GSM原理培训资料

GSM900系统的组成京信通信系统1GSM900系统及基站一.GSM通信系统概述二.GSM通信系统关键技术三.GSM通信系统直放站GSM900系统的组成京信通信系统2一.GSM通信系统概述1.GSM通信系统是一个2G数字蜂窝系统。2.GSM900MHz频率分配：上行：890～915MHz，下行：935～960MHz载波间隔200kHz，共分为124对双工载频（1～124），每载频共分8个时隙，即为8个信道。总信道数为124×8＝992个信道。载波频率=890/935+0.2载频号（MHZ）。双工间隔45MHz。GSM900系统的组成京信通信系统3其中，中国移动（1～94）：上行：890～909MHz下行：935～954MHz•中国联通（95～124）：上行：909～915MHz下行：954～960MHz•现中国移动频段下扩5MHz：上行：885～909MHz下行：930～954MHz扩频信道号为999～1023。一.GSM通信系统概述GSM900系统的组成京信通信系统4一.GSM通信系统概述3.DCS1800MHz频率分配：上行频率：1710~1785MHz下行频率：1805~1880MHz共分为374对双工载频(512～885)。其中中国移动（512～587）：上行：1710~1725MHz下行：1805~1820MHz暂空（588～687）：上行：1725~1745MHz下行：1820~1840MHz中国联通（688～737）：上行：1745~1755MHz下行：1840~1850MHz中国电信（738～885）：上行：1755~1785MHz下行：1850~1880MHzGSM900系统的组成京信通信系统5一.GSM通信系统概述•4.采用GMSK调制技术，占有200kHz带宽，调制传输速率270.83kbps。GSM900系统的组成京信通信系统6一.GSM通信系统概述5.采用LTP-RPE话音编码，话音速率为13kbps。由于GSM系统是一种全数字系统，话音或其它信号都要进行数字化处理，因而第一步要把话音模拟信号转换成数字信号（即1和0的组合）。声码器编码可以是很低的速率（可以低于5kbit／s，虽然不影响话音的可懂性，但话音的失真性很大，很难分辨是谁在讲话。波形编码器话音质量较高，但要求的比特速率相应的较高。因此GSM系统话音编码器是采用声码器和波形编码器的混合物---混合编码器，全称为线性预测编码-长期预测编码-规则脉冲激励编码器（LPC-LTP-RPE编码器），LPC+LTP为声码器，RPE为波形编码器，再通过复用器混合完成模拟话音信号的数字编码，每话音信道的编码速率为13kbit／s。GSM900系统的组成京信通信系统7一.GSM通信系统概述6.多址技术：TDMA（每载波8个时分信道）混合多址技术。在GSM中，无线路径上是采用时分多址（TDMA）方式。每一频点（频道或叫载频TRX）上可分成8个时隙，每一时隙为一个信道，因此，一个TRX最多可有8个移动客户同时使用。GSM900系统的组成京信通信系统8二.GSM通信系统关键技术1.时分多址（TDMA）技术2.时分多址帧结构3.空间分集4.时间色散和均衡5.时间提前6.基站和移动台间的时间调整7.话音编码-----压缩话音数据的比特速率8.信道编码9.采用信道编码、交织、跳频等技术。GSM900系统的组成京信通信系统9二.GSM通信系统关键技术1.时分多址（TDMA）技术多址技术就是要使众多的客户公用公共通信信道所采用的一种技术。在GSM中，无线路径上是采用时分多址（TDMA）方式。每一频点（频道或叫载频TRX）上可分成8个时隙，每一时隙为一个信道，因此，一个TRX最多可有8个移动客户同时使用。GSM900系统的组成京信通信系统10二.GSM通信系统关键技术2.时分多址帧结构在TDMA中，每个载频被定义为一个TDMA帧，相当于FDMA系统中的一个频道，每帧包括8个时隙（TS0-7），要有TDMA帧号，这是因为GSM的特性之一是客户保密性好，是通过在发送信息前对信息进行加密实现的。计算加密序列的算法是以TDMA帧号为一个输入参数，因此每一帧都必须有一个帧号。有了TDMA帧号，移动台就可判断控制信道TS0上传送的是哪一类逻辑信道。TDMA帧号是以3.5小时（2715648个TDMA帧）为周期循环编号的。每2715648个TDMA帧为一个超高帧，每一个超高帧又可分为2048个超帧，一个超帧持续时间为6.12s，每个超帧又是由复帧组成。GSM900系统的组成京信通信系统11二.GSM通信系统关键技术3.空间分集我们知道在移动通信中，空间略有变动就可能出现较大的场强变化。当使用两个接收信道时，它们受到的衰落影响是不相关的，且二者在同一时刻经受深衰落谷点影响的可能性也很小，因此这一设想引出了利用两副接收天线的方案，独立地接收同一信号，再合并输出，衰落的程度能被大大地减小，这就是空间分集，GSM900系统的组成京信通信系统12二.GSM通信系统关键技术4.时间色散010101010101010101GSM900系统的组成京信通信系统13二.GSM通信系统关键技术在接收端，由于射频信号的反射作用，接收机接收到的信号是多种多样的，其中有的反射信号来自远离接收天线的物体，比直射的信号经过的路程长很多，因而形成相邻符号间的相互干扰。这种现象称为时间色散。如图所示：基站发射101010的数字序列，一路是直射至移动台，一路经物体反射至移动台，可见反射信号比直射信号经过路程长。在GSM系统中，比特速率为270Kbit/s，则每一比特时间为3.7us，也即是一比特对应1.1Km。假若反射信号经过的路程比直射信号经过的路程长1.1公里，则移动台就会在接收到的有用信号中混有比它迟到一个比特时间的一个信号，即移动台同时会收到一个为“1”的信号和一个为“0”信号，这种现象会使移动台接收时的误码率升高。GSM900系统的组成京信通信系统14二.GSM通信系统关键技术5.时间提前0543216732GSM900系统的组成京信通信系统15二.GSM通信系统关键技术由于采用了TDMA技术，因此要求移动台必须在指配给它的时隙内发送，而在其余时间则必须保持沉默。否则它将对使用同一载频上不同时隙的另一些移动台的呼叫造成干扰。如图所示：某一移动台非常靠近基站，指配给它的是时隙2（TS2），它只能利用该时隙进行呼叫，在该移动台呼叫期间，它向远离基站的方向移动。因此，从基站发出的信息，将会越来越迟地到达移动台，与此同时，移动台的应答信息也将越来越迟地到达基站。GSM900系统的组成京信通信系统16二.GSM通信系统关键技术如果不采取任何措施，则该时延将会长到使该移动台在TS2发送的信息与基站在TS3接收到的信息相重迭起来，引起相邻时隙的相互干扰。所以，在呼叫期间，要监视呼叫到达基站的时间，并向移动台发出指令，使移动台能够随着它离开基站距离的增加，逐渐提前发送信号，这个移动台提前发送信号的时间称为定时提前时间（TA）。GSM900系统的组成京信通信系统17二.GSM通信系统关键技术6.基站和移动台间的时间调整收发之间是间隔3个时隙。假如某移动台占用了时隙2（TS2），可它在呼叫期间向远离基站方向移动，因此从基站发出的信息，将会越来越迟地到达移动台。与此同时移动台的应答信息，也会越来越迟地到达基站。如果不采取措施，该时延长至使该移动台在TS2发送的信息与基站在TS3接受到的另一个呼叫信息重迭起来。所以，在呼叫进行期间，必须监视呼叫到达基站的时间，并由系统向移动台发送指令，随着移动台离开基站的距离，逐步指示移动台提前发送的时间，这就是时间的调整。GSM900系统的组成京信通信系统18二.GSM通信系统关键技术7.话音编码GSM中话音编码采用混合编码器，其编码过程分为：第一阶段：话音分段。64Kbit\S的话音分成20ms一段进行编码。第二阶段：编码。每20ms话音编成260bit的数码。即比特速率为：260\20=13Kbit\SGSM900系统的组成京信通信系统19二.GSM通信系统关键技术在GSM系统中，由于无线信道的带宽只有200KHz，且无线信道为变参信道，传输数字信号的误码率高，因此，话音信号在无线信道上传送之前应进行处理，使话音数字信号能够适合无线信道的高误码、窄带宽的要求，本节主要讲述CME20系统对话音的处理过程，包括PCM编码技术、话音编码技术、信道编码技术、交织技术、突发脉冲形成技术、均衡技术、分集接收技术和移动台的构成框图。PCM编码方式是一种波形编码器，这类编码方式传送的是实际波形的直接信息，其编码过程是先对模拟信号进行取样，再对取样值进行量化，然后进行编码形成数字信号，即是我们较为熟识的取样、量化、编码的过程。GSM900系统的组成京信通信系统20二.GSM通信系统关键技术在现在的公用电话中通常采用这种编码方式，它质量相应较高，但需要很高的比特速率，公用电话中每个话路的比特速率为64Kbit/s。这样高的比特速率不适应在GSM系统中的无线信道中传输。在公用电话网中用户电路的模拟信号经PCM抽样、量化、编码后形成每个话路的数字信号速率为64Kbit/s，在GSM系统中，无线信道也采用数字信号，但每载频的带宽只有200KHz，如果采用传统的PCM编码方式，则每个移动台的数字话音比特速率为64Kbit/S，8个用户至少为512Kbit/S，调制后的频带远远大于200KHz，因此必须采用其它的编码方式来降低每个话路信息编码所需的比特率。GSM900系统的组成京信通信系统21二.GSM通信系统关键技术当前的话音编码方式主要有三种：波形编码、声音编码和混合编码。CME20系统中采用了混合编码方式。波形编码器具有音质好的特点，但比特速率要求高；声音编码器具有编码比特速率低的特点，但音质较差；混合编码器为波形编码器和声音编码器两者的结合，吸取两种编码器的优点，使话音编码后的比特速率能够满足GSM系统中无线信道的传输要求，而又能保证一定的话音质量，但话音质量比公用电话的PCM编码方式差。GSM900系统的组成京信通信系统22分段话音编码64Kbit/s20ms20ms260bit260bit/20ms=13Kbit/s编码前话音编码后话音二.GSM通信系统关键技术GSM900系统的组成京信通信系统23其编码过程为：先对64Kbit/S的数字话音进行分段，每段20ms，然后再进行混合编码，每20ms的话音编成260个比特，即比特速率为260bit/20ms=13Kbit/S，这样每路话音的比特速率从64Kbit/S降至13Kbit/S。二.GSM通信系统关键技术GSM900系统的组成京信通信系统248.信道编码作用是克服无线信道中传输过程的误码。由于在GSM系统中的无线信道为变参信道，传输时的误码较为严重，采用信道编码能够检出和校正接收比特流中的差错，克服无线信道的高误码缺点。信道编码的纠错和检错原理可以从下面简单的例子看出：二.GSM通信系统关键技术GSM900系统的组成京信通信系统25二.GSM通信系统关键技术假定要发送的信息是一个“0”或是一个“1”。为了提高保护能力，以这样简单的方式添加3个比特，对于每一个比特（0或1），只有一个有效的编码组（0000或1111）。如果收到的不是0000或1111，就说明传输期间出现了差错，差错的情况有三种，错一个比特、错二个比特和错三或四个比特。由图例可见，错一个比特可以校正；错二个比特时不能够校正，但能够检出；错三或四个比特才发生误码。所以，这个简单的编码方式能够校正一个差错和检出二个差错。由此例可见信道编码可以纠错和检错。GSM900系统的组成京信通信系统26二.GSM通信系统关键技术在CME20系统中，信道编码采用了卷积编码和分组编码两种编码方式。卷积编码具有纠错的功能；分组编码具有检错的功能。同时由于编码时要添加比特，而使话音信号的比特速率升高，所以不能对全部的话音比特进行编码，而是只对部分重要的比特进行编码。GSM900系统的组