GSM系统无线信道学习资料.docx

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1、3.4.4 GSM的无线信道&妙同 gsm无线信道总的可以分为物理信道和逻辑信道两种物理信道物理信道是指一个载频上一个TDMAJ帧的一个时隙，它相当于FDMA系统中的一个 频率。用户通过某一个载频上的个信道接入系统通信。用户在该信道上，即该时隙上发 出的信息比特流就是突发脉冲序列。逻辑信道逻辑信道是根据日TS与MSz间传递的信息种类的不同而定义的不同逻辑信道，这些 逻辑信道映射到物理信道上传谖。逻辑信道又可分为业务信道和控制信道.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。话音业务信道TCH/FS :全速率语音信道13Kbit/sTCH/HS:半速率语音信道5.

2、6Kbit/s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（二）控制信道：控制信道用于携载信令或同步数据，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，前一个是单向上行信道，后

3、者是单向下行信道。专用控制信道（DCCH）:包括SDCCH、SACCH、FACCH1、广播信道：广播信道仅用在下行链路上，由BTS至MS。它们用在每个小区的TS0上作为标频，在一 些特殊的情况下，也可用在TS2, 4或6上，这些信道包括BCCH、FCCH和SCH。为了通信， 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，它们全部为下行 信道，为点对多点的传播方式。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。同步信道（SCH）：在FCCH解码后，MS接着要解出SCH信道消息，它给出了 MS需要

4、 同步的所有消息及该小区的的标示信息如TDMA帧号（需22比特）和基站识别码BSIC号（需 6比特）。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。信息基本上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TYPE1、2、2bis、2ter、3、4、7 和 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

5、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、专用信道的指派和短消息。在上行方向上由RACH信道来传送专用信道的请求消息。寻呼信道（PCH）：当网络想与某一 MS建立通信时，它就会在PCH信道上根据MS所登 记的LAC号向所有具有该LAC号的小区进行寻呼，寻呼MS的标示为TMSI或IMSI，属下行 信道，点对多点传播。接入许可信道（AGCH）:当网络收到处于空闲模式下MS的信道请求后，就将给之分配 一专用信道，AGCH通过根据该指派的描述（所分信道的描述，和接入的参数），向所有的 移动台进行广播，看属于谁的，下行信道，点对点传播

6、。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的第二个子信道，下行信道，点对多点传播。随机接入信道（RACH）:当MS想与网络建立连接时，它会通过RACH信道来广播它所 需的服务信道，请求消息包括3个比特的建立的原因（如呼叫请求、响应寻呼、位置更新请 求、及短消息请求等等）和5个比特的用来区别不同MS请求的参考随机数，属上行信道， 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.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

7、送建立连接的信令消息、位置更新消息、短消息、用户鉴权消息、加密命令及应答及各种附加业务。慢速随路控制信道（SACCH）： SACCH是一种伴随着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TA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、邻小区的标频信号强度等信息、NCC的限制、小区选项、TA 值、功率控制级别。快速随路控制信道（FACCH）： FACCH信道与一个业务信道TCH相关。FACCH在话音传 输过程中如果突然需要以比慢速随路

8、控制信道（SACCH）所能处理的高的多的速度传送信令 消息，则需借用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。SDCCHSACCHGSM900和GSM1B。具有相同的逻辑信道划分逻辑靛1、广担怛道CBGH/（2）同咨隹道（SCH） M隹道候备MS 的帧同莎和BTE的识割玛0SIC）的隹道.广瞧制宅道tBGGH/ .包括寻呼荐劫台分沮、寻呼隹息复岐号和3CCH时隙号条 2,余共控制写道（CCGH） j1：寻呼但道（PCH）.这一隹道用于授素C2）随机接入信道CRAGH; j MSifi

9、过这一但适 申靖分览一个SDCCH 漆立专用技杪=遣）， 它可以作为的寻呼的府庆或MS主叫玲己时的接 A-（3）5C许接入住道（AGCHi:这一住道用于 bSDCCH.4小区-挹控制与i!CBGH:这呈一个下咛felt （gpBTS-MS）.SDGCH +借用时隙来佳劫度 消息和-挹怛皂-DCH)FCCH SCH 0CCHrswi (BCCH)C话懿道(TCHJ /1 it/ ICHf ICILtt 1）短苹校三写道（FCCH） J这一住退给用户待送校三MS貌率的怛息.5DCCHMCHGSM900和GSM1B。具有相同的逻辑信道划分3-专用控制隹道（DCCH），bh |TT*|7| |A |l

10、s置T31111*Il1，巨li： 11 ，【hrj l ia, 动态无线信道分配的目的是使无线信道资源 得到最大化的利用，否则由于每种信道都与业 务相关，那么当不存在这种业务时，其他业务 便不能使用该信道，造成资源的浪费。L MS在分配的TS2收发信息，在相邻帧T52的间隙测量至少周围一个 小区的号号强度。2、为了防止测到非相邻小区的同频频率，MS必须读所测频率的BSIC z MS在空闲帧时读周围小区的BSIG 因为小区间不同步，MS不知道 周围小区的TS。何时出现，所以必需在至少8个TS时间内测试，就能保 证TS。的出现。3、等到TS。出现，未必就能读到5CH,因为SCH是隔1。个TDMA

11、帧才 发一次，因此读到SCH的概率很少。4、为了增加读到SCH的机会，采用滑动复帧的方法=服务小区是TCH 复帧结构.相邻小区是CCH复帧结构TCH的空闲帧相对兰史塑四 有_个滑动：一3.5 GSM：个:中控制技术,分集技术,时间色散/时间提前/跳频技术/功率控制技术/DTX/DRX分堡技术,由于衰落具有频率、时间和空间的选择性， 因此分集技术包括空间分集、时间分集、频 率分集和极化分集四种,空间分集：应用最普遍的一种分集方式时间分集：在GSM中采用的是后面会讲到的 交织技术来实现时间分集的口,频率分集：这种分集技术在GSM中是通过跳 频来实现的极化分集：它是通过采用垂直电子天线、垂 直磁性天

12、线和环状天料来实现呼天线（空间）分集接收塞伊彻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口利用两 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，可得到6dB左右的增益。 在1800MHZ频段，由于波长较短，所以天线间距可 以缩短口二次*织坎胸,=E3OJV4 B1.A5B3,ArCO.E34(C1.B5JC2.E36) I6l时hIH |甫(7 TeieTe/c使移动台能够随着它离开基站距离

13、的增加，逐 这个移动台提前发送信号的时间称为定时提前TA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 方向移动匚因此，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匚如 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， 渐提前发送信号， 时间（TA）匚fTeleTekOptionsServing cellTCH 20 BSIC 1

14、.4HxlT7,RQ4 iPL5CTRLTTCHF 64/64|TA 1|BCCH18DTX YCI13ABmRX-78LAI 20801 24OL 一个TA大概距离为550米信号在空间传输是有延迟的，如移动台在呼叫期间向远离基站的方向移动，则从基站发出的 信号将“越来越迟”的到达移动台，与此同时，移动台的信号也会“越来越迟”的到达基站， 延迟过长会导致基站收到的某移动台在本时隙上的信号与基站收下一个其它移动台信号的 时隙相互重叠，弓I起码间干扰，因此，在呼叫进行期间，移动台发给基站的测量报告头上携 带有移动台测量的时延值，而基站必须监视呼叫到达的时间，并在下行信道上以480ms 一 次的频率

15、向移动台发送指令，指示移动台提前发送的时间，这个时间就是TA（时间提前量），TA的值域是063 （0233rs）,它被GSM定时提前的编码063bit所限，使GSM最大覆盖距 离为35km，计算如下：班*3.7us/bit*63bit*c=35km其中，3.7|is/bit为每bit时长（156/577）, 63bit为时间调整最大比特数，c为光速（信号传 播速度）。1/2考虑了信号的往返。根据上述，1bit对应的距离是554m，由于多径传播和MS同步精度的影响，TA误差可能会 达 3bit 左右（1.6km）。当手机处于空闲模式时，它可以利用SCH信道来调整手机内部的时序，但它并不知道它离

16、基站有多远。如果手机和基站相距30km的话，那么手机的时序将比基站慢100RS。当手 机发出它的第一个RACH信号时，就已经晚了 100RS，再经过100rS的传播时延，到达基站 时就有了 200rs的总时延，很可能和基站附近的相邻时隙的脉冲发生冲突。因此，RACH和 其它的一些信道接入脉冲将比其它脉冲短。只有在收到基站的时序调整信号后（TA）,手机 才能发送正常长度的脉冲。在我们的这个例子中，手机就需要提前200rs发送信号。DTX“ TeleTehServices IeVAD：诂y 激 活检测(Voice Activity Detection)码变换器实 现, DTX:不连续发射（Disc

17、ontinuousTransmission ）-在语音间歇期关闭发射-仅发射静音指示帧-接收端码变换器产生舒适噪声思考它的优点是什么呢？ 在通信过程中，其实移动用户仅有40%的时间用于通话，大部分时间都没有有用信息传递， 如果将这些信息全部传递给网络的话，这不但会对系统资源造成浪费，而且也将使系统内干 扰加重。针对这种情况，GSM采用了 DTX技术，即在没有话音信号传输时就禁止传送无线 信号，从而使干扰电平降低来提高系统的效率。此外，该机制还可以节省移动台电池，从而 延长移动台待机时间。当然，在传递数据时，该功能不使用。GSM系统有两种传输模式，一种是正常模式，在这种情况下，噪声将与话音具有同

18、样的传 输质量，另一种便是不连续发射模式，在这种情况下，移动台将仅传送噪声信号，这种噪声 是人为制造的，原则是不会让听者厌烦，也不会让听者认为通话中断，因此称为“舒适噪声”， 舒适噪声的传送满足了系统测量的需要，DTX传送模式，每480ms时间只传送260bit编码， 而在正常模式下，每20ms将产生260bit的编码。在DTX模式下，这260bit将生成SID（SilenceDescriptor，静音描述）帧，向话音帧一样，经历信道编码、交织、加密和调制，最后在被8个连续的突发脉冲发送出去。在其他时间上，不发送任何消息。DTX模式是可选的，但在DTX模式下，传输质量会稍有下降，特别是通信双方

19、都是移动用户 时，由于DTX将在同一路径上使用两次，因此，影响更严重。另外，为了实现DTX功能， 信源必须能够指示出什么时候进行不连续传输，什么时候停止，编码器还必须能检测出信号 是话音还是噪声，这就要用到VAD技术。VAD算法通过比较测量所得的信号能量和本身所 定义的门限值来决定每一输出帧包含的是语音还是背景噪声。判断的原则是：噪声的能量总 是要比话音能量低。延长电池寿命 降低干扰GS M的阳忡|测量Jj法 ffjeleTekServices，种被称为是Full （全局测量），该测量 是对整个测量周期的100个I件隙的电平和 质量的平均（共4个TCH的26复帧，空闲 帧除外）；一种被称为是s

20、ub （局部 测量），它是对12个时 隙的电平和质量进行测 量平均，包括8个连续的 TCH突发脉冲以及4个携 带着测量报告的SACCH 的突发脉冲口为了一致起见无论系统的上下行是否激活DTX功能，基姑和MS都要完成这 两种测量方法，由于在ETS和MS的的每个SACCH的测量报告都指示了是 否应用了不连续传输的模式，根据这一指示BSC可以来选择是用全局测量 还是局部测量来进行判决。_II连独接收DRX”蛔改SiervIcS手机绝大部分肘间处于空闲状态，此时 需要随时准备接收BTS发来的寻呼信抒; 系统按照IMSI将MS用户进行不同的寻 呼组，不同寻呼组的手机在不同的时刻 接收系统寻呼消息，无需连

21、续接收，因 此在GSM中手机采用非连续接收DRX方 式进行信息的接收。思考它的优点是什么呢？跳频技术0理时将因 的地 间， 点上 频率 仅会 而采 能重 这种瑞利衰落的衰落图形是与频 率相关的，即衰落谷点 频率不同而发生在不同 点。这样如果在呼叫期 让载波频率在几个频率 变化，并假定只在一个 上有一衰落谷点，那么 损失呼叫的一小部分， 酎用复杂的信号处理过程新恢复全部信息内容。 方法称为跳频。跳频种类fTGleTek叫 Servl 一G S M中的跳频可分为基带跳频和射频跳频 两种O基带跳频是通过腔体合成器来实现的，而射频跳频是通过混合合成器来实现的0基带损耗小，射频损耗大基带频点间隔大(60

22、0K),射频频点间隔小(200K),基带跳频的每个发信机侦只能对应一个频点，而射频跳频的每个发 信机TX能够发送所有参与跳频的频点跳频的优点跳频可起到频率分集的作用跳频可起到扰源分集作用想想能带来什么好处呢？跳频可起到频率分集的作用。跳频是要保证同一个信息按几个频率发送，从而可提高了传输特性。不同频率的信号所收到 的衰落不同，而且随着频率差别增大时，衰落更加独立。对于相距足够远的频率，它们可看 做是完全独立的，通过跳频，包括信息一部分的所有突发脉冲不会被瑞利衰落以同一方式破 坏。当移动台以高速移动时，在同一信道上接收两个相邻突发脉冲期间（相隔8个时隙，即 4.615ms），移动台位置的差别对于

23、驱除信号瑞利变化的相关性以足够了，在这种情况下,跳频 基本起不到什么作用.然而对于拥有大量手持机的用户的系统是很重要的因为手持机的用户 通常运动速度较慢，或处于静止状态，在此时跳频优越性就显示出来了，它所能提供的增益大 概是在6.5dB左右.跳频可起到干扰源分集作用在业务量密集的地方，网络的容量将受到由于频率复用产生的干扰限制。相对干扰比 C/I值（载波电平/干扰电平）可能在呼叫之间变化很大。载波电平随着移动台相对于基站的 位置及移动台与基站之间障碍的数量而变化，干扰电平的变化依赖于此频率是否被附近蜂房 的另一呼叫使用，它还随着干扰源距离、电平的变化而变化。由于系统的目标是尽可能满足 更多用户

24、的需求，当不选用跳频时，如一频点出现干扰时，当用户占用该频点时就会造成通 话质量使用户难以忍受，而当使用跳频时，该干扰情况就会被该小区的许多呼叫所共享，整 个网络的性能将得到提高。经分析使用跳频的网络可比不采用跳频的网络高出3dB的增益。跳频序列国臼-MAI。因需描述跳频重复功能的起点，所以偏移的可能值与参与跳频的频率数一样多。MA的频点数应在1到4之间-HSN值有64个不同的值.通常一个小区的信道应有相同的HSN值，不同的MAI。值，因为这是要避免同小区信道之间的干扰，当同一小区出现相同的MAI。后将导致严重的指派失败率。两个拥有相同HSN不同MAI。的信道，不会在同一突发脉冲使用相同的频率

25、.相反，当两个使用同一跳频组，MAI。也相同的但HSN不同的信道，它只会对突卷脉冲的1布干扰.携带有BCCH的载频，不能用于跳频，因为它携带有FCCH、SCH及BCCH信道，需要不停的 向该小区的所有手机广播同步消息及系统消息。跳频序列e球MS可以由系统广播辑息中提供的小区参教来根据算法导出跳频序列和小区的跳频序列号。在使用同一跳频组的相邻小区中，应注意使用不同的HSN,该做法可获得干状源分集增益o但注意应尽量避开使用HSN=O的情况（它是循环跳频），因为它会导致低质量的干扰源分集.跳频的使用 ”即时思考为什么公共信道必须使用固定 频率？功率控制 Tere/J Services,功率控制是指在

26、一定范围内，用无线方式来改变 移动台或基站（或两者）的传输功率。,系统也规定在移动台在专用信道上所发出的第一 个消息的功率电平也是这个固定值，直到收到在 SDCCH或TCH上SACCH消息块所携带的功率控 制命令时，才开始收系统的控制。-当移动台开始收到专月号道上的SACCH携带的功率控制消息后，将使用该 值遂行传输：但一条功率控制的消息并不立即使移动台转换到要求的电立， 移动台的功率最大变化速度是每60ms以2 dB来麦化：这就意味着一人较大 的功率跳跃，比如说12dB,在下一条SACCH所携待的功率控制命令到来之 前仍不会终止因为一SACCH的测量周期为480ms;.切换和功率控制 Cfe

27、TlServices功率控制与切换是两个独立的过程, 切换将在功率控a j ii完成之后执行。 当该小区只有一个载频时（01站 型），那么将不允许进行功率控制, 因为移动台将一在直测量其邻小区 的BCCH频点的接收电平。功率控制研究宓群林功率控制指示（PWRC），一般测量，测量所有载频的信号强度平均，除去主B电平后的平均，PWRC用一个比特来表示，当为1时移动台即用上述 方法进行测量；当为0时，移动台按一般方法进行测 量口，PWRC一般设置为0。仅满足下列两个条件PWRC才 置为L其一系统使用跳频且跳频频率表中含有 BCCH载频；其二系统使用了下行功率控制。泰力泰克科技服务1北京）有限公司BT

28、S功率控制、 Services,动态的BTS功率控制是BTS对TCH和SDCCH的发射功率采取的功率 控制,SDCCH功控开关是SDCCHREG,只有在非BCCH的频点上的SDCCH 才进行功率控制口 BTS功率控制过程可以分为3步：测量数据的准爸滤波计算功率命令ms功率控制 BTS将自己的测量报告发送给BSC, BSC 跟据MS功率控制算法和BTS上报的上行的 信匕：电平、质量计算出MS需要调整的功率 等级口手机功控算法是针对TCH和SDCCH的匚连续两次功控命 令之间的最小时间是由REGINT决定的，REGINT的值不 小于1SACCH帧手机能够在每隔13个TDMA帧的时候改 变其输出功率，步长为2d Bi也就是说每SACCH帧手机的 发射功率最大能够改变16d B.,SDCCH上的功率控制都是采用FUL的测量值口