GSM基础知识资料1.doc

1、1GSM基础知识数据From: http:/ GSM 的发展历史1.1 GSM 的历史背景 1.2 GSM 系统技术规范 二、 GSM 通信系统 2.1 系统的组成 2.2 交换网络子系统 2.3 无线基站子系统 2.4 移动台 2.5 操作维护子系统 三、 GSM 关键技术 3.1 工作频段的分配 3.2 时分多址(TDMA)技术 3.3 时分多址帧结构 3.4 空间分集 3.5 时间色散和均衡 3.6 基站与移动台间的时间调整 3.7 话音编码 3.8 信道编码 3.9 交织技术 3.10 跳频技术 3.11 保密措施 四、 GSM 网络结构 4.1 全国 GSM 的网络结构 4.2 省内

2、 GSM 的网络结构 4.3 移动业务本地网的网络结构 4.4 信令网络结构 五、 编号计划与拨号方式 5.1 编号方式 5.2 拨号方式 六、 GSM 网支持的业务 36.1 电信业务 6.2 承载业务 6.3 补充业务 6.4 移动台支持的功能 七、 SIM 卡 7.1 概述 7.2 SIM 卡简介 7.3 SIM 卡功能 7.4 SIM 卡管理 八、 呼叫处理 8.1 客户状态 8.2 周期性登记 8.3 初始化8.4 位置更新 8.5 切换 8.6 寻呼 8.7 MS 主叫8.8 MS 被叫8.9 释放 8.10 主要接续流程4一、 GSM 数字移动通信发展史 1.1 GSM 系统历史

3、背景 GSM 数字移动通信系统是由欧洲主要电信运营者和制造厂家组成的标准化委员会设计出来的，它是在蜂窝系统的基础上发展而成。 蜂窝系统的概念和理论二十世纪六十年代就由美国贝尔实验室等单位提了出来，但其复杂的控制系统，尤其是实现移动台的控制直到七十年代随着半导体技术的成熟，大规模集成电路器件和微处理器技术的发展以及表面贴装工艺的广泛应用，才为蜂窝移动通信的实现提供了技术基础。直到 1979 年美国在芝加哥开通了第一个 AMPS(先进的移动电话业务)模拟蜂窝系统，而北欧也于 1981 年 9 月在瑞典开通了 NMT(Nordic 移动电话) 系统，接着欧洲先后在英国开通 TACS 系统，德国开通

4、C450 系统等。见表 1-1。 表 1-1 1991 年欧洲主要蜂窝系统国家 系统 频带 建立日期 用户数( 千) 英国 TACS 900 1985 1200瑞典、挪威芬兰、丹麦NMT 450900198119861300法国 Radiocom2000NMT450,9004501985198930090意大利 RTMSTACS4509001985199060560德国 C-450 450 1985 600瑞士 NMT 900 1987 180荷兰 NMT 45090019851989130奥地利 NMTTACS450900198419906060西班牙 NMTTACS450900198219

5、906060蜂窝移动通信的出现可以说是移动通信的一次革命。其频率复用大大提高了频率利用率并增大系统容量，网络的智能化实现了越区转接和漫游功能，扩大了客户的服务范围，但上述模拟系统有四大缺点：1. 各系统间没有公共接口；2. 很难开展资料承载业务；53. 频谱利用率低无法适应大容量的需求；4. 安全保密性差，易被窃听，易做“假机” 。尤其是在欧洲系统间没有公共接口相互之间不能漫游，对客户之间造成很大的不便。 GSM 数字移动通信系统史源于欧洲。早在 1982 年，欧洲已有几大模拟蜂窝移动系统在运营，例如北欧多国的 NMT（北欧移动电话）和英国的 TACS（全接入通信系统） ，西欧其它各国也提供移

6、动业务。当时这些系统是国内系统，不可能在国外使用。为了方便全欧洲统一使用移动电话，需要一种公共的系统，1982 年北欧国家向 CEPT（欧洲邮电行政大）提交了一份建议书，要求制定 900MHz 频段的公共欧洲电信业务规范。在这次大会上就成立了一个在欧洲电信标准学会（ETSI）技术委员会下的“ 移动特别小组Group SpecialMobile）简称“GSM” ，来制定有关的标准和建议书。 1986 年在巴黎，该小组对欧洲各国及各公司经大量研究和实验后所提出的 8 个建议系统进行了现场实验。 1987 年 5 月 GSM 成员国就数字系统采用窄带时分多址 TDMA、规则脉冲激励线性预测 RPE

7、一 LTP 话音编码和高斯滤波最小移频键控 GMSK 调制方式达成一致意见。同年，欧洲 17 个国家的运营者和管理者签署了谅解备忘录（MoU） ，相互达成履行规范的协议。与此同时还成立了 MoU 组织，致力于 GSM 标准的发展。 1990 年完成了 GSM900 的规范，共产生大约 130 项的全面建议书，不同建议书经分组而成为一套 12 系列。 1991 年在欧洲开通了第一个系统，同时 MoU 组织为该系统设计和注册了市场商标，将 GSM 更名为“ 全球移动通信系统” （Globa1 system for Mobile communications） 。从此移动通信跨入了第二代数字移动通信

8、系统。同年，移动特别小组还完成了制定 1800MHz频段的公共欧洲电信业务的规范，名为 DCSI800 系统。该系统与 GSM900 具有同样的基本功能特性，因而该规范只占 GSM 建议的很小一部分，仅将 GSM900 和 DCSI800 之间的差别加以描述，绝大部分二者是通用的，二系统均可通称为 GSM 系统。 1992 年大多数欧洲 GSM 运营者开始商用业务。到 1994 年 5 月已有 50 个 GSM 网在世界上运营，10 月总客户数已超过 400 万，国际漫游客户每月呼叫次数超过 500 万，客户平均增长超过 50。 1993 年欧洲第一个 DCSI800 系统投入运营。到 199

9、4 年已有 6 个运营者采用了该系统。1.2 GSM 系统技术规范 GSM 系统技术规范中只对功能和接口制定了详细规范，未对硬件做出规定。这样做目的是尽可能减少对设计者限制，又使各运营者有可能购买不同厂家的设备。 GSM 系统技术规范共分 12 章： 6系列 01 概述 02 业务方面 03 网络方面 04 MS-BS 接口与协议 05 无线路径上的物理层 06 话音编码规范 07 MS 的终端适配器 08 BS-MSC 界面 09 网络互通 10 业务互通 11 设备和型号认可规范12 操作和维护 这些系列规范都是由 ETSI 组建的不同工作组和专家组编写而成的。1988 年春天完成第一阶段

10、标准的第一个版本，以支撑当时的投标活动。后来修改过几次，1990 年以后除了传真方面的规范外，其它很少作改动，1992 年底基本冻结。第二阶段标准到 1993 年底也基本完成了主要部分，并与 1994 年底冻结，为了提高系统的性能，从 1994 年 6 月又开始考虑第 2阶段的有关标准的定义，后并入第二阶段标准，并宣布还会有第三阶段的标准。实际上由于第三代移动通信系统的提出，已中止第三阶段标准。 为了保证 GSM 网络内现有的和将来的业务开展，在制定标准时必须考虑兼容性的要求。 二、GSM 通信系统 2.1 系统的组成 蜂窝移动通信系统主要是由交换网络子系统（NSS） 、无线基站子系统(BSS

11、)和移动台（MS ）三大部分组成，如图 21 所示。其中 NSS 与 BSS 之间的接口为“A”接口，BSS 与MS 之间的接口为“Um”接口。在模拟移动通信系统中， TACS 规范只对 Um 接口进行了规定，而未对 A 接口做任何的限制。因此，各设备生产厂家对 A 接口都采用各自的接口协议，对 Um 接口遵循 TACS 规范。也就是说，NSS 系统和 BSS 系统只能采用一个厂家的设备，7而 MS 可用不同厂家的设备。 图 21 蜂窝移动通信系统的组成 由于 GSM 规范是由北欧一些运营公司“炒” 出的规范，运营公司当然喜欢花最少的投资，用最好的设备来建最优良的通信网，因此 GSM 规范对系

12、统的各个接口都有明确的规定。也就是说，各接口都是开放式接口。 GSM 系统框图如图 2-2，A 接口往右是 NSS 系统，它包括有移动业务交换中心（MSC） 、拜访位置寄存器（VLR） 、归属位置寄存器（HLR ） 、鉴权中心（AUC）和移动设备识别寄存器（EIR） ，A 接口往左 Um 接口是 BSS 系统，它包括有基站控制器（BSC）和基站收发信台（BTS） 。Um 接口往左是移动台部分（MS ） ，其中包括移动终端（MS）和客户识别卡（SIM ） 。 图 22 GSM 系统框图 在 GSM 网上还配有短信息业务中心（SC） ，即可开放点对点的短信息业务，类似数字寻呼业务，实现全国联网，又

13、可开放广播式公共信息业务。另外配有语音信箱，可开放语音留言业务，当移动被叫客户暂不能接通时，可接到语音信箱留言，提高网络接通率，给运营部门增加收入。 2.2 交换网络子系统 8交换网络子系统（NSS）主要完成交换功能和客户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能。 NSS 由一系列功能实体所构成，各功能实体介绍如下： MSC：是 GSM 系统的核心，是对位于它所覆盖区域中的移动台进行控制和完成话路交换的功能实体，也是移动通信系统与其它公用通信网之间的接口。它可完成网络接口、公共信道信令系统和计费等功能，还可完成 BSS、MSC 之间的切换和辅助性的无线资源管理、移动性管理等。另外，为了建立

14、至移动台的呼叫路由，每个 MS、还应能完成入口MSC（GMSC）的功能，即查询位置信息的功能 。 VLR：是一个数据库，是存储 MSC 为了处理所管辖区域中 MS（统称拜访客户）的来话、去话呼叫所需检索的信息，例如客户的号码，所处位置区域的识别，向客户提供的服务等参数。 HLR：也是一个数据库，是存储管理部门用于移动客户管理的数据。每个移动客户都应在其归属位置寄存器（HLR）注册登记，它主要存储两类信息：一是有关客户的参数；二是有关客户目前所处位置的信息，以便建立至移动台的呼叫路由，例如 MSC、VLR 地址等。 AUC：用于产生为确定移动客户的身份和对呼叫保密所需鉴权、加密的三参数（随机号码

15、 RAND，符合响应 SRES，密钥 Kc）的功能实体。 EIR：也是一个数据库，存储有关移动台设备参数。主要完成对移动设备的识别、监视、闭锁等功能，以防止非法移动台的使用。 2.3 无线基站子系统 BSS 系统是在一定的无线覆盖区中由 MSC 控制，与 MS 进行通信的系统设备，它主要负责完成无线发送接收和无线资源管理等功能。功能实体可分为基站控制器（BSC）和基站收发信台（BTS） 。 BSC：具有对一个或多个 BTS 进行控制的功能，它主要负责无线网络资源的管理、小区配置数据管理、功率控制、定位和切换等，是个很强的业务控制点。 BTS：无线接口设备，它完全由 BSC 控制，主要负责无线传

16、输，完成无线与有线的转换、无线分集、无线通道加密、跳频等功能。 2.4 移动台 移动台就是移动客户设备部分，它由两部分组成，移动终端(MS)和客户识别卡（SIM） 。移动终端就是“机” ，它可完成话音编码、信道编码、信息加密、信息的调制和解调、信息发射和接收。 SIM 卡就是“身份卡” ，它类似于我们现在所用的 IC 卡，因此也称作智慧卡，存有认证客户身份所需的所有信息，并能执行一些与安全保密有关的重要信息，以防止非法客户进9入网络。SIM 卡还存储与网络和客户有关的管理数据，只有插入 SIM 后移动终端才能接入进网，但 SIM 卡本身不是代金卡。 2.5 操作维护子系统 GSM 系统还有个操

17、作维护子系统（OMC） ，它主要是对整个 GSM 网络进行管理和监控。通过它实现对 GSM 网内各种部件功能的监视、状态报告、故障诊断等功能。OMC 与MSC 之间的接口目前还未开放，因为 CCITT 对电信网络管理的 Q3 接口标准化工作尚未完成。 三、GSM 关键技术 3.1 工作频段的分配 （1）工作频段 见图 3-1。我国陆地公用蜂窝数字移动通信网 GSM 通信系统采用 900MHz 频段： 950 905 = 45905915（移动台发、基站收） 上行 950960（基站发、移动台收） 下行随着业务的发展，可视需要向下扩展，或向 1.8GHz 频段的 DCSI800 过渡，即1800

18、MHz 频段： 1805 1710 = 9517101785（移动台发、基站收） 上行18051880（基站发、移动台收） 下行10图 3-1 我国陆地蜂窝移动体系系统频段分配图 （2）频道间隔 相邻两频道间隔为 200kHz，每个频道采用时分多址接入（ TDMA）方式，分为 8 个时隙，即 8 个信道（全速率） 。每通道占用带宽 200kHz8=25kHz，同模拟网 TACS 制式每个信道占用的频率带宽。从这点看二者具有同样的频谱利用率。 将来 GSM 采用半速率话音编码后，每个频道可容纳 16 个半速率信道。 （3）频道配置 采用等间隔频道配置方法，频道序号为 76124，共 49 个频点

19、（见图 3-2） 。频道序号和频点标称中心频率的关系为： 图 3-2 900MHz 频段数字蜂窝移动通信网的频道配置 fl(n)= 890.200MHz （n-1） 0.200MHz 移动台发，基站收 fh(n)= fl(n) 45MHz 基站发，移动台收 n= 76124 频道 （4）双工收发间隔：45kHz 。与模拟 TACS 系统相同。 发射标识：业务通道发射标识为 271KF7W；控制通道发射标识为 271KF7W。 271K F 7 W 必要带宽 271kHz 主载波调制方式： 调频 调制主载波的信号性质： 包含量化或数字信息的双信道或多信道 被发送信息的类型： 电报传真数据、遥测、

20、遥控、电话视频的组合 （5）干扰保护比 11载波干扰保护比（CI）就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及本地散射体的形状、类型及数量不同，以及其它一些因素如天线类型、方向性及高度，站址的标高及位置，当地的干扰源数目等所造成的。 GSM 规范中规定： 同频道干扰保护比： C/I 9dB 邻频道干扰保护比： C/I - 9dB 载波偏离 400kHz 时的干扰保护比： C/I - 41dB （6）频率复用方式 频率复用是指在不同的地理区域上用相同的载波频率进行覆盖。这些区域必须隔开足够的距离，以致所产生的同频道及邻频道干扰的影响可忽

21、略不计。 频率复用方式就是指将可用频道分成若干组，若所有可用的频道 N（如 49）分成 F 组（如 9 组） ，则每组的频道数为 NF （49/9 5.4 即有些组的频道数为 5 个，有些为 6 个，见图 3-3） 。 图 3-3 900MHz 39 方式频道分配图 因总的频道数 N 是固定的，所以分组数 F 越少则每组的频道数就越多。但是，频率分12组数的减少也使同频道复用距离减小，导致系统中平均 CI 值降低。因此，在工程实际使用中是把同频干扰保护比 C I 值加 3dB 的冗余来保护，采用 12 分组方式，即 4 个基站，12 组频率(见图 3-2 和图 3-4 所示) 。 图 3-4

22、频率复用方式 对于有向天线而言，天线可采用 120或 60的定向天线，形成三叶草小区，即把基站分成 3 个扇形小区。如采用 412 复用方式，每个小区最大可用到 5 个频道，一般的也可用到 4 个频道。如采用 39 复用方式，则每个小区可用到 6 个或 5 个频道。 对于无方向性天线，即全向天线建议采用 7 组频率复用方式，其 7 组频率可从 12 组中任选，但相邻频率组尽量不在相邻小区使用(见图 3-5)。业务量较大的小区可借用剩余的频率组，如使用第 9 组的小区可借用第 2 组频率等。 图 3-5 7 小区分组 以上所谈每小区可用频道数都是在可用频段为 10MHz 情况下，目前 10MHz

23、 中 4MHz为邮电部使用，另 6MHz 为“中国联通公司”使用。从频道序号来看，7695 为邮电部使用，95124 为“中国联通公司” 使用。这样，邮电部建的 GSM 数字移动通信网如采用 412 频率复用方式时，每小区可用频道数最大仅有 2 个(16 个通道 )，有些只能用到 1 个(8 个通道)。为此，邮电部下属大部分邮电管理局将 4MHz 带宽向下端扩展 2MHz，即占用模拟 B 网2MHz，使 GSM 数字移动通信网从可用频道 7695(20 个 )扩展到 6695(30 个) ，412 方13式每个小区一般可用 3 个频道(24 信道) ，最小也能用到 2 个频道(16 个信道)。

24、 (7) 保护带宽：400kHz 当一个地区数字移动通信系统与模拟移动通信系统共存时，两系统之间(频道中心频率之间) 应有约 400kHz 的保护带宽，通常是由模拟 B 网预留。邮电部的数字移动通信系统与“中国联通公司 ”的数字移动通信系统之间也应有 400kHz 的保护带宽，即它们之间少用一个频道，或由邮电部一方预留，或由“中国联通公司”一方预留。 三、GSM 关键技术 3.2 时分多址技术（TDMA） 多址技术就是要使众多的客户公用公共通信通道所采用的一种技术。实现多址的方法基本上有三种，即采用频率、时间或码元分割的多址方式，人们通常称它们为频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分

25、多址（CDMA）。在传统的无线电广播中，均采用频分多址（FDMA ）方式，每个广播信道都有一个频点，如果你要收听某一广播信道，则必须把你的收音机调谐到这一频点上。模拟蜂窝移动系统也采用了此技术，某一小区中的某一客户呼叫占用了一个频点，即一个通道（实际上是占用两个，因为是双向连接，即双工通信），则其它呼叫就不能再占用。 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，每一时隙为一个通道，因此，一个 TRX 最多可有 8 个移动客户同时使用，见图 36 所示。 图 36 频分多址和时分多址方式 图中所示（a 为 FDMA，b 为 TD

26、MA）是一个方向的情况，在相反方向上必定有一组对应的频率（FDMA）时隙（TDMA）。 TDMA 系统具有如下特性： (1) 每载频多路。如前所述，TDMA 系统形成频率时间矩阵，在每一频率上产生多个时隙，这个矩阵中的每一点都是一个通道，在基站控制分配下，可为任意一移动客户提供电话或非话业务。 14 突发脉冲序列传输。移动台信号功率的发射是不连续的，只是在规定的时隙内发射脉冲序列。 传输速率高，自适应均衡。每载频含有时隙多，则频率间隔宽，传输速率高，但数字元元传输带来了时间色散，使时延扩展量加大，则务必采用自适应均衡技术。 传输开销大。由于 TDMA 分成时隙传输，使得收信机在每一突发脉冲序列

27、上都得重新获得同步。为了把一个时隙和另一个时隙分开，保护时间也是必须的。因此，TDMA 系统通常比 FDMA 系统需要更多的开销。 (5) 对于新技术是开放的。例如当话音编码算法的改进而降低比特速率时，TDMA 系统的信道很容易重新配置以接纳新技术。 共享设备的成本低。由于每一载频为许多客户提供业务，所以TDMA 系统共享设备的每客户平均成本与 FDMA 系统相比是大大降低了。 移动台较复杂。它比 FDMA 系统移动台完成更多的功能，需要复杂的数字元元信号处理。 三、GSM 关键技术 3.3 时分多址(TDMA)帧结构 （1）TDMA 通道概念 GSM 中的信道分为物理信道和逻辑信道，一个物理

28、信道就为一个时隙(TS)，而逻辑信道是根据 BTS 与 MS 之间传递的信息种类的不同而定义的不同逻辑信道 。这些逻辑信道映像到物理信道上传送。从 BTS 到 MS 的方向称为下行链路，相反的方向称为上行链路。 逻辑信道又分为两大类，业务信道和控制信道。 业务通道（TCH）：用于传送编码后的话音或客户数据，在上行和下行通道上，点对点（BTS 对一个 MS，或反之）方式传播。 控制通道：用于传送信令或同步数据。根据所需完成的功能又把控制信道定义成广播、公共及专用三种控制通道，它们又可细分为： 广播通道（BCH）: -频率校正信道（FCCH）：携带用于校正 MS 频率的消息，下行信道，点对多点（B

29、TS 对多个 MS）方式传播。 -同步通道（ SCH）：携带 MS 的帧同步（TDMA 帧号）和 BTS 的识别码（BSIC）15的信息，下行信道，点对多点方式传播。 -广播控制通道（BCCH）：广播每个 BTS 的通用信息（小区特定信息） 。下行，点对多点方式传播。 公共控制通道（CCCH） : -寻呼通道（PCH）：用于寻呼（搜索）MS。下行，点对多点方式传播。 -随机接入通道（RACH）：MS 通过此通道申请分配一个独立专用控制通道（SDCCH） ，可作为对寻呼的响应或 MS 主叫登记时的接入。上行信道，点对点方式传播。 -允许接人通道（AGCH）：用于为 MS 分配一个独立专用控制通道

30、（SDCCH） 。下行信道，点对点方式传播。 专用控制通道(DCCH)： -独立专用控制通道（SDCCH）：用在分配 TCH 之前呼叫建立过程中传送系统信令。例如登记和鉴权在此通道上进行。上行和下行信道，点对点方式传播。 -慢速随路控制通道（SACCH）：它与一个 TCH 或一个 SDCCH 相关，是一个传送连续信息的连续数据信息，如传送移动台接收到的关于服务及邻近小区的信号强度的测试报告。这对实现移动台参与切换功能是必要的。它还用于 MS 的功率管理和时间调整。上行和下行信道，点对点方式传播。 -快速随路控制通道（FACCH）：它与一个 TCH 相关。工作于借用模式，即在话音传输过程中如果突

31、然需要以比 SACCH 所能处理的高得多的速度传送信令信息，则借用20ms 的话音（数据）来传送。这一般在切换时发生。由于语音译码器会重复最后 20ms 的话音，因此这种中断不被用户查觉。 控制信道的配置是依据每小区（BTS）的载频（TRX）数而定的，见图 3-7 所示。在使用 6MHz 带宽的情况下，每小区最多两个控制信道，当某小区配置一个载频时，仅需一个控制通道。 图 37 小区信令信道配置 16（2）TDMA 帧 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

32、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 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通道 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。复帧分为两种类型（见图 3-8 所示） 。 图 38 帧结构图 26 帧的复帧-它包括 26 个 TDMA 帧，持续时长 120ms,51 个这样的复

33、帧组成一个超帧。这种复帧用于携带 TCH（和 SACCH 加 FACCH） 。 51 帧的复帧-它包括 51 个 TDMA 帧，持续时长 306013ms。26 个这样的复帧组成一个超帧。这种复帧用于携带 BCH（业务通道）和 CCCH（公共控制通道） 。 （3）突发脉冲序列（Burst） TDMA 信道上一个时隙中的信息格式称为突发脉冲序列 。共有五种类型。 普通突发脉冲序列（NB）：用于携带 TCH 及除 RACHA，SCH 和 FCCH 以外的控制信道上的信息，图 3-9 所示， “57 个加密比特”是客户资料或话音，再加 “1”个比特用作借用标志。借用标志是表示此突发脉冲序列是否被 F

34、ACCH 信令借用。 “26 个训练比特”是一串已知比特，用于供均衡器产生信道模型（一种消除时间色散的方法） 。 “TB”尾比特总是 000 帮助均衡器判断起始位和中止位。 “GP”保护间隔，8.25 个比特（相当于大约 30s） ，是一个空白空间。由于每载频最多 8 个客户，因此必须保证各自时隙发射时不相互重迭。尽管使用了时间调整方案，但来自不同移动台的突发脉冲序列彼此间仍会有小的滑动，因此 8.25 个比特的保护可使发射机在 GSM 建议许可范围内上下波动。 17图 39 普通突发脉冲序列 频率校正突发脉冲序列（FB）：用于移动台的频率同步，它相当于一个带频移的未调载波。此突发脉冲序列的重

35、复称 FCCH，见图 3-10。图中“固定比特”全部是 0，使调制器发送一个未调载波。 “TB”和“GP”同普通突发脉冲序列中的 “TB”和“GP”。 图 310 频率校正突发脉冲序列 同步突发脉冲序列（SB）：用于移动台的时间同步，它包括一个易被检测的长同步序列并携带有 TDMA 帧号和基站识别码（BSIC）信息。这种突发脉冲序列的重复称为SCH，见图 3 11 所示。 （无线用的多） 图 311 同步突发脉冲序列 接入突发脉冲序列（AB）：用于随机接入，它有一个较长的保护间隔，这是为了适应移动台首次接入（或切换到另一个 BTS）后不知道时间提前量而设置的 。移动台可能远离 BTS，这意味着

36、初始突发脉冲序列会迟一些到达 BTS，由于第一个突发脉冲序列中没有时间调整，为了不与下一时隙中的突发脉冲序列重迭，此突发脉冲序列必须短一些，见图 312 所示。 图 312 接入突发脉冲序列 空闲突发脉冲序列（DB）：此突发脉冲序列在某些情况下由 BTS 发出，不携带任何信息。它的格式与普通突发脉冲序列相同，其中加密比特改为具有一定比恃模型的混合18比特。 （4）逻辑信道到物理信道的映像 谈过 TDMA 通道、TDMA 帧和突发脉冲序列之后，我们就可以谈谈逻辑信道映像到物理信道的方法。我们知道每小区有若干个载频，每个载频都有 8 个时隙，我们定义载频数为 C0，C1 ，Cn ，时隙数为 T0，

37、T1，T7。 控制通道的映像 对某小区超过 1 个载频时，该小区 C0 上的 TS0 就映像广播和公共控制通道，具体映像方法见图 313。图中所示： F（FCCH）- 移动台依此同步频率，它的突发脉冲序列为 FB。 S（SCH）- 移动台依此读 TDMA 帧号和 BSIC 码，突发脉冲序列为 SB。 B（BCCH）- 移动台依此读有关此小区的通用信息。突发脉冲序列为 NB。 I（IDEL）- 空闲帧，不包括任何信息。突发脉冲序列为 DB。 C（CCCH）- 移动台依此接受寻呼和接入，突发脉冲序列 NB。 即便没有寻呼或接入进行，BTS 也总在 C0 上发射，用空位突发脉冲序列代之。 我们从帧的

38、分级结构知道，51 帧的复帧是用于携带 BCH 和 CCCH，因此 51 帧的复帧中共有 51 个 TS0，所携带的控制通道排列的序列如图 3-13 下面的序列。此序列在第 51 个TDMA 帧上映射一个空闲帧之后开始重复下一个 51 帧的复帧。 图 313 BCCH 与 CCCH 在 TS0 上的复用 以上叙述了下行链路 C0 上的 TS0 的映射。对上行链路 C0 上映射的 TS0 是不包含上述各通道的，它只含有随机接入通道（RACH） ，用于移动台的接入，如图 314 所示，它给出了 51 个连续 TDMA 帧的 TS0。 19图 314 TS0 上 RACH 的复用 下行链路 C0 上

39、的 TS1 用于映像专用控制通道。它是 102 个 TDMA 帧复用一次，三个空闲帧之后从 D0 开始，见图 315 所示。 图 315 下行 SDCCH 和 SACCH 在 TS1 上的复用 Dx（SDCCH）- 此处移动台 X 是一个正在建立呼叫或更新位置或与 GSM 交换系统参数的移动台。Dx 只在移动台 X 建立呼叫时使用，在移动台 X 转到 TCH 上开始通话或登记完释放后，Dx 可用于其它 MS。 Ax（SACCH）- 在传输建立阶段（也可能是切换时）必须交换控制信令，如功率调整等信息，移动台 X 的此类信令就是在该通道上传送。 由于是专用通道，所以上行链路 C0 上的 TSI 也

40、具有同样的结构，即意味着对一个移动台同时可双向连接，但时间上有个偏移，如图 3-16 所示。 Dx、Ax 含义与下行链路的相同。 图 316 上行 SDCCH 和 SACCH 在 TS1 上的复用 某个小区仅一个载频时，就只有 8 个时隙，这时的 TS0 即可用作公共控制通道又可用作专用控制通道，映像方法如图 317 所示。102 个 TDMA 帧重复一次，图中仅描述了102 个 TDMA 帧的 TS0 上映射的信令信息。字符含意同上述某小区多个载频时的 C0 上的TS0 和 TS1 映像字符含意。 20图 317 仅有一个收发单元时控制信道在 TS0 上的映射 业务通道的映像 除映像控制通道

41、以外的时隙均映像业务通道（TCH） ，映像方法如图 318 所示。图中仅给出了下行 C0 上的 TS2 映射构成。 图 418 TCH 的复用 T（TCH）- 编码话音或数据，用于通话。突发脉冲序列为 NB。 A（SACCH）- 控制信号。用于移动台接受命令改变输出功率、了解应监视那些BTS 的 BCCH、向系统报告从周围 BTS 接收到的信号强度等，突发脉冲序列 NB。 I（IDEL）：空闲帧。通常对于分配到 TS2 的移动台，每个 TDMA 帧的每个 TS2 都包含此移动台的信息。只有空闲帧是个例外，它不包含任何信息。 上行链路的结构与下行的一样的，唯一不同的是有一个时间的偏移，也就是说上

42、下行的 TS2 是在不同时间出现，时间偏移约为 3 个时隙。 用于携带 TCH 的复帧是 26 帧的，因此有 26 个 TS2，第 26TS2 时隙是空闲时隙，空闲时隙之后序列从头开始。 携带 TCH 的复帧相对携带控制通道的复帧要加一个滑动，因为携带 TCH 的复帧是 26个 TDMA 帧重复一次，而携带控制通道的复帧要每 51 个 TDMA 帧重复一次，所以空闲帧在 51 复帧所有不同的控制通道上均有一个滑动。 三、GSM 关键技术 3.4 空间分集 多径衰落和阴影衰落产生原因是不相同的。随着移动台的移动，瑞利衰落随信号瞬时值快速变动，而对数正态衰落随信号平均值（中值）变动。这两者是构成移

43、动通信接收信号不稳定的主要因素，使接收信号被大大地恶化，虽然通过增加发信功率、天线尺寸和高21度等方法能取得改善，但采用这些方法在移动通信中比较昂贵，有时也显得不切实际。而采用分集方法即在若干个支路上接收相互问相关性很小的载有同一消息的信号，然后通过合并技术再将各个支路信号合并输出，那么便可在接收终端上大大降低深衰落的概率。 分集的方法有空间分集、频率分集、极化分集、角度分集、时间分集和分量分集等多种。在移动通信中，通常采用空间分集，因此这里也就此方法进行讨论。 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。当使用两个接收通道时，它们受到的衰落影响是不相关的，且二者在同一时刻经受

44、深衰落谷点影响的可能性也很小，因此这一设想引出了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，见图 319 所示。空间分集是利用场强随空间的随机变化实现的，空间距离越大，多径传播的差异就越大，所接收场强的相关性就越小。这里所提相关性是个统计术语，表明信号间相似的程度，因此必须确定必要的空间距离。经过测试和统计，CCIR 建议为了获得满意的分集效果，移动单元两天线间距大于 0.6 个波长，即 d06，并且最好选在 /4 的奇数倍附近。若减小天线间距，即使小到 /4，也能起到相当好的分集效果。 图 3-19 空间分集 3.5 时间色散和均衡 数字

45、传输的引入带来了另一问题是时间色散。这一问题也起源于反射，但与多径衰落不同，其反射信号来自远离接收天线的物体约在几千米远处，图 320 为时间色散一例。由基站发送“1”、 “0”序列，如果反射信号的达到时间刚好滞后直射信号一个比特的时间，那么接收机将在从直射信号中检出“0”的同时，还从反射信号中检出 “1”，于是导致符号“1”对符号“0”的干扰。 22图 320 时间色散 在 GSM 系统中，比特速率为 270kbits，则每一比特时间为 3.7s。因此，一比特对应 1.1km。假如反射点在移动台之后 lkm，那么反射信号的传输路径将比直射信号长2km。这样就会在有用信号中混有比它迟到两比特时

46、间的另一个信号，出现了码间干扰。时间色散似乎是个很棘手的问题，不过在 GSM 系统中采用了自适应均衡技术，这一问题的严重性得以缓解。 均衡有两个基本途径：一为频域均衡，它使包括均衡器在内的整个系统的总传输函数满足无失真传输的条件。它往往是分别校正幅频特性和群时延特性，序列均衡通常采用这种频域均衡法。二为时域均衡，就是直接从时间响应考虑，使包括均衡器在内的整个系统的冲激响应满足无码间串扰的条件。目前我们面临的信号是时变信号，因此需要采用第二个均衡途径时域均衡来达到整个系统无码间串扰。 时域均衡系统的主体是横向滤波器，也称横截滤波器，它由多级抽头延迟线、加权系数相乘器（或可变增益电路）及相加器组成

47、，如图 3-21。 图 321 横向滤波器 自适应均衡器所追求的目标就是要达到最佳抽头增益系数，是直接从传输的实际数字信号中根据某种算法不断调整增益，因而能适应通道的随机变化，使均衡器总是保持最佳的工作状态，有更好的失真补偿性能，自适应均衡器需有三个特点：快速初始收敛特性、好的跟踪通道时变特性和低的运算量。因此，实际使用的自适应均衡器系统除在正式工作前先发一定长度的测试脉冲序列，又称训练序列，以调整均衡器的抽头系数，使均衡器基本上趋于收敛，然后再自动改变为自适应工作方式，使均衡器维持最佳状态。自适应均衡器一般还按最小均方误差准则来构成，最小均方算法采用维特比（“Viterbi）算法。维特比算法

48、其实质就是最大似然比算法，维特比均衡器的方框图如图 3-22。 23图 322 维特比均衡器 GSM 数字移动通信系统中的训练序列如表 3-1，它们具有很好的自相关性，以使均衡器具有很好的收敛性。 表 3-1 GSM 系统的训练序列 序数 十进制 八进制 十六进制 二进制 1 9898135 45604227 970897 00100101110000100010010111 2 12023991 55674267 B778B7 00101101110111100010110111 3 17754382 103564416 10EE90E 01000011101110100100001110 4 18796830 107550436 11ED11E 01000111101101000100011110 5 7049323 32710153 6B906B 00011010111001000001101011 6 20627770 116540472 13AC13A 0100111010110000010011101