《GSM中的无限信道》PPT课件

第二章第2代移动通信系统,二、GSM的无线信道,GSM系统的物理信道与逻辑信道；逻辑信道到物理信道的映射；帧偏离、定时提前量。,1物理信道与逻辑信道,GSM使用的是什么多址方式？工作方式为什么？每个信道带宽为多少？900MHz的GSM系统上下行频段分别为多少？900MHz的GSM系统共有多少对载频？900MHz的GSM系统有多少个物理信道？,时隙与帧结构,请问：什么是TDMA帧？,什么是TDMA帧？,在GSM的TDMA中，帧被定义为每个载频中所包含的8个连续的时隙，相当于FDMA系统中的一个频道。在每个时隙中，信号以突发脉冲系列（burst）的形式发送。TDMA帧号是以3.5小时（2715648个TDMA帧）为周期循环编号的。每个TDMA帧含8个时隙，整个帧时长约为4.615ms，每个时隙含156.25个码元，时隙时长为0.577ms。一个TDMA帧包含8个基本的物理信道。,什么是物理信道？,物理信道（PhysicalChannel）它由用于基站（BS）和移动台（MS）之间连接的时隙流构成。这些时隙在TDMA帧中的位置，从帧到帧是不变的。请问:GSM900MHz有多少个物理信道？,什么是时隙？,time-slot;TS任何能唯一识别和定义的周期性时段。是TDM中的一个时间片。时隙的持续时间被用于作为时间单元，标为BP，意为突发脉冲序列周期（BurstPeriod）。,突发脉冲立体示意图,突发脉冲平面示意图,时隙的格式（普通突发脉冲序列）,GSM的上行和下行物理信道,GSM系统需要传输不同类型的信息，包括业务信息和各种控制信息，因而要在物理信道上安排相应的逻辑信道。有业务信道和控制信道之分。,什么是逻辑信道？,逻辑信道（LogicalChannel）是在一个物理信道中作时间复用的。不同逻辑信道用于BS和MS间传送不同类型的信息，例如信令或数据业务。分为业务信道（TCH）和控制信道(CCH)。,一对双工载频时信令与业务的时隙分配方案,多对双工载频时信令与业务的时隙分配方案,传送信令,传送语音或数据,主载频,传送信令,传送语音或数据,1）业务信道客运火车业务信道（TrafficChannel，TCH）主要用于传送数字话音或者数据，其次还传送少量的随路控制信令。,业务信道分为全速率业务信道（TCH/F）和半速率业务信道（TCH/H）。半速率业务信道所用时隙长度是全速率业务信道所用时隙长度的一半，全速率语音信道的传输速率为22.8kbit/s，半速率语音信道的传输速率为11.5kbit/s。,2)控制信道CCH控制信道（ControlChannel，CCH）用于传送信令或同步数据，根据信道上所传信令的不同，又可将控制信道进行分为广播信道、公共控制信道及专用控制信道3类。,a)广播信道（BroadcastChannel，BCH）频率校正信道（FrequencyCorrectionChannel，FCCH）同步信道（SynchronizationChannel，SCH）广播控制信道（BroadcastControlChannel，BCCH）,候车厅的大喇叭-FCCH,作用：下发一个长达142bit的全0比特，让MS校正自己的振荡器的频率并锁定到该BTS的频率。只有锁定了该载频，才能听到随在FCCH之后的同步信息SCH和BCCH。目的：1.确认是BCCH，只有BCCH才有FCCH信息，只在下行BCCH载频的0号时隙上传送。2.保证手机的频率和BTS一致，也就是锁频。,现在是北京时间八点整-SCH,作用：供MS进行帧同步和对基站进行识别。携带了MS的帧同步信息（TDMA帧号）和BTS的识别码（BSIC）。只在下行BCCH载频的0号时隙上传送。,什么是BSIC？,基站识别码BaseStationIdentityCode用于区分不同运营者或同一运营者广播控制信道频率相同的不同小区。BSIC为一个6bit编码:BSIC=NCC(3bit)+BCC(3bit)NCC:PLMN色码,用来识别相邻的PLMN网BCC:BTS色码,用来识别相同载频的不同的基站,我的地盘，我的业务-BCCH,作用：用于广播每个基站（BTS）的通用信息。位置区识别码（LAI）-火车东站还是北站小区识别号（CGI）-火车有很多站台本小区使用的频率列表客运线路列表邻近小区描述应该关注的相邻火车站随机接入控制信息人满为患小区选择参数小区选项只在下行BCCH载频的0号时隙上传送。,b)公共控制信道（CommonControlChannel，CCCH）。,寻呼信道（PagingChannel，PCH）随机接入信道（RandomAccessChannel，RACH）准许接入信道（AccessGrantChannel，AGCH）,你的家属在广播室找你-PCH,作用：BTS寻呼MS。可以通过IMSI、TMSI、IMEI来寻呼在下行BCCH载频的0号时隙上传送PCH以位置区寻呼CBCH(小区广播信道)以小区进行广播,想上车，请先买票RACH/AGCH,作用：MS向BTS随机提出入网申请。为上行信道RACH：MS通过此信道分配一个独立专用控制信道（SDCCH），可作为对寻呼的响应或MS主叫/登记时的接入。在上行BCCH载频的0号时隙上传送。AGCH：为MS分配一个独立专用控制信道（SDCCH），在下行BCCH载频的0号时隙上传送,c)专用控制信道（DedicatedControlChannel，DCCH）。独立专用控制信道（StandloneDedicatedControlChannel，SDCCH）慢速辅助控制信道（SlowAssociatedControlChannel，SACCH）快速辅助控制信道（FastAssociatedControlChannel，FACCH）,列车导乘员-SDCCH,一种双向信道，用于传输MS和BTS间建立连接的信令信息、鉴权信息、位置更新信息、短信息、加密命令及处理各种附加业务。一般使用BCCH载频的第2时隙（TS1）用来传送。,列车上的服务员FACCH/SACCH,SACCH：MS与BTS之间需要周期性的传输一些信息，是慢速的、周期性的服务-播报空气质量（无线链路质量）-点一首歌送个某人（短信息）FACCH：信息与SACCH相同，速率快，是快速的、紧急的服务-火车抛锚（接收电平值太低）-赶紧换乘（切换）,GSM的信道分类,TCH,CCH,BCH,CCCH,DCCH,FCCH,BCCH,SCH,PCH,AGCH,RACH,SDCCH,SACCH,FACCH,2信道的组合方式,在GSM系统中，每个小区最多有2个物理时隙来传输信令，而每个小区中有9种控制信息需要传送，也就是2个物理时隙需要传递9种控制信息。由于可用信道数量少，而需要传输的信息多，因此需要对信息与信道进行组合。,其中，SACCH（慢速辅助控制信道）既可以由传送业务信息的物理时隙传递，也可以由传送控制信息的物理时隙传递。FACCH则必须由传送业务信息的物理时隙传递。,将逻辑信道映射到物理信道上的方式叫做信道的组合方式。逻辑信道的组合以复帧为基础，逻辑信道的组合包括控制信道的组合和业务信道的组合。,1）GSM系统的复帧,复帧是针对TDMA中的一个特定的时隙来说的，GSM定义了两种不同的复帧结构，即含26帧持续时间为120ms和含51帧持续时间为235.8ms的两种。26帧的用于承载业务信道(TCH包括SACCH和FACCH)，51帧的用于承载控制信道（CCH包括BCH和CCCH）。,26帧的复帧,51帧的复帧,GSM系统各种帧的格式,2）控制信道的组合方式,BCH和CCCH在TS0上的复用,RACH在TS0上的复用,SDCCH和SACCH在TS1上的复用,3）业务信道的组合方式,业务信道的组合方式,3GSM信道编码与交织,GSM系统的数字信号在进行无线传输时要解决3个问题：（1）如何选择低速率的信源编码方式，以适应移动信道带宽有限的要求；（2）如何选择有效的信道编码方式，以克服无线信道的快速变化；（3）如何选择有效的调制方法，以减小杂波辐射，降低干扰。,1）信道编码语音编码采用了规则脉冲激励长期预测编码（RPE-LEP编码器，RegularPulseExcitedLongTermPrediction）。每20ms取样一次，每次输出260bit，全速率信道的速率为260bit/20ms=13bit/s。,GSM系统的编码模块,GSM的信道编码,对差错敏感,对差错不敏感,对差错不敏感,3bit奇偶校验,4bit尾比特,速率：456bit/20ms=22.8kb/s,2）交织在具有多径和衰落特点的信道里，由时变的多径传输造成的信号衰落常常导致信号电平小于噪声电平，结果是出现连续的大量错误，这种错误具有突发特征。解决方法：对编码后的数据进行交织，其实质是将连续错误分散开，主要抗快衰。,交织的原理,GSM系统的编码流程,GSM的交织过程,40ms需要传递456*2bit,按每行8bit放置，共114列,每个burst可传递57*2bit=114bit,那么8个时隙即可实现,1帧只发1时隙，共需8帧,交织深度即为8,3）调制和解调,是从MSK（MinimumShiftKeying）调制的基础上发展起来的一种数字调制方式，大致方法是先对信号进行高斯处理，即用信号频率的上下波动代表0和1，然后使用最小频移键控器对高斯信号进行处理，使信号的波形最大程度上接近方波。,采用高斯滤波最小频移键调制方式（GaussianMinimumShiftKeying,GMSK）,4）无线链路管理,（1）断续发射DTX无话可说请闭嘴,不连续发射DTX（DiscontinuousTransimission）,打电话，平均说话时间约在40%以下，采取13kbit/s的语音编码，不说话的60%传输500bit/s的低速编码，即舒适噪音编码。,采用语音激活检测(VoiceActivityDetection,VAD)技术，由编码器来检测是否有声音发出。,（2）不连续接收-老师不点名我就睡觉,不连续接收DRX(DiscontiuousReception)不连续接收寻呼信号，GSM按IMSI号把手机划分为不同的寻呼组，没有轮到自己这个组时，手机处于睡眠状态（待机状态）。,（3）功率控制请小声一点，再小声一点,GSM采用通过SACCH来发送手机的发射功率，每480ms一次，每秒修改两次发射功率。由BSC进行控制。发射功率调整取决于：1、接收电平2、接收质量（误码率）进入连接模式前进入连接模式后,（4）跳频当心和自家的鱼雷亲密接触,二战，潜水艇发射鱼雷偏离目标管弦乐作曲家乔治.安泰儿电影明星兼无线电通信工程师海蒂.拉玛利用一个中央的“权利中心”与两个终端设备进行通信，指导这两个设备随机地从一个频率跳转到另外一个频率，而且时间点和时间间隔也是随机的，只有基地和两个设备知道什么时候跳变、跳变到哪里以及跳变持续多长时间。,4几个重要概念,定时提前量（TA）训练序列信道与信道容量,定时提前量（TA）TimingAdvance在GSM系统中，突发脉冲的发送与接收必须严格地在相应的时隙中进行，所以系统必须保证严格的同步。,规范规定上行和下行有3个时隙的偏移量,请问：,GSM中1比特占用的时间为多少？TDMA帧占用的时间是4.615ms一个时隙占用的时间就是为4.615/8=0.577ms一个时隙的突发脉冲有156.25bit每个比特占用的时间约为0.577ms/156.25=3.7s,假设手机离基站9km，那么延时为多少？,假设手机离基站9km，那么延时为多少？单程延时9000m/(3*108m/s)=30s双程延时60s60s可以造成什么影响？60s/(3.7s/bit)=17bit，造成17bit的延时为了消除时延，引入时间提前量TA值即让手机提前发射TA=60s或17bit,GSM中的时间提前量TA是以比特来计算的，其取值范围为063bit，对应时间为0233s，对应覆盖半径为035km。即说明GSM的最大覆盖范围为35km。在呼叫过程中，手机必须不断测量时延值，然后通过SACCH信道传送给基站，然后基站必须监测呼叫达到的时间，并在下行的SACCH的系统消息上每0.5s向移动台发出一次指令，逐步指示移动台应提前发射的时间。,训练序列的由来时间色散与均衡,在带宽受限的信道中，由于多径效应而导致的符号间干扰（即时间色散）使被传输的信号产生失真，从而在接收机中产生误码。这是无线信道中传输高速率数据时的主要障碍。,训练序列用于帮助基站来衡量和判断无线信道的情况并在接收信号的时候予以校正，保证最佳的接收效果。,训练序列一致，信道很完美，数据照单全收,训练序列不一致，对滤波器参数进行调整，此滤波器就是均衡器,每个小区定义BSIC时就固定了该小区载频所采用的训练序列,基站在BCCH广播信道上下发SCH同步消息，SCH同步信息包含了BSIC号,信道与信道容量,数据率：数据能进行通信的速率，用bit/s表示。带宽：指的是传输信号所占的带宽，用Hz表示。GSM中，某一个频道的中心频率是890.2MHz那么它的频率范围是890.1MHz，890.3MHz此200kHz为真正意义上的带宽，即频带宽度如果传送TCH语音信号的话，调制速率33.8kbit/s33.8kbit/s，这就是GSM传输的数据率。,什么是信道容量？一个信道的容量在没有噪声的情况下可以由来奎斯特定理测算出来，有噪声的情况下由香农公式测算出来来奎斯特带宽：如果带宽为B，可被传输的最大信号速率就是2B，GSM实际传输速率为270.833kbit/s香农容量：,小结（1）GSM系统8个时隙组成一个帧，26个业务帧组成一个业务复帧，51个控制帧组成一个控制复帧。51个业务复帧或者26个控制复帧可以组成一个超帧。,一个超帧包括1326个TDMA帧，超帧长51264.6l5ms6.12s。2048个超帧组成一个超高帧，GSM系统的帧号从0到2715647进行循环。,（2）GSM系统有1248992个物理信道。这些物理信道从逻辑上划分为业务信道和控制信道两种。,（3）控制信道包括广播信道（BCH）、公共控制信道（CCCH）和专用控制信道（DCCH）。,（4）将逻辑信道装载到物理信道上的方式叫做信道的组合方式。逻辑信道的组合是以复帧为基础的。,（5）当G