种帧及时隙的格式系统各种帧及时隙的格式 GSMGSM系统系统上行传输所用的帧号上行传输所用的帧号和和下行传输所用的帧号相同下行传输所用的帧号相同，但，但上行帧相对上行帧相对于下行帧于下行帧来说，来说，在时间上推后在时间上推后3 3个时隙个时隙。如图。如图3-73-7这样安排这样安排允许移动台在这允许移动台在这3 3个个时隙的时间内时隙的时间内，进行帧调整进行帧调整以及以及对收发信机的调谐和转换对收发信机的调谐和转换。图图3-7上行帧号和下行帧号所对应的时间关系上行帧号和下行帧号所对应的时间关系2信道分类信道分类图图3-8 GSM3-8 GSM系统的信道分类系统的信道分类（1）业务信道。）业务

12、信道。语音业务信道。语音业务信道。数据业务信道。数据业务信道。（2）控制信道。）控制信道。广播信道（广播信道（BCH）广播信道是一种广播信道是一种“一点对多点一点对多点”的的单方向控制信道单方向控制信道，用于基站向移动台用于基站向移动台广播公用的信息广播公用的信息，传输的内容传输的内容主要是主要是移动台入网移动台入网和和呼叫建立所需要的有关信呼叫建立所需要的有关信息息。其中又分为：。其中又分为：a.频率校正信道（频率校正信道（FCCH）：传输供移动台校正其工作频率的信息传输供移动台校正其工作频率的信息；b.同步信道（同步信道（SCH）：传输：传输供移动台进行同步供移动台进行同步和和对基站进行识

13、别的信息对基站进行识别的信息，因为，因为基站识别码基站识别码是是在同步信道上传输在同步信道上传输的；的；c.广播控制信道（广播控制信道（BCCH）：传输系统公用控制信息传输系统公用控制信息。公用控制信道（公用控制信道（CCCH）CCCH是一种是一种双向控制信道双向控制信道，用于用于呼叫接续阶段呼叫接续阶段传输链路连接传输链路连接所需的控制所需的控制信令信令，其中又分为：，其中又分为：a.寻呼信道（寻呼信道（PCH）：传输基站寻呼移动台的信息传输基站寻呼移动台的信息；b.随机接入信道（随机接入信道（RACH）：这是一个：这是一个上行信道上行信道，用于，用于移动台随机提出的入网移动台随机提出的入网

14、申请申请，即，即请求分配一个独立专用控制信道（请求分配一个独立专用控制信道（SDCCH）；）；c.准许接入信道（准许接入信道（AGCH）：这是一个：这是一个下行信道下行信道，用于，用于基站对移动台的入网申基站对移动台的入网申请作出应答请作出应答，即，即分配一个独立专用控制信道分配一个独立专用控制信道。专用控制信道（专用控制信道（DCCH）这是一种这是一种“点对点点对点”的的双向控制信道双向控制信道，其，其用途是用途是在在呼叫接续阶段以及在呼叫接续阶段以及在通信进行当中通信进行当中，在移动台和基站之间传输所必要的控制信息在移动台和基站之间传输所必要的控制信息。其中又分为如。其中又分为如下几种：下

15、几种：a.独立专用控制信道（独立专用控制信道（SDCCH）：用于：用于在分配业务信道之前传送有关信令在分配业务信道之前传送有关信令。例。例如：登记、鉴权等信令均在此信道上传输，经鉴权确认后，再分配业务信道如：登记、鉴权等信令均在此信道上传输，经鉴权确认后，再分配业务信道（TCH）。）。b.慢速辅助控制信道（慢速辅助控制信道（SACCH）：在移动台和基站之间，需要周期性的传输一在移动台和基站之间，需要周期性的传输一些信息。些信息。例如：移动台要不断的报告正在服务的基站和邻近基站的信号强度例如：移动台要不断的报告正在服务的基站和邻近基站的信号强度，以以实现实现“移动台辅助切换功能移动台辅助切换功能

16、”。此外，。此外，基站对移动台的功率调整、时间调基站对移动台的功率调整、时间调整命令也在此信道上传输整命令也在此信道上传输，因此，因此SACCH是双向的点对点控制信道是双向的点对点控制信道。SACCH可与一个业务信道或一个独立专用控制信道联用。可与一个业务信道或一个独立专用控制信道联用。c.快速辅助控制信道（快速辅助控制信道（FACCH）：传送与传送与SACCH相同的信息相同的信息，只有，只有在没有分在没有分配配SDCCH的情况下，才使用这种控制信道的情况下，才使用这种控制信道。使用时要中断业务信息使用时要中断业务信息，把，把FACCH插入业务信道插入业务信道，每次占用的时间很短。，每次占用的

17、时间很短。3.2.3时隙的格式时隙的格式在在GSM系统中，系统中，每帧含每帧含8个时隙个时隙，时隙的宽度为，时隙的宽度为0.577ms，其中包含，其中包含156.25bit。TDMA信道上一个时隙中的信息格式信道上一个时隙中的信息格式称为称为突发脉冲序列突发脉冲序列。1 1常规突发（常规突发（Normal BurstNormal Burst，NBNB）脉冲序列）脉冲序列常规突发脉冲序列常规突发脉冲序列也称也称普通突发脉冲序列普通突发脉冲序列，用于业务信道及专用用于业务信道及专用控制信道控制信道，其组成格式如图，其组成格式如图3-8所示。所示。常规突发脉冲序列：常规突发脉冲序列：“57个加密比特

18、个加密比特”是是客户数据或话音客户数据或话音；“1”比特比特用作用作借用标志借用标志。借用标志是。借用标志是表示此数据的性质是业务信号或控制信表示此数据的性质是业务信号或控制信号号；“26个训练比特个训练比特”作作自适应均衡器训练序列自适应均衡器训练序列，以，以消除多径效应产生的码间干消除多径效应产生的码间干扰扰；“TB”尾比特尾比特总是总是000帮助均衡器判断起始位和中止位帮助均衡器判断起始位和中止位。“GP”保护间隔保护间隔，8.25个比特（相当于大约个比特（相当于大约30ms），是一个），是一个空白空间空白空间。由于。由于每载频最多每载频最多8个客户，因此必须保证各自时隙发射时不相互重迭

19、。尽管使用了个客户，因此必须保证各自时隙发射时不相互重迭。尽管使用了时间调整方案，但来自不同移动台的突发脉冲序列彼此间仍会有小的滑动，时间调整方案，但来自不同移动台的突发脉冲序列彼此间仍会有小的滑动，因此因此8.25个比特的保护可使发射机在个比特的保护可使发射机在GSM建议许可范围内上下波动建议许可范围内上下波动。2 2频率校正突发（频率校正突发（Frequency Correction BurstFrequency Correction Burst，FCBFCB）脉冲序列）脉冲序列 频率校正突发脉冲序列频率校正突发脉冲序列用于用于校正移动台的载波频率校正移动台的载波频率，其格式比较简单，如图

20、，其格式比较简单，如图3-83-8所示。所示。图中图中“固定比特固定比特”全部是全部是0 0，发送的射频是一个与载频有固定偏移（频移）的纯正弦波发送的射频是一个与载频有固定偏移（频移）的纯正弦波，以便于调整移动台的载频以便于调整移动台的载频。“TBTB”和和“GPGP”同普通突发脉冲序列中的同普通突发脉冲序列中的“TBTB”和和“GPGP”。3同步突发（同步突发（SynchronizationBurst，SB）脉冲序列）脉冲序列同步突发脉冲序列同步突发脉冲序列用于移动台的时间同步用于移动台的时间同步，其格式如图所示，其格式如图所示，主要组成主要组成包括包括64bit64bit的同步信号（扩展的

21、训练序列）的同步信号（扩展的训练序列）以及以及两段各两段各39bit39bit的数据的数据，用于传输用于传输TDMATDMA帧号和基站识别帧号和基站识别。4接入突发（接入突发（AccessBurst，AB）脉冲）脉冲序列序列 接入突发脉冲序列接入突发脉冲序列用于上行传输方向用于上行传输方向，在随机接入信道（在随机接入信道（RACHRACH）上传送）上传送，用于移用于移动用户向基站提出入网申请动用户向基站提出入网申请。接入突发脉冲序列的格式如图所示。接入突发脉冲序列的格式如图所示。除了上述四种格式之外，除了上述四种格式之外，还有一种不发送实际信息的时隙格式还有一种不发送实际信息的时隙格式，称为称为“虚设时隙虚设时隙”格式格式，用于填空用于填空，其，其结构和常规突发脉冲序列结构和常规突发脉冲序列NB格式相同格式相同，但，但只发送固定的比特序列只发送固定的比特序列。