3.3 GSM系统的无线接口 3.3.1 接入方式 在GSM中，无线路径上是采用频分多址(FDMA)和时分多址(TDMA)相结合的接入方式在这种接入方式中，GSM共25 MHz的频段被分为124个频道，频道间隔是200 kHz每一频道(或载频)可分成8个时隙(TS0～TS7)，每一时隙为一个信道，每个信道占用带宽200 kHz/8 = 25 kHz因此，一个载频最多可有8个移动客户同时使用，如图3-6所示 在图3-6中，(a)、(b)都是一个方向的情况，在相反方向上必定有一组对应的频率(FDMA)或时隙(TDMA)图3-6 FDMA和TDMA结合的接入方式 (a) FDMA；(b) TDMA,3.3.2 GSM的帧结构 在TDMA中，每个载频被定义为一个TDMA帧?，在信息传输中要有TDMA 帧号(FN)，这是因为GSM的特性之一—客户保密性好是通过在发送信息前对信息进行加密实现的而计算加密序列的算法要以TDMA帧号为一个输入参数，因此每一帧都必须赋予一个帧号绘图描述从图3-7中可以看出复帧分为两种类型：26帧的复帧和51帧的复帧26帧的复帧包括26个TDMA帧，这种复帧持续时长为120 ms，主要用于业务信息的传输，也称做业务复帧。
51帧的复帧包括51个TDMA帧，这种复帧持续时长为235.385 ms，专用于传输控制信息，也称做控制复帧图3-7 GSM系统各种帧结构及时隙的格式,时隙是构成物理信道的基本单元，在时隙内传送的脉冲串叫做“突发”(burst)脉冲序列每个突发脉冲序列共 156.25 bit，占时0.577 ms不同的突发信息格式携带不同的逻辑信道突发脉冲序列的格式如图3-8所示图3-8 突发脉冲序列的格式,突发脉冲序列 1、常规突发脉冲序列（除RACH、SCH、FCCH 外的信号）：NB2、空闲突发脉冲序列：3、频率校正突发脉冲序列：FB4、同步突发脉冲列：SB5、接入突发脉冲序列：AB,3.3.4 逻辑信道到物理信道的映射 经过上面的讨论可知：GSM系统的逻辑信道数已经超过了一个载频所能提供的8个物理信道，因此要想给每一个逻辑信道都配置一个物理信道是不可能的，解决这个问题的基本方法是将公共控制信道复用，即在一个或两个物理信道上承载所有的公共控制信道这个过程就是逻辑信道到物理信道的映射 C0上的TS1用于专用控制信道，C0上的TS2～TS7用于业务信道其余载频C1～Cn－1上的8个时隙均用于业务信道。
1．业务信道的映射p48 业务信道的复帧含26个TDMA帧，其组成的格式和物理信道的映射关系如图3-10所示图中给出了时隙2(即TS2)构成一个业务信道的复帧，共占26个TDMA帧，其中24帧为T(即TCH)，用于传输业务信息；1帧为A，代表随路的慢速辅助控制信道(SACCH)，传输慢速辅助信道的信息(例如功率调整的信令)；还有1帧I为空闲帧若某MS被分配到TS2，每个TDMA帧的每个TS2包含了此移动台的信息，直到该MS通信结束只有空闲帧是个例外，它不含有任何信息，移动台以一定方式使用它，在空闲帧后序列从头开始上行链路与下行链路的业务信道具有相同的组合方式，唯一的差别是有一个时间偏移，即相对于下行帧，上行帧在时间上推后3个时隙，这意味着移动台的收/发不必同时进行 120mS,图3-10 业务信道的映射方式,2．控制信道的映射 1) BCCH和CCCH在C0的TS0上的映射 由帧的分级结构可知，51帧的复帧是用于携带控制信息的，51帧的复帧中共有51个TS0，所映射的信道是广播控制信道和公共控制信道(BCCH、CCCH、FCCH、SCH)，其排列的序列如图3-11所示此序列在第51个TDMA帧上映射一个空闲帧之后开始重复下一个51帧的复帧。
图3-11 下行BCCH与CCCH在TS0上的映射,F(FCCH)—移动台据此同步频率，它的突发脉冲序列为FB； S(SCH)—移动台据此读TDMA帧号和BSIC码，突发脉冲序列为SB； B(BCCH)—移动台据此读有关小区的通用信息，突发脉冲序列为NB； I(IDEL)—空闲帧，不包括任何信息，突发脉冲序列为DB； C(CCCH)—移动台据此接收寻呼和接入，突发脉冲序列为NB 即便没有寻呼或接入进行，BTS也总在C0的TS0上发射上述信息，使移动台能够测试基站的信号强度，以确定使用哪个小区更合适C0的TS1～TS7以及其他载频的时隙也一样常发，如果没有信息传送，则用空闲突发脉冲序列代替以上叙述了下行链路C0上的TS0的映射对上行链路C0上映射的TS0是不包含上述各信道的，它只含有随机接入信道(RACH)，用于移动台的接入，如图3-12所示，它给出了51个连续TDMA帧的TS0图3-12 上行RACH在TS0上的映射,2) SDCCH和SACCH在C0的TS1上的映射 下行链路C0上的TS1用于映射专用控制信道(DCCH)其映射关系如图3-13所示由于呼叫建立和登记时的比特率较低，因此可在一个时隙上放8个专用控制信道，以提高时隙的利用率。
SDCCH和SACCH共占用102个时隙(即102个时分复用帧)，即两个复帧图3-13 下行SDCCH+SACCH在TS1上的映射,SDCCH的Dx(D0，D1，…，D7)只在移动台建立呼叫或登记的开始时使用；当移动台转移到业务信道TCH上，用户开始通话或登记完释放后，Dx就用于其他的移动台 SACCH的Ax(A1，A2，…，A7)是在传输建立阶段(也可能是切换时)需交换的控制信息，如功率调整等信息移动台的此类信息就是在该信道上传送的 由于是专用控制信道，因此上行链路C0上的TS1也具有与下行链路同样的结构，即意味着对一个移动台同时可双向连接，但在时间上有一个偏移3) BCCH和CCCH以及DCCH在TS0上的映射 以上讲的是基站载频多于一个时， 公共控制信道(CCCH)与专用控制信道(DCCH)映射到两个信道当某个小区仅有一个载频时，这意味着只有8个时隙，这时的TS0既可用作公共控制信道(CCCH)又可用作专用控制信道(DCCH)，映射方法如图3-14所示图3-14 BCCH+CCCH+SDCCH+SACCH下行链路在TS0上的映射,102个TDMA帧重复一次，即下行链路包括BCCH(F，S，B)、CCCH(C)、SDCCH(D0～D3)、SACCH(A0～A3)和空闲帧I。
上行链路包括RACH(R)、SDCCH(D0～D3)和SACCH(A0～A3)，共占102个TS如图3-15所示图3-15 RACH+SDCCH+SACCH上行链路在TS0上的映射,3.3.5 语音与信道编码p51 由于GSM系统是一种全数字系统，语音和其他信号都要进行数字化处理，因此移动台要先将语音信号转换成模拟电信号后，再把该模拟电信号经语音编码转换成数字信号，最后经信道编码后送给无线信道 目前，GSM采用的语音编码方案是规则脉冲激励长期线性预测编码器(RPE-LTP)，其目的是在不增加误码的情况下，以较小的速率优化频谱占用，同时达到与固定尽量相接近的语音质量而信道编码主要包括纠错编码和交织技术，目的是增加系统的可靠性3.3.6 跳频与语音间断传输技术 1．跳频 跳频是指载波频率在很宽频率范围内按某种图案(序列)进行跳变跳频技术首先被用于军事通信，后来在GSM标准中也被采纳GSM系统实现跳频的方法是将语音信号进行语音和信道编码形成帧后，在跳频序列控制下，由发射机采用不同频率发射图3-25所示为GSM系统的跳频示意图GSM规定每帧改变一次频率，即每隔4.615 ms改变一个载波频率，跳频速率为1/4.615 ms = 217跳/秒。
图3-25 GSM系统的跳频示意图,跳频是靠躲避干扰来达到抗干扰性能的抗干扰性能用处理增益Gp表示，Gp的表达式为,,,式中：Bw为跳频系统的跳变频率范围；Bc为跳频系统的最小跳变的频率间隔(GSM的Bc=200 kHz) 若取Bw为15 MHz，则Gp=18 dB跳频技术改善了无线信号的传输质量，可以明显地降低同频干扰和频率选择性衰落，提高整个系统的抗干扰能力2．语音间断传输技术? 语音间断传输(Discontinuous Transmission，DTX)技术是指仅在包含有用信息帧时才打开发射机，而在语音间隙的大部分时间里关闭发射机的一种操作模式目的有两个：一是节省移动台电源，延长电池使用时间；二是减少空中平均干扰电平，提高频谱利用率 GSM系统中采用DTX方式，并不是在语音间隙简单地关闭发射机，而是要求在发信机关闭之前，必须把发送端背景噪声的参数传送给接收端，接收端利用这些参数合成与发送端类似的噪声(通常称为“舒适噪声”)这样做的目的是当发信机打开时，背景噪声连同语音一同转发给接收端；在语音脉冲结束时，由于关掉了发射机而使噪声降低到很低的电平，从而使听者感到极不舒服为了改善这种情况，采用插入人工噪声的方法，在发送端关闭发射机前，把静寂描述帧SID发给接收端，接收端在无语音时，移动台自动产生舒适的背景噪声。
链接到P71,3.4 编号与GSM系统的业务 3.4.1 编号 GSM网络结构比较复杂，它包括基站子系统、交换网络子系统、移动台子系统和操作维护子系统每个子系统又包含一个或多个功能实体为了将一个呼叫接至某个移动用户，需要调用相应的实体因此，要正确寻址，编号计划就非常重要本节将介绍GSM系统中各类编号的结构与作用1．移动台ISDN号码(MSISDN) MSISDN是指主叫用户为呼叫GSM PLMN中的一个移动用户所需拨的号码，作用同固定网PSTN号码它存储在HLR和VLR中，由3部分组成其结构如下：,,,CC：国家码，如中国为86NDC：国内目的码，即网络接入号，如中国移动的NDC目前有139、138、137、136、135等，中国联通的NDC为130、131、132等SN：用户号码，采用等长的8位编号计划SN号码结构为H0H1H2H3ABCD在中国，移动用户号码位为11位，其一般格式为139(或8～0)-H0H1H2H3ABCD，例如：139047700002．国际移动用户识别码(IMSI) IMSI是GSM系统分配给移动用户(MS)的唯一的识别号，此码在所有位置，包括在漫游区都是有效的。
它存储在SIM卡、HLR和VLR中，其结构如下：,,MCC：移动用户国家码，占3位数字，如中国的MCC为460MCC在世界范围内统一分配MNC：移动网号，占2位数字，如中国移动的MNC为00，中国联通的MNC为01MSIN：移动用户识别码，由10位数字构成，用于唯一地识别某一PLMN内的MS3．移动用户漫游号码(MSRN) 当一个被叫移动用户已经离开最初登记的HLR而漫游时，只要该用户已经在被访地登记，为避免该用户号码与当地同号用户重叠，VLR临时分配给移动用户一个号码，即移动用户漫游号码(MSRN)此号码只在很短的时间范围内(如30 s)有效，其结构类似被访地的MSISDN对于在某一特定区域漫游的移动用户，MSRN在被访VLR区域内是唯一有效的4．临时移动用户识别码(TMSI) 临时移动用户识别码(TMSI)可在空中接口代替IMSI使用，作用是在空中接口保护用户身份的私密性TMSI为4个字节，具体编码方案由运营商确定TMSI由VLR管理，有效范围是位置区，当某用户进入一个新的位置区进行位置更新时，由新位置区的VLR给来访的用户分配一个唯一的TMSI5．位置区识别码(LAI) 位置区识别码(LAI)用于移动客户的位置更新，其号码结构如下：,,,MCC：移动客户国家码，同IMSI中的前3位数字。
MNC：移动网号，同IMSI中的MNC LAC：位置区号码，为一个2字节BCD编码，表示为X1X2X3X4在一个GSM PLMN网中可定义65 536个不同的位置区。