1、基础理论-无线部分网络发展部第一章 工作频段的分配 321.1 我国 GSM网络的工作频段 .31.2 频道间隔 .31.3 频道配置 .31.4 干扰保护比 .4第二章 数字移动通信技术 52.1 多址技术 52.1.1 频分多址 .52.1.2 时分多址 .62.1.3 码分多址 .62.2 功率控制 7不连续发射（DTX） .82.3 蜂窝技术 92.4 频率复用 .102.4.1 概念 .102.4.2、 频率复用方案 .102.4.3 频率复用距离 .112.5 跳频技术 132.5.1 跳频的种类及各自实现的方法 .132.5.2 跳频的优点 .142.5.3 跳频序列 .152.
2、6 无线路径的损耗和衰落 152.7 移动台和基站的时间调整 .182.8语音的传输过程 .192.8.1 语音编码 .192.8.2 信道编码 .192.8.3 交织技术 .222.8.4 加密 .232.8.5 调制和解调 .23第三章 GSM 系统的无线接口与系统消息 243.1 TDMA信道的概念 243.3 突发脉冲序列（Burst） .253.4信道类型和组合 293.5 逻辑信道与物理信道之间的对应关系 .333.6 系统消息 363.6.1 系统消息的作用 .363.6.2 系统消息包含种类及内容 .36第四章 GSM 通信流程分析 .244.1 小区选择 .244.2 小区重
3、选 .254.3 主叫流程 .294.4 被叫流程 .334.5 切换流程 364.6 位置更新流程 .364.7 鉴权加密流程 .363第一章 工作频段的分配一、我国 GSM网络的工作频段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：890915(移动台发,基站收),935960(基站发,移动台收);DCS1800MHz频段为：17101785(移动台发,基站收),18051880(基站发,移动台收);上行 下行 带宽 载频间隔频点数频点号移动 890-909 移动 935-954 移动 1-94GSM900890-915MH
4、z 联通 909-915 935-960MHz 联通 954-96025MHz1241-124 联通 96-124移动 1710-1720 移动 1805-1815 512-885 移动 512-562GSM18001710-1785MHz 联通 1745-1755 1805-1880MHz 联通 1840-185075MHz374联通 686-735EGSM 880-890MHz 925-935MHz 10MHz200KHz174 二、频道间隔相邻两频点间隔为 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
5、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。三、频道配置绝对频点号和频道标称中心频率的关系为：GSM900MHz频段为: fl(n)=890.2MHz + (n-1)0.2MHz (移动台发,基站收） ；fh(n)=fl(n)+45MHz (基站发,移动台收); n1，124GSM1800MHz频段为： fl(n)=1710.2MHz + (n-512) 0.2MHz (移动台发,基站收） ；fh(n)=fl(n)+95MHz (基站发,移动台收） ；n512，885其中：fl(n)为上行信道频率、fh(n)为下行信道频率,n 为绝对频点号（ARFCN）
6、。注：41、在我国GSM900使用的频段为：905915MHz 上行频率950960MHz 下行频率频道号为76124, 共10M带宽。中国移动公司：905909MH（上行），950954MHz（下行），共4M带宽，20个频道，频道号为7695。（目前通过中国移动TACS网的压频，为GSM网留出了更大的空间，因而GSM实际可用频点号要远大于该范围）中国联通公司：909915MH（上行），954960MHz（下行），共6M带宽，29个频道，频道号为96124。2、目前只有中国移动公司拥有GSM1800网络，拥有1800网络的移动分公司大多申请10M的带宽，频道号为512562。四、干扰保护比载波
7、干扰比（C/I）是指接收到的希望信号电平与非希望信号电平的比值，此比值与 MS的瞬时位置有关。这是由于地形不规则性基本地散射体的形状、类型及数量不同，以及其他一些因素如天线的类型、方向性及高度，站址的标高及位置，当地的干扰源数目等造成的。同频干扰保护比：C/I9dB。所谓 C/I，是指当不同小区使用相同频率时，另一小区对服务小区产生的干扰，它们的比值即 C/I，GSM 规范中一般要求 C/I 9dB；工程中一般加 3dB余量，即要求 C/I12dB邻频干扰保护比：C/I-9dB。 C/A是指在频率复用模式下，邻近频道会对服务小区使用的频道进行干扰，这两个信号间的比值即 C/A。GSM 规范中一
8、般要求 C/A-9dB，工程中一般加3dB余量，即要求 C/A-6dB载波偏离 400kHz的干扰保护比：C/I-41dB5第二章 数字移动通信技术2.1 多址技术多址技术使众多的用户共用公共的通信线路。为使信号多路化而实现多址的方法基本上有三种，它们分别采用频率、时间或代码分隔的多址连接方式，即人们通常所称的频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）三种接入方式。0 用模型表示了这三种方法简单的一个概念。三种多址方式概念示意图FDMA是以不同的频率信道实现通信的，TDMA 是以不同的时隙实现通信的，CDMA 是以不同的代码序列实现通信的。2.1.1 频分多址频分，有时也
9、称之为信道化，就是把整个可分配的频谱划分成许多单个无线电信道（发射和接收载频对），每个信道可以传输一路话音或控制信息。在系统的控制下，任何一个用户都可以接入这些信道中的任何一个。时 间 TDMA时 间FDMA频 率 频 率CDMA频 率时 间 码6模拟蜂窝系统是 FDMA结构的一个典型例子，数字蜂窝系统中也同样可以采用 FDMA，只是不会采用纯频分的方式，比如 GSM系统就采用了 FDMA。2.1.2 时分多址时分多址是在一个宽带的无线载波上，按时间（或称为时隙）划分为若干时分信道，每一用户占用一个时隙，只在这一指定的时隙内收（或发）信号，故称为时分多址。此多址方式在数字蜂窝系统中采用，GSM
10、 系统也采用了此种方式。TDMA是一种较复杂的结构，最简单的情况是单路载频被划分成许多不同的时隙，每个时隙传输一路猝发式信息。TDMA 中关键部分为用户部分，每一个用户分配给一个时隙（在呼叫开始时分配），用户与基站之间进行同步通信，并对时隙进行计数。当自己的时隙到来时，手机就启动接收和解调电路，对基站发来的猝发式信息进行解码。同样，当用户要发送信息时，首先将信息进行缓存，等到自己时隙的到来。在时隙开始后，再将信息以加倍的速率发射出去，然后又开始积累下一次猝发式传输。TDMA的一个变形是在一个单频信道上进行发射和接收，称之为时分双工（TDD）。其最简单的结构就是利用两个时隙，一个发一个收。当手机
11、发射时基站接收，基站发射时手机接收，交替进行。TDD 具有 TDMA结构的许多优点：猝发式传输、不需要天线的收发共用装置等等。它的主要优点是可以在单一载频上实现发射和接收，而不需要上行和下行两个载频，不需要频率切换，因而可以降低成本。TDD 的主要缺点是满足不了大规模系统的容量要求。2.1.3 码分多址码分多址是一种利用扩频技术所形成的不同的码序列实现的多址方式。它不像 FDMA、TDMA 那样把用户的信息从频率和时间上进行分离，它可在一个信道上同时传输多个用户的信息，也就是说，允许用户之间的相互干扰。其关键是信息在传输以前要进行特殊的编码，编码后的信息混合后不会丢失原来的信息。有多少个互为正
12、交的码序列，就可以有多少个用户同时在一个载波上通信。每个发射机都有自己唯一的代码（伪随机码），同时接收机也知道要接收的代码，用这个代码作为信号的滤波器，接收机就能从所有其他信号的背景中恢复成原来的信息码（这个过程称为解扩）。72.2 功率控制功率控制是指在一定范围内，用无线方式来改变移动台或基站（或两者）的传输功率。它的目的同不连续发射（DTX）的目的相同，是为了减少整个系统的干扰，提高频谱利用率，并可延长移动台的电池的寿命。当接收端的接收电平和质量很好时，可以适当的降低对端的传输功率，使通信保持在一定的水平上，这样就能减少对周围地区其它呼叫的干扰。在 GSM 中，对上行链路和下行链路都可使用
13、分别使用功率控制，而且对每个处在专用模式下的移动台独立进行。规范中，规定上行链路的移动台功率控制的范围为 2030dB，根据移动台的功率级别（目前手持机的功率大部分都属 CLASS 4，即最大发射功率为 33 DBMS） ，每一步可改变 2 dB。下行链路的功率控制范围又设备制造商来决定。虽然是否采用上下行的功率控制功能由网络运营商来决定，但所有移动台和基站设备必须支持这一功能。由 BSS 管理两个方向上的功率控制，在专用模式下的移动台的传输功率是由 BSS 来决定的，通过基站 BTS 对上行链路进行的接收电平和接收质量的测量并考虑移动台的最大传输功率，来计算出移动台所需的传输功率，改变移动台
14、功率的命令将同要求的时间提前量值一起在每一个下行的 SACCH 信息块所带的第一层的报头（LAYER 1 HEADER）传送给移动台。移动台将在它的上行的 SACCH 第一层报头设置上它现在所使用的功率电平随测量报告将结果发送给基站。该值为上一个 SACCH 的测量周期的最后一个突发脉冲所使用的功率电平。在下行链路上，将由移动台来测量它对基站的接收电平，再由基站来决定它所需的传输功率，并自动调节。在移动台同基站的连接开始时，由 BSC 来选择移动台和 BTS 的初始传输功率。在初始分配时，移动台根据它在空闲模式时通过收听 BCCH 广播的系统消息所得到的（MsTxPwrMaxCCH）这一参数，
15、来获得在该小区内的最大发射功率。因而移动台在通过随机接入信道 RACH 上接入网络时，都是以 BCCH 上广播的允许的最大发射功率来发送的，当移动台功率低于这一规定值时，将以其最大发射功率发射。但系统也规定在移动台在专用信道上所发出的第一个消息的功率电平也是这个固定值，直到收到在 SDCCH 或 TCH 上SACCH 消息块所携带的功率控制命令时，才开始收系统的控制。当移动台开始收到专用信道上的 SACCH 携带的功率控制消息后，将使用该值进行传输。但一条功率控制的消息并不立即使移动台转换到要求的电平，移动台的功率最大变化速度是每60ms 以 2 dB 来变化。这就意味着一个较大的功率跳跃，比
16、如说 12dB，在下一条 SACCH 所8携带的功率控制命令到来之前仍不会终止（因为一个 SACCH 的测量周期为 480ms）.功率控制与切换是两个独立的过程，切换将在功率控制完成之后执行。当该小区只有一个载频时（O1 站型） ，那么将不允许进行功率控制，因为移动台将一在直测量其邻小区的 BCCH频点的接收电平。不连续发射（DTX）DTX 概述在一个通信过程中，其实移动用户仅有 40%的时间是在通话，大部分时间都没有在传递话音消息，这样将会大大的浪费系统资源。针对这种情况 GSM 便引入了这一不连续发射 DTX 的机制，它通过禁止传输用户认为不需要的无线信号，从而降低干扰电平的方法来提高系统
17、的效率；此外，该机制还能节省移动台的电池，从而延长移动台的待机时间。但在传送数据时，不应使用该功能。GSM 系统有两种传输模式，一种是正常的模式，在这种情况下噪声将于话音具有同样的传输质量。另一种便是不连续发射（DTX）的模式，在这种情况下移动台将仅传送被编码的背景噪音，产生的这种噪声可被称为“舒适噪声” ，该噪声是人为制造的，因而是有规律的周期性的产生的，当它被解码时不会让听者感到厌烦，使用它的主要目的是在不需传送话音的情况下，一方面是为了满足系统的测量所必须的，一方面是为了使听者不会误认为连接中断（即掉话）而故意产生的。DTX 传输模式仅需要很低的速率就能解决，通过在该模式下的话音流每 4
18、80ms 才传送 260 比特的编码。而正常模式下的话音流每 20ms 将产生 260 比特的编码。DTX 模式和正常的模式是可选的，因为在 DTX 模式下时会使传输质量少有下降。特别是当通信双方都是 GSM 的移动用户时，这时由于 DTX 将会在同一条路径下使用两次，这将对通信质量带来比较严重的影响，因此在这种情况下时，一般不允许使用 DTX 模式传输。话音激活检测 VAD为了实现 DTX 这一机制，信源必须能够指示出什么时候要求传输，什么时候不需要。当DTX 模式激活时，编码器必须检测出是话音还是噪声，这就用到了话音检测 VAD 技术。VAD 能通过计算某些信号参数并能通过一些门限值来比较
19、出到底该接收信号是话音还仅是噪声。这种判决基于一个能量准则：噪声的能量总是要比话音的能量低。VAD 技术在每 20ms 的话音块时间内将产生一组门限值，用于判决下一个 20ms 的话音块是话音还是噪声。但是当背景噪声很高时，噪声信号将被 VAD 认为是话音来编码发送。静态描述帧 SID9噪声的编码流程同语音信号的流程基本相同，在采样量化后，每 20ms 将被混合编码器形成一个噪声块。编码后的噪声块，也会象话音块一样生成 260 比特。这将生成 SID 帧，SID 帧将象话音帧一样经历信道编码、交织、加密和调制，最后，携带有噪声消息的字段，将被在8 个连续的突发脉冲中被发送出去。由于在 TCH
20、信道上一个完整的 SACCH 消息块将有 4 个 26 复帧（480ms ） ，为了使对端能够区分出话音帧和 SID 帧，这 8 个连续的突发脉冲将被编排在第三个复帧的开头这一固定位置发送给对端。在这 480ms 的其它时刻，除 SACCH 时隙外将不携带任何消息。应注意，利用20ms 的噪声块编码生成的 SID 帧将与在它之前和在它之后的 SID 帧，在一起完成交织过程。第一个 SID 帧，将与它此前的话音帧和此后的 SID 帧一起完成交织。测量方法DTX 在上行链路和下行链路都可使用，但是它们是毫不相关的两个程序。它们可以各自根据情况由系统参数激活，而不用考虑对方是否激活了该功能。GSM
21、中有两种测量方法：一种被称为是全局测量，该测量是对整个测量周期的 104 个时隙的电平和质量的平均（4 个 TCH的 26 复帧） ；一种被称为是局部测量，它是对 12 个时隙的电平和质量进行测量平均，包括 8个连续的 TCH 突发脉冲以及 4 个携带着测量报告的 SACCH 的突发脉冲。为了一致起见无论系统的上下行是否激活 DTX 功能，基站和移动台都要完成这两种测量方法，由于在 BTS 和移动台的的每个 SACCH 的测量报告都指示了是否应用了不连续传输的模式，根据这一指示BSC 来选择是用全局测量还是局部测量来进行判决。当手机在小区内移动时，它的发射功率需要进行变化。当它离基站较近时，需
22、要降低发射功率，减少对其它用户的干扰，当它离基站较远时，就应该增加功率，克服增加了的路径衰耗。所有的 GSM手机都可以以 2dB为一等级来调整它们的发送功率，GSM900 移动台的最大输出功率是 8W（规范中最大允许功率是 20W，但现在还没有 20W的移动台存在）。DCS1800 移动台的最大输出功率是 1W。相应地，它的小区也要小一些。2.3 蜂窝技术移动通信的飞速发展一大原因是发明了蜂窝技术。移动通信的一大限制是使用频带比较有限，这就限制了系统的容量，为了满足越来越多的用户需求，必须要在有限的频率范围尽可能大地扩大它的利用率，除了采用前面介绍过的多址技术等以外，还发明了蜂窝技术。那么什么
23、是蜂窝技术呢？10移动通信系统是采用一个叫基站的设备来提供无线服务范围的。基站的覆盖范围有大有小，我们把基站的覆盖范围称之为蜂窝。采用大功率的基站主要是为了提供比较大的服务范围，但它的频率利用率较低，也就是说基站提供给用户的通信通道比较少，系统的容量也就大不起来，对于话务量不大的地方可以采用这种方式，我们也称之为大区制。采用小功率的基站主要是为了提供大容量的服务范围，同时它采用频率复用技术来提高频率利用率，在相同的服务区域内增加了基站的数目，有限的频率得到多次使用，所以系统的容量比较大，这种方式称之为小区制或微小区制。下面我们简单介绍频率复用技术的原理。2.4 频率复用2.4.1概念在全双工工
24、作方式中，一个无线电信道包含一对信道频率，每个方向都用一个频率作发射。在覆盖半径为 R的地理区域 C1内呼叫一个小区使用无线电信道 F1，也可以在另一个相距 D、覆盖半径也为 R的小区内再次使用 F1。频率复用是蜂窝移动无线电系统的核心概念。在频率复用系统中，处在不同地理位置（不同的小区）上的用户可以同时使用相同频率的信道（见 0），频率复用系统可以极大地提高频谱效率。但是，如果系统设计得不好，将产生严重的干扰，这种干扰称为同信道干扰。这种干扰是由于相同信道公共使用造成的，是在频率复用概念中必须考虑的重要问题。 C1 C1f1P0 f1P0R RC/I= C/I=D q=D/R2- D/RD/
25、R比2.4.2、 频率复用方案可以在时域与空间域内使用频率复用的概念。在时域内的频率复用是指在不同的时隙里占用相同的工作频率，叫做时分多路（TDM）。在空间域上的频率复用可分为两大类：(1) 两个不同的地理区域里配置相同的频率。例如在不同的城市中使用相同频率的 AM或 FM广播电台。11(2) 在一个系统的作用区域内重复使用相同的频率这种方案用于蜂窝系统中。蜂窝式移动电话网通常是先由若干邻接的无线小区组成一个无线区群，再由若干个无线区群构成整个服务区。为了防止同频干扰，要求每个区群（即单位无线区群）中的小区，不得使用相同频率，只有在不同的无线区群中，才可使用相同的频率。单位无线区群的构成应满足
26、两个基本条件： 若干个单位无线区群彼此邻接组成蜂窝式服务区域 邻接单位无线区群中的同频无线小区的中心间距相等。 一个系统中有许多同信道的小区，整个频谱分配被划分为 K个频率复用的模式，即单位无线区群中小区的个数，如 0所示，其中 K=3、4、7，当然还有其它复用方式，如 K=9、12 等。2.4.3 频率复用距离允许同频率重复使用的最小距离取决于许多因素，如中心小区附近的同信道小区数，地理地形类别，每个小区基站的天线高度及发射功率。频率复用距离 D由下式确定： D3KR其中，K 是图 2-3 中所示的频率复用模式。则：D=3.46R K=4D=4.6R K=7如果所有小区基站发射相同的功率，则
27、 K增加，频率复用距离 D也增加。增加了的频率复用距离将减小同信道干扰发生的可能。从理论上来说，K 应该大些，然而，分配的信道总数是固定的。如果 K太大，则 K个小区中分配给每个小区的信道数将减少，如果随着 K的增加而划分 K个小区中的信道总数，则中继效率就会降低。同样道理，如果在同一地区将一组信道分配给两个不同的工作网络，系统频率效率也将降低。因此，现在面临的问题是，在满足系统性能的条件下如何得到一个最小的 K值。解决它必须估算同信道干扰，并选择最小的频率复用距离 D以减小同信道干扰。在满足条件的情况下，构成单位无线区群的小区个数 K= i2 + ij + j2（i、j 均为正整数，其中一个
28、可为零，但不能两个同时为零），取 i = j = 1，可得到最小的 K值为 K=3（见 0）。12A3A1A2B3B1B2C3C12A3A1A2A3A1A2B3B1B2C3C12C3C12A3A1A2B3B1B2C3C12A3A1A2A3A1A2B3B1B2C3C12C3C12A3A1A2B3B1B2C3C12A3A1A2A3A1A2B3B1B2C3C12C3C12K=31234123412341 K=4 1 1 11213456711K=7N小区复用模式132.5 跳频技术跳频可分为快速跳频和慢速跳频,在 GSM中采用的是慢速跳频,其特点是按照固定的间隔改变一个信道使用的频率.根据 GSM的
29、建议，基站无线信道的跳频是以每一个物理信道为基础的，因此对于移动台来说，只需要在每个帧的相应时隙跳变一次，其跳频速率为 217跳/秒，它在一个时隙内用固定的频率发送和接收，然后在该时隙后需跳到下一个 TDMA帧，由于监视其它基站需要时间，故允许跳频的时间约为 1ms，收发频率为双工频率。但对基站系统来说，每个基站中的 TRX（收发信机）要同时于多个移动台通信，因此，对于每个 TRX来说，能根据通信使用的物理信道，在其每个时隙上按照不同的跳频方案来进行跳变。一、跳频的种类及各自实现的方法GSM中的跳频可分为基带跳频和射频跳频两种。在北电系统中采用的是射频跳频。基带跳频是通过腔体合成器来实现的，而
30、射频跳频是通过混合合成器来实现的。当采用基带跳频时，它的原理是在真单元和载频单元之间加入了一个以时隙为基础的交换单元，通过把某个时隙的信号切换到相应地无线频率上来实现跳频，这种做法的特点是比较简单，而且费用也底。但由于采用的腔体合成器它要求其每个发信机的频率都是固定发射的，当发信机要改动其频率时，只能人工调谐到新的频率上，其话音信号随着时间的变化使用不同频率发射机发射，收发信机在跳频总线上不停的扫描观察，当总线发现有要求使用某一频率时，总线就自动指向拥有该频率的发信机上来发送信号。采用基带跳频的小区的载频数与该小区使用的频点数是一样的。当采用射频跳频时，它是在通过对其每个 TRX的频率合成器进
31、行控制，使其在每个时隙的基础上按照不同的方案进行跳频。它采用的混合合成器对频带的要求十分宽松，每个发信机都可使用一组相同的频率，采用不同的 MAIO加以区分。但它必须有一个固定发射携带有 BCCH的频率的发信机，其他的发信机可随着跳频序列的序列值的改变而改变。两者的区别是：1、基带跳频采用的腔体合成器最多可配置 8个发信机，而且衰耗小，此时衰耗仅为 3.5dB;而射频跳频采用的混合合成器的容量较小,最多可配置 4个发信机,而且衰耗大,当为 H2D时,衰耗为 4.5dB当为 H4D时,衰耗为 8dB.显然,当基站配置较大时,采用混合合成器的基站的覆盖要小.142、腔体合成器对频段的要求不如混合合
32、成器灵活,混合合成器所带的发信机可以使用一组频率,频点的间隔要求为 200K;腔体合成器的发信机仅能使用固定的频率发射,而且所用频点的间隔要求大于 600K.3、基带跳频的每个发信机 TX只能对应一个频点，而射频跳频的每个发信机 TX能够发送所有参与跳频的频点。当使用基带跳频时携带 BCCH频点的 TX若出现故障，则易导致整个小区的瘫痪，而在射频跳频时则不会出现这类情况，因为每个 TX都能发送 BCCH频点，携带 BCCH信道的载频优先级最高，当该载频出现问题时，携带 BCCH信道的 TDMA帧，能够自动通过另一个载频发射出去。二、跳频的优点GSM采用跳频有两个原因,是因为它可起到频率分集和干
33、扰源分集的作用。跳频可起到频率分集的作用。跳频是要保证同一个信息按几个频率发送，从而可提高了传输特性。不同频率的信号所收到的衰落不同，而且随着频率差别增大时，衰落更加独立。对于相距足够远的频率，它们可看做是完全独立的，通过跳频，包括信息一部分的所有突发脉冲不会被瑞利衰落以同一方式破坏。当移动台以高速移动时，在同一信道上接收两个相邻突发脉冲期间（相隔 8个时隙，即4.615ms）,移动台位置的差别对于驱除信号瑞利变化的相关性以足够了,在这种情况下,跳频基本起不到什么作用.然而对于拥有大量手持机的用户的系统是很重要的,因为手持机的用户通常运动速度较慢,或处于静止状态,在此时跳频优越性就显示出来了,
34、它所能提供的增益大概是在 6.5dB左右.跳频可起到干扰源分集作用在业务量密集的地方，网络的容量将受到由于频率复用产生的干扰限制。相对干扰比C/I值（载波电平/干扰电平）可能在呼叫之间变化很大。载波电平随着移动台相对于基站的位置及移动台与基站之间障碍的数量而变化，干扰电平的变化依赖于此频率是否被附近蜂房的另一呼叫使用，它还随着干扰源距离、电平的变化而变化。由于系统的目标是尽可能满足更多用户的需求，当不选用跳频时，如一频点出现干扰时，当用户占用该频点时就会造成通话质量使用户难以忍受，而当使用跳频时，该干扰情况就会被该小区的许多呼叫所共享，整个网络的性能将得到提高。经分析使用跳频的网络可比不采用跳
35、频的网络高出 3dB的增益。15三、跳频序列在小区参数的定义中定义了两个频率组，一个称为小区分配表（CELL ALLOCATION）用来定义该小区所用到的所有频点，另一个被称为移动分配表（MOBILE ALLOCATION）用来定义参与跳频的所有频点。在此值得注意的是，携带有 BCCH的载频，不能用于跳频，因为它携带有FCCH、SCH 及 BCCH信道，需要不停的向该小区的所有手机广播同步消息及系统消息。在 GSM规范中有两个参数用来定义跳频序列，分别是 MAIO（移动分配指针偏移）和 HSN（跳频序列号） 。MAIO因需描述跳频重复功能的起点，所以偏移的可能值与参与跳频的频率数一样多。MA的
36、频点数应在 1到 64之间，产生跳频序列要经过一个十分复杂的算法过程时，参与计算的参数有 FN（当前的帧号及获得的描述帧号的 T1、T2、T3 值） 、MAIO、HSN。HSN值有 64个不同的值，通常一个小区的信道应有相同的 HSN值，不同的 MAIO值，因为这是要避免同一小区信道之间的干扰，当同一小区出现相同的 MAIO后将导致严重的指派失败率。两个拥有相同 HSN不同 MAIO的信道，不会在同一突发脉冲使用相同的频率。相反，当两个使用同一跳频组，MAIO 也相同的但 HSN不同的信道，它只会对突发脉冲的 1/n干扰。MS可以由系统广播消息中提供的小区参数来根据算法导出跳频序列和小区的跳频
37、序列号。在使用同一跳频组的相邻小区中，应注意使用不同的 HSN，该做法可获得干扰源分集增益。但注意应尽量避开使用 HSN=0的情况（它是循环跳频） ，因为它会导致低质量的干扰源分集。2.6 无线路径的损耗和衰落当移动台和基站的距离逐渐增加时，所收到的信号会越来越弱，这就是发生了路径损耗。路径损耗不仅与载频频率、传播速度有关，而且还与传播地形和地貌有关。下面让我们具体研究一下损耗产生的各种原因。1、自由空间信号强度的传播衰落自由空间是指相对于介电参数和相对导磁率均为一的均匀介质所存在的空间 它是一个理想的无限大的空间，是为了减化问题的研究而提出的一种科学的抽象。在自由空间的传播衰16落我们不考虑
38、其它衰落因素，仅考虑由能量的扩散而引起的损耗。通过研究我们发现该衰落符合以下公式的规律：Pr=Pt(/4d) 2 .G1G2其中，Pr 为接收机的接收功率，Pt 为发射机的发射功率（单位为瓦或毫瓦） ， 为波长（即c/f） ，d 为接收机和发射机之间的距离，G 1为发射机的天线增益，G 2为接收机的天线增益。从公式中我们可以看出，如果将其它参数保持不变仅使工作频率 f 或传播距离 d 提高一倍，则其接收功率就为发射功率的四分之一，即自由空间的传播损耗就增加了 6dB。然而在实际上电波还要受到诸如平地面的吸收、反射和曲率地面的绕射以及地面上覆盖物等产生的传输损耗的影响。因而采取更为复杂的模型如爱
39、立信的 Okomura模型更接近实际，Okomura 模型如下：Lp(城区)=69.55+26.16logf-13.82logh b+(44.9-6.55loghb)logd-a(hm)Lp(农村)= Lp(市区)-2log(f/28) 2-5.4Lp(开阔地带)= Lp(市区)-4.78（logf） 2+18.33logf-40.94其中，Lp 为无线衰耗， f为载波频率（适用于 GSM900M频段） ，h b基站天 线高度（30 200m） ，d 为基站与移动台的距离（1 20km）,h m为移动台的天线至地面的高度（1-10m）.Okomura模型在大量实测场强数据的基础上，采用数理统计
40、分析方法，确认了市区移动通信场强预测模型，它适用于市区和郊区的各种不同条件，是一个比较全面的模式，此模式被目前移动通信场强预测广泛采用，必须指出在使用该模式时必须结合本地的地形地物特性做必要的修正。对非理想地面的条件下的更好近似是平均信号强度与距离的四次方成反比。2、对数正态衰落常常在移动台和基站之间有高大建筑物、树林和高低起伏的地势地貌，这些障碍物的阻挡造成电磁场的阴影，产生了阴影效应，致使接收信号强度下降。经过大量的野外测试表明，这种衰落服从对数正态衰落，它的接收信号的中值电场与基站和移动台的距离的四次方成反比。由于这种场强的变化随着地理位置改变而较慢的变化，故称为慢衰落。又因为其接收场强
41、中值是受电磁场阴影而变化的所以又称为阴影衰落。其次，大气折射条件的变化使多径信号相对时延变化，造成同一地点场强中值随时间的慢变化，但这种变化远小于地形因素的影响，这也是产生慢衰落的一种原因，因此由于季节不同、气候不同等对无线信号的影响也就不同3、多径传播引起的衰落17移动通信信道是一种多径衰落信道,发射的信号在城市中常常会受到建筑物或地形的阻挡要经过直射、反射、散射等多种传播路径才到达接收端，而且随着移动台的移动，各条传播路径上的信号幅度时延及相位随时随地发生的变化，所以接收到的信号是起伏不稳定的这些多径信号相互迭加产生的矢量和就会形成一个严重的衰落谷点，使矢量和非常接近为零。迭加后的信号幅度
42、变化符合瑞利分布，因而又被称为瑞利衰落。瑞利衰落随时间而急剧变化，又常常被称为快衰落。根据理论推导，衰落最快时为每秒 2V/ 次（V 为移动速度， 为信号波长）严重衰落时深度达（2040）dB，这将严重的影响信号传播质量，从这里可以看出在经历衰落谷点的时间取决于移动台的运动速度及发射的工作频率，作为一种近似，两谷点之间的的距离可以认为是半个波长，对于 900MHz频带，它约为 17cm。根据该公式还可以看出当采用1800MHz时两衰落谷点的时间是 900 MHz的一半。瑞利衰落在开阔地带的对通信影响要小一些。4、多普勒频移快速运动的移动台还会发生多普勒频移现象，这是因为在移动台高速运动时接收和
43、发送信号将导致信号频率将发生偏移而引起的干扰。多普勒频移符合下面的公式：fI=f0-fDcos I= f0-（v/）cos IfI为合成后的频率，f 0为工作频率，f D为最大多普勒频移， I为多径信号合成的传播方向与移动台行进方向的夹角，v 为移动台的运动速度， 为波长，当移动台快速远离基站时为fI=f0-fD，当移动台快速靠近基站时为 fI=f0+fD。当运动速度过高时，多普勒频移的影响必须考虑，而且工作频率越高，频移越大。2.7 TA(移动台和基站的时间调整)移动台收发信号要求有 3 个时隙的间隔,由于移动台是利用同一个频率合成器来进行发射和接收的.因而在接收和发送信号之间应有一定的间隔
44、。从基站的角度上来看，上行链路的编排方式可由下行链路的编排方式延迟 3 个突发脉冲获得。这 3 个突发脉冲的延时对于整个 GSM 网络是个常数。典型的移动台在一个时隙间接收，在频率上平移 45MHz，经过一段时间（ 3 个突发脉冲减去传播的校正时间后发送，然后可能再次平移监视其它信道，并使接收频率移动到能重新开始整个周期。在通信过程中，如移动台在呼叫期间向远离基站的方向上移动，因而从基站发出的消息将越来越迟的到达移动台。与此同时，移动台的应答信息也会越来越迟的到达基站.如不采取措施，该时延长至当基站收到该进动台在本时隙上发送的消息会与基站在其下一个时隙收到的另一个呼叫信息重叠起来，而引起干扰。
45、因此，在呼叫进行期间由移动台向发送的基站 SACCH 上的测量报告的报头上携带着由移动台测量的时延值，而基站必须监视呼叫到达的时间，并 BTS 在下行的 SACCH 的系统报告上每次两秒的频次向移动台发出指令，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。在 GSM 中被称为时间提前量 TA。时间提前量值可以由 0 至 233us，该值会影响到小区的无线覆盖，在给定光速下，GSM 小区的无线覆盖半径最大可达到 35km，这个限制值是由于 GSM 定时提前的编码是在 063 之间。基站最大覆盖半径算法如下：3.7us633108m/s2=35km其中，3.7us:每个
46、比特的时长；63：时间调整的最大比特数；310 8m/s:光速。但在某些情况下，客观需要基站能覆盖更远的地方，比如在沿海地区，如需用来覆盖较大范围的一些海域或岛屿。这种覆盖在 GSM 中是能实现的，代价是须减少每载频所容纳的信道数，办法是仅使用 TN为偶数的信道（因为 TN0必须用做 BCCH），空出奇数的 TN，来获得较大的保持时间。这在北电中被称为扩展小区技术,这一技术有专门的接收处理.这样定时提前的编码将会增大一个突发脉冲的时长。即基站的最大覆盖半径为：3.7us(63+156.25)3108m/s2=120km192.8 语音的传输过程2.8.1语音编码由于 GSM系统是一种全数字系统
47、，话音和其它信号都要进行数字化处理，因此移动台首先要将语音信号转换成模拟电信号，以及其反变换，移动台再把这模拟电信号转换成 13Kbit/s的数字信号，用于无线传输。下面我们主要讲一下 TCH全速率信道的编码过程。目前 GSM采用的编码方案是 13 Kbit/s的 RPELTP（规则脉冲激励长期预测），其目的是在不增加误码的情况下，以较小的速率优化频谱占用，同时到达与固定电话尽量相接近的语音质量。它首先将语音分成 20ms为单位的语音块，再将每个块用 8 KHZ抽样，因而每个块就得到了 160个样本。每个样本在经过 A率 13比特（ 率 14比特）的量化，因为为了处理 A率和 率的压缩率不同，
48、因而将该量化值又分别加上了 3个或 2个的“0”比特，最后每个样本就得到了 16比特的量化值。因而在数字化之后，进入编码器之前，就得到了 128Kbit/s的数据流。这一数据流的速率太高了以至于无法在无线路径下传播，因而我们需要让它通过编码器的来进行编码压缩。如果用全速率的译码器的话，每个语音块将被编码为 260比特，最后形成了 13Kbit/s的源编码速率。此后将完成信道的编码。在 BTS侧将能够恢复 13Kbit/s的源速率，但为了形成 16Kbit/s的 TRAU帧以便于在ABIS和 ATER接口上传送，因而需再增加 3Kbit/s的信令，它可用于 BTS来控制远端TCU的工作，因而被称
49、为带内信息。这 3Kbit/s将包括同步和控制比特（包括坏帧指示、编码器类型、DTX 指示等）。总之，带内信息将能使 TCH，知道信息的种类（全速率语音、半速率语音、数据），以及采用何种适用的方法用于上行和下行的传输。在 TCU侧，通过为了适应 PSTN网络 64Kbit/s的传输，因而在它其中的码型速率转换板将完成将速率由 13Kbit/s转换为 64Kbit/s的工作，2.8.2 信道编码信道编码用于改善传输质量，克服各种干扰因素对信号产生的不良影响，但它是以增加比特降低信息量为代价的。编码的基本原理是在原始数据上附加一些冗余比特信息，20增加的这些比特是通过某种约定从原始数据中经计算产生的，接收端的解码过程利用这些冗余的比特来检测误码并尽可能的纠正误码。如果收到的数据经过同样的计算所得的冗余比特同收到不一样时，我们就可以确定传输有误。根据传输模式不同，在无线传输中使用了不同的码型。GSM使用的编码方式主要有块卷积码、纠错循环码（FIRE CODE） 、奇偶码（PARITY CODE） 。块卷积码主要用于纠错，当解调器采用最大似然估计方法时，可以产生十分有效的纠错结果。纠错循环码主要用于检测和
