GSM 无线接口理论

河北移动公司BSS培训教材初稿作者：韩斌杰第1页2/22/2020共82页第三章GSM无线接口理论第一节工作频段的分配一、我国GSM网络的工作频段我国陆地蜂窝数字移动通信网GSM通信系统采用900MHz与1800MHz频段:GSM900MHz频段为：890~915(移动台发,基站收),935~960(基站发,移动台收);DCS1800MHz频段为：1710~1785(移动台发,基站收),1805~1880(基站发,移动台收);GSM系统上行频段下行频段带宽双工间隔双工信道数GSM900890~915935~9602×2545124GSM900E880~915925~9602×3545174GSM18001710~17851805~18802×7595374GSM19001850~19101930~19902×6080299二、频道间隔相邻两频点间隔为为200kHz，每个频点采用时分多址（TDMA）方式，分为8个时隙，既8个信道（全速率），如GSM采用半速率话音编码后，每个频点可容纳16个半速率信道，可使系统容量扩大一倍，但其代价必然是导致语音质量的降低。三、频道配置绝对频点号和频道标称中心频率的关系为：GSM900MHz频段为:fl(n)=890.2MHz+(n-1)×0.2MHz(移动台发,基站收）；fh(n)=fl(n)+45MHz(基站发,移动台收);n∈[1，124]GSM1800MHz频段为：fl(n)=1710.2MHz+(n-512)×0.2MHz(移动台发,基站收）；fh(n)=fl(n)+95MHz(基站发,移动台收）；n∈[512，885]其中：fl(n)为上行信道频率、fh(n)为下行信道频率,n为绝对频点号（ARFCN）。注：1、在我国GSM900使用的频段为：905~915MHz上行频率河北移动公司BSS培训教材初稿作者：韩斌杰第2页2/22/2020共82页950~960MHz下行频率频道号为76~124,共10M带宽。中国移动公司：905~909MH（上行），950~954MHz（下行），共4M带宽，20个频道，频道号为76~95。（目前通过中国移动TACS网的压频，为GSM网留出了更大的空间，因而GSM实际可用频点号要远大于该范围）中国联通公司：909~915MH（上行），954~960MHz（下行），共6M带宽，29个频道，频道号为96~124。2、目前只有中国移动公司拥有GSM1800网络，拥有1800网络的移动分公司大多申请10M的带宽，频道号为512~562。四、干扰保护比载波干扰比（C/I）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基本地散射体的形状、类型及数量不同，以及其他一些因素如天线的类型、方向性及高度，站址的标高及位置，当地的干扰源数目等造成的。1、同频干扰保护比：C/I≥9dB。所谓C/I，是指当不同小区使用相同频率时，另一小区对服务小区产生的干扰，它们的比值即C/I，GSM规范中一般要求C/I9dB；工程中一般加3dB余量，即要求C/I12dB2、邻频干扰保护比：C/I≥-9dB。C/A是指在频率复用模式下，邻近频道会对服务小区使用的频道进行干扰，这两个信号间的比值即C/A。GSM规范中一般要求C/A-9dB，工程中一般加3dB余量，即要求C/A-6dB3、载波偏离400kHz的干扰保护比：C/I≥-41dB第二节时分多址技术（TDMA）多址技术就是要使众多的客户公用公共信道所采用的一种技术，实现多址的方法基本有三种，频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）。我国模拟移动通信网TACS就是采取的FDMA技术。CDMA是以不同的代码序列实现通信的，它可重复使用所有小区的频谱，它是目前是最有效的频率复用技术。GSM的多址方式为时分多址TDMA和频分多址FDMA相结合并采用跳频的方式，载波间隔为200K，每个载波有8个基本的物理信道。一个物理信道可以由TDMA的帧号、时隙号和跳频序列号来定义。它的一个时隙的长度为0.577ms,每个时隙的间隔包含156.25比特GSM的调制方式为GMSK，调制速率为270.833kbit/s。一、TDMA信道的概念在GSM中的信道可分为物理信道和逻辑信道。一个物理信道就是一个时隙，通常被定义为给定TDMA帧上的固定位置上的时隙（TS）。而逻辑信道是根据BTS与MS之间传递的消息种类不同而定义的不同逻辑信道。这些逻辑信道是通过BTS来影射到不同的物理信道上来传送。逻辑信道又可分为业务信道和控制信道.河北移动公司BSS培训教材初稿作者：韩斌杰第3页2/22/2020共82页（一）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。1、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5.6Kbit/s2、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需要于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的信道请求河北移动公司BSS培训教材初稿作者：韩斌杰第4页2/22/2020共82页后，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。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。二、TDMA帧在TDMA中，每一个载频被定义为一个TDMA帧，相当于FDMA系统中的一个频道。每帧包括8个时隙（TS0~TS7），并要有一个帧号，这是因为在计算加密序列的A5算法中是以TDMA帧号为一个输入参数，当有了TDMA帧号后，移动台就可以判断控制信道TS0上传送的为哪一类逻辑信道了。TDMA的帧号是以3小时28分钟53秒760毫秒（2715648个TDMA帧）为周期循环编号的。每2715648个TDMA帧为一个超高帧，每一个超高帧又由2048个超帧，一个超帧的持续时间为6.12s，而每个超帧又是由51个26复帧或26个51复帧组成。这两种复帧是为满足不同速率的信息传输而设定的，区别是：26帧的复帧：包含26个TDMA帧，时间间隔为120ms，它主要用于TCH（SACCH/T）和FACCH等业务信道。51帧的复帧：包含51个TDMA帧，时间间隔为235ms,它主要用于BCCH、CCCH、SDCCH等控制信道。河北移动公司BSS培训教材初稿作者：韩斌杰第5页2/22/2020共82页图示帧结构图三、突发脉冲序列（Burst）TDMA信道上的一个时隙中的消息格式被称为突发脉冲序列，也就是说每个突发脉冲被发送在TDMA帧的其中一个时隙上。因为在特定突发脉冲上发送的消息内容不同，也就决定了它们格式的不同。可以分为五种突发脉冲序列：普通突发脉冲序列（normalburst）:用于携带TCH、FACCH、SACCH、SDCCH、BCCH、PCH和AGCH信道的消息。接入突发脉冲序列（accessburst）：用于携带RACH信道的消息。频率校正突发脉冲序列（frequencycorrectionburst）:用于携带FCCH信道的消息。同步突发脉冲序列（synchronizationburst）:用携带SCH信道的消息.空闲突发脉冲序列（dummyburst）:当系统没有任何具体的消息要发送时就传送这种突发脉冲序列（因为在小区中标频需连续不断的发送消息）。在每种突发脉冲的格式中，都包括以下内容：尾比特（tailbits）:它总是0，以帮助均衡器来判断起始位和终止位以避免失步。消息比特（informationbits）:用于描述业务消息和信令消息，空闲突发脉冲序列和频率校正突发脉冲序列除外。训练序列（trainingsequence）:它是一串已知序列，用于供均衡器河北移动公司BSS培训教材初稿作者：韩斌杰第6页2/22/2020共82页产生信道模型（一种消除色