第03部分 GSM无线接口_TA、突发脉冲、帧及信道Y

引入空中接口是无线系统和移动台之间的接口，连接移动台和基站，是GSM系统关键接口之一完整的空中接口是移动台漫游的基础针对网络的优化很多是对空中接口资源的重新配置，对空中接口的透彻理解是优化的基础无线接口概述时间FDMA频率TDMA时间频率CDMA频率时间码无线接入技术无线逻辑信道时隙和帧结构逻辑信道分类逻辑信道组合公共控制信道配置频率200kHzBPBurstPeriod15/26ms隙缝时间时隙和帧结构BP：TDMA信道上的一个时隙中的消息格式被称为突发脉冲序列。0123204420452046204701234849504701242501242514950001457623TB3TB3GP8.25TB：尾比特TB3TB3GP8.25GP：保护期TB3TB3GP8.25TB3TB3GP68.2558信息比特26训练序列58信息比特固定比特142信息比特39扩展的训练序列64信息比特39同步序列41信息比特36常规突发序列（NB）频率校正突发序列（FB）同步突发序列（SB）接入突发序列（AB）1超高帧=2048超帧=2715648TDMA帧（3小时28分53秒760毫秒）1超帧=1326TDMA帧（6.12秒）1复帧=26TDMA帧（120ms）1复帧=51TDMA帧（3060/13ms）1TDMA帧=8时隙（120/26=4.615ms）1时隙=156.25比特持续期（15/26=0.577ms）（1比特持续期：48/13=3.68us）BCCHCCCHSDCCHTCHSACCH/TFACCH帧8bit41同步bit36加密bit3bit68.25bit尾比特尾比特保护间隔数据•接入突发脉冲序列(AB)：用于MS初始化接入3bit142bit3bit8.25bit尾比特尾比特保护间隔数据•频率校正突发脉冲序列(FB)：用于MS与BTS之间的频率同步3bit39加密bit39加密bit3bit8.25bit尾比特尾比特保护间隔数据数据64同步bit•同步突发脉冲序列(SB)：用于MS与BTS之间的定时同步突发脉冲BP3bit57加密bit57加密bit3bit8.25bit尾比特尾比特保护间隔数据数据26bit11训练序列偷帧标志•普通突发脉冲序列(NB)：用于携带业务信道和除RACH之外的控制信道上的信息3bit142调制bit3bit8.25bit尾比特尾比特保护间隔•虚拟突发脉冲序列(DB)：用于BTS在无信息下发的时隙发送填充帧突发脉冲BP传播时延t传播时延tTA这样下去不行，得让手机提前一个TA值时间发给我！！时间提前量（TA）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：0543216723时间提前量（TA）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。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）。小区参数中TALIM=0--63，MAXTA=63,对应小区范围为35KM。TALIM是发生紧急切换的门限。对于扩展小区，其覆盖半径为72KM，TAMAX=126,每载波中8个TS分给4个用户，且采用SDCCH/4的映射。逻辑信道分类GSM900和GSM1800的逻辑信道划分是一样的广播控制信道(BCCH)控制信道通用控制信道(CCCH)话音信道(TCH)FCCHSCHBCCH(系统消息)TCH/FAGCHRACHSDCCHFACCHSACCHTCH/HTCH/9.6FTCH/4.8F,HTCH/2.4F,HPCH通用信道(CCH)专用信道(DCH)逻辑信道FCCHSCHBCCHPCHAGCHBCCHCCCH通用信道SDCCHSACCHFACCHTCH/FTCH/HDCCHTCH专用信道逻辑信道分类下行逻辑信道RACHCCCH通用信道SDCCHSACCHFACCHTCH/FTCH/HDCCHTCH专用信道逻辑信道分类上行逻辑信道搜寻频率校正脉冲搜寻同步脉冲解读系统消息侦听寻呼消息发送接入脉冲信令信道分配呼叫建立话音信道分配通话呼叫释放FCCHSCHBCCHPCHRACHAGCHSDCCHSDCCHTCHFACCH逻辑信道分类开机状态空闲状态专用模式空闲状态逻辑信道作用举例TCH/F+FACCH/F+SACCH/TF（全速率TCH）TCH/H+FACCH/H+SACCH/TH（半速率TCH）26帧—复帧FCCH+SCH+BCCH+CCCH（主BCCH）FCCH+SCH+BCCH+CCCH+SDCCH/4+SACCH/4(组合BCCH)BCCH+CCCH（扩展BCCH）SDCCH/8+SACCH/C8（主SDCCH）+FACCH/851帧—复帧逻辑信道组合逻辑信道组合主BCCH逻辑信道组合组合BCCH逻辑信道组合独立SDCCH逻辑信道组合TCH信道PCHRACHAGCH下行CCCH上行CCCH如何决定小区总的CCCH资源?如何合理分配AGCH和PCH?公共控制信道配置公共控制信道配置GSM系统支持多种信道组合(不考虑GPRS)其中主BCCH，扩展BCCH，组合BCCH，以及BCCH+CBCH组合中都存在CCCH，也就是说都允许MS接入。系统就据此对MS进行CCCH分组。系统规定，CCCH可以映射到0，2，4，6时隙，但扩展BCCH组合因其不包含FCCH与SCH，仅能映射至2，4，6时隙。因此所有的MS都在0时隙与基站取得同步，然后在不同的CCCH登陆网络。CCCH分组公共控制信道配置GSM系统最多支持9×9共81个寻呼组，也就是说MS从寻呼组角度最多被分成81个子组。由于无论哪种组合方式，每51复帧可用于寻呼的块不超过9个，系统对51复帧进行了再一轮循环，寻呼组号以“相同寻呼间帧数”个51复帧为周期循环往复。假设相同寻呼间帧数为7，每51复帧用于寻呼的块(9or3-接入允许保留块数)为4，那么寻呼组号就是0－27循环。系统术语中，将任何一个51复帧中的寻呼块称之为一个寻呼超组，因此系统寻呼超组的数目也就是“相同寻呼间帧数”，每个超组中的寻呼组数目就是9or3-“接入允许保留块数”。寻呼组MS的CCCH组号=(IMSImod1000)mod(BS_CC_CHANSxN))divNMS的寻呼组号=((IMSImod1000)mod(BS_CC_CHANSxN))modN其中：N=寻呼超组数X寻呼组数IMSI=手机的IMSI号码mod=取模运算div=整除公共控制信道配置CCCH组和寻呼组的计算在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：话音编码信道编码交织突发脉冲串的形成GMSK调制均衡器语音信号处理语音A/D8KHz，13bit语音编码分段20ms13kbit/s信道编码交织突发脉冲加密22.8kbit/s调制33.8kbit/s发送语音信号处理过程话音编码信道编码突发脉冲串形成调制器发射机A/D分段交织加密均衡解码均衡器接收解调D/A话音解码去交织解密13KB/S22.8.KB/S33.8KB/S270KB/S语音信号处理过程编码方式称为规则脉冲激励──长期预测编码(RPE-LTP)，其处理过程是先进行8KHZ抽样，调整每20ms为一帧，每帧分为4个子帧，每个子帧长5ms，纯比特率为13kbit/s。语音编码1、话音编码波形编码有三种编码技术声源编码（参量编码）混合编码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，其编码过程是我们较为熟识的取样、量化、编码的过程，它质量相应较高，但需要很高的比特速率，固定电话中每个话路的比特速率为64Kbit/s，不适应在GSM系统中的无线信道中传输。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。在GSM系统中，但每载频的带宽只有200KHZ，不能采用传统的PCM编码方式。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。将每20mS话音编成260bit的数码。即比特速率为：260\20=13Kbit/S分段话音编码64Kbit/s20ms20ms260bit260bit/20ms=13Kbit/s编码前话音编码后话音其编码过程为：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。2、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：发添加比特接收比特00000001或1110纠一位错11110011或1100检两位错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、错二个比特和错三个以上比特。由此可见，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。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。GSM中采用分组编码和卷积编码两种编码方式。把话音编码产生的260比特分成50个最重要比特132个重要比特78个不重要比特对50个比特先添加3个奇偶检验比特（分组编码）。再与132比特和4个尾比特一起卷积编码，比率为1∶2，形成378个比特。另外78个不重要比特不予保护。块编码器激励编码器50bit+3*2+4132bit78bit456bit语音信号处理过程信道编码501327850313247837878末编码比特已编码比特2：1信道编码的过程是：50个最重要的比特先加入3个比特进行分组编码，再与132个重要比特一起加入4个比特进行第二次分组编码，然后再按1：2的比率进行卷积编码，形成378个已编码比特，78个不重要比特不进行编码。这样，260个比特的数字话音信号经信道编码后成为456个比特。3、交织在实际应用中，比特差错经常成串发生。这是由于持续时间较长的衰落谷点会影响到几个连续的比特。而信道编码仅在检测和校正单个差错和不太长的差错串时才是最有效的。采用交织技术，即是将码流以非连续的方式发送出去，使成串的比特差错能够被间隔开来，再由信道编码进行纠错和检错。123412341122341112132421233431333441434441