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GSM的信道

2015-3-27 07:54| 发布者: admin| 查看: 4737| 评论: 0
摘要:   1、物理信道  采用频分多址接入(FDMA)和时分多址接入(TDMA)混合技术。FDMA是在规定频率范围内分配n个载频;TDMA是说在每个载频上按时间分为8个时间段,每个时隙段称为一个时隙(slot),一个载频上连续的8 ...
 
  1、物理信道
  采用频分多址接入(FDMA)和时分多址接入(TDMA)混合技术。FDMA是在规定频率范围内分配n个载频;TDMA是说在每个载频上按时间分为8个时间段,每个时隙段称为一个时隙(slot),一个载频上连续的8个时隙组成一个帧 (Frame)。物理信道是指TDMA中的时隙,即GSM的一个载频上可提供8个物理信道。
  2、我国GSM技术体制对频率配置的规定
  (1)工作频段
分类 频段 移动台发、基站收 基站发、移动台收
GSM900/1800频段 900MHz频段 890-915MHz 935-960MHz
1800MHz频段 1710-1785MHz 1805-1880MHz
国家无委分配给 900MHz频段 889-909MHz 931-954MHz
中国电信的频段 1800MHz频段 1710-1720MHz 1805-1815MHz
  注:国家无委分配的900MHz频段包括原来分配的TACS频段和新分配的ETACS频段,GSM网络总的可用频带为100MHz。
  充分利用900MHz的频率资源,可视不同需要向下扩展900MHz频段,相应地向ETACS频段压缩模拟公用移动电话网的频段。
  在900MHz频率无法满足用户容量需求时,可启用1800MHz频段;考虑远期需要,向频率管理单位申请新的1800MHz频率。
  (2)频道间隔&双工收发间隔&频道配置
  GSM网络工作频段采用900/1800MHz频段,如表8.3所示。相邻频道间隔为200kHz。每个频道采用TDMA方式分为8个时隙,即为8个信道。在900MHz频段,双工收发间隔为45MHz。在1800MHz频段,双工收发间隔为95MHz。
表 GSM网络采用900/1800MHz频段
  900MHz频段 1800MHz频段
频道间隔 相邻频道间隔为200KHz
每个频道采用时分多址接入(TDMA)方式分为8个时隙,即8个信道
双工收发间隔 45MHz 95MHz
等间隔频道配置 频道序号 1 ~ 124 512 ~ 885
频道数 124 374
频道序号和频道标称中心频率的关系 上行
下行
其中,n=1~124
上行
下行
其中,n=512,513,…885
  (3)频率复用方式
  在建网初期及邻省之间协调时应使用4×3的复用方式,即N=4,采用定向天线,每基站用3个120 °或60°方向性天线构成3个扇形小区,如图1所示。业务量较大的地区可采用其它的复用方式,如3×3,2×6,1×3复用方式。
  若采用全向天线应采用N=7的复用方式,其频率可从4×3复用方式的12组中任选7组, 频道不够用的小区可从剩余频率组中借用频道,但相邻频率组尽量不在相邻小区使用,如图1所示。
  在话务密度高的地区,应适当采用新技术提高频谱利用率:
  ①如同心圆小区覆盖技术;
  ②智能双层网技术;
  ③微蜂窝技术等等,在微蜂窝的频率配置时,可根据需要保留出一些专用频率
1 4×3复用模式
图2 7组复用模式
  (4)干扰保护比与保护频带
  ①干扰保护比见下表
干扰 参考载干比
同道干扰C/Ic 9dB
200kHz邻道干扰C/Ia1 -9dB
400kHz邻道干扰C/Ia2 -41dB
  ②保护频带
  原则:确保数字蜂窝移动通信系统能满足干扰保护比要求。
  当某地GSM900系统与模拟蜂窝移动电话系统共存时,两系统之间(频道中心频率之间)应有约400KHz的保护带宽。
  当某地GSM1800系统与其它无线电系统的频率相邻时,应考虑系统间的相互干扰情况,留出足够的保护频带。
  3、逻辑信道
  (1)逻辑信道的概念
  是指在物理信道所传输的内容,即依据移动网通信的需要,为所传送的各种控制信令和语音或数据业务在TDMA的8个时隙分配的控制逻辑信道或语音、数据逻辑信道。
  GSM数字系统在物理信道上传输的信息是大约由100多个调制比特组成的脉冲串,称为突发脉冲序列 (Burst);以不同的“Burst”信息格式来携带不同的逻辑信道。
  (2)逻辑信道分类
  GSM的各种逻辑信道如图3所示。
  ①专用信道: 用于传送用户语音或数据的业务信道,另外还包括一些用于控制 的专用控制信道。
  ②公共信道:用于传送基站向移动台广播消息的广播控制信道和用于传送 MSC与MS间建立连接所需的双向信号的公共控制信道。
图3 GSM定义的各种逻辑信道示意图
  (3)公共信道
  1)广播信道
  广播信道(BCH)是从基站到移动台的单向信道。包括频率校正信道(FCCH)、同步信道(SCH)、广播控制信道(BCCH)。
  ①频率校正信道(FCCH):传送频率校正信息。
  ②同步信道(SYCH):传送帧同步(TDMA帧号)信息和BTS识别码(BSIC)信息。
  ③广播控制信道(BCCH):向每个BTS广播通用的信息。
  2)公共控制信道
  公共控制信道(CCCH)是基站与移动台间的一点对多点的双向信道。包括寻呼信道(PCH)、随机接入信道(RACH)、允许接入信道(AGCH)
  ①寻呼信道(PCH):是下行信道,广播基站寻呼移动台的寻呼消息。
  ②随机接入信道(RACH):是上行信道,MS随机接入网络时用此信道向基站发送信息并申请指配一独立专用控制信道SDCCH。
  ③接入允许信道(AGCH):是下行信道,基站向随机接入成功的移动台发送指配了的独立专用控制信道SDCCH。
  3)专用信道
  专用信道包括专用控制信道和业务信道
  专用控制信道:是基站与移动台间的点对点的双向信道,包括独立专用控制信道(SDCCH)和随路信道(ACCH)。
  ①独立专用控制信道(SDCCH):传送基站和移动台间的指令与信道指配信息
  ②随路信道(ACCH)分为慢速随路信道(SACCH)和快速随路信道;慢速随路信道(SACCH)用于基站向移动台传送功率控制信息、帧调整信息;基站接收移动台发来的移动台接收信号强度报告和链路质量报告。快速随路信道(FACCH):传送基站与移动台间的越区切换的信令消息。
  业务信道(TCH):是用于传送用户的话音和数据业务的信道
  根据交换方式的不同分为电路交换信道和数据交换信道;依据传输速率的不同分为全速率信道(13kbit/s)和半速率信道( 6.5kbit/s )。 增强全速率业务信道是指,它的速率与全速率信道的速率一样为13kbit/s,只是其压缩编码方案更为优越,所以有较好的话音质量。
  4、物理信道与逻辑信道的配置
  1)逻辑信道与物理信道的映射
  GSM系统的逻辑信道数超过了一个载频所提供的8 个物理信道。通信的根本任务是利用业务信道传送语音或数据,而按照一对一的信道配置方法,在一个载频上已经没有业务信道的时隙了。解决方法:将逻辑控制信道复用,即在一个或两个物理信道上复用逻辑控制信道。
  映射对应关系
  一个基站有N个载频,每个载频有8个时隙,定义载频数为f0、f1、f2 、…、fn-1,时隙数为TS0、TS1、…、TS7
  供逻辑控制信道使用
  供业务信道使用
  2)映射关系小结
  (1)f0的TS0时隙
  f0的TS0时隙用于映射广播信道(BCH)和公共控制信道(CCCH)
  下行链路( BCCH、FCCH、SCH、PCH、AGCH );上行链路( RACH )
  (2)f0的TS1时隙
  下行链路f0上的TS1时隙用来将专用控制信道 (SDCCH、SACCH )映射到物理信道;上行链路f0上的TS1与下行链路f0上的TS1有相同的结构,只是它们在时间上有3个时隙的偏移。
  (3)在载频f0上:TS2~TS7:逻辑业务信道,重复周期为26个TS,其它f1~fN个载频的TS0~TS7时隙全部是业务信道 。
  5、GSM的时隙帧结构
  GSM的时隙帧结构有五个层次:时隙、TDMA帧、复帧、超帧和超高帧 。
  1)时隙是物理信道的基本单元;
  2)TDMA帧由8个时隙组成,是占据载频带宽的基本单元,即每个载频有8个时隙。
  3)复帧有两种类型
  ①由26个TDMA帧组成的复帧。用于TCH、SACCH和FACCH
  ②由51个TDMA帧组成的复帧。用于BCCH和CCCH
  4)超帧是由51个由26帧的复帧或26个由51帧的复帧构成
  5)超高帧等于2048个超帧,超高帧的周期与加密和跳频有关。每经过一个超高帧周期,循环长度为2715648,相当于3小时28分53秒760毫秒,系统将重新启动密码和跳频算法。
  GSM系统分级帧结构的如图4所示。
图4 分级的帧结构
  6、突发脉冲
  突发脉冲是以不同的信息格式携带不同逻辑信道,在一个时隙内传输的,由100多个调制比特组成的脉冲序列。可看成是逻辑信道在物理信道传输的载体。
  突发脉冲分类见下表:
类型 逻辑信道 携带信息
普通突发脉冲 TCH及除RACHA、SCH、FCCH和空闲突发脉冲以外的控制信道 业务信息和
控制信息
频率校正突发脉冲 频率校正信道(FCCH) 频率校正信息
同步突发脉冲 同步信道(SYCH) 系统同步信息
接入突发脉冲 随机接入信道(RACH) 随机接入信息
空闲突发脉冲 控制信道
  1)突发脉冲的结构
  ①普通突发脉冲(NB:Normal Burst)
  普通突发脉冲(NB:Normal Burst)用于构成TCH,以及除FCCH、SYCH、RACH和空闲突发脉冲以外的所有控制信息信道,携带它们的业务信息和控制信息。普通突发脉冲是由加密信息(2×57bit)、训练序列(26bit)、尾位TB(2×3bit)、借用标志F(Stealing Flag,2×1bit)和保护时间GP(Guard Period,8.25bit)构成,总计156.25bit,如图5所示。
图5 普通突发脉冲序列
  57个加密比特:加密语音、数据或控制信息
  借用标志F:表明借用一半业务信道资源给FACCH
  训练序列:一串已知比特,供信道均衡用
  尾位TB:总是000,是突发脉冲开始与结尾的标志
  保护时间GP:防止由于定时误差而造成突发脉冲间的重叠
  ②频率校正突发脉冲(FB:Frequency Correction Burst)用于构成FCCH,携带频率校正信息,如图6所示。
图6 频率校正突发脉冲序列
  142个固定比特:全0,固定的的频率校正信息
  ③同步突发脉冲(SB:Synchronization Burst):用于构成SYCH,携带有系统的同步信息。如图7所示。
图7 同步突发脉冲序列
  39个加密比特: TDMA帧号(TN)以及基站识别码(BSIC)信息长同步序列:易被检测。
  ④接入突发脉冲(AB:Access Burst)用于构成移动台的RACH,携带随机接入信息。
图8 接入突发脉冲序列
  长保护时间GP:适应移动台首次接入或切换到新基站时不知时间的提前量
  ⑤空闲突发脉冲(DB:Dummy Burst)的结构与普通突发脉冲的结构相同,只是将普通突发脉冲中的加密信息比特换成固定比特。
图9 空闲突发脉冲
  当无用户信息传输时,用空闲突发脉冲替代普通突发脉冲在TDMA时隙中传送
  7、帧偏离与定时提前量
  1)帧偏离
  帧偏离是指前向信道的TDMA帧定时与反向信道的TDMA帧定时的固定偏差。
  2)定时提前量
  由突发脉冲的传输延时所带来的定时的不确定,基站要指示移动台以一定的提前量发送突发脉冲,以补偿所增加的延时。
  帧偏离 定时提前量
概念 前向信道的TDMA帧定时与反向信道的TDMA帧定时的固定偏差 基站指示移动台以一定的提前量发送突发脉冲
长度 3个时隙 视具体情况而定
目的 避免移动台同一时隙收发的必要性,从而保证收发的时隙号不变 克服由突发脉冲的传输延时所带来的定时的不确定
图10 帧偏离与定时提前量示意图
  8、半速率信道
  半速率信道是指语音速率从原来的13kbit/s下降到6.5kbit/s。
语音数据传输速率
业务信道种类 语音数据传输速率
全速率信道 13kbit/s
半速率信道 6.5kbit/s
  优点:两个移动台将可使用一个物理信道进行呼叫,系统容量可增加一倍。
 

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