GSM技术基础.ppt

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1、技术部培训教材GSM技术基础GSM技术基础1GSM网络GSM技术基础2GSM频段规划qGSM900MHz频率分配：上行：890915MHz下行：935 960 MHzq中国联通：上行：909915MHz 下行：954960MHzGSM技术基础3GSM频段规划q中国移动：上行：890909MHz 下行：935954MHz 下扩5MHz：上行：885909MHz 下行：930954MHzGSM技术基础4GSM频段规划qDCS1800MHz频率分配：上行频率：17101785MHz 下行频率：18051880MHz q中国移动：上行：17101725MHz下行：18051820MHz GSM技术基础

2、5数据处理qGSM系统中，无线信道的带宽只有200KHz，且无线信道为变参信道，传输数字信号的误码率高，因此，话音信号在无线信道上传送之前应进行处理，使话音数字信号能够适合无线信道的高误码、窄带宽的要求，语音音编码技术、信道编码技术、交织技术、调制技术、分集接收技术等。GSM技术基础6数据处理GSM技术基础7语音编码GSM技术基础8语音编码q语音被抽样成20ms的260比特的数据块，数据固定为13kbit/s。如要用较少的比特发送同样的语音，须使用半速声码器，它仅输出一半的比特，即6.6kbit/s。q在数字通信中数据并必然与质相关，而是与声码器使用的复杂编码算法相联系。GSM技术基础9数据交

3、织q在实际应用中，比特差错经常成串发生。这是由于持续时间较长的衰落谷点会影响到几个边续的比特。而信道编码仅在检测和校正单个差错和不太长的差错串时才是最有效的。q交织技术，即是将码流以非连续的方式发送出去，使一条消息中成串的比特差错被间隔开来，将它们以非相继的方式发送，从而使成串的差错化为较短的差错串，再由信道编码进行纠错和检错。GSM技术基础10数据交织GSM技术基础11数据交织q在传输期间，数据块5至8因某些干扰而损坏纠错对于发现如此大块的丢失数据是不够的。q在数据交织中，数据首先被交织，使用读列中行的方案。然后按行读出交织数据，并进行传输。在传输期间同样有4个块的数据因干扰而损坏。但损失的

4、块并不是长序列。块2、6、10和14被丢失。在接收交织信号时，接收器进行与交织相反的过程，把数据恢复至原序列码型。丢失块在时间上的扩散很小，有隔离的错误位置，使进入信号的有限纠错就能校正错误。GSM技术基础12GMSK调制GSM技术基础13GMSK调制qGSM采用GMSK调制技术，是FSK的一种改进型，占有200kHz带宽，调制传输速率270.83 kbps，比特持续时间为1/T=3.69us。q利用两个不同的频率(GMSK在载波频率上增加或者减少67.708 kHz)来表示0和1的调制方法称为FSK。在GSM中，数据的比特率被选择为正好是频偏的4倍，这可以减小频谱的扩散，增加信道的有效性。比

5、特率为频偏4倍的FSK，称为MSK-最小频移键控。通过高斯预调制滤波器，可以进一步压缩调制频谱，降低频率变化的速度，防止信号能量扩散到邻近信道频谱。加入了高斯滤波器的MSK称为GMSK。GSM技术基础14GSM脉冲GSM技术基础15GSM脉冲q脉冲可分成3个截然不同的区域：上升沿高电平稳态下降沿所有这些电平均受GSM标准的约束。q脉冲的有用部分是存在调制数据的区域。GSM技术基础16GSM脉冲GSM技术基础17FDMA+TDMAGSM技术基础18信道qGSM使用TDMA（时分多址）和FDMA（频分多址）。q各频段划分被称为ARFCN（绝对射频信道数）的200kHz频率片。qARFCN 也把时间

6、分成8个时隙（TS），各TS依次由同MS使用。8个TS即是一帧。qTS数和ARFCN的组合即为物信道。GSM技术基础19链路q上链后下链3个时隙周期q上链和下链使用相同的时隙号q上链和下链使用相同的信道号(ARFCN)q上链和下链使用同的波段（GSM900相隔45MHz）GSM技术基础20链路GSM技术基础21信道qTS数和ARFCN的组合即为物信道。q逻辑信道和物理信道之间有什么差别呢？物理信道是从频域和时域来描述的。它是手机或基站真正使用的频点和时隙。逻辑信道是映射到物理信道上的。在一个特定的时候，一个特定的频点时隙，既可以是话务信道，也可以是控制信道。一个逻辑信道描述了上个物理信道在一个

7、特定的时刻的功能。GSM技术基础22时延处理GSM技术基础23时延处理q在GSM 中，由于它使用半径达35km 小区的TDMA，射频信号必须要有某种方法保证信号在正确时间（一个有限时间周期内）从移动台到达基站。q如果脉冲在正确时间到达，它将进入物理信道，并且不会扰乱下一时隙中的任何其它脉冲。但如果由于长的传输距离而被延迟,就可能因稍晚到达而影响来自另一用户的脉冲。这种情况下，基站指示移动台提前突发，以正确排时隙中的突发。而基站监视着突发何时到达基站。如果它到达过晚或过早，基站将定时提前调整；如果在一个方向上的改变超过41/4bit周期，那么将再次调整。GSM技术基础24直放站对时延的影响q引进

8、直放站后的路径传播时延由三部分组成：Dtotal=DB-R+DR+DR-mGSM技术基础25GSM小区规划GSM技术基础26GSM小区规划qGSM在每个小区中使用几个频段。但同样的频段能在相邻小区中使用，因为它们彼此间有干扰。这是空分多址（SDMA），一种在远地理区域重用频段的方案。q上面的模式称为“7小区的区群”，重用频段间有3个小区的距离。GSM技术基础27GSM蜂窝小区类型GSM技术基础28GSM蜂窝小区类型q一种规划小区的方法是在中心使用全向天线。整个小区使用相同的频段。q另一种规划小区的方法是小区扇区。它使用定向天线，在上面的例子中有120的宽度。这就构成3扇区小区。在另一些应用中也

9、可使用其它扇区设计（不常用）。q还有一种小区为“伞形”小区，它又长又扁，用于覆盖远地的公路。它可避免把宝贵的能量浪费在路旁不需要覆盖的区域。同时也可降低越区切换的频度。GSM技术基础29越区切换GSM技术基础30越区切换q当MS呼叫时，它始终在监视接收信号的质和电平，并将它们发回BS。当BS能通过调整功级保持电平时，它就将指示MS开始越区换。MS也监视着周围小区的BCH，这能帮助BS决定最好越区切换到哪一个小区。GSM技术基础31频率衰落GSM技术基础32跳频扩频q如果某一个区域存在严重的多径效应，例如城市中大量建筑物的反射，小区就可能会有许多衰落。衰落可能由于多径信号的急剧增加从而造成低电平

10、的信号。如果移动台进入衰落区，就有可能掉话。q约束移动台的使用是不现实的，更为实际的方法是移出衰落，可通过改变信号波长实现。这被系统称为“跳频”。需要把小区定义为跳频小区。GSM技术基础33跳频扩频q功能：改善衰落改善处于多径环境中的移动台的通信质量相当于频率分集GSM技术基础34跳频序列GSM技术基础35跳频扩频q所有移动台都必须有跳频能，但并非所有小区均为跳频小区。在上中，有3个跳频的频对。移动台仍需要测相邻小区的广播信道（BCH）。移动台在第一帧中接收信道C1下链的信息，然后换到上链信道C1（相隔45MHz），发送该信息，最后监视一个相邻小区测其电平。移动台必须转到下链信道2，接收时隙2

11、中的信息，换45MHz，再在上链信道2发送。然后监视另一个小区的广播信道，测其电平。继续进这一过程，直至通过分配给该小区的所有频序。GSM技术基础36GSM功率控制q当移动台围绕小区移动时，需要改变它的发送功率。在接近基站时要把功率级设置到低，以降低对其他用户的干扰。当移动台离基站较远时，应提高功率级，以克服增加的功率损耗。但如果使用过大的功率，将很快消耗掉用户电池。所有GSM移动台都能以2dB的步进控制其输出功。基站通过观察接收信号的功级，命移动台转至特定的功级。GSM技术基础37DRX&DTXq手机可以通过DRX（非连续接收）和DTX（非连续发送）来节省电池耗电。手机将根据它们的用户身份号

12、IMSI的不同被划分不同的寻呼组群。由于相应的寻呼信息只在该寻呼给群对应的时隙发送，所以手机只需在指定的时隙中监听接收网络传给它的信息。在DRX模式中，手机首先处于“睡眠模式，以节省电池，只在预定的时刻“醒来”接收网络寻呼信息，然后又回到“睡眠”模式。GSM技术基础38DRX&DTXq当GSM手机用户只听不说时，就可以使用DTX模式。为了节省电池，手机只在有需要传递的信息时，才发送脉冲信号。当启用DTX模式时，系统将插入一些“柔和”的噪声（comfort noise），这时远端的用户就可以知道链路仍然保持着。GSM技术基础39保密性qGSM系统的一个重要特点是它的保密性。这主要是由于在传输过程

13、中使用了加密技术。基站将决定是否启用加密模式。在数据交织重组成8个数据块之后，就可以对它进行加密了。加密的算法受到了严格的控制，它和世界上很多大的情报机构所使用的加密方法是非常相似的。由于每一个呼叫的加密算法都不相同，即使有一个呼叫的加密被破译了，下一个呼叫的破译仍然是很困难的，因而系统的保密性得到了进一步的加强！GSM技术基础40GSM通信系统直放站q直放站是一个同频双向放大的中继站。其传输方式是透明的，功能是转发基站和移动台之间的信号，以解决盲区信号的覆盖。一般可获得80dB增益，覆盖距BS 35km的地区。q直放站组成由施主天线、直放机、前向天线组成。q直放机组成由滤波器、低噪声放大器、线性功率放大器等组成。直放站BSMSDT MTGSM技术基础41