GSM系统无线信道学习资料Word文件下载.docx

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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、FACCH

1、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。

方法：

将公共控制信道复用，即在一个或两个物理信道上复用公共控制信道。

1、控制信道的映射

在某个小区超过一个载频时，则该小区C0上的TS0就映射广播和公共控制信道（FCCH、SCH、BCCH、CCCH），可使用mainBCCH的组合，该时隙不间断的向该小区的所有用户发送同步信息、系统消息及寻呼消息和指派消息。

即使没有寻呼和接入进行，BTS也总在C0上发射空闲突发脉冲。

我们从帧的分级结构知道，51帧的复帧是用于携带SCH和CCCH，因此51帧的复帧共有51个TS0，也就是说将51个连续TDMA帧的8个时隙中的TSO都取出来以组成一个51帧的复帧。

该序列在映射完一个51复帧后开始重复下一个51帧的复帧。

以上叙述了下行链路C0上的TS0的映射，对于上行链路CO上映射的TS0是不含有上述信道的，它只含有随机接入信道（RACH），用于移动台的接入。

下行链路C0上的TS1用于映射专用控制信道，它可使用SDCCH的信道组合形式。

它是102个TDMA帧重复一次。

由于是专用信道，所以上行链路C0上的TS1也具有同样的结构，这就意味着对一个移动台同时可双向连接，但在时间上会有一个偏移（以后我们会讲到出现这种情况的原因）。

当某个小区的容量很小，仅使用一个载频时，则该载频的TSO即用做公共控制信道又用做专用控制信道，即可采用mainBCCHcombined的信道组合形式。

该信道组合每102重复一次。

当某小区业务量很高时，它可把C0的TS0配置成为mainBCCH，并可在TS2、TS4、TS6上扩展三个组合集，使用CCCH的配置形式，该配置形式包括除SCH和FCCH外的TS0的所有组合，因为这两个信道只能出现在C0的TS0上。

2、业务信道的映射

在每个小区携带有BCCH信道的载频的TS0和TS1上按上述映射安排控制逻辑信道，TS2至TS7以及其它载频的TS0至TS7均可安排业务信道。

除映射控制信道外的时隙均映射在业务信道TCH上，用于携带TCH/F的复帧是26复帧的，因此它有26个帧的TSn。

第26个TSn是空闲时隙，空闲时隙之后序列从0开始。

上行链路的结构与下行的是一样的，一个接通的GSM移动信道业务信息在每一帧分配的TS中以突发脉冲的形式发送，唯一的不同是有一个时间偏移，这个时间偏移为3个时隙。

TCH信道用于传送话音和数据。

SACCH信道用于传送随路控制信息。

IDLE信道不含任何信息。

它有两个作用，一方面是针对全速率TCH信道，在呼叫接续的状态下，为了预同步它的相邻小区，移动台可利用IDLE时隙所在的第26个空闲帧所提供的这一段时间的间隔，去读取其邻小区的基站识别码BSIC；

另一方面是针对半速率TCH信道，在此时该时隙用于传输另一个TCH/H业务信道的SACCH

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，引起码间干扰，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0~63（0~233μs），它被GSM定时提前的编码0~63bit所限，使GSM最大覆盖距离为35km，计算如下：

1/2*3.7us/bit*63bit*c=35km

其中，3.7μs/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100μs。

当手机发出它的第一个RACH信号时，就已经晚了100μs，再经过100μs的传播时延，到达基站时就有了200μs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200μs发送信号。

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

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。

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。