1、物理信道
采用頻分多址接入(fdma)和時(shí)分多址接入(tdma)混合技術(shù)。fdma是在規(guī)定頻率范圍內(nèi)分配n個(gè)載頻;tdma是說在每個(gè)載頻上按時(shí)間分為8個(gè)時(shí)間段,每個(gè)時(shí)隙段稱為一個(gè)時(shí)隙(slot),一個(gè)載頻上連續(xù)的8個(gè)時(shí)隙組成一個(gè)幀 (frame)。物理信道是指tdma中的時(shí)隙,即gsm的一個(gè)載頻上可提供8個(gè)物理信道。
2、我國gsm技術(shù)體制對(duì)頻率配置的規(guī)定
(1)工作頻段
分類
頻段
移動(dòng)臺(tái)發(fā)、基站收
基站發(fā)、移動(dòng)臺(tái)收
gsm900/1800頻段
900mhz頻段
890-915mhz
935-960mhz
1800mhz頻段
1710-1785mhz
1805-1880mhz
國家無委分配給
900mhz頻段
889-909mhz
931-954mhz
中國電信的頻段
1800mhz頻段
1710-1720mhz
1805-1815mhz
注:國家無委分配的900mhz頻段包括原來分配的tacs頻段和新分配的etacs頻段,gsm網(wǎng)絡(luò)總的可用頻帶為100mhz。
充分利用900mhz的頻率資源,可視不同需要向下擴(kuò)展900mhz頻段,相應(yīng)地向etacs頻段壓縮模擬公用移動(dòng)電話網(wǎng)的頻段。
在900mhz頻率無法滿足用戶容量需求時(shí),可啟用1800mhz頻段;考慮遠(yuǎn)期需要,向頻率管理單位申請(qǐng)新的1800mhz頻率。
(2)頻道間隔&雙工收發(fā)間隔&頻道配置
gsm網(wǎng)絡(luò)工作頻段采用900/1800mhz頻段,如表8.3所示。相鄰頻道間隔為200khz。每個(gè)頻道采用tdma方式分為8個(gè)時(shí)隙,即為8個(gè)信道。在900mhz頻段,雙工收發(fā)間隔為45mhz。在1800mhz頻段,雙工收發(fā)間隔為95mhz。 表 gsm網(wǎng)絡(luò)采用900/1800mhz頻段
900mhz頻段
1800mhz頻段
頻道間隔
相鄰頻道間隔為200khz
每個(gè)頻道采用時(shí)分多址接入(tdma)方式分為8個(gè)時(shí)隙,即8個(gè)信道
雙工收發(fā)間隔
45mhz
95mhz
等間隔頻道配置
頻道序號(hào)
1 ~ 124
512 ~ 885
頻道數(shù)
124
374
頻道序號(hào)和頻道標(biāo)稱中心頻率的關(guān)系
上行
下行
其中,n=1~124
上行
下行
其中,n=512,513,…885
(3)頻率復(fù)用方式
在建網(wǎng)初期及鄰省之間協(xié)調(diào)時(shí)應(yīng)使用4×3的復(fù)用方式,即n=4,采用定向天線,每基站用3個(gè)120 °或60°方向性天線構(gòu)成3個(gè)扇形小區(qū),如圖1所示。業(yè)務(wù)量較大的地區(qū)可采用其它的復(fù)用方式,如3×3,2×6,1×3復(fù)用方式。
若采用全向天線應(yīng)采用n=7的復(fù)用方式,其頻率可從4×3復(fù)用方式的12組中任選7組, 頻道不夠用的小區(qū)可從剩余頻率組中借用頻道,但相鄰頻率組盡量不在相鄰小區(qū)使用,如圖1所示。
在話務(wù)密度高的地區(qū),應(yīng)適當(dāng)采用新技術(shù)提高頻譜利用率:
①如同心圓小區(qū)覆蓋技術(shù);
②智能雙層網(wǎng)技術(shù);
③微蜂窩技術(shù)等等,在微蜂窩的頻率配置時(shí),可根據(jù)需要保留出一些專用頻率 1 4×3復(fù)用模式 圖2 7組復(fù)用模式 (4)干擾保護(hù)比與保護(hù)頻帶
①干擾保護(hù)比見下表
干擾
參考載干比
同道干擾c/ic
9db
200khz鄰道干擾c/ia1
-9db
400khz鄰道干擾c/ia2
-41db
②保護(hù)頻帶
原則:確保數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)能滿足干擾保護(hù)比要求。
當(dāng)某地gsm900系統(tǒng)與模擬蜂窩移動(dòng)電話系統(tǒng)共存時(shí),兩系統(tǒng)之間(頻道中心頻率之間)應(yīng)有約400khz的保護(hù)帶寬。
當(dāng)某地gsm1800系統(tǒng)與其它無線電系統(tǒng)的頻率相鄰時(shí),應(yīng)考慮系統(tǒng)間的相互干擾情況,留出足夠的保護(hù)頻帶。
3、邏輯信道
(1)邏輯信道的概念
是指在物理信道所傳輸?shù)膬?nèi)容,即依據(jù)移動(dòng)網(wǎng)通信的需要,為所傳送的各種控制信令和語音或數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在tdma的8個(gè)時(shí)隙分配的控制邏輯信道或語音、數(shù)據(jù)邏輯信道。
gsm數(shù)字系統(tǒng)在物理信道上傳輸?shù)男畔⑹谴蠹s由100多個(gè)調(diào)制比特組成的脈沖串,稱為突發(fā)脈沖序列 (burst);以不同的“burst”信息格式來攜帶不同的邏輯信道。
(2)邏輯信道分類
gsm的各種邏輯信道如圖3所示。
①專用信道: 用于傳送用戶語音或數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)信道,另外還包括一些用于控制 的專用控制信道。
②公共信道:用于傳送基站向移動(dòng)臺(tái)廣播消息的廣播控制信道和用于傳送 msc與ms間建立連接所需的雙向信號(hào)的公共控制信道。 圖3 gsm定義的各種邏輯信道示意圖 (3)公共信道
1)廣播信道
廣播信道(bch)是從基站到移動(dòng)臺(tái)的單向信道。包括頻率校正信道(fcch)、同步信道(sch)、廣播控制信道(bcch)。
①頻率校正信道(fcch):傳送頻率校正信息。
②同步信道(sych):傳送幀同步(tdma幀號(hào))信息和bts識(shí)別碼(bsic)信息。
③廣播控制信道(bcch):向每個(gè)bts廣播通用的信息。
2)公共控制信道
公共控制信道(ccch)是基站與移動(dòng)臺(tái)間的一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的雙向信道。包括尋呼信道(pch)、隨機(jī)接入信道(rach)、允許接入信道(agch)
①尋呼信道(pch):是下行信道,廣播基站尋呼移動(dòng)臺(tái)的尋呼消息。
②隨機(jī)接入信道(rach):是上行信道,ms隨機(jī)接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)用此信道向基站發(fā)送信息并申請(qǐng)指配一獨(dú)立專用控制信道sdcch。
③接入允許信道(agch):是下行信道,基站向隨機(jī)接入成功的移動(dòng)臺(tái)發(fā)送指配了的獨(dú)立專用控制信道sdcch。
3)專用信道
專用信道包括專用控制信道和業(yè)務(wù)信道
專用控制信道:是基站與移動(dòng)臺(tái)間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的雙向信道,包括獨(dú)立專用控制信道(sdcch)和隨路信道(acch)。
①獨(dú)立專用控制信道(sdcch):傳送基站和移動(dòng)臺(tái)間的指令與信道指配信息
②隨路信道(acch)分為慢速隨路信道(sacch)和快速隨路信道;慢速隨路信道(sacch)用于基站向移動(dòng)臺(tái)傳送功率控制信息、幀調(diào)整信息;基站接收移動(dòng)臺(tái)發(fā)來的移動(dòng)臺(tái)接收信號(hào)強(qiáng)度報(bào)告和鏈路質(zhì)量報(bào)告??焖匐S路信道(facch):傳送基站與移動(dòng)臺(tái)間的越區(qū)切換的信令消息。
業(yè)務(wù)信道(tch):是用于傳送用戶的話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的信道
根據(jù)交換方式的不同分為電路交換信道和數(shù)據(jù)交換信道;依據(jù)傳輸速率的不同分為全速率信道(13kbit/s)和半速率信道( 6.5kbit/s )。 增強(qiáng)全速率業(yè)務(wù)信道是指,它的速率與全速率信道的速率一樣為13kbit/s,只是其壓縮編碼方案更為優(yōu)越,所以有較好的話音質(zhì)量。
4、物理信道與邏輯信道的配置
1)邏輯信道與物理信道的映射
gsm系統(tǒng)的邏輯信道數(shù)超過了一個(gè)載頻所提供的8 個(gè)物理信道。通信的根本任務(wù)是利用業(yè)務(wù)信道傳送語音或數(shù)據(jù),而按照一對(duì)一的信道配置方法,在一個(gè)載頻上已經(jīng)沒有業(yè)務(wù)信道的時(shí)隙了。解決方法:將邏輯控制信道復(fù)用,即在一個(gè)或兩個(gè)物理信道上復(fù)用邏輯控制信道。
映射對(duì)應(yīng)關(guān)系
一個(gè)基站有n個(gè)載頻,每個(gè)載頻有8個(gè)時(shí)隙,定義載頻數(shù)為f0、f1、f2 、…、fn-1,時(shí)隙數(shù)為ts0、ts1、…、ts7。
供邏輯控制信道使用
供業(yè)務(wù)信道使用
2)映射關(guān)系小結(jié)
(1)f0的ts0時(shí)隙
f0的ts0時(shí)隙用于映射廣播信道(bch)和公共控制信道(ccch)
下行鏈路( bcch、fcch、sch、pch、agch );上行鏈路( rach )
(2)f0的ts1時(shí)隙
下行鏈路f0上的ts1時(shí)隙用來將專用控制信道 (sdcch、sacch )映射到物理信道;上行鏈路f0上的ts1與下行鏈路f0上的ts1有相同的結(jié)構(gòu),只是它們?cè)跁r(shí)間上有3個(gè)時(shí)隙的偏移。
(3)在載頻f0上:ts2~ts7:邏輯業(yè)務(wù)信道,重復(fù)周期為26個(gè)ts,其它f1~fn個(gè)載頻的ts0~ts7時(shí)隙全部是業(yè)務(wù)信道 。
5、gsm的時(shí)隙幀結(jié)構(gòu)
gsm的時(shí)隙幀結(jié)構(gòu)有五個(gè)層次:時(shí)隙、tdma幀、復(fù)幀、超幀和超高幀 。
1)時(shí)隙是物理信道的基本單元;
2)tdma幀由8個(gè)時(shí)隙組成,是占據(jù)載頻帶寬的基本單元,即每個(gè)載頻有8個(gè)時(shí)隙。
3)復(fù)幀有兩種類型
①由26個(gè)tdma幀組成的復(fù)幀。用于tch、sacch和facch
②由51個(gè)tdma幀組成的復(fù)幀。用于bcch和ccch
4)超幀是由51個(gè)由26幀的復(fù)幀或26個(gè)由51幀的復(fù)幀構(gòu)成
5)超高幀等于2048個(gè)超幀,超高幀的周期與加密和跳頻有關(guān)。每經(jīng)過一個(gè)超高幀周期,循環(huán)長度為2715648,相當(dāng)于3小時(shí)28分53秒760毫秒,系統(tǒng)將重新啟動(dòng)密碼和跳頻算法。
gsm系統(tǒng)分級(jí)幀結(jié)構(gòu)的如圖4所示。 圖4 分級(jí)的幀結(jié)構(gòu) 6、突發(fā)脈沖
突發(fā)脈沖是以不同的信息格式攜帶不同邏輯信道,在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)傳輸?shù)模?00多個(gè)調(diào)制比特組成的脈沖序列。可看成是邏輯信道在物理信道傳輸?shù)妮d體。
突發(fā)脈沖分類見下表:
類型
邏輯信道
攜帶信息
普通突發(fā)脈沖
tch及除racha、sch、fcch和空閑突發(fā)脈沖以外的控制信道
業(yè)務(wù)信息和
控制信息
頻率校正突發(fā)脈沖
頻率校正信道(fcch)
頻率校正信息
同步突發(fā)脈沖
同步信道(sych)
系統(tǒng)同步信息
接入突發(fā)脈沖
隨機(jī)接入信道(rach)
隨機(jī)接入信息
空閑突發(fā)脈沖
控制信道
無
1)突發(fā)脈沖的結(jié)構(gòu)
①普通突發(fā)脈沖(nb:normal burst)
普通突發(fā)脈沖(nb:normal burst)用于構(gòu)成tch,以及除fcch、sych、rach和空閑突發(fā)脈沖以外的所有控制信息信道,攜帶它們的業(yè)務(wù)信息和控制信息。普通突發(fā)脈沖是由加密信息(2×57bit)、訓(xùn)練序列(26bit)、尾位tb(2×3bit)、借用標(biāo)志f(stealing flag,2×1bit)和保護(hù)時(shí)間gp(guard period,8.25bit)構(gòu)成,總計(jì)156.25bit,如圖5所示。 圖5 普通突發(fā)脈沖序列 57個(gè)加密比特:加密語音、數(shù)據(jù)或控制信息
借用標(biāo)志f:表明借用一半業(yè)務(wù)信道資源給facch
訓(xùn)練序列:一串已知比特,供信道均衡用
尾位tb:總是000,是突發(fā)脈沖開始與結(jié)尾的標(biāo)志
保護(hù)時(shí)間gp:防止由于定時(shí)誤差而造成突發(fā)脈沖間的重疊
②頻率校正突發(fā)脈沖(fb:frequency correction burst)用于構(gòu)成fcch,攜帶頻率校正信息,如圖6所示。 圖6 頻率校正突發(fā)脈沖序列 142個(gè)固定比特:全0,固定的的頻率校正信息
③同步突發(fā)脈沖(sb:synchronization burst):用于構(gòu)成sych,攜帶有系統(tǒng)的同步信息。如圖7所示。 圖7 同步突發(fā)脈沖序列 39個(gè)加密比特: tdma幀號(hào)(tn)以及基站識(shí)別碼(bsic)信息長同步序列:易被檢測(cè)。
④接入突發(fā)脈沖(ab:access burst)用于構(gòu)成移動(dòng)臺(tái)的rach,攜帶隨機(jī)接入信息。 圖8 接入突發(fā)脈沖序列 長保護(hù)時(shí)間gp:適應(yīng)移動(dòng)臺(tái)首次接入或切換到新基站時(shí)不知時(shí)間的提前量
⑤空閑突發(fā)脈沖(db:dummy burst)的結(jié)構(gòu)與普通突發(fā)脈沖的結(jié)構(gòu)相同,只是將普通突發(fā)脈沖中的加密信息比特?fù)Q成固定比特。 圖9 空閑突發(fā)脈沖 當(dāng)無用戶信息傳輸時(shí),用空閑突發(fā)脈沖替代普通突發(fā)脈沖在tdma時(shí)隙中傳送
7、幀偏離與定時(shí)提前量
1)幀偏離
幀偏離是指前向信道的tdma幀定時(shí)與反向信道的tdma幀定時(shí)的固定偏差。
2)定時(shí)提前量
由突發(fā)脈沖的傳輸延時(shí)所帶來的定時(shí)的不確定,基站要指示移動(dòng)臺(tái)以一定的提前量發(fā)送突發(fā)脈沖,以補(bǔ)償所增加的延時(shí)。
幀偏離
定時(shí)提前量
概念
前向信道的tdma幀定時(shí)與反向信道的tdma幀定時(shí)的固定偏差
基站指示移動(dòng)臺(tái)以一定的提前量發(fā)送突發(fā)脈沖
長度
3個(gè)時(shí)隙
視具體情況而定
目的
避免移動(dòng)臺(tái)同一時(shí)隙收發(fā)的必要性,從而保證收發(fā)的時(shí)隙號(hào)不變
克服由突發(fā)脈沖的傳輸延時(shí)所帶來的定時(shí)的不確定
圖10 幀偏離與定時(shí)提前量示意圖 8、半速率信道
半速率信道是指語音速率從原來的13kbit/s下降到6.5kbit/s。 語音數(shù)據(jù)傳輸速率
業(yè)務(wù)信道種類
語音數(shù)據(jù)傳輸速率
全速率信道
13kbit/s
半速率信道
6.5kbit/s
優(yōu)點(diǎn):兩個(gè)移動(dòng)臺(tái)將可使用一個(gè)物理信道進(jìn)行呼叫,系統(tǒng)容量可增加一倍。