6 GSM 移动通信系统(II-black).ppt

移动通信,智能信息处理实验室逸夫科学馆40587114710yurong,余荣,GSM移动通信系统,GSM系统的业务及其特征GSM系统的结构GSM系统的信道GSM系统的无线数字传输GSM的信令协议接续和移动性管理通用分组无线业务（GPRS）,GSM的无线数字传输,GSM系统的无线信道衰落特性GSM系统中的抗衰落技术GSM系统中的语音编码技术GSM系统中的语音处理的一般过程,GSM系统无线信道的衰落特性,多径衰落,通信系统的好坏由输出的误码率来判断，多径效应会引起很高的误码率，使通信无法正常进行多径传输带来了额外的路径损耗多径衰落会导致数字信号传输的突发性错误多径延时扩展将导致数字信号传输的码间干扰,多径传播环境多径传播造成的符号间干扰及信号衰落,阴影衰落（慢衰落）,概念阴影衰落是由于传播环境中的地形起伏、建筑物及其它障碍物对电波遮蔽所引起的衰落表达式电波传播距离的m次幂和表示阴影损耗的正态对数分量的乘积,时延扩展,研究无线电波的多径传播的角度研究接收信号的包络变化反映的多径衰落特性研究数字脉冲信号经过多径传播的时延特性时延扩展影响引起码间串扰,GSM系统中的抗衰落技术,信道编码交织编码GMSK调制维特比均衡天线分集跳频技术话音激活与功率控制,信道编码,对于各种逻辑信道，GSM的信道编码分步实现：1.外编码（外码）采用分组编码，形成“信息校验位尾比特”的分组编码输出。其中，尾比特为位或位全零值，其作用是使卷积码编码器的状态回到“”，以方便Viterbi译码2.内编码（内码）卷积码主要使用了种编码方法：（,）码、（,）码、（,）码、凿孔的（,）码3.重排和交织对除随机接入信道等特殊信道以外的各信息分组进行重排和交织，以消除突发错误的影响。,信道编码,外码的码型有两种：奇偶校验码和Fire码。Fire码是一种截短的循环码，用于纠正单个突发错误，译码也不太复杂。GSM采用的Fire码的生成多项式为：（23）（173）这是一个40阶的多项式，余数有40个系数，从而有40位冗余位，能检测并纠正最多40比特的错误群。内码（卷积码）的生成多项式主要有种：（）（）（）（）它们组合成（，）、（，）、（，）、凿孔的（，）等编码方案，分别用于不同的传输信道。,交织编码,目的针对多径衰落导致的突发性错误把一个较长的突发误码离散成随机误码，再用纠正随机误码的编码技术消除随机误码原理按行输入，按列输出，把码字顺序相关的比特流非相化方法将912bit字符交织后分散到8个TDMA帧的时隙中来传输,交织编码,输入码流是20ms的帧，每帧含456bit；每两帧（40ms）共912bit，按每行8位写入，共写入114行输出按列输出，每次读出114bit，恰好对应GSM的一个TDMA时隙过程：在40ms共912bit间进行将输入码流长为20ms帧中的456bit分成8段，每段含57bit当前帧的456bit分别与第n-1帧后半帧的228bit和第n+1帧前半帧的228bit交织,交织编码矩阵交织过程,GMSK调制,经过编码和交织后的数据，最后都形成一个个的突发脉冲序列，以GMSK的方式调制到一个个的时隙上。它是使用高斯滤波器作为调制前基带滤波器的一种最小频移键控（MSK）调制方式，具有较小的带外辐射和较高的频谱利用率。GSM中采用的GMSK的归一化带宽为BT0.3，调制速率约为270.833kbpsGMSK信号可以表示为：其中，(t)为已调波相位，包含了调制数据的全部信息。由于该相位路径非常平滑，所以已调波的带外辐射很小。调制信号经过信道传输后，接收信号可以利用近似线性化模型：式中的(i)是双极性源数据，(t)为等效信道模型，(t)为等效基带噪声，T是调制信号一个比特的持续时间，等于3.69s，称作信道弥散长度（它反映了信道的多径干扰情况，的大小直接关系着解调实现的难易程度）。GSM系统要求接收端能处理时延达16s的等功率多径干扰，该值约相当于。,维特比(Viterbi)均衡,均衡的目的解决符号间干扰问题，适合于信号不可分离多径的条件下，且时延扩展远大于符号宽度的情况均衡的分类频域均衡：使包括均衡器在内的整个系统的总传输函数满足无失真传输的条件时域均衡：使包括均衡器在内的整个系统的冲激响应满足无码间串扰的条件（数字通信中常用）均衡算法的限制所用算法必须能够处理在16s(L=5)之内收到的两个等功率的多径信号，因此在GSM系统中多采用Viterbi均衡算法,维特比(Viterbi)均衡,基本原理维特比算法（VA）是一种最大似然算法，相应的均衡、解调算法称作最大似然序列估计（MLSE）。采用VA必须先对信道响应h(t)进行估计，这就需要利用随机接入信道中的训练序列。信道响应参数估计的准确性直接影响到MLSE判决的结果。由于VA的特点，MLSE比较易于给出硬判决数据，而要给出软判决数据则需要有更复杂的运算。由于对解调后的Viterbi译码也是一个VA算法，若给出软判决数据，将使系统性能提高23dB。Viterbi均衡技术的采用，使均衡与解调能够通过最大似然序列估计（MLSE）方法综合在一起实现，而MLSE方法也能提供软判决输出给卷积码的Viterbi译码，从而进一步提高系统的可靠性,天线分集,实现方法：使用两个接收信道，它们受到的衰落影响是不相关的（即两者在某一时刻同时经受某一深衰落点影响的可能性很小）。因此当合成来自两副天线的信号时，衰落程度能被减小。,天线分集接收示意图,跳频技术,跳频就是有规则地改变一个信道的频隙（载频频带）分类快跳频慢跳频GSM的无线接口上采用主要原因频率分集干扰分集抗干扰性与跳频的频率集的大小关系密切，通常要求跳频频率集很大在蜂窝移动通信系统中，考虑到频率资源和系统容量，每组频率的数目最少应大于4个限制公共信道（广播控制信道，BCCH）必须使用固定频率，所以把公共信道选在不参加跳频的频隙上（NT0）,跳频：频率分集,目的抗拒移动通信系统中瑞利衰落的影响原理同一信号在不同频率上有不同的瑞利衰落的影响频率相差越大这种干扰的相关性越小因此由频率分集分散到不同频隙上的突发脉冲不会受到同一瑞利衰落的影响，从而改善了传输质量。适用条件当MS高速移动时，其它衰落影响较大，GSM所采用的慢跳频技术就无能为力了MS静止或慢速移动时，慢跳频技术可以使传输质量提高大约6.5dB,跳频：干扰分集,干扰分集源于码分多址（CDMA）的应用在高业务量区域，系统所能提供的容量受载干比（C/I）限制。在允许干扰总合下，存在的干扰源越多，系统容量越大，这就是干扰分集的目的。在GSM系统中，有时为了提高频谱的利用率，不同小区中可以包含相同频率。通常当干扰总合小于C/I=7dB时，呼叫将受严重干扰：如果没有跳频，只有分配在1或2上的用户可以得到正确接收。然而有了跳频，就可以在所有情况下保证质量。,GSM蜂窝结构与调频组网,跳频技术的相关规定,跳频在时隙和频道上进行TDMA帧中的时隙蜂窝结构的每个区群分配n组频率，并分成若干个小区，每个小区分配一组频率（跳频频率集），其中每一个频率为一个频道跳频序列的描述参数GSM中规定最多可用的跳频序列个数为64个。对于n个指定的频率集合，可以建立64n个不同的跳频序列。跳频序列号(HSN)，有64种不同值移动指配偏置度（MAIO）,可包括全部n个频率,通常在一个小区内的所有信道采用相同的HSN和不同的MAIO进行跳频，可避免区内信道间干扰；而在邻近小区之间由于使用不相关的频率集合，可认为彼此之间没有干扰,GSM慢跳频示意图,话音激活与功率控制,有效地减少同信道干扰,话音激活,功率控制,话音激活,话音激活控制就是采用非连续发射,非连续发射（DTX）框图话音激活监测器（VAD）框图,功率控制,目的在保证通信服务质量的条件下，使发射机的发射功率为最小，从而降低系统内的同信道干扰的平均电平规定支持基站和移动台各自独立地进行发射功率控制规定总的控制范围是30dB，每步调节范围是20dB，从20mW到20W之间的16个功率电平，每步精度为3dB，最大功率电平的精度为1.5dB。过程移动台测量信号强度和信号质量，并定期向基站报告，基站按预置的门限参数与之相比较，然后确定发射功率的增减量。同理，移动台按预置的门限参数与之相比较，然后确定发射功率的增减量。在实际应用中，主要是对移动台（而非基站）的发射功率进行控制：以满足覆盖区内移动用户能正常接收为准,GSM系统中的语音编码技术,语音方案13kbit/sRPE-LTP码（规则脉冲激励