第12講 第三章 gsm數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)

1、3.2 GSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的無線傳輸方式,3.2.1 TDMA/FDMA接入方式3.2.2 信道及其組合3.2.3 時(shí)隙的格式3.2.4 信道的組合方式,3.2.1 TDMA/FDMA接入方式,1．時(shí)隙GSM蜂窩系統(tǒng)采用時(shí)分多址、頻分多址和頻分雙工（TDMA/FDMA/FDD）制式。在25MHz的頻段中共分125個(gè)頻道，頻道間隔200kHz。每載波含8個(gè)（以后可擴(kuò)展為16個(gè)）時(shí)隙，時(shí)隙寬為0.577ms。

2、8個(gè)時(shí)隙構(gòu)成一個(gè)TDMA幀，幀長為4.615ms。,時(shí)分多址是把時(shí)間分割成周期性的幀，每一個(gè)幀再分割成若干個(gè)時(shí)隙向基站發(fā)送信號(hào)，在滿足定時(shí)和同步的條件下，基站可以分別在各時(shí)隙中接收到各移動(dòng)終端的信號(hào)而不混擾。同時(shí)，基站發(fā)向多個(gè)移動(dòng)終端的信號(hào)都按順序安排在預(yù)定的時(shí)隙中傳輸，各移動(dòng)終端只要在指定的時(shí)隙內(nèi)接收，就能在合路的信號(hào)中把發(fā)給它的信號(hào)區(qū)分并接收下來。TDMA較之FDMA具有通信口質(zhì)量高，保密較好，系統(tǒng)容量較大等優(yōu)點(diǎn)，但它必須有精確

3、的定時(shí)和同步以保證移動(dòng)終端和基站間正常通信，技術(shù)上比較復(fù)雜。,把信道頻帶分割為若干更窄的互不相交的頻帶（稱為子頻帶），把每個(gè)子頻帶分給一個(gè)用戶專用（稱為地址）。這種技術(shù)被稱為“頻分多址”技術(shù)。頻分雙工（FDD）：就是在頻率上分了上行頻率和下行頻率。        如果拿現(xiàn)在的GSM通信系統(tǒng)來說的話。有不同的收發(fā)頻率。 它的上行頻率是890MHZ到915M

4、HZ---------這個(gè)主要是 手機(jī)到基站的； 它的下行頻率是935MHZ到960MHZ，即：基站到手機(jī)的傳輸速率。時(shí)分雙工（TDD）：它把每個(gè)信道分為上行幀和下行幀。------>也就是說它只用了一個(gè)頻率，傳輸和接收的沖突通過時(shí)間分開。,對(duì)雙工載波各用一個(gè)時(shí)隙構(gòu)成一個(gè)雙向物理信道，這種物理信道共有125?×?8?=?1000個(gè)，根據(jù)需要分配給不同的用戶使用。移動(dòng)臺(tái)在特定的頻率上和特定的時(shí)隙內(nèi)，以猝發(fā)方式向基站傳輸

5、信息，基站在相應(yīng)的頻率上和相應(yīng)的時(shí)隙內(nèi)，以時(shí)分復(fù)用的方式向各個(gè)移動(dòng)臺(tái)傳輸信息。,圖3-5 TDMA/FDMA接入方式,2．頻率與頻道序號(hào),GSM系統(tǒng)工作在以下射頻頻段：上行（移動(dòng)臺(tái)發(fā)、基站收）為890MHz～915MHz下行（基站發(fā)、移動(dòng)臺(tái)收）為935MHz～960MHz收、發(fā)頻率間隔為45MHz。 移動(dòng)臺(tái)采用較低頻段發(fā)射，傳播損耗較低，有利于補(bǔ)償上、下行功率不平衡的問題。,2．頻率與頻道序號(hào),由于載頻間隔是0.2MHz

6、，因此GSM系統(tǒng)整個(gè)工作頻段分為124對(duì)載頻。其頻道序號(hào)用n表示，則上、下兩頻段中序號(hào)為n的載頻可用下式計(jì)算： 下頻段: fl (n)?=?(890?+?0.2n)MHz 上頻段: fh (n)?=?(935?+?0.2n)MHz,3．調(diào)制方式,GSM的調(diào)制方式是高斯型最小移頻鍵控（GMSK）方式，矩形脈沖在調(diào)制器之前先通過一個(gè)高斯濾波器。,4．載頻復(fù)用與區(qū)群結(jié)構(gòu),GSM系統(tǒng)中，基站發(fā)射功率為每載波500W

7、，每時(shí)隙平均為500/8=62.5W。移動(dòng)臺(tái)發(fā)射功率分為0.8W、2W、5W、8W和20W五種，可供用戶選擇。小區(qū)覆蓋半徑最大為35km，最小為500m。前者適用于農(nóng)村地區(qū)，后者適用于市區(qū)。由于系統(tǒng)采取了多種抗干擾措施，如自適應(yīng)均衡、跳頻和糾錯(cuò)編碼等，同頻道射頻防護(hù)比可降到C/I?=?9dB，因此在業(yè)務(wù)密集區(qū)，可采用3小區(qū)9扇區(qū)的區(qū)群結(jié)構(gòu)。,3.2.2 信道及其組合,每一個(gè)TDMA幀分為0～7共8個(gè)時(shí)隙，幀長度為4.615ms。

8、由若干個(gè)TDMA幀構(gòu)成復(fù)幀，其結(jié)構(gòu)有兩種：一種是由26幀組成的復(fù)幀，這種復(fù)幀長120ms，主要用于業(yè)務(wù)信息的傳輸，也稱作業(yè)務(wù)復(fù)幀；另一種是由51幀組成的復(fù)幀，這種復(fù)幀長235.385ms，專用于傳輸控制信息，也稱作控制復(fù)幀。由51個(gè)業(yè)務(wù)復(fù)幀或26個(gè)控制復(fù)幀均可組成一個(gè)超幀，超幀的周期為1326個(gè)TDMA幀，超幀長為51X26X4.615X10-3≈6.12s。由2048個(gè)超幀組成超高幀，超高幀的周期為2048X1326=27156

9、48個(gè)TDMA幀，即12533.76s，即3小時(shí)28分53秒760毫秒。幀的編號(hào)（FN）以超高幀為周期，從0到2715647。,圖3-6 GSM系統(tǒng)各種幀及時(shí)隙的格式,GSM系統(tǒng)上行傳輸所用的幀號(hào)和下行傳輸所用的幀號(hào)相同，但上行幀相對(duì)于下行幀來說，在時(shí)間上推后3個(gè)時(shí)隙。如圖3-7這樣安排允許移動(dòng)臺(tái)在這3個(gè)時(shí)隙的時(shí)間內(nèi)，進(jìn)行幀調(diào)整以及對(duì)收發(fā)信機(jī)的調(diào)諧和轉(zhuǎn)換。,圖3-7 上行幀號(hào)和下行幀號(hào)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間關(guān)系,2．信道分類,圖3-8 G

10、SM系統(tǒng)的信道分類,（1）業(yè)務(wù)信道。① 語音業(yè)務(wù)信道。② 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道。,（2）控制信道。 ① 廣播信道（BCH） 廣播信道是一種“一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)”的單方向控制信道，用于基站向移動(dòng)臺(tái)廣播公用的信息，傳輸?shù)膬?nèi)容主要是移動(dòng)臺(tái)入網(wǎng)和呼叫建立所需要的有關(guān)信息。其中又分為：頻率校正信道（FCCH）：傳輸供移動(dòng)臺(tái)校正其工作頻率的信息；同步信道（SCH）：傳輸供移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行同步和對(duì)基站進(jìn)行識(shí)別的信息，因?yàn)?/p>

11、基站識(shí)別碼是在同步信道上傳輸?shù)?；廣播控制信道（BCCH）：傳輸系統(tǒng)公用控制信息。,② 公用控制信道（CCCH） CCCH是一種雙向控制信道，用于呼叫接續(xù)階段傳輸鏈路連接所需的控制信令，其中又分為：尋呼信道（PCH）：傳輸基站尋呼移動(dòng)臺(tái)的信息；隨機(jī)接入信道（RACH）：這是一個(gè)上行信道，用于移動(dòng)臺(tái)隨機(jī)提出的入網(wǎng)申請，即請求分配一個(gè)獨(dú)立專用控制信道（SDCCH）；準(zhǔn)許接入信道（AGCH）：這是一個(gè)下行信道，用

12、于基站對(duì)移動(dòng)臺(tái)的入網(wǎng)申請作出應(yīng)答，即分配一個(gè)獨(dú)立專用控制信道。,③ 專用控制信道（DCCH） 這是一種“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”的雙向控制信道，其用途是在呼叫接續(xù)階段以及在通信進(jìn)行當(dāng)中，在移動(dòng)臺(tái)和基站之間傳輸所必要的控制信息。其中又分為如下幾種：獨(dú)立專用控制信道（SDCCH）：用于在分配業(yè)務(wù)信道之前傳送有關(guān)信令。例如：登記、鑒權(quán)等信令均在此信道上傳輸，經(jīng)鑒權(quán)確認(rèn)后，再分配業(yè)務(wù)信道（TCH）。慢速輔助控制信道（SACCH）：在

13、移動(dòng)臺(tái)和基站之間，需要周期性的傳輸一些信息。例如：移動(dòng)臺(tái)要不斷的報(bào)告正在服務(wù)的基站和鄰近基站的信號(hào)強(qiáng)度，以實(shí)現(xiàn)“移動(dòng)臺(tái)輔助切換功能”。此外，基站對(duì)移動(dòng)臺(tái)的功率調(diào)整、時(shí)間調(diào)整命令也在此信道上傳輸，因此SACCH是雙向的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)控制信道。SACCH可與一個(gè)業(yè)務(wù)信道或一個(gè)獨(dú)立專用控制信道聯(lián)用。,快速輔助控制信道（FACCH）：傳送與SACCH相同的信息，只有在沒有分配SDCCH的情況下，才使用這種控制信道。使用時(shí)要中斷業(yè)務(wù)信息，把FACCH插入

14、業(yè)務(wù)信道，每次占用的時(shí)間很短。,3.2.3 時(shí)隙的格式,在GSM系統(tǒng)中，每幀含8個(gè)時(shí)隙，時(shí)隙的寬度為0.577ms，其中包含156.25bit。TDMA信道上一個(gè)時(shí)隙中的信息格式稱為突發(fā)脈沖序列。,1．常規(guī)突發(fā)（Normal Burst，NB）脈沖序列,常規(guī)突發(fā)脈沖序列也稱普通突發(fā)脈沖序列，用于業(yè)務(wù)信道及專用控制信道，其組成格式如圖3-8所示。,常規(guī)突發(fā)脈沖序列：“57個(gè)加密比特”是客戶數(shù)據(jù)或話音；“1”比特用作借用標(biāo)志。借用標(biāo)

15、志是表示此數(shù)據(jù)的性質(zhì)是業(yè)務(wù)信號(hào)或控制信號(hào)；“26個(gè)訓(xùn)練比特” 作自適應(yīng)均衡器訓(xùn)練序列，以消除多徑效應(yīng)產(chǎn)生的碼間干擾；“TB”尾比特總是000幫助均衡器判斷起始位和中止位。“GP”保護(hù)間隔，8.25個(gè)比特（相當(dāng)于大約30ms），是一個(gè)空白空間。由于每載頻最多8個(gè)客戶，因此必須保證各自時(shí)隙發(fā)射時(shí)不相互重迭。盡管使用了時(shí)間調(diào)整方案，但來自不同移動(dòng)臺(tái)的突發(fā)脈沖序列彼此間仍會(huì)有小的滑動(dòng)，因此8.25個(gè)比特的保護(hù)可使發(fā)射機(jī)在GSM建議許可范圍

16、內(nèi)上下波動(dòng)。,2．頻率校正突發(fā)（Frequency Correction Burst，F(xiàn)CB）脈沖序列,頻率校正突發(fā)脈沖序列用于校正移動(dòng)臺(tái)的載波頻率，其格式比較簡單，如圖3-8所示。圖中“固定比特”全部是0，發(fā)送的射頻是一個(gè)與載頻有固定偏移（頻移）的純正弦波，以便于調(diào)整移動(dòng)臺(tái)的載頻?！癟B”和“GP”同普通突發(fā)脈沖序列中的“TB”和“GP”。,3．同步突發(fā)（Synchronization Burst，SB）脈沖序列,同步突發(fā)脈沖序列

17、用于移動(dòng)臺(tái)的時(shí)間同步，其格式如圖所示，主要組成包括64bit的同步信號(hào)（擴(kuò)展的訓(xùn)練序列）以及兩段各39bit的數(shù)據(jù)，用于傳輸TDMA幀號(hào)和基站識(shí)別。,4．接入突發(fā)（Access Burst，AB）脈沖序列,接入突發(fā)脈沖序列用于上行傳輸方向，在隨機(jī)接入信道（RACH）上傳送，用于移動(dòng)用戶向基站提出入網(wǎng)申請。 接入突發(fā)脈沖序列的格式如圖所示。,除了上述四種格式之外，還有一種不發(fā)送實(shí)際信息的時(shí)隙格式，稱為“虛設(shè)時(shí)隙”格式，用于