1、第 6 章 空中接口的物理链路层 102 第 6章 空中接口的物理链路层 空中接口（ Air interface） ，为移动台与基站收发信台 ( BTS )之间的通信接口，又称为 Um接口。用于移动台与 GSM 系统的固定部分之间的互通，其物理链接通过无线链路实现。此接口传递的信息包括无线资源管理，移动性管理和接续管理等。 本章主要介绍空中接口物理链路层的无线技术，共分三个部分，首先对主要接口和协议作简单介绍和描述；然后分别介绍信道与帧；无线信道编码与交织以及 LAPDm。 6.1 概述 6.1.1 GSM 系统的主要接口 GSM 系统在制定技术规范时对其子系统之间及各功能实体之间的接口和协议
2、给出了比较具体的定义，这样就使不同供应商提供的 GSM 系统基础设备能够达到互通和组网的目的。 GSM 系统的主要接口包括： A 接口、 Abis 接口和 Um 接口，如图 6-1所示。 图 6-1 GSM 系统的主要接口 A 接口定义为网路子系统( NSS )与基站子系统（ BSS ）之间的通信接口，从系统的功能实体来说，就是移动业务交换中心( MSC )与基站控制器( BSC )之间的互连接口，其物理链接通过采用标准的 2.048Mb/s PCM 数字传输链路来实现。此接口传递的信息包括移动台管理、基站管理、移动性管理、接续管理等。 Abis 接口定义为基站子系统的两个功能实体基站控制器(
3、 BSC )和基站收发信台( BTS )之间的通信接口， 物理链接通过采用标准的 2.048Mb/s或 64kbit/s PCM 数字传输链路来实现。此接口支持所有向用户提供的服务，并支持对 BTS 无线设备的控制和无线频率的分配。 MS BTS BSC MSCUm 接口 Abis接口 A 接口 移动台 （ MS） 基站子系统（ BSS） 网络子系统 （ NSS）第 6 章 空中接口的物理链路层 103 Um 接口(空中接口)定义为移动台与基站收发信台(BTS)之间的通信接口，用于移动台与GSM 系统的固定部分之间的互通，其物理链接通过无线链路实现。此接口传递的信息包括无线资源管理，移动性管理
4、和接续管理等。 6.1.2 接口协议描述 GSM 规范对各接口所使用的分层协议作了详细的定义。协议是各功能实体间的共同语言，通过各个接口传递有关的信息。为完成 GSM 系统的全部通信和管理功能建立起有效的信息传送通道。不同的接口可能采用不同形式的物理链路，完成各自特定的功能，传递各自特定的消息，这些都由相应的信令协议来实现。 GSM 系统各接口采用的分层协议结构是符合开放系统互连 (OSI)参考模型的。分层的目的是允许隔离各组信令协议功能，按连续的独立层描述协议， 每层协议在明确的服务接入点对上层协议提供它自已特定的通信服务。 图 6-2 给出了 GSM系统主要接口所采用的协议分层示意图。 U
5、mAL 1 LAPDmM S B TSMSC/VLRBSCL 1 L 1 M T P S C C P BSS A P R R M M S S C C S M S L 1 L A P D m L 1LAPDR R B TSML 1LAPDL 1MTPBTSM SCCPBSSAP图 6-2 GSM 系统主要接口的信令结构 (1)信号层 1(也称物理层 ) 这是无线接口的最低层、提供传送比特流所需的物理链路 (例如无线链路 )、为高层提供各种不同功能的逻辑信道，包括业务信道和控制信道，每个逻辑信道有它自己的服务接入点。 (2)信号层 2 主要目的是在移动台和基站之间建立可靠的专用数据链路， L2 协
6、议基于 ISDN 的 D 信道链路接入协议 (LAP-D)，但作了更动，因而在 Um 接口中的 L2 协议称之为 LAPDm。 (3)信号层 3 这是实际负责控制和管理的协议层，把用户和系统控制过程的特定信息按一定的协议分组安排到指定的逻辑信道上。 L3 包括三个基本子层：无线资源管理（ RR） 、移动性管理（ MM）第 6 章 空中接口的物理链路层 104 和接续管理（ CM） 。其中一个接续管理子层中含有多个呼叫控制（ CC）单元，提供并行呼叫处理。为支持补充业务和短消息业务，在 CM 子层中还包括补充业务管理 (SS)单元和短消息业务管理 (SMS)单元。 6.1.3 空中接口的基本概念
7、 空中接口是无线个人通信的核心问题之一。它主要研究在各种无线环境 (如：室内、室外、步行和车载等 )条件下，如何在移动用户和固定网络之间有效地传输各种速率的业务，以实现高的用户容量和频谱效率以及业务质量。 1.空中接口的协议体系 空中接口对应于 OSI 模型的低三层。分为物理层 (PHL)、介质接人控制层 (MAC)、数据链路控制层 (DLC)和网络层。它们与 OSI 的分层模型不是严格对应的。 物理层 (PHL)确定无线电参数，如：频率、定时、功率、码片、比特或时隙同步、调制解调、收发信机性能等。物理层将无线电频谱分成若干个物理信道，划分的方法可以按频率、时隙、码字或它们的组合进行。如 FD
8、MA、 TDMA、 CDMA 等。物理层在 MAC 层的控制下，负责数据或数据分组的收发。 介质接入控制层 (MAC)的主要功能有介质访问管理和数据封装等。 具体地讲， 第一功能是：它首先选择物理信道，然后在这些信道上建立和释放连接；第二个功能是：它将控制信息、高层的信息和差错控制信息复接 (和分接 )成适合物理信道传输的数据分组。介质接人控制层通过形成多种逻辑信道为高层提供不同的业务。 数据链路控制层 (DLC)的主要功能是为网络层提供非常可靠的数据链路。为内部控制信令和有限数量的用户信息提供非常可靠的传输链路，提供完全的差错控制。提供了一组可供选择的业务。 网络层主要是信令层。它确定了用于
9、链路控制、呼叫控制、附加业务、面向连接的消息业务、无连接的消息业务和移动性管理等各种功能。 2.多址协议 多址协议 (MuItiple Access Protocol)主要解决网络的各种业务如何有效地共享给定的频谱。它基本对应于空中接口协议中的物理层和介质接入控制层。由于网络层和数据链路控制层的研究有很多成熟的协议可以借鉴，如在网络层的呼叫控制可采用简化的 ISDN 呼叫协议，在数据链路控制层可采用修正的 LAPD 协议等。这就使得多址协议的设计和选择在空中接口中占有极其重要的地位，也是目前关于空中接口协议争论的汇聚点。 常规的多址方式有三种：频分多址 (FDMA)、时分多址 (TDMA)和码
10、分多址 (CDMA)。 FDMA 是将规定的频谱划分为若干个规定带宽的信道。每个用户在通信时占用一个信道。FDMA 是最成熟也是最早得到广泛应用的多址技术，它已应用在 AMPS、 TACS 等第一代模拟移动通信系统和第一代模拟无绳电话系统中。 第 6 章 空中接口的物理链路层 105 TDMA 是将规定带宽的信道在时间轴上分成一个个时隙， 若干个时隙组成一帧。每一帧中的若干时隙构成一个物理信道。 TDMA 已在第二代数字蜂窝系统 (如 DAMPS、 GSM、 PDC等 )和第二代数字无绳电话系统 (如 DECT)中得到广泛应用。 CDMA 的物理信道在时间和频谱上是重叠的，它是利用码字的正交性
11、来区分不同的物理信道。 CDMA 已受到广泛的重视， 它已应用在第一个 CDMA 蜂窝移动通信系统标准 IS -95 中，并且受到第三代移动通信系统的青睐，其商用系统已投入运营。 6.2 信道与帧 6.2.1 信道配置 GSM 系统频带分配如表 6-1 所示。 表6-1 GSM 系统频带分配 GSM 制式 上行链路 下行链路 频带 双工间隔 双工信道数 GSM 900 E-GSM (900) R-GSM (900) 890-915 880-915 876-915 935-960 925-960 921-960 2 x 25 2 x 35 2 x 39 45 45 45 124 174 194
12、GSM 1800 GSM 1900 1710-1785 1850-1910 1805-1880 1930-1990 2 x 75 2 x 60 95 80 374 299 GSM900 以及 GSM-R 系统工作在如下射频频带： 上行(移动台发-基站收) 890915MHz(下频段) 下行(基站发-移动台收) 935960MHz(上频段) 双工间隔为45MHz， 载频间隔为200kHz。 GSM900 系统整个工作频段分为 124 对载频，其序号用 n 表示，则上、下两频段中序号为n 的载频频率可用下式计算： Fl(n)=（ 890+0.2n） MHz (下频段 ) Fu(n)=F1(n)+4
13、5=(935+0.2n)MHz (上频段 ) 式中 n=1124。 n 值称为绝对射频信道号码 (ARFCN)。图 6-3 为无线信道的示意图。 第 6 章 空中接口的物理链路层 106 图 6-3 无线信道的示意图 6.2.2 物理信道与逻辑信道 1.物理信道 基于 TDMA 的 GSM 系统的物理信道是指频率和时间域上的时一频隙，如图 6-4 所示。 890 MHz 915 MHz 935 MHz 960 MHz上行 下行例如 :第 48信 道0 124信道号 0 124信道号频率 频率BTS 第 信 道第 6 章 空中接口的物理链路层 107 图6-4 时间和频率域的物理信道 2.逻辑信
14、道 逻辑信道，是在一个物理信道中时间复用的。不同的逻辑信道用于基站和移动台间传送不同类型的信息，例如信令信息或数据信息。逻辑信道分为业务信道(TCH)和控制信道（CCH）两大类。 (1)业务信道(TCH) 业务信道(TCH)是用于传送用户的话音和数据业务的信道。它依交换方式可分为电路交换信道和分组交换信道。依传输速率可分为全速率信道(Bm)和半速率信道(Lm)，计有： 全速率话音业务信道(TCH/F) 半速率话音业务信道（TCH/H） 全速率数据业务信道(TCH/F9.6) 全速率数据业务信道(TCH/F4.8) 半速率数据业务信道(TCH/H4.8) 全速率数据业务信道(TCH/F2.4)半
15、速率数据业务信道(TCH/H2.4) 上列符号中，F 代表全速率；H 代表半速率。例如，F4.8 表示全数据率为 4.8kbps；H4.8表示半数据率为4.8kbps。 (2)控制信道(CCH) 控制信道(CCH)是用于传送信令信息和短的分组数据的信道。依信道的功能不同控制信道可分为公共控制信道和专用控制信道两大类。依信道传送信号的方式不同，公共控制信道又分为：单方向的广播信道和双方向的控制信道。图 6-示出了控制信道的类型。图中的双箭头表示双向信道，单箭头表示单向信道。箭头向上表示 MS到 BS 方向，箭头向下表示 BS 到 MS方向。 “NB”等表示突发的类型，共有 5 种：NB-标准突发
16、(Normal Burst)；AB-接人突发(Access Burst)；SB-同 步突发(Synchroni zation Burst)；FB-频率突发(Frequency Burst)；TN9TN8TN7TN6TN5TN4TN3TN2TN1f1f2f3f4f5f6f7f8t 频隙f TDMA 帧 时隙15/26ms 200KHZ时频隙第 6 章 空中接口的物理链路层 108 DB虚拟突发(Dummy Burst)。关于各种突发的格式将在后面给出。现将控制信道(CCH)的用途介绍如下。 图6-5 控制信道的类型 1） 广播信道(BCH) 广播信道(BCH)是从基站到移动台的单向信道。它包括下
17、列三种信道： 用于基站播发频率校正信息的频率校正信道(FCCH)， FCCH 的信息由频率突发携带。移动台在该信道接收频率校正信息并用来校正移动用户自己的时基频率。同时允许检测带有精密同步信息的同步信道。 用于基站播发基站识别信息和帧同步信息的同步信道(SYCH)。SYCH 的信息由同步突发携带。供移动台识别基站及完成 TDMA 帧同步，达到时隙定时。SYCH 携带的信息为：基站站址识别码(BSIC)、帧号和帧同步信息。 用于基站播发一般控制信息的广播控制信道(BCCH)。在该信道上播发本小区和邻近小区(最多16 个)的信息以及播发同步信息(频率和时间信息)。移动台周期地监听 BCCH，以获取
18、 BCCH 携带下列信息： 相邻小区一览表； 本小区使用的频率表； 小区识别； 功率控制指示； 间断传输允许； 接入控制，例如：紧急呼叫，禁止呼叫； CBCH (小区广播控制信道)的说明。 BCCH 载波是由基站以固定功率发射，其信号强度被所有移动台测量。BCCH 的信息由标准突发携带。当无可传信息时，以虚拟突发代替。 移动用户还将监听来自相邻小区 BCCH 的信息，并存储其中 6个最好的小区的信息，同时还存储这些小区的 SYCH 信息，以便移动用户进入相邻小区时能快速再同步。 AB NB NBNB/DB SB 控制信道 (CCH) 专用控制信道 (DCCH) 公共控制信道 (CCCH) 广播
19、控制信道 (BCCH) SDCCH SCH BCCH CBCH PACH/AGCH RACH ACCH SACCH FACCH SYCH FCCH NB NB/AB FB 第 6 章 空中接口的物理链路层 109 2)公共控制信道(CCCH) 公共控制信道(CCCH)是基站与移动台间的一点对多点的双向信道。它由下列四种单向信道组成： 用于基站播发寻呼移动台信息的寻呼信道(PACH)。该信息是由标准突发携带的。 用于移动台随机入网时向基站发送信息的随机接人信道(RACH)。包括两种情况：移动 用户初始发起呼叫；移动用户对基站播发寻呼信息的应答。RACH 信息是由接人突发携带的。 用于基站向随机接
20、入成功的移动台发送专用控制信道分配信息的准许接人信道(AGCH)。该信息是由标准突发携带的。 用于基站给小区内移动台广播消息的信道(CBCH)。在此信道，对小区覆盖内的所有移动用户播送消息，例如业务信息。CBCH 信息是由标准突发携带的。其实，CBCH 是盗用 SDCCH中的时隙来建立其广播信道的。 网内激活的所有移动用户必须不断地监听 BCCH和 CCCH 信道，这两类信道在同一载被中。 3)专用控制信道(DCCH) 专用控制信道(DCCH)是基站与移动台间的点对点的双向信道。它包括下列三种信道： 用于传送基站与移动台间的指令和信道指配信息的独立专用信道(SDCCH)。该信道在呼叫建立期间，
21、支持双向数据传输，它还携带呼叫转移和短消息信息。 伴随信道(ACCH) 伴随信道(ACCH)既能伴随独立专用信道(SDCCH)也能伴随业务信道(TCH)，换句话说，伴随信道是与一条业务信道或者一条 SDCCH 联用。ACCH 被用来携带在 SDCCH 或 TCH 执行过程有关的信息。伴随信道又分为慢速和快速两种。 慢速伴随信道(SACCH)，用于基站向移动台传送功率控制信息、帧调整信息，以及移动台向基站传送接收信号的强度数据和链路质量报告。 快速伴随信道(FACCH)，用于传送执行用户鉴权和越区切换的信息。 慢速伴随信道(SACCH)是与业务信道(TCH) 或独立专用信道(SDCCH)一起被指
22、配和使用的。 3.下行信道和上行信道 在工程中，将基站到移动台方向的信道叫做下行信道，而将移动台到基站方向的信道叫做上行信道。 (1)下行信道 下行信道包括下列逻辑信道： 1)下行业务信道(TCH)。 2)广播信道(BCH)， 包括： 频率校正信道(FCCH)， 同步信道(SYCH)， 广播控制信道 (BCCH)。 3)公共控制信道(CCCH)中的寻呼信道(PACH)和准许接人信道(AGCH)。 4)专用控制信道(DCCH)，包括：独立专用信道(SDCCH)，快速伴随信道(FACCH)，慢速伴随信道(SACCH)。 (2)上行信道 上行信道包括下列逻辑信道： 1)上行业务信道(TCH)。 第
23、6 章 空中接口的物理链路层 110 2)公共控制信道(CCCH)中的随机接入信道(RACH)。 3)专用控制信道(DCCH)，包括：独立专用信道(SDCCH)，快速伴随信道(FACCH)，慢速伴随信道(SACCH)。 6.2.3 物理信道时隙结构与逻辑信道配置 1.时帧结构 GSM时隙结构有高帧(hyperframe)、 超帧(superframe)、 复帧(multiframe)、 TDMA帧(frame)和时隙(time slot)5 个层次。时隙是构成物理信道的基本单元；由时隙组成的 TDMA帧是占据频道带宽的基本单元；由 TDMA 帧构成的复帧是业务信道和控制信道进行组合的基本单元；
24、由复帧构成的超帧其时长是两类复帧的最小公倍数，因此超帧是两类复帧的基本单元；由超帧构成的高帧是 TDMA 帧编号的基本单元，即在高帧内对 TDMA帧顺序进行编号。当给定 TDMA 帧号和时隙号时，则唯一地确定了突发的时隙。图 6-6 所示是它们的时隙结构关系。即有： 第 6 章 空中接口的物理链路层 111 图6-6 时帧结构 1 高帧=2048 个超帧=2715648 个TDMA 帧，高帧时长为3 小时28 分53 秒760ms。 l 超帧=1326 个TDMA 帧，超帧时长为6.12 秒。 复帧有两种结构， 一种是由 26 个 TDMA 帧构成的复帧， 用于业务信道； 一种是由 51 个
25、TDMA帧构成的复帧，用于控制信道。这样，1 超帧=51 个 26 帧的复帧，或 1 超帧=26 个 51 帧的复帧。 1 个 26 帧的业务信道复帧=26 个 TDMA 帧，时长为 120ms；1 个 51 帧的控制信道复帧=51个 TDMA 帧，时长为 235.38ms。这样设计的两种复帧，使 2 个业务信道复帧的时长与 1 个控制信道复帧的时长之差恰好等于 1 个 TDMA 的帧长，为 4.615ms。其目的在于使业务信道复帧的0.557 毫秒1TDMA帧=8 个时隙 4615毫秒 控制信道复帧 23538 毫秒 业务信道复帧 120毫秒 471超帧1326帧(6.12秒) 51 个(2
26、6 帧的)复帧或26 个(51 帧的)复帧 0 1特帧2048 超帧2715648帧 3小时28分53秒760毫秒 1 2 3 2044 2045 2046 20470 1 24 25 48 49 50 0 1 2 3 4 50 1 2 23 24 25 0 1 2 48 49 500 1 2 3 4 5 6 7时隙 第 6 章 空中接口的物理链路层 112 定时对控制信道复帧定时作相对移动，以便移动用户接收并解出来自周围小区的 BCCH 信息以及监听和报告多达 6 个目标小区的射频信号强度信息。由此可见这样设计两个复帧定时关系是特别重要的。 1 个TDMA 帧=8 个时隙，TDMA 帧长为4
27、.615ms。 1 个时隙=156.25bits，时隙长为 0.577 ms。相当lbit 的持续时间约为 3.69us。在时隙内传送的脉冲串叫突发(burst)，突发的时长应小于时隙的时长。 2.突发与逻辑信道配置 在时隙中传送的脉冲序列信号叫突发(Burst)，突发是构成逻辑信道的基础。通过不同逻辑信道的组合配置，可形成各种组合信道，用来传送业务信息和控制信息。 (1) 突发的功能与结构 为了传送业务信息和控制信息，有如图 6-7 所示的 5 种突发结构，分述如下。 (a)常规突发（ NB） (b)频率校正突发（ FB） (c)同步突发（ SB） (d)接入突发（ AB） (e)虚拟突发（
28、 DB） 尾3加密信息 加密信息训练序列 保护时间尾位 尾位 F F3 57 571 1268.25突发 0.546msTDMA 帧 0.57ms （ 156.25bit 持续时间）突发 0.546ms3 3 组 3142固定比特尾位 尾位 保护时间3 加密比特 加密比特训练序列 保护时间尾位 尾位 3 39 3964 8.25 突发 0.546ms8 加密比特 训练序列 保护时间 尾位 尾位341 36 68.25 突发 0.3249ms第 6 章 空中接口的物理链路层 113 图6-7 突发结构 1)常规突发(Normal Burst) 常规突发(NB)用于构成业务信道(TCH)， 以及除
29、FCCH， SYCH，RACH 和虚拟突发(DB)之外的所有控制信息信道，携带它们的业务信息和控制信息。常规突发(NB)是由加密信息(257bit)、训练序列 (26bit)、尾位(23bit)、借用(盗用)标志F(Stealing Flage，21bit)和保护时间 GP(Guard Period ，8.25bit)构成，总计156.25bit。每 bit 持续时间为 3.6923us，共占用的时间为 0.577ms，恰等于一个时隙的时长。 其中，训练序列是供信道均衡之用，尾位(TB)是此突发的开始与结束的标志，保护时间是用来防止因定时误差造成突发间的重叠。 加密信息中， 包括语音、 数据或
30、控制信息。 借用(盗用)标志F 的功能是，当业务信道被 FACCH 借用(盗用)时，竖起此标志以表示借用(盗用)一半信道资源。 2)频率校正突发 (Frequency Correction Burst) 频率校正突发(FB) 用于构成频率校正突发信道 (FCCH)，并携带频率校正信息。频率校正突发除含尾位和保护时间外，主要传送固定的频率校正信息(142bit)。 3)同步突发(Synchronization Burs t) 同步突发(SB)用于构成同步信道(SYCH)，并携带系统的同步信息。同步突发(SB)的内容由加密信息(239bit)和同步序列(64bit)组成。训练序列是供信道均衡之用，
31、加密信息位中含有 TDMA 帧号(TN)信息和基站识别码(BSIC)信息。 4)接人突发(Access Burst) 接人突发(AB)用于构成移动台的随机接入信道(RACH)，并携带随机接人信息。接人突发(AB)由同步序列(41bit)、加密信息(36bit)、尾位(8+3bit)和保护时间构成。其中，保护时间比上述突发的都长，占 68.25bit，即长达 252us。加密信息和训练序列较短而保护时间较长的目的，是使移动台在不知道定时提前量的情况下能容易地接人移动通信网。当保护时间长达 252us 时，允许小区半径为 35km，而保证小区内移动台的随机入网。 5)虚拟突发(Dummy Burs
32、 t) 虚拟突发(DB)的结构与常规突发(NB)相同，仅是将常规突发中的加密信息位换成固定比特。虚拟突发 (DB)的功能是，在无用户加密信息传送时，就用虚拟突发来代替常规突发。因为，在 BCCH 载波的“0“时隙中，永远含有控制信道信息。其余的 7个时隙是提供控制信道和业务信道之用，当这 7 个时隙是空闲时，则必须以虚拟突发(DB)来填充。因此，虚拟突发不含有用信息。它是由固定比特和训练序列组成，如图 6-7(e)所示。 (2)逻辑信道的配置 逻辑信道的配置是在复帧中进行的，换句话说，复帧是逻辑信道配置的基本单元。复帧有两种结构，即 26TDMA帧的复帧和 51TDMA 帧的复帧。前述的逻辑信
33、道可构成各种信道组合，常见的有全速率业务信道组合(Full RateTraffic Channel Combination)， TCH8/FACCH+SACCH；广播信道组合(Broadcast Combination)，BCCH+CCCH；专用信道组合(Dedicated Channe l Combination)，SDCCH8+SACCH8；混合信道组合(Combined Channel Combination) ，BCCH+CCCH+SDCCH4 十SACCH4。现分述如下。 l)业务信道与伴随控制信道的组合 3 固定比特 固定比特训练序列 保护时间尾位 尾位 F F3 57 571 1
34、268.25 突发 0.546ms第 6 章 空中接口的物理链路层 114 全速率业务信道组合 全速率业务信道组合信道 TCH8/FACCH+SACCH，是建立在 26TDMA帧的复帧上。下行信道和上行信道相同，如图 6-8(a)所示，为全速率业务信道(TCH/F)与慢速伴随控制信道(SACCH)的组合结构。慢速伴随控制信道(SACCH)占用第 13 帧。第 26 帧为空闲帧(I)。图6-8(b)为两个半速率业务信道(TC H/H)与慢速伴随控制信道(SACCH)的组合结构，两个慢速伴随控制信道(SACCH)分别占用第 13 帧和第 26 帧。而全速率业务信道(TCH/F)与快速伴随控制信道(
35、FACCH)的组合，是通过预先占用 其相应业务信道 (TCH)突发中的 一半信息位来实现的。 半速率业务信道组合 半速率业务信道组合与全速率业务信道组合十分相似，即有TCH16/FACCH+SACCH。 图6-8 业务信道与伴随控制信道的组合 2)控制信道的组合 控制信道是建立在51TDMA帧的复帧上， 它可有多种方式的信道组合。现分述如下。 广播信道与公共控制信道的组合 广播信道与公共控制信道的组合，即 BCCH+CCCH。依下行和上行信道功能的不同，它们对广播信道(BCH)与公共控制信道(CCCH)的组合也不相同，图 6-9 示出的广播信道与公共控制信道的组合为 1BCCH+9CCCH。其
36、中图(a)为其下行信道组合， 它是在复帧内由 FCCH(F)、 SYCH(S)、 BCCH(B)、 CCCH(C)组成的。 每复帧有5 组FCCH-SYCH，共占10 帧；1 组BCCH占4 帧，9组CCCH占36 帧，BCCH-CCCH共占40 帧；空1 帧(I)，总计51 帧。根据系统的要求，BCCH 和 CCCH 信道配置是允许改变的，例如增多 BCCH 占用的帧数并减少 CCCH 占用的帧数而保持共占 40 帧不变。 图(b)为其上行信道组合，即 BCCH+CCCH。其实，它就是全部由 RACH(R)信道构成的。 (a) (b) 复帧 （ 120ms） 26TDMA帧 AT T T T
37、 T T T T T T T T T T T T T TTT T T IT T131 26复帧 （ 120ms） 26TDMA帧 AT t T t T t T t T t T t T t T t T tTt T t aT t 131 26(a) (b) 复帧（ 235.38ms）（ 51TDMA 帧） F S S C4 C4 C4C4 C4F F F S SC4 C4C4C4B4 F S I组 1（ 10 帧 ） 组 2（ 10 帧） 组 3（ 10 帧） 组 4（ 10 帧） 组 5（ 11 帧）第 6 章 空中接口的物理链路层 115 图6-9 广播信道与公共控制信道的组合 专用控制信道的
38、组合 专用控制信道的组合即独立专用信道(SDCCH)与慢速伴随信道(SACCH)的组合(SDCCH8+SACCH8)。 下行信道如图6-10(a)所示。 在第一个复帧中， 8个SDCCH占 32 帧，4 个 SACCH 占 16 帧，空 3 帧，计 51 帧。在第二个复帧中，仍然是 8 个 SDCCH加 4 个SACCH 和3 空帧。实际上专用控制信道的组合是在 2个 51 帧的复帧总计 102帧中构成的。 上行信道如图如图 6-10(b)所示。它也是在 2 个复帧中构成的。 图6-10 独立专用信道与慢速随路信令信道的组合 广播信道、公共控制信道与专用控制信道的组合 广播信道、公共控制信道与
39、专用控制信道的组合也称混合信道组合，即 BCCH+CCCH+S DCCH4+SACCH4。下行信道如图 6-11 中上图所示，它是由频率校正信道(FCCH)、同步信道(SYCH)、广播控制信道(BCCH)、公共控制信道(CCCH)、独立专用信道(SDCCH)、慢速伴随信道(SACCH)组合而成的。 上行信道如图 6-11 中下图所示，它是由公共控制信道中的独立专用信道(SDCCH)、慢速伴随信道(SACCH)和公共控制信道(CCCH)中的随机接人信道(RACH)组合而成的。 15 R RR R R R R R R R R R R R R R R R R RR R复帧（ 235.38ms）（ 5
40、1TDMA 帧）1 2 515044 A5 4 A6 4 A7 4 I I I D0 4 D1 4 D7 4 A0 A1 4 A2 4 A3 4 I I I D0 4 D1 4 D7 4 A4 D0 4 D1 4 D7 4 A0 4 A1 4 A3 4 I I I D0 4 D1 4 D7 4 A4 4 A5 4 A7 4 I I I 复帧（ 235.38ms）（ 51TDMA 帧） (a) (b) 第 6 章 空中接口的物理链路层 116 图6-11 混合信道组合 3）信道组合与时隙 逻辑信道组合与所占时隙的关系如表 6-2 所示。 表 6-2 信道组合方式与占用的时隙 信道组合方式 占用的
41、时隙 业务信道组合 07 任何时隙 广播信道组合 0，2，4，6 时隙（0 时隙必须首先占用） 专用信道组合 07 任何时隙 混合信道组合 只占用 0 时隙 系统容量与信道组合在 TDMA 帧中时隙的分配 当系统的小区为低用户容量时，采用低容量小区的时隙分配方式，如图 6-12(a)所示。即在每一个 TDMA 帧中，混合信道(BCCH+CCCH+SDC CH4+SACCH4)组合只占用 0 时隙，而业务信道组合占用 17 时隙。 当系统的小区为高用户容量时，采用如图 6-12(b)所示的高容量小区时隙分配方式。即在每两个 TDMA帧中，广播信道组合占用 0 时隙，专用信道组合占用 1 时隙，业
42、务信道组合占用第一帧中的 27 时隙和第二帧中的 07 时隙。 FD3 4 R R A2 4 A3 4 R R D0 4 D14 R R D24D0 4 R R A24 A34 R R D0 4 D14 R R D244 44 4 4 4 1 1 1 1 23F F FFFFFF F S S S S SSSSS S IIB4 C4 C4 C4 D04 D14 D24 D34A04 A14B4 C4 C4 C4 D04 D14 D24 D34 A04 A1410 帧 10 帧 10 帧 10 帧 10+1 帧 第 6 章 空中接口的物理链路层 117 图6-12 TDMA 帧中时隙的分配 6.2
43、.4 帧偏离与定时提前量 1.帧偏离 TDMA 帧 0 1 2 3 4 5 6 7 (a) 混合信道组合业务信道组合 TDMA 帧 0 1 2 3 4 5 6 7 (b) 混合信 道组合 业务信道组合 专用信 道组合 TDMA 帧 0 1 2 3 4 5 6 7 (c) 业务信道组合 第 6 章 空中接口的物理链路层 118 下行信道的 TDMA 帧定时和上行信道的 TDMA 帧定时的固定时间偏差称为帧偏离。 GSM 中规定帧偏离为 3 个时隙，如图 6-13 所示。帧偏离 3个时隙的目的是简化设计，并避兔移动台同一时隙发送和接收的必要性，而保持发送和接收的时隙号不变。 图6-13 帧偏离与定
44、时提前量示意图 2.定时提前量 在 GSM 系统中，突发的发送和接收必须严格地在实时的时隙中进行，因此，必须保证系统的严格同步。但是，移动用户是在小区内随机移动的，当移动台与基站距离远近不同时，其突发信号的传输时延也不同。为了克服突发信号传输时延的变化带来的定时不确定性，基站指示移动台以一定的定时提前量来发送突发，用以补偿增加的传输时延。定时提前量是与 3时隙帧偏离相重叠的(参见图 6-13)。 与定时提前量相关联的是功率控制。功率控制与通信距离有关，距离越远移动台所需发的信号射功率越大。移动台距离基站的远近，反映在传播时延的大小，即定时提前量的大小。因此，定时提前量不仅补偿定时，而且可用来使
45、基站和移动台调节它们的功率输出。 6.3 信道编码和交织 6.3.1 信道编码 信道编码用于检测和修正误比特，用于 GSM 系统的信道编码方法有三种：卷积码，分组码和奇偶码。 前向信道 TDMA 帧 10 1 2 3 4 5 6 7帧偏离 3个时隙0 1 2 3 4 5 6 7 反向信道 TDMA 帧 1定时提前量 第 6 章 空中接口的物理链路层 119 1.卷积码 卷积码仅用于纠错目的。当它们与解调器的似然估计相结合时，效果更为明显。 卷积码的生成多项式有如下四种，分别用于不同的传输信道。 G0=1+D3+D4TCH/FS， TCH/F9.6， TCH/F4.8 SDCCH， BCCH，
46、PCH， SACCH， FACCH AGCH， RACH， SCH G1=1+D+D3+D4TCH/FS， TCH/F9.6， TCH/F4.8 SACCH， FACCH， SDCCH， BCCH， PCH AGCH， RACH， SCH， TCH/F4.8 G2=1+D2+D4TCH/F4.8， TCH/F2.4， TCH/H2.4 G3=1+D+D2+D3+D4TCH/F4.8， TCH/F2.4， TCH/H2.4 2.分组码 GSM 系统采用的法尔码，就是通常的线性分组码。进一步分类的话，法尔码属于线性分组码中的一个重要子类-循环码。确切地说，GSM系统所用的法尔码是缩短了的循环码，其
47、生成多项式为 g(x)=(x23+1)(x17+x3+1)=x40+x26+x23十x17+x3+1 该多项式的次数为 40，余数有 40 个系数，因此有 40 个冗余比特。此码的特性能检测和纠正直至 11 位的错误群。在 GSM 系统中，此码用于检错。 3.奇偶码 GSM 规范中有三种奇偶码，实际上，它们也都是线性分组码，并象法尔码一样，皆出自于循环码。 对于话音，3位冗余码用来估计话音帧中对错误最敏感的那部分比特的正确性。其检测能力是相当有限的：所有的一位错误型式都能被检测，但两位错误型式不能被检测。该奇偶码的生成多项式为 g(x)=x3+x +1 对于 RACH 和 SCH 突发脉冲序列
48、，分别采用 6 位和 10 位冗余编码，目的在于检错，虽然它们具有纠错的性能(最小距离为 4，这意味着它们能检测 3位错误，或纠正单个错误)。我们给出它们的生成多项式及因子分解如下： RACH： x6+x5+x3+x2+x+1=(x+1)(x5+x2+1) SCH： x10+x8+x6+x4+x2+1 = (x4+x3+x2+x+1) (x3+x+1) (x3+x2+1) = (x5+1)(x7+1)/ (x+1)(x+1) 7.3.2 交织 第 6 章 空中接口的物理链路层 120 交织的要点是把码字的 b 个比特分散到 n 个突发脉冲序列中，以改变比特间的邻近关系。n 值越大，传输特性越好，但传输时延也越大，因此必须作折衷考虑，这样，交织就与信道的用途有关，所以在 GSM 系统中规定了几种交织方法。 为了避免复杂的交织方法，最好的 b、n 和每突发序列的比特数 114 之间有简单的算术交关系。例如，b=456 比特，即 4114 比特的一个码字可以展开成 null 4 组，每组 114 比特，填满整个突发序列； null 8 组，每组 57 比特，填满突发序列的一半； null 24 组，每组
