第3章3 GSM移動通信系統(tǒng)信號形成B課件

GSM移動通信系統(tǒng)三——GSM無線信號的形成課程回顧GSM系統(tǒng)工作在頻段和頻段GSM900MHz頻段的上下行頻段分別為：上行：下行：GSM系統(tǒng)900MHZ頻段的載波間隔為，雙工間隔為GSM移動通信網(wǎng)共有頻點(diǎn)890～915MHz935～960MHz900MHz1800MHz200KHz45MHzGSM系統(tǒng)的空中接口是：Um接口1~124890909915935954960195124195124MS發(fā)移動聯(lián)通fnfn+1fn+2fn+3fn+4…..…..幀4.6ms時隙577us物理信道200kHz頻率時間GSM無線接口的TDMA/FDMA多址方式示意圖GSM采用TDMA/FDMA/FDD

多址方式GSM在25MHz的頻段中，先頻分成124個載頻（載頻間隔200kHz），每個載頻再時分成8個時隙。4.信道類型GSM系統(tǒng)中的信道分為物理信道和邏輯信道。一個物理信道就是一個邏輯信道可分為：和業(yè)務(wù)信道傳遞語音和數(shù)據(jù)時隙業(yè)務(wù)信道控制信道信道分類控制信道CCH業(yè)務(wù)信道TCH廣播信道BCH公共控制信道CCCH專用控制信道DCCH向本小區(qū)的所有MS發(fā)送公用信息。MS入網(wǎng)和空閑時監(jiān)聽此信道在MS呼叫接續(xù)初期階段，傳輸鏈路所需的控制信令。雙向控制信道。在呼叫接續(xù)后期階段和在通信進(jìn)行中，在BS與MS間傳輸所需的控制信息。在通信進(jìn)行中，傳輸話音。突發(fā)脈沖序列：共有五種類型：普通突發(fā)脈沖序列（NB）、頻率校正突發(fā)脈沖序列（FB）、同步突發(fā)脈沖序列（SB）、接入突發(fā)脈沖序列（AB）、空閑突發(fā)脈沖序列（DB）GSM系統(tǒng)中一個TDMA時隙中的信息格式TB3加密比特571訓(xùn)練序列261加密比特57TB3GP8.250.577ms156.25bit6.幀結(jié)構(gòu)GSM幀結(jié)構(gòu)的層次：超高幀超幀復(fù)幀TDMA幀

時隙826或51（業(yè)務(wù)、控制）51或2620481＝1326TDMA幀業(yè)務(wù)復(fù)幀用于業(yè)務(wù)信道、慢速隨路控制信道、快速隨路控制信道。

控制復(fù)幀用于廣播控制信道、公共控制信道GSM蜂窩系統(tǒng)規(guī)定上行傳輸所用的幀號和下行傳輸所用的幀號相同，但上行幀(相同號碼)比下行幀，在時間上推后3個時隙話音編碼信道編碼突發(fā)脈沖串形成調(diào)制器發(fā)射機(jī)A/D交織加密GSM數(shù)字信號的形成D/A話音解碼信道解碼去交織解密均衡器接收解調(diào)數(shù)字話音在傳輸時需要：1.低速率的話音編碼方式，適應(yīng)有限帶寬要求2.有效的信道編碼，提高系統(tǒng)的抗干擾能力，減小誤碼率3.有效的調(diào)制方式，減小雜波輻射，降低對鄰道的干擾話音編碼為信源編碼語音編碼：以較低的編碼速率獲得較高的話音質(zhì)量。適應(yīng)有限帶寬的要求。語音編碼包括：波形編碼參量編碼混合編碼1、話音編碼波形編碼波形編碼對模擬語音波形信號進(jìn)行采樣、量化、編碼編碼后語音質(zhì)量好，實(shí)現(xiàn)技術(shù)簡單，但是編碼速率較高，占用頻帶較寬。例如：PCM常用于有線通信中。話音編碼參量編碼參量編碼對表征語音的特征參量進(jìn)行編碼編碼速率較低，占用頻帶較窄，但是語音質(zhì)量中等話音編碼混合編碼混合編碼包含部分語音特征參量編碼，也包含部分語音波形編碼編碼后語音質(zhì)量可達(dá)到商用標(biāo)準(zhǔn)，編碼速率基于波形編碼和參量編碼之間。例如：規(guī)則脈沖激勵長期預(yù)測編碼（RPE－LTP）——用于GSM，速率13kbps

碼激勵線性預(yù)測編碼（CELP）——用于IS－95系統(tǒng)，四種速率話音編碼話音編碼前向糾錯編碼模擬話音13kbit/s22.8kbit/s交織編碼調(diào)制GSM話音編碼采用脈沖激勵長期預(yù)測編碼（RPE－LTP）,編碼速率13kbit/s。GSM中信道編碼采用前向糾錯編碼＋交織，編碼后碼率為22.8kbit/s。2、信道編碼22.8kbit/s前向糾錯編碼：為了減少信號在發(fā)送中產(chǎn)生差錯，在信號傳送前加一些冗余比特，把攜帶的信息擴(kuò)散到更多比特上，從而減少差錯。前向糾錯編碼的過程：語音編碼后碼率13kbit/s，分成20ms的音段，共260bit。分下面3步來編碼：話音編碼前向糾錯編碼模擬話音13kbit/s22.8kbit/s交織編碼調(diào)制1)按對傳輸誤差的敏感程度，分成3部分:Ⅰa類：50最重要比特/Ⅰb類：132重要比特/Ⅱ類：78不重要比特2)50最重要比特＋3個奇偶校驗(yàn)比特＋132重要比特＋4個尾比特＝189比特，進(jìn)行1/2速率卷積編碼，得到378比特。3）378比特＋78比特＝456比特。則信道編碼速率為456bit/20ms=22.8kbit/s。話音編碼?卷積編碼(50+3+132+4)bit78bit∑189bit378bit456bit20ms分段，260bit13kb/s22.8kb/s前向糾錯編碼模擬話音A/D交織編碼：為了抵抗傳輸中受到的深度衰落造成的突發(fā)性差錯，對信號進(jìn)行交織編碼，在接收端，經(jīng)過去交織譯碼后，可以把突發(fā)性差錯變成隨機(jī)差錯。交織的過程：行寫入，列讀出解交織的過程：列寫入，行讀出交織編碼行寫入……列讀出…00010011001110010011….0110001001…..發(fā)送中發(fā)生了長突發(fā)誤碼，則經(jīng)過交織譯碼后，把長突發(fā)誤碼離散化，有利于糾錯0101010110101011000110101010101010101010101010101010101010101010100011011100011列寫入001110010011….……00010011010101011010101100011010101010101010101010101010101010101010101010001101…行讀出011000100101010110101011101……11001100011交織………交織編碼器（114×8）40ms話音12231141238……時隙35712615738.25常規(guī)突發(fā)脈沖序列若將交織后的114比特插入同一個NB中，一旦遭遇突發(fā)長衰落會損失較大。因此GSM中還要進(jìn)行第二次交織。二次交織后將不同語音幀的信息填入同一NB內(nèi)。A1A2A3A4A5A6A7A8B1B2B3B4B5B6B7B8C1C2C3C4C5C6C7C8A1A2A3A4B1B2B3B4C1C2C3C4A5A6A7A8B5B6B7B83、加密A8A5AUC+交織MS114bit114已加密bit……密鑰Kc114加密bitA5+BTS已解密114bit114bitKc114解密bit……加密模式MTDMA幀號4、突發(fā)脈沖串的形成將經(jīng)過二次交織與加密后的114比特填充到一個突發(fā)脈沖序列內(nèi)普通突發(fā)脈沖序列（NB）TB3加密比特571訓(xùn)練序列261加密比特57TB3GP8.250.577ms156.25bit標(biāo)志符起始時間結(jié)束時間保護(hù)間隔30μs用于均衡器產(chǎn)生信道模型然后經(jīng)過GMSK調(diào)制，將信號發(fā)射出去。時隙時隙手機(jī)的發(fā)射波形5、調(diào)制+交織114bit已加密114bit時隙35712615738.25突發(fā)脈沖串形成系統(tǒng)加密算法GMSK調(diào)制加密114加密bit話音編碼前向糾錯編碼模擬話音13kbit/s22.8kbit/s交織編碼22.8kbit/sGSM信號的產(chǎn)生話音編碼信道編碼突發(fā)脈沖串形成調(diào)制器發(fā)射機(jī)A/D交織加密GSM數(shù)字信號的接收D/A話音解碼信道解碼去交織解密均衡器接收解調(diào)時間色散:接收端接收的多徑信號形成相鄰符號間的相互干擾——即碼間干擾010101010101010101解決辦法：信道的自適應(yīng)均衡357126’3157MS接收序列自適應(yīng)信道均衡TB3加密比特571訓(xùn)練序列261加密比特57TB3GP8.253？126？31信道？信道模型57571、比較訓(xùn)練序列，得到信道模型2、本地產(chǎn)生碼，通過信道模型，使得輸出與接收碼一致3、則此時本地產(chǎn)生碼即為發(fā)送的正確碼跳頻技術(shù)和話音的間斷傳輸技術(shù)

1、跳頻技術(shù)電波傳播的衰落與載波頻率有關(guān)。如果通話期間載頻在幾個頻率上變化，則可以改善衰落造成的誤碼特性。實(shí)現(xiàn)頻率分集。跳頻技術(shù)可以提高通信系統(tǒng)的抗干擾能力、減少窄帶干擾對某一頻點(diǎn)信號的影響。跳頻分慢跳頻和快跳頻，GSM中采用慢跳頻。跳頻過程：MS依照算法得到跳頻序列，在跳頻序列上的固定時隙收發(fā)。每幀改變一次頻率，但時隙不變。f0f1f2f3f4…..…..頻率時間GSM系統(tǒng)的跳頻示意圖時隙幀跳頻序列：f0，f2，f1，f3，f42、話音的間斷傳輸（DTX）DTX是指在包含有用語音信息時進(jìn)行傳送，在話音的間隙的大部分時間禁止傳輸。采用DTX的目的：*節(jié)省移動臺電源、延長電池使用時間*降低空中總的干擾，提高頻譜利用率。DTX模式，在話音間隙，仍要傳輸?shù)退倬幋a，形成“舒適噪聲”。目的：*避免發(fā)射機(jī)的開啟或關(guān)閉產(chǎn)生調(diào)制噪聲*避免用戶產(chǎn)生斷線的錯覺DTX需要話音激活檢測技術(shù)支持。話音編碼信道編碼突發(fā)脈沖串形成調(diào)制器發(fā)射機(jī)A/D分段交織加密GSM數(shù)字信號的形成D/A話音解碼信道解碼去交織解密均衡器接收解調(diào)

本課小結(jié)從原始的模擬話音信號到發(fā)射出去的無線信號，要經(jīng)過那幾個重要處理過程？選擇低速率編碼，適應(yīng)有限帶寬的要求話音編碼：規(guī)則脈沖激勵長期預(yù)測編碼將模擬話音轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號A/D轉(zhuǎn)換把信號調(diào)制到高頻載波上，以便于無線傳播的形式發(fā)送。調(diào)制：發(fā)送通過增加信號的冗余和打亂發(fā)送順序，來減少傳送過程中出現(xiàn)的誤碼。信道編碼：前向糾錯編碼和交織GMSK調(diào)制這三個過程就象是寄包裹打包—————裝箱——運(yùn)送話音編碼——信道編碼——調(diào)制話音編碼前向糾錯編碼模擬話音交織編碼調(diào)制13kbit/s22.8kbit/s22.8kb/s?卷積編碼(50+3+132+4)bit78bit∑189bit378bit456bit20ms分段，260bit13kb/s前向糾錯編碼規(guī)則脈沖激勵長期預(yù)測編碼(RPE-LTP)信道編碼A/D交織編碼：針對：突發(fā)性長差錯方法：發(fā)送前打亂信號的順序。交織的過程：行寫