第3章 GSM的无线信道

第3章GSM的无线信道为了提高利用率，GSM在无线接口上综合了FDMA和TDMA两种接入技术，用来把通信媒介划分成多个相互独立的信道。本章主要介绍与GSM无线信道有关的基本概念和工作原理，主要内容如下：GSM系统的物理信道与逻辑信道；逻辑信道到物理信道的映射；各种突发脉冲的格式；帧偏离、定时提前量与半速率信道。频率资源3.1物理信道与逻辑信道3.2信道的组合方式3.3突发脉冲序列与时隙格式3.4GSM信道编码与交织3.5帧偏离、定时提前量与半速率信道3.63.1频率资源图3-1FDMA上行图3-2FDMA下行图3-3FDD图3-4上行链路的信道划分图3-5频率规划方案3.2物理信道与逻辑信道图3-6时隙与帧结构图3-7GSM的上行和下行物理信道图3-8一对双工载频时信令与业务的时隙分配方案图3-9多对双工载频时信令与业务的时隙分配方案1．业务信道业务信道（TrafficChannel，TCH）主要用于传送数字话音或者数据，其次还传送少量的随路控制信令。业务信道分为全速率业务信道（TCH/F）和半速率业务信道（TCH/H）。半速率业务信道所用时隙长度是全速率业务信道所用时隙长度的一半。（1）语音业务信道。①TCH/F②TCH/H（2）数据业务信道。①TCH/F9.6②TCH/F4.8③TCH/H4.8④TCH/F2.4⑤TCH/H2.42．控制信道控制信道（ControlChannel，CCH）用于传送信令或同步数据，根据信道上所传信令的不同，又可将控制信道进行分为广播信道、公共控制信道及专用控制信道3类。（1）广播信道（BroadcastChannel，BCH）。①频率校正信道（FrequencyCorrectionChannel，FCCH）②同步信道（SynchronizationChannel，SCH）③广播控制信道（BroadcastControlChannel，BCCH）（2）公共控制信道（CommonControlChannel，CCCH）。①寻呼信道（PagingChannel，PCH）②随机接入信道（RandomAccessChannel，RACH）③准许接入信道（AccessGrantChannel，AGCH）（3）专用控制信道（DedicatedControlChannel，DCCH）。①独立专用控制信道（SDCCH）②慢速辅助控制信道（SlowAssociatedControlChannel，SACCH）③快速辅助控制信道（FastAssociatedControlChannel，FACCH）图3-10GSM的信道分类3．专用信道管理专用信道包括业务信道（TCH）和专用控制信道（DCCH）。专用控制信道是一种“点对点”的双向控制信道，其用途是在呼叫接续阶段和通信进行期间在移动台和基站之间传输必需的控制信息。（1）专用信道正常释放。图3-11专用信道的正常释放（2）非正常释放。（3）从信令信道到业务信道的转化。图3-12从SDCCH到TCH的转换3.3信道的组合方式在GSM系统中，每个小区最多有2个物理时隙来传输信令，而每个小区中有9种控制信息需要传送，也就是2个物理时隙需要传递9种控制信息。其中，SACCH（慢速辅助控制信道）既可以由传送业务信息的物理时隙传递，也可以由传送控制信息的物理时隙传递。FACCH则必须由传送业务信息的物理时隙传递。由于可用信道数量少，而需要传输的信息多，因此需要对信息与信道进行组合。将逻辑信道映射到物理信道上的方式叫做信道的组合方式。逻辑信道的组合以复帧为基础，逻辑信道的组合包括控制信道的组合和业务信道的组合。1．GSM系统的复帧图3-13GSM系统各种帧的格式2．控制信道的组合方式图3-14BCH和CCCH在TS0上的复用图3-15RACH在TS0上的复用图3-16SDCCH和SACCH在TS1上的复用3．业务信道的组合方式图3-17业务信道的组合方式3.4突发脉冲序列与时隙格式GSM系统中，在每个时隙0.577ms的时长内需要传输156.25bit。我们将一个时隙中的信息格式称为突发脉冲序列（Burst）。GSM中共有5种突发脉冲序列，它们分别是：常规突发脉冲序列、频率校正突发脉冲序列、同步突发脉冲序列、接入突发脉冲序列和空闲突发脉冲序列。1．常规突发脉冲序列图3-18常规突发脉冲序列2．频率校正突发脉冲序列图3-19频率校正突发序列3．同步突发脉冲序列图3-20同步突发脉冲序列4．接入突发脉冲序列图3-21接入突发脉冲序列5．空闲突发脉冲序列3.5GSM信道编码与交织GSM系统的数字信号在进行无线传输时要解决3个问题：（1）如何选择低速率的信源编码方式，以适应移动信道带宽有限的要求；（2）如何选择有效的信道编码方式，以克服无线信道的快速变化；（3）如何选择有效的调制方法，以减小杂波辐射，降低干扰。1．信道编码图3-22GSM系统的编码模块图3-23GSM的信道编码2．交织图3-24交织的原理图3-25GSM系统的编码流程图3-26GSM的交织过程3．调制和解调4．无线链路管理（1）断续发射。（2）功率控制。3.6帧偏离、定时提前量与半速率信道1．帧偏离帧偏离是指下行信道的TDMA帧定时与上行信道的TDMA帧定时之间的固定偏差。2．定时提前量在GSM系统中，突发脉冲的发送与接收必须严格地在相应的时隙中进行，所以系统必须保证严格的同步。为了克服由突发脉冲的传输延时所带来的定时不确定，基站要指示移动台以一定的提前量发送突发脉冲，以补偿所增加的延时，这个提前量即为定时提前量（TimingAdvance，TA）。3．半速率信道全速率是指GSM系统中用于无线传输的13kbit/s的语音信号，即GSM系统中的语音编码器将64kbit/s的语音信号变换成l3kbit/s的语音信号。小结（1）GSM系统8个时隙组成一个帧，26个业务帧组成一个业务复帧，51个控制帧组成一个控制复帧。51个业务复帧或者26个控制复帧可以组成一个超帧。一个超帧包括1326个TDMA帧，超帧长51×26×4.6l5ms＝6.12s。2048个超帧组成一个超高帧，GSM系统的帧号从0到2715647进行循环。（2）GSM系统有124×8＝992个物理信道。这些物理信道从逻辑上划分为业务信道和控制信道两种。（3）控制信道包括广播信道（BCH）、公共控制信道（CCCH）和专用控制信道（DCCH）。（4）将逻辑信道装载到物理信道上的方式叫做信道的组合方式。逻辑信道的组合是以复帧为基础的。（5）当GSM系统中的载频数量大于1个时，广播信道（BCH）和公共控制信道（CCCH）在TS0上时分复用。专用控制信道（DCCH）包括SDCCH（独立专用控制信道）和SACCH（慢速辅助控制信道），在TS1上时分复用。（6）GSM系统编码后的控制或业务信息需要按一定的格式进行传送，这个格式即为长度为156.25bit的突发脉冲。在GSM系统中，总共有5种不同的突发脉冲格式，分别为常规突发脉冲序列（NB）、频率校正突发脉冲序列（FB）、同步突发脉冲序列（SB）、接入突发脉冲序列（AB）和空闲突发脉冲序列（DB）。（7）GSM系统将信源编码后的信道经过信道编码、交织之后放到无线信道上进行传输，信道编码主要用来纠错或检错以抗噪声和干扰，而交织主要用来抵抗快衰落。（8）GSM系统采用断续发射（DTX）/接收（DRX）和功率控制方式来降低空中总的干扰电平，节约无线发射机或接收机的电源耗电量，节约功率开销。达到减少总体干扰电平、减少移动台的功耗和控制通信误码率的目的。