GSM时分多址(TDMA)数字蜂窝网.ppt

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1、第第7章章 时分多址时分多址(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 7.1 GSM系统总体系统总体 7.2 GSM系统的无线接口系统的无线接口 7.3 GSM系统的控制与管理系统的控制与管理 思考题与习题思考题与习题 7.1 GSM系统总体系统总体GSM的历史可以追溯到1982年，当时，北欧四国向欧洲邮电行政大会CEPT(ConferenceEuropeofPostandTelecommunications)提交了一份建议书，要求制定900MHz频段的欧欧洲洲公公共共电电信信业业务务规规范范，建建立立全全欧欧统统一一的的蜂蜂窝窝网网移移动动通通信信系系统统，以以解解决决欧欧洲洲各各国国由由于于采采用

2、用多多种种不不同同模模拟拟蜂蜂窝窝系系统统造造成成的的互互不不兼兼容容，无无法法提提供供漫漫游服务的问题。游服务的问题。同年成立了欧洲移移动动通通信信特特别别小小组组，简称GSM(GroupSpecialMobile)。在19821985年期间，讨论焦点是制定模拟蜂窝网还是数字蜂窝网的标准，直到1985年才决定制定数字蜂窝网标准。1986年，在巴黎对欧洲各国经大量研究和实验后所提出的8个个数字蜂窝系统数字蜂窝系统进行了现场试验。1987年5月，GSM成员国经现场测试和论证比较，选定窄窄带带TDMA方案方案。1988年，18个欧洲国家达成GSM谅解备忘录，颁布了GSM标准，即泛欧数字蜂窝网通信标

3、准泛欧数字蜂窝网通信标准。它包括两个并行的系统：GSM 900和DCS 1800，这两个系统功能相同，主要的差异是频段不同。在GSM标准中，未对硬件作出规定，只对功能、接口等作了详细规定，便于不同公司的产品可以互连互通。GSM标标准共有准共有 12 项内容，项内容，如表7-1所示。表7-1GSM标准 7.1.1 网络结构网络结构数字蜂窝移动通信是在模拟蜂窝移动通信的基础上发展起来的，在网络组成、设备配置、网络功能和工作方式上，二者都有相同之处。但因数字蜂窝网采用全数字传输，因而在实现技术和管理控制等方面，均与模拟蜂窝网有较大的差异。简单说来，数字蜂窝网数字蜂窝网技术更先进，技术更先进，功能更完

4、备且通功能更完备且通信更可靠，信更可靠，并能适应方便地与其它数字通信网并能适应方便地与其它数字通信网(如综合业如综合业务数字网务数字网ISDN、公用数据网公用数据网PDN)的互连。的互连。GSM蜂窝系统的网络结构如图7-1所示。图7-1GSM蜂窝系统的网络结构由图可见，GSM蜂窝系统的主要组成部分可分为移动台移动台(MS)、基站子系统基站子系统(BSS)和网络子系统和网络子系统(NSS)。基站子系统基站子系统(简称简称BSS)由基站收发台基站收发台(BTS)和基站控制器基站控制器(BSC)组成；网络子系统网络子系统(简称简称NSS)由移动交换中心移动交换中心(MSC)、操作维操作维护中心护中心

5、(OMC)、原籍位置寄存器原籍位置寄存器(HLR)、访问位置寄存器访问位置寄存器(VLR)、鉴权中心鉴权中心(AUC)和移动设备识别寄存器和移动设备识别寄存器(EIR)等组成。等组成。一个MSC可管理多达几十个基站控制器;一个基站控制器最多可控制256个BTS。由MS、BSS和和NSS构成公用陆地移动通信网，该网络由MSC与公用交换电话网(PSTN)、综合业务数字网(ISDN)和公用数据网(PDN)进行互连。1.移动台移动台(MS)移动台是GSM移动通信网中用户使用的设备。移动台类型可分为车载台、便携台和手机。其中，手机小巧、轻便，而且功能也较强，因此使用手机的用户占移动用户的绝大多数。移动台

6、通过无线接口无线接口Um接入GSM系统，具有无线传输与处理功能。此外，移动台必须提供与使用者之间的接口Sm，比如，为完成通话呼叫所需要的话筒、扬声器、显示屏和各种按键；或者提供与其它一些终端设备其它一些终端设备(TE)之间的接口，如与个人计算个人计算机机或传真机之间传真机之间的接口。表表7-5 GSM900系统的移动台功率等级系统的移动台功率等级 功率级功率级 移动台最大功率移动台最大功率 120W28W35W42W50.8W移动台的另外一个重要组成部分是用户识别模块用户识别模块(SIM)，亦称SIM卡。它基本上是一张符合ISO(开放系统互连)标准的“智慧”磁卡，其中包含与用户有关的无线接口的

7、信息，也包括鉴权和加密的信息。使用GSM标准的移动台都需要插入SIM卡，只有当处理异常只有当处理异常的紧急呼叫时，的紧急呼叫时，才可以在不用才可以在不用SIM卡的情况下操作移动台卡的情况下操作移动台。SIM卡的应用使一部移动台可以为不同用户服务，即，手机与卡是可分离和独立的。因为GSM系统是通过SIM卡来识别移动用户的，这为今后发展个人通信打下了基础。SIM卡包括有关移动用户指定的GSM业务和网络信息。它存储有用户识别号用户识别号、位置信息位置信息和有关保密数据（如密钥）、禁止GSM网络和参考语言。SIM卡支持用个人身份码（PIN）来鉴别卡的用户，以防非法卡的使用。PIN由4到8位数字组成，在

8、SIM卡出售时写入。移动台如无SIM卡只能进行紧急呼叫。2.基站子系统基站子系统(BSS)基站子系统(BSS)是GSM系统的基本组成部分。它通过无线接口与移动台相接，进行无线发送、接收及无线资源管理。另一方面，基站子系统与网络子系统(NSS)中的移动交换中心(MSC)相连，实现移动用户与固定网络用户之间或移动用户之间的通信连接。基站子系统主要由基站收发信台基站收发信台(BTS)和基站控制器基站控制器(BSC)构成构成。BTS可以直接与BSC相连接，也可以通过基站接口（Abis）设备(BIE)采用远端控制的连接方式与BSC相连接。基站控制器（基站控制器（BSC）一个基站控制器（BSC）监视和控制

9、几个基站。BSC的主要任务是实现频率管理以及BTS的控制和交换功能。BSC通过BTS和MS的远程命令对无线电接口进行管理，主要有无线信道安排和释放，切换的安排。BSC向下连接一系列BTS，向上连接移动交换中心（MSC）。一个BSC和与它相应的BTS可看成是一基站子系统（BSS）。发送编码器和速率适配器单元（发送编码器和速率适配器单元（TRAU）TRAU网络单元负负责责对对16 kb/s到到64 kb/s的的用用户户数数据据进进行行发发送编码及速率适配送编码及速率适配。基站收发信台基站收发信台BTS 基站收发信台基站收发信台BTS为一套完整的无线收发信机。为一套完整的无线收发信机。表表7-7 基

10、站的功率等级基站的功率等级 功率级功率级 GSM900基站的最大基站的最大功率功率 DCS1800基站的最大基站的最大功率功率 1320W20W2160W10W380W5W440W2.5W520W610W75W82.5W 3.网络子系统网络子系统(NSS)网络子系统对GSM移动用户之间通信和移动用户与其它通信网用户之间通信起着管理作用。其主要功能包括：交换、交换、移动性管理与安全性管理移动性管理与安全性管理等。NSS由很多功能实体构成，它们之间的信令传输都符合CCITT信令系统7号协议。下面分别讨论各功能实体的主要功能。(1)移动交换中心移动交换中心(MSC)。移动交换中心(MSC)是网络的核

11、心，它提供交换功能并面向下列功能实体：基站子系统(BSS)、原籍位置寄存器(HLR)、访问位置寄存器(VLR)、鉴权中心(AUC)、移动设备识别寄存器(EIR)、操作维护中心(OMC)和固定网(公用电话网、综合业务数字网等)，从而把移动用户与固定网用户、移动用户与移动用户之间互相连接起来。(2)原籍位置寄存器原籍位置寄存器HLR。原籍位置寄存器简称HLR。它可以看作是GSM系统的中央数据库，存储该HLR管辖区的所有移动用户的有关数据。其中，静态数据有移动用户号码(MSISDN、IMSI)、访问能力、用户类别和补充业务等。此外，HLR还还暂暂存存移动用户漫漫游游时时的有关动态信息数据的有关动态信

12、息数据(如用户当前VLR号码等)。(3)访问位置寄存器访问位置寄存器VLR。访问位置寄存器简称VLR。它存储进入其控控制制区区域域内来访移动用户的有关数据，这些数据是从该移动用户的原籍位置寄存器获取并进行暂存的，一旦移动用户离开该VLR的控制区域，则临时存储的该移动用户的数据就会被删除。因此，VLR可看作是一个动态用户的数据库。一个移动区域有多个位置区；一个VLR管理多个位置区。(4)鉴权中心鉴权中心AUC。GSM系统采取了特别的通信安全措施，包括对移动用户鉴权，对无线链路上的话音、数据和信令信息进行加密等。(5)移动设备识别寄存器移动设备识别寄存器EIR。移动设备识别寄存器(EIR)存储着移

13、动设备的国际移动设备识别码(IMEI)，通过核查白白色色、黑黑色色和和灰灰色色三种清单，运营部门就可以判断出移动设备是属于准许使用的，还是失窃而不准使用的，还是由于技术故障或误操作而危及网络正常运行的MS设备，以确保网络内所使用的移动设备的唯一性和安全性。(6)操作维护中心操作维护中心OMC。网络操作维护中心(OMC)负责对全网进行监控与操作。4.GSM网络接口网络接口在实际的GSM通信网络中，由于网络规模不同、运营环境不同和设备生产厂家的不同，上述的各个部分可以有不同的配置方法。如把MSC和VLR合并在一起，或者把HLR、EIR和AUC合并为一个实体。为了各个厂家所生产的设备可以通用，上述各

14、部分的连接都必须严格符合规定的接口标准及相应的协议。GSM系统各部分之间的接口如图7-2所示。图7-2GSM系统的接口 A接口。接口。A接口定义为网络子系统(NSS)与基站子系统(BSS)之间的通信接口。其物理链接通过采用标准的2.048Mb/s的PCM数字传输链路来实现。Abis接接口口。Abis接口定义为基站子系统的基站控制器(BSC)与基站收发信机BTS两个功能实体之间的通信接口，用于BTS(不不与与BSC放放在在一一处处)与BSC之间的远端互连方式。Um接接口口(空空中中接接口口)。Um接口(空中接口)定义为移动台(MS)与基站收发信机(BTS)之间的无线通信接口，它是GSM系统中最重

15、要、最复杂的接口。(1)主要接口主要接口。GSM系统的主要接口是指A接口、Abis接接口口和Um接接口口。这三种主要接口的定义和标准化可保证不同厂家生产的移动台、基站子系统和网络子系统设备能够纳入同一个GSM移动通信网运行和使用。(2)网络子系统内部接口网络子系统内部接口它包括B、C、D、E、F、G接口。B接接口口，B接口定义为移动交换中心(MSC)与访问位置寄存器(VLR)之间的内部接口，用于MSC向VLR询问有关移动台(MS)当前位置信息或者通知VLR有关MS的位置更新信息等。C接接口口。C接口定义为MSC与HLR之间的接口，用于传递路由选择和管理信息，两者之间是采用标准的2.048Mb/

16、sPCM数字传输链路实现的。D接接口口。D接口定义为HLR与VLR之间的接口，用于交换移动台位置和用户管理的信息，保证移动台在整个服务区内能建立和接收呼叫。由于VLR综合于MSC中，因此D接口的物理链路与C接口相同。E接接口口。E接口为相邻区域的不同移动交换中心之间的接口，用于移动台从一个MSC控制区到另一个MSC控制区时交换有关信息，以完成越区切换。F接接口口。F接口定义为MSC与移动设备识别寄存器(EIR)之间的接口，用于交换相关的管理信息。G接口接口。G接口定义为两个VLR之间的接口。(3)GSM系统与其它公用电信网接口系统与其它公用电信网接口。GSM系统通过MSC与公用电信网互连，一般

17、采用7号信令系统接口。其物理链接方式是通过在MSC与PSTN或ISDN交换机之间采用2.048Mb/s的PCM数字传输链路来实现的。5.1.2 GSM的区域、的区域、号码、号码、地址与识别地址与识别 1.区域定义区域定义GSM系统属于小区制大容量移动通信网，在它的服务区内设置有很多基站，移动通信网在此服务区内，具有控制、交换功能，以实现位置更新、呼叫接续、越区切换及漫游服务等功能。在由GSM系统组成的移动通信网络结构中，其相应的区域定义如图7-3所示。图7-3GSM的区域定义(1)GSM服服务务区区。服务区是指移动台可获得服务的区域（可以为国际区域或国内区域），即不同通信网(如PSTN或ISD

18、N)用户无需知道移动台的实际位置而可与之通信的区域。(2)公公用用陆陆地地移移动动通通信信网网(PLMN)。一个公用陆地移动通信网(PLMN)可由一个或若干个移动交换中心MSC组成（如：中国移动PLMN、中国联通PLMN）。(3)MSC区区。MSC区系指一个移动交换中心所控制的区域，通常它连接一个或若干个基站控制器，每个基站控制器控制多个基站收发信机。(4)位位置置区区。位置区一般由若干个小区(或基站区)组成，移动台在位位置置区区内内移动无无需需进进行行位位置置更更新新。通常呼叫移动台时，向一个位置区内的所有基站同时发寻呼信号。(5)基基站站区区。基站区系指基站收发信机有效的无线覆盖区，简称小

19、区。(6)扇区。扇区。当基站收发信天线采用定向天线时，基站区分为若干个扇区。2.号码与识别号码与识别各种号码的定义及用途如下：(1)国际移动用户识别码国际移动用户识别码IMSI。在GSM系统中，每个用户均分配一个唯一的国际移动用国际移动用户识别码户识别码(IMSI)。此码在所有位置(包括在漫游区)都是有效的。通常在呼叫建立和位置更新时，在呼叫建立和位置更新时，需要使用需要使用IMSI。IMSI的组成如图7-4所示。图7-4国际移动用户识别码(IMSI)的格式IMSI的总长不超过15位数字，每位数字仅使用09的数字。图中：MCC:移移动动用用户户所所属属国国家家代代号号，占3位数字，中国的MCC

20、规定为460。MNC：移移动动网网号号码码，最多由两位数字组成，用于识别移动用户所归属的移动通信网。中移动网为00;联通网为01。MSIN:移移动动用用户户识识别别码码，用以识别某一移动通信网(PLMN)中的移动用户（最多11位数字组成）。由MNC和MSIN两部分组成国内移动用户识别码(NMSI)。(2)临时移动用户识别码临时移动用户识别码(TMSI）考虑到移动用户识别码的安全性，GSM系统能提供安全保密措施，即空中接口无线传输的识别码采用临时移动用户识别码(TMSI)代替IMSI（国际移动用户识别码国际移动用户识别码IMSI）。两者之间可按一定的算法互相转换。访问位置寄存器(VLR)可给来访

21、的移动用户分配一个TMSI(只限于在该访问服务区使用)。TMSI总长不超过4个字节，其格式由各运营部门决定。(3)国际移动设备识别码（国际移动设备识别码（IMEI）国际移动设备识别码(IMEI)是区别移动台设备的标志，可可用用于于监监控控被被窃窃或或无无效效的的移移动动设设备备。IMEI的格式如图7-5所示。图中：TAC:型号批准码，由欧洲型号标准中心分配。FAC:装配厂家号码。SNR:产品序号，用于区别同一个TAC和FAC中的每台移动设备。SP:备用。图7-5国际移动设备识别码(IMEI)的格式 (4)移动台的号码（移动台的号码（MSDN）。移动台的号码类似于PSTN中的电话号码，是在呼叫接

22、续时所需拨的号码，其编号规则应与各国的编号规则相一致。移动台的号码有下列两种：移动台国际移动台国际ISDN号码号码(MSISDN)。MSISDN为呼呼叫叫GSM系系统统中中（国国际际范范围围）的的某某个个移移动动用用户户所所需需拨拨的的号号码码。一个移动台可分配一个或几个MSISDN号码，其组成格式如图7-6所示。图中：图7-6移动台国际ISDN的格式 CC:（固固定定电电话话）国国家家号号码码，即移动台注册登记的国家代号，中国为86。NDC:国国内内地地区区码码或或网网路路接接入入号号，每个PLMN有一个NDC。如130、131、.SN:移动用户号码（由移动用户号码（由HLR编号占编号占4位

23、加用户号码位加用户号码4位构成）。位构成）。由NDC和SN两部分组成国内ISDN号码，一般国内呼叫用，其长度不超过13位数（我国目前为11位）。国际ISDN号码长度不超过15位数字。移动台漫游号码移动台漫游号码(MSRN)。当移动台漫游到一个新的服务区时，由VLR给它分配一个临时性的漫游号码，并通知该移动台的HLR，用于建立通信路由。一旦该移动台离开该服务区，此漫游号码即被收回，并可分配给其它来访的移动台使用。漫游号码的组成格式与移动台国际(或国内)ISDN号码相同。(5)位置区、小区和基站的识别码。位置区、小区和基站的识别码。位位置置区区识识别别码码(LAI)。在检测位置更新和信道切换时，要

24、使用位置区识别码(LAI)。LAI的组成格式如图7-7所示。图7-7位置区识别码的格式 MCC:移动用户所属国家（移动网）代号移动用户所属国家（移动网）代号，占3位数字，中国的MCC规定为460。MNC：移动网号码，移动网号码，最多由两位数字组成，用于识别移动用户所归属的移动通信网，中国移动GSMPLMN网为00，“中国联通公司”GSMPLMN网为0l。LAC：位置区编码：位置区编码，最大16bit，为一个2字节BCD编码，在一个GSMPLMN网中可定义65536个不同的位置区。全球小区识别码全球小区识别码(CGI)CGI是用来识别一个位置区内的小区，它是在位置区识别码(LAI)后加上一个小区

25、识别码(CI)，其结构是：3位数字2位数字最大16bit最大16bitMCCMNCLACCI|-LAI-|-CGI-|CI是一个2字节BCD编码，由各MSC自定。基基站站识识别别色色码码(BSIC)。基站识别色码(BSIC)用于移动台识别相同载频的不同基站，特别用于区别在不同国家的边界地区采用相同载频且相邻的基站。BSIC为一个6比特编码，其格式如图7-8所示。NCC:PLMN色码，用来识别相邻的PLMN网。BCC：BTS色码，用来识别相同载频的不同基站。图7-8基站识别色码(BSIC)的格式 NCC:PLMN色码(国家色码或国内不同运营商的网络)，为：X Y1Y2X：运营者(例如：在国内，移

26、动X1，联通X0)Y1Y2主要用来区分国界各侧的运营者(国内区别不同的省)，BCC:基站色码，识别基站。由运营设定Y1Y2的分配Y2Y101 0吉林、甘肃、西藏、广西、福建、湖北、北京、江苏黑龙江、辽宁、宁夏、四川、海南、江西、天津、山西、山东1新疆、广东、河北、安徽、上海、贵州、陕西内蒙古、青海、云南、河南、浙江、湖南7.1.3 主要业务主要业务1.通信业务分类通信业务分类GSM系统能提供6类10种电信业务，其编号、名称、业务类型及实现阶段见表7-2。2.业务定义业务定义(1)电话业务电话业务。电话业务是GSM系统提供的最主要业务。(2)紧紧急急呼呼叫叫业业务务。在紧急情况下,移动用户通过一

27、种简单的拨号方式即可拨通紧急服务中心。(3)短短消消息息业业务务。短消息业务包括移动台之间点对点短消息业务以及小区广播短消息业务。(4)可可视视图图文文接接入入。可视图文接入是一种通过网络完成文本、图形信息检索和电子函件功能的业务。(5)智智能能用用户户电电报报传传送送。智能用户电报传送能够提供智能用户电报终端间的文本通信业务。此类终端具有文本信息的编辑、存储和处理等能力。(6)传真传真。语言和3类传真交替传送的业务。7.2.1 GSM系统无线传输特征系统无线传输特征 1.TDMA/FDMA接入方式接入方式GSM系统中，由若若干干个个小小区区(3个、4个或7个)构成一个区区群群，区区群群内内不

28、不能能使使用用相相同同的的频频道道，同频道距离保持相等，每每个个小小区区含含有有多多个个载载频频，每每个个载载频频上上含含有有 8 个个时时隙隙，即每个载频有8个物理信道，因此，GSM系统是时分多址时分多址/频分多址频分多址的接入方式，参见图7-9所示。7.2 GSM系统的无线接口系统的无线接口 图7-9TDMA/FDMA接入方式2.频率与频道序号的分配与编排频率与频道序号的分配与编排GSM系统工作在以下射频频段：上行射频频段上行射频频段(移动台发、基站收)890915 MHz下行射频频段下行射频频段(基站发、移动台收)935960 MHz收、收、发频率间隔为发频率间隔为 45 MHz，即93

29、5-890=960-915=45MHZ。上行带宽为25MHZ；下行带宽同为25MHZ。当以载频间隔载频间隔0.2 MHz来划分频段：上行射频频段上行射频频段890.2MHZ、890.4MHZ、890.6MHZ、.914.8MHZ。共124个频道个频道。同理，下行射频频段下行射频频段935.2MHZ、935.4MHZ、935.6MHZ、.959.8MHZ。也是124个频道个频道。移动台采用较低频段发射，传播损耗较低，有利于补偿上、下行功率不平衡的问题。由于载频间隔是0.2MHz，因此GSM系统整个工作频段分为124对载频，其频道序号用n（取1124）表示，则上、下两频段中序号为n的载频可用下式计

30、算：上频段fl(n)=(890+0.2n)MHz(7-1)下频段fh(n)=(935+0.2n)MHz(7-2)n取值为1124。由同同一一n值值确确定定的的一一对对频频率率，构构成成一一个个双双向向通通信信频频道道。两两频频率率间隔间隔45MHZ。3.调制方式调制方式GSM的调制方式是高高斯斯型型最最小小移移频频键键控控(GMSK)方式，矩形脉冲在调制器之前先通过一个高斯滤波器。这一调制方案由于改善了频谱特性，从而能满足CCIR提出的邻信道功率电平小于-60dBW的要求。高斯滤波器的归一化带宽Bt=0.3，基于200kHz的载频间隔及270.833kb/s的信道传输速率，其频频谱谱利利用率用

31、率为(1.35b/s)/Hz。4.载频复用与区群结构载频复用与区群结构GSM系统中，基站发射功率为500W每载波，每时隙平均为500/8=62.5W。移动台发射功率分为0.8W、2W、5W、8W和20W五种，可供用户选择。小区覆盖半径最大为35km，最小为500m，前者适用于农村地区，后者适用于市区。1.帧结构帧结构图7-10给出了GSM系统各种帧及时隙的格式。每每一一个个TDMA帧帧分分 07 共共 8 个个时时隙隙，帧帧长长度度为120/264.615 ms。每个时隙含156.25 个码元，个码元，占15/260.577ms。TDMA信道概念物理信道:一个时隙(TS)信道控制信道（CCH）

32、逻辑信道业务信道(TCH)逻辑信道要映射到物理信道上传送。7.2.2 信道类型及其组合信道类型及其组合图7-10GSM系统各种帧及时隙的格式由若干个由若干个TDMA帧构成复帧，帧构成复帧，其结构有两种：其结构有两种：一种是由26 帧帧组成的复帧，这种复复帧帧长长 120 ms，主要用于业务信息的传输业务信息的传输，也称作业务复帧；业务复帧；另一种是由51 帧帧组成的复帧，这种复复帧帧长长 235.385ms，专用于传输控制信息传输控制信息，也称作控制复帧控制复帧。由51 个个业业务务复复帧帧或26 个个控控制制复复帧帧均可组成一个超超帧帧，超帧的周期为1326个TDMA帧,超帧长超帧长5126

33、4.61510-36.12 s。由2048个个超超帧帧组成超超高高帧帧，超高帧的周期为20481326=2715648个TDMA帧，即12533.76秒，也即3 小小时时 28 分分 53 秒秒 760 毫秒。毫秒。帧的编号帧的编号(FN)以超高帧为周期，从0到2715647。图7-11上行帧号和下行帧号所对应的时间关系GSM系统上上行行传传输输所所用用的的帧帧号号和下下行行传传输输所所用用的的帧帧号号相相同同，但上上行行帧帧相相对对于于下下行行帧帧来来说说，在在时时间间上上推推后后 3 个个时时隙隙，见图7-11。这样安排，允许移动台在这3个时隙的时间内进行帧调整以及对收发信机进行调谐和转换

34、（不需要天线共用器）。图7-12GSM系统的逻辑信道逻辑信道分类2.逻辑信道分类逻辑信道分类图7-12示出了GSM系统的信道分类。数数据据业业务务信信道道。在全速率或半速率信道上，通过不同的速率适配和信道编码，用户可使用下列各种不同的数据业务：9.6kb/s,全速率数据业务信道(TCH/F9.6)4.8kb/s,全速率数据业务信道(TCH/F4.8)4.8kb/s,半速率数据业务信道(TCH/H4.8)2.4kb/s,全速率数据业务信道(TCH/F2.4)2.4kb/s,半速率数据业务信道(TCH/H2.4)(1)业务信道业务信道。(2)业务信道TCH主要传输数字话音或数据主要传输数字话音或数

35、据，其次还有少量的随路控制信令。话音业务信道。话音业务信道。载有编码话音的业务信道分为全速率话音业务信道(TCH/FS)和半速率话音业务信道(TCH/HS)，两者的总速率分别为22.8 kb/s和11.4 kb/s。(2)控控制制信信道道。控控制制信信道道(CCH)用用于于传传送送信信令令和和同同步步信信号号，主要分为三种：广播信道(BCH)、公共控制信道(CCCH)和专用控制信道(DCCH)。广广播播信信道道(BCH)下下行行。广播信道是一种“一点对多点”的单单方方向向控制信道，用于基基站站向向移移动动台台广广播播公公用用的的信信息息，传输的内容主要是移动台入网和呼叫建立所需要的有关信息。广

36、播信道又分为：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；同同步步信信道道(SCH)：传输供移动台进行同步和对基站进行识别的信息(基站识别码基站识别码BSIC)，因为BSIC是在同步信道上传输的；广广播播控控制制信信道道(BCCH)：传输系统公用控制信息。例如：公公共共控控制制信信道道(CCCH)号号码码以及是否与独立专用控制信道(SDCCH)相组合等信息。公公用用控控制制信信道道(CCCH)。CCCH是一种双双向向控制信道，用于呼叫接续阶段传输链路连接所需要的控制信令。公用控制信道又分为：寻寻呼呼信信道道(PCH)：传输基站寻呼移动台的信息(下下行行)；随随机机接

37、接入入信信道道(RACH)：这是一个上上行行信道，用于移动台随机提出入网申请，即请请求求分分配配一一个个独独立立专专用用控控制制信信道道(SDCCH)；准准许许接接入入信信道道(AGCH)：这是一个下下行行信道，用于基站对移动台的入网申请作出应答，即分配一个独立专用控制信道。专专用用控控制制信信道道(DCCH)：这是一种“点点对对点点”的的双双向向控制信道，其用途是在呼叫接续阶段以及在通信进行当中，在移动台和基站之间传输必需的控制信息。专用控制信道又分为：独立专用控制信道独立专用控制信道(SDCCH)：用于在分配业务信道之前传送有关信令(如信道指配、鉴权、登记等消息)。慢速辅助控制信道慢速辅助

38、控制信道(SACCH)：在移动台和基站之间，需要周期性地传输一些信息（如基站功率控制、帧调整、MS信号强度报告等消息）。快快速速辅辅助助控控制制信信道道(FACCH)：传送基站与MS间越区切换的信令及与SDCCH相同的信息，只有在没有分配SDCCH的情况下，才使用这种控制信道。3.时隙的格式时隙的格式在GSM系统中，每帧含8个时隙，时隙的宽度为0.577ms，其中包含156.25bit。TDMA信道上一个时隙中的信息格式称为“突突发发”脉脉冲冲序序列列。根据所传信息的不同，时隙所含的具体内容及其组成的格式也不相同。(1)常规突发常规突发(NB,Normal Burst)脉冲序列（脉冲序列（T）

39、。常常规规突突发发脉脉冲冲序序列列亦称普普通通突突发发脉脉冲冲序序列列，用于业业务务信信道道（TCH）及专专用用控控制制信信道道（PCH、BCCH、AGCH、SDCCH、SACCH、FACCH），其组成格式如图7-13所示。图7-13突发脉冲序列的格式(2)频频率率校校正正突突发发(FB,FrequencyCorrectionBurst)脉冲序列（F）。频率校正突发脉冲序列用于校正移动台的载波频率，其格式比较简单，参见图7-13所示。(3)同同步步突突发发(SB，SynchronisationBurst)脉冲序列（S）。同步突发脉冲序列用于移动台的时间同步。其格式参见图7-13，主要组成包括6

40、4bit的同步信号(扩展的训练序列)，以及两段各39bit的数据，用于传输TDMA帧号和基站识别码(BSIC)。(4)空空闲闲突突发发(DB：DummyBurst)脉冲序列（I）。与普通突发脉冲序列结构相同，只是将普通突发序列中的加密信息比特换成固定比特，用于当当无无用用户户信信息息传传输输时时，代代替替普普通通突发脉冲序列在突发脉冲序列在TDMA时隙中传送时隙中传送。(5)接接入入突突发发(AB,AccessBurst)脉冲序列。接入突发脉冲序列用于上上行行传输方向，在随机接入信道(RACH)上传送，用用于于移移动动用用户户向向基基站站提提出出入入网网申申请请。接入突发脉冲序列的格式如图7-

41、14所示。保保护护期期很很长长,近近250微微秒秒,为为了了使使MS首首次次接接入入或或切切换换到到一一个个新新的的基基站站时时,不不知知道道时时间间的的提提前前量量而而设设置置的的。当保护时间最大252微妙时，允许小区半径为35KM。图7-14接入突发脉冲序列的格式4.信道的组合信道的组合(1)业务信道的组合方式业务信道的组合方式:(2)（主载频主载频F0的的TS2、TS3TS7以及其它所有载频以及其它所有载频F1FN的的TS0TS7复用复用）。）。业务信道有全速率全速率和半速率半速率之分，下面只考虑全速率情况。业业务务信信道道的的复复帧帧含26个TDMA帧，其组成的格式和物理信道(一个时隙

42、)的映射关系如图7-15所示。图中给出了时时隙隙 2(即即TS2)构成一个业务信道的复帧，共占26个TDMA帧，其中其中：24 帧帧T(即TCH),用于传输业务信息；1 帧帧A，代表代表随路的慢速辅助控制信道随路的慢速辅助控制信道(SACCH),传输慢速辅助传输慢速辅助 信道的信息信道的信息(例如：例如：功率调整的信令功率调整的信令)；1帧帧I，为为空闲帧空闲帧(半速率传输业务信息时，半速率传输业务信息时，此帧也用于传输此帧也用于传输 SACCH的信息的信息)。图715f0频道TS2时隙作为业务信道的组合方式 (2)控制信道的组合方式控制信道的组合方式（主载频（主载频F0的的TS0上的复用）上

43、的复用）。控控制制信信道道的的复复帧帧含含 51 帧帧，其组合方式类型较多，而且上行传输和下行传输的组合方式也不相同。BCH和和CCCH在在TS0上上的的复复用用。广播信道(BCH)和公用控制信道(CCCH)在主主载载频频F0的的TS0上上的的复复用用(下下行行链路)如图7-16所示。其中：F(FCCH):用于移动台校正频率；S(SCH):移动台据此读TDMA帧号和基站识别码BSIC；B(BCCH)：移动台据此读有关小区的通用信息；C（PCH、AGCH）：传输寻呼信息寻呼信息和接入允许信息接入允许信息；I(IDEL):空闲帧、也是51帧的复帧结束标志复帧结束标志。图7-16BCH和CCCH在主

44、载频f0频道TS0上的复用图7-17在主载频f0的TS0上RACH的复用图7-18SDCCH和SACCH(下行)在主载频f0的TS1上的复用 SDCCH和和SACCH在在TS1上的复用上的复用。主主载载频频F0上上的的TS1可用于独独立立专专用用控控制制信信道道SDCCH和慢慢速速辅辅助助控控制制信信道道SACCH。（上行链路与下行结构相同，只是在时隙上偏移3个TS，即上行前3个时隙为I时隙，最后一个为A7。下下行行链链路路F0上的TS1的映射如图7-18所示。下行链路占用102个TS1，从时间长度上讲是102个TDMA帧。主载频主载频F0的：的：通过上面的分析，所有载频各时隙的使用分配如下：

45、通过上面的分析，所有载频各时隙的使用分配如下：基站在基站在TS0上以上以51帧帧为为复帧复帧重复周期，用于传送重复周期，用于传送下行下行控制信息：控制信息：F、S、B、C、I等信息；等信息；TS2以以26帧帧为复帧重复周期，上下行帧均用于为复帧重复周期，上下行帧均用于业务信道业务信道，只是时隙有，只是时隙有3个个TS的偏移：其中的偏移：其中1帧帧A（传送下行控制命令，如：改变输出功率；（传送下行控制命令，如：改变输出功率；I为空闲）为空闲）；TS1时隙均以时隙均以102帧帧为复帧重复周期，用于传送（为复帧重复周期，用于传送（上行及下行上行及下行）SDCCH、SACCH所需传送的控制信息（用于传

46、送基站和移动台间的指令、信道指配、所需传送的控制信息（用于传送基站和移动台间的指令、信道指配、鉴权、登记、短消息业务、功率控制、帧调整、信号强度报告、链路质量、鉴权、登记、短消息业务、功率控制、帧调整、信号强度报告、链路质量、越区切换等信息）；越区切换等信息）；MS在在TS0上以上以51帧帧为复帧重复周期，用于传送为复帧重复周期，用于传送MS基站基站上行上行请求随机请求随机接入接入(RACH)信息；信息；TS3TS7以以26帧帧为复帧重复周期，全部用于业务信道，上下行同样有为复帧重复周期，全部用于业务信道，上下行同样有3个时隙的偏移。个时隙的偏移。载频载频F1FN所有时隙所有时隙TS0TS7的

47、信道以的信道以26帧为复用周期，均作帧为复用周期，均作双向业务信道双向业务信道。图7-19小容量一个小区一个频道时TS0上控制信道综合复用 公公用用控控制制信信道道和和专专用用控控制制信信道道均均在在TS0上上的的复复用用。在小容量地区或建站初期，小区可能仅有一套收发单元，这意味着只有8个TS(物理信道)。TS1TS7均用于业务信道，此时TS0既用于公公用用控控制制信信道道(包括BCH、CCCH)，又用于专专用用控控制制信信道道(SDCCH、SACCH)，其组成格式如图7-19所示。7.2.3 话音和信道编码话音和信道编码数字化话音信号在无线传输时主要面临三个问题：一是一是选择低速率的编码方式

48、，以适应有限带宽的要求；二是二是选择有效的方法减少误码率，即信道编码问题；三是三是选用有效的调制方法，减小杂波辐射，降低干扰。下面着重讨论GSM系统中话音编码和信道编码的过程与特点。图7-20示出了GSM系统的话音编码和信道编码的组成框图。其中，话话音音编编码码主要由规规则则脉脉冲冲激激励励长长期期预预测测编编码码(RPE-LTP编编译译码码器器)组成；而信信道道编编码码归入无线子系统，主要包括纠错编码纠错编码和交织交织技术。RPE-LTP编编码码器器是将波形编码和声码器两种技术综合运用的编码器，从而以较低速率获得较高的话音质量。图7-20GSM系统的话音和信道编码组成框图信道编码信道编码的前

49、向纠错及交织（全速业务信道）的前向纠错及交织（全速业务信道）过程：过程：GSM所采用的交交织织是一种既既有有块块交交织织又又有有比比特特交交织织的交织技术。即，从语音编码器来的456bit输出被分分成成8个个时时块块，每个个子子块块57个个比比特特，再将每57个比特进行比比特特交交织织，然后再根据奇偶原则分配到不同的突发块口。交织造成65个(时隙)突发周期或37.5ms滞后。(20ms)图7-21GSM编码及交织流程图7-22GSM的交织方式7.2.4 跳频和间断传输技术跳频和间断传输技术1.跳频跳频前已指出，在GSM系统中，采用自适应均衡抗抗多多径径衰衰落落造造成成的的码码间间干干扰扰；采用

50、卷积编码纠纠随随机机干干扰扰；采用交织编码抗抗突突发发干干扰扰；此外，还可采用跳跳频频技技术术进一步提高系统的抗干扰性能。跳跳频频是指载波频率在很宽频率范围内按某种图案(序列)进行跳变。图7-23为GSM系统的跳频示意图。采采用用每每帧帧改改变变频频率率的的方方法法，即即每每隔隔 4.615 ms改改变变载载波波频频率率，亦亦即即跳跳频频速速率率为为 1/4.615 ms=217 跳跳/秒秒。保保证证每帧使用同一频率传送。每帧使用同一频率传送。图7-23GSM系统的跳频示意图跳跳频频系系统统的抗干扰原理与直直接接序序列列扩扩频频系统是不同的。直扩是靠频频谱谱的的扩扩展展和解扩处理来提高抗干扰能