第02章GSMGSM无线接口理论Y

GSM无线接口理论

工作频段的分配我国陆地蜂窝数字移动通信网GSM通信系统采用900MHz与1800MHz频段。GSM900MHz频段为：890～915MHz(移动台发，基站收)，935～960MHz(基站发，移动台收)；DCSl800MHz频段为：1710～1785MHz(移动台发，基站收)，1805～1880MHz(基站发，移动台收)。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。

频道配置GSM900：基站收：f1（n）＝890＋n×0.2MHz基站发：f2（n）＝f1（n）＋45MHzGSM1800：基站收：f1（n）＝1710＋（n－511）×0.2MHz基站发：f2（n）＝f1（n）＋95MHz

在我国GSM900使用的频段为：905～915MHz上行频率950～960MHz下行频率

频道号为76～124，共10M带宽。

中国移动公司：905～909MHz(上行)，950～954MHz(下行)，共4M带宽，20个频道，频道号为76～95。

所有有用信号 carrierC/I=

所有无用信号 interference=GSM标准:同频C/I>=9dB，工程上，C/I>=12dB邻频C/I及C/A:C/A>=－9dB，工程上，C/A>=－6dB有用信号环境噪声其他信号GSM系统载干比干扰和载干比要求信号质量下降GSM系统载干比比特误码可修复：信道编码，纠错不可修复：相位失真系统干扰模型非平衡 上行干扰≠下行干扰非对称 手机和基站干扰情况不同干扰的影响无线接口概述时间FDMA频率TDMA时间频率CDMA频率时间码无线接入技术无线信道逻辑信道和物理信道时隙和物理信道业务信道控制信道逻辑信道分类

GSM900和GSM1800的逻辑信道划分是一样的广播控制信道(BCCH)控制信道通用控制信道(CCCH)话音信道

(TCH)FCCHSCHBCCH(系统消息)TCH/FAGCHRACHSDCCHFACCHSACCHTCH/HTCH/9.6F

TCH/4.8F,H

TCH/2.4F,HPCH通用信道

(CCH)专用信道

(DCH)逻辑信道CBCH频率200kHzBPBurstPeriod15/26ms隙缝时间时隙和帧结构BP：TDMA信道上的一个时隙中的消息格式被称为突发脉冲序列。帧8bit41同步bit36加密bit3bit68.25bit尾比特尾比特保护间隔数据

接入突发脉冲序列(AB)：用于MS初始化接入3bit142bit3bit8.25bit尾比特尾比特保护间隔数据

频率校正突发脉冲序列(FB)：用于MS与BTS之间的频率同步3bit39加密bit39加密bit3bit8.25bit尾比特尾比特保护间隔数据数据64同步bit

同步突发脉冲序列(SB)：用于MS与BTS之间的定时同步突发脉冲BP3bit57加密bit57加密bit3bit8.25bit尾比特尾比特保护间隔数据数据26bit11训练序列偷帧标志

普通突发脉冲序列(NB)：用于携带业务信道和除RACH之外的控制信道上的信息3bit142调制bit3bit8.25bit尾比特尾比特保护间隔

虚拟突发脉冲序列(DB)：用于BTS在无信息下发的时隙发送填充帧突发脉冲BPFCCHSCHBCCHPCHAGCHBCCHCCCH通用信道SDCCHSACCHFACCHTCH/FTCH/HDCCHTCH专用信道逻辑信道分类下行逻辑信道RACHCCCH通用信道SDCCHSACCHFACCHTCH/FTCH/HDCCHTCH专用信道逻辑信道分类上行逻辑信道搜寻频率校正脉冲搜寻同步脉冲解读系统消息侦听寻呼消息发送接入脉冲信令信道分配呼叫建立话音信道分配通话呼叫释放FCCHSCHBCCHPCHRACHAGCHSDCCHSDCCHTCHFACCH逻辑信道分类开机状态空闲状态专用模式空闲状态逻辑信道作用举例TCH/F+FACCH/F+SACCH/TF（全速率TCH）TCH/H+FACCH/H+SACCH/TH（半速率TCH）

26帧—复帧FCCH+SCH+BCCH+CCCH（主BCCH）FCCH+SCH+BCCH+CCCH+SDCCH/4+SACCH/4(组合BCCH)BCCH+CCCH（扩展BCCH）SDCCH/8+SACCH/C8（主SDCCH）+FACCH/8 51帧—复帧逻辑信道组合逻辑信道组合

主BCCH逻辑信道组合组合BCCH逻辑信道组合独立SDCCH逻辑信道组合TCH信道PCHRACHAGCH下行CCCH上行CCCH如何决定小区总的CCCH资源?如何合理分配AGCH和PCH?公共控制信道配置系统消息手机无论是在空闲还是通话状态下，都要保持与网络的联系，通过接收系统发送的消息，手机才能够正确地接入和进行网络选择，充分利用网络提供的各种服务，与网络达到良好的配合。而这些消息就是我们常说的系统消息。学习目标掌握各系统消息的特点和重要参数通过案例分析定位故障原因学习完本课程，您将能够：系统消息包含了空中接口上主要的无线网络参数，具体包括了网络识别参数、小区选择参数、系统控制参数和网络功能参数。通过接收系统消息，手机能够正确地接入和进行网络选择，充分利用网络提供的各种服务，与网络达到良好的配合。系统消息的作用系统消息的分类系统消息在两种逻辑信道中传送：空闲模式上，在BCCH信道上发送的系统消息，主要包括系统消息1、2、2BIS、2TER、3、4，用于手机空闲态；通信模式上，在SACCH信道上发送的系统消息，主要包括系统消息5、5BIS、5TER、6。为支持GPRS，华为BSC还支持系统消息7和13，用于手机通话态。系统消息的组成1、当前网络、位置区和小区的识别消息2、小区供切换的测量报告消息和小区选择的进程消息；3、当前控制信道结构的描述消息4、该小区不同的可选项消息5、关于邻小区BCCH频点的分配。系统消息1SYSINFO1--CellChannelDesc.

(小区信道描述格式) --RACHControlPara.

(随机接入信道控制参数)消息内容系统消息的内容主要描述了随机接入控制信息(RACH)和小区频点分配表(即CA表)，在BCCH信道上发送。系统消息的内容最大重发次数(MAXretrans)扩展传输时隙数目(Tx_interger)小区接入禁止(CELL_BAR_ACCESS)接入等级控制(AC)呼叫重建允许(RE)紧急呼叫允许(EC)这些控制参数包括系统消息1-RACHControlPara.系统消息的内容系统消息2SYSINFO2--NeighborCellDesc.

(邻小区描述) --NCCpermitted

(NCC允许) --RACHControlPara.

(RACH信道控制参数)同系统消息1系统消息的内容BIS主要描述了随机接入控制信息(RACH)和邻近小区的扩展频点分配表(也是BA1表的一部分)，它是可选的，在BCCH信道上发送。一般来说，因为系统消息2携带的频点分配表可以描述的频点个数是有限的，所以系统消息2BIS就携带了BA1表中其它的与系统消息2同频段的频点信息。系统消息2消息内容SYSINFO2BIS--NeighborCellDesc.

(邻小区描述) --RACHControlPara.

(RACH信道控制参数)同系统消息1TER主要描述了邻近小区的扩展频点分配表（BA1表的一部分），在BCCH信道上发送。只有双频手机才读取该消息，单频900或1800的手机会忽略该消息。因为该消息携带的频点是与当前小区的频点处于不同频段的频点信息，这些信息对单频手机而言是不需要的。SYSINFO2TER--NeighborCellDesc.(extended) （扩展邻小区描述）系统消息2消息内容系统消息的内容主要描述了位置区标识、小区标识、随机接入控制信息(RACH)以及和小区选择有关的参数。它是必选的，在BCCH信道上发送，是系统消息中最重要的消息之一。SYSINFO3--CellIdentity(小区标识) --LAI(位置区标识) --ControlChannelDesc.(控制信道描述信息) --CellOption（BCCH）(小区选项)--CellSelectionPara.(小区选择参数)--RACHControlPara.(接入信道控制参数)系统消息3消息内容1.3系统消息的内容系统消息的内容小区全球识别码(CGI)主要由位置区识别码(LAI)和小区识别码(CI)组成。其中LAI又包括了移动国家码(MCC)、移动网号(MNC)和位置区码(LAC)。系统消息3、6和4包含了CGI的全部或部分信息。手机根据接收到的系统消息，解码出其中的CGI，根据CGI指示的MCC和MNC确定是否可以在该小区上网，同时可以判断当前的位置区是否发生了变化，以确定是否需要启动位置更新过程。小区标识和位置区标识（CGI）系统消息的内容控制信道描述主要包括如下参数：IMSI结合和分离允许(ATT,Attach-Detachallowed)公共控制信道配置(CCCH-CONF)接入允许保留块数(BS_AG_BLKS_RES)寻呼信道复帧数(BS-PA-MFRAMS)周期位置更新定时器(T3212)控制信道描述（ControlChannelDesc.）小区选项包含如下参数：系统消息的内容功率控制指示(PWRC)非连续发送(DTX)无线链路超时(Radio_Link_Timeout)小区选项（CellOption）1.3系统消息的内容小区选择参数决定手机开机后的行为，主要包括:小区重选滞后(CellSelectionHystersis)控制信道最大功率电平(MS_TXPWR_MAX_CCH)允许接入的最小接收电平(RXLEV_ACCESS_MIN)附加重选参数指示(ACS)半速率指示(NECI)小区选择参数（CellSelectionPara.）系统消息4消息内容SYSINFO4--LAI（位置区标识）

--CellSelectionPara.(小区选择参数)--RACHControlPara.(随机接入控制参数)--CBCHChannelDesc.(option)(CBCH信道描述)

可选

--CBCHMobileAllocation(option)(CBCH移动分配)

可选

--SI4RestOct.(小区重选相关参数)系统消息的内容主要描述了位置区标识、随机接入控制信息(RACH)、小区选择参数以及可选的CBCH信道信息。它是必选的，在BCCH信道上发送，可选的IECBCH描述和MA在系统支持小区广播时描述了CBCH信道的配置和相应的频点信息。系统消息的内容这两个字段为可选字段，当系统支持小区广播时，CBCH信道描述说明了该小区CBCH信道的配置情况；当CBCH信道描述为跳频模式时，必须带有字段CBCHMA。CBCH信道描述和CBCH移动分配系统消息的内容其中包含如下参数：小区重选参数指示(PI)小区禁止限制(CBQ，CellBarQualify)小区接入禁止（CBA，CellBarAccess）小区重选偏移(CRO，CELL_RESELECT_OFFSET)临时偏移（TO，TEMPORARY_OFFSET）惩罚时间（PT，PENALTY_TIME）小区重选相关参数系统消息5消息内容SYSINFO5--NeighborCellDesc.(邻近小区描述)系统消息的内容主要描述了邻近小区的频点信息(即BA2表)。它是必选的，在SACCH信道上发送。与系统消息2不同的是，手机可以在通话状态下读取系统消息5中描述的频点，在测量报告中上报邻近小区的相关信息，作为切换的依据。同样，对PHASE1的900手机而言，它只认识系统消息5描述的邻近小区频点而忽略5BIS和5TER消息携带的邻近小区频点消息。系统消息5消息内容系统消息的内容BIS主要描述了邻近小区的频点信息(BA2表的一部分)。它是可选的，在SACCH信道上发送。一般来说，因为系统消息5携带的频点分配表可以描述的频点个数是有限的，所以系统消息5BIS就携带了BA2表中其它的与系统消息5同频段的频点信息。SYSINFO5BIS--NeighborCellDesc.(邻近小区描述)系统消息5消息内容SYSINFO5TER--NeighborCellDesc.(Extended)

(扩展邻近小区描述)系统消息的内容TER主要描述了邻近小区的频点信息(也是BA2表的一部分)。它在SACCH信道上发送。同样，只有双频手机才读取该消息，单频900或1800的手机会忽略该消息。系统消息6消息内容SYSINFO6--CellIdentity（小区标识）

--LAI（位置区标识）

--CellOption（小区选项）

--NCCPermitted（NCC允许）系统消息的内容主要描述了位置区标识、小区标识、以及一些描述小区功能的参数。它是必选的，在SACCH信道上发送，也是系统信息中重要的消息之一。分集技术就是把各个分支的信号,按照一定的方法再集合起来变害为利.把收到的多径信号先分离成互不相关的多路信号,由少变多,在将这些信号的能量合并起来,由多变少,从而改善接收质量分集技术包括:时间分集,空间分集,频率分集,极化分集等分集技术：应对衰落影响的一种解决方案阻碍移动通信的因素：多径效应和阴影效应阴影效应：障碍物的阻挡多径效应：多条长短不同路径的信号引起失真区别：阴影效应：长距离均值变化多径效应：短距离分集的思想分散发送分集技术集中处理.宏观分集针对阴影衰落的解决方案。使用多个基站同时发送信号，绕开障碍物，接收端选择信号最强的基站进行通信，基站数目视情况而定。微观分集针对多径效应的解决方案。利用不同信道所引起的不同衰落特性对信号进行选择或者调整。阴影衰落时间分集时间分集的依据是信道的时变性。通过一定的延时或在系统所能承受的时延范围以内，在不同的时间内各发送消息的一部分。GSM采用交织来实现时间分集。

频率分集频率分集的理论依据是不同频率信号同一空间所受干扰不同，因此不断变换发射频率可以降低干扰，提高增益。GSM采用跳频实现频率分集技术。空间分集空间分集的理论依据是场强随空间的随机变化。采用两副接收天线独立接收同一信号，再合并输出较强的有用信号。空间分集分为分集发送和分集接收极化分集极化分集的与空间分集类似，也是用两副天线，它们的极化角度互成一定角度，以获得较好的分集增益。可以把这种分集天线集成在一副收发合一的天线内实现。传播时延t传播时延tTA这样下去不行，得让手机提前一个TA值时间发给我！！时间提前量（TA）由于采用了TDMA技术，因此要求移动台必须在指配给它的时隙内发送，而在其余时间则必须保持沉默。否则它将对使用同一载频上不同时隙的另一些移动台的呼叫造成干扰。如图所示：0543216723时间提前量（TA）

如：某一移动台非常靠近基站，指配给它的是时隙2（TS2），它只能利用该时隙进行呼叫，在该移动台呼叫期间，它向远离基站的方向移动。因此，从基站发出的信息，将会越来越迟地到达移动台，与此同时，移动台的应答信息也将越来越迟地到达基站。如果不采取任何措施，则该时延将会长到使该移动台在TS2发送的信息与基站在TS3接收到的信息相重迭起来，引起相邻时隙的相互干扰。所以，在呼叫期间，要监视呼叫到达基站的时间，并向移动台发出指令，使移动台能够随着它离开基站距离的增加，逐渐提前发送信号，这个移动台提前发送信号的时间称为定时提前时间（TA）。小区参数中TALIM=0--63，MAXTA=63,对应小区范围为35KM。TALIM是发生紧急切换的门限。对于扩展小区，其覆盖半径为72KM，TAMAX=126,每载波中8个TS分给4个用户，且采用SDCCH/4的映射。使用的载波频率在一定范围内，按某种规律跳变。每个小区信道组的跳频功能都能单独激活或关闭。

跳频……Bn||fnBn-1||fn-1B1||f1BURST跳频分类按参与跳频的最小时间单位分时隙跳频帧跳频按实现方式分基带跳频射频跳频跳频分类基带跳频跳频分类射频跳频跳频分类帧跳频频率的改变以TDMA帧为单位。同一TRX上不同无线信道使用相同MAIO时隙跳频频率的改变以时隙为单位。同一TRX上不同无线信道使用不同MAIO频率改变单位分类：跳频的作用可获得一个良好的电波环境。提供给每个用户大体相同的通话质量。可以使用更紧密的频率复用以实现增容。平滑快衰落环境跳频的作用跳频的频率分集平滑、均化干扰跳频的作用B4B3B2B1f4f3f2f1f4f3f2f1跳频的干扰分集跳频参数空中接口某个突发脉冲上采用的载频号是集合MA中的一个元素，用MAI来指示，指向集合MA中一个特定的元素，满足：0<MAI<n-1MAI是TDMA帧号FN、跳频序列号HSN和跳频序列偏移量MAIO的函数。跳频参数HSN：跳频序列（发生器）号（0～63）；HSN=0时为循环跳频；HSN≠0为随机跳频。每个序列号HSN都对应一种伪随机序列跳频参数跳频模式：用于决定基站系统采用的跳频方式，包括不跳频，基带跳频，射频跳频三种选择。位置：【小区/小区配置数据表】CA（小区分配表）：指小区内所有可用的频点，并且从有效频点0开始连续配，不能夹着空的数据项；同时频点配置从小到大填写。位置：在【小区/小区分配表】中。跳频参数MA（移动分配集）：跳频时可用的载频频点集合。最多由16个频点组成。其中使用的频点必须是属于【小区/小区分配表】内相应小区号的频点，并且不能包含任何BCCH信道的频点。位置：在【本局/跳频数据表】中。HSN（跳频序列号）：用于确定跳频的实际规则。0表示顺序跳频，其它值表示伪随机序列跳频。位置：在【本局/跳频数据表】中。跳频参数MAIO（跳频序列偏移量）：用于确定跳频的初始频点。一个跳频TRX内的所有信道的MAIO必须相同（帧跳频），同一个小区内的不同跳频TRX内的信道的MAIO必须不同。位置：在【本局/无线信道配置表】中。TSC（训练序列号）：训练序列号必须与基站色码相同。移动台或基站接收信号时，通过指定的训练序列进行时延均衡，而对于不同TSC的同频信号，则因为不能进行时延均衡而无法接收解调，这样可以有效地防止错误的无效接收，防止同频干扰。位置：在【本局/跳频数据表】中。表注：

“√”表示必须相同；“×”表示必须不同；“#”表示不确定。跳频参数语音A/D8KHz，13bit语音编码分段20ms13kbit/s信道编码交织突发脉冲加密22.8kbit/s调制33.8kbit/s发送语音信号处理过程话音编码信道编码突发脉冲串形成调制器发射机A/D分段交织加密均衡解码均衡器接收解调D/A话音解码去交织解密13KB/S22.8.KB/S33.8KB/S270KB/S语音信号处理过程编码方式称为规则脉冲激励──长期预测编码(RPE-LTP)，其处理过程是先进行8KHZ抽样，调整每20ms为一帧，每帧分为4个子帧，每个子帧长5ms，纯比特率为13kbit/s。语音编码1、话音编码波形编码有三种编码技术声源编码（参量编码）混合编码

PCM编码方式是一种波形编码器，这类编码方式传送的是实际波形的直接信息，其编码过程是我们较为熟识的取样、量化、编码的过程，它质量相应较高，但需要很高的比特速率，固定电话中每个话路的比特速率为64Kbit/s，不适应在GSM系统中的无线信道中传输。

波形编码器具有音质好的特点，但比特速率要求高；声音编码器具有编码比特速率低的特点，但音质较差；混合编码器为波形编码器和声音编码器两者的结合，吸取两种编码器的优点，使话音编码后的比特速率能够满足GSM系统中无线信道的传输要求，而又能保证一定的话音质量，但话音质量比公用电话的PCM编码方式差。

在GSM系统中，但每载频的带宽只有200KHZ，不能采用传统的PCM编码方式。GSM中话音编码采用混合编码器，其编码过程分为：

第一阶段：话音分段。

64KBIT/S的话音分成20mS一段进行编码。第二阶段：编码。将每20mS话音编成260bit的数码。即比特速率为：260\20=13Kbit/S分段话音编码64Kbit/s20ms20ms260bit260bit/20ms=13Kbit/s编码前话音编码后话音

其编码过程为：先对64Kbit/S的数字话音进行分段，每段20ms，然后再进行混合编码，每20ms的话音编成260个比特，即比特速率为260bit/20ms=13Kbit/S，这样每路话音的比特速率从64Kbit/S降至13Kbit/S。2、信道编码作用是克服无线信道中传输过程的误码。由于在GSM系统中的无线信道为变参信道，传输时的误码较为严重，采用信道编码能够检出和校正接收比特流中的差错，克服无线信道的高误码缺点。信道编码的纠错和检错原理可以从下面简单的例子看出：发添加比特接收比特00000001或1110纠一位错11110011或1100检两位错

假定要发送的信息是一个“0”或是一个“1”。为了提高保护能力，以这样简单的方式添加3个比特，对于每一个比特（0或1），只有一个有效的编码组（0000或1111）。如果收到的不是0000或1111，就说明传输期间出现了差错，差错的情况有三种，错一个比特、错二个比特和错三个以上比特。由此可见，错一个比特可以校正；错二个比特时不能够校正，但能够检出；错三或四个比特才发生误码。所以，这个简单的编码方式能够校正一个差错和检出二个差错。由此例可见信道编码可以纠错和检错。

在CME20系统中，信道编码采用了卷积编码和分组编码两种编码方式。卷积编码具有纠错的功能；分组编码具有检错的功能。同时由于编码时要添加比特，而使话音信号的比特速率升高，所以不能对全部的话音比特进行编码，而是只对部分重要的比特进行编码。

GSM中采用分组编码和卷积编码两种编码方式。把话音编码产生的260比特分成

50个最重要比特

132个重要比特

78个不重要比特对50个比特先添加3个奇偶检验比特（分组编码）。再与132比特和4个尾比特一起卷积编码，比率为1∶2，形成378个比特。另外78个不重要比特不予保护。块编码器激励编码器50bit+3*2+4132bit78bit456bit语音信号处理过程信道编码2：1

信道编码的过程是：50个最重要的比特先加入3个比特进行分组编码，再与132个重要比特一起加入4个比特进行第二次分组编码，然后再按1：2的比率进行卷积编码，形成378个已编码比特，78个不重要比特不进行编码。这样，260个比特的数字话音信号经信道编码后成为456个比特。3、交织在实际应用中，比特差错经常成串发生。这是由于持续时间较长的衰落谷点会影响到几个连续的比特。而信道编码仅在检测和校正单个差错和不太长的差错串时才是最有效的。采用交织技术，即是将码流以非连续的方式发送出去，使成串的比特差错能够被间隔开来，再由信道编码进行纠错和检错。12341234112234111213242123343133344143444134××××消息分组交织后消息分组去交织消息分组

在GSM系统中，由于采用了TDMA技术，所以移动台接收到的信号不是连续的，而是每帧接收到一串数据，信息量为2*57bit，所以信道编码后的20ms的话音要分成8*57bit