1-GSM原理及网络优化培训课件

GSM原理及网络优化深圳联通网络优化中心GSM原理及其网络优化GSM无线接口理论GSM网络结构GSM主要过程及参数优化第一部分GSM无线接口理论一、时分多址（TDMA）GSM中：上行频率：890－－915MHZ下行频率：935－－960MHZ共分为124对双工载频，载频间隔为200KHZ。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。124个频点中包含了联通，邮电GSM和TACS。关于“下行链路”和“上行链路”的概念手机基站上行链路下行链路惠州市邮电工程有限公司•4/12频率分组方法•3/9频率分组方法•MRP频率分组方法•1/3频率分组方法无线频率的分组方案A1948270584634B1938169574533C1928068564432D1917967554331A2907866544230B2897765534129C2887664524028D2877563513927A3867462503826B3857361493725C3847260483624D3837159473523小区频率分组4/12D3D1C1B3B2C2B1A2D2A1C3A3D3D1C1B3B2C2B1A2D2A1C3A3D3D1C1B3B2C2B1A2D2A1C3A3D3D1C1B3B2C2B1A2D2A1C3A3D3D1C1B3B2C2B1A2D2A1C3A3同频小区在频率资源较紧的地方可采用多频复用模式：如在系统中如果有50频率可用，则在进行频率分组时不进行规则的分配，而采用不等的方式进行分配：如12/12/10/10/6规律来进行频率分配。其规律由理论及网络实际干扰的情况来分析得出的。MRP频率分组（4/12）表A1B1C1D1A2B2C2D2A3B3C3D3949392908988878685848382818079787776757473727170696867666564636261605958575655545352515049484746454443424140393837363534333231302928272625242322212019181716151413121110987654321二、GSM信号处理（一）GSM中的技术难点1、时间色散2、时间提前3、话音编码-----压缩话音数据的比特速率4、误码处理采用信道编码、交织、跳频等技术。1、时间色散010101010101010101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。05432167322、时间提前由于采用了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。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）。（二）、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\S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。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。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。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。（三）、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：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。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。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。（四）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边续的比特。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。在GSM系统中，由于采用了TDMA技术，所以移动台接收到的信号不是连续的，而是每帧接收到一串数据，信息量为257bit，所以信道编码后的20ms的话音要分成857bit，即分成8组，要4个帧才能送完。为克服比特差错经常成串发生，而信道编码只在检测和校正不太长的差错串时才最有效，利用交织可把一条消息中相继比特隔开，将它们以非相继的方式发送，从而使成串的差错化为较短的差错串。一次交织在20MS话音内进行二次交织在相邻的两个20MS话音间进行19172533404856449817..........456456个比特分8段，不按顺序放置，即每帧57比特是不连续比特，每一个脉冲串中含现两个帧。接如下方法安排：572657话音帧训练比特话音帧AAAAAAAABBBBBBBBCCCCCCCC一次交织示意图在GSM系统中，信道编码器为每一段20ms的话音提供456个比特，根据上述的交织原理，把456个比特分成八组，每组57个比特，在4个TDMA帧发送。发送时按非连续的方式发码，即对它们作交织处理，其发码规律如图所示，这个比特的处理过程称为第一次交织。第一次交织是在20ms的话音中进行的。设某个用户进行通话，每20ms产生一个456bit的话音帧，假设现有A、B、C、D四帧，每帧第一次交织后形成8组，每组57个比特，如果每帧的257个比特是取自同一话音帧并插入同一突发脉串，那么该突发脉冲串如果丧失将会导致总共丧失25%的比特，而信道编码难以对付丢失这么多的比特，所以必须在两个话音帧间再来一次交织。第二次交织是在两个20ms的话音之间进行的，其原理如图所示，第二次交织后，每串突发脉冲串发送相邻两个20ms各57个比特的信息，每20ms的话音要分成8个TDMA帧才能送完。二次交织将增加系统的时延，但却能经得住丧失整个突发脉串的打击。因为丧失一个脉冲串只影响每个话音帧比特数的12.5%，而这是能通过信道编码加以校正的。（五）调制采用高斯滤波最小频移键控（GMSK），比普通的MSK更窄的带宽，但代价是减小了对噪声的抵抗能力。（六）跳频瑞利衰落的衰落图形是与频率相关的，即衰落谷点将因频率不同而发生在不同的地点。这样如果在呼叫期间，让载波频率在几个频率点上变化，并假定只在一个频率上有一衰落谷点，那么仅会损失呼叫的一小部分，而采用复杂的信号处理过程能重新恢复全部信息内容。这种方法称为跳频。在呼叫期间，载波频率在几个频率上变化，以克服瑞利衰落。因瑞利衰落谷点只是对某一个频点有效，对另一个频点无效。另外，跳频与不连续发射可以降低干扰，但当大负荷时，所有的发信机都同时打开，碰撞的机会很大，跳频的作用体现不出来。若按照4/12分组方案，邻频碰撞也无妨，但若采用多频复用技术，邻频的距离小于12，彼此干扰变大，若采用跳频技术，且负荷不大时，可以减小碰撞机会。（七）天线（空间）分集接收GSM中的实现分集的方法是使用两个接收天线，它们受到的衰落影响是不相关的。它们两者在某一时该经受某很深衰落点影响的可能性很小。利用两付接收天线来接收信号，它们独立接收同一信号，并因此受到衰落包络的不同影响，当合成来自两付天线的信号时，衰落的程度能被减小。在900MHZ频段，天线间距5米~6米，可得