GSM系統(tǒng)的無線接口GSM系統(tǒng)無線的傳輸特征

9.1GSM系統(tǒng)總體9.1.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)表9–1GSM標(biāo)準(zhǔn)圖9–1GSM蜂窩系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)1.移動(dòng)臺(tái)(MS)

移動(dòng)臺(tái)是GSM移動(dòng)通信網(wǎng)中用戶使用的設(shè)備。移動(dòng)臺(tái)類型可分為車載臺(tái)、便攜臺(tái)和手機(jī)。其中，手機(jī)本身小型、輕巧，而且功能也較強(qiáng)，因此手機(jī)的用戶將占移動(dòng)用戶的絕大多數(shù)。移動(dòng)臺(tái)通過無線接口接入GSM系統(tǒng)，即具有無線傳輸與處理功能。此外，移動(dòng)臺(tái)必須提供與使用者之間的接口。移動(dòng)臺(tái)另外一個(gè)重要組成部分是用戶識(shí)別模塊(SIM)，亦稱SIM卡。2.基站子系統(tǒng)(BSS)

基站子系統(tǒng)(BSS)是GSM系統(tǒng)的基本組成部分。它通過無線接口與移動(dòng)臺(tái)相接，進(jìn)行無線發(fā)送、接收及無線資源管理。另一方面，基站子系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(NSS)中的移動(dòng)交換中心(MSC)相連，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)用戶與固定網(wǎng)絡(luò)用戶之間或移動(dòng)用戶之間的通信連接。基站子系統(tǒng)主要由基站收發(fā)信機(jī)(BTS)和基站控制器(BSC)構(gòu)成。BTS可以直接與BSC相連接，也可以通過基站接口設(shè)備(BIE)采用遠(yuǎn)端控制的連接方式與BSC相連接。此外，基站子系統(tǒng)為了適應(yīng)無線與有線系統(tǒng)使用不同傳輸速率進(jìn)行傳輸，在BSC與MSC之間增加了碼變換器及相應(yīng)的復(fù)用設(shè)備。3.網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(NSS)(1)移動(dòng)交換中心(MSC)。移動(dòng)交換中心(MSC)是網(wǎng)絡(luò)的核心，它提供交換功能并面向下列功能實(shí)體：基站子系統(tǒng)(BSS)、原籍位置寄存器(HLR)、鑒權(quán)中心(AUC)、移動(dòng)設(shè)備識(shí)別寄存器(EIR)、操作維護(hù)中心(OMC)和固定網(wǎng)(公用電話網(wǎng)、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)等)。從而把移動(dòng)用戶與固定網(wǎng)用戶、移動(dòng)用戶與移動(dòng)用戶之間互相連接起來。移動(dòng)交換中心可以從三種數(shù)據(jù)庫(kù)，即原籍用戶位置寄存器、訪問用戶位置寄存器和鑒權(quán)中心獲取有關(guān)處理用戶位置登記和呼叫請(qǐng)求等所需的全部數(shù)據(jù)。作為網(wǎng)絡(luò)的核心，MSC還支持位置登記和更新、過區(qū)切換和漫游服務(wù)等項(xiàng)功能。(2)原籍用戶位置寄存器。原籍用戶位置寄存器，簡(jiǎn)稱HLR。它可以看作是GSM系統(tǒng)的中央數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)該HLR管轄區(qū)的所有移動(dòng)用戶的有關(guān)數(shù)據(jù)。其中，靜態(tài)數(shù)據(jù)有移動(dòng)用戶碼、訪問能力、用戶類別和補(bǔ)充業(yè)務(wù)等。此外，HLR還暫存移動(dòng)用戶漫游時(shí)的有關(guān)動(dòng)態(tài)信息數(shù)據(jù)。

(3)訪問用戶位置寄存器。訪問用戶位置寄存器，簡(jiǎn)稱VLR。它存儲(chǔ)進(jìn)入其控制區(qū)域內(nèi)來訪移動(dòng)用戶的有關(guān)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是從該移動(dòng)用戶的原籍位置寄存器獲取并進(jìn)行暫存的，一旦移動(dòng)用戶離開該VLR的控制區(qū)域，則臨時(shí)存儲(chǔ)的該移動(dòng)用戶的數(shù)據(jù)就會(huì)被消除。因此，VLR可看作是一個(gè)動(dòng)態(tài)用戶的數(shù)據(jù)庫(kù)。(4)鑒權(quán)中心。GSM系統(tǒng)采取了特別的通信安全措施，包括對(duì)移動(dòng)用戶鑒權(quán)，對(duì)無線鏈路上的話音、數(shù)據(jù)和信令信息進(jìn)行保密等。因此，鑒權(quán)中心存儲(chǔ)著鑒權(quán)信息和加密密鑰，用來防止無權(quán)用戶接入系統(tǒng)和保證無線通信安全。

(5)移動(dòng)設(shè)備識(shí)別寄存器。移動(dòng)設(shè)備識(shí)別寄存器(EIR)存儲(chǔ)著移動(dòng)設(shè)備的國(guó)際移動(dòng)設(shè)備識(shí)別碼(IMEI)，通過核查白色、黑色和灰色三種清單，運(yùn)營(yíng)部門就可判斷出移動(dòng)設(shè)備是屬于準(zhǔn)許使用的，還是失竊而不準(zhǔn)使用的，還是由于技術(shù)故障或誤操作而危及網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行的MS設(shè)備，以確保網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所使用的移動(dòng)設(shè)備的惟一性和安全性。(6)操作與維護(hù)中心。網(wǎng)絡(luò)操作與維護(hù)中心(OMC)負(fù)責(zé)對(duì)全網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控與操作。例如，系統(tǒng)的自檢、報(bào)警與備用設(shè)備的激活，系統(tǒng)的故障診斷與處理，話務(wù)量的統(tǒng)計(jì)和計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)的記錄與傳遞，以及與網(wǎng)絡(luò)參數(shù)有關(guān)的各種參數(shù)的收集、分析與顯示等。4.GSM網(wǎng)絡(luò)接口圖9-2GSM系統(tǒng)的接口(1)主要接口。GSM系統(tǒng)的主要接口是指A接口、Abis接口和U

m接口。這三種主要接口的定義和標(biāo)準(zhǔn)化可保證不同廠家生產(chǎn)的移動(dòng)臺(tái)、基站子系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)設(shè)備能夠納入同一個(gè)GSM移動(dòng)通信網(wǎng)運(yùn)行和使用。

A接口。A接口定義為網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(NSS)與基站子系統(tǒng)(BSS)之間的通信接口。從系統(tǒng)的功能實(shí)體而言，就是移動(dòng)交換中心(MSC)與基站控制器(BSC)之間的互連接口，其物理連接是通過采用標(biāo)準(zhǔn)的2.048Mb/sPCM數(shù)字傳輸鏈路來實(shí)現(xiàn)的。此接口傳送的信息包括對(duì)移動(dòng)臺(tái)及基站管理、移動(dòng)性及呼叫接續(xù)管理等。

Abis接口。Abis接口定義為基站子系統(tǒng)的基站控制器(BSC)與基站收發(fā)信機(jī)兩個(gè)功能實(shí)體之間的通信接口，用于BTS(不與BSC放在一處與BSC之間的遠(yuǎn)端互連方式，它是通過采用標(biāo)準(zhǔn)的2.048Mb/s或64kb/sPCM數(shù)字傳輸鏈路來實(shí)現(xiàn)的。此接口支持所有向用戶提供的服務(wù)，并支持對(duì)BTS無線設(shè)備的控制和無線頻率的分配。

Um接口(空中接口)。Um接口(空中接口)定義為移動(dòng)臺(tái)(MS)與基站收發(fā)信機(jī)(BTS)之間的無線通信接口，它是GSM系統(tǒng)中最重要、最復(fù)雜的接口。(2)網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)內(nèi)部接口。它包括B、C、D、E、F、G接口。

B接口。B接口定義為移動(dòng)交換中心(MSC)與訪問用戶位置寄存器(VLR)之間的內(nèi)部接口。用于MSC向VLR詢問有關(guān)移動(dòng)臺(tái)(MS)當(dāng)前位置信息或者通知VLR有關(guān)MS的位置更新信息等。

C接口。C接口定義為MSC與HLR之間的接口，用于傳遞路由選擇和管理信息。兩者之間是采用標(biāo)準(zhǔn)的2.048Mb/sPCM數(shù)字傳輸鏈路實(shí)現(xiàn)的。

D接口。D接口定義為HLR與VLR之間的接口，用于交換移動(dòng)臺(tái)位置和用戶管理的信息，保證移動(dòng)臺(tái)在整個(gè)服務(wù)區(qū)內(nèi)能建立和接受呼叫。由于VLR綜合于MSC中，因此D接口的物理鏈路與C接口相同。

E接口。E接口為相鄰區(qū)域的不同移動(dòng)交換中心之間的接口。用于移動(dòng)臺(tái)從一個(gè)MSC控制區(qū)到另一個(gè)MSC控制區(qū)時(shí)交換有關(guān)信息，以完成越區(qū)切換。此接口的物理鏈接方式是采用標(biāo)準(zhǔn)的2.048Mb/sPCM數(shù)字傳輸鏈路實(shí)現(xiàn)的。F接口。F接口定義為MSC與移動(dòng)設(shè)備識(shí)別寄存器(EIR)之間的接口，用于交換相關(guān)的管理信息。此接口的物理鏈接方式也是采用標(biāo)準(zhǔn)的2.048Mb/sPCM數(shù)字傳輸鏈路實(shí)現(xiàn)的。

G接口。G接口定義為兩個(gè)VLR之間的接口。當(dāng)采用臨時(shí)移動(dòng)用戶識(shí)別碼(TMSI)時(shí)，此接口用于向分配TMSI的VLR詢問此移動(dòng)用戶的國(guó)際移動(dòng)用戶識(shí)別碼(IMSI)的信息。G接口的物理鏈接方式與E接口相同。(3)GSM系統(tǒng)與其它公用電話網(wǎng)接口。GSM系統(tǒng)通過MSC與公用電信網(wǎng)互連。一般采用7號(hào)信令系統(tǒng)接口。其物理鏈接方式是MSC與PSTN或ISDN交換機(jī)之間采用2.048Mb/s的PCM數(shù)字傳輸鏈路實(shí)現(xiàn)的。9.1.2GSM的區(qū)域、號(hào)碼、地址與識(shí)別1.區(qū)域定義GSM系統(tǒng)屬于小區(qū)制大容量移動(dòng)通信網(wǎng)，在它的服務(wù)區(qū)，設(shè)置很多基站，移動(dòng)臺(tái)只要在服務(wù)區(qū)內(nèi)，移動(dòng)通信網(wǎng)就必須具有控制、交換功能，以實(shí)現(xiàn)位置更新、呼叫接續(xù)、過區(qū)切換及漫游服務(wù)等功能。在由GSM系統(tǒng)組成的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，其相應(yīng)的區(qū)域定義如圖9-3所示。圖9-3GSM的區(qū)域定義2.號(hào)碼與識(shí)別(1)移動(dòng)用戶識(shí)別碼。圖9-4國(guó)際移動(dòng)用戶識(shí)別碼(IMSI)的格式(2)臨時(shí)移動(dòng)用戶識(shí)別碼?？紤]到移動(dòng)用戶識(shí)別碼的安全性，GSM系統(tǒng)能提供安全保密措施，即空中接口無線傳輸?shù)淖R(shí)別碼采用臨時(shí)移動(dòng)用戶識(shí)別碼(TMSI)代替IMSI。兩者之間可按一定的算法互相轉(zhuǎn)換。訪問位置寄存器(VLR)可給來訪的移動(dòng)用戶分配一個(gè)TMSI(只限于在該訪問服務(wù)區(qū)使用)?？傊琁MSI只在起始入網(wǎng)登記時(shí)使用，在后續(xù)的呼叫中，使用TMSI，以避免通過無線信道發(fā)送其IMSI，從而防止竊聽者檢測(cè)用戶的通信內(nèi)容，或者非法盜用合法用戶的IMSI。

TMSI總長(zhǎng)不超過4個(gè)字節(jié)，其格式可由各運(yùn)營(yíng)部門決定。(3)國(guó)際移動(dòng)設(shè)備識(shí)別碼。國(guó)際移動(dòng)設(shè)備識(shí)別碼(IMEI)是區(qū)別移動(dòng)臺(tái)設(shè)備的標(biāo)志，可用于監(jiān)控被竊或無效的的移動(dòng)設(shè)備。圖9-5國(guó)際移動(dòng)設(shè)備識(shí)別碼(IMEI)的格式(4)移動(dòng)臺(tái)的號(hào)碼。①移動(dòng)臺(tái)國(guó)際ISDN號(hào)碼(MSISDN)。圖9-6移動(dòng)臺(tái)國(guó)際ISDN的格式②移動(dòng)臺(tái)漫游號(hào)碼(MSRN)。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)漫游到一個(gè)新的服務(wù)區(qū)時(shí)，由VLR給它分配一個(gè)臨時(shí)性的漫游號(hào)碼，并通知該移動(dòng)臺(tái)的HLR，用于建立通信路由。一旦該移動(dòng)臺(tái)離開該服務(wù)區(qū)，此漫游號(hào)碼即被收回，并可分配給其它來訪的移動(dòng)臺(tái)使用。漫游號(hào)碼的組成格式與移動(dòng)國(guó)際(或國(guó)內(nèi))ISDN號(hào)碼相同。(5)位置區(qū)和基站的識(shí)別碼①位置區(qū)識(shí)別(LAI)碼。圖9-7位置區(qū)識(shí)別碼的格式②基站識(shí)別色碼(BSIC)。圖9-8基站識(shí)別色碼(BSIC)的格式9.1.3主要業(yè)務(wù)1.通信業(yè)務(wù)分類表9-2GSM電信業(yè)務(wù)分類2.業(yè)務(wù)定義

電話業(yè)務(wù)。(2)緊急呼叫業(yè)務(wù)。(3)短消息業(yè)務(wù)。(4)可視圖文接入。(5)智能用戶電報(bào)傳送。(6)傳真。9.2GSM系統(tǒng)的無線接口9.2.1GSM系統(tǒng)無線的傳輸特征表9-3GSM等三種數(shù)字蜂窩網(wǎng)主要參數(shù)1.TDMA/FDMA接入方式圖9-9TDMA/FDMA接入方式2.頻率與頻道序號(hào)

GSM系統(tǒng)工作在以下射頻頻段：上行(移動(dòng)臺(tái)發(fā)、基站收)890～915MHz

下行(基站發(fā)、移動(dòng)臺(tái)收)935～960MHz

收、發(fā)頻率間隔為45MHz。移動(dòng)臺(tái)采用較低頻段發(fā)射，傳播損耗較低，有利于補(bǔ)償上、下行功率不平衡的問題。

由于載頻間隔是0.2MHz，因此GSM系統(tǒng)整個(gè)工作頻段分為124對(duì)載頻，其頻道序號(hào)用n表示，則上、下兩頻段中序號(hào)為n的載頻可用下式計(jì)算：下頻段fl(n)=(890+0.2n)MHz

上頻段fh(n)=(935+0.2n)MHz式中，n=1～124。例如n=1,fl(1)=890.2MHz,fh(1)=935.2MHz，其它序號(hào)的載頻依次類推。每個(gè)載頻有8個(gè)時(shí)隙，因此GSM系統(tǒng)總共有124×8=992個(gè)物理信道，有的書籍中簡(jiǎn)稱GSM系統(tǒng)有1000個(gè)物理信道。3.調(diào)制方式

GSM的調(diào)制方式是高斯型最小移頻鍵控(GMSK)方式。矩形脈沖在調(diào)制器之前先通過一個(gè)高斯濾波器。這一調(diào)制方案由于改善了頻譜特性，從而能滿足CCIR提出的鄰信道功率電平小于-60dBW的要求。高斯濾波器的歸一化帶寬BT=0.3?；?00kHz的載頻間隔及270.833kb/s的信道傳輸速率，其頻譜利用率為1.35b/s/Hz。4.載頻復(fù)用與區(qū)群結(jié)構(gòu)

GSM系統(tǒng)中，基站發(fā)射功率為每載波500W，每時(shí)隙平均為500/8=62.5W。移動(dòng)臺(tái)發(fā)射功率分為0.8W,2W,5W,8W和20W五種，可供用戶選擇。小區(qū)覆蓋半徑最大為35km，最小為500m，前者適用于農(nóng)村地區(qū)，后者適用于市區(qū)。由于系統(tǒng)采取了多種抗干擾措施(如自適應(yīng)均衡、跳頻和糾錯(cuò)編碼等)，同頻道射頻防護(hù)比可降到C/I=9dB，因此在業(yè)務(wù)密集區(qū)，可采用3小區(qū)9扇區(qū)的區(qū)群結(jié)構(gòu)。9.2.2信道類型及其組合1.幀結(jié)構(gòu)

蜂窩通信系統(tǒng)要傳輸不同類型的信息，按邏輯功能而言，可分為業(yè)務(wù)信息和控制信息。因而在時(shí)分、頻分復(fù)用的物理信道上要安排相應(yīng)的邏輯信道。在時(shí)分多址的物理信道中，幀的結(jié)構(gòu)或組成是基礎(chǔ)。圖9-10GSM系統(tǒng)各種幀和時(shí)隙的格式

每一個(gè)TDMA幀分0～7共8個(gè)時(shí)隙，幀長(zhǎng)度為120/26≈4.615ms。每個(gè)時(shí)隙含156.25個(gè)碼元，占15/26≈0.577ms。由若干個(gè)TDMA幀構(gòu)成復(fù)幀，其結(jié)構(gòu)有兩種：一種是由26幀組成的復(fù)幀，這種復(fù)幀長(zhǎng)120ms，主要用于業(yè)務(wù)信息的傳輸，也稱作業(yè)務(wù)復(fù)幀；另一種是由51幀組成的復(fù)幀，這種復(fù)幀長(zhǎng)235.385ms，專用于傳輸控制信息，也稱作控制復(fù)幀。

由51個(gè)業(yè)務(wù)復(fù)幀或26個(gè)控制復(fù)幀均可組成一個(gè)超幀，超幀的周期為1326個(gè)TDMA幀，超幀長(zhǎng)51×26×4.615×10-3≈6.12s。由2048個(gè)超幀組成超高幀，超高幀的周期為2048×1326=2715648個(gè)TDMA幀，即12533.76秒，即3小時(shí)28分53秒760毫秒。幀的編號(hào)(FN)以超高幀為周期，從0到2715647。圖9-11上行幀號(hào)和下行幀號(hào)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間關(guān)系2.信道分類圖9-12GSM系統(tǒng)的信道分類(1)業(yè)務(wù)信道。業(yè)務(wù)信道TCH主要傳輸數(shù)字話或數(shù)據(jù)，其次還有少量的隨路控制信令。業(yè)務(wù)信道有全速率業(yè)務(wù)信道(TCH/F)和半速率業(yè)務(wù)信道(TCH/H)之分。半速率業(yè)務(wù)信道所用時(shí)隙是全速率業(yè)務(wù)信道所用時(shí)隙的一半。

①話音業(yè)務(wù)信道。載有編碼話音的業(yè)務(wù)信道分為全速率話音業(yè)務(wù)信道(TCH/FS)和半速率話音業(yè)務(wù)信道(TCH/HS)，兩者的總速率分別為22.8kb/s和11.4kb/s。對(duì)于全速率話音編碼，話音幀長(zhǎng)20ms，每幀含260bit話音信息，提供的凈速率為13kb/s。②數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道。在全速率或半速率信道上，通過不同的速率適配和信道編碼，用戶可使用下列各種不同的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)：

9.6kb/s,全速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道(TCH/F9.6)4.8kb/s,全速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道(TCH/F4.8)4.8kb/s,半速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道(TCH/H4.8)≤2.4kb/s,全速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道(TCH/F2.4)≤2.4kb/s,半速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道(TCH/H2.4)(2)控制信道。控制信道(CCH)用于傳送信令和同步信號(hào)。

①?gòu)V播信道(BCH)。廣播信道是一種“一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)”的單方向控制信道，用于基站向移動(dòng)臺(tái)廣播公用的信息。傳輸?shù)膬?nèi)容主要是移動(dòng)臺(tái)入網(wǎng)和呼叫建立所需要的有關(guān)信息。其中又分為：

·頻率校正信道(FCCH)：傳輸供移動(dòng)臺(tái)校正其工作頻率的信息；

·同步信道(SCH)：傳輸供移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行同步和對(duì)基站進(jìn)行識(shí)別的信息，即基站識(shí)別碼是在同步信道上傳輸?shù)模?/p>

·廣播控制信道(BCCH)：傳輸系統(tǒng)公用控制信息，例如公共控制信道(CCCH)號(hào)碼以及是否與獨(dú)立專用控制信道(SDCCH)相組合等信息。②公用控制信道(CCCH)。CCCH是一種雙向控制信道，用于呼叫接續(xù)階段傳輸鏈路連接所需要的控制信令。其中又分為：

·尋呼信道(PCH)：傳輸基站尋呼移動(dòng)臺(tái)的信息；

·隨機(jī)接入信道(RACH)：這是一個(gè)上行信道，用于移動(dòng)臺(tái)隨機(jī)提出的入網(wǎng)申請(qǐng)，即請(qǐng)求分配一個(gè)獨(dú)立專用控制信道(SDCCH)；

·準(zhǔn)許接入信道(AGCH)：這是一個(gè)下行信道，用于基站對(duì)移動(dòng)臺(tái)的入網(wǎng)申請(qǐng)作出應(yīng)答，即分配一個(gè)獨(dú)立專用控制信道。③專用控制信道(DCCH)。DCCH是一種“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”的雙向控制信道，其用途是在呼叫接續(xù)階段以及在通信進(jìn)行當(dāng)中，在移動(dòng)臺(tái)和基站之間傳輸必需的控制信息。其中又分為：

·獨(dú)立專用控制信道(SDCCH)：用于在分配業(yè)務(wù)信道之前傳送有關(guān)信令。例如，登記、鑒權(quán)等信令均在此信道上傳輸，經(jīng)鑒權(quán)確認(rèn)后，再分配業(yè)務(wù)信道(TCH)；

·慢速輔助控制信道(SACCH)：在移動(dòng)臺(tái)和基站之間，需要周期性地傳輸一些信息。例如,移動(dòng)臺(tái)要不斷地報(bào)告正在服務(wù)的基站和鄰近基站的信號(hào)強(qiáng)度，以實(shí)現(xiàn)“移動(dòng)臺(tái)輔助切換功能”。此外，基站對(duì)移動(dòng)臺(tái)的功率調(diào)整、時(shí)間調(diào)整命令也在此信道上傳輸，因此SACCH是雙向的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)控制信道。SACCH可與一個(gè)業(yè)務(wù)信道或一個(gè)獨(dú)立專用控制信道聯(lián)用。SACCH安排在業(yè)務(wù)信道時(shí)，以SACCH/T表示；安排在控制信道時(shí)，以SACCH/C表示。

·快速輔助控制信道(FACCH)：傳送與SDCCH相同的信息，只有在沒有分配SDCCH的情況下，才使用這種控制信道。使用時(shí)要中斷業(yè)務(wù)信息，把FACCH插入業(yè)務(wù)信道，每次占用的時(shí)間很短，約18.5ms。3.時(shí)隙的格式在GSM系統(tǒng)中，每幀含8個(gè)時(shí)隙，時(shí)隙的寬度為0.577ms，其中包含156.25bit。TDMA信道上一個(gè)時(shí)隙中的信息格式稱為突發(fā)脈沖序列。根據(jù)所傳信息的不同，時(shí)隙所含的具體內(nèi)容及其組成的格式也不相同。

(1)常規(guī)突發(fā)(NB,NormalBurst)脈沖序列。圖9-13常規(guī)突發(fā)脈沖等序列的格式(2)頻率校正突發(fā)(FB,FrequencyCorrectionBurst)脈沖序列。頻率校正突發(fā)脈沖序列用于校正移動(dòng)臺(tái)的載波頻率，其格式比較簡(jiǎn)單，參見圖9-13所示。起始和結(jié)束的尾比特各占3bit，保護(hù)時(shí)間8.25bit，它們均與普通突發(fā)脈沖序列相同，其余的142bit，均置成“0”，相應(yīng)發(fā)送的射頻是一個(gè)與載頻有固定偏移(頻編)的純正弦波，以便于調(diào)整移動(dòng)臺(tái)的載頻。(3)同步突發(fā)(SB，SynchronisationBurst)脈沖序列。同步突發(fā)脈沖序列用于移動(dòng)臺(tái)的時(shí)間同步。主要組成包括64bit的位同步信號(hào)，以及兩段各39bit數(shù)據(jù)，用于傳輸TDMA幀號(hào)和基站識(shí)別碼(BSIC)?；咀R(shí)別碼(BSIC)用于移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量時(shí)區(qū)分同一個(gè)載頻而不同的基站。(4)接入突發(fā)(AB,AccessBurst)脈沖序列。接入突發(fā)脈沖序列用于上行傳輸方向，在隨機(jī)接入信道(RACH)上傳送，用于移動(dòng)用戶向基站提出入網(wǎng)申請(qǐng)。圖9-14接入突發(fā)脈沖序列的格式4.信道的組合方式(1)業(yè)務(wù)信道的組合方式。圖9–15業(yè)務(wù)信道的組合方式(2)控制信道的組合方式?？刂菩诺赖膹?fù)幀含51幀，其組合方式類型較多，而且上行傳輸和下行傳輸?shù)慕M合方式也是不相同的。

①BCCH和CCCH在TS0上的復(fù)用。圖9-16BCCH和CCCH在TS0上的復(fù)用圖9-17TS0上RACH的復(fù)用②SDCCH和SACCH在TS1上的復(fù)用。圖9-18SDCCH和SACCH(下行)在TS1上的復(fù)用③公用控制信道和專用控制信道均在TS0上的復(fù)用。圖9-19TS0上控制信道綜合復(fù)用9.2.3話音和信道編碼

數(shù)字化話音信號(hào)在無線傳輸時(shí)主要面臨三個(gè)問題：一是選擇低速率的編碼方式，以適應(yīng)有限帶寬的要求；二是選擇有效的方法減少誤碼率，即信道編碼問題；三是選用有效的調(diào)制方法，減小雜波輻射，降低干擾。圖9-20GSM系統(tǒng)的話音和信道編碼組成方框圖圖9-21GSM的編碼流程圖9-22GSM的交織方式9.2.4跳頻和間斷傳輸技術(shù)1.跳頻圖9-23GSM系統(tǒng)的跳頻示意圖

跳頻系統(tǒng)的抗干擾原理與直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)是不同的。直擴(kuò)是靠頻譜的擴(kuò)展和解擴(kuò)處理來提高抗干擾能力的，而跳頻是靠躲避干擾來達(dá)到抗干擾能力的。抗干擾性能用處理增益GP表征，GＰ的表達(dá)式為式中：BW是跳頻系統(tǒng)的跳變頻率范圍；

BC是跳頻系統(tǒng)的最小跳變的頻率間隔(GSM的BC=200kHz)。

若BW取15MHz，則GP=18dB。2.間斷傳輸了提高頻譜利用率，GSM系統(tǒng)還采用了話音激活技術(shù)。這個(gè)被稱為間斷傳輸(DTx)技術(shù)的基本原則是只在有話音時(shí)才打開發(fā)射機(jī)，這樣可以減小干擾，使頻率復(fù)用面積減小，提高系統(tǒng)容量。采用DTx技術(shù)，對(duì)移動(dòng)臺(tái)來說是更有意義，因?yàn)樵跓o信息傳輸時(shí)立即關(guān)閉發(fā)射機(jī)，可以減少電源消耗。

GSM中，話音激活技術(shù)是采用一種自適應(yīng)門限話音檢測(cè)算法。當(dāng)發(fā)端判斷出通話者暫停通話時(shí)，立即關(guān)閉發(fā)射機(jī)，暫停傳輸;在接收端檢測(cè)出無話音時(shí)，在相應(yīng)空閑幀中填上輕微的“舒適噪聲”，以免收聽者造成通信中斷的錯(cuò)覺。9.3GSM系統(tǒng)的控制與管理9.3.1位置登記

所謂位置登記(或稱注冊(cè))是通信網(wǎng)為了跟蹤移動(dòng)臺(tái)的位置變化，而對(duì)其位置信息進(jìn)行登記、刪除和更新的過程。由于數(shù)字蜂窩網(wǎng)的用戶密度大于模擬蜂窩網(wǎng)，因而位置登記過程必須更快、更精確。位置信息存儲(chǔ)在原籍位置寄存器(HLR)和訪問位置寄存器(VLR)中。圖9-24位置區(qū)劃分的示意圖圖9-25位置登記過程舉例9.3.2鑒權(quán)與加密

由于空中接口極易受到侵犯，GSM系統(tǒng)為了保證通信安全，采取了特別的鑒權(quán)與加密措施。鑒權(quán)是為了確認(rèn)移動(dòng)臺(tái)的合法性，而加密是了為防止第三者竊聽。鑒權(quán)中心(AUC)為鑒權(quán)與加密提供了三參數(shù)組(RAND#,SRES和Kc)，在用戶入網(wǎng)簽約時(shí)，用戶鑒權(quán)鍵K

i連同IMSI一起分配給用戶，這樣每一個(gè)用戶均有惟一的Ki和IMSI，它們存儲(chǔ)于AUC數(shù)據(jù)庫(kù)和SIM卡中。根據(jù)HLR的請(qǐng)求，AUC按下列步驟產(chǎn)生一個(gè)三參數(shù)組，參見圖9-26。圖9-26AUC產(chǎn)生三參數(shù)組1.鑒權(quán)圖9-27鑒權(quán)程序2.加密圖9-28加密程序3.設(shè)備識(shí)別每一個(gè)移動(dòng)臺(tái)設(shè)備均有一個(gè)惟一的移動(dòng)臺(tái)設(shè)備識(shí)別碼(IMEI)。在EIR中存儲(chǔ)了所有移動(dòng)臺(tái)的設(shè)備識(shí)別碼，每一個(gè)移動(dòng)臺(tái)只存儲(chǔ)本身的IMEI。設(shè)備識(shí)別的目的是確保系統(tǒng)中使用的設(shè)備不是盜用的或非法的設(shè)備。為此，EIR中使用三種設(shè)備清單：白名單：合法的移動(dòng)設(shè)備識(shí)別號(hào)；黑名單：禁止使用的移動(dòng)設(shè)備識(shí)別號(hào)；灰名單：由運(yùn)營(yíng)者決定，例如有故障的或未經(jīng)型號(hào)認(rèn)證的移動(dòng)設(shè)備識(shí)別號(hào)。圖9-29設(shè)備識(shí)別程序4.用戶識(shí)別碼

為了防止非法監(jiān)聽進(jìn)而盜用IMSI，在無線鏈路上需要傳送IMSI時(shí)，均用臨時(shí)移動(dòng)用戶識(shí)別碼(TMSI)代替IMSI。僅在位置更新失敗或MS得不到TMSI時(shí)，才使用IMSI。

MS每次向系統(tǒng)請(qǐng)求一種程序，如位置更新、呼叫嘗試等，MSC/VLR將給MS分配一個(gè)新的TMSI。

圖9-30位置更新時(shí)產(chǎn)生新的TMSI9.3.3呼叫接續(xù)1.移動(dòng)用戶主呼移動(dòng)用戶向固定用戶發(fā)起呼叫的接續(xù)過程如圖9-31所示。圖9-31移動(dòng)用戶主呼時(shí)的接續(xù)過程2.移動(dòng)用戶被呼圖9-32移動(dòng)用戶被呼時(shí)的接續(xù)過程9.3.4過區(qū)切換所謂過區(qū)切換是在通話期間，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)從一個(gè)小區(qū)進(jìn)入另一個(gè)小區(qū)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)能進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，把移動(dòng)臺(tái)從原小區(qū)所用的信道切換到新小區(qū)的某一信道，并保證通話不間斷(用戶無感覺)。如果小區(qū)采用扇區(qū)定向天線，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)在小區(qū)內(nèi)從一個(gè)扇區(qū)進(jìn)入另一扇區(qū)時(shí)，也要進(jìn)行類似的切換。(1)同一個(gè)BSC控制區(qū)內(nèi)不同小區(qū)之間的切換，也包括不同扇區(qū)之間的切換。圖9-33同一個(gè)BSC的過區(qū)圖9-34同一個(gè)MSC/VLR區(qū)，不同切換示意BSC間切換示意圖9-35同一MSC的BSC間的切換流程(3)不同MSC/VLR的區(qū)間切換。圖9-36不同MSC/VLR的切換示意圖9-37不同MSC/VLR的切換流程9.4三種TDMA蜂窩系統(tǒng)分析比較9.4.1D-AMPS的特征美國(guó)的TDMA蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)(D-AMPS)采用美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)制定的IS-54標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的頻道間隔(30kHz)是與AMPS一致的，而且移動(dòng)臺(tái)的工作模式是數(shù)/模兼用的，或稱雙模方式。因此，D-AMPS和AMPS可以在同樣的無線環(huán)境中并存，有利于逐步擴(kuò)大數(shù)字用戶，以實(shí)現(xiàn)模擬通信系統(tǒng)向數(shù)字通信系統(tǒng)的平滑過渡。工作頻段移動(dòng)臺(tái)發(fā)射頻段：824～849MHz;基站發(fā)射頻段：869～894MHz;頻道間隔：30kHz;雙工頻率間隔：45MHz。2.多址方式采用時(shí)分多址/頻分多址/頻分雙工(TDMA/FDMA/FDD)制式。時(shí)分多址幀長(zhǎng)為40ms,每幀含6個(gè)時(shí)隙。與GSM通信系統(tǒng)一樣，D-AMPS系統(tǒng)也定義了全速率與半速率兩種物理信道，目前使用的全速率信道占2個(gè)時(shí)隙，相當(dāng)于每載波含3個(gè)物理信道。將要開發(fā)的半速率信道只占一個(gè)時(shí)隙，相當(dāng)于每載波含6個(gè)物理信道。每個(gè)時(shí)隙含324bit，即系統(tǒng)的信道傳輸速率為324×6/40=48.6kb/s，幀和時(shí)隙的格式如圖9-38所示。圖9-38D-AMPS的幀和時(shí)隙格式G:保護(hù)時(shí)間；R:功率上升時(shí)間；SACCH:慢速輔助控制信道；SYNC:同步信道；DATA:業(yè)務(wù)信道(含快速輔助控制信道)；DVCC:數(shù)字識(shí)別色碼；RSVD:保留(備用)時(shí)間。這里，SACCH安排在各個(gè)業(yè)務(wù)時(shí)隙之中，不同于GSM系統(tǒng)那樣在業(yè)務(wù)復(fù)幀中專門安排1幀或2幀。同步信道傳輸?shù)男畔⒂糜跁r(shí)隙同步、均衡訓(xùn)練和時(shí)隙識(shí)別。因此，同步序列應(yīng)具有良好的相關(guān)特性。IS-54定義了6種同步序列，可分別指配給不同的時(shí)隙，使接收機(jī)可以鎖定在指定的時(shí)隙上。數(shù)字識(shí)別色碼用作不同基站的標(biāo)志，便于移動(dòng)臺(tái)區(qū)別不同的基站，它用8bit可編成28=256個(gè)不同的碼字。為了防止傳輸中發(fā)生錯(cuò)誤，8bit的碼字采用縮短漢明碼(12，8)形成12bit的數(shù)字識(shí)別色碼。

此外，由圖9-38可見，上行時(shí)隙的格式與下行時(shí)隙的格式有所不同，其主要原因是下行傳輸時(shí)，可不設(shè)保護(hù)時(shí)間與功率上升時(shí)間。而上行傳輸時(shí)，占用6bit的保護(hù)時(shí)間，是為了避免傳播時(shí)延而發(fā)生的時(shí)間交疊問題；而功率上升時(shí)間(6bit)是不發(fā)射信息的，它用于滿足移動(dòng)臺(tái)發(fā)射機(jī)達(dá)到額定功率所需要的時(shí)間。需要指出的是，與GSM系統(tǒng)類似，上行幀與下行幀的偏移量是一個(gè)時(shí)隙再加88bit，共計(jì)412bit,約8.48ms。3.話音編碼

D-AMPS系統(tǒng)話音編碼采用“矢量和激勵(lì)線性予測(cè)(VSELP)”編碼方式，編碼速率為7.95kb/s。在20ms的話音編碼幀中，共有159個(gè)信息比特，分為兩類：1類是對(duì)差錯(cuò)敏感的77bit；2是對(duì)差錯(cuò)不敏感的82bit。1類比特加上CRC校驗(yàn)位(7bit)和尾比特(5bit)，進(jìn)行碼率為1/2和約束長(zhǎng)度為5的卷積編碼，變成178個(gè)傳輸比特；2類比特不進(jìn)行差錯(cuò)保護(hù)。兩類比特之和為260bit，相應(yīng)的話音速率為260/20=13kb/s。為防止突發(fā)性干擾的影響，這些傳輸比特在發(fā)送之前還要在40ms的時(shí)間間隔中進(jìn)行交織編碼。4.控制信道雙模系統(tǒng)的移動(dòng)臺(tái)因?yàn)橐c模擬系統(tǒng)相通，因而系統(tǒng)中必須保留AMPS原有的控制信道，但為了對(duì)數(shù)字傳輸進(jìn)行必要的控制，就必須在業(yè)務(wù)信道中設(shè)置必須的專用控制信道。與GSM系統(tǒng)相似，IS-54標(biāo)準(zhǔn)的雙模系統(tǒng)也設(shè)置了慢速輔助控制信道(SACCH)和快速輔助控制信道(FACCH)。由圖9-38可見，在每一時(shí)隙中SACCH占有12bit，其中6bit是信息位，另加6位是經(jīng)碼率為1/2、約束長(zhǎng)度為6的卷積編碼器產(chǎn)生的，以提高抗干擾能力。經(jīng)編碼后SACCH的速率為12×2/40=0.6kb/s(全速率傳輸時(shí)，每幀用2個(gè)時(shí)隙)。FACCH同樣采用占用業(yè)務(wù)信道的辦法，即通常所說的中斷-猝發(fā)模式，占用一個(gè)時(shí)隙中的260個(gè)業(yè)務(wù)比特。

如上所述，一個(gè)TDMA幀包括6個(gè)時(shí)隙，每時(shí)隙長(zhǎng)為6.67ms，包含324bit。因此數(shù)據(jù)總速率是48.6kb/s，平均每用戶的總速率是16.2kb/s，其中： 話音編碼：13kb/s；

SACCH:0.6kb/s；

DVCC:0.6kb/s;

保護(hù)時(shí)間、上升時(shí)間及同步：2.0kb/s。5.調(diào)制方式

D-AMPS系統(tǒng)使用的調(diào)制方式為π/4偏置的差分四相相移鍵控(π/4-DQPSK),并采用平方根升余弦的基帶濾波器，滾降系數(shù)為0.35。這種調(diào)制方式在30kHz的頻道間隔中傳輸48.6kb/s的信息，頻帶利用率達(dá)到48.6/30=1.626b/s/Hz，比GSM系統(tǒng)的頻帶利用率高。不過這種調(diào)制方式不屬于恒包絡(luò)數(shù)字調(diào)制，通常對(duì)傳輸信道的線性度有較高要求。9.4.2JDC系統(tǒng)的特征1.工作頻段移動(dòng)臺(tái)發(fā)射頻率：940～956MHz/1429～1453MHz;

基站發(fā)射頻率：810～826MHz/1477～1501MHz;收發(fā)雙工頻率間隔：130MHz/48MHz;頻道間隔：25kHz。2.多址方式采用TDMA/FDMA制式，每載頻分3個(gè)時(shí)隙(全速率)或6個(gè)時(shí)隙(半速率)，信道傳輸速率4.2kb/s。

3.信道分類

RCR-STD-27B定義了兩類邏輯信道，即業(yè)務(wù)信道(TCH)和控制信道(CCH)，其分類方法見圖9-39。圖9-39JDC系統(tǒng)的信道分類4.時(shí)隙格式

JDC的TDMA幀長(zhǎng)為20ms，在全速率情況下，分為3個(gè)時(shí)隙，時(shí)隙長(zhǎng)為20/3=6.67ms。時(shí)隙結(jié)構(gòu)與邏輯信道類型及傳輸方向有關(guān)。圖9-40示出了兩種典型的時(shí)隙格式，其中上部為業(yè)務(wù)時(shí)隙，且上行傳輸(或稱反向傳輸)。下部為控制時(shí)隙，且下行傳輸(或稱正向傳輸)。其中，移動(dòng)臺(tái)發(fā)往基站時(shí)，保護(hù)時(shí)間占6bit。功率上升時(shí)間為4bit;幀同步20bit，位于時(shí)隙中部;8bit的數(shù)字色碼用來別基站。1bit的挪用標(biāo)志用來區(qū)分業(yè)務(wù)信道中是否包含F(xiàn)ACCH。15bit為實(shí)時(shí)控制信令。每用戶總數(shù)據(jù)速率280/0.02=14kb/s，其中業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)率為是224/0.02=11.2kb/s，其余2.8kb/s用于各種開銷。圖9-40JDC的時(shí)隙格式5.話音編碼和調(diào)制方式采用VSELP話音編碼技術(shù)，話音編碼比特率為6.7kb/s，加差錯(cuò)保護(hù)比特率為4.5kb/s，總的話音傳輸速率為11.2kb/s。調(diào)制方式為π/4-DQPSK,采用平方根升余弦基帶濾波器，滾降系數(shù)為0.5。

GSM、D-AMPS和JDC三種TDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)由于在開發(fā)背景、時(shí)間及要求等方面不盡相同，因而在技術(shù)性能和服務(wù)功能上，三種系統(tǒng)也各有差異。表9-4三種TDMA蜂窩通信系統(tǒng)的主要參數(shù)9.4.3蜂窩系統(tǒng)的通信容量1.FDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量蜂窩通信系統(tǒng)由若干個(gè)小區(qū)構(gòu)成一個(gè)區(qū)群，區(qū)群之間實(shí)現(xiàn)頻率再用，使用相同頻率的小區(qū)稱為共道小區(qū)，共道小區(qū)之間存在相互干擾稱為共道干擾。圖9-41共道小區(qū)分布

若蜂窩網(wǎng)的每個(gè)區(qū)群含7個(gè)小區(qū)和各基站采用全向天線時(shí)，共道小區(qū)的分布如圖9-41所示。共道小區(qū)以某一小區(qū)(圖中為1號(hào)小區(qū))為中心可分成許多層：第Ⅰ層6個(gè)；第Ⅱ?qū)?個(gè)；第Ⅲ層6個(gè)……

因?yàn)閬碜缘冖駥庸驳佬^(qū)的干擾最強(qiáng)，起主導(dǎo)作用，故在進(jìn)行分析時(shí)，可以只考慮這一6個(gè)共道小區(qū)所產(chǎn)生的干擾。令小區(qū)半徑為r，兩個(gè)相鄰共道小區(qū)之間的距離為。為把共道干擾控制在允許的數(shù)量而需要的值稱為共道干擾抑制因子(或稱共道再用因子)，即共道再用因子α為(9-4)圖9-42FDMA蜂窩系統(tǒng)的共道干擾分布根據(jù)圖9-42可得載干比的表示式為式中，C是信號(hào)功率；n0是背景噪聲功率(這里可忽略不計(jì))；Ii是來自第i個(gè)共道小區(qū)的干擾功率。假如傳播損耗與傳播距離的4次方成比例，接收機(jī)收到的信號(hào)功率與第i

個(gè)共道小區(qū)的干擾功率可分別寫成：式中，A為比例常數(shù)。因此式中，取信號(hào)的傳播距離等于小區(qū)半徑

r(移動(dòng)臺(tái)處于小區(qū)邊緣)，是考慮到載干比在最不利的情況下也要達(dá)到預(yù)定的門限值。此外，由圖9-42可見，共道干擾的傳播距離Di在i的取值不同時(shí)不會(huì)完全相等，但其差異并不太大，因而為了分析方便，可以令Di=D，于是有假如規(guī)定的載干比門限值為(C/I)S,則

當(dāng)蜂窩系統(tǒng)的總頻道數(shù)M=W/B(W為頻段寬度，B為頻道間隔)和區(qū)群小區(qū)數(shù)N確定后，每一小區(qū)的可用頻道數(shù)n可以求出為由式(9-4)可知可得上式說明：蜂窩系統(tǒng)可以分配給每個(gè)小區(qū)的信道數(shù)除了取決于總信道數(shù)之外，還取決于要求的載干比。換句話說，為了保證某一載干比，需要通過選擇合適的共道再用因子或區(qū)群小區(qū)數(shù)。

基站若采用定向天線把小區(qū)分成多扇區(qū)進(jìn)行工作，可以減小系統(tǒng)中的共道干擾。因?yàn)槎ㄏ蛱炀€具有方向性，共道干擾只能在一定位置上和一定范圍內(nèi)才能產(chǎn)生干擾作用，因而共道小區(qū)的有效數(shù)目要減小。由圖9-43可見，采用120°定向天線的三扇區(qū)，其共道干擾源將由原來的6個(gè)減少到2個(gè)，六扇區(qū)的共道干擾源由原來的6個(gè)減少到1個(gè)。干擾源的減少意味著實(shí)際的載干比得以提高，如果保持要求的載干比(C/I)S不變，則可以減小共道再用因子α，即減少每個(gè)區(qū)群的小區(qū)數(shù)N，從而增加每小區(qū)的可用信道數(shù)目，即提高系統(tǒng)的通信容量。2.TDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量

TDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量也可以用式(9-10)進(jìn)行計(jì)算，但是式中的信道寬度，在FDMA中即為頻道寬度。在TDMA中，一個(gè)頻道包含若干信道，為此采用等效信道寬度概念。TDMA系統(tǒng)劃分信道的辦法是首先把頻段W劃分成若干頻道，然后在每一頻道上再劃分成若干時(shí)隙。用戶使用的信道是在某一頻道上的某一時(shí)隙。若TDMA系統(tǒng)的頻道寬度為B0，而每一頻道包含m個(gè)時(shí)隙，則等效信道寬度為B0/m,相應(yīng)的信道總數(shù)為M=mW/B0。

盡管TDMA系統(tǒng)在每一頻道上可以分成m個(gè)時(shí)隙作為m個(gè)信道使用，但是不能由此而說其等效信道總數(shù)比FDMA系統(tǒng)的信道總數(shù)增大m倍。因?yàn)椋捯艟幋a速率確定后，傳輸一路話音所需要的頻帶也是確定的。TDMA系統(tǒng)在一個(gè)頻道上用m個(gè)時(shí)隙傳輸m路話音，它所占用的頻道寬度必然比FDMA系統(tǒng)傳輸一路話音所需要的頻道寬度大m倍。從原理上說，在系統(tǒng)總頻段相同的條件下，數(shù)字TDMA系統(tǒng)的等效信道總數(shù)和數(shù)字FDMA系統(tǒng)的信道總數(shù)是一樣的。如果二者所要求的載干比(C/I)S也是相同的話，則二者的通信容量也是一樣的。

例如，設(shè)通信系統(tǒng)的總頻段為96kHz，各路數(shù)字話音速率為