移動(dòng)通信課件：12次課 第07章 GSM-2

1、7-1數(shù)字移動(dòng)通信Digital Mobile CommunicationBTS總體方案設(shè)計(jì)報(bào)告Digital Mobile Communication數(shù)字移動(dòng)通信7-2數(shù)字移動(dòng)通信第七章GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)7-3這一節(jié)需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容GSM空中接口物理層設(shè)計(jì)？GSM空中接口物理層的設(shè)計(jì)頻率資源是運(yùn)營(yíng)商最寶貴的戰(zhàn)略資源。需要精打細(xì)算、加強(qiáng)管理，這一點(diǎn)在GSM空中物理層的設(shè)計(jì)上體現(xiàn)得淋漓盡致。研究點(diǎn)信道：空中接口的種種信道設(shè)計(jì)，就其本質(zhì)而言，都是為了提高頻譜資源的利用效率（從管理學(xué)層面的角度來(lái)理解設(shè)計(jì)方式）物理信道：空中接口參數(shù)、幀結(jié)構(gòu)邏輯信道：業(yè)務(wù)信道，控制信道7-4GSM空中接口物理層的設(shè)計(jì)GS

2、M物理信道：TDMA幀分配給MS一個(gè)時(shí)隙，該時(shí)隙就稱為GSM物理信道。突發(fā)脈沖序列都在時(shí)隙上傳送，也就是在物理信道上傳送。GSM邏輯信道：當(dāng)同一個(gè)物理信道承載不同的突發(fā)脈沖時(shí)，它就成了不同的邏輯信道。例如，當(dāng)承載TCH脈沖時(shí)，它就是業(yè)務(wù)信道；當(dāng)承載BCCH脈沖時(shí)，它就是廣播信道；當(dāng)承載SCH脈沖時(shí)，它就是同步信道。7-5物理信道邏輯信道鐵路火車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、空中接口雙工方式：FDD上行890-915 MHz下行935-960 MHz信道間隔：200kHz有效信道總數(shù)為124對(duì)，每個(gè)信道分8個(gè)時(shí)隙，共992個(gè)

3、物理信道 。為什么下行頻率比上行頻率高？手機(jī)號(hào)碼確定以后，專用頻點(diǎn)還是覆蓋頻段？7-9一、物理信道1、空中接口目前我國(guó)給聯(lián)通分配6MHz頻段，給移動(dòng)分配19MHz頻段。上行鏈路：移動(dòng)890MHz909MHz，聯(lián)通909MHz915MHz。下行鏈路：移動(dòng)935MHz954MHz，聯(lián)通954MHz960MHz。聯(lián)通信號(hào)質(zhì)量不如移動(dòng)？7-10一、物理信道1、空中接口區(qū)群結(jié)構(gòu)：N=3、4、7調(diào)制方式高斯最小頻移鍵控（GMSK）高斯濾波器：BT=0.3頻譜利用率：1.35bps/Hz7-11一、物理信道1、空中接口基站發(fā)射功率為每載波500W，平均每個(gè)時(shí)隙為500/8=62.5W。移動(dòng)臺(tái)發(fā)射功率為0.8

4、W，2W，5W，8W和20W五種。小區(qū)覆蓋半徑最大為35km，最小為500m?？刹捎?小區(qū)9扇區(qū)的區(qū)群結(jié)構(gòu)。 7-12一、物理信道2、幀結(jié)構(gòu)每個(gè)TDMA幀分07共8個(gè)時(shí)隙7-13一、物理信道2、幀結(jié)構(gòu)TDMA幀復(fù)幀超幀超高幀 每個(gè)載頻定義為一個(gè)TDMA幀，每個(gè)幀包含8個(gè)時(shí)隙，這就有了幀號(hào)。復(fù)幀是針對(duì)TDMA幀中的一個(gè)特定時(shí)隙來(lái)定義的。兩個(gè)復(fù)幀結(jié)構(gòu)： 26幀：一般用于TCH，以及跟隨其的SACCH（幀12）和FACCH 51幀：用于BCH和CCCH7-14一、物理信道2、幀結(jié)構(gòu)TDMA幀復(fù)幀超幀超高幀 超幀：可以容納51復(fù)幀和26復(fù)幀的幀，因此為 5126=1326幀，6.12秒。 超高幀：持續(xù)

5、2048個(gè)超幀，約3個(gè)多小時(shí)，每當(dāng)一個(gè)新的超高幀開(kāi)始，加密和跳頻算法也重新開(kāi)始。7-15一、物理信道2、幀結(jié)構(gòu)手機(jī)在微觀上看，不是全雙工模式，只有一套收發(fā)設(shè)備，所以在特定的時(shí)隙只能收或發(fā)。為了避免手機(jī)這個(gè)問(wèn)題，規(guī)定上行和下行有3個(gè)時(shí)隙的偏移量。除非給手機(jī)添加一個(gè)雙工器，同時(shí)發(fā)射和接收，但是成本高。7-16一、物理信道2、幀結(jié)構(gòu)GSM系統(tǒng)上行傳輸所用的幀號(hào)和下行傳輸所用的幀號(hào)相同，但上行幀相對(duì)于下行幀，在時(shí)間上推后3個(gè)時(shí)隙。這樣安排，允許移動(dòng)臺(tái)在這3個(gè)時(shí)隙的時(shí)間內(nèi)，進(jìn)行幀調(diào)整以及對(duì)收發(fā)信機(jī)的調(diào)諧和轉(zhuǎn)換。一、物理信道刺刀在前，刺刀在后精確的時(shí)間控制7-17 在TDMA系統(tǒng)中，精準(zhǔn)的控制手機(jī)的發(fā)射時(shí)

6、間是非常重要的，一個(gè)手機(jī)必須在指配給它的時(shí)間內(nèi)發(fā)射信號(hào)，而在其余時(shí)間內(nèi)保持寂靜。就如閱兵一樣，走快了走慢了都不行，前后都是刺刀呢。問(wèn)題：如果手機(jī)使用4號(hào)時(shí)隙，距離基站幾公里甚至幾十公里的范圍，那么到達(dá)基站后會(huì)不會(huì)干擾到5號(hào)、甚至6號(hào)時(shí)隙？干擾到什么程度？干擾到了怎么辦？一、物理信道刺刀在前，刺刀在后精確的時(shí)間控制7-18假設(shè)手機(jī)離基站9km，基站至手機(jī)有一次延時(shí)，手機(jī)至基站又有一次延時(shí)，來(lái)回18km。單程延遲：9000m/(3*10m8/s)=30微秒，雙程延時(shí)：60微秒。由于一個(gè)比特占用時(shí)間為3.7微秒，60us/(3.7us/bit) = 17bit，則造成了17bit的延時(shí)。怎么辦？一、

7、物理信道刺刀在前，刺刀在后精確的時(shí)間控制7-19為了消除路徑的時(shí)延，引入時(shí)間提前量TA（Time Advance），指示手機(jī)提前發(fā)射。GSM中TA是以bit來(lái)計(jì)算的，取值范圍為0-63bit，對(duì)應(yīng)覆蓋范圍為0-35km。假設(shè)手機(jī)離基站9km，基站至手機(jī)有一次延時(shí)，手機(jī)至基站又有一次延時(shí)，來(lái)回18km。單程延遲：9000m/(3*10m8/s)=30微秒，雙程延時(shí)：60微秒。由于一個(gè)比特占用時(shí)間為3.7微秒，60us/(3.7us/bit) = 17bit，則造成了17bit的延時(shí)。時(shí)延不斷變化怎么辦？一、物理信道刺刀在前，刺刀在后精確的時(shí)間控制7-20 在呼叫過(guò)程中，手機(jī)必須不斷測(cè)量時(shí)延值然后

8、傳送給基站，基站必須監(jiān)測(cè)呼叫到達(dá)時(shí)間，并每隔0.5秒向移動(dòng)臺(tái)發(fā)出一次指令，逐步指示移動(dòng)臺(tái)應(yīng)提前發(fā)射的時(shí)間。 問(wèn)題： 0.5秒才指示一次時(shí)間提前量，假如我坐在高鐵上，會(huì)不會(huì)因?yàn)樗俣忍於斐蓪?duì)其他時(shí)隙的干擾？一、物理信道刺刀在前，刺刀在后精確的時(shí)間控制7-21 要延遲1bit，需要移動(dòng)554m的距離，你在0.5秒能移動(dòng)554m么？除非你坐的是波音747。否則，最高速率413km/h的磁懸浮也就119m/s。 問(wèn)題：無(wú)線信道是有多徑效應(yīng)的，TA的測(cè)算可能存在誤差（經(jīng)過(guò)實(shí)地測(cè)算，最多可能達(dá)到3bit），怎么解決呢？一、物理信道刺刀在前，刺刀在后精確的時(shí)間控制7-22 預(yù)留保護(hù)間隔，這樣萬(wàn)一有點(diǎn)差錯(cuò)也

9、可以有個(gè)緩沖。好比閱兵式上為刺刀留的10cm。保護(hù)間隔多長(zhǎng)？后面章節(jié)的突發(fā)脈沖會(huì)具體講述。精確的時(shí)間控制：時(shí)間提前量+時(shí)間保護(hù)間隔二、邏輯信道TDMA幀分配給MS一個(gè)時(shí)隙，該時(shí)隙稱為GSM物理信道。物理信道只是載體，邏輯信道決定了跑什么內(nèi)容。7-23業(yè)務(wù)信道（TCH）控制信道（CCH）二、邏輯信道1、業(yè)務(wù)信道（TCH）7-24全速率：22.8kbps全速率：增強(qiáng)型，語(yǔ)音質(zhì)量更好半速率：11.4kbps二、邏輯信道7-252、控制信道（CCH） 凡是有資源的地方就得有控制，要不然大家搶資源就會(huì)沒(méi)了規(guī)矩，亂了套，最終會(huì)降低資源的使用效率。二、邏輯信道7-262、控制信道（CCH）候車廳的大喇叭FC

10、CH FCCH（頻率校正信道）：下發(fā)一個(gè)長(zhǎng)達(dá)142位全0比特，以保證MS校正自己的振蕩器的頻率并鎖定到該BTS的頻率。只有鎖定了該塊載頻，MS才能收聽(tīng)到跟隨在FCCH之后的同步信息SCH和BCCH 。兩個(gè)目的：1、提醒2、鎖頻：保證手機(jī)的頻率與BTS一致二、邏輯信道7-272、控制信道（CCH）現(xiàn)在是北京時(shí)間八點(diǎn)整SCH SCH（同步信道）：報(bào)時(shí)。攜帶MS幀同步信息（TDMA幀號(hào)）和BTS的識(shí)別碼，用作下行鏈路，在BCCH的下行鏈路的0號(hào)時(shí)隙發(fā)送。前者用于MS和BTS之間同步，后者用來(lái)識(shí)別基站。二、邏輯信道7-282、控制信道（CCH）我的地盤(pán)，我的業(yè)務(wù)BCCH BCCH（廣播控制信道）：廣播

11、網(wǎng)絡(luò)信息，也稱系統(tǒng)信息。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)開(kāi)機(jī)但沒(méi)有通話時(shí)，會(huì)周期性地監(jiān)視BCCH中的信息。除了監(jiān)視移動(dòng)臺(tái)所在小區(qū)的BCCH外，還監(jiān)視相鄰小區(qū)的BCCH信息，并存儲(chǔ)最強(qiáng)的6個(gè)，同時(shí)保存的還有同步信息，方便切換后快速同步。二、邏輯信道7-292、控制信道（CCH）我的地盤(pán)，我的業(yè)務(wù)BCCH BCCH（廣播控制信道）：廣播的信息包括：位置區(qū)識(shí)別碼，移動(dòng)臺(tái)應(yīng)監(jiān)視的相鄰小區(qū)列表，小區(qū)識(shí)別碼，本小區(qū)使用的頻率列表，接入控制等等。二、邏輯信道7-302、控制信道（CCH）想上車，請(qǐng)先買票RACH/AGCH RACH/AGCH （隨機(jī)/允許接入信道）：MS通過(guò)RACH信道申請(qǐng)分配一個(gè)獨(dú)立專用控制信道，可作為對(duì)尋呼的響

12、應(yīng)或者M(jìn)S主叫/登記時(shí)的接入；AGCH用于為MS分配一個(gè)獨(dú)立專用控制信道。二、邏輯信道7-312、控制信道（CCH）廣播尋人PCH/CBCH PCH/CBCH （尋呼信道/小區(qū)廣播信道）：PCH是在位置區(qū)范圍內(nèi)尋呼MS；CBCH是在小區(qū)范圍內(nèi)傳遞需要廣播到小區(qū)中所有移動(dòng)臺(tái)的信息。二、邏輯信道7-322、控制信道（CCH）列車導(dǎo)乘員SDCCH SDCCH （獨(dú)立專用控制信道）：用在分配TCH之前在呼叫建立過(guò)程中傳送系統(tǒng)信令，如登記和鑒權(quán)，空閑情況下短消息和小區(qū)廣播也在其上發(fā)送。傳送的信令包括：位置更新、開(kāi)關(guān)機(jī)、呼叫建立、短消息等等。二、邏輯信道7-332、控制信道（CCH）列車服務(wù)員FACCH/

13、SACCH FACCH/SACCH （快速/慢速輔助控制信道）：SACCH，上行方面?zhèn)鬟fMS接收的當(dāng)前服務(wù)小區(qū)以及相鄰小區(qū)的信號(hào)強(qiáng)度的測(cè)試報(bào)告，以及鏈路質(zhì)量報(bào)告，下行方面，傳遞功率控制和定時(shí)信息。二、邏輯信道7-342、控制信道（CCH）列車服務(wù)員FACCH/SACCH FACCH/SACCH （快速/慢速輔助控制信道）：SACCH速率為383bit/s，要傳遞一個(gè)完整的信息，延遲達(dá)到480ms，對(duì)于切換這種需要快速處理的信息，是不夠用的。這就有了FACCH（借用TCH幀來(lái)傳遞信息），不必等到TCH完畢后在SACCH幀上傳遞信息。7-35三、波形設(shè)計(jì)TDMA信道上一個(gè)時(shí)隙中的信息格式稱為突發(fā)脈

14、沖序列，共有4種類型常規(guī)突發(fā)NB：用于業(yè)務(wù)信道及除了RACH、SCH、FCCH控制信道上的信息頻率校正突發(fā)FB：用于校正移動(dòng)臺(tái)的載波頻率同步突發(fā)SB：用于傳輸TDMA幀號(hào)和基站識(shí)別碼接入突發(fā)AB：用于移動(dòng)用戶向基站提出入網(wǎng)申請(qǐng)7-36三、波形設(shè)計(jì)常規(guī)突發(fā)脈沖序列尾比特：幫助識(shí)別起始位和中止位保護(hù)間隔：防止時(shí)隙交疊加密比特：語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò)A5算法后填充進(jìn)了加密比特中訓(xùn)練序列：有信息就要有訓(xùn)練序列，均衡用Flag：借用標(biāo)志，借用“1”即為快速輔助控制信道，“0為”TCH信道7-37三、波形設(shè)計(jì)頻率校正突發(fā)脈沖序列尾比特：幫助識(shí)別起始位和中止位保護(hù)間隔：防止時(shí)隙交疊固定比特：全07-38三、波形設(shè)計(jì)同步突發(fā)脈沖序列尾比特：幫助識(shí)別起始位和中止位保護(hù)間隔：防止時(shí)隙交疊同步序列：作用類似于訓(xùn)練序列，但更長(zhǎng)加密比特：2