[信息与通信]无线网络技术基础.doc

文件保密等级： 网服中心培训部目录1.2 GSM数字移动通信系统21.2.1 GSM系统的基本特点21.2.2 GSM系统的组成21.2.3 GSM系统的业务功能41.3 GSM系统的编号计划71.3.1移动用户号码(MSISON)71.3.2国际移动用户识别码(I MS I)81.3.3临时移动用户识别码(TMSl)81.3.4移动用户漫游号码(MSRN)81.3.5位置区识别码(LAI)81.4 GSM系统的移动网络功能102.1 工作频段的分配112.1.1 我国GSM网络的工作频段112.1.2频道间隔112.1.3频道配置112.1.4干扰保护比122.2 时分多址技术(TDMA)122.2.1 TDMA信道的概念122.2.2 TDMA帧142.2.3突发脉冲序列(Burst)152.2.4逻辑信道与物理信道之间的对应关系182.3 移动环境中的电波传播192.3.1 陆地移动通信环境的特点192.3.2信号在无线路径上的衰落202.3.3无线信号的传播损耗242.3.4信号传播的其它特性252.3.5分集接收252.4 移动台和基站的时间调整262.5 跳频技术272.5.1 跳频的种类及各自实现的方法272.5.2跳频的优点282.5.3跳频序列292.6源数据的传输过程292.6.1 语音编码302.6.2信道编码312.6.3交织技术322.6.6调制和解调351.2 GSM数字移动通信系统 1.2.1 GSM系统的基本特点 GSM数字蜂窝移动通信系统(简称GSM系统)是完全依照欧洲通信标准化委员会 (ETSI)制定的GSM规范研制而成的，任何GSM数字蜂窝移动通信系统都必须符合GSM技术规范。GSM系统是一种典型的开放式结构，作为一种面向未来的通信系统，它具有下列主要特点： 1)GSM系统由几个分系统组成，各分系统之间都有定义明确且详细的标准化接口方案，保证任何厂商提供的GSM系统设备可以互连。同时，GSM系统与各种公用通信网之间也都详细定义了标准接口规范，使GSM系统可以与各种公用通信网实现互连互通。 2)GSM系统除了可以开放基本的话音业务外，还可以开放各种承载业务、补充业务以及与ISDN相关的各种业务。 3)GSM系统采用FDMATDMA及跳频的复用方式，频率重复利用率较高，同时它具有灵活方便的组网结构，可满足用户的不同容量需求。 4)GSM系统具有较强的鉴权和加密功能，能确保用户和网络的安全需求。 5)GSM系统抗干扰能力较强，系统的通信质量较高。1.2.2 GSM系统的组成 GSM系统由一系列功能单元组成，其具体组成如图1-2所示，分为MS(移动台)、NSS(网络子系统)、BSS(基站子系统)、OSS(操作维护子系统)等几个主要部分。1.2.2.1移动台/移动用户(MS) 移动台是整个系统中直接由用户使用的设备，可分为车载型、便携型和手持型三种。应当指出的是，在GSM系统中，物理设备与移动用户是相互独立的。也就是说，用户的所有信息都存储在SIM卡(用户识别卡)上，系统中的任何一个移动台都可以利用SIM卡来识别移动用户。由网络来进行相关的认证，保证使用移动网的是合法用户。移动台有自己的识别码IMEI，称为国际移动台设备识别号。每个移动台的IMEI都是唯一的，网络对IMEI进行检查，可以保证移动台的合法性。SIM卡中存储着用户的所有信息，包括国际移动用户识别码IMSI等。在本书中，术语MS代表移动用户，因为移动台与呼叫无关。1.2.2.2基站子系统(BSS) 广义来说，基站子系统包含了GSM数字移动通信系统中无线通信部分的所有基础设施，它通过无线接口直接与移动台实现通信连接，同时又连到网络端的交换机，为移动台和交换子系统提供传输通路，因此，BSS可以看作移动台与交换机之间的桥梁。按GSM规范提出的基本结构，BSS由两个基本部分组成：通过无线接口与移动台一侧相连的基站收、发信机(BTS)和与交换机一侧相连的基站控制器(BSC)。从功能上看，BTS主要负责无线传输，BSC主要负责控制和管理。值得指出的是，在GSM规范中，一个基站子系统是指一个BSC以及由它所管辖的所有BTS，而不是一个交换机所带的无线系统。 BTS在网络的固定部分和无线部分之间提供中继，移动用户通过空中接口与BTS相连。BTS包括收发信机和天线，以及与无线接口有关的信号处理电路等，它也可以看作是一个复杂的无线解调器。在GSM系统中，为了保持BTS尽可能的简单，BTS往往只包含那些靠近无线接口所必须的功能。 BSC通过BTS和移动台的远端命令管理所有的无线接口，主要是进行无线信道的分配、释放以及越区信道切换的管理等，起着BSS系统中交换设备的作用。BSC由BTS控制部分、交换部分和公共处理器部分等组成。根据BTS的业务能力，一台BSC可以管理多达几十个BTS。 此外，BSS还包括码型变换器TC。码型变换器在实际应用中一般是置于BSC和MSC之间，完成16kbits RPELTP编码和64kbits A律PCM之间的码型转换。1.2.2.3网络与交换子系统(NSS) 网络与交换子季统包括实现GSM的主要交换功能的交换中心以及管理用户数据和移动性的所需的数据库，有时也称之为交换子系统。它由一系列功能实体构成，各功能实体间以及NSS与BSS之间通过符合CCITT信令系统No.7协议规范的7号信令网络互相通信。它的主要作用是管理GSM用户和其它网络用户之间的通信。NSS可分为如下几个功能单元： (1)移动业务交换中心MSCMSC是网络的核心，它完成最基本的交换功能，即实现移动用户与其它网络用户之间的通信连接。为此，它提供面向系统其它功能实体的接口、到其它网络的接口以及与其它MSC互连的接口。 MSC从HLR、VLR、AUC这三种数据库中取得处理用户呼叫请求所需的全部数据，同时这三个数据库也会根据MSC最新信息进行自我更新。MSC为用户提供承载业务、基本业务与补充业务等一系列服务。作为网络的核心，MSC还支持位置登记、越区切换和自动漫游等移动性能及其它网络功能。 对于容量较大的通信网，一个NSS可以包括若干个MSC、HLR和VLR，在建立固定网用户与GSM移动用户之间的呼叫时，呼叫往往首先被接到入口MSC(GMSC)，再由入口MSC负责获取位置信息然后进行接续。GMSC具有与固定网和其它NSS实体互通的接口，也就是我们通常所说的关口局。 (2)拜访位置寄存器VLR：VLR存储进入其覆盖区的所有用户的全部有关信息，为已经登记的移动用户提供建立呼叫接续的必要条件。VLR是一个动态数据库，需要随时与有关的HLR进行大量的数据交换以保证数据的有效性。当用户离开其覆盖区时，用户的有关信息将被删除。 VLR在物理实体上总是与MSC一体，这样可以尽量避免由于MSC与VLR之间频繁联系所带来的接续时延。 (3)归属位置寄存器HLR：HLR且是系统的中央数据库，存放与用户有关的所有信息，包括用户的漫游权限、基本业务、补充业务及当前位置信息等，从而为MSC提供建立呼叫所需的路由信息等相关数据。一个HLR可以覆盖几个移动交换区域甚至整个移动网。 (4)鉴权中心AUC：AUC存储用户的加密信息，用以保护用户在系统中的合法地位不受侵犯。由于空中接口的开放性，经由空中接口传送的信息极易受到侵犯，因此GSM采用了严格的保密措施如用户鉴权、信息的加密等。这些鉴权信息和加密密钥等均存放在AUC中，因此，AUC是一个受到严格保护的数据库。在物理实体上，AUC与HLR共存。 (5)设备识别寄存器：EIR：EIR存储与移动台IMEI有关的信息。它可以对移动台的IMEI进行核查，以确定移动台的合法性，防止未经许可的移动台设备使用移动网。1.2.2.4操作与维护子系统OSS OSS是操作人员与系统设备之间的中介，它实现了系统的集中操作与维护，完成包括移动用户管理、移动设备管理及网络操作维护等功能。它的一侧与设备相连，(但并不包括BTS，因为在GSM技术规范中明确提出，对BTS的操作维护是经过BSC进行管理)，另一侧是作为人一机接口的计算机工作站。这些专门用于操作维护的设备被称为操作维护中心OMC。GSM系统的每个组成部分都可以以通过特有的网络连接至OMC，从而实现集中维护。OMC由两个功能单元构成。OMCS(操作维护中心一系统部分)用于MSC、HLR、VLR等交换子系统各功能单元的维护与操作。OMCR(操作维护中心一无线部分)用于实现整个BSS系统的操作与维护，它一般是通过SUN工作站在BSS上的应用来实现。OMC也可以作为进入更高一层管理网络的关口设备。1.2.3 GSM系统的业务功能 GSM是一种多业务系统，可以依照用户的需要为用户提供各种形式的通信。习惯上，人们把话音业务与数据业务(或称为非话音业务)区别开来：话音业务中，信息是话音，而数据业务传送包括电文、图像、传真及计算机文件等在内的其它信息。除了这些传统业务以外，GSM还提供一些非传统的业务，如短消息业务，它区别于目前固定网提供的各种业务，而更像无线寻呼业务。 一般来说，电信业务的定义不仅仅取决于所传信息的特征，还涉及到通信的其它特性，如传输结构、资费处理、用户的通信特点等等。为用户提供的服务取决于三个独立因素： (1)用户注册的业务：网络运营部门为用户提供了所有可提供服务的项目，同时确定相应的费率，用户将按照自己的需要在其中进行选择并为之付费，网络运营部门也只为用户提供其注册登记的业务。 (2)网络能力：并不是所有的网络都能提供同样的服务范围，用户使用的业务可能会于它漫游进入的网络有关。(3)用户终端性能：有些业务需要用户终端的配合，例如，传真业务在只有话音业务的终端上就无法提供。 通信网络提供的基本业务主要涉及传输媒介和建立呼叫的方式。补充业务则使用户能够更好的接受基本业务或是简化电信的日常使用，为用户提供方便，如呼叫前转、来电显示等等。基本业务与补充业务的区别在于，一项补充业务可以适用于几个基本业务。在已存在的网络中，这些补充业务被要求附加在基本业务之上，而未来它们很有可能从补充业务转化为基本业务。 GSM所提供的基本业务可分为承载业务和电信业务，这两种业务是独立的通信业务，其差别在于用户接入点的不同。电信业务主要包括包括话音业务、数据业务及短消息业务等。此外GSM还提供了多种多样的附加业务，下面将分别进行介绍。1.2.3.1承载业务 承载业务提供接入点(ISDN协议中称为用户一网络间接口)之间传输信号的能力。GSM系统一开始便考虑到了兼容多种在ISDN中定义的承载业务，以满足GSM移动用户对数据通信服务的需要。GSM系统设计的承载业务不仅使移动用户之间能完成数据通信，更重要的是能为移动用户与PSTN或ISDN用户之间提供数据通信服务，同时还能使GSM移动通信网与其它公用数据网(如公用分组数据网和公用电路数据网)实现互通。 在传输数据业务时，MSC需启用互通功能单元IWF。互通功能单元是为完成数据连通而规定的全部功能。用户总是需要不同种类的承载业务，要支持各种承载业务也就要经过不同类型的MS或IWF接入接口和终端网络。下面简要介绍一下不同种类的承载业务所能支持的各种用户应用： 1)承载业务中具有透明和不透明非限制数字能力的非结构电路型，所支持的用户应用是经过速率适配的子速率信息流； 2)承载业务中分组组合和分解器(PAD)业务所支持的用户应用包括：经过速率适配的高速率信息流；接入分组组合分解功能； 3)承载业务中分组业务所支持的用户应用包括：采用X32或X31选择A接入x.25公用数据网；X31选择B接入的应用(虚拟电路承载业务) 4)承载业务中具有透明和不透明交替话音非限制数字能力的非结构电路型所支持的用户应用包括：经过速率适配的子速率信息流；具有在呼叫中交替话音和数据的能力； 5)具有透明和不透明话音后接非限制数字能力的非结构电路型所支持的用户应用包括：经过速率适配的子速率信息流；开始建立话音呼叫，然后在呼叫持续过程中的某段时间能使用户转换为数据通信。 实际上，以上对不同种类的承载业务所支持的用户应用阐述也就是各种承载业务在定义上的差异点。1.2.3.2话音业务 话音业务是GSM提供的最重要的业务，它为GSM用户和其它所有与之连网的用户之间提供双向通话。随着ISDN的发展，数据业务将在电信业务中占据越来越大的比例，但对于移动通信系统而言，话音业务仍然是最重要的服务。固定电话线路并非随处可得，而能随身携带的移动电话正使蜂窝移动电话成为人与人之间一种重要的通信手段。 根据GSM的专用术语，紧急呼叫是由话音业务引伸出的一种特殊业务。它允许用户通过一个简单的固定步骤使电话接入紧急服务部门，如警察局或消防队，接入过程简单而统一。紧急呼叫业务优先于其它业务，在移动台没有插入SIM卡或用户处于锁定状态时也可接通紧急服务中心。由于我国各紧急呼叫中心尚未连网，因此我国目前使用的移动台在紧急呼叫时虽然是按欧洲标准拨112或SOS，但系统将回送提示录音指导用户拨不同的号码来呼叫不同的紧急服务中心。 另一项从话音业务中派生出的业务是语音信箱业务。GSM规范中并没有将这一业务单独作为一种业务，但许多运营部门都将这种服务作为基本服务。当电话无法接通或是主叫用户直接接入话音信箱时，这种业务可以实现将话音存储起来，事后再由被叫的移动用户提取的功能。1.2.3.3数据业务 GSM规范在制定时便按照ISDN模式为用户提供各种数据业务。目前，提供给固定用户和ISDN用户的大部分数据业务GSM都能提供，包括公用分组交换数据网(PSPDN)所提供的业务。在无线传输允许的条件下，GSM技术规范中列举了35种数据业务，可以适用于不同的场合。 数据通信可以按照通信者的不同或是端到端信息流的性质或传输模式来划分。GSM规范中不能提供所有的描述，但可以按照通信者的类型来进行分类。在GSM规范中，所有的数据服务均作为特殊项目提出。GSM用户可以和PSIN用户相连接，所用的标准有V.21，v.22，v.22bis等。GSM用户也可以与ISDN用户相连接，关键问题在于两者速率的适配。此外，GSM用户间以及GSM用户同分组交换数据网用户、电路交换数据通信网用户之间都可以建立连接，其互连协议可参考GSM有关规范。1.2.3.4 短消息业务 上面提到的各种数据业务只是简单的将用于固定用户的业务扩展到GSM移动用户，但实现这些业务所用的笨重的终端并不适用于真正的移动环境。针对这种情况，GSM提供了一种类似于寻呼业务的短消息服务，移动台被设计成可用于通话又可用于寻呼，使用户可以用GSM移动台来传递一些简单的消息。 GSM可以提供传送点到点短消息的服务，包括发送往移动台(SMILMT)和从移动台接收(SMIMO)。系统通过GSM系统中一个相对独立的实体短消息业务中心实现这两种服务。点对点短消息的发送和接收应在处于呼叫状态或空闲状态时进行，由控制信道转送短消息业务的消息。 另一种短消息服务是“广播短消息，即系统周期性的对蜂窝中所有的用户广播数据信息。广播短消息也是在控制信道上传送，移动台只有在空闲状态下才可以接收广播消息。1.2.3.5补充业务 补充业务修改和添加了基本业务，它主要是允许用户能够选择网络对其呼叫的处理以及通过网络为用户提供信息，使用户能更充分的利用基本业务。GSM所提供的补充业务共8大类，下面分别简要介绍如下： 1.号码识别类补充业务 此类补充业务主要是为用户提供有关呼叫号码识别的功能选择，具体包括主叫号码显示(CL,IP)，主叫号码拒绝显示(CLIR)，恶意呼叫识别(MCI)等。 2.呼叫提供类补充业务 此类业务为用户处理来话呼叫提供了功能选择，使用户可以根据需要处理来话。具体包括无条件呼叫前转(cFu)，遇忙前转(CFB)，无应答前转(CFNRY)，不可及前转(CFNRC)等。 3.呼叫完成类补充业务 此类业务主要是为已经建立了呼叫的用户提供呼叫中对通话进行处理的选择。主要包括呼叫等待(CW)、呼叫保持(HOID)等。 4.多方通信类补充业务 这类业务支持用户同时与多个用户进行通话，主要有三方通话(3PTY)和会议电话(CONF)两种。 5.集团类补充业务 这类业务的代表是闭合用户群(CUG)，它可以将一些用户定义为用户群，实现对用户群内部通信和对外通信的区别对待。 6.计费类补充业务 此类业务包括计费通知(AOC)、对方付费(REVC)等。 7.附加信息传送类补充业务 用户至用户信令(uUS)支持移动用户通过信令信道的透明传输在呼叫建立的不同阶段向对方用户发送或接收有限的用户信息。 8.呼叫限制类补充业务 此类业务为用户实现呼叫限制提供了多种选择。具体包括限制所有出局呼叫(BAOC)、限制所有入局呼叫(BAIC)、限制拨叫国际长途(BOIC)、漫游时限制所有入局呼叫(BAICROAM)等。值得注意的是，此类业务在使用时一般都有密码控制。1.3 GSM系统的编号计划 GSM系统是一个十分复杂的通信系统，它包括众多的功能实体和繁杂的实体间、子系统间及网络间的接口。为了将一个呼叫接续至某个用户，系统需要调用相应的实体，因此要实现正确的寻址，编号计划就显得尤为重要。由于GSM。系统的业务类似于ISDN网的延伸，因此GSM系统采用了CCITI建议中的“网号”编号方案，即将GSM系统作为一个电话网的独立编号方案，此时的PLMN相对于PSTN完全独立，其各种号码也就完全独立于PSTN。下面我们依次对GSM移动通信网中的各种号码进行介绍。1.3.1移动用户号码(MSISON) MSISDN指主叫用户为呼叫GSM移动用户所拨的号码。一个移动台可以分配一个或多个MSISDN号码。其组成如图1-3所示。其中：(1)CC：国家码。即移动台登记注册的国家码，中国为86。(2)NDC：国内网络接入号码。中国移动网为135139，联通网为130131。(3)sN：用户号码。采用等长8位编号计划，具体号码分配由运营公司决定。1.3.2国际移动用户识别码(I MS I) 为了在GSM系统中，每个用户都分配有一个唯一的IMSI，此号码在整个GSM系统中有效，用于用户身份的识别。它的组成如图14所示。 其中： MCC-移动国家码。唯一的识别移动用户所属的国家。中国的MCC为460。MNC-移动网号，识别移动用户所归属的移动通信网(PLMN)。中国移动的MNC为00，中国联通为01。MSIN-移动用户识别码，唯一地识别某一移动通信网中的移动用户。 NMSI-国家移动用户识别码，由MNC与MSIN组成。1.3.3临时移动用户识别码(TMSl) 考虑到系统的安全性，GSM系统提供了在空中接口传递TMSI代替1MSI的保密措施。TMSI由VLR为来访的移动用户在鉴权成功后分配，它是一个由VLR自行分配的4字节的BCD编码，仅限在VLR管辖区内代替IMSI临时使用，且与IMSI相互对应。1.3.4移动用户漫游号码(MSRN) MSRN是在呼叫接续时由VLR临时分配给移动台的一个号码，用于GSM网络在接续时的路由选择。它同时也可以作为SCCP的全局码(GT)地址来寻找被叫用户当前所在位置。MSRN的组成与MSISDN类似，最大为15位数字。1.3.5位置区识别码(LAI) 位置区是指移动台可任意移动而不需要进行位置更新的区域，它可由一个或若干个小区组成，为了呼叫移动台，系统在一个位置区内所有基站同时发寻呼信号。位置区识别码LAI用于检测位置更新和信道切换的请求，其结构如图15所示。 其中： MCC、MNC与IMSI中该部分相同。 LAC是位置区号码，用于识别GSM网络中的一个位置区，它可以由运营部门自定。1.3.6全球小区识别码(CGI) . CGI是在所有GSM PLMN中用做小区的唯一标识，是在位置区识别号LAI基础上加上小区识别号CI构成，其结构如图1-6。图中LAI同上。CI是可由运营部门自定义的小区识别号码，是一个2ByteBCD编码。1.3.7基站识别色码(BSIC) BSIC用于识别相邻国家的相邻基站，是一个6bit编码，其组成如图17。 NCC为PLMN色码，主要用于区分国界两侧的运营者(国内用于区别不同的省)。 BCC为基站色码，由运营者自行设定，用来唯一识别相邻的采用相同载频的不同BTS。1.3.8国际移动设备识别码(IME I)IMEI唯一识别移动台，是一个15位的十进制编码，如图18所示，它由四部分构成。 具中： TAC：6位，型号批准码，由欧洲型号认证中心分配。 FAC：2位，工厂装配码，由厂家编码，表示生产厂家及装配地。 SNR：6位，序号码，由厂家分配，用于识别每个设备。 SP：2位，备用码。1.4 GSM系统的移动网络功能 GSM系统能够提供四大类移动网络功能，包括支持通信业务的网路功能，支持移动性管理的网络功能，支持安全性管理的网络功能和支持呼叫处理的附加网络功能，这使得GSM系统在移动网络功能方面大大优于先前的模拟蜂窝移动通信系统。 1.支持通信业务的网络功能 这是GSM系统最基本的网络功能，它支持系统的基本业务和补充业务，保证系统用户间通信的建立。它支持呼叫的建立和释放、寻呼、信道分配和释放等呼叫处理过程和对附加业务的激活、去活、登记、删除等业务操作过程。 2.移动性管理网络功能 这项网络功能支持处理由于用户的移动性带来的一系列问题，主要包括三个方面：位置更新、切换和漫游。这项网络功能将在第3章进行详细介绍。 3.安全性管理网络功能 移动通信中最重要的通路是空中接口，由于它的开放性所带来的不安全因素使GSM系统的安全性管理功能显得尤为重要。GSM系统在安全性管理方面设计了许多方法来保护空中接口信息的安全，这项网络功能支持移动用户鉴权，移动用户识别的保密，用户数据的保密及信令数据的保密等安全措施。 4.支持呼叫处理的附加网络功能这项功能支持呼叫重建、排队、非连续接收等附加网络功能。2.1 工作频段的分配2.1.1 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1 800MHz频段。 GSM900MHz频段为：890915MHz(移动台发，基站收)，935960MHz(基站发，移动台收)； DCSl800MHz频段为：17101785MHz(移动台发，基站收)，18051880MHz(基站发，移动台收)，如表21所示。2.1.2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。2.1.3频道配置 绝对频点号和频道标称中心频率的关系为： (1)GSM900MHz频段： f1(n)=890.2MHz+(n-1)0.2MHz(移动台发，基站收) fh(n)=f1(n)+45MHz(基站发，移动台收)；n1，124 (2)GSMl800MHz频段为： f1(n)=1710.2MHz+(n-512)0.2MHz(移动台发，基站收) fh(n)=f1(n)+95MHz(基站发，移动台收)；n512，885 其中：f1(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)。 (1)在我国GSM900使用的频段为： 905915MHz 上行频率 950960MHz 下行频率 频道号为76124，共10M带宽。 中国移动公司：905909MHz(上行)，950954MHz(下行)，共4M带宽，20个频道，频道号为7695。 (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：909915MHz(上行)，954960MHz(下行)，共6M带宽，29个频道，频道号为96124。 (2)目前只有中国移动公司拥有GSMl800MHz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512562。2.1.4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。 同频干扰保护比：C/I9dB。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/I12dB。 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CA-6dB。 载波偏离400kHz的干扰保护比：C/I-41dB。2.2 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156.25bit，GSM的调制方式为GMSK，调制速率为270.833kbit/s。2.2.1 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。 ，2.2.1.1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/s： TCH/HS：半速率语音信道5.6kbit/s。 (2)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。2.2.1.2控制信道 控制信道用于携带信令或同步数据，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，RACH是单向上行信道，其余均是单向下行信道。 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。信道包括BCCH、FCCH和SCH。为了随时都能发起通信请求，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，它们全部是下行信道，均为点对多点的传播方式。 (1)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。 (2)同步信道(SCH)：在FCCH解码后，MS接着要解出SCH信道消息，解码所得的信息给出了MS需要同步的所有消息及该小区的TDMA帧号(22bit)和基站识别码BSIC号(6bit)。 (3)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，分别为：系统消息类型l、系统消息类型2、系统消息类型2bis、系统消息类型2ter、系统消息类型3、系统消息类型4、系统消息类型7、系统消息类型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、专用信道的指配和短消息。在上行方向上由RACH信道来传送专用信道的请求消息。 (1)寻呼信道(PCH)：当网络想与某一MS建立通信时，它就会根据MS所登记的LAC号向所有具有该LAC号的小区的PCH信道上进行寻呼，寻呼MS的标识为TMSI或IMSI。寻呼信道属于下行信道，点对多点传播方式。 (2)接入许可信道(AGCH)：当网络收到处于空闲模式下的MS发出的信道请求后，就根据该请求需要分配一专用信道，AGCH通过根据该指配的描述(所分信道的描述，和接入的参数)，向所有的移动台进行广播。接入许可信道属于下行信道，点对多点传播方式。 (3)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的第三个子信道，属于下行信道，点对多点传播。 (4)随机接入信道(RACH)：当MS想与网络建立连接时，它会通过RACH信道来发起接入请求，在PHASEl标准中，请求消息包括3bit的建立原因(如呼叫请求、响应寻呼、位置更新请求及短消息请求等等)和5bit的参考随机数。属于上行信道，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。 (1)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、鉴权消息、加密命令及处理各种附加业务。 (2)慢速随路控制信道(SACCH)：SACCH是一伴随着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FA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BCCH频点信号强度、NCC的限制、小区选项、TA值、功率控制级别等。 (3)快速随路控制信道(FACCH)：FACCH信道与业务信道TCH相关。FACCH用于在话音传输过程中给系统提供比慢速随路控制信道(SACCH)又高的多的速度来传送信令消息。它是通过借用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。2.2.2 TDMA帧 在GSM中，每一个载频被定义为一个TDMA帧。每帧包括8个时隙(TS0TS7)，并都有一个帧号，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3h 28min 53s 760ms(271564.8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个超帧组成，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： (1)26帧的复帧：包含26个TDMA帧，时间间隔为120ms，它主要用于TCH(SACCHT)和FACCH等业务信道。 (2)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。TDMA帧结构如图2-1所示。2.2.3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： (1)普通突发脉冲序列(Normal Burst)：用于携带TCH、FACCH、SACCH、SDCCH、BCCH、PCH和AGCH信道的消息。 (2)接入突发脉冲序列(Access Burst)：用于携带RACH信道的消息。 (3)频率校正突发脉冲序列(Frequency Correction Burst)：用于携带FCCH信道的消息。 (4)同步突发脉冲序列(Synchronization Burst)：用于携带SCH信道的消息。 (5)空闲突发脉冲序列(Dummy Burst)：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(因为网络需要在BCCH：信道上连续不断的发送消息)。 每种突发脉冲都包括以下内容： (1)尾比特(Tail Bits)：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。 (2)消息比特(Infomation：BRs)：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。 (3)训练序列(Trmning Sequence)：它是一串已知序列，用于供均衡器产生信道模型(一种消除色散的方法)。训练序列是发送端和接收端所共知的序列，它可以用来确认同一突发脉冲里其它比特的确定位置，它对于接收端在收到该序列时近似的估算出发送信道的干扰情况能起到很重要的作用。值得注意的是，训练序列在普通突发脉冲序列中可分为8种，但在接入突发脉冲和同步突发脉冲序列中是固定的，而并不随着小区的不同而不同。 (4)保护间隔(Guard Period)：它是一个空白空间，由于每个载频的最多同时承载8个用户，因此必须保证在各自的时隙发射时不相互重叠，尽管使用了后面会讲到的定时提前技术，但来自不同移动台的突发脉冲序列仍会有小的滑动，因而就采用了保护间隔。采用了这种手段后，可允许发射机在GSM规范许可的范围内上下波动。从另一角度来讲，GSM规范要求移动台在一个突发脉冲的有用比特(不包括保护比特的其它比特)应保持恒定的传输幅度，并要求移动台在两个突发脉冲之间传输幅度适当衰减，因此需要保护比特。相邻两个突发脉冲之间的幅度衰减并应用适当的调制比特流，将会减小对其它RF信道的干扰。 现在让我们详细看一下每个突发脉冲序列的内容： 1.普通突发脉冲序列 如图2-2所示，它有2个58bit的分组用于消息字段，具体的说有两个57bit用于消息字段来发送用户数据或话音再加上2个偷帧标志位，它用于表述所传的是业务消息还是信令消息，那用来区分TCH和：FACCH。当TCH信道需用做FACCH信道来传送信令时，它所使用的8个半突发脉冲相应的偷帧标志须置1，在TCH以外的信道上没有什么用处但可被认为是训练序列的扩展，总是置为1的。它还包括两个3bit的尾位及8.25bit的保护间隔。它的训练序列放在了两个消息字段的中间被称为中间对位，这样导致的唯一缺陷是接收机在能解调之前需要存储突发脉冲的前一部分。它的突发脉冲共有26bit，其中消息位有16bit，但为了得到26bit，它采取了将前5bit重复到该训练序列的最后并将后5bit重复到该训练序列头部的办法。训练序列共有8种(该八种序列的相关联性最小)，它们分别和不同的基站色码(BCC，3bit)相对应，目的是用来区分使用同一频点的两个小区。 2.接入突发脉冲序列 如图2.3所示，该序列用于随机接入(是指用于向网络发起初始的信道请求并用于切换时的接入)。它是基站在上行方向上解调所需的第一个突发脉冲。接入突发脉冲系列包括41bit的训练序列、36bit的信息位，它的保护间隔是68.25bit。对于接入突发脉冲只规定了一种固定的训练序列，由于干扰的可能性很小，因此不值得增加多种训练序列使网络更加复杂. 它的训练序列和保护间隔都要比普通脉冲要长，这是为了适应移动台首次接入基站(或切换到另一个BTS)后不知道时间提前量而设定的。 如图2-4所示，该序列用于移动台的频率同步，相当于一个未调载波。该序列有142固定比特用于频率同步，它的结构十分简单，固定比特全部为0。当使用调制技术后，其结果是一个纯正弦波。它应用在FCCH信道上来帮助移动台找到并且解调出同一小区的同步突发脉冲序列。MS通过该突发脉冲序列知道该小区的频率后，才能在此上读出在同一物理信道上的突发脉冲序列的信息(如SCH及BCCH)。它的保护间隔和尾比特与普通突发脉冲序列相同。4.同步突发脉冲序列 如图2-5所示，该序列用于移动台的时间同步，它的训练序列为64bit，2个39bit的信息字段，它用于SCH信道，属下行方向。因为同步突发脉冲序列是第一个需要被移动台解调的突发脉冲，因而它的训练序列较长，较容易被检测到。它的突发脉冲只有一种，而且只能有一种，因为如果定义了几种序列，移动台便无法知道基站使用的是哪种序列。该突发脉冲的信息位中有19bit描述TDMA的帧号(用于MS与网络的同步和加密过程)，有6bit描述基站识别号BSIC(NCC+BCC)，经过信道卷积后就得到了2个39bit。它的保护间隔和尾比特同普通突发脉冲序列一样。5.空闲突发脉冲序列此突发脉冲序列在某些情况下由BTS发出，不携带任何信息，它的格式与普通突发脉冲序列相同，只是其中加密比特改为具有一定比特模型的混合比特。2.2.4逻辑信道与物理信道之间的对应关系 我们知道，每个小区都有若干个载频，每个载频都有8个时隙，因而我们可以定义载频数为CO、C1、Cn，时隙数为rS0、TSl、TS7。2.2.4.1控制信道的映射 在某个小区超过一个载频时，该小区CO上的TS0就映射广播和公共控制信道(FCCH、SCH、BCCH、CCCH)，可使用main BCCH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、寻呼消息和指配消息。即使没有寻呼消息和接入请求，BTS也总在CO上发射空闲突发脉冲。 我们从帧的分级结构知道，51复帧是用于携带SCH和CCCH，因此51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TS0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5l帧的复帧。 以上叙述了下行链路CO上的TS0的映射，而对于上行链路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CO上的TSl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CO上的TSl也具有同样的结构，这就意味着对一个移动台可同时双向连接，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TS0即用做公共控制信道又用做专用控制信道，即可采用MAIN BCCH COMBINE)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CO的TS0配置成为main：BCCH，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CO的TS0上。 控制信道的映射关系如图26所示。2.2.4.2业务