移动通信PPT电子课件教案第7章时分多址(TDMA)数字蜂窝网.ppt

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1、移动通信资料,http:/通信学苑http:/测试http:/有线电视http:/,7.1 GSM系统总体 7.2 GSM系统的无线接口 7.3 GSM系统的控制与管理 7.4 三种TDMA蜂窝系统分析比较 7.5 GPRS通用分组无线业务 思考题与习题,第7章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网,1G(the First Generation)移动通信系统,1G模拟系统有四大缺点,1.各系统间没有公共接口；2.很难开展数据承载业务；3.频谱利用率低无法适应大容量的需求；4.安全保密性差，易被窃听，易做“假机”。,1982年，北欧四国要求制定 900 MHz频段的欧洲公共电信业务规范，建立全欧统一

2、的蜂窝网移动通信系统。同年成立了欧洲移动通信特别小组，简称GSM(Group Special Mobile)。19821985年，讨论制定模拟蜂窝网还是数字蜂窝网的标准，直到1985年才决定制定数字蜂窝网标准。1986年，在巴黎对欧洲各国经大量研究和实验后所提出的8个数字蜂窝系统进行了现场试验。1987年5月，GSM成员国经现场测试和论证比较，选定窄带TDMA方案。1988年，18个欧洲国家达成GSM谅解备忘录，颁布了GSM标准，即泛欧数字蜂窝网通信标准。,GSM的产生,GSM的发展 续,1991年在欧洲开通了第一个系统，同时该系统设计和注册了市场商标，将GSM更名为“全球移动通信系统”（Gl

3、oba1 System for Mobile communications）。1992年大多数欧洲GSM运营者开始商用业务。到1994年5月已有50个GSM网在世界上运营，10月总客户数已超过400万，国际漫游客户每月呼叫次数超过500万，客户平均增长超过50。1993年欧洲第一个DCSI800(Digital Communication System)系统投入运营。到1994年已有6个运营者采用了该系统。,典型的TDMA数字蜂窝网：(1)全球通GSM(Global System for Mobile communication)欧，1988年(2)D-AMPS(Digital-DAMPS)美

4、IS-54(Interim Standard-54)标准,1990年(3)JDC(Japanese Digital Communication)日，1993年,其它典型的2G网络,GSM系统技术规范,共分12章：01 概述 02 业务方面 03 网路方面 04 MS-BS接口与协议 05 无线路径上的物理层 06 话音编码规范 07 MS的终端适配器 08 BS-MSC接口 09 网路互通 10 业务互通 11 设备和型号认可规范12操作和维护,7.1 GSM系统总体,7.1.1 网络结构 7.1.2 GSM的区域与号码 7.1.3 主要业务,蜂窝移动通信系统,主要是由三大部分组成：交换网路子

5、系统（NSS）无线基站子系统(BSS)移动台（MS）,Um接口,A接口,图7-1 GSM蜂窝系统的网络结构,7.1.1 GSM 网络结构,BSS,NSS,交换网路子系统（NSS）,主要完成交换功能和客户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能。NSS 由一系列功能实体所构成，各功能实体介绍如下：MSC（Mobile Switching Center,移动交换中心）VLR（Visit Location Register，访问位置寄存器）HLR（Home Location Register,归属位置寄存器）AUC（AUthentication Center，鉴权中心）EIR（Equipment

6、 Identity Register，设备标志寄存器）,MSC,是GSM系统的核心，是对位于它所覆盖区域中的移动台进行控制和完成话路交换的功能实体，也是移动通信系统与其它公用通信网之间的接口。提供交换功能，即在接续用户呼叫过程中与BSC一起完成对传输链路（含无线链路）的选路与连接功能。移动本地网中（一般对应一个长途区号所管辖的区域）设有一个或多个MSC，当有多个MSC时，可指定一个或两个MSC为GMSC(关口MSC)。移动本地网中的MSC通过GMSC与固话网、其它运营商的网络进行连接。,数据库,VLR：是一个数据库，一般情况下与MSC 一一对应，并处在同一物理实体中。用来暂存所管辖区域中MS（

7、统称拜访客户）的来话、去话呼叫所需检索的信息，例如客户的号码，所处位置区域的识别，向客户提供的服务等参数。HLR：也是一个数据库，一个移动本地网一般有一个或几个HLR。是运营商用于移动客户管理的数据库。每个移动客户都应在其归属位置寄存器（HLR）注册登记，它主要存储两类信息：一是有关客户的参数；二是有关客户目前所处位置的信息，以便建立至移动台的呼叫路由，例如MSC、VLR地址等。AUC：用于产生为确定移动客户的身份和对呼叫保密所需鉴权、加密的三参数（随机号码RAND，符合响应SRES，密钥Kc）的功能实体。EIR：也是一个数据库，存储有关移动台设备参数。主要完成对移动设备的识别、监视、闭锁等功

8、能，以防止非法移动台的使用。,无线基站子系统BSS,在一定的无线覆盖区中由MSC控制，与MS进行通信的系统设备，它主要负责完成无线发送接收和无线资源管理等功能。功能实体可分为基站控制器（BSC）和基站收发信台（BTS）。BSC：具有对一个或多个BTS进行控制的功能，一般情况下一个BSC的管辖区为一个位置区。它主要负责无线网路资源的管理、小区配置数据管理、功率控制、定位和切换等，是个很强的业务控制点。BTS：无线接口设备，它完全由BSC控制，主要负责无线传输，完成无线与有线的转换、无线分集、无线信道加密、跳频等功能。,操作维护子系统（OMC）,OMC（Operation Maintenance

9、Center）:主要是对整个GSM网路进行管理和监控。通过它实现对GSM网内各种部件功能的监视、状态报告、故障诊断等功能。网路操作和维护：对GSM系统的BSS和NSS进行操作和维护的管理，由OMC完成：a)网络的监视、操作（告警、处理等）；b)无线规划（增加载频、小区等）；c)交换系统的管理（软件、数据的修改等）；d)性能管理（产生统计报告等）移动用户管理：用户数据管理和呼叫计费用户数据管理一般由HLR来完成，包括SIM卡的管理呼叫计费可由移动用户所访问的各MSC和GMSC分别处理，也可采用通过HLR或独立的计费设备集中处理移动设备管理是由EIR(Equipment Identity Regi

10、ter)完成,移动电话网络结构,某一运营商（如移动，联通，电信）所建立的移动通信网。,MS可以随意移动而无需进行位置更新的区域。在现有网络中一般将一个BSC所控制的区域定义为一个位置区（LA）。为了呼叫在此位置区的某一MS,可在该LA内的所有BS 同时对MS进行广播寻呼。,移动台,移动台就是移动客户设备部分，它由两部分组成，移动终端(MS，Mobile Station)和客户识别卡（SIM，Subscriber Identity Module）。移动终端就是“机”，它可完成话音编码、信道编码、信息加密、信息的调制和解调、信息发射和接收。SIM卡就是“身份卡”，它类似于我们现在所用的IC卡，因此

11、也称作智能卡。存有认证客户身份所需的所有信息，并能执行一些与安全保密有关的重要信息，以防止非法客户进入网路。SIM卡还存储与网路和客户有关的管理数据，只有插入SIM后移动终端才能接入进网，但SIM卡本身不是代金卡。,存储数据：用户身份认证所需的信息，如IMSI、TMSI、用户鉴权键Ki等。存储安全保密有关的信息，如加密密钥Kc、密钥序号n、加密算法A3、A5、A8、个人识别码PIN、PIN码出错计数、SIM卡状态、个人解锁码PUK等。存储与网络和用户有关的管理数据，如PLMN代码、LAI、用户登记的通信业务等。存储用户的个人信息。执行安全操作：进行用户入网的鉴权用户信息的加密TMSI的更新用户

12、PIN码的操作和管理,SIM卡,由CPU、工作存储器RAM，程序存储器ROM、数据存储器EEPROM和串行通信单元5个模块组成。,图7-11 SIM卡的结构,SIM卡的组成结构,SIM卡的接口：SIM卡是通过卡面上铜制接口来连接卡内逻辑电路与移动终端的，SIM卡芯片有8个触点，通常与移动设备连接需要6个触点。这5个模块被胶封在SIM卡铜制接口后与普通IC卡封装方式相同。这5个模块必须集成在一块集成电路中，否则其安全性会受到威胁，因为芯片间的连线可能成为非法存取和盗用SIM卡的重要线索。SIM卡的供电分为5V（1998年前发行）、5V与3V兼容、3V、1.8V等，SIM卡的存储容量有3kB、8k

13、B、16kB、32kB、64kB等,SIM卡的组成结构,普通MSC网关MSC（GMSCGateway MSC）：网间互通；互联双方的接口局作为网间结算的计费点对来去话进行计费 汇接MSC（TMSCTandem MSC）：长途汇接被访MSC(VMSCVisited MSC）,MSC的分类,图7-2 GSM话路网的网络结构,全国GSM移动通信网的网路结构,全国GSM移动电话网按大区设立一级汇接中心(TMSC1)、省内设立二级汇接中心(TMSC2)、移动业务本地网(MSC)设立端局构成三级网路结构。,图7-3 GSM话路网与No.7信令网的关系,全国GSM移动通信网与No.7信令网,移动通信网的专用

14、高级信令转接点(HSTP)设置在大区TMSC1，专用的低级信令转接点(LSTP)设置在各省TMSC2，移动业务本地网中的每个MSCVLR、EIR、HLRAUC和BSC设置信令点。,中国移动GSM的汇接中心,初期：中国移动的GSM网设置8个一级移动汇接中心，分别设于北京、沈阳、南京、上海、西安、成都、广州、武汉，一级汇接中心为独立的汇接局(即不带客户，只有至基站的接口，只作汇接)，相互之间以网状网相连。省内GSM移动通信网由省内的各移动业务本地网构成，省内设若干个移动业务汇接中心，汇接中心之间为网状网结构，汇接中心与移动端局之间成星状网。全国可划分为若干个移动业务本地网。每个移动业务本地网中应设

15、立一个HLR。移动业务本地网通过二级汇接中心接入省内GSM移动网，从而接入GSM全国移动网。目前：在各省会中心增设28对TMSC1，新旧TMSC1之间网状相连。,北京,沈阳,武汉,南京,广州,上海,天津,西安,成都,锦州,石家庄,保定,太原,呼和浩特,长春,吉林,哈尔滨,郑州,大庆,衡阳,漯河,宜昌,无锡,长沙,济南,杭州,青岛,合肥,蚌埠,宁波,南昌,福州,厦门,惠州,西宁,乌鲁木齐,兰州,广州,重庆,银川,柳州,南宁,海口,红门,下关,昆明,拉萨,贵阳,G网初期的汇接中心,中国联通CDMA的汇接中心,10对一级汇接中心网状相连，负责汇接全国的CDMA网话务。这10对一级汇接中心分别设在：北

16、京、上海、广州、沈阳、济南、南京、杭州、成都、武汉、西安。10对一级汇接中心汇接范围如下：北京TMSC1辖：北京、天津、河北、山西、内蒙古上海TMSC1辖：上海、江西、安徽、福建广州TMSC1辖：广东、广西、海南沈阳TMSC1辖：辽宁、吉林、黑龙江武汉TMSC1辖：湖北、湖南、河南成都TMSC1辖：四川、重庆、贵州、云南、西藏西安TMSC1辖：陕西、新疆、宁夏、甘肃、青海济南TMSC1辖：山东杭州TMSC1辖：浙江南京TMSC1辖：江苏其他各省二级汇接中心以负荷分担方式连接到所属的一对一级汇接中心。,信令网实例,重庆入网的CDMA用户A呼叫福州的CDMA用户B:信令走向如下：,重庆HLR到福建

17、MSC（收端和发端各有2个LSTP）,网间互联互通,在“中国联通”GSM移动交换局所在地，联通网和主网GSM（中国移动的G网）之间各设一个网间接口局，双方接口局按一对一的方式成对互连。联通GSM客户与主网GSM、PSTN客户间的各种业务互通(含本地、自动长途、移动及国际业务等)所需的话路接续和信号，均经过网间接口局连通。,GSM与PSTN,GSM数字移动通信网与PSTN（Public Switching Telephone Network，公共电话交换网）相重叠。公用电话网有它自己的国际出口局(北京、上海、广州)GSM数字移动通信网却无国际出口局，国际间的通信仍然还需借助于公用电话网的国际局。

18、国际呼叫接续移动用户作为国际呼叫的主叫：始发MSC分析为国际接入码00后，则立即从始发地通过接口局进入PSTN网.移动用户作为国际呼叫的被叫：由国外一直接续到北京、上海、广州PSTN的国际局，就近接入移动本地的接口局，在当地GMSC进行路由查询，并建立接续。,图7-8 国际呼叫接续(被叫)的路由选择,移动用户呼叫PSTN用户 主叫MSC分析被叫号码为PSTN用户，则立即从始发地通过接口局GWm（移动网的关口局）接至GWp（固话网的关口局），进入PSTN网。,图7-5 移动用户呼叫PSTN用户的路由选择,GSM与PSTN,PSTN用户呼叫移动用户PSTN端局根据移动业务接入号（13S），通过接口

19、局GWp就近接入GMSC，GMSC分析H0H1H2H3，导出被叫移动用户的HLR地址信息。通过No.7信令网，从HLR得到该用户目前的位置信息（所在的MSC），GMSC经移动网接续至用户所在MSC。,图7-6 PSTN用户呼叫移动用户的路由选择,GSM与PSTN,GSM用户呼叫GSM用户始发MSC通过HLR查询到被叫用户的路由信息(被叫所在的MSC，由MSRN携带返给主叫MSC)，之后，主叫所处的MSC接续至被叫所处的被访MSC（VMSC）。,图7-7 GSM用户呼叫GSM用户的路由选择,GSM网内用户呼叫接续,省内GSM移动通信网的网路结构,省内GSM移动通信网由省内的各移动业务本地网构成，

20、省内设若干个移动业务汇接中心(即二级汇接中心)，汇接中心之间为网球网结构，汇接中心与移动端局之间成星状网。根据业务量的大小，二级汇接中心可以是单独设置的汇接中心(即不带客户，全有至基站接口，只作汇接)，也可兼作移动端局(与基站相连，可带客户)。省内GSM移动通信网中一般设置二三个移动汇接局较为适宜，最多不超过四个，每个移动端局至少应与省内两个二级汇接中心相连。任意两个移动交换局之间若有较大业务量时，可建立话音专线。,移动业务本地网的网路结构,全国可划分为若干个移动业务本地网，划分的原则是长途区号为2位或3位的地区为一个移动业务本地网。每个移动业务本地网中应设立一个HLR(必要时可增设HLR，H

21、LR可以是有物理实体的，也可是虚拟的，即几个移动业务本地网公用同一个物理实体HLR，HLR内部划分成若干个区域，每个移动业务本地网用一个区域，由一个业务终端来管理），一个或若干个移动业务交换中心(MSC)，还可以几个移动业务本地网共用一个MSC。在移动业务本地网中，每个MSC与局所在地的长途局相连，并与局所在地的市话汇接局相连。在长途多局制地区，MSC应与该地区的高级长途局相连。在没有市话汇接局或话务量足够大的情况下，MSC亦可与本地市话端局相连。当一个MSC覆盖几个长途编号区时，该MSC亦可和这几个长途编号区的市话汇接局和长途局相连。每个MSC均为数字移动通信网的入口局，入口局具有为移动终端

22、的呼叫询问呼叫路由的功能和为呼叫选路至它们终端的目的地被叫移动台的功能。,移动业务本地网的网路结构,7.1.2 GSM的编号计划和拨号方式,1、国际移动用户识别码 IMSI(International Mobile Subscriber Identity)：为了在无线路径和整个GSM移动通信网上正确地识别某个移动客户，就必须给移动客户分配一个特定的识别码。这个识别码称为国际移动客户识别码(IMSI)，用于GSM移动通信网所有信令中，存储在客户识别模块(SIM)、HLR、VLR中。用在MS的移动性、安全性管理及呼叫接续中。此码在所有位置(包括在漫游区)都是有效的。通常在呼叫建立和位置更新时，需要

23、使用IMSI。,组成结构,MCC：移动用户所属国家代码MNC：移动网号，用于识别移动客户所归属的移动网。MSIN：移动用户识别号(包含有HLR识别号H0H1H2H3)，采用等 长11位数字构成。唯一地识别国内GSM移动通信网中移动客户。,图7-9 IMSI的组成结构,IMSI,2、临时移动用户识别码TMSI(Temprory Mobile Subscriber Identity)：为了对IMSI保密，MSCVLR可给来访移动客户分配一个唯一的TMSI号码，即为一个由MSC自行分配的4字节的BCD编码，仅限在本MSC业务区内使用。功能：为了对IMSI保密，IMSI仅在空中传送一次，便由VLR给来

24、访移动用户分配一个惟一的TMSI号码替代 仅在本地有效，当用户离开此VLR服务区后释放由VLR临时分配,TMSI,3、移动台国际ISDN号码(MSISDN)功能：主叫用户为呼叫GSM用户所需的拨叫号码 例如，13507121856 号码结构：,图7-10 MSISDN的号码结构,MSISDN,中国：86,网络接入号：三位,移动：H1H2H3H4ABCD联通：H1H2H3ABCDE,HlH2H3H4为每个移动业务本地网的HLR号码，ABCD为移动客户码当客户号码容量受限时，可扩充国内目的地码。中国移动可启用138，137134，“中国联通公司”可启用131，132等。,运营商重组后的网络号分配,

25、中国移动：134、135、136、137、138、139、150、158、159、157(TD-SCDMA专属号段)、187、188（TD专属号段）中国联通：130、131、132、156、185、186 中国电信：133、153、180、189,拨号程序：移动本地固定：PQRABCD移动外地固定：0XYZPQRABCD移动移动：13SH0H1H2H3ABCD固定本地移动：13SH0H1H2H3ABCD固定外地移动：013SH0H1H2H3ABCD移动紧急呼叫：直接拨号(如110、119、120、122、112)其中，XYZ为长途区号；PQR为市话局端局号；ABCD为用户号,4、移动台漫游号码

26、MSRN(Mobile Station Roaming Number)功能：用于在呼叫时为移动用户选路MS被呼时，由所访问的VLR分配一个MSRN(其中包括MSC/VLR号码)，以确定至MS的路由(VMSC)。路由一旦建立，该号码立即释放。在被访VLR区域内是惟一有效的 组成：中国移动GSM网技术体制规定139后第一位为零的MSISDN号码为移动客户漫游号码(MSRN)，即 1390MlM2M3ABC。MlM2M3为MSC的号码。MlM2与MSISDN号码中的HlH2相同。,MSRN,主叫MSA,MSCA,MSCA,被叫HLR,被叫MSB,被叫VLR,被叫MSC,?,MSRN,MSRN,MSR

27、N,被叫客户所归属的HLR知道该客户目前是处于哪一个MSCVLR业务区，为了提供给入口MSCVLR(GMSC)一个用于选路由的临时号码，HLR请求被叫所在业务区的MSCVLR给该被叫客户分配一个移动客户漫游号码(MSRN)，并将此号码送至HLR，HLR收到后再发送给GMSC，GMSC根据此号码选路由，将呼叫接至被叫客户目前正在访问的MSCVLR交换局。路由一旦建立，此号码就可立即释放。这种查询、呼叫选路由功能(即请求一个MSRN功能)是No.7信令中移动应用部分(MAP)的一个程序，在GMSCHLRMSCVLR.的No.7信令网中进行传递。,5、位置区识别码 LAI(Location Area

28、 Identity),组成：,6、全球小区识别码GCI（Global Cell Identity）1)用于在全球范围内识别小区 2)结构：LAI+CI CI（Cell Identity,小区识别码）：是一个2字节BCD编码，由各MSC自定。,在一个GSM PLMN网中可定义65536(164)个不同的位置区,7、基站识别码 BSIC（BS Identity Code）用于识别相邻国家、地区或不同运营商的相邻基站。结构如下：,注释：NCC(Network Color Code)：国家色码，主要用来区分国界各侧的运营者(国内区别不同的省)，为XY1Y2。X：运营者(邮电X1，联通0)Y1、Y2：分

29、配见下表。BCC：BTS色码，由运营部门设定，用来识别相同载频的不同基站。,8、国际移动设备识别码IMEI(International Mobile Equipment Identity)用于在国际上惟一地识别一个移动设备.用于监控被窃或无效的移动设备。结构（15位）：TAC(6)+FAC(2)+SNR(6)+SP(1)a)TAC为型号批准码，由欧洲型号中心分配；b)FAC为工厂装配码，由厂家编码，表示生产厂家及装配地；c)SNR为序号码，由厂家分配；d)SP为备用 IMEI可在待机状态下按“*#06#”读取:读取的IMEI码与手机后盖板上的条码标签、外包装上的条码标签应一致.,7.1.3 主

30、要业务,GSM系统能提供承载业务(Bearer Services)、电信业务、补充业务（Supplementary Services）。承载业务:把信息原封不动的从源地搬运到目的地终端。如：话音、数据传输.电信业务：将承载业务转换成用户可以听到的声音。如：话音服务、紧急呼叫、短消息业务。补充业务：在以上两项业务基础上获得，无法单独使用。如：呼叫转移、呼叫禁止、多方业务。,7.2.1 GSM系统无线传输特征 7.2.2 信道类型及组合 7.2.3 话音和信道编码 7.2.4 跳频和间断传输技术,7.2 GSM系统的无线接口,表 7-3 GSM等三种数字蜂窝网主要参数,1.GSM系统无线传输特征概

31、述,2.频率与频道序号MS发频率低，传播损耗低，有利于补偿上、下行功率不平衡。频道数=(25MHz/200KHz)1=124(频段二端频率未用)频道序号：n=1124载频：f n上行=(890+0.2n)MHz f n下行=(935+0.2n)MHz,GSM的频道间隔,3.TDMA/FDMA混合多址方式物理信道数=124(载频)8(时隙/载频)=992(时隙)1000(时隙)每信道等效带宽=200kHz/8=25kHz，与模拟FM相同以上是GSM初期采用全速率编码时，每个频道分为8个时隙的信道；GSM采用半速率话音编码后，每个频道可容纳16个半速率信道 双工收发间隔：45MHz,GSM的信道分

32、配,载干比,干扰保护比 载波干扰保护比（CI）就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及本地散射体的形状、类型及数量不同，以及其它一些因素如天线类型、方向性及高度，站址的标高及位置，当地的干扰源数目等所造成的。GSM规范中规定：同频道干扰保护比：C/I 9dB 在工程实际使用中是把同频干扰保护比CI值加3dB的冗余来保护(即12dB),频率复用方式,频率复用方式 频率复用是指在不同的地理区域上用相同的载波频率进行覆盖。这些区域必须隔开足够的距离，以致所产生的同频道及邻频道干扰的影响可忽略不计。频率复用方式就是指将可用频道分成若干组，若所

33、有可用的频道N（如49）分成F组（如9组），则每组的频道数为NF（49/9 5.4即有些组的频道数为5个，有些为6个)常采用4/12复用方式，即4个基站，3扇区天线，12组频率。,GSM的工作频段,890,915,935,960,上行或反向,下行或前向,一、欧洲GSM800/900M占用的频段：,1、中国移动GSM占用的频段：890-908（上行）935-953（下行）中国联通GSM占用的频段：909-915（上行）954-960（下行）,25MHz的频道中有18MHz为中国移动所用（初期25MHz中4MHz为邮电部使用,后扩展至6MHz，继而扩展至18MHz），另6MHz为“中国联通公司”使

34、用，其余用于模拟网。从频道序号来看，190为中国移动使用（初期G网有20个频道，后向下逐步扩展，将模拟网释放的频道占用，先扩至30个，后扩至90个），95124为“中国联通公司”使用（30个）。这样，如采用412频率复用方式时，每个小区一般可用3个频道(24信道)，最小也能用到2个频道(16个信道)。,GSM900在中国的频道分配方式（4/12 复用，可选）,联通G网900M使用的频道,移动G网900M使用的频道,GSM900在中国的频道分配方式（4/12 复用，可选）,二、欧洲DCS1800占用的频段：,GSM的工作频段,1、中国DCS1800:中国移动：17101720（上行）180518

35、15（下行）原中国联通：17451755（上行）18401850（下行）,注：BT：高斯滤波器的3dB带宽B和输入码元宽度T的乘积 特点：占用频带窄 频谱利用率=270.833kb/s/200kHz=1.35b/s/Hz,4.调制方式GMSK高斯型预滤波最小频移键控,GSM的调制方式,传输速率,信道带宽,7.2.2 信道类型及组合,1.帧结构 2.信道分类 3.时隙格式(突发脉冲序列)4.信道组合方式,以超高帧为周期，给每帧编序号0、1、2、3 2715647(帧序号：用于加密)。,为便于管理与控制，与PCM传输系统一样，GSM系统亦采用多层复帧结构：,帧结构,图7-12 GSM系统各种帧及时

36、隙的格式,图7-13 上行帧号和下行帧号所对应的时间关系,上行帧号和下行帧号时间对应关系,上行帧相对下行帧滞后3个时隙，其作用在于：便于进行MS对BTS进行调谐和转换允许MS在这3个时隙内进行帧调整，以保证MS发射的时隙信号应按BS规定的时序到达BS，而不与相邻时隙重叠。,TDMA信道按功能可分为二类：(1)业务信道 TCH(Traffic Channel)：传送二类信号：话音、数据等用户信息；随路信令(与用户信息时分复用)。(2)控制信道 CCH(Control Channel)，即信令信道：传送信令及同步信号。,GSM的信道分类,控制信道的分类：（1）广播信道BCH(Broadcast C

37、hannel)：下行(BSMS)：广播公用信息，点对多点。（2）公用控制信道CCCH(Common Control Channel)：呼叫接续开始阶段：传输链路连接所需要的控制信令与信 息，全体空闲MS公用。（3）专用控制信道DCCH(Dedication Control Channel)：呼叫接续主要阶段(第二阶段)：信令传输信道，分配给一台MS专用。,控制信道,（1）频率校正信道FCCH(Frequency Correction Channel)：广播供MS校正其工作频率的信息。（2）同步信道SCH(Synchronization Channel)广播时间同步信号(帧同步及时隙同步信号)及

38、BS识别码。（3）广播控制信道BCCH(Broadcast Control Channel)广播本小区通用信息，例：用于移动台测量信号强度和位置区识别码LAI等。,广播信道BCH分类,（1）寻呼信道PCH(Paging Channel)下行，传输基站寻呼移动台的信息（2）随机接入信道RACH(Random Access Channel):上行，MS以随机接入方式向BS发出入网申请。（3）准许接入信道AGCH(Access Grant Channel)：下行，基站在呼叫接续开始时给发出入网申请的MS的应答，分配一个独立专用控制信道。,公用控制信道CCCH(Common Control Chann

39、el)分类,（1）独立专用控制SDCCH(Stand-alone Dedication Control Channel)：呼叫接续主要阶段信令传输移动台和基站连接、信道分配的信令(鉴权、加密、分配TCH)。（2）慢速辅助控制信道SACCH(Slow Associated Control Channel)：BSMS：传输MS功率调整、时间提前量TA等消息。MSBS：传输BS信号强度测试报告等消息，以便网络判定是否越区切换。（3）快速辅助控制信道FACCH(Fast Associated Control Channel)：越区切换时快速传送大量信令，中断话音约18.5ms。,专用控制信道DCCH的

40、分类,时隙格式(时隙突发脉冲序列)：TDMA信道上一个时隙中的信息格式称为突发脉冲序列。共有五种类型：(1)常规突发序列(用于TCH和专用CCH)(NB,Normal Burst)(2)频率校正突发序列(FB,Frequency Correction Burst)(3)同步突发序列(SB,Synchronization Burst)(4)接入突发序列(AB,Access Burst),时隙格式,TB（Tail Bit）“TB”尾比特总是000帮助均衡器判断起始位和中止位。TX功率上升/下降时间。“57个加密比特”是客户数据或话音。再加“1”个比特用作IB(Indication Bit)标志位。

41、表示该NB是否被FACCH信令借用。“26个训练比特”是一串已知比特，用于供均衡器产生信道模型（一种消除时间色散的方法多径时散引起的码间串扰。“GP”保护间隔，8.25个比特（相当于大约30s），是一个空白空间。由于每载频最多8个客户，因此必须保证各自时隙发射时不相互重迭。尽管使用了时间调整方案，但来自不同移动台的突发脉冲序列彼此间仍会有小的滑动，因此8.25个比特的保护可使发射机在GSM建议许可范围内上下波动。GP保护期：防时隙重叠的保护时间。,常规突发序列NB（用于携带TCH和专用CCH上的信息）,频率校正突发序列FB:用于移动台的频率同步，它相当于一个带频移的未调载波。此突发脉冲序列的重

42、复称FCCH。,作用：“固定比特”全部是0，使调制器发送一个未调载波（纯正弦波)，便于调整移动台的载频。“TB”和“GP”同普通突发脉冲序列中的“TB”和“GP”。,同步突发序列SB：用于移动台的时间同步，它包括一个易被检测的长同步序列并携带有TDMA帧号和基站识别码（BSIC）信息。这种突发脉冲序列的重复称为SCH。,位同步、时隙同步 帧同步(帧号)及BSIC,接入突发序列AB:用于随机接入，它有一个较长的保护间隔，这是为了适应移动台首次接入（或切换到另一个BTS）后不知道时间提前量(TA,Time Ahead)而设置的。移动台可能远离BTS，这意味着初始突发脉冲序列会迟一些到达BTS，由于

43、第一个突发脉冲序列中没有时间调整，为了不与下一时隙中的突发脉冲序列重叠，此突发脉冲序列设置的保护时间按最长设，即252S。其后的突发序列要根据实际情况随时调整TA.,每bit的时长为577/156.25=3.7S,为什么需要设置TA(时间提前量),由于在空中接口采用了TDMA技术，那么某一移动台必须在指配给它的时隙内发送，而在其余时间又必须保持寂静，否则它会干扰使用同样载频上不同时隙的另一些移动客户。已知收发之间是间隔3个时隙。假如某移动台占用了时隙2（TS2），可它在呼叫期间向远离基站方向移动，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，也会越来越迟地到达基站。

44、如果不采取措施，该时延长至使该移动台在TS2发送的信息与基站在TS3接受到的另一个呼叫信息重迭起来。所以，在呼叫进行期间，必须监视呼叫到达基站的时间，并由系统向移动台发送指令，随着移动台离开基站的距离，逐步指示移动台提前发送的时间，这就是时间的调整。,GSM要求：MS2发送时刻应提前TA时间,才不致与其它时隙重叠。提前量TA由BS测量计算后经SACCH(慢速辅助控制信道)传送给MS。,来回延时最大允许250us,TA(时间提前量)示意图,TA的大小,时间调整的提前是063个比特之间的任意值。如0个比特就表示不必调整，表明MS和BTS在一起。63个比特是调整的最大量，也就是BTS与BS之间最长距

45、离。所以我们说，GSM系统最大覆盖范围是：3.7s 63 3 108ms=70km（往返），其覆盖半径是35km。3.7s：每个比特的时长。63：时间调整的最大比特数。3*108ms：电波速度。当一个特定连接建立时，BTS不断测量自己脉冲时隙与收到的MS时隙之间的时间偏移量。基于这个测量，它可以向MS提供要求的时间提前量，并在SACCH上以每秒2次的频度通知MS。,物理信道安排 设每个基站分配n个双工频道C0,C1,Cn-1，而每载频有8个时隙TS0,TS1 TS7，则有8n个物理信道：CH0,CH1,CH2,CH8n-1 每个载频上的物理信道一般安排如下：CH0（C0 的TS0）：用于公用C

46、CH和BCCH CH1（C0 的TS1）：用于专用CCH或TCH,MS开机后搜索信道，最后锁定在所在小区的BCCH.,信道组合方式,其中，T：业务帧(偶尔连续4帧18.5ms作为 FACCH)A：随路的慢速辅助控制信道(SACCH/T)帧 I：空闲帧 注：上/下行信道组合方式相同(上行帧滞后3个时隙),业务信道组合方式,1复帧(51TDMA帧),I1,C4,C4,S1,F1,C4,C4,S1,F1,C4,C4,S1,F1,C4,C4,S1,F1,C4,B4,S1,F1,下行,RACH51,3T,上行,控制信道组合方式 控制信道组合方式较多，下面介绍一种常用组合方式：CH0(C0的TS0)：BC

47、H与CCCH复用,其中，D=SDCCH 独立专用控制信道 A=SACCH 慢速辅助控制信道 I=空闲帧注：上/下行信道构成相同(上行帧滞后3个时隙),CH1(C0的TS1)：专用控制信道,2个复帧=251=102 TDMA帧,话音编码(信源编码)RPE-LTP编码(Regular-Pulse Excitation Long Time Prediction-code 规则脉冲激励长期预测编码)是波形编码及声码器(参量编码)相结合的混合编码方法，以较低的码速率获得较高的话音质量。信道编码(1)卷积纠错编码：纠正随机误码及短冲突发误码；(2)交织编码：与(1)配合纠正长突发误码。,7.2.3话音和信

48、道编码,7.2.3 GSM的话音编码,由于GSM系统是一种全数字系统，话音或其它信号都要进行数字化处理，因而第一步要把话音模拟信号转换成数字信号（即1和0的组合）。PCM编码，分为3步：采样。在某瞬间测量模拟信号的值。采样速率8kHz/s。量化。对每个样值用8个比特的量化值来表示对应的模拟信号瞬间值，即为样值指配256（28）个不同电平值中的一个。编码。每个量化值用8个比特的二进制代码表示，组成一串具有离散特性的数字信号流。用这种编码方式，数字链路上的数字信号比特速率为64kbits。如果GSM系统也采用此种方式进行话音编码，那么每个话音信道是64kbits，8个话音信道就是512kbits。

49、,考虑实际可使用的带宽，GSM规范中规定载频间隔是200kHz。因此要把它们保持在规定的频带内，必需大大地降低每个话音信道的编码的比特率，这就要靠改变话音编码的方式来实现。声码器编码（也叫参量编码）可以是很低的速率（可以低于5kbits，虽然不影响话音的可懂性，但话音的失真性很大，很难分辨是谁在讲话。波形编码器话音质量较高，但要求的比特速率相应的较高。因此GSM系统话音编码器是采用声码器和波形编码器的混合物-混合编码器，全称为线性预测编码RPE-LTP（Regular-Pulse Excitation Long Time Prediction-code，规则脉冲激励长期预测编码），以较低的码速

50、率获得较高的话音质量。,GSM的话音编码,图7-15 GSM系统的话音和信道编码组成框图,注：卷积码:可纠正随机误码和短突发误码，但无法纠正长突发误码,456bit/20ms=22.8kbps,GSM的信道编码,(1)卷积纠错编码：纠正随机误码及短冲突发误码；(2)交织编码：与(1)配合纠正长突发误码。,一帧,每帧20ms,图7-15 GSM系统的话音和信道编码组成框图,图7-16 GSM交织编码流程,GSM的交织编码,一帧456*2=912bit每个时隙：912/8=114bit分到常规突发序列中：一分为二，每部分57bit,注：交织/去交织将传输中的成片误码分散，再由卷积码纠正。,前面已介