(精品)GSM移动通信原理.ppt

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1、 GSM移动通信原理移动通信原理Page 2课程内容课程内容 第第3章章 GSM系统系统Um接口接口 Page 2Page 3第一第一节节 Um接口接口频频率率规规划划第二第二节节 Um接口物理信道接口物理信道第三第三节节 Um接口接口逻辑逻辑信道信道第四第四节节 Um接口接口话话音音处处理理第五第五节节 Um接口控制技接口控制技术术GSMGSM系统系统系统系统UmUm接口接口接口接口Page 3Page 4几个基本概念几个基本概念几个基本概念几个基本概念l突发脉冲序列突发脉冲序列：占有一个限定的持续时间和占有限定的：占有一个限定的持续时间和占有限定的无线频谱，它们在时间和频率窗上输出。无线频

2、谱，它们在时间和频率窗上输出。l时隙（时隙（Time Slot）是隙缝的时间间隔，它的持续时间被是隙缝的时间间隔，它的持续时间被用于作为时间单元用于作为时间单元BP，意为突发脉冲序列周期（，意为突发脉冲序列周期（Burst Period）.l使用一个给定的信道使用一个给定的信道就意味着在特定的时刻和特定的频就意味着在特定的时刻和特定的频率中传送突发脉冲序列率中传送突发脉冲序列l突发脉冲序列：占有一个限定的持续时间和占有限定的无线频谱，它们在时间和频率窗上输出。l时隙（Time Slot）是隙缝的时间间隔，它的持续时间被用于作为时间单元BP，意为突发脉冲序列周期（Burst Period）.l使

3、用一个给定的信道就意味着在特定的时刻和特定的频率中传送突发脉冲序列l200KHz带宽称为频隙（Frequency Slot），相当于GSM规范书中的无线频道（Radio Frequency Channel），也称射频信道lTDMA帧（Frame）通常被表示为接连发生的 i 个时隙.GSM系统目前采用全速率业务信道，i 取为8Page 5Page 6您知道吗？您知道吗？l GSM无线信道有什么特点？无线信道有什么特点？l GSM系统频点如何分配？系统频点如何分配？UmUm接口频率规划接口频率规划接口频率规划接口频率规划Page 7GSM900无线频道特点：上行（MSBTS）：890-915MHZ

4、下行（BTSMS）：935-960MHZ双工间隔：45MHz载频间隔：200KHzUmUm接口频率规划接口频率规划接口频率规划接口频率规划Page 8Page 9DCS1800：上行（MSBTS）：1710-1785MHZ下行（BTSMS）：1805-1880MHZ双工间隔：95MHz载频间隔：200KHz UmUm接口频率规划接口频率规划接口频率规划接口频率规划Page 10GSM频道编号方法l GSM900频道编号：上行频率F l(n)=(890+0.2n)MHz 下行频率Fu(n)=(935+0.2n)MHz 其中：n 为绝对射频号，从1到124lDCS1800频道编号：上行频率F l(

5、n)=1710+0.2(n-511)MHz 下行频率Fu(n)=1805+0.2(n-511)MHz其中：n为绝对射频号，从512-885，实际上，我国从512-（512+224）UmUm接口频率规划接口频率规划接口频率规划接口频率规划Page 11GSM系统频点分配 基本的频率复用技术基本的频率复用技术 43将所有系统频点分为将所有系统频点分为12组；组；通常每个小区分配一组频点通常每个小区分配一组频点l紧密频率复用技术紧密频率复用技术MRP同心圆复用同心圆复用13UmUm接口频率规划接口频率规划接口频率规划接口频率规划Page 12第一第一节节 Um接口接口频频率率规规划划第二第二节节 U

6、m接口物理信道接口物理信道第三第三节节 Um接口接口逻辑逻辑信道信道第四第四节节 Um接口接口话话音音处处理理第五第五节节 Um接口控制技接口控制技术术GSMGSM系统系统系统系统UmUm接口接口接口接口Page 12Page 13您知道吗？您知道吗？您知道吗？您知道吗？每个载频上的时隙是如何成帧的？每个载频上的时隙是如何成帧的？每个载频上的时隙是如何成帧的？每个载频上的时隙是如何成帧的？UmUm接口上有哪几种突发脉冲序列？接口上有哪几种突发脉冲序列？接口上有哪几种突发脉冲序列？接口上有哪几种突发脉冲序列？UmUm接口物理信道接口物理信道接口物理信道接口物理信道Page 14物理信道帧结构物理

7、信道帧结构物理信道帧结构物理信道帧结构什么是突发脉冲？什么是突发脉冲？lGSM的每个载频是时分复用的每个载频分给八个全速率的每个载频是时分复用的每个载频分给八个全速率用户使用；用户使用；l每个用户在一个限定的、不连续的时间段内占用载频发每个用户在一个限定的、不连续的时间段内占用载频发送信号；送信号；突发脉冲突发脉冲l一个突发脉冲占用的时间缝隙一个突发脉冲占用的时间缝隙l 时隙；时隙；Page 15每个载频上的帧结构如何组成每个载频上的帧结构如何组成每个载频上的帧结构如何组成每个载频上的帧结构如何组成帧结构中涉及以下概念：帧结构中涉及以下概念：l时隙时隙lTDMA帧帧l复帧复帧l超帧超帧l超高帧

8、超高帧业务信道与信令信道的帧结构组成不同，请看下页业务信道与信令信道的帧结构组成不同，请看下页图示：图示：Page 16业务信道帧结构业务信道帧结构:l8时隙时隙TDMA帧帧l26TDMA帧帧1复帧复帧l51复帧复帧1超帧超帧l2048超帧超帧1超高帧超高帧控制信道帧结构控制信道帧结构l8时隙时隙TDMA帧帧l51TDMA帧帧1复帧复帧l26复帧复帧1超帧超帧l2048超帧超帧1超高帧超高帧 帧结构帧结构Page 17突发脉冲种类与功能突发脉冲种类与功能突发脉冲种类与功能突发脉冲种类与功能每一种突发脉冲完成什么功能？每一种突发脉冲完成什么功能？Um接口上有哪几种突发脉冲？接口上有哪几种突发脉冲

9、？Page 18l常规突发脉冲序列（常规突发脉冲序列（NB）l频率校正突发脉冲序列（频率校正突发脉冲序列（FB）l同步突发脉冲序列（同步突发脉冲序列（SB）l接入突发脉冲序列（接入突发脉冲序列（AB）突发脉冲种类与功能突发脉冲种类与功能突发脉冲种类与功能突发脉冲种类与功能Page 19l常规突发常规突发双向信道上完成常规信息的传送双向信道上完成常规信息的传送l频率校正突发频率校正突发下行信道上完成手机频率校正功能下行信道上完成手机频率校正功能l同步突发同步突发下行信道上完成手机帧同步功能下行信道上完成手机帧同步功能l接入突发接入突发上行信道上完成手机接入申请功能上行信道上完成手机接入申请功能突

10、发脉冲种类与功能突发脉冲种类与功能突发脉冲种类与功能突发脉冲种类与功能Page 20突发脉冲应用实例突发脉冲应用实例突发脉冲应用实例突发脉冲应用实例以手机开机为例，说明突发脉冲的应用：以手机开机为例，说明突发脉冲的应用：l 开机开机l 频率校正突发频率校正突发 接收下行信道信息，完成手机频率校正功能接收下行信道信息，完成手机频率校正功能l 同步突发同步突发 接收下行信道信息，完成手机帧同步功能接收下行信道信息，完成手机帧同步功能l 常规突发常规突发:接收下行信道上的系统消息接收下行信道上的系统消息l 接入突发接入突发:在上行信道上完成手机接入申请功能在上行信道上完成手机接入申请功能l 常规突发

11、常规突发:在双向信道上完成鉴权，加密后，进入空闲状在双向信道上完成鉴权，加密后，进入空闲状态态Page 21Page 22第一第一节节 Um接口接口频频率率规规划划第二第二节节 Um接口物理信道接口物理信道第三第三节节 Um接口接口逻辑逻辑信道信道第四第四节节 Um接口接口话话音音处处理理第五第五节节 Um接口控制技接口控制技术术GSMGSM系统系统系统系统UmUm接口接口接口接口Page 22Page 23UmUm接口逻辑信道接口逻辑信道接口逻辑信道接口逻辑信道您知道吗？您知道吗？为什么引入逻辑信道？为什么引入逻辑信道？逻辑信道的种类？逻辑信道的种类？每一种逻辑信道的功能？每一种逻辑信道的功

12、能？逻辑信道如何组合？逻辑信道如何组合？Page 24为什么引入逻辑信道为什么引入逻辑信道为什么引入逻辑信道为什么引入逻辑信道lUm接口物理信道上传送的信息种类繁多；接口物理信道上传送的信息种类繁多；l每一类信息均有一定的要求和规律；由一定每一类信息均有一定的要求和规律；由一定的物理信道支撑；的物理信道支撑；l为了表述每一类信息的方便，定义了多种逻为了表述每一类信息的方便，定义了多种逻辑信道辑信道.Page 25逻辑信道的分类逻辑信道的分类逻辑信道的分类逻辑信道的分类逻辑信道分为两类：逻辑信道分为两类：l业务信道业务信道（Traffic Channel）：）：传业务信息，包括：话音和数据；传业

13、务信息，包括：话音和数据；l控制信道控制信道（Control Channel），或称为），或称为信令信道（信令信道（Signalling Channel）：）：传各种控制信息；传各种控制信息；Page 26逻辑信道类型逻辑信道类型逻辑信道类型逻辑信道类型Page 27话音业务信道话音业务信道l全速率话音业务信道（全速率话音业务信道（TCH/F)l半速率话音业务信道（半速率话音业务信道（TCH/H)l增强型全速率话音业务信道（增强型全速率话音业务信道（Enhanced TCH/F）业务信道业务信道业务信道业务信道Speech Traffic Type话音编码速率话音编码速率（Kbit/s）信道编

14、码速率信道编码速率（Kbit/s）Full-rate Speech1322.8Enhanced Full-rate Speech12.2Half-rate Speech6.511.4Page 28数据业务信道数据业务信道l9.6kbit/s，全速率数据业务信道（，全速率数据业务信道（TCH/F9.6）l4.8kbit/s，全速率数据业务信道（，全速率数据业务信道（TCH/F4.8）l4.8kbit/s，半速率数据业务信道（，半速率数据业务信道（TCH/H4.8）l2.4kbit/s，全速率数据业务信道（，全速率数据业务信道（TCH/F2.4）l2.4kbit/s，半速率数据业务信道（，半速率数

15、据业务信道（TCH/H2.4）业务信道业务信道业务信道业务信道Page 29作用：作用：控制信道（控制信道（CCH）用于传送信令或同步数据）用于传送信令或同步数据.分类（三大类）分类（三大类）:l广播信道（广播信道（BCH）l公共控制信道（公共控制信道（CCCH）l专用控制信道（专用控制信道（DCCH）控制信道控制信道控制信道控制信道Page 30特点特点：下行信道，传频率校正、同步及系统消息：下行信道，传频率校正、同步及系统消息分类（三种）：分类（三种）：l频率校正信道（频率校正信道（FCCH）l同步信道（同步信道（SCH）l广播控制信道（广播控制信道（BCCH）广播信道（广播信道（广播信道

16、（广播信道（BCHBCH）Page 31l频率校正信道（频率校正信道（FCCH），），传送：传送：移动台的频率校正信息移动台的频率校正信息l同步信道（同步信道（SCH），），传送同步信息：传送同步信息：基站识别码基站识别码BSIC,简化简化TDMA帧号帧号l广播控制信道（广播控制信道（BCCH），），传送：传送：手机由此获得各种系统参数手机由此获得各种系统参数 广播信道（广播信道（广播信道（广播信道（BCHBCH）功能）功能）功能）功能Page 32特点：系统内移动台共用特点：系统内移动台共用分类：分类：l寻呼信道（寻呼信道（PCH）l随即接入信道（随即接入信道（RACH）l接入允许信道（接入

17、允许信道（AGCH）公共控制信道（公共控制信道（公共控制信道（公共控制信道（CCCHCCCH）Page 33l寻呼信道（寻呼信道（PCH）下行，用于寻呼移动台下行，用于寻呼移动台l随即接入信道（随即接入信道（RACH）上行，用于移动台提出入网申请，请求分配一上行，用于移动台提出入网申请，请求分配一条条SDCCH；l接入允许信道（接入允许信道（AGCH）下行，用于入网应答，分配一条下行，用于入网应答，分配一条SDCCH或或TCH 公共控制信道（公共控制信道（公共控制信道（公共控制信道（CCCHCCCH）功能）功能）功能）功能Page 34 特点：由基站分给某一特定的移动台专用特点：由基站分给某一

18、特定的移动台专用 专用控制信道（专用控制信道（专用控制信道（专用控制信道（DCCHDCCH）l独立专用控制信道（独立专用控制信道（SDCCH）双向，用于传送鉴权、业务信道指配信息；双向，用于传送鉴权、业务信道指配信息；l慢速随路控制信道（慢速随路控制信道（SACCH）双向，与一条业务信道或一条双向，与一条业务信道或一条SDCCH联用；联用；在传送用户信息期间代传某些特定信息，例如在传送用户信息期间代传某些特定信息，例如无线传输的测量报告、功率控制。无线传输的测量报告、功率控制。Page 35l l快速随路控制信道（快速随路控制信道（FACCH）:与一条业务信道联用，携带与与一条业务信道联用，携

19、带与SDCCH同样的信号；同样的信号；只在未分配只在未分配SDCCH时才分配时才分配FACCH；通过从业务信道借取的帧来实现信令传输；通过从业务信道借取的帧来实现信令传输；传送诸如传送诸如“越区切换越区切换”等指令信息。等指令信息。专用控制信道（专用控制信道（专用控制信道（专用控制信道（DCCHDCCH）功能）功能）功能）功能Page 36还有其他的逻辑信道吗还有其他的逻辑信道吗还有其他的逻辑信道吗还有其他的逻辑信道吗小区广播控制信道小区广播控制信道CBCH，用于下行短消息业务的小区广播信息！用于下行短消息业务的小区广播信息！YES！Page 37逻辑信道应用实例逻辑信道应用实例逻辑信道应用实

20、例逻辑信道应用实例以以MS开机为例，说明逻辑信道的应用：开机为例，说明逻辑信道的应用：l 开机l FCCH：接收频率校正信息l SCH：接收BS同步信号l BCCH：接收系统消息 l PCH：接收寻呼消息l RACH：接入申请 l AGCH：允许接入，并分配SDCCHl SDCCH/SACCH：在SDCCH上进行鉴权；在SACCH上进行功率控制l 空闲状态接收BCCH Page 38第一第一节节 Um接口接口频频率率规规划划第二第二节节 Um接口物理信道接口物理信道第三第三节节 Um接口接口逻辑逻辑信道信道第四第四节节 Um接口接口话话音音处处理理第五第五节节 Um接口控制技接口控制技术术GS

21、MGSM系统系统系统系统UmUm接口接口接口接口Page 38Page 39UmUm接口话音处理接口话音处理接口话音处理接口话音处理您知道吗？您知道吗？您知道吗？您知道吗？话音是如何在无线信道上传送的？话音是如何在无线信道上传送的？话音是如何在无线信道上传送的？话音是如何在无线信道上传送的？您知道语音编码、信道编码、交织、加密、调制吗？您知道语音编码、信道编码、交织、加密、调制吗？您知道语音编码、信道编码、交织、加密、调制吗？您知道语音编码、信道编码、交织、加密、调制吗？Page 40话音在无线信道上的传送话音在无线信道上的传送话音在无线信道上的传送话音在无线信道上的传送发送话音在发送话音在M

22、S中的处理过程中的处理过程l我们一话音的发送为例，讲述话音的无线传输；我们一话音的发送为例，讲述话音的无线传输；l话音的接收仅仅是发送的反过程。话音的接收仅仅是发送的反过程。Page 41话音处理过程综述话音处理过程综述话音处理过程综述话音处理过程综述l首先，语音通过一个模首先，语音通过一个模/数转换器，实际上是经过数转换器，实际上是经过8KHZ抽样，每个抽样，每个脉冲均匀量化为脉冲均匀量化为13bit；l每每20ms为一段，再经语音编码后降低传码率为为一段，再经语音编码后降低传码率为13bit/s；l经信道编码变为经信道编码变为22.8Kbit/s；l再经码字交织、加密和突发脉冲格式化后变为

23、再经码字交织、加密和突发脉冲格式化后变为33.8kbit/s的码流；的码流；l经调制后发送出去。经调制后发送出去。l接收端的处理过程相反。接收端的处理过程相反。Page 42信道编码信道编码信道编码信道编码l为了检测和纠正传输期间引入的误码，在数据流中引入冗余为了检测和纠正传输期间引入的误码，在数据流中引入冗余BIT用于纠错；用于纠错；l信道编码器把话音分成信道编码器把话音分成“很重要（很重要（50bit）、较重要（）、较重要（132bit）和不重要（和不重要（78bit）三部分。对前两部分分别加入）三部分。对前两部分分别加入3、4位奇偶位奇偶校正码（校正码（50+3）+（132+4）=189

24、bit，然后做，然后做1：2的卷积的卷积（189*2=378bit），），块块编编码码器器激激变变编编码码器器78bit132bit50bit456bit+32+4l再加上不重要的再加上不重要的78bit，形成了，形成了456bit/20ms=22.8kbit/s的信道编码组。结果使的信道编码组。结果使20ms段段BIT数从数从260BIT增加到增加到456BIT，相应的话音速率从，相应的话音速率从13K增加到增加到22.8K。Page 43Page 44为什么引入话音交织？为什么引入话音交织？l无线传输干扰和误码通常在某个较小时间段内发生，影无线传输干扰和误码通常在某个较小时间段内发生，影响

25、连续的几个突发脉冲；响连续的几个突发脉冲；l如果把话音帧内的如果把话音帧内的BIT顺序按一定的规则错开，使原来连顺序按一定的规则错开，使原来连续的续的BIT分散到若干个突发脉冲中传输，则可分散误码，使分散到若干个突发脉冲中传输，则可分散误码，使连续的长误码变为若干分散的短误码，以便于纠错，提高连续的长误码变为若干分散的短误码，以便于纠错，提高话音质量。话音质量。交织交织交织交织交织处理的两个优点：交织处理的两个优点：l可以减少一个话音帧内可以减少一个话音帧内的误码数量；的误码数量；l通过信道解码，可通过信道解码，可实现部分误码的纠实现部分误码的纠正。正。l交织处理的两个缺点：交织处理的两个缺点

26、：l话音处理的长时延；话音处理的长时延；l信号处理的复杂程度。信号处理的复杂程度。Page 45Page 46一次交织（块内交织）一次交织（块内交织）一次交织（块内交织）一次交织（块内交织）l第一次交织把第一次交织把456bit/20ms的话音码分成的话音码分成8块，每块块，每块57bit.前前后两个后两个20ms段的块交织，组成段的块交织，组成8个个 114bit的块的块1917 449210 450311 451412 452513 453614 454715 455816 45657bitPage 47二次交织（块间交织）二次交织（块间交织）二次交织（块间交织）二次交织（块间交织）第二次

27、把每个第二次把每个114bit块里来自两个块里来自两个20ms话音码段的话音码段的57bit块块进行比较交织，形进行比较交织，形成第二次交织后的成第二次交织后的114bit块块BCAAAAAAAABBBCCCBBBBCCCCPage 48为什么引入加密技术？为什么引入加密技术？为什么引入加密技术？为什么引入加密技术？加密技术加密技术加密技术加密技术l对无线接口上传送的信息（话音或数据）进行对无线接口上传送的信息（话音或数据）进行加密，防止无线侦听导致失密；加密，防止无线侦听导致失密；lGSM系统的加密技术仅仅保护无线接口。系统的加密技术仅仅保护无线接口。Page 49加密技术加密技术加密技术加

28、密技术l l 把交织后的把交织后的把交织后的把交织后的114bit114bit块和一个块和一个块和一个块和一个114bit114bit的加密块进行的加密块进行的加密块进行的加密块进行加密加密加密加密+A5A5KcTDMA帧号帧号KcTDMA帧号帧号未加密话音未加密话音已加密话音无线传播已加密话音无线传播解密话音解密话音MS侧侧BTS侧侧Page 50第一第一节节 Um接口接口频频率率规规划划第二第二节节 Um接口物理信道接口物理信道第三第三节节 Um接口接口逻辑逻辑信道信道第四第四节节 Um接口接口话话音音处处理理第五第五节节 Um接口控制技接口控制技术术第第第第五节五节五节五节 GSMGSM

29、系统系统系统系统UmUm接口接口接口接口Page 50Page 51 UmUm接口控制技术接口控制技术接口控制技术接口控制技术您知道吗？您知道吗？l系统如何控制手机与基站的功率？系统如何控制手机与基站的功率？l系统如何控制手机的信号传输起始时刻？系统如何控制手机的信号传输起始时刻？l什么是跳频技术？什么是跳频技术？Page 52l为何需要为何需要APC？可降低手机功耗，延长电池使用时间；可降低手机功耗，延长电池使用时间；l如何进行如何进行APC？MS功率控制：功率控制：MS接收接收BTS发射的信号，得到射频信号强度、质量等级参数，进行发射的信号，得到射频信号强度、质量等级参数，进行APC；手机

30、起始发射功率由系统消息决定；手机起始发射功率由系统消息决定；可能导向切换、掉话。可能导向切换、掉话。BTS功率控制：功率控制：BTS接收接收MS发射信号，得到射频信号强度、质量等级参数，（发射信号，得到射频信号强度、质量等级参数，（BTS预预处理）上报处理）上报BSC，由，由BSC进行进行APC自动功率控制技术（自动功率控制技术（自动功率控制技术（自动功率控制技术（APCAPC）Page 53l跳频：跳频：指某次通话所使用载波频率在一定范围内，指某次通话所使用载波频率在一定范围内，按某种规律跳变。按某种规律跳变。l为何引入跳频？为何引入跳频？可减少瑞利衰落，提高每用户的话音质量；可减少瑞利衰落

31、，提高每用户的话音质量；可减小系统内的干扰，提高频率利用率，增加系可减小系统内的干扰，提高频率利用率，增加系统容量统容量GSM系统的无线接口采用了慢速跳频（系统的无线接口采用了慢速跳频（SFH）技术，即系统在整个技术，即系统在整个突发序列传输期突发序列传输期(BP)，传送，传送频率保持不变频率保持不变跳频技术跳频技术跳频技术跳频技术跳频技术跳频技术GSM跳频跳频示意图示意图频频率率f 0帧f 1f 2f 3f 4时间时间Page 54Page 55GSMGSM无线接口无线接口无线接口无线接口lUm接口话音处理接口话音处理话音在无线信道上的传送话音编码信道编码交织加密调制跳频时延调整lUm接口控制技术接口控制技术自动功率控制（APC）非连续发射（DTX）非连续接收（DRX）跳频技术时延调整Page 55Thank you!Page 56