1、GSM900系统的组成,京信通信系统,1,GSM900系统及基站,一. GSM通信系统概述 二. GSM通信系统关键技术 三. GSM通信系统直放站,GSM900系统的组成,京信通信系统,2,一. GSM通信系统概述,1. GSM通信系统是一个2G数字蜂窝系统。 2. GSM900MHz频率分配：上行：890915MHz，下行：935 960 MHz载波间隔200 kHz，共分为124对双工载频（1124），每载频共分8个时隙，即为8个信道。总信道数为1248992个信道。载波频率=890/935+0.2载频号（MHZ）。双工间隔45MHz。,GSM900系统的组成,京信通信系统,3,其中，
2、中国移动（194）： 上行：890909MHz 下行：935954MHz 中国联通（95124）： 上行：909915MHz 下行：954960MHz 现中国移动频段下扩5MHz ： 上行：885909MHz 下行：930954MHz 扩频信道号为9991023。,一. GSM通信系统概述,GSM900系统的组成,京信通信系统,4,一. GSM通信系统概述,3. DCS1800MHz频率分配： 上行频率：17101785MHz 下行频率：18051880MHz 共分为374对双工载频(512885) 。 其中中国移动（512587）：上行：17101725MHz 下行：18051820MHz
3、暂 空（ 588687） ：上行：17251745MHz下行：18201840MHz 中国联通（ 688737） ：上行：17451755MHz下行：18401850MHz中国电信（ 738885） ：上行：17551785MHz下行：18501880MHz,GSM900系统的组成,京信通信系统,5,一. GSM通信系统概述, 4. 采用GMSK调制技术，占有200kHz带宽，调制传输速率270.83 kbps。,GSM900系统的组成,京信通信系统,6,一. GSM通信系统概述,5. 采用LTP - RPE 话音编码，话音速率为13 kbps。由于GSM系统是一种全数字系统，话音或其它信号都
4、要进行数字化处理，因而第一步要把话音模拟信号转换成数字信号（即1和0的组合）。声码器编码可以是很低的速率（可以低于5kbits，虽然不影响话音的可懂性，但话音的失真性很大，很难分辨是谁在讲话。波形编码器话音质量较高，但要求的比特速率相应的较高。因此GSM系统话音编码器是采用声码器和波形编码器的混合物- 混合编码器，全称为线性预测编码-长期预测编码-规则脉冲激励编码器（LPC-LTP-RPE编码器），LPC+LTP为声码器，RPE为波形编码器，再通过复用器混合完成模拟话音信号的数字编码，每话音信道的编码速率为13kbits。,GSM900系统的组成,京信通信系统,7,一. GSM通信系统概述,6
5、. 多址技术：TDMA（每载波8个时分信道）混合多址技术。 在GSM中，无线路径上是采用时分多址（TDMA）方式。每一频点（频道或叫载频TRX）上可分成8个时隙，每一时隙为一个信道，因此，一个TRX最多可有8个移动客户同时使用。,GSM900系统的组成,京信通信系统,8,二. GSM通信系统关键技术,1. 时分多址（TDMA）技术 2. 时分多址帧结构 3. 空间分集 4. 时间色散和均衡 5. 时间提前 6. 基站和移动台间的时间调整 7. 话音编码-压缩话音数据的比特速率 8. 信道编码 9. 采用信道编码、交织、跳频等技术。,GSM900系统的组成,京信通信系统,9,二. GSM通信系统
6、关键技术,时分多址（TDMA）技术多址技术就是要使众多的客户公用公共通信信道所采用的一种技术。在GSM中，无线路径上是采用时分多址（TDMA）方式。每一频点（频道或叫载频TRX）上可分成8个时隙，每一时隙为一个信道，因此，一个TRX最多可有8个移动客户同时使用。,GSM900系统的组成,京信通信系统,10,二. GSM通信系统关键技术,2. 时分多址帧结构 在TDMA中，每个载频被定义为一个TDMA帧，相当于FDMA系统中的一个频道，每帧包括8个时隙（TS0-7），要有TDMA 帧号，这是因为GSM的特性之一是客户保密性好，是通过在发送信息前对信息进行加密实现的。计算加密序列的算法是以TDMA
7、帧号为一个输入参数，因此每一帧都必须有一个帧号。有了TDMA帧号，移动台就可判断控制信道TS0上传送的是哪一类逻辑信道。 TDMA帧号是以3.5小时（2715648个TDMA帧）为周期循环编号的。每2715648个TDMA帧为一个超高帧，每一个超高帧又可分为2048个超帧，一个超帧持续时间为6.12s，每个超帧又是由复帧组成。,GSM900系统的组成,京信通信系统,11,二. GSM通信系统关键技术,3. 空间分集 我们知道在移动通信中，空间略有变动就可能出现较大的场强变化。当使用两个接收信道时，它们受到的衰落影响是不相关的，且二者在同一时刻经受深衰落谷点影响的可能性也很小，因此这一设想引出了
8、利用两副接收天线的方案，独立地接收同一信号，再合并输出，衰落的程度能被大大地减小，这就是空间分集，,GSM900系统的组成,京信通信系统,12,二. GSM通信系统关键技术,4. 时间色散,010101,010101 010101,GSM900系统的组成,京信通信系统,13,二. GSM通信系统关键技术,在接收端，由于射频信号的反射作用，接收机接收到的信号是 多种多样的，其中有的反射信号来自远离接收天线的物体，比 直射的信号经过的路程长很多，因而形成相邻符号间的相互干 扰。这种现象称为时间色散。如图所示： 基站发射101010的数字序列，一路是直射至移动台， 一路经物体反射至移动台，可见反射信
9、号比直射信号经 过路程长。在GSM系统中，比特速率为270Kbit/s，则每 一比特时间为3.7us，也即是一比特对应1.1Km。假若反射 信号经过的路程比直射信号经过的路程长1.1公里，则移 动台就会在接收到的有用信号中混有比它迟到一个比特 时间的一个信号，即移动台同时会收到一个为“1”的信号 和一个为“0”信号，这种现象会使移动台接收时的误码率 升高。,GSM900系统的组成,京信通信系统,14,二. GSM通信系统关键技术,5. 时间提前,3,2,GSM900系统的组成,京信通信系统,15,二. GSM通信系统关键技术,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，
10、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： 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。,GSM900系统的组成,京信通信系统,16,二. GSM通信系统关键技术,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
11、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）。,GSM900系统的组成,京信通信系统,17,二. GSM通信系统关键技术,6.基站和移动台间的时间调整 收发之间是间隔3个时隙。假如某移动台占用了时隙2（TS2），可它在呼叫期间向远离基站方向移动，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，也会越来越迟地到达基站。如果不采取措施，该时延长至使该移动台在TS2发送的信息与基站在TS3接受到的另一个呼叫信息重迭起来。所以，在呼叫进行期间，必须监视呼叫到达基站的时间，并由系统向移动台发送指令，
12、随着移动台离开基站的距离，逐步指示移动台提前发送的时间，这就是时间的调整。,GSM900系统的组成,京信通信系统,18,二. GSM通信系统关键技术,7. 话音编码 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。 64KbitS的话音分成20ms一段进行编码。 第二阶段：编码。 每20ms话音编成260bit的数码。 即比特速率为：26020=13KbitS,GSM900系统的组成,京信通信系统,19,二. GSM通信系统关键技术,在GSM系统中，由于无线信道的带宽只有200KHz，且 无线信道为变参信道，传输数字信号的误码率高，因此， 话音信号在无线信道上传送之前应进
13、行处理，使话音数字信 号能够适合无线信道的高误码、窄带宽的要求，本节主要讲 述CME 20系统对话音的处理过程，包括PCM编码技术、话 音编码技术、信道编码技术、交织技术、突发脉冲形成技 术、均衡技术、分集接收技术和移动台的构成框图。 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，其编码过程是先对模拟信号进行取 样，再对取样值进行量化，然后进行编码形成数字信号，即 是我们较为熟识的取样、量化、编码的过程。,GSM900系统的组成,京信通信系统,20,二. GSM通信系统关键技术,在现在的公用电话中通常采用这种编码方式，它质量 相应较高，但需要很高的比特速率，公用电话
14、中每个 话路的比特速率为64Kbit/s 。这样高的比特速率不适 应在GSM系统中的无线信道中传输。在公用电话网中用户电路的模拟信号经PCM抽样、量 化、编码后形成每个话路的数字信号速率为64Kbit/s，在 GSM系统中，无线信道也采用数字信号，但每载频的带 宽只有200KHz，如果采用传统的PCM编码方式，则每个 移动台的数字话音比特速率为64Kbit/S，8个用户至少为 512Kbit/S，调制后的频带远远大于200KHz，因此必须采 用其它的编码方式来降低每个话路信息编码所需的比特率。,GSM900系统的组成,京信通信系统,21,二. GSM通信系统关键技术,当前的话音编码方式主要有三
15、种：波形编码、声音编码和混合编码。CME 20系统中采用了混合编码方式。 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。,GSM900系统的组成,京信通信系统,22,二. GSM通信系统关键技术,GSM900系统的组成,京信通信系统,23,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 2
16、60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。,二. GSM通信系统关键技术,GSM900系统的组成,京信通信系统,24,8. 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：,二. GSM通信系统关键技术,GSM900系统的组成,京信通信系统,25,二. GSM通信系统关键技术,假定要发送的信息是一个“0”或是一个“1”。为
17、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、错二个比特和错三或四个比特。由图例可见，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。,GSM900系统的组成,京信通信系统,26,二. GSM通信系统关键技术,在CME 20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
18、 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。,GSM900系统的组成,京信通信系统,27,二. GSM通信系统关键技术,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12,形成378个比特。另外78个不重要比特不予保护。,GSM900系统的组成,京信通信系统,28,二. GSM通信系统关键技术,GSM900系统的组
19、成,京信通信系统,29,二. GSM通信系统关键技术,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。,GSM900系统的组成,京信通信系统,30,二. GSM通信系统关键技术,9。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边续的比特。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
20、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。 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257bit，所以信道编码后的20ms的话音要分成 857bit，即分成8组，要4个帧才能送完。,GSM900系统的组成,京信通信系统,31,二. GSM通信系统关键技术,为克服比特差错经常成串发生，而信道编码只在检测和 校正不太长的差错串时才最有效，利用交织可把一条消息中 相继比特隔开，将它们以非相继的方式发送，从而使成串的 差错化为较短的差错串。 一次交织在20MS话音内进行 二次交织在相邻的
21、两个20MS话音间进行,GSM900系统的组成,京信通信系统,32,二. GSM通信系统关键技术,GSM900系统的组成,京信通信系统,33,在GSM系统中，信道编码器为每一段20ms的话音提 供456个比特，根据上述的交织原理，把456个比特分成 八组，每组57个比特，在4个TDMA帧发送。发送时按非 连续的方式发码，即对它们作交织处理，其发码规律如 图所示，这个比特的处理过程称为第一次交织。第一次 交织是在20ms的话音中进行的。 设某个用户进行通话，每20ms产生一个456bit的话音 帧，假设现有A、B、C、D四帧，每帧第一次交织后形成 8组，每组57个比特，如果每帧的257个比特是取
22、自同一 话音帧并插入同一突发脉串，那么该突发脉冲串如果丧失 将会导致总共丧失25%的比特，而信道编码难以对付丢失 这么多的比特，所以必须在两个话音帧间再来一次交织。,二. GSM通信系统关键技术,GSM900系统的组成,京信通信系统,34,第二次交织是在两个20ms的话音之间进行的，其原理 如图所示，第二次交织后，每串突发脉冲串发送相邻两个 20ms各57个比特的信息，每20ms的话音要分成8个TDMA 帧才能送完。 二次交织将增加系统的时延，但却能经得住丧失整个突 发脉串的打击。因为丧失一个脉冲串只影响每个话音帧比特 数的12.5%，而这是能通过信道编码加以校正的。,二. GSM通信系统关键
23、技术,GSM900系统的组成,京信通信系统,35,跳频 瑞利衰落的衰落图形是与频率相关的，即衰落谷点将 因频率不同而发生在不同的地点。这样如果在呼叫期间， 让载波频率在几个频率点上变化，并假定只在一个频率上 有一衰落谷点，那么仅会损失呼叫的一小部分，而采用复 杂的信号处理过程能重新恢复全部信息内容。这种方法称 为跳频。 在呼叫期间，载波频率在几个频率上变化，以克服瑞 利衰落。因瑞利衰落谷点只是对某一个频点有效，对另一 个频点无效。,二. GSM通信系统关键技术,GSM900系统的组成,京信通信系统,36,另外，跳频与不连续发射可以降低干扰，但当大负荷时， 所有的发信机都同时打开，碰撞的机会很大
24、，跳频的作用 体现不出来。若按照4/12分组方案，邻频碰撞也无妨，但 若采用多频复用技术，邻频的距离小于12，彼此干扰变大， 若采用跳频技术，且负荷不大时，可以减小碰撞机会。,二. GSM通信系统关键技术,GSM900系统的组成,京信通信系统,37,三. GSM通信系统直放站,直放站实际上是一个同频双向放大的中继站。其传输方式是透明的，功能是转发基站和移动台之间的信号，以解决盲区（高楼、会议大厅、地铁车站、高速公路等）信号的覆盖。一般可获得80dB增益，覆盖距BS 35km的地区。 直放站组成由反向天线（施主天线对基站方向）、直放机、前向天线（覆盖天线对盲区）组成。 直放机组成由滤波器、低噪声放大器、线性功率放大器等组成。,
