移动通信课件：12次课 第07章 GSM-2

1、7-1数字移动通信Digital Mobile CommunicationBTS总体方案设计报告Digital Mobile Communication数字移动通信7-2数字移动通信第七章GSM移动通信系统7-3这一节需要学习的内容GSM空中接口物理层设计？GSM空中接口物理层的设计频率资源是运营商最宝贵的战略资源。需要精打细算、加强管理，这一点在GSM空中物理层的设计上体现得淋漓尽致。研究点信道：空中接口的种种信道设计，就其本质而言，都是为了提高频谱资源的利用效率（从管理学层面的角度来理解设计方式）物理信道：空中接口参数、帧结构逻辑信道：业务信道，控制信道7-4GSM空中接口物理层的设计GS

2、M物理信道：TDMA帧分配给MS一个时隙，该时隙就称为GSM物理信道。突发脉冲序列都在时隙上传送，也就是在物理信道上传送。GSM逻辑信道：当同一个物理信道承载不同的突发脉冲时，它就成了不同的逻辑信道。例如，当承载TCH脉冲时，它就是业务信道；当承载BCCH脉冲时，它就是广播信道；当承载SCH脉冲时，它就是同步信道。7-5物理信道逻辑信道铁路火车7-6一、物理信道7-7一、物理信道1、空中接口接入方式：TDMA/FDMA多址7-8一、物理信道1、空中接口双工方式：FDD上行890-915 MHz下行935-960 MHz信道间隔：200kHz有效信道总数为124对，每个信道分8个时隙，共992个

3、物理信道 。为什么下行频率比上行频率高？手机号码确定以后，专用频点还是覆盖频段？7-9一、物理信道1、空中接口目前我国给联通分配6MHz频段，给移动分配19MHz频段。上行链路：移动890MHz909MHz，联通909MHz915MHz。下行链路：移动935MHz954MHz，联通954MHz960MHz。联通信号质量不如移动？7-10一、物理信道1、空中接口区群结构：N=3、4、7调制方式高斯最小频移键控（GMSK）高斯滤波器：BT=0.3频谱利用率：1.35bps/Hz7-11一、物理信道1、空中接口基站发射功率为每载波500W，平均每个时隙为500/8=62.5W。移动台发射功率为0.8

4、W，2W，5W，8W和20W五种。小区覆盖半径最大为35km，最小为500m。可采用3小区9扇区的区群结构。 7-12一、物理信道2、帧结构每个TDMA帧分07共8个时隙7-13一、物理信道2、帧结构TDMA帧复帧超帧超高帧 每个载频定义为一个TDMA帧，每个帧包含8个时隙，这就有了帧号。复帧是针对TDMA帧中的一个特定时隙来定义的。两个复帧结构： 26帧：一般用于TCH，以及跟随其的SACCH（帧12）和FACCH 51帧：用于BCH和CCCH7-14一、物理信道2、帧结构TDMA帧复帧超帧超高帧 超帧：可以容纳51复帧和26复帧的帧，因此为 5126=1326帧，6.12秒。 超高帧：持续

5、2048个超帧，约3个多小时，每当一个新的超高帧开始，加密和跳频算法也重新开始。7-15一、物理信道2、帧结构手机在微观上看，不是全双工模式，只有一套收发设备，所以在特定的时隙只能收或发。为了避免手机这个问题，规定上行和下行有3个时隙的偏移量。除非给手机添加一个双工器，同时发射和接收，但是成本高。7-16一、物理信道2、帧结构GSM系统上行传输所用的帧号和下行传输所用的帧号相同，但上行帧相对于下行帧，在时间上推后3个时隙。这样安排，允许移动台在这3个时隙的时间内，进行帧调整以及对收发信机的调谐和转换。一、物理信道刺刀在前，刺刀在后精确的时间控制7-17 在TDMA系统中，精准的控制手机的发射时

6、间是非常重要的，一个手机必须在指配给它的时间内发射信号，而在其余时间内保持寂静。就如阅兵一样，走快了走慢了都不行，前后都是刺刀呢。问题：如果手机使用4号时隙，距离基站几公里甚至几十公里的范围，那么到达基站后会不会干扰到5号、甚至6号时隙？干扰到什么程度？干扰到了怎么办？一、物理信道刺刀在前，刺刀在后精确的时间控制7-18假设手机离基站9km，基站至手机有一次延时，手机至基站又有一次延时，来回18km。单程延迟：9000m/(3*10m8/s)=30微秒，双程延时：60微秒。由于一个比特占用时间为3.7微秒，60us/(3.7us/bit) = 17bit，则造成了17bit的延时。怎么办？一、

7、物理信道刺刀在前，刺刀在后精确的时间控制7-19为了消除路径的时延，引入时间提前量TA（Time Advance），指示手机提前发射。GSM中TA是以bit来计算的，取值范围为0-63bit，对应覆盖范围为0-35km。假设手机离基站9km，基站至手机有一次延时，手机至基站又有一次延时，来回18km。单程延迟：9000m/(3*10m8/s)=30微秒，双程延时：60微秒。由于一个比特占用时间为3.7微秒，60us/(3.7us/bit) = 17bit，则造成了17bit的延时。时延不断变化怎么办？一、物理信道刺刀在前，刺刀在后精确的时间控制7-20 在呼叫过程中，手机必须不断测量时延值然后

8、传送给基站，基站必须监测呼叫到达时间，并每隔0.5秒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。 问题： 0.5秒才指示一次时间提前量，假如我坐在高铁上，会不会因为速度太快而造成对其他时隙的干扰？一、物理信道刺刀在前，刺刀在后精确的时间控制7-21 要延迟1bit，需要移动554m的距离，你在0.5秒能移动554m么？除非你坐的是波音747。否则，最高速率413km/h的磁悬浮也就119m/s。 问题：无线信道是有多径效应的，TA的测算可能存在误差（经过实地测算，最多可能达到3bit），怎么解决呢？一、物理信道刺刀在前，刺刀在后精确的时间控制7-22 预留保护间隔，这样万一有点差错也

9、可以有个缓冲。好比阅兵式上为刺刀留的10cm。保护间隔多长？后面章节的突发脉冲会具体讲述。精确的时间控制：时间提前量+时间保护间隔二、逻辑信道TDMA帧分配给MS一个时隙，该时隙称为GSM物理信道。物理信道只是载体，逻辑信道决定了跑什么内容。7-23业务信道（TCH）控制信道（CCH）二、逻辑信道1、业务信道（TCH）7-24全速率：22.8kbps全速率：增强型，语音质量更好半速率：11.4kbps二、逻辑信道7-252、控制信道（CCH） 凡是有资源的地方就得有控制，要不然大家抢资源就会没了规矩，乱了套，最终会降低资源的使用效率。二、逻辑信道7-262、控制信道（CCH）候车厅的大喇叭FC

10、CH FCCH（频率校正信道）：下发一个长达142位全0比特，以保证MS校正自己的振荡器的频率并锁定到该BTS的频率。只有锁定了该块载频，MS才能收听到跟随在FCCH之后的同步信息SCH和BCCH 。两个目的：1、提醒2、锁频：保证手机的频率与BTS一致二、逻辑信道7-272、控制信道（CCH）现在是北京时间八点整SCH SCH（同步信道）：报时。携带MS帧同步信息（TDMA帧号）和BTS的识别码，用作下行链路，在BCCH的下行链路的0号时隙发送。前者用于MS和BTS之间同步，后者用来识别基站。二、逻辑信道7-282、控制信道（CCH）我的地盘，我的业务BCCH BCCH（广播控制信道）：广播

11、网络信息，也称系统信息。当移动台开机但没有通话时，会周期性地监视BCCH中的信息。除了监视移动台所在小区的BCCH外，还监视相邻小区的BCCH信息，并存储最强的6个，同时保存的还有同步信息，方便切换后快速同步。二、逻辑信道7-292、控制信道（CCH）我的地盘，我的业务BCCH BCCH（广播控制信道）：广播的信息包括：位置区识别码，移动台应监视的相邻小区列表，小区识别码，本小区使用的频率列表，接入控制等等。二、逻辑信道7-302、控制信道（CCH）想上车，请先买票RACH/AGCH RACH/AGCH （随机/允许接入信道）：MS通过RACH信道申请分配一个独立专用控制信道，可作为对寻呼的响

12、应或者MS主叫/登记时的接入；AGCH用于为MS分配一个独立专用控制信道。二、逻辑信道7-312、控制信道（CCH）广播寻人PCH/CBCH PCH/CBCH （寻呼信道/小区广播信道）：PCH是在位置区范围内寻呼MS；CBCH是在小区范围内传递需要广播到小区中所有移动台的信息。二、逻辑信道7-322、控制信道（CCH）列车导乘员SDCCH SDCCH （独立专用控制信道）：用在分配TCH之前在呼叫建立过程中传送系统信令，如登记和鉴权，空闲情况下短消息和小区广播也在其上发送。传送的信令包括：位置更新、开关机、呼叫建立、短消息等等。二、逻辑信道7-332、控制信道（CCH）列车服务员FACCH/

13、SACCH FACCH/SACCH （快速/慢速辅助控制信道）：SACCH，上行方面传递MS接收的当前服务小区以及相邻小区的信号强度的测试报告，以及链路质量报告，下行方面，传递功率控制和定时信息。二、逻辑信道7-342、控制信道（CCH）列车服务员FACCH/SACCH FACCH/SACCH （快速/慢速辅助控制信道）：SACCH速率为383bit/s，要传递一个完整的信息，延迟达到480ms，对于切换这种需要快速处理的信息，是不够用的。这就有了FACCH（借用TCH帧来传递信息），不必等到TCH完毕后在SACCH帧上传递信息。7-35三、波形设计TDMA信道上一个时隙中的信息格式称为突发脉

14、冲序列，共有4种类型常规突发NB：用于业务信道及除了RACH、SCH、FCCH控制信道上的信息频率校正突发FB：用于校正移动台的载波频率同步突发SB：用于传输TDMA帧号和基站识别码接入突发AB：用于移动用户向基站提出入网申请7-36三、波形设计常规突发脉冲序列尾比特：帮助识别起始位和中止位保护间隔：防止时隙交叠加密比特：语音信号经过A5算法后填充进了加密比特中训练序列：有信息就要有训练序列，均衡用Flag：借用标志，借用“1”即为快速辅助控制信道，“0为”TCH信道7-37三、波形设计频率校正突发脉冲序列尾比特：帮助识别起始位和中止位保护间隔：防止时隙交叠固定比特：全07-38三、波形设计同步突发脉冲序列尾比特：帮助识别起始位和中止位保护间隔：防止时隙交叠同步序列：作用类似于训练序列，但更长加密比特：2