GSM原理及其网络优化_第二章

第2章GSM无线接口理论2．1工作频段的分配2．1．1我国GSM网络的工作频段我国陆地蜂窝数字移动通信网GSM通信系统采用900MHz与1800MHz频段。GSM900MHz频段为：890～915MHz(移动台发，基站收)，935～960MHz(基站发，移动台收)；DCSl800MHz频段为：1710～1785MHz(移动台发，基站收)，1805～1880MHz(基站发，移动台收)，如表2—1所示。2。1．2频道间隔相邻两频点间隔为为200kHz，每个频点采用时分多址(TDMA)方式，分为8个时隙，既8个信道(全速率)，如GSM采用半速率话音编码后，每个频点可容纳16个半速率信道，可使系统容量扩大一倍，但其代价必然是导致语音质量的降低。2．1．3频道配置绝对频点号和频道标称中心频率的关系为：(1)GSM900MHz频段：f1(n)=890.2MHz+(n-1)×0.2MHz(移动台发，基站收)fh(n)=f1(n)+45MHz(基站发，移动台收)；n∈[1，124](2)GSMl800MHz频段为：f1(n)=1710.2MHz+(n-512)×0.2MHz(移动台发，基站收)fh(n)=f1(n)+95MHz(基站发，移动台收)；n∈[512，885]其中：f1(n)为上行信道频率、fh(n)为下行信道频率，n为绝对频点号(ARFCN)。(1)在我国GSM900使用的频段为：905～915MHz上行频率950～960MHz下行频率频道号为76～124，共10M带宽。中国移动公司：905～909MHz(上行)，950～954MHz(下行)，共4M带宽，20个频道，频道号为76～95。(目前通过中国移动TACS网的压频，为GSM网留出了更大的空间，因而GSM实际可用频点号要远大于该范围)。中国联通公司：909～915MHz(上行)，954～960MHz(下行)，共6M带宽，29个频道，频道号为96～124。(2)目前只有中国移动公司拥有GSMl800MHz网络，拥有1800网络的移动分公司大多申请10M的带宽，频道号为512～562。2．1．4干扰保护比载波干扰比(C/I)是指接收到的希望信号电平与非希望信号电平的比值，此比值与MS的瞬时位置有关。这是由于地形不规则性基本地散射体的形状、类型及数量不同，以及其他一些因素如天线的类型、方向性及高度，站址的标高及位置，当地的干扰源数目等造成的。同频干扰保护比：C/I≥9dB。所谓C/I，是指当不同小区使用相同频率时，另一小区对服务小区产生的干扰，它们的比值即C/I，GSM规范中一般要求C/I9dB；工程中一般加3dB余量，即要求C/I12dB。邻频干扰保护比：C/I≥-9dB。C/A是指在频率复用模式下，邻近频道会对服务小区使用的频道进行干扰，这两个信号间的比值即C/A。GSM规范中一般要求C/A-9dB，工程中一般加3dB余量，即要求C／A-6dB。载波偏离400kHz的干扰保护比：C/I≥-41dB。2．2时分多址技术(TDMA)多址技术就是要使众多的客户公用公共信道所采用的一种技术，实现多址的方法基本有三种，频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)。我国模拟移动通信网TACS就是采取的FDMA技术。CDMA是以不同的代码序列实现通信的，它可重复使用所有小区的频谱，它是目前是最有效的频率复用技术。GSM的多址方式为时分多址TDMA和频分多址FDMA相结合并采用跳频的方式，载波间隔为200k，每个载波有8个基本的物理信道。一个物理信道可以由TDMA的帧号、时隙号和跳频序列号来定义。它的一个时隙的长度为0.577ms，每个时隙的间隔包含156.25bit，GSM的调制方式为GMSK，调制速率为270.833kbit/s。2．2．1TDMA信道的概念在GSM中的信道可分为物理信道和逻辑信道。一个物理信道就是一个时隙，通常被定义为给定TDMA帧上的固定位置上的时隙(TS)。而逻辑信道是根据BTS与MS之间传递的消息种类不同而定义的不同逻辑信道。这些逻辑信道是通过BTS来影射到不同的物理信道上来传送。逻辑信道又可分为业务信道和控制信道。，2．2．1．1业务信道业务信道用于携载语音或用户数据，可分为话音业务信道和数据业务信道。(1)话音业务信道：TCH/FS：全速率语音信道13kbit/s：TCH/HS：半速率语音信道5.6kbit/s。(2)数据业务信道：TCH/F9.6：9.6kbit/s全速率数据信道：TCH/F4.8：4.8kbit/s全速率数据信道；TCH/H4.8：4.8kbit/s半速率数据信道；TCH/H2.4：≤2.4kbit/s半速率数据信道；TCH/F2.4：≤2.4kbit/s全速率数据信道。2．2．1．2控制信道控制信道用于携带信令或同步数据，可分为广播信道、公共控制信道和专用控制信道。广播信道(BCH)：包括BCCH、FCCH和SCH信道，它们携带的信息目标是小区内所有的手机，所以它们是单向的下行信道。公共控制信道(CCCH)：包括RACH、PCH、AGCH和CBCH，RACH是单向上行信道，其余均是单向下行信道。专用控制信道(DCCH)：包括SDCCH、SACCH、FACCH。1．广播信道广播信道仅用在下行链路上，由BTS至MS。信道包括BCCH、FCCH和SCH。为了随时都能发起通信请求，MS需要与BTS保持同步，而同步的完成就要依赖FCCH和SCH逻辑信道，它们全部是下行信道，均为点对多点的传播方式。(1)频率校正信道(FCCH)：FCCH信道携带用于校正MS频率的消息，它的作用是使MS可以定位并解调出同一小区的其它信息。(2)同步信道(SCH)：在FCCH解码后，MS接着要解出SCH信道消息，解码所得的信息给出了MS需要同步的所有消息及该小区的TDMA帧号(22bit)和基站识别码BSIC号(6bit)。(3)广播控制信道(BCCH)：MS在空闲模式下为了有效的工作需要大量的网络信息，而这些信息都将在BCCH信道上来广播。信息包括小区的所有频点、邻小区的BCCH频点、LAI(LAC+MNC+MCC)、CCCH和CBCH信道的管理、控制和选择参数及小区的一些选项。所有这些消息被称为系统消息(sI)在BCCH信道上广播，在BCCH上系统消息有八种类型，分别为：系统消息类型l、系统消息类型2、系统消息类型2bis、系统消息类型2ter、系统消息类型3、系统消息类型4、系统消息类型7、系统消息类型8。2．公共控制信道公共控制信道包括AGCH、PCH、CBCH和RACH，这些信道不是供一个MS专用的，而是面向这个小区内所有的移动台的。在下行方向上，由PCH、AGCH和CBCH来广播寻呼请求、专用信道的指配和短消息。在上行方向上由RACH信道来传送专用信道的请求消息。(1)寻呼信道(PCH)：当网络想与某一MS建立通信时，它就会根据MS所登记的LAC号向所有具有该LAC号的小区的PCH信道上进行寻呼，寻呼MS的标识为TMSI或IMSI。寻呼信道属于下行信道，点对多点传播方式。(2)接入许可信道(AGCH)：当网络收到处于空闲模式下的MS发出的信道请求后，就根据该请求需要分配一专用信道，AGCH通过根据该指配的描述(所分信道的描述，和接入的参数)，向所有的移动台进行广播。接入许可信道属于下行信道，点对多点传播方式。(3)小区广播控制信道(CBCH)：它用于广播短消息和该小区一些公共的消息(如天气和交通情况)，它通常占用SDCCH/8的第三个子信道，属于下行信道，点对多点传播。(4)随机接入信道(RACH)：当MS想与网络建立连接时，它会通过RACH信道来发起接入请求，在PHASEl标准中，请求消息包括3bit的建立原因(如呼叫请求、响应寻呼、位置更新请求及短消息请求等等)和5bit的参考随机数。属于上行信道，点对点传播方式。3．专用控制信道包括SDCCH、SACCH、FACCH、TCH，这些信道被用于某一个具体的MS上。(1)独立专用控制信道(SDCCH)：SDCCH是一种双向的专用信道，它主要用于传送建立连接的信令消息、位置更新消息、短消息、鉴权消息、加密命令及处理各种附加业务。(2)慢速随路控制信道(SACCH)：SACCH是一伴随着TCH和SDCCH的专用信令信道。在上行链路上它主要传递无线测量报告和第一层报头消息(包括FA值和功率控制级别)；在下行链路上它主要传递系统消息type5、5bis、5ter、6及第一层报头消息。这些消息主要包括通信质量、LAI号、CELLID、邻小区的BCCH频点信号强度、NCC的限制、小区选项、TA值、功率控制级别等。(3)快速随路控制信道(FACCH)：FACCH信道与业务信道TCH相关。FACCH用于在话音传输过程中给系统提供比慢速随路控制信道(SACCH)又高的多的速度来传送信令消息。它是通过借用20ms的话音突发脉冲序列来传送信令，这种情况被称为偷帧，如在系统执行越局切换时。由于话音译码器会重复最后20ms的话音，所以这种中断不会被用户察觉的。2．2．2TDMA帧在GSM中，每一个载频被定义为一个TDMA帧。每帧包括8个时隙(TS0～TS7)，并都有一个帧号，这是因为在计算加密序列的A5算法中是以TDMA帧号为一个输入参数。当有了TDMA帧号后，移动台就可以判断控制信道TS0上传送的为哪一类逻辑信道了。TDMA的帧号是以3h28min53s760ms(271564.8个TDMA帧)为周期循环编号的。每2715648个TDMA帧为一个超高帧；每一个超高帧又由2048个超帧组成，一个超帧的持续时间为6.12s；而每个超帧又是由51个26复帧或26个51复帧组成。这两种复帧是为满足不同速率的信息传输而设定的，区别是：(1)26帧的复帧：包含26个TDMA帧，时间间隔为120ms，它主要用于TCH(SACCH／T)和FACCH等业务信道。(2)51帧的复帧：包含51个TDMA帧，时间间隔为235ms，它主要用于BCCH、CCCH、SDCCH等控制信道。TDMA帧结构如图2-1所示。2．2．3突发脉冲序列(Burst)TDMA信道上的一个时隙中的消息格式被称为突发脉冲序列，也就是说每个突发脉冲被发送在TDMA帧的其中一个时隙上。因为在特定突发脉冲上发送的消息内容不同，也就决定了它们格式的不同。可以分为五种突发脉冲序列：(1)普通突发脉冲序列(NormalBurst)：用于携带TCH、FACCH、SACCH、SDCCH、BCCH、PCH和AGCH信道的消息。(2)接入突发脉冲序列(AccessBurst)：用于携带RACH信道的消息。(3)频率校正突发脉冲序列(FrequencyCorrectionBurst)：用于携带FCCH信道的消息。(4)同步突发脉冲序列(SynchronizationBurst)：用于携带SCH信道的消息。(5)空闲突发脉冲序列(DummyBurst)：当系统没有任何具体的消息要发送时就传送这种突发脉冲序列(因为网络需要在BCCH：信道上连续不断的发送消息)。每种突发脉冲都包括以下内容：(1)尾比特(TailBits)：它总是0，以帮助均衡器来判断起始位和终止位以避免失步。(2)消息比特(Infomation：BRs)：用于描述业务消息和信令消息，空闲突发脉冲序列和频率校正突发脉冲序列除外。(3)训练序列(TrmningSequence)：它是一串已知序列，用于供均衡器产生信道模型(一种消除色散的方法)。训练序列是发送端和接收端所共知的序列，它可以用来确认同一突发脉冲里其它比特的确定位置，它对于接收端在收到该序列时近似的估算出发送信道的干扰情况能起到很重要的作用。值得注意的是，训练序列在普通突发脉冲序列中可分为8种，但在接入突发脉冲和同步突发脉冲序列中是固定的，而并不随着小区的不同而不同。(4)保护间隔(GuardPeriod)：它是一个空白空间，由于每个载频的最多同时承载8个用户，因此必须保证在各自的时隙发射时不相互重叠，尽管使用了后面会讲到的定时提前技术，但