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1、第3章,TDMA数字蜂窝移动通信系统,简介,1982年欧洲26个国家的电信官员在欧洲邮政电信管理委员会的组织下举行会议，决定建立名为“移动特别小组（GSM）”组织。该组织决定为该系统推荐900 MHz的两组频段。 GSM移动通信系统是基于TDMA的数字蜂窝移动通信系统，是世界上第一个对数字调制、网络层结构和业务作了规范的蜂窝系统。GSM是目前世界上较先进的公开技术规范，内容全面详尽，版本在不断修改升级。,第3章 TDMA数字蜂窝移动通信系统,3.1 GSM数字蜂窝移动通信系统的电信业务 3.2 GSM数字蜂窝通信系统的无线传输方式 3.3 GSM数字蜂窝通信系统的主要技术 3.4 GSM数字蜂
2、窝通信系统的接续流程 3.5 三种TMDA数字蜂窝移动通信系统的比较,第3章 TDMA数字蜂窝移动通信系统,3.2 GSM数字蜂窝通信系统的无线传输方式 3.3 GSM数字蜂窝通信系统的主要技术 3.4 GSM数字蜂窝通信系统的接续流程 3.5 三种TMDA数字蜂窝移动通信系统的比较,3.1 GSM数字蜂窝移动通信系统的 电信业务,3.1.1 承载业务 3.1.2 电信业务 3.1.3 补充业务,3.1 GSM数字蜂窝移动通信系统的电信业务,GSM按ISDN对业务的分类方法对其业务分类：,基本业务 (Basic Services) 补充业务 (Supplement Aryservices),业
3、务,电信业务(又称用户终端业务) (teleservices) 承载业务 (bearer services),按功能,是独立的通信业务,GSM支持的基本业务示意图,3.1.1 承载业务,主要是保证用户在两个接入点之间传输有关信号所需的带宽容量，使用户之间实时可靠地传递信息（语音、数据等等）。 定义了对网络功能的需求。 在用户和GSM网络之间不需Modem 在GSM和PSTN接口方面仍需话音Modem,GSM的承载业务,3.1.2 电信业务,提供用户足够的容量，包括终端设备功能，与其他用户的通信。 结合了与信息处理功能相关的传输功能，使用承载业务来传送数据及提供更高层的功能。 电信业务包括网络及
4、终端容量，如电话、传真等等。,（一）电话业务,电话业务是GSM系统所提供的最重要的业务，它为数字移动通信系统的用户和其他所有与其联网的用户之间提供双向电话通信。 为提高频率利用率，GSM采用13 kb/s（全速）话音编码器来进行话音编码传输。GSM还可采用接近6.5 kb/s（半速）进行话音编码，使频率利用率更高。,（二）紧急呼叫业务,按照GSM技术规范，紧急呼叫是由电话业务引申出来的一种特殊业务。 此业务可使移动用户通过一种简单而同一的手续接到就近的紧急业务中心（在欧洲统一使用112，在我国统一使用火警特殊号119等），紧急呼叫业务优先于其他业务。 使用紧急业务不收费，也无需鉴别使用者的识别
5、号码。根据我国情况，暂不提供紧急呼叫业务。,（三）短信息业务,短信息业务包括移动台之间点对点短信息业务，以及小区广播式短信息业务。 点对点短信息业务是由短信息业务中心完成存储和前转功能的。短信息业务中心不仅可服务于GSM用户，也可服务于具备接受短信息业务功能的固定网用户。点对点信息的发送或接受应在空闲状态下进行，其信息量限制为160个字符。 小区广播式短信息业务是GSM移动通信网；以有规则的间隔向移动台广播具有通用意义的短信息，例如道路交通信息等。移动台只有在空闲状态下可接受广播信息，其信息量限制为93个字符。,（四）可视图文接入业务,是一种通过网络完成文本、图形信息检索和电子函件功能的业务。
6、,（五）传真业务,传真业务,交替语音和三类传真： 自动三类传真：,语音与三类传真 交替传送的业务,指使用户经GSM网络以 传真编码信息文件的形 式自动交换各种函件的 业务。,3.1.3 补充业务,是对基本业务的改进和补充，它不能单独向用户提供，而必须与基本业务一起提供。 同一附加业务可应用到若干个基本业务中。 前向呼叫是补充业务的一个例子，对于该业务的预要求是电话或传真业务。,GSM支持的补充业务,第3章 TDMA数字蜂窝移动通信系统,3.1 GSM数字蜂窝移动通信系统的电信业务 3.3 GSM数字蜂窝通信系统的主要技术 3.4 GSM数字蜂窝通信系统的接续流程 3.5 三种TMDA数字蜂窝移
7、动通信系统的比较,3.2 GSM数字蜂窝通信系统的无线 传输方式,3.2.1 TDMA/FDMA接入方式 3.2.2 信道及其组合 3.2.3 时隙的格式 3.2.4 信道的组合方式,3.2.1 TDMA/FDMA接入方式,（一）时隙,GSM蜂窝系统采用时分多址、频分多址和频分双工（TDMA/FDMA/FDD）制式。在25 MHz的频段中共分125个信道，信道间隔200 kHz。每载波含8个（以后可扩展为16个）时隙，时隙宽为0.577 ms。8个时隙构成一个TDMA帧，帧长为4.615 ms。,TDMA/FDMA接入方式示意图,（二）频率与信道序号,GSM系统工作在以下射频频段： 上行（移动
8、台发、基站收）为890915 MHz 下行（基站发、移动台收）为935960 MHz 收、发频率间隔为45 MHz。 移动台采用较低频段发射，传播损耗较低，有利于补偿上、下行功率不平衡的问题。,（二）频率与信道序号,由于载频间隔是0.2 MHz，因此GSM系统整个工作频段分为124对载频。其信道序号用n表示，则上、下两频段中序号为n的载频可用下式计算：,GSM系统总共有1248 = 992个物理信道,（三）调制方式,GSM的调制方式是高斯型最小移频键控（GMSK）方式。矩形脉冲在调制器之前先通过一个高斯滤波器。 这一调制方案由于改善了频谱特性，从而能满足CCIR提出的邻信道功率电平小于 -60
9、dBW的要求。 高斯滤波器的归一化带宽BT = 0.3。 频谱利用率为1.35（b/s）,（四）载频复用与区群结构,GSM系统中： 基站发射功率 每载波500 W，每时隙平均为500/8 = 62.5 W。 移动台发射功率 分为0.8 W、2 W、5 W、8 W和20 W五种。 小区覆盖半径最大 35 km（农村） 最小 500 m（市区）,3.2.2 信道及其组合,蜂窝通信系统传输信息的类型按逻辑功能可 分为业务信息和控制信息。因而在时分、频分复 用的物理信道上要安排相应的逻辑信道。,（一）帧结构,07共8个时隙,主要用于业务信息的传输,专用于传输控制信息,上行传输所用的账号,下行传输所用的
10、账号,=,时间上推后3个时隙,允许移动台进行帧调整以及对收发信机的调谐和转换。,（一）帧结构,（二）信道分类,传输数字语音或数据及少量的随路控制信令,传送信令和同步信号,“一点对多点”单向,传输移动台入网、 呼叫建立所需信息,传输供移动台校正 其工作频率的信息,传输供移动台 进行同步和对基站 进行识别的信息,传输系统 公用控制 信息,双向,传输链路连接 所需的控制信令,传输基站寻呼 移动台的信息,用于移动台随机 提出的入网申请,基站对移动台的入网申请做出应答,“点对点” 双向,移动台和基站 间传输必需的 控制信息,在分配业务信道 前传送有关信令,移动台和基站间周期性地传输信息,仅在无分配 SD
11、CCH时使用,（二）信道分类,GSM通信系统为了传输所需的各种信令，设置了多种控制信道，主要是为了增强系统的控制功能，同时也为了保证语音通信质量。 在模拟蜂窝系统中，要在通信进行过程中进行控制信令的传输，必须中断语音信息的传输，一般为100 ms左右，这就是所谓的“中断一猝发”的控制方式。,3.2.3 时隙的格式,在GSM系统中，每帧含8个时隙，时隙的宽度为0.577 ms，其中包含156.25比特。 TDMA信道上一个时隙中的信息格式称为突发脉冲序列。,（一）常规突发脉冲序列,也称普通突发脉冲序列，用于业务信道及专用控制信道。,尾比特3,信息比特57,1,训练序列26,1,信息比特57,尾比
12、特3,保护期8.52,（图）常规突发脉冲序列的格式,数据（加密比特）,表示此数据的性质是 业务信号或控制信号,信息位占116比特，分成两段,用作自适应均衡器的训练序列， 以消除多径效应产生的码间干扰。,信息比特57,尾比特3,保护期8.52,信息比特57,尾比特3,（一）常规突发脉冲序列,GSM系统共有8种训练序列，可分别用于邻近的同频小区。 这8个训练序列中，每个序列的自相关函数如右图所示，这是从中央的16比特和整个26比特序列之间的计算而得来的。所有8个序列，中央为相关峰，两边为5个“0”。,（一）常规突发脉冲序列,左图示出了常规突发序列（例如用于业务信道）在其发射窗期间的振幅图，同时还给
13、出了规范所明确的时间框，它表明了可接受的限制范围，而振幅图必须落入该限制范围，恒幅部分持续147比特，即携带信息的142比特及其两边的2.5比特。,（二）频率校正突发脉冲序列,频率校正突发脉冲序列用于校正移动台的载波频率，其格式比较简单。 发送的射频是一个与载频有固定偏移（频偏）的纯正弦波，以便于调整移动台的载频。,（图）频率突发脉冲序列的格式,尾比特3,尾比特3,保护期8.52,固定比特 142,均置成“0”,与普通突发脉冲序列相同,（三）同步突发脉冲序列,同步突发脉冲序列用于移动台的时间同步。 主要组成包括64 bit的同步信号（扩展的训练序列）以及两段各39比特数据，用于传输TDMA帧号
14、和基站识别码（BSIC）。 GSM的特性之一是用户信息具有保密性，它是通过在发送信息前进行加密实现的，其中加密序列的算法是以TDMA帧号为一个输入参数，因此在同步突发脉冲序列中携带TDMA帧号，为移动台在相应帧中发送加密数据是必需的。,尾比特3,加密比特39,扩展的训练序列64,保护期8.52,加密比特39,尾比特3,（图）同步突发脉冲序列的格式,（四）接入突发脉冲序列,接入突发脉冲序列用于上行传输方向，在随机接入信道（RACH）上传送，用于移动用户向基站提出入网申请。 AB序列的格式与前面三种序列的格式有较大差异。,起始比特8,训练序列41,保护期68.52,加密比特36,尾比特3,（图）接
15、入突发脉冲序列的格式,（0，0，1，1，1，0，1，0）,保护期较长,（四）接入突发脉冲序列,NB序列是一个长的序列，AB序列是一个短的序列，其突发序列的振幅图如右图所示。AB序列的包络在时间窗期间受到图（b）所示的时间限制框的约束。 AB序列的斜坡部分与NB序列的相同，只是有用部分的持续时间要短得多，以适应远距离移动台传播时间的需要,（四）接入突发脉冲序列,在使用AB序列时，由于移动台和基站之间的传播时间是不知道的，因此该AB序列到达基站时，与接收窗相比较已带有两次传播时延的时间误差，如左图所示。 若移动台离基站很远，AB序列就不能与接收窗相吻合。为补偿这不利影响，AB序列有用部分的持续时间
16、就选得很短，而防护段相应地显得很长，称为扩展的保护期。,3.2.4 信道的组合方式,逻辑信道组合是以帧为基础的。 逻辑信道与物理信道之间存在着映射关系 信道的组合形式与通信系统在不同阶段（接续或通话）所需要完成的功能有关，也与传输的方向（上行或下行）有关，除此之外，还与业务量有关。,（一）业务信道的组合方式,业务信道有全速率和半速率，下面只考虑全速率情况。业务信道的复帧含26个TDMA帧，下图给出了时隙2（即 TS2）构成一个业务信道的复帧。其中，24帧T、1帧A、1帧I。 上行与下行组合方式惟一的差别：有一个3个时隙时间偏移,（图）业务信道组成的格式和物理信道（一个时隙）的映射关系,I:空闲帧,T:（即TCH） 用于传输业务信息,代表随路的慢速辅助控制信道，传输其信息,（二）控制信道的组合方式,BCH和CCCH在TS0上的复用,（图）广播信道BCH和公共控制信道CCCH在主载频C0的TS0上的复用（下行链路）,F（
