GSM中的信道
GSM系统信道配置
GSM系统信道配置通信原理GSM系统信道配置的思维导图一个作业学习目标1. 能解释GSM系统A接口、Abis接口和Um接口的作用UM接口：手机和基站的接口俗称：空中接口Abis接口：基站和BSC（基站控制器）的接口A接口：BSC（基站控制器）和MSC/VLR(移动交换中心)的接口2. 能画出GSM帧结构3.能说出逻辑信道的作用以及每个逻辑信道对应的物理信道4. 能解释GSM的4步空口流程3.1 物理信道物理信道——TDMA 中的时隙，1个载频提供8个物理信道GSM 网络总的可用频带为100MHZ1.在建网初期及邻省之间协调时应使用4x3的复用方式，即N=4，采用定向天线，每基站用3个120°或60°方向性天线构成3个扇形小区2.业务量较大的地区可采用其它的复用方式如3x3，2x6，1x3复用方式1.若采用全向天线应采用N=7的复用方式其频率可从4x3复用方式的12组中任选7组，频道不够用的小区可从剩余频率组中借用频道，但相邻频率组尽量不在相邻小区使用2.在微蜂窝的频率配置时，可根据需要保留出一些专用频率3.2 逻辑信道逻辑信道是指在物理信道所传输的内容，即依据移动网通信的需要，为所传送的各种控制信令和语音或数据业务，在TDMA 的8个时隙，分配的控制逻辑信道或语音、数据逻辑信道。
专用信道用于传送用户语音或数据的业务信道，另外还包括一些用于控制的专用控制信道专用控制信道（DCCH）：是基站与移动台间的点对点的双向信道业务信道(TCH)：是用于传送用户的话音利1数据业务的信道口分类：根据交换方式的不同分为电路交换信道和数据交换信道依据传输速率的不同分为全速率信道 (13kbit/s)和半速率信道(6.5kbit/s)公共信道用于传送基站向移动台广播消息的广播控制信道和用于传送MSC与MS间建立连接所需的双向信号的公共控制信道广播信道（BCH）：从基站到移动台的单向信道公共控制信道（CCCH）：是基站与移动台间的一点对多点的双向通信逻辑信道架构图3.3 信道配置逻辑信道与物理信道映射GSM系统的逻辑信道数超过了一个载频所提供的8个物理信道通信的根本任务是利用业务信道传送语音或数据，而按照一对一的信道配置方法，在一个载频上已经没有业务信道的时隙将逻辑控制信道复用，即在一个或两个物理信道上复用逻辑控制信道一个基站有N个载频，每个载频有8个时隙。
GSM参数
GSM参数GSM（全球移动通信系统）是一种数字移动通信标准，广泛应用于全球范围内的手机网络。
GSM参数是指在GSM系统中使用的一些重要参数，用于描述和配置手机网络的特性。
以下是GSM参数的详细说明。
1.频率GSM网络使用900MHz和1800MHz两个频段进行通信。
这两个频段被划分为多个信道，每个信道由8个时隙组成。
频率是指每个时隙的频率值，用于进行通信。
2.带宽GSM网络的带宽是200kHz，用于传输语音和数据。
3.调制方式GSM网络使用Gaussian Minimum Shift Keying（GMSK）调制方式，用于将数字信号转换为模拟信号进行传输。
4.跳频GSM网络使用跳频技术，将信号在不同的频道之间进行跳跃传输，从而提高通信的可靠性和安全性。
5.功率控制GSM网络中，手机的发射功率会根据信号质量进行动态调整，以确保在最低功率条件下实现可靠的通信，从而节省电池寿命。
6.编码技术GSM网络使用了多种编码技术，包括卷积编码、置换编码和加法检验码，以提高信号的可靠性和抗干扰能力。
7.信号强度GSM网络使用信号强度来表示手机与基站之间的信号质量。
信号强度的单位是dBm，数值越大代表信号越强。
8.邻区列表GSM网络中的基站通常会与其邻近的多个基站建立连接，以提供全面的无缝覆盖。
邻区列表是手机存储的相邻基站的信息，用于进行无缝切换。
9.话音编码GSM网络使用高级语音编码（AMR）来传输语音信号。
AMR编码可以根据语音质量和网络负载选择不同的编码速率，以实现更高的语音质量或更低的网络带宽消耗。
10.数据传输GSM网络支持数据传输，最初的GSM网络通过Circuit SwitchedData（CSD）方式提供数据传输服务。
随着技术的发展，GSM网络也引入了GPRS（General Packet Radio Service）和EDGE（Enhanced Datarates for Global Evolution）技术，用于提供高速数据传输服务。
11-GSM系统(三)之信道与帧
逻辑信道应用
逻辑信道应用
GSM系统的帧
时分多址(TDMA)帧结构 TDMA时隙(TS)和突发(Burst)
时分多址(TDMA)帧结构
1 超高帧＝2 04 8 超帧＝2 71 56 48 TDMA 帧(3 h 2 8min 5 3s7 60 ms) 0 1 2 3 4 … 2 04 2 2 04 3 2 04 4 2 04 5 2 04 6 2 04 7
逻辑信道应用
一个基本的逻辑信道应用过程如下：
MS开机，在FCCH上接收频率校正信息；在SCH上接 收同步信号；在BCCH上接收系统消息；
在RACH上接入申请；在AGCH上允许接入并分配 SDCCH；在SDCCH/SACCH上的SDCCH上进行鉴权， 在SACCH上功率控制； 在TCH上通信，通话期间短消息在SACCH上传送，切 换信令在FACCH上传送；
(1) 独立专用控制信道(SDCCH, Stand alone Dedicated Control Channel)。 用于在分配业务信道之前的呼叫建立过程中 传输有关信令。 例如, 传输登记、 鉴权等信令。
控制信道(CCH)
(2) 慢速辅助(随路)控制信道(SACCH, Slow Associated Control Channel)。用于移动台和基站之间连续地、 周 期性地传输一些控制信息。
1 超帧＝1 32 6TDMA 帧(6 .1 2 s)＝5 1(2 6 帧)复帧或2 6(5 1)复帧 0 1 2 3 0 1 … … 47 48 49 50 24 25
1 (2 6 帧)复帧＝2 6TDMA 帧(1 20 ms) 0 1 2 3 … 22 23 24 25
《GSM的无线信道》课件
GSM的无线信道简介
GSM的分帧结构和时隙
1
时隙
2
每个时隙是对时间的划分，用于承载通
信数据。不同时隙用于不同目的，如语
音、数据和控制信令。
3
分帧结构
GSM系统中，每个时隙持续576.9微秒。 每个帧包含8个时隙，共持续4即多个用户以不 同时隙同时在同一信道上进行通信，提 高了信道利用率。
使用独特的编码方案，确保控制信令的可靠传输。
GSM的调制和解调技术
采用GMSK调制技术，将数字信号转换为连续的正弦波，以在无线信道上传输。解调将接收到的信号转换回数 字信号。
GSM的传输功率控制
通过动态调整移动设备的传输功率，GSM系统可以实现距离和质量的平衡，提高信道容量和网络性能。
GSM的无线信道性能优化方法
小区规划
切换技术
通过合理的小区布局和频率规划， 优化信道容量和覆盖范围。
使用智能切换算法，确保移动设 备在不同基站之间无缝切换，提 供持续稳定的通信。
干扰抑制
采用先进的抗干扰技术，减少外 部干扰对信道质量和性能的影响。
GSM的物理信道类型
下行通道
用于从基站向移动设备传输 数据和信令。
上行通道
用于从移动设备向基站传输 数据和信令。
广播通道
用于广播系统信息、寻呼和 短消息。
GSM的信道编码
语音编码 数据编码 控制信令编码
使用全球通用的GSM编码算法对语音进行压缩和 解压缩，实现高质量的语音通信。
采用高效的字节编码方案，将数据转换为二进制 格式以在无线信道上传输。
各种移动通信制式频率与信道号之间的换算
各种移动通信制式频率与信道号之间的换算一、GSM信道与频率的换算GSM多址方式：TDMA（时分多址）GSM双工方式：FDD（频分双工）GSM占用带宽：上下行各25MHz（上下行共用以FDD方式工作）GSM上下行频率隔离：45MHzGSM信道间隔：200KHz移动占用带宽：上下行各19 MHz 上行：890MHz ~909MHz下行：935MHz ~954MHz （1 ~ 95）联通用带宽：上下行各6 MHz 上行：909MHz ~915MHz下行：954MHz ~960MHz （95 ~ 124）GSM一般换算公式：信道→频率：上行：890+CH×0.2=F上行（MHz）下行：935+CH×0.2=F下行（MHz）频率→信道：上行：（F上行-890）×5= CH下行：（F下行-935）×5= CHGSM工程算法：低端信道号（即移动较低频率点信道号）的算法：可采用一般换算公式高端信道号（即联通或移动较较高频率点信道号）算法：频率→信道：下行：（F下行-954）×5+95= CH上行：（F上行-909）×5+95= CH信道→频率：下行：[（CH - 95）×0.2]+954=F下行上行：F下行–45= F上行注：GSM中95频点为保护频点，无委规定联通、移动均不能占用，因此该频点内信号较为干净如做模拟测试可考虑采用该频点。
二、CDMA信道与频率的换算CDMA多址方式：CDMA（码分多址）CDMA双工方式：FDD（频分双工）CDMA占用带宽：上下行各10MHz（上下行共用以FDD方式工作）CDMA上下行频率隔离：45MHzCDMA信道间隔：1.23 MHzCDMA带宽：上行：825MHz ~835MHz下行：870MHz ~880MHz （37~283）现联通所用CDMA-IS95制式为美国高通制定，当时美国为实现AMP（模拟制式）向CDMA的平滑过渡因此定采用双制式兼容方案，即使用同时支持AMP 和CDMA的双模手机，并让AMP退出部分频率资源给CDMA使用。
GSM无线信道概述
(3)快相关控制信道（FACCH）。FACCH是一个需要时 才出现的信道。 FACCH主要用于切换、 短信及通知手 机测试哪些邻区等场合。
GSM无线信道概述
1 频域分析 表
1 数 字 蜂 窝 系 统 的 主 要 参 数
GSM无线信道
1 频域分析
表
由于各基站(BTS)会占用
1–
频段中任何一组频率, 移
3 数
动台必须有在整个频段字Biblioteka 上发送和接收信号的能蜂
窝
频率
力。 帧
4.6 ms
时隙 577 s
系
…
fn
01234567
fn+1
200kHz
规则脉冲激励长期预测编码(RPE-LTP编译码器)
用户
移动 台
BTS
TRA U MSC & P STN ISDN电话 用户
人的 语音
语音的13 kb/ s 语音的13 kb/ s
数据 序列
数据序列 语音的64 kb/ s 语音的64 kb/ s
数据 序列
数据序列 人的语音
图5-12 不同GSM接口的语音传输示意
数据
训练 序列
数据
T3
57 bit
S1
26 bit
S1
58 bit
S3 8.2 5 bi t
保护 时段
训练 序列
T8
41 bit
常规 突发
数据
36 bit
T3
常用信道和频点表 (修改)
WCDMA和GSM的常用信道和频点表
注：上述只列出了常用的高，中，低三个信道和频点，如用别的信道和频率，请利用下列公式计算。
WCDMA 2100 ：上行和下行信道相差950
WCDMA 1900 ：上行和下行信道相差400
WCDMA900,800 ：上行和下行信道相差225
频点中心频率和信道之间的计算公式如下：
WCDMA2100,1900,800 ：信道/5=频点。
WCDMA900 ：信道/5+340=频点。
GSM 1900 ：上行频点=1850.2MHz+（信道-512）*0.2MHz
下行频点=上行频点+80MHz
GSM 1800 ：上行频点=1710.2MHz+（信道-512）*0.2MHz
下行频点=上行频点+95MHz
GSM 900 ：上行频点=890.2MHz+（信道-1）*0.2MHz
下行频点=上行频点+45MHz
GSM 850 ：上行频点=824.2MHz+（信道-128）*0.2MHz
下行频点=上行频点+45MHz
表中的Band Gap是指：下行最小信道的频率与上行最大信道的频率之差。
表中的DL to UL Frequency Separation是指：上下行对应信道的频率之差。
GSM网络基本知识(中)空中信道
第五章目标通过本章学习，学生应该能够：1．理解调制GSM信号的GMSK调制方式。
2．说出四种最常用的组合信道并理解采用的原因。
3．理解采用复帧、超帧和巨帧的原因。
模拟和数字信号的发射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。
调制技术信号要在空中发送需要经过调制，有三种调制技术：幅度调制对于模拟信号来说易于实现，但抗噪声性能差。
频率调制实现起来复杂一些，但是抗噪声性能较好。
相位调制抗噪声性能最好，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）。
调制技术1. 幅度调制(AM- Amplitude Modulation)2. 频率调制(FM- Frequency Modulation)3.相移键控(PSK- Phase Shift Keying)数字信号的发射虽然相位调制抗噪声性能很好，但是还存在一个问题，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）高斯最小相移键控GMSK（Gaussian 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。
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GSM系统中的逻辑信道：
频率校正信道（FCCH）、同步信道（SCH）、广播控制信道（BCCH）、寻呼信道（PCH）、准许接入信道（AGCH）、小区广播控制信道（CBCH）、随机接入信道（RACH）、独立专用控制信道（SDCCH）、慢速随路控制信道（SACCH）、快速随路控制信道（FACCH）、全速率话音信道（TCH/FS）、半速率话音信道（TCH/HS）。
在ERICSSON的设备中，由BCCHTYPE，SDCCH和CBCH三个参数决定了BCC H和SDCCH的信道组合情况。
可能的组合有以下几种：
∙采用与BCCH共用一个物理信道的SDCCH/4，不包含CBCH信道（BCC HTYPE＝COMB），此时小区有4个SDCCH子信道。
∙采用与BCCH共用一个物理信道的SDCCH/4，包含CBCH信道（BCCHT YPE＝COMBC），此时小区有3个SDCCH子信道。
∙采用不与BCCH共用一个物理信道的SDCCH/8,不包含CBCH信道（BCC HTYPE＝NCOMB，CBCH＝NO），SDCCH/8的数目由参数SDCCH决定，
SDCCH子信道的数目为SDCCH*8。
∙采用不与BCCH共用一个物理信道的SDCCH/8,其中SDCCH/8信道包含一个CBCH信道（BCCHTYPE＝NCOMB，CBCH＝YES），SDCCH/8的
数目由SDCCH决定，SDCCH子信道的数目为SDCCH*8－1。
接入允许保留块数（AGBLK）
1.1.1.1定义
由于公共控制信道（CCCH）既有准许接入信道（AGCH）又有寻呼信道（PCH），因此网络中必须设定在CCCH信道消息块数中有多少块数是保留给准许接入信道专用的。
为了让移动台知道这种配置信息，每个小区的系统消息中含有一配置参数，即接入准许保留块数（AGBLK）。
1.1.1.2格式
AGBLK以十进制数表示，取值范围为：
BCCH信道不与SDCCH信道组合：0～7。
BCCH信道与SDCCH信道组合：0～2。
默认值为1。
AGBLK的取值表示在CCCH信道中AGCH信道的占用数。
其意义如表传送
AGBLK包含于信息单元“控制信道描述”中，在每个小区广播的系统消息中传送。
1.1.1.4设置及影响
在确定BCCH信道与SDCCH信道组合情况以后，参数AGBLK实际上是分配AGCH 和PCH在CCCH上占用的比例。
网络操作员可以通过调整该参数来平衡AGCH和PCH的承载情况。
在调整时可以参考下列原则：
·AGBLK的取值原则是：在保证AGCH信道不过载的情况下，应近可能减小该参数
以缩短移动台响应寻呼的时间，提高系统的服务性能。
·AGBLK的一般取值建议为1（BCCH信道与SDCCH信道组合时）、2或3（BCCH 信道与SDCCH信道不组合时）。
·在运行网络中，统计AGCH的过载情况适当调整AGBLK。
寻呼复帧数（MFRMS）
定义：
根据GSM规范，每个移动用户（即对应每个IMSI）都属于一个寻呼组（有关寻呼组的计算参见GSM规范05.02）。
在每个小区中每个寻呼组都对应于一个寻呼子信道，移动台根据自身的IMSI计算出它所属的寻呼组，进而计算出属于该寻呼组的寻呼子信道位置，在实际网络中，移动台只“收听”它所属的寻呼子信道而忽略其它寻呼子信道的内容，甚至在其它寻呼子信道期间关闭移动台中某些硬件设备的电源以节约移动台的功率开销（即DRX的来源）。
寻呼信道复帧数（MFRMS）是指以多少复帧数作为寻呼子信道的一个循环。
实际上该参数确定了将一个小区中的寻呼信道分配成多少寻呼子信道。
其参数设置及影响
根据BCCH信道与SDCCH信道的组合情况、AGBLK和MFRMS的定义，可以计算出每个小区寻呼子信道的个数：
• 当BCCH信道与SDCCH信道组合时：（3－AGBLK）×MFRMS。
• 当BCCH信道与SDCCH信道不组合时：（9－AGBLK）×MFRMS。
由上述分析可知，当参数MFRMS越大，小区的寻呼子信道数也越多，相应属于每个寻呼子信道的用户数越少（参见GSM规范05.02寻呼组计算方式），因此寻呼信道的承载能力加强（注意：理论上寻呼信道的容量并没有增加，只是在每个BTS
中缓冲寻呼消息的缓冲器被增大，使寻呼消息发送密度在时间上和空间上更均匀）。
但是，上述优点的获得是以牺牲寻呼消息在无线信道上的平均时延为代价的，即MFRMS越大使寻呼消息在空间段的时间延迟增大，系统的平均服务性能降低。
可见，MFRMS是网络优化的一个重要参数。
网络操作员在设置MFRMS时建议参考下列原则：
• MFRMS的选择以保证寻呼信道不发生过载为原则，在此前提下应使该参数尽可能小。
• 一般建议：对寻呼信道负载很大的地区（通常指话务量很大的区域），MFRMS 设置为8或9（即以8个或9个复帧作为寻呼组的循环）；对寻呼信道负载一般的地区（通常指话务量适中的区域），MFRMS设置为6或7（即以6个或7个复帧作为寻呼组的循环）；对寻呼信道负载较小的地区（通常指话务量较小的区域），MFRMS 设置为4或5（即以4个或5个复帧作为寻呼组的循环）。
• 在运行的网络中应定期测量寻呼信道的过载情况，并以此为根据适当调整MFRMS的数值。
例题：请根据给出的条件计算出IMSI为460004509069055的用户应该聆听哪个寻呼组的信息。
条件：某小区参数BCCHTYPE=NCOMB，AGBLK=1，MFRMS=2
答：N=MFRMS*（9-AGBLK）N为寻呼组的个数
属于该用户的寻呼组为（IMSI MOD 1000）MOD N
因此N=2*（9-1）=16
属于该用户的寻呼组为（460004509069055 MOD 1000）MOD 16=7。