CH5 GSM空中接口上的信道

CH5 GSM空中接口上的信道 第五章 空中接口上的信道 1 of 34 第五章 空中接口上的信道 GSM采用数字空中接口的主要原因： , 抗噪声能力强，能增加频率复用率，减小干扰。 , 可采用差错校正技术，保证传输话务的可靠性。 , 为移动用户增加了保密性，为系统操作员增加了安全性。 , 可与ISDN兼容，使用标准化开放式接口，并能为用户提供范围 更广的业务。 信号要在空中发送需要经过调制，有三种调制技术： , 对于模拟信号来说易于实现，但抗噪声性能差。 , 实现起来复杂一些，但是抗噪声性能较好。 , 抗噪声性能最好，但是对于模拟信号来说实现起来过于复杂， 所以也很少使用。 数字信号可以采用以上任何一种调制方式，其中，相位调制的抗 噪声性能最好。因为相位调制对数字信号而言易于实现，所以GSM空中接口采用了这种调制方法。相位调制对于数字信号而言也称为相 移键控PSK（Phase Shift Keying）。 2 of 34 第五章 空中接口上的信道 1. (AM- Amplitude Modulation) 2. (FM- Frequency Modulation) 3. (PSK- Phase Shift Keying) 3 of 34 第五章 空中接口上的信道 虽然相位调制抗噪声性能很好，但是还存在一个问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，当信号突 然改变相位时，会产生高频分量，需要较宽的发射带宽。 GSM系统必须有效的利用有限的频段，所以在GSM空中接口没有简单的采用这种相位调制技术，而是采用一种更有效的、改进型 的相位调制技术，称为高斯最小相移键控GMSK（Gaussian Minimum Shift Keying） GMSKGaussian Minimum Shift Keying 如果采用二进制相移键控BPSK（Binary Phase Shift Keying），当数字信号从“1”到“0”或从“0”到“1”时，载频的相位随之 立即变化，采用GMSK后，相位的变化需经过一个时间段，这样减 少了高频分量。 采用GMSK时，数字信号首先经过一个高斯滤波器，使之变形， 减少信号的锐变。变形后的信号再用于载波的相位调制，这样载波的 相位就不会即时的变化，而是缓慢的变化。 4 of 34 第五章 空中接口上的信道 频谱 5 of 34 第五章 空中接口上的信道 物理信道是指传输信息的媒介，在陆地接口中就是指电缆。逻辑 信道由物理信道上传输的信息组成。 GSM 单个GSM RF载频可以支持8个移动用户同时通话。如对面图 所示，每个通话的信道占用载频的八分之一的时间，这种技术称为时 分复用。 时间被分成了多个时间段，每个时间段称为一个“时隙”，时隙按顺序排列，并编号为0到7。每这样的8个时隙序列称为一个“TDMA帧”。 每个移动电话通话都会占用一个时隙，直到通话结束或发生切 换。根据信道类型TDMA帧被组建成了多种结构。在后面将会讲到 空中接口的信息如何在帧与复帧中发送，以及相关的定时。 与移动台之间收发信号的定时对于系统正常工作非常关键。移动 台和基站都必须在适当的时间发射和接收信号，否则就会错过它应该 所在的时隙，一个时隙里所传的信息也称为一个突发脉冲序列 （Burst）。 每个数据突发脉冲序列在TDMA帧中对应一个分配给它的时隙， 能提供一个GSM物理信道，而一个物理信道可以用于传送MS和BTS之间的多种逻辑信道。 6 of 34 第五章 空中接口上的信道 TDMA Burst Timeslot 7 of 34 第五章 空中接口上的信道 GSM GSM空中接口有两种逻辑信道：业务信道（Traffic Channel）和控制信道（Control Channel）。 TCHTraffic Channel 业务信道用于传送话音和数据信息。共有以下几种业务信道： , 全速率（Full rate） TCH/FS: 话音 ( 业务信息13kbit/s , 全部信息 22.8kbit/s gross ) TCH/EFR: 话音 ( 业务信息12.2kbit/s , 全部信息 22.8kbit/s gross ) TCH/F9.6: 9.6kbit/s – 数据 TCH/F4.8: 4.8kbit/s – 数据 TCH/F2.4: 2.4kbit/s – 数据 , Half rate TCH/HS: 话音（业务信息6.5kbit/s，全部信息 11.4kbit/s） TCH/H4.8 4.8kbit/s – 数据 TCH/H2.4 2.4kbit/s – 数据 缩略语： TCH Traffic Channel 业务信道 TCH/FS Full rate speech channel 全速率业务信道 TCH/HS Half rate speech channel 半速率业务信道 TCH/9.6 Data channel 9.6kb/s9.6kb/s 数据信道 TCH/4.8 Data channel 4.8kb/s4.8kb/s 数据信道 TCH/2.4 Data channel 2.4kb/s2.4kb/s 数据信道 话音信道有两种不同的编码方法：全速率FR（Full Rate）增强型全速率EFR（Enhanced Full Rate）。在相同空中接口带宽的条件 下，增强型全速率编码与全速率话音编码相比，能提供更好的话音质 量。EFR采用了一种新的话音编码算法，能提供更好的话音质量， 但是只有Phase 2+以上的移动台才支持EFR。 8 of 34 第五章 空中接口上的信道 TCH Traffic Channels() NB NB Speech() Data() TCH/FS TCH/HS TCH/9.6 TCH/2.4 TCH/EFR TCH/4.8 TCH SACCH FACCH NB = SACCH = FACCH = 9 of 34 第五章 空中接口上的信道 GSM GSM控制信道包括：广播控制信道BCCH (Broadcast Control Channel);通用控制信道CCCH (Common Control Channel);专用控制信道DCCH (Dedicated Control Channel). BCCH 广播控制信道仅是下行信道(从基站到移动台),包括: ,BCCH广播控制信道,用来发送网络相关的信息。该信道是连续发 射的,供周围小区中的移动台测量其信号强度。 ,SCH（Synchronizing Channel）同步信道，用来发送帧同步信息。 ,FCCH（Frequency Control Channel）频率控制信道，发射载波同 步信息。 CCCH 通用控制信道类是双向的，即包括上行和下行两个方向： ,RACH（Random Access Channel）随机接入信道是上行信道用于 移动台接入系统。 ,PCH（Paging Channel）寻呼信道和AGCH（Access Granted Channel）接入允许信道都是下行的，AGCH用于给MS分配资源，如SDCCH。PCH用于系统寻呼移动台。PCH和AGCH从不同时使用。 ,CBCH（Cell Broadcast Channel）小区广播信道，用于向小区内 所有的移动台广播信息，如话务信息等。 DCCH 专用控制信道在移动台呼叫建立或用户身份验证时，唯一的分 配给该移动台。DCCH包括： ,SDCCH（Standalone Dedicated Control Channel）独立专用控制信道，用于移动台在呼叫建立或做用户身份验证时，向移动台发送或 接收数据。 ,随路控制信道（Associated Control Channel），包括慢速随路控 制信道SACCH（Slow Associated Control Channel）和快速随路控制信道FACCH（Fast Associated Control Channel）。SACCH用于无线链路功率测量及传送功率控制消息。FACCH用于传送“事件”型消息，如切换消息。FACCH和SACCH都工作在上行和下行两个 方向。 NB = FB = AB = DB = SB = 10 of 34 第五章 空中接口上的信道 CCH Control Channel() NB NB/AB DCCH BCCH NB/DB SDCCH ACCH BCCH SB FB FACCH SACCH SCH FCCH CCCH AB NB RACH CBCH NB - - PCH/AGCH - BCCH Broadcast Control Channel CCCH Common Control Channel DCCH Dedicated Control Channel PCH Paging Channel RACH Random Access Channel CBCH Cell Broadcast Channel ACCH Associated Control Channel AGCH Access Granted Channel SDCCH Standalone Dedicated Control Channel 11 of 34 第五章 空中接口上的信道 GSM BCCHBroadcast Control Channel BTS在所有时间都发送广播控制信道，用来载送BCCH的无线载频称为BCCH载频，当移动台开机但没有通话时，会周期性的监 视BCCH中的信息（至少每30秒） 广播控制信道BCCH中传送的信息有： ,位置区识别号LAI （Location Area Identity） ,移动台应监视的相邻小区列表 ,本小区使用的频率列表 ,小区识别号 ,功率控制指示 ,是否允许不间断发射DTX（Discontinuous Transmission） ,接入控制（如紧急呼叫、呼叫阻断） ,小区广播信道描述。 BCCH总是在所有的时刻以恒定功率发射，使所有可能会用到它 的移动台能测量它的信号强度。当BCCH没有信息发送时就发送填 充比特，或称为虚拟突发脉冲序列。 , 频率校正信道FCCH（Frequency Control Channel） 该信道在BCCH时隙频繁发送，使移动台能同步到基站的频率。 FCCH只会在BCCH载频的时隙0发射，相当于时隙0的标志， 使移动台能识别到时隙0。 , 同步信道SCH（Synchronizing Channel） SCH传送的信息使移动台能同步到TDMA帧结构，以及使移动 台能知道时隙的定时。另外还包括以下信息： , 帧号 , 基站身份识别码BSIC（Base Site Identity Code） 移动台将会监视相邻小区中BCCH的信息，并存储信号最强的 6个小区的信息。这些小区的SCH信息也被存了下来，以便移动台 到了一个新小区时，可以快速的与之同步。 12 of 34 第五章 空中接口上的信道 BCCH (Broadcast Control Channel) CCH BCCH - BCCH SCH FCCH 13 of 34 第五章 空中接口上的信道 GSM CCCHCommon Control Channel 通用控制信道用于在BTS和移动台之间传送控制信息，完成呼 叫建立和呼叫寻呼功能 通用控制信道包括： , 随机接入信道RACH（Random Access Channel） 移动台在发起呼叫或响应寻呼时须接入到系统，这时将使用到 RACH信道。 , 寻呼信道PCH（Paging Channel） 用来寻呼MS。（可以通过IMSI、TMSI或IMEI来寻呼移动台） , 接入允许信道AGCH（Access Grant Control Channel） BTS在RACH上收到MS的接入消息后，通过AGCH给MS分 配专用控制信道，MS再转到专用信道上继续呼叫处理。MS的呼 叫处理可能是呼叫建立、寻呼响应、位置更新或短消息业务。 , 小区广播信道CBCH（Cell Broadcast Channel） 该信道用来传送需要广播到小区中所有移动台的信息。CBCH用 专用控制信道来发送信息，但被看作是通用信道，因为小区中所 有的移动台都能收到它发送的消息。 激活的移动台必须频繁的监视BCCH和CCCH，CCCH和BCCH在相同载频上发送。 CCCH Common Control Channel 通用控制信道 RACH Random Access Channel 随机接入信道 PCH Paging Channel 寻呼信道 AGCH Access Granted Channel 接入允许信道 CBCH Cell Broadcast Channel 小区广播信道 14 of 34 第五章 空中接口上的信道 CCCH (Common Control Channel) CCH CCCH - CBCH RACH PCH/AGCH 15 of 34 第五章 空中接口上的信道 GSM DCCHDedicated Control Channel DCCH是RF载频中的一个时隙，该时隙用来传送8个独立专用控制信道SDCCH(Stand-alone Dedicated Control Channels)。一个SDCCH可以供一个MS做呼叫建立、鉴权、位置更新和点到点的短 消息。 后面我们将会看到，在BCCH/CCCH时隙中也会有SDCCH，但这种配置只允许有4个SDCCH。 ACCHAssociated Control Channel ACCH可以和SDCCH或TCH用在一起，随SDCCH或TCH发送一些相关信息。 , SACCHSlow Associated Control Channel在下行方向传送功率控制和定时信息，在上行方向传 送RSSI和链路质量 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 。 , FACCHFast Associated Control ChannelFACCH在TCH上发送。FACCH从TCH“偷”一个 突发脉冲序列（Burst），插入自己的信息发送出去。FACCH用于 传送用户鉴权和切换信息。 不同的用户可以在不同的时隙共用同一个无线信道，多个控制信 道可以在不同时间共用一个无线信道的一个时隙，这样可以有效 的传送控制信息而不会降低网络容量，所以我们需要把业务信道 的时隙和控制信令的时隙很好的组织在一起。 SDCCH Standalone Dedicated Control Channel 独立专用控制信道 SACCH Slow Associated Control Channel 慢速随路控制信息 FACCH Fast Associated Control Channel 快速随路控制信道 16 of 34 第五章 空中接口上的信道 CCH DCCH - SDCCH ACCH FACCH SACCH 17 of 34 第五章 空中接口上的信道 GSM 前面讲到的各种逻辑信道总是组合在一起，成为信道组，共有四 种最常见的组合组： , 全速率业务信道组----TCH8/FACCH+SACCH , 广播信道组-----BCCH+CCCH , 专用信道组-----SDCCH8+SACCH8 , 组合信道组-----BCCH+CCCH+SDCCH4+SACCH4 半速率信道组(如果采用的话)和全速率信道组相似。 , 半速率业务信道组----TCH16/FACCH+SACCH 以上所说的信道组通过一个选定的时隙在空中接口发送。有的信 道组可以在任意时隙发送,但有的信道必须在特定时隙发送,以下这张表中是信道组与时隙的对应关系. 信道组 时隙 业务(Traffic) 任意时隙 广播(Broadcast) 0,2,4,6,(必须先用0)* 专用(Dedicated) 任意时隙 组合(Combined) 只能用0 对面图示了信道组映射到TDMA帧中的结构。 * 如果广播信道组被分配到了时隙2、4或6，那么FCCH和SCH将被填充突发脉冲序列代替，因为这些信道只能在时隙0 出现。 每个小区只需要一个BCCH/CCCH 时隙（不是RF载频） 18 of 34 第五章 空中接口上的信道 TDMA 19 of 34 第五章 空中接口上的信道 每个TDMA帧有8个时隙，使8个物理信道共用一个无线载频。 多个逻辑控制信道和业务信道可以共用一个物理信道。 要理解多个不同的逻辑信道如何共用一个物理信道，须先介绍 GSM复帧结构。 26 对面图示了时隙、TDMA帧及26帧复帧与时间之间的关系。 某些时间是近似值，因为GSM规范中是用分数来确切规定时间值的， 如：一个时隙的确切时长是15/26ms）。 在26帧业务信道复帧中，帧12（第13帧）被用作慢速随路控制信道SACCH，用来在MS和BTS之间传送链路控制信息。小区 给每个业务信道分配的时隙都是这种格式，也就是说最开始是12个突发脉冲序列（Burst）的业务信息，接下来是1个Burst的SACCH， 然后是12个Burst的业务信息和一个空闲的Burst。 一个26帧业务信道复帧持续的时长是120ms（共有25个TDMA帧）。 当采用半速率时，26帧业务复帧中每个用来传业务的帧可以传 两路MS用户通话（空中接口中MS的数据速率是原来的一半）。尽 管业务数据速率减半了，但SACCH信息没有少，所以要把原来空闲 的帧25也用作SACCH。 20 of 34 第五章 空中接口上的信道 26 21 of 34 第五章 空中接口上的信道 用于控制信道的51帧复帧结构比用于业务信道的26帧复帧要复杂得多。根据控制信道类型及网络提供者的要求，51帧的控制信道复帧有几种不同的形式。 22 of 34 第五章 空中接口上的信道 23 of 34 第五章 空中接口上的信道 51----BCCH/CCCH 对面图示的是BCCH/CCCH 51帧复帧结构，这种结构用在 BCCH载频（小区中BCCH所在的载频）每个TDMA帧的时隙0中，图中垂直方向每一格表示一次时隙的重复（经过了一个TDMA帧），最底下一格是最先一次发送的时隙，编号为0。 图中可见，在上行方向（MS到BSS），所有的时隙0都分配给了RACH，很显然，因为RACH是BCCH/CCCH信道组中唯一工作在上行方向的控制信道。在下行方向（BSS到MS），从51帧结构的帧0开始，帧0的时隙0用于发送频率突发脉冲序列（Frequency Burst，图中用“F”表示），帧1的时隙0用于发送同步突发同步脉 冲序列（Synchronizing Burst图中用“S”表示），接下来4帧，即帧2到帧5的时隙0用作了BCCH（图中用“B‘表示），发送BCCH数据。再接下来4帧。帧6到帧9的时隙0用作了CCCH（图中用“C”表示），也就是PCH（移动台寻呼信道）或AGCH（接入允许信道），帧10和帧11的时隙0再次重复频率和同步突发脉冲序列（F和S），另外再加4个CCCH突发脉冲序列，如此反复，最后一帧的 时隙0（第51帧，即帧50）是空闲的。 24 of 34 第五章 空中接口上的信道 BCCH/CCCH 25 of 34 第五章 空中接口上的信道 51--DCCH/8SDCCHSACCH 对面图示是有8个SDCCH的51帧复帧结构，要完成整个序列需要用到2个51帧复帧，逻辑上可把它看作是102帧的复帧结构。这种结构可以在任意时隙上发送。 图中阴影部分的SACCH是与SDCCH对应的，每个SDCCH 就和业务信道一样对应一个SACCH。 如： D0对应A0 D1对应A1 D2对应A2 D3对应A3 D4对应A4 D5对应A5 D6对应A6 D7对应A7 注：下行和上行信道是错开的，以便使移动台有足够的时间处理接收 到的消息和作出响应。 26 of 34 第五章 空中接口上的信道 DCCH/8 27 of 34 第五章 空中接口上的信道 51-- 如对面图所示，各种类型的控制信道都在一个时隙上，能有效使 用小区的MS数相应减少了，这种结构中只有3组CCCH和4组SDCCH相应，所以同时能进行的寻呼和呼叫建立也就少了。 这种类型的控制信道一般用于农村地区话务密度低的地方。 28 of 34 第五章 空中接口上的信道 KEY R = TACH (Random) B = BCCH(Broadcast) F = FCCH(Frequency) S = SCH(Sync) C = CCCH(Common) D = SDCCH/8(Dedicated) A = SACCH/C8(Associated) I = 29 of 34 第五章 空中接口上的信道 控制信道复帧的帧数不正好是业务信道复帧帧数的一倍是有原 因的。从对面图中可以看到，51个26帧的复帧或者26个51帧的复帧组成了一个有1326个帧的“超帧”，业务信道复帧和控制信道 复帧中相同的帧号每1326个TDMA帧才会同时出现一次。发送一个 超帧需要6.12秒，这样做使得业务信道复帧与控制信道复帧之间的 时间对应关系不断改变，这样使MS能接收周围小区的BCCH信息。 如果业务信道和控制信道复帧的帧数正好一个是另一个的整数 倍的话，控制信道和业务信道帧在时间上的对应关系不会变化，这就 好比控制信道的时隙被业务信道的时隙永久的屏蔽掉了。两种复帧之 间不停变化的对应关系是很重要的，例如，一个MS需要监视和报告相邻小区的RSSI值，它就必须能“看到”其他小区所有的BCCH。 一个“巨帧”由2048个超帧组成，巨帧与加密和跳频有关系。 一个巨帧持续3个多小时，每新的一个巨帧开始时，加密和跳频算法 也重新开始。 30 of 34 第五章 空中接口上的信道 (Superframe(Hyperframe) 2651 31 of 34 第五章 空中接口上的信道 移动台在它自己的物理信道（一般包括TCH和SACCH）发射和接受信息只占用TDMA帧八分之一的时间，在其余的时间，移动 台监视相邻小区的BCCH信道，移动台每480ms的时间，或经过4个26帧业务信道复帧时完成一次监视测量工作。移动台发射给BSS（通过SACCH，上行信道）的消息中包括有相邻小区的接受信号强 度指示值RSSI（Receive Signal Strength Indication）、本BSS的RSSI以及指示当前通信质量的测量值。通信质量测量类似于比特差 错率测量。每当移动台完成一系列测量时，上次的测量结果也已发送 完毕，并开始发送最新获得的测量结果，同时开始新一轮测试，如此 反复。 32 of 34 第五章 空中接口上的信道 消息发送 33 of 34 第五章 空中接口上的信道 , 34 of 34