第3章3 GSM移动通信系统信号形成B

1、GSM无线信号的形成课程回顾课程回顾GSM系统工作在 频段和 频段GSM900MHz频段的上下行频段分别为： 上行： 下行：GSM系统900MHZ频段的载波间隔为 ，双工间隔为 GSM移动通信网共有频点890915MHz 935960MHz900MHz1800MHz200KHz45MHzGSM系统的空中接口是：Um接口1124890909915935954960195124195124MS发移动联通fnfn+1fn+2fn+3fn+4.帧 4.6ms时隙 577us物理信道200kHz频率时间GSM无线接口的TDMA/FDMA多址方式示意图GSM采用TDMA/FDMA/FDD 多址方式GSM在

2、25MHz的频段中，先频分成124个载频（载频间隔200kHz），每个载频再时分成8个时隙。4.信道类型GSM系统中的信道分为 物理信道 和 逻辑信道 。一个物理信道就是一个逻辑信道可分为： 和业务信道传递 语音 和 数据时隙业务信道控制信道信道分类控制信道CCH业务信道TCH广播信道BCH公共控制信道CCCH专用控制信道DCCH向本小区的所有MS发送公用信息。MS入网和空闲时监听此信道在MS呼叫接续初期阶段，传输链路所需的控制信令。双向控制信道。在呼叫接续后期阶段和在通信进行中，在BS与MS间传输所需的控制信息。在通信进行中，传输话音。突发脉冲序列：共有五种类型：普通突发脉冲序列（NB）、频

3、率校正突发脉冲序列（FB）、同步突发脉冲序列（SB）、接入突发脉冲序列（AB）、空闲突发脉冲序列（DB）GSM系统中一个TDMA时隙中的信息格式TB3加密比特571训练序列261加密比特57TB3GP 8.250.577ms156.25bit6.帧结构GSM帧结构的层次： 超高帧 超帧 复帧 TDMA帧 时隙826或或51（业务、控制业务、控制）51或或26204811326 TDMA帧业务复帧用于业务信道、慢速随路控制信道、快速随路控制信道。 控制复帧用于广播控制信道、公共控制信道GSM蜂窝系统规定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(相同号码)比下行帧，在时间上推后3个时隙

4、话音编码信 道编 码突发脉冲串形成调制器发射机A/D交织加密GSM数字信号的形成数字信号的形成 D/A话音 解码信道 解码去交织 解密 均衡器接收解调数字话音在传输时需要：1.低速率的话音编码话音编码方式，适应有限带宽要求2.有效的信道编码，信道编码，提高系统的抗干扰能力，减小误码率3.有效的调制调制方式，减小杂波辐射，降低对邻道的干扰v 话音编码为信源编码v 语音编码：以较低的编码速率获得较高的话音质量。适应有限带宽的要求。v语音编码包括： 波形编码 参量编码 混合编码1、话音编码波形编码v波形编码对模拟语音波形信号进行采样、量化、编码v编码后语音质量好，实现技术简单，但是编码速率较高，占用

5、频带较宽。v例如：PCMv常用于有线通信中。话音编码参量编码v参量编码对表征语音的特征参量进行编码v编码速率较低，占用频带较窄，但是语音质量中等话音编码 混合编码v混合编码包含部分语音特征参量编码，也包含部分语音波形编码v编码后语音质量可达到商用标准，编码速率基于波形编码和参量编码之间。v例如：规则脉冲激励长期预测编码（RPELTP）用于GSM，速率13kbps 码激励线性预测编码（CELP）用于IS95系统，四种速率话音编码 话音编码前向纠错编码模拟话音13kbit/s22.8kbit/s交织编码调制GSM话音编码采用脉冲激励长期预测编码（RPELTP）,编码速率13kbit/s13kbit

6、/s。GSM中信道编码采用前向纠错编码交织，编码后码率为22.8kbit/s22.8kbit/s。 2、信道编码22.8kbit/s前向纠错编码：为了减少信号在发送中为了减少信号在发送中产生差错，在信号传送前加一些冗余比产生差错，在信号传送前加一些冗余比特，把携带的信息扩散到更多比特上，特，把携带的信息扩散到更多比特上，从而减少差错。从而减少差错。前向纠错编码的过程： 语音编码后码率13kbit/s，分成20ms的音段，共260bit。分下面3步来编码：话音话音编码编码前向前向纠错纠错编码编码模拟话音13kbit/s22.8kbit/s交织交织编码编码调制调制1)按对传输误差的敏感程度，分成3

7、部分: a类：50最重要比特 /b类：132重要比特/ 类：78不重要比特2)50最重要比特3个奇偶校验比特132重要比特4个尾比特189比特，进行1/2速率卷积编码，得到378比特。3）378比特78比特456比特。则信道编码速率为456bit/20ms=22.8kbit/s。话音话音编码编码卷积卷积编码编码(50+3+132+4)bit78bit189bit378bit456bit20ms分段，260bit13kb/s22.8kb/s前向纠错编码前向纠错编码模拟话音A/D交织编码：交织编码：为了抵抗传输中受到的深度为了抵抗传输中受到的深度衰落造成的突发性差错，对信号进行交衰落造成的突发性差

8、错，对信号进行交织编码，在接收端，经过去交织译码后，织编码，在接收端，经过去交织译码后，可以把突发性差错变成随机差错。可以把突发性差错变成随机差错。交织的过程： 行写入，列读出解交织的过程：列写入，行读出交织编码行写入列读出00010 0 11001110010011.0110001001.发送中发生了长突发误码，则经过交织译码后，把长突发误码离散化，有利于纠错0 1 0 1 0 1 0 110 1 0 1 0 1 100011010 1 0 1 0 10 1 0 1 0 10 1 0 1 0 10 1 0 1 0 10 1 0 1 0 10 1 0 1 0 10 1 0 1 0 100011

9、011100011列写入001110010011.00010 0 110 1 0 1 0 1 0 110 1 0 1 0 1 100011010 1 0 1 0 10 1 0 1 0 10 1 0 1 0 10 1 0 1 0 10 1 0 1 0 10 1 0 1 0 10 1 0 1 0 10001101行读出01100010010101011010101110111001 1 0 0 0 1 1交织交织交织编码器交织编码器（1148）40ms话音12 231141 2 38时隙3571261 5738.25常规突发脉冲序列若将交织后的114比特插入同一个NB中，一旦遭遇突发长衰落会损失较

10、大。因此GSM中还要进行第二次交织。二次交织后将不同语音帧的信息填入同一NB内。A1A2A3A4A5A6A7A8B1B2B3B4B5B6B7B8C1C2C3C4C5C6C7C8A1A2A3A4B1B2B3B4C1C2C3C4A5A6A7A8B5B6B7B83、加密A8A5AUC+交织MS114bit114已加密bit密钥密钥Kc114加密bitA5+BTS已解密114bit114bitKc114解密bit加密模式加密模式MTDMA帧号帧号4、突发脉冲串的形成将经过二次交织与加密后的114比特填充到一个突发脉冲序列内普通突发脉冲序列（NB）TB3加密比特571训练序列261加密比特57TB3GP

11、 8.250.577ms156.25bit标志符起始时间结束时间保护间隔30s用于均衡器产生信道模型然后经过GMSK调制，将信号发射出去。时隙时隙手机的发射波形5、调制+交织114bit已加密114bit时隙3571261 5738.25突发脉冲串形成系统加密算法GMSK调制加密114加密bit话音编码前向纠错编码模拟话音13kbit/s22.8kbit/s交织编码22.8kbit/sGSM信号的产生话音编码信 道编 码突发脉冲串形成调制器发射机A/D交织加密GSM数字信号的接收数字信号的接收 D/A话音 解码信道 解码去交织 解密 均衡器接收解调时间色散:接收端接收的多径信号形成相邻符号间的

12、相互干扰即码间干扰010101 010101 010101 解决办法：信道的自适应均衡3 57 1 2631 57MS接收序列自适应信道均衡自适应信道均衡TB3加密比特571训练序列261加密比特57TB3GP 8.253？1 26？31信道？信道模型57571、比较训练序列，得到信道模型2、本地产生码，通过信道模型，使得输出与接收码一致3、则此时本地产生码即为发送的正确码跳频技术和话音的间断传输技术1、跳频技术电波传播的衰落与载波频率有关。如果通话期间载频在几个频率上变化，则可以改善衰落造成的误码特性。实现频率分集。跳频技术可以提高通信系统的抗干扰能力、减少窄带干扰对某一频点信号的影响。跳频

13、分慢跳频和快跳频，GSM中采用慢跳频。跳频过程：MS依照算法得到跳频序列，在跳频序列上的固定时隙收发。每帧改变一次频率，但时隙不变。f0f1f2f3f4.频率时间GSM系统的跳频示意图时隙帧跳频序列：f0，f2，f1，f3，f42、话音的间断传输（DTX）DTX是指在包含有用语音信息时进行传送，在话音的间隙的大部分时间禁止传输。采用DTX的目的： * 节省移动台电源、延长电池使用时间 * 降低空中总的干扰，提高频谱利用率。DTX模式，在话音间隙，仍要传输低速编码，形成“舒适噪声”。目的： *避免发射机的开启或关闭产生调制噪声 *避免用户产生断线的错觉DTX需要话音激活检测技术支持。话音编码信道

14、编码突发脉冲串形成调制器发射机A/D分段交织加密GSM数字信号的形成数字信号的形成 D/A话音 解码信道 解码去交织 解密 均衡器接收解调 本课小结本课小结从原始的模拟话音信号到发射出去的无线信号，要经过那几个重要处理过程？选择低速率编码，适应有限带宽的要求话音编码：话音编码：规则脉冲激励长期预测编码将模拟话音转换为数字信号A/D转换转换把信号调制到高频载波上，以便于无线传播的形式发送。调制：调制：发送发送通过增加信号的冗余和打乱发送顺序，来减少传送过程中出现的误码。信道编码：信道编码：前向纠错编码和交织GMSK调制这三个过程就象是寄包裹打包装箱 运送话音编码话音编码信道编码信道编码调制调制话音话音编码编码前向前向纠错纠错编码编码模拟话音交织交织编码编码调制调制13kbit/s22.8kbit/s22.8kb/s卷卷积编积编码码(50+3+132+4)bit78bit189bit378bit456bit20ms分段，260bit13kb/s前向纠错编码前向纠错编码规则脉冲激励长期预测编码(RPE-LTP)信道编码信道编码A/Du交织编码：交织编码： 针对：突发性长差错突发性长差错 方法：发送前打乱打乱信号的顺序。