GSM网络基本知识中空中信道.docx

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GSM网络基本知识中空中信道

第五章目标

通过本章学习，学生应该能够：

1．理解调制GSM信号的GMSK调制方式。

2．说出四种最常用的组合信道并理解采用的原因。

3．理解采用复帧、超帧和巨帧的原因。

模拟和数字信号的发射

GSM采用数字空中接口的主要原因：

抗噪声能力强，能增加频率复用率，减小干扰。

可采用差错校正技术，保证传输话务的可靠性。

为移动用户增加了保密性，为系统操作员增加了安全性。

可与ISDN兼容，使用标准化开放式接口，并能为用户提供范围更广的业务。

调制技术

信号要在空中发送需要经过调制，有三种调制技术：

幅度调制

对于模拟信号来说易于实现，但抗噪声性能差。

频率调制

实现起来复杂一些，但是抗噪声性能较好。

相位调制

抗噪声性能最好，但是对于模拟信号来说实现起来过于复杂，

所以也很少使用。

数字信号可以采用以上任何一种调制方式，其中，相位调制的抗噪声性能最好。

因为相位调制对数字信号而言易于实现，所以GSM空中接口采用了这种调制方法。

相位调制对于数字信号而言也称为相移键控PSK（PhaseShiftKeying）。

调制技术

1.幅度调制（AM-AmplitudeModulation）

2.频率调制（FM-FrequencyModulation）

3.相移键控（PSK-PhaseShiftKeying）

数字信号的发射

虽然相位调制抗噪声性能很好，但是还存在一个问题，当信号突然改变相位时，会产生高频分量，需要较宽的发射带宽。

GSM系统必须有效的利用有限的频段，所以在GSM空中接口没有简单的采用这种相位调制技术，而是采用一种更有效的、改进型的相位调制技术，称为高斯最小相移键控GMSK（GaussianMinimumShiftKeying）

高斯最小相移键控GMSK（GaussianMinimumShiftKeying）

如果采用二进制相移键控BPSK（BinaryPhaseShiftKeying），当数字信号从“1”到“0”或从“0”到“1”时，载频的相位随之立即变化，采用GMSK后，相位的变化需经过一个时间段，这样减少了高频分量。

采用GMSK时，数字信号首先经过一个高斯滤波器，使之变形，减少信号的锐变。

变形后的信号再用于载波的相位调制，这样载波的相位就不会即时的变化，而是缓慢的变化。

频谱

功率

频率

发射的信号

高斯数字滤波器

相位调制

物理和逻辑信道

物理信道是指传输信息的媒介，在陆地接口中就是指电缆。

逻辑信道由物理信道上传输的信息组成。

GSM物理信道

单个GSMRF载频可以支持8个移动用户同时通话。

如对面图所示，每个通话的信道占用载频的八分之一的时间，这种技术称为时分复用。

时间被分成了多个时间段，每个时间段称为一个“时隙”，时隙按顺序排列，并编号为0到7。

每这样的8个时隙序列称为一个“TDMA帧”。

每个移动电话通话都会占用一个时隙，直到通话结束或发生切换。

根据信道类型TDMA帧被组建成了多种结构。

在后面将会讲到空中接口的信息如何在帧与复帧中发送，以及相关的定时。

与移动台之间收发信号的定时对于系统正常工作非常关键。

移动台和基站都必须在适当的时间发射和接收信号，否则就会错过它应该所在的时隙，一个时隙里所传的信息也称为一个突发脉冲序列（Burst）。

每个数据突发脉冲序列在TDMA帧中对应一个分配给它的时隙，能提供一个GSM物理信道，而一个物理信道可以用于传送MS和BTS之间的多种逻辑信道。

时隙和TDMA帧

Timeslot（时隙）

Burst（突发脉冲序列）

GSM逻辑信道

GSM空中接口有两种逻辑信道：

业务信道（TrafficChannel）和控制信道（ControlChannel）。

业务信道TCH（TrafficChannel）

业务信道用于传送话音和数据信息。

共有以下几种业务信道：

●全速率（Fullrate）

TCH/FS:

话音（业务信息13kbit/s,全部信息

22.8kbit/sgross）

TCH/EFR:

话音（业务信息12.2kbit/s,全部信息

22.8kbit/sgross）

TCH/F9.6:

9.6kbit/s–数据

TCH/F4.8:

4.8kbit/s–数据

TCH/F2.4:

2.4kbit/s–数据

●半速率（Halfrate）

TCH/HS:

话音（业务信息6.5kbit/s，全部信息

11.4kbit/s）

TCH/H4.84.8kbit/s–数据

TCH/H2.42.4kbit/s–数据

缩略语：

TCHTrafficChannel业务信道

TCH/FSFullratespeechchannel全速率业务信道

TCH/HSHalfratespeechchannel半速率业务信道

TCH/9.6Datachannel9.6kb/s9.6kb/s数据信道

TCH/4.8Datachannel4.8kb/s4.8kb/s数据信道

TCH/2.4Datachannel2.4kb/s2.4kb/s数据信道

话音信道

话音信道有两种不同的编码方法：

全速率FR（FullRate）和增强型全速率EFR（EnhancedFullRate）。

在相同空中接口带宽的条件下，增强型全速率编码与全速率话音编码相比，能提供更好的话音质量。

EFR采用了一种新的话音编码算法，能提供更好的话音质量，但是只有Phase2+以上的移动台才支持EFR。

空中接口的信道

TCH

TrafficChannels（业务信道）

NB

NB

Data（数据）

Speech（话音）

TCH/HS

TCH/FS

TCH/2.4

TCH/9.6

TCH/4.8

TCH/EFR

TCH

FACCH

SACCH

缩略语

NB=常规突发脉冲序列

SACCH=慢速随路控制信道

FACCH=快速随路控制信道

GSM控制信道

GSM控制信道包括：

广播控制信道BCCH（BroadcastControlChannel）;通用控制信道CCCH（CommonControlChannel）;专用控制信道DCCH（DedicatedCommonControlChannel）.

BCCH类

广播控制信道仅是下行信道（从基站到移动台）,包括:

BCCH广播控制信道,用来发送网络相关的信息。

该信道是连续发射的,供周围小区中的移动台测量其信号强度。

SCH（SynchronizingChannel）同步信道，用来发送帧同步信息和BSIC码。

FCCH（FrequencyControlChannel）频率控制信道，发射载波同步信息。

CCCH类

通用控制信道类是双向的，即包括上行和下行两个方向：

RACH（RandomAccessChannel）随机接入信道是上行信道用于移动台接入系统。

PCH（PagingChannel）寻呼信道和AGCH（AccessGrantedChannel）接入允许信道都是下行的，AGCH用于给MS分配资源，如SDCCH。

PCH用于系统寻呼移动台。

PCH和AGCH从不同时使用。

CBCH（CellBroadcastChannel）小区广播信道，用于向小区内所有的移动台广播信息，如话务信息等。

DCCH类

专用控制信道在移动台呼叫建立或用户身份验证时，唯一的分配给该移动台。

DCCH包括：

SDCCH（StandaloneDedicatedControlChannel）独立专用控制信道，用于移动台在呼叫建立或做用户身份验证时，向移动台发送或接收数据。

随路控制信道（AssociatedControlChannel），包括慢速随路控制信道SACCH（SlowAssociatedControlChannel）和快速随路控制信道FACCH（FastAssociatedControlChannel）。

SACCH用于无线链路功率测量及传送功率控制消息。

FACCH用于传送“事件”型消息，如切换消息。

FACCH和SACCH都工作在上行和下行两个方向。

缩略语

NB=常规突发脉冲序列FB=频率校正突发脉冲序列

AB=接入突发脉冲序列DB=填充突发脉冲序列

SB=同步突发脉冲序列

控制信道

CCH

ControlChannel（控制信道）

NB

NB/AB

BCCH

仅为下行

DCCH

NB/DB

ACCH

SDCCH

同步信道

BCCH

SB

FB

SACCH

FACCH

SCH

FCCH

CCCH

AB

NB

CBCH

-下行

RACH

-上行

NB

PCH/AGCH

-下行

名词缩写

BCCHBroadcastControlChannelCCCHCommonControlChannel

DCCHDedicatedControlChannelPCHPagingChannel

RACHRandomAccessChannelCBCHCellBroadcastChannel

ACCHAssociatedControlChannelAGCHAccessGrantedChannel

SDCCHStandaloneDedicatedControlChannel

GSM逻辑信道

控制信道

广播控制信道BCCH（BroadcastControlChannel）

BTS在所有时间都发送广播控制信道，用来载送BCCH的无线载频称为BCCH载频，当移动台开机但没有通话时，会周期性的监测BCCH中的信息（至少每30秒）

广播控制信道BCCH中传送的信息有：

位置区识别号LAI（LocationAreaIdentity）

移动台应监测的相邻小区列表

本小区使用的频率列表

小区识别号

功率控制指示

是否允许不连续发射DTX（DiscontinuousTransmission）

接入控制（如紧急呼叫、呼叫阻断）

小区广播信道描述。

BCCH总是在所有的时刻以恒定功率发射，使所有可能会用到它的移动台能测量它的信号强度。

当BCCH没有信息发送时就发送填充比特，或称为填充突发脉冲序列。

●频率校正信道FCCH（FrequencyCorrectionChannel）

该信道在BCCH时隙频繁发送，使移动台能同步到基站的频率。

FCCH只会在BCCH载频的时隙0发射，相当于时隙0的标志，使移动台能识别到时隙0。

●同步信道SCH（SynchronizingChannel）

SCH传送的信息使移动台能同步到TDMA帧结构，以及使移动台能知道时隙的定时。

另外还包括以下信息：

帧号

基站身份识别码BSIC（BaseSiteIdentityCode）

移动台将会监视相邻小区中BCCH的信息，并存储信号最强的6个小区的信息。

这些小区的SCH信息也被存了下来，以便移动台到了一个新小区时，可以快速的与之同步。

广播控制信道BCCH