4.2GSM的無線接口解析

單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,*,4.2 GSM的無線接口,GSM的幀構造,GSM的信道構造,GSM的基帶處理,移動終端與網(wǎng)絡之間的接口為無線接口，它是保證不同廠家的移動臺與不同廠家的系統(tǒng)設備之間互通的主要接口。無線接口自下而上分為三層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和第三層。第三層又分為三個子層：無線資源治理層RR、移動性治理層MM和連接治理層CM。這些功能是在移動臺和網(wǎng)絡實體間進展的，不同的功能對應于不同的網(wǎng)絡實體。其中：,RR完成專用無線信道連接的建立、操作和釋放等，它是在移動臺與基站子系統(tǒng)間進展的；,MM完成位置更新、鑒權和臨時移動用戶號碼的安排等工作；,CM完成電路交換的呼叫建立、維持和完畢，并支持補充業(yè)務和短消息業(yè)務等。,4.2.1 GSM的幀構造,GSM系統(tǒng)承受時分多址、頻分多址和頻分雙工的制式，每個TDMA信道上的一個時隙中的信息格式稱為突發(fā)脈沖序列(Burst)，簡稱突發(fā)序列，它是GSM系統(tǒng)無線傳輸上的重要概念。突發(fā)脈沖序列占有一個限定的持續(xù)時間和無線頻譜，它們在時間和頻率窗上輸出，而這個窗被人們稱為隙縫Slot。準確地說，在系統(tǒng)頻段內(nèi)，每200KHz設置時隙縫的中心頻率(以FDMA角度觀看)，每隙縫在時間上循環(huán)地發(fā)生，每次占15/26ms，即近似為0.577ms以TDMA角度觀看。這樣，我們可用時間/頻率圖把隙縫畫為一個小矩形，其長為15/26ms，寬為200KHz，如圖4-1所示。在給定的小區(qū)內(nèi)，全部隙縫的時間范圍是同時存在的。這些隙縫的時間間隔稱為時隙Time Slot，而它的持續(xù)時間被用于作為時間單元，記為BP，意為突發(fā)脈沖序列周期Burst Period。,使用一個給定的信道就意味著在特定的時刻和特定的頻率，也就是說在特定的隙縫中傳送突發(fā)脈沖序列。通常，一個信道的隙縫在時間上不是鄰接的。信道對于每個時隙具有給定的時間限界和時隙號碼TNTime Slot Number，這些都是信道的要素。一個信道的時間限界是循環(huán)重復的。與時間限界類似，信道的頻率限界給出了屬于信道的各隙縫的頻率。它把頻率配置給各時隙，而信道帶有一個隙縫。對于固定的頻道，頻率對每個隙縫是一樣的。對于跳頻信道的隙縫，可使用不同的頻率。,1幀,幀F(xiàn)rame通常被表示為接連發(fā)生的i個時隙。在GSM系統(tǒng)圖4-1中，目前承受全速率業(yè)務信道，i取為8。一個TDMA幀包含8個時隙，這其實就是8個根本的物理信道，可用來傳輸掌握數(shù)據(jù)與不同的用戶數(shù)據(jù)，如以下圖4-2所示。,圖4-1 GSM中的頻隙與時隙,圖4-2 一個TDMA幀包含8個時隙,2復幀,圖4-3示出了TDMA幀的完整構造還包括了時隙和突發(fā)脈沖序列，必需記住TDMA幀是在無線鏈路上重復的物理幀。每一個TDMA幀含8個時隙，共占4.615ms。每個時隙含156.25個碼元，占0.557ms。多個TDMA幀構成復幀Multiframe，其構造有兩種，如圖4-3中行c所示，分別含連貫的26個或51個TDMA幀。當不同的規(guī)律信道復用到一個物理信道時，需要使用這些復幀。,含26幀的復合幀其周期為120ms，用于業(yè)務信道及其隨路掌握信道。其中24個突發(fā)序列用于業(yè)務，2個突發(fā)序列用于信令。,含51幀的復合幀其周期為3060/13235.385ms，專用于掌握信道。,圖4-3 GSM幀、時隙和突發(fā)脈沖序列,3超幀,多個復幀又構成超幀Super frame，它是一個連貫的5126 TDMA幀，即一個超幀可以是包括51個26TDMA復幀，也可以是包括26個51TDMA復幀，如圖4-3中行b所示。超幀的周期均為1326個TDMA幀，即6.12秒。,4超高幀,多個超幀構成超高幀Hyper frame。它包括2048個超幀，如圖4-3中行a所示，周期為12533.76秒，即3小時28分53秒760毫秒，用于加密的話音和數(shù)據(jù)，超高幀每一周期包含2715648個TDMA幀，這些TDMA幀按序編號，依次從0至2715647，幀號在同步信道中傳送。幀號在跳頻算法中是必需的。,GSM系統(tǒng)上行傳輸所用的幀號和下行傳輸所用的幀號一樣，但上行幀相對于下行幀來說，在時間上推后3個時隙。這樣安排，允許移動臺在這3個時隙的時間內(nèi)，進展幀調(diào)整以及對收發(fā)信機的調(diào)諧和轉換。,時分數(shù)字系統(tǒng)的無線載波發(fā)送用間歇方式。突發(fā)開頭時，載波電平從最低值快速升到預定值并保持一段時間，此時發(fā)送突發(fā)中的有用信息，然后又快速降到最低值，完畢一個突發(fā)的發(fā)送。突發(fā)的開頭和完畢階段傳送的是愛護局部。,有用局部包括被傳送的數(shù)據(jù)、突發(fā)序列及尾比特碼，對應于放射載波的電平維持期間。愛護局部不傳輸信息，它是用來分隔相鄰突發(fā)的，對應于載波電平的上升和下降期間。,5突發(fā)脈沖序列BP,在圖4-3中我們可看出，GSM建議中對不同的規(guī)律信道規(guī)定了五種不同類型的突發(fā)脈沖序列幀構造：,1常規(guī)突發(fā)脈沖序列NB,2頻率校正突發(fā)脈沖序列FB,3同步突發(fā)脈沖序列SB,4接入突發(fā)脈沖序列AB,5空閑突發(fā)脈沖序列DB,4.2.2 GSM的信道構造,物理信道：承受頻分和時分復用的組合，它由用于基站BS和移動臺MS之間連接的時隙流構成。這些時隙在TDMA幀中的位置，從幀到幀是不變的，參見圖4-1。,規(guī)律信道：是在一個物理信道中作時間復用的。不同規(guī)律信道用于BS和MS間傳送不同類型的信息，例如信令或數(shù)據(jù)業(yè)務。而規(guī)律信道是依據(jù)BTS與MS之間傳播的消息種類不同而定義的不同規(guī)律信道。這些規(guī)律信道是通過BTS映射到不同的物理信道上來傳送。,而GSM的規(guī)律信道又分為兩類：一類是業(yè)務信道TCH，用于傳輸話音和數(shù)據(jù)；另一類是掌握信道CCH，用于傳輸各種信令信息，跟蹤整個通信過程。規(guī)律信道類型如圖4-4示。,圖4-4 規(guī)律信道類型,1 業(yè)務信道,業(yè)務信道又分為話音業(yè)務信道和數(shù)據(jù)業(yè)務信道，如圖4-5所示。,1話音業(yè)務信道按速率的不同，可分為全速率話音業(yè)務信道TCH/FS和半速率話音業(yè)務信道TCH/HS。,2數(shù)據(jù)業(yè)務信道按速率的不同，也分為全速率數(shù)據(jù)業(yè)務信道和半速率數(shù)據(jù)業(yè)務信道。,圖4-5 TCH信道示意圖,2 掌握信道 掌握信道又分為播送信息信道、公共掌握信道和專用掌握信道。,1播送信息BCH：是“一點對多點”的單方向掌握信道，用于基站向全部移動臺播送公用信息。傳輸?shù)膬?nèi)容是移動臺入網(wǎng)和呼叫建立所需要的各種信息，它又分為以下信道：,頻率校正信道FCCH：傳輸供移動臺校正其工作頻率的信息，使手機工作在適宜的頻率；,同步信道SCH：傳輸供移動臺進展同步和對基站進展識別的信息；,播送掌握信道BCCH：傳輸通用信息，用于移動臺測量信號強度和識別小區(qū)標志等。BCCH安排頻率表示一項重要的網(wǎng)優(yōu)參數(shù)。,2公共掌握信道CCCH：是“一點對多 點”的雙向掌握信道，其用途是在呼叫接續(xù)階段，傳輸鏈路連接所需要的掌握信令與信息，它又分為以下信道：,尋呼信道PCH：傳輸基站尋呼移動臺的信息；,隨機接入信道RACH：移動臺申請入網(wǎng)時，向基站發(fā)送入網(wǎng)懇求信息；,準許接入信道AGCH：基站在呼叫接續(xù)開頭時，向移動臺發(fā)送安排專用掌握信道的信令。,3專用掌握信道DCCH：是一種“點對點”的雙向掌握信道，其用途是在呼叫接續(xù)階段和在通信進展當中，在移動臺和基站之間傳輸必需的掌握信息。其中又分為：,獨立專用掌握信道SDCCH：傳輸移動臺和基站連接和信道安排的信令。,慢速幫助掌握信道SACCH：在移動臺和基站之間，周期地傳輸一些特定的信息，如功率調(diào)整、幀調(diào)整和測量數(shù)據(jù)等信息；SACCH是,安排在業(yè)務信道和有關的掌握信道中，以復接方式傳輸信息。安排在業(yè)務信道時，以SACCH/T表示，安排在掌握信道時，以SACCH/C表示，SACCH/C常與SDCCH聯(lián)合使用。,快速幫助掌握信道FACCH：傳送與SDCCH一樣的信息。使用時要中斷業(yè)務信息4幀，把FACCH插入。不過，只有在沒有安排SDCCH的狀況下，才使用這種掌握信道。這種掌握信道的傳輸速率較快，每次占用4幀時間，約18.5ms。,4.2.3 GSM的基帶處理,話音信號在發(fā)送端無線接口的基帶處理過程如以下圖4-6所示，接收端的處理過程相反。,圖4-6 語音在MS中的處理過程,語音編碼,信道編碼,信道編碼過程,交錯,456 比特交錯、三個語音幀、,突發(fā)脈沖的構造、快間交錯,突發(fā)脈沖的形成,加密,調(diào)制和解調(diào),跳頻,GSM 系統(tǒng)跳頻示意圖,