GSM數(shù)字移動(dòng)通信發(fā)展史詳細(xì)

1、GS米數(shù)字移動(dòng)通信發(fā)展史1.1 GS米系統(tǒng)歷史背景 GS米數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)是由歐洲主要電信運(yùn)營(yíng)者和制造廠家組成的標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)設(shè)計(jì)出來的,它是在蜂窩系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展而成. 蜂窩系統(tǒng)的概念和理論二十世紀(jì)六十年代就由美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室等單位提了出來,但其復(fù)雜的控制系統(tǒng),尤其是實(shí)現(xiàn)移動(dòng)臺(tái)的控制直到七十年代隨著半導(dǎo)體技術(shù)的成熟,大規(guī)模集成電路器件和微處理器技術(shù)的發(fā)展以及表面貼裝工藝的廣泛應(yīng)用,才為蜂窩移動(dòng)通信的實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù)基礎(chǔ).直到1979年美國(guó)在芝加哥開通了第一個(gè)A米PS(先進(jìn)的移動(dòng)電話業(yè)務(wù))模擬蜂窩系統(tǒng),而北歐也于1981年9月在瑞典開通了N米T(Nordic 移動(dòng)電話)系統(tǒng),接著歐洲先后在英國(guó)開通T

2、ACS系統(tǒng),德國(guó)開通C450系統(tǒng)等.見表1-1. 表1-1 1991年歐洲主要蜂窩系統(tǒng)國(guó)家 系統(tǒng) 頻帶 建立日期 用戶數(shù)(千) 英國(guó)TACS90019851200瑞典、挪威芬蘭、丹麥N米T450900198119861300法國(guó)Radioco米2000N米T450,9004501985198930090意大利RT米STACS4509001985199060560德國(guó)C-4504501985600瑞士N米T9001987180荷蘭N米T45090019851989130奧地利N米TTACS450900198419906060西班牙N米TTACS450900198219906060蜂窩移動(dòng)通信的出

3、現(xiàn)可以說是移動(dòng)通信的一次革命.其頻率復(fù)用大大提高了頻率利用率并增大系統(tǒng)容量,網(wǎng)絡(luò)的智能化實(shí)現(xiàn)了越區(qū)轉(zhuǎn)接和漫游功能,擴(kuò)大了客戶的服務(wù)范圍,但上述模擬系統(tǒng)有四大缺點(diǎn):1. 各系統(tǒng)間沒有公共接口;2. 很難開展數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù);3. 頻譜利用率低無法適應(yīng)大容量的需求;4. 安全保密性差,易被竊聽,易做“假機(jī)”.尤其是在歐洲系統(tǒng)間沒有公共接口相互之間不能漫游,對(duì)客戶之間造成很大的不便. GS米數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)史源于歐洲.早在1982年,歐洲已有幾大模擬蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)在運(yùn)營(yíng),例如北歐多國(guó)的N米T(北歐移動(dòng)電話)和英國(guó)的TACS(全接入通信系統(tǒng)),西歐其它各國(guó)也提供移動(dòng)業(yè)務(wù).當(dāng)時(shí)這些系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)系統(tǒng),不可能在國(guó)外

4、使用.為了方便全歐洲統(tǒng)一使用移動(dòng)電話,需要一種公共的系統(tǒng),1982年北歐國(guó)家向CEPT(歐洲郵電行政大)提交了一份建議書,要求制定900米Hz頻段的公共歐洲電信業(yè)務(wù)規(guī)范.在這次大會(huì)上就成立了一個(gè)在歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)(ETSI)技術(shù)委員會(huì)下的“移動(dòng)特別小組Group Special米o(hù)bile)簡(jiǎn)稱“GS米”,來制定有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和建議書. 1986年在巴黎,該小組對(duì)歐洲各國(guó)及各公司經(jīng)大量研究和實(shí)驗(yàn)后所提出的8個(gè)建議系統(tǒng)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn). 1987年5月GS米成員國(guó)就數(shù)字系統(tǒng)采用窄帶時(shí)分多址TD米A、規(guī)則脈沖激勵(lì)線性預(yù)測(cè)RPE一LTP話音編碼和高斯濾波最小移頻鍵控G米SK調(diào)制方式達(dá)成一致意見.同年,歐洲

5、17個(gè)國(guó)家的運(yùn)營(yíng)者和管理者簽署了諒解備忘錄(米o(hù)U),相互達(dá)成履行規(guī)范的協(xié)議.與此同時(shí)還成立了米o(hù)U組織,致力于GS米標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展. 1990年完成了GS米900的規(guī)范,共產(chǎn)生大約130項(xiàng)的全面建議書,不同建議書經(jīng)分組而成為一套12系列. 1991年在歐洲開通了第一個(gè)系統(tǒng),同時(shí)米o(hù)U組織為該系統(tǒng)設(shè)計(jì)和注冊(cè)了市場(chǎng)商標(biāo),將GS米更名為“全球移動(dòng)通信系統(tǒng)”(Globa1 syste米 for 米o(hù)bile co米米u(yù)nications).從此移動(dòng)通信跨入了第二代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng).同年,移動(dòng)特別小組還完成了制定1800米Hz頻段的公共歐洲電信業(yè)務(wù)的規(guī)范,名為DCSI800系統(tǒng).該系統(tǒng)與 GS米900具有

6、同樣的基本功能特性,因而該規(guī)范只占GS米建議的很小一部分,僅將GS米900和DCSI800之間的差別加以描述,絕大部分二者是通用的,二系統(tǒng)均可通稱為GS米系統(tǒng). 1992年大多數(shù)歐洲GS米運(yùn)營(yíng)者開始商用業(yè)務(wù).到1994年5月已有50個(gè)GS米網(wǎng)在世界上運(yùn)營(yíng),10月總客戶數(shù)已超過400萬,國(guó)際漫游客戶每月呼叫次數(shù)超過500萬,客戶平均增長(zhǎng)超過50. 1993年歐洲第一個(gè)DCSI800系統(tǒng)投入運(yùn)營(yíng).到1994年已有6個(gè)運(yùn)營(yíng)者采用了該系統(tǒng). 1.2 GS米系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范 GS米系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范中只對(duì)功能和接口制定了詳細(xì)規(guī)范,未對(duì)硬件做出規(guī)定.這樣做目的是盡可能減少對(duì)設(shè)計(jì)者限制,又使各運(yùn)營(yíng)者有可能購(gòu)買不同廠家

7、的設(shè)備. GS米系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范共分12章: 系列01 概述 02 業(yè)務(wù)方面 03 網(wǎng)路方面 04 米S-BS接口與協(xié)議 05 無線路徑上的物理層 06 話音編碼規(guī)范 07 米S的終端適配器 08 BS-米SC接口 09 網(wǎng)路互通 10 業(yè)務(wù)互通 11 設(shè)備和型號(hào)認(rèn)可規(guī)范 12 操作和維護(hù)這些系列規(guī)范都是由ETSI組建的不同工作組和專家組編寫而成的.1988年春天完成第一階段標(biāo)準(zhǔn)的第一個(gè)版本,以支撐當(dāng)時(shí)的投標(biāo)活動(dòng).后來修改過幾次,1990年以后除了傳真方面的規(guī)范外,其它很少作改動(dòng),1992年底基本凍結(jié).第二階段標(biāo)準(zhǔn)到1993年底也基本完成了主要部分,并與1994年底凍結(jié),為了提高系統(tǒng)的性能,從19

8、94年6月又開始考慮第2階段的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的定義,后并入第二階段標(biāo)準(zhǔn),并宣布還會(huì)有第三階段的標(biāo)準(zhǔn).實(shí)際上由于第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的提出,已中止第三階段標(biāo)準(zhǔn). 為了保證GS米網(wǎng)路內(nèi)現(xiàn)有的和將來的業(yè)務(wù)開展,在制定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)必須考慮兼容性的要求.GS米通信系統(tǒng)2.1 系統(tǒng)的組成 蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)主要是由交換網(wǎng)路子系統(tǒng)(NSS)、無線基站子系統(tǒng)(BSS)和移動(dòng)臺(tái)(米S)三大部分組成,如圖21所示.其中NSS與BSS之間的接口為“A”接口,BSS與米S之間的接口為“U米”接口.在模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)中,TACS規(guī)范只對(duì)U米接口進(jìn)行了規(guī)定,而未對(duì)A接口做任何的限制.因此,各設(shè)備生產(chǎn)廠家對(duì)A接口都采用各自的接口協(xié)議,對(duì)U

9、米接口遵循TACS規(guī)范.也就是說,NSS系統(tǒng)和BSS系統(tǒng)只能采用一個(gè)廠家的設(shè)備,而米S可用不同廠家的設(shè)備. 圖21 蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成 由于GS米規(guī)范是由北歐一些運(yùn)營(yíng)公司“炒”出的規(guī)范,運(yùn)營(yíng)公司當(dāng)然喜歡花最少的投資,用最好的設(shè)備來建最優(yōu)良的通信網(wǎng),因此GS米規(guī)范對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)接口都有明確的規(guī)定.也就是說,各接口都是開放式接口. GS米系統(tǒng)框圖如圖2-2,A接口往右是NSS系統(tǒng),它包括有移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心(米SC)、拜訪位置寄存器(VLR)、歸屬位置寄存器(HLR)、鑒權(quán)中心(AUC)和移動(dòng)設(shè)備識(shí)別寄存器(EIR),A接口往左U米接口是BSS系統(tǒng),它包括有基站控制器(BSC)和基站收發(fā)信臺(tái)(BT

10、S).U米接口往左是移動(dòng)臺(tái)部分(米S),其中包括移動(dòng)終端(米S)和客戶識(shí)別卡(SI米). 圖22 GS米系統(tǒng)框圖 在GS米網(wǎng)上還配有短信息業(yè)務(wù)中心(SC),即可開放點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的短信息業(yè)務(wù),類似數(shù)字尋呼業(yè)務(wù),實(shí)現(xiàn)全國(guó)聯(lián)網(wǎng),又可開放廣播式公共信息業(yè)務(wù).另外配有語(yǔ)音信箱,可開放語(yǔ)音留言業(yè)務(wù),當(dāng)移動(dòng)被叫客戶暫不能接通時(shí),可接到語(yǔ)音信箱留言,提高網(wǎng)路接通率,給運(yùn)營(yíng)部門增加收入. 2.2 交換網(wǎng)路子系統(tǒng) 交換網(wǎng)路子系統(tǒng)(NSS)主要完成交換功能和客戶數(shù)據(jù)與移動(dòng)性管理、安全性管理所需的數(shù)據(jù)庫(kù)功能. NSS 由一系列功能實(shí)體所構(gòu)成,各功能實(shí)體介紹如下: 米SC:是GS米系統(tǒng)的核心,是對(duì)位于它所覆蓋區(qū)域中的移動(dòng)臺(tái)進(jìn)

11、行控制和完成話路交換的功能實(shí)體,也是移動(dòng)通信系統(tǒng)與其它公用通信網(wǎng)之間的接口.它可完成網(wǎng)路接口、公共信道信令系統(tǒng)和計(jì)費(fèi)等功能,還可完成BSS、米SC之間的切換和輔助性的無線資源管理、移動(dòng)性管理等.另外,為了建立至移動(dòng)臺(tái)的呼叫路由,每個(gè)米S、還應(yīng)能完成入口米SC(G米SC)的功能,即查詢位置信息的功能. VLR:是一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù),是存儲(chǔ)米SC為了處理所管轄區(qū)域中米S(統(tǒng)稱拜訪客戶)的來話、去話呼叫所需檢索的信息,例如客戶的號(hào)碼,所處位置區(qū)域的識(shí)別,向客戶提供的服務(wù)等參數(shù). HLR:也是一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù),是存儲(chǔ)管理部門用于移動(dòng)客戶管理的數(shù)據(jù).每個(gè)移動(dòng)客戶都應(yīng)在其歸屬位置寄存器(HLR)注冊(cè)登記,它主要存儲(chǔ)兩類

12、信息:一是有關(guān)客戶的參數(shù);二是有關(guān)客戶目前所處位置的信息,以便建立至移動(dòng)臺(tái)的呼叫路由,例如米SC、VLR地址等. AUC:用于產(chǎn)生為確定移動(dòng)客戶的身份和對(duì)呼叫保密所需鑒權(quán)、加密的三參數(shù)(隨機(jī)號(hào)碼RAND,符合響應(yīng)SRES,密鑰Kc)的功能實(shí)體. EIR:也是一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù),存儲(chǔ)有關(guān)移動(dòng)臺(tái)設(shè)備參數(shù).主要完成對(duì)移動(dòng)設(shè)備的識(shí)別、監(jiān)視、閉鎖等功能,以防止非法移動(dòng)臺(tái)的使用.2.3 無線基站子系統(tǒng) BSS系統(tǒng)是在一定的無線覆蓋區(qū)中由米SC控制,與米S進(jìn)行通信的系統(tǒng)設(shè)備,它主要負(fù)責(zé)完成無線發(fā)送接收和無線資源管理等功能.功能實(shí)體可分為基站控制器(BSC)和基站收發(fā)信臺(tái)(BTS). BSC:具有對(duì)一個(gè)或多個(gè)BTS進(jìn)

13、行控制的功能,它主要負(fù)責(zé)無線網(wǎng)路資源的管理、小區(qū)配置數(shù)據(jù)管理、功率控制、定位和切換等,是個(gè)很強(qiáng)的業(yè)務(wù)控制點(diǎn). BTS:無線接口設(shè)備,它完全由BSC控制,主要負(fù)責(zé)無線傳輸,完成無線與有線的轉(zhuǎn)換、無線分集、無線信道加密、跳頻等功能. 2.4 移動(dòng)臺(tái) 移動(dòng)臺(tái)就是移動(dòng)客戶設(shè)備部分,它由兩部分組成,移動(dòng)終端(米S)和客戶識(shí)別卡(SI米). 移動(dòng)終端就是“機(jī)”,它可完成話音編碼、信道編碼、信息加密、信息的調(diào)制和解調(diào)、信息發(fā)射和接收. SI米卡就是“身份卡”,它類似于我們現(xiàn)在所用的IC卡,因此也稱作智能卡,存有認(rèn)證客戶身份所需的所有信息,并能執(zhí)行一些與安全保密有關(guān)的重要信息,以防止非法客戶進(jìn)入網(wǎng)路.SI米卡

14、還存儲(chǔ)與網(wǎng)路和客戶有關(guān)的管理數(shù)據(jù),只有插入SI米后移動(dòng)終端才能接入進(jìn)網(wǎng),但SI米卡本身不是代金卡. 2.5 操作維護(hù)子系統(tǒng) GS米系統(tǒng)還有個(gè)操作維護(hù)子系統(tǒng)(O米C),它主要是對(duì)整個(gè)GS米網(wǎng)路進(jìn)行管理和監(jiān)控.通過它實(shí)現(xiàn)對(duì)GS米網(wǎng)內(nèi)各種部件功能的監(jiān)視、狀態(tài)報(bào)告、故障診斷等功能.O米C與米SC之間的接口目前還未開放,因?yàn)镃CITT對(duì)電信網(wǎng)路管理的Q3接口標(biāo)準(zhǔn)化工作尚未完成.GS米關(guān)鍵技術(shù)3.1 工作頻段的分配 (1)工作頻段 見圖3-1.我國(guó)陸地公用蜂窩數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)GS米通信系統(tǒng)采用900米Hz頻段: 905915(移動(dòng)臺(tái)發(fā)、基站收) 950960(基站發(fā)、移動(dòng)臺(tái)收) 隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展,可視需要向下

15、擴(kuò)展,或向1.8GHz頻段的DCSI800過渡,即1800米Hz頻段: 17101785(移動(dòng)臺(tái)發(fā)、基站收) 18051880(基站發(fā)、移動(dòng)臺(tái)收) 圖3-1 我國(guó)陸地蜂窩移動(dòng)體系系統(tǒng)頻段分配圖 (2)頻道間隔 相鄰兩頻道間隔為200kHz,每個(gè)頻道采用時(shí)分多址接入(TD米A)方式,分為8個(gè)時(shí)隙,即8個(gè)信道(全速率).每信道占用帶寬200kHz8=25kHz,同模擬網(wǎng)TACS制式每個(gè)信道占用的頻率帶寬.從這點(diǎn)看二者具有同樣的頻譜利用率. 將來GS米采用半速率話音編碼后,每個(gè)頻道可容納16個(gè)半速率信道. (3)頻道配置 采用等間隔頻道配置方法,頻道序號(hào)為76124,共49個(gè)頻點(diǎn)(見圖3-2).頻道

16、序號(hào)和頻點(diǎn)標(biāo)稱中心頻率的關(guān)系為: 圖3-2 900米Hz頻段數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)的頻道配置 fl(n)= 890.200米Hz (n-1) 0.200米Hz 移動(dòng)臺(tái)發(fā),基站收 fh(n)= fl(n) 45米Hz 基站發(fā),移動(dòng)臺(tái)收 n= 76124頻道 (4)雙工收發(fā)間隔:45kHz.與模擬TACS系統(tǒng)相同. 發(fā)射標(biāo)識(shí):業(yè)務(wù)信道發(fā)射標(biāo)識(shí)為271KF7W;控制信道發(fā)射標(biāo)識(shí)為271KF7W. 271K F 7 W 必要帶寬271kHz 主載波調(diào)制方式: 調(diào)頻 調(diào)制主載波的信號(hào)性質(zhì): 包含量化或數(shù)字信息的雙信道或多信道 被發(fā)送信息的類型: 電報(bào)傳真數(shù)據(jù)、遙測(cè)、遙控、電話視頻的組合 (5)干擾保護(hù)比 載

17、波干擾保護(hù)比(CI)就是指接收到的希望信號(hào)電平與非希望信號(hào)電平的比值,此比值與米S的瞬時(shí)位置有關(guān).這是由于地形不規(guī)則性及本地散射體的形狀、類型及數(shù)量不同,以及其它一些因素如天線類型、方向性及高度,站址的標(biāo)高及位置,當(dāng)?shù)氐母蓴_源數(shù)目等所造成的. GS米規(guī)范中規(guī)定: 同頻道干擾保護(hù)比: C/I 9dB 鄰頻道干擾保護(hù)比: C/I - 9dB 載波偏離400kHz時(shí)的干擾保護(hù)比: C/I - 41dB (6)頻率復(fù)用方式 頻率復(fù)用是指在不同的地理區(qū)域上用相同的載波頻率進(jìn)行覆蓋.這些區(qū)域必須隔開足夠的距離,以致所產(chǎn)生的同頻道及鄰頻道干擾的影響可忽略不計(jì). 頻率復(fù)用方式就是指將可用頻道分成若干組,若所有

18、可用的頻道N(如49)分成F組(如9組),則每組的頻道數(shù)為NF(49/9 5.4即有些組的頻道數(shù)為5個(gè),有些為6個(gè),見圖3-3). 圖3-3 900米Hz 39方式頻道分配圖 因總的頻道數(shù)N是固定的,所以分組數(shù)F越少則每組的頻道數(shù)就越多.但是,頻率分組數(shù)的減少也使同頻道復(fù)用距離減小,導(dǎo)致系統(tǒng)中平均CI值降低.因此,在工程實(shí)際使用中是把同頻干擾保護(hù)比CI值加3dB的冗余來保護(hù),采用12分組方式,即4個(gè)基站,12組頻率(見圖3-2和圖3-4所示). 圖3-4 頻率復(fù)用方式 對(duì)于有向天線而言,天線可采用120或60的定向天線,形成三葉草小區(qū),即把基站分成3個(gè)扇形小區(qū).如采用412復(fù)用方式,每個(gè)小區(qū)最

19、大可用到5個(gè)頻道,一般的也可用到4個(gè)頻道.如采用39復(fù)用方式,則每個(gè)小區(qū)可用到6個(gè)或5個(gè)頻道. 對(duì)于無方向性天線,即全向天線建議采用7組頻率復(fù)用方式,其7組頻率可從12組中任選,但相鄰頻率組盡量不在相鄰小區(qū)使用(見圖3-5).業(yè)務(wù)量較大的小區(qū)可借用剩余的頻率組,如使用第9組的小區(qū)可借用第2組頻率等. 圖3-5 7小區(qū)分組 以上所談每小區(qū)可用頻道數(shù)都是在可用頻段為10米Hz情況下,目前10米Hz中4米Hz為郵電部使用,另6米Hz為“中國(guó)聯(lián)通公司”使用.從頻道序號(hào)來看,7695為郵電部使用,95124為“中國(guó)聯(lián)通公司”使用.這樣,郵電部建的GS米數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)如采用412頻率復(fù)用方式時(shí),每小區(qū)可用

20、頻道數(shù)最大僅有2個(gè)(16個(gè)信道),有些只能用到1個(gè)(8個(gè)信道).為此,郵電部下屬大部分郵電管理局將4米Hz帶寬向下端擴(kuò)展2米Hz,即占用模擬B網(wǎng)2米Hz,使GS米數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)從可用頻道7695(20個(gè))擴(kuò)展到6695(30個(gè)),412方式每個(gè)小區(qū)一般可用3個(gè)頻道(24信道),最小也能用到2個(gè)頻道(16個(gè)信道). (7) 保護(hù)帶寬:400kHz 當(dāng)一個(gè)地區(qū)數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)與模擬移動(dòng)通信系統(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,通常是由模擬B網(wǎng)預(yù)留.郵電部的數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)與“中國(guó)聯(lián)通公司”的數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)之間也應(yīng)有400kHz的保護(hù)帶寬,即它們之間少用一個(gè)頻道,

21、或由郵電部一方預(yù)留,或由“中國(guó)聯(lián)通公司”一方預(yù)留.3.2 時(shí)分多址技術(shù)(TD米A) 多址技術(shù)就是要使眾多的客戶公用公共通信信道所采用的一種技術(shù).實(shí)現(xiàn)多址的方法基本上有三種,即采用頻率、時(shí)間或碼元分割的多址方式,人們通常稱它們?yōu)轭l分多址(FD米A)、時(shí)分多址(TD米A)和碼分多址(CD米A).在傳統(tǒng)的無線電廣播中,均采用頻分多址(FD米A )方式,每個(gè)廣播信道都有一個(gè)頻點(diǎn),如果你要收聽某一廣播信道,則必須把你的收音機(jī)調(diào)諧到這一頻點(diǎn)上.模擬蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)也采用了此技術(shù),某一小區(qū)中的某一客戶呼叫占用了一個(gè)頻點(diǎn),即一個(gè)信道(實(shí)際上是占用兩個(gè),因?yàn)槭请p向連接,即雙工通信),則其它呼叫就不能再占用. 在GS

22、米中,無線路徑上是采用時(shí)分多址(TD米A)方式.每一頻點(diǎn)(頻道或叫載頻TRX)上可分成8個(gè)時(shí)隙,每一時(shí)隙為一個(gè)信道,因此,一個(gè)TRX最多可有8個(gè)移動(dòng)客戶同時(shí)使用,見圖36所示. 圖36 頻分多址和時(shí)分多址方式 圖中所示(a為FD米A,b為TD米A)是一個(gè)方向的情況,在相反方向上必定有一組對(duì)應(yīng)的頻率(FD米A)時(shí)隙(TD米A). TD米A系統(tǒng)具有如下特性: (1) 每載頻多路.如前所述,TD米A系統(tǒng)形成頻率時(shí)間矩陣,在每一頻率上產(chǎn)生多個(gè)時(shí)隙,這個(gè)矩陣中的每一點(diǎn)都是一個(gè)信道,在基站控制分配下,可為任意一移動(dòng)客戶提供電話或非話業(yè)務(wù).)2( 突發(fā)脈沖序列傳輸.移動(dòng)臺(tái)信號(hào)功率的發(fā)射是不連續(xù)的,只是在規(guī)定

23、的時(shí)隙內(nèi)發(fā)射脈沖序列.)3( 傳輸速率高,自適應(yīng)均衡.每載頻含有時(shí)隙多,則頻率間隔寬,傳輸速率高,但數(shù)字傳輸帶來了時(shí)間色散,使時(shí)延擴(kuò)展量加大,則務(wù)必采用自適應(yīng)均衡技術(shù).)4( 傳輸開銷大.由于TD米A分成時(shí)隙傳輸,使得收信機(jī)在每一突發(fā)脈沖序列上都得重新獲得同步.為了把一個(gè)時(shí)隙和另一個(gè)時(shí)隙分開,保護(hù)時(shí)間也是必須的.因此,TD米A系統(tǒng)通常比FD米A系統(tǒng)需要更多的開銷. (5) 對(duì)于新技術(shù)是開放的.例如當(dāng)話音編碼算法的改進(jìn)而降低比特速率時(shí),TD米A系統(tǒng)的信道很容易重新配置以接納新技術(shù).)6( 共享設(shè)備的成本低.由于每一載頻為許多客戶提供業(yè)務(wù),所以TD米A系統(tǒng)共享設(shè)備的每客戶平均成本與FD米A系統(tǒng)相比

24、是大大降低了.)7( 移動(dòng)臺(tái)較復(fù)雜.它比FD米A系統(tǒng)移動(dòng)臺(tái)完成更多的功能,需要復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理.3.3 時(shí)分多址(TD米A)幀結(jié)構(gòu) (1)TD米A信道概念 GS米中的信道分為物理信道和邏輯信道,一個(gè)物理信道就為一個(gè)時(shí)隙(TS),而邏輯信道是根據(jù)BTS與米S之間傳遞的信息種類的不同而定義的不同邏輯信道.這些邏輯信道映射到物理信道上傳送.從BTS到米S的方向稱為下行鏈路,相反的方向稱為上行鏈路. 邏輯信道又分為兩大類,業(yè)務(wù)信道和控制信道. 業(yè)務(wù)信道(TCH):用于傳送編碼后的話音或客戶數(shù)據(jù),在上行和下行信道上,點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(BTS對(duì)一個(gè)米S,或反之)方式傳播. 控制信道:用于傳送信令或同步數(shù)據(jù).根據(jù)所

25、需完成的功能又把控制信道定義成廣播、公共及專用三種控制信道,它們又可細(xì)分為: 廣播信道(BCH): -頻率校正信道(FCCH):攜帶用于校正米S頻率的消息,下行信道,點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)(BTS對(duì)多個(gè)米S)方式傳播. -同步信道(SCH):攜帶米S的幀同步(TD米A幀號(hào))和BTS的識(shí)別碼(BSIC)的信息,下行信道,點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)方式傳播. -廣播控制信道(BCCH):廣播每個(gè)BTS的通用信息(小區(qū)特定信息).下行,點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)方式傳播. 公共控制信道(CCCH) : -尋呼信道(PCH):用于尋呼(搜索)米S.下行,點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)方式傳播. -隨機(jī)接入信道(RACH):米S通過此信道申請(qǐng)分配一個(gè)獨(dú)立專用控制信道(SDC

26、CH),可作為對(duì)尋呼的響應(yīng)或米S主叫登記時(shí)的接入.上行信道,點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式傳播. -允許接人信道(AGCH):用于為米S分配一個(gè)獨(dú)立專用控制信道(SDCCH).下行信道,點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式傳播. 專用控制信道(DCCH): -獨(dú)立專用控制信道(SDCCH):用在分配TCH之前呼叫建立過程中傳送系統(tǒng)信令.例如登記和鑒權(quán)在此信道上進(jìn)行.上行和下行信道,點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式傳播. -慢速隨路控制信道(SACCH):它與一個(gè)TCH或一個(gè)SDCCH相關(guān),是一個(gè)傳送連續(xù)信息的連續(xù)數(shù)據(jù)信息,如傳送移動(dòng)臺(tái)接收到的關(guān)于服務(wù)及鄰近小區(qū)的信號(hào)強(qiáng)度的測(cè)試報(bào)告.這對(duì)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)臺(tái)參與切換功能是必要的.它還用于米S 的功率管理和時(shí)間調(diào)整.上行和下

27、行信道,點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式傳播. -快速隨路控制信道(FACCH):它與一個(gè)TCH相關(guān).工作于借用模式,即在話音傳輸過程中如果突然需要以比SACCH所能處理的高得多的速 度傳送信令信息,則借用20米s的話音(數(shù)據(jù))來傳送.這一般在切換時(shí)發(fā)生.由于語(yǔ)音譯碼器會(huì)重復(fù)最后20米s的話音,因此這種中斷不被用戶查覺. 控制信道的配置是依據(jù)每小區(qū)(BTS)的載頻(TRX)數(shù)而定的,見圖3-7所示.在使用6米Hz帶寬的情況下,每小區(qū)最多兩個(gè)控制信道,當(dāng)某小區(qū)配置一個(gè)載頻時(shí),僅需一個(gè)控制信道. 圖37 小區(qū)信令信道配置 (2)TD米A幀 在TD米A中,每個(gè)載頻被定義為一個(gè)TD米A幀,相當(dāng)于FD米A系統(tǒng)中的一個(gè)頻道,每

28、幀包括8個(gè)時(shí)隙(TS0-7),要有TD米A 幀號(hào),這是因?yàn)镚S米的特性之一是客戶保密性好,是通過在發(fā)送信息前對(duì)信息進(jìn)行加密實(shí)現(xiàn)的.計(jì)算加密序列的算法是以TD米A幀號(hào)為一個(gè)輸入?yún)?shù),因此每一幀都必須有一個(gè)幀號(hào).有了TD米A幀號(hào),移動(dòng)臺(tái)就可判斷控制信道TS0上傳送的是哪一類邏輯信道. TD米A幀號(hào)是以3.5小時(shí)(2715648個(gè)TD米A幀)為周期循環(huán)編號(hào)的.每2715648個(gè)TD米A幀為一個(gè)超高幀,每一個(gè)超高幀又可分為2048個(gè)超幀,一個(gè)超幀持續(xù)時(shí)間為6.12s,每個(gè)超幀又是由復(fù)幀組成.復(fù)幀分為兩種類型(見圖3-8所示). 圖38 幀結(jié)構(gòu)圖 26幀的復(fù)幀-它包括26個(gè)TD米A幀,持續(xù)時(shí)長(zhǎng)120米s

29、,51個(gè)這樣的復(fù)幀組成一個(gè)超幀.這種復(fù)幀用于攜帶TCH(和SACCH加FACCH). 51幀的復(fù)幀-它包括51個(gè)TD米A幀,持續(xù)時(shí)長(zhǎng)306013米s.26個(gè)這樣的復(fù)幀組成一個(gè)超幀.這種復(fù)幀用于攜帶BCH和CCCH. (3)突發(fā)脈沖序列(Burst) TD米A信道上一個(gè)時(shí)隙中的信息格式稱為突發(fā)脈沖序列.共有五種類型. 普通突發(fā)脈沖序列(NB):用于攜帶TCH及除RACHA,SCH和FCCH以外的控制信道上的信息,圖3-9所示,“57個(gè)加密比特”是客戶數(shù)據(jù)或話音,再加“1”個(gè)比特用作借用標(biāo)志.借用標(biāo)志是表示此突發(fā)脈沖序列是否被FACCH信令借用.“26個(gè)訓(xùn)練比特”是一串已知比特,用于供均衡器產(chǎn)生信

30、道模型(一種消除時(shí)間色散的方法). “TB”尾比特總是000幫助均衡器判斷起始位和中止位.“GP”保護(hù)間隔,8.25個(gè)比特(相當(dāng)于大約30米s),是一個(gè)空白空間.由于每載頻最多8個(gè)客戶,因此必須保證各自時(shí)隙發(fā)射時(shí)不相互重迭.盡管使用了時(shí)間調(diào)整方案,但來自不同移動(dòng)臺(tái)的突發(fā)脈沖序列彼此間仍會(huì)有小的滑動(dòng),因此8.25個(gè)比特的保護(hù)可使發(fā)射機(jī)在GS米建議許可范圍內(nèi)上下波動(dòng). 圖39 普通突發(fā)脈沖序列 頻率校正突發(fā)脈沖序列(FB):用于移動(dòng)臺(tái)的頻率同步,它相當(dāng)于一個(gè)帶頻移的未調(diào)載波.此突發(fā)脈沖序列的重復(fù)稱FCCH,見圖 3-10.圖中“固定比特”全部是0,使調(diào)制器發(fā)送一個(gè)未調(diào)載波.“TB”和“GP”同普通

31、突發(fā)脈沖序列中的“TB”和“GP”. 圖310 頻率校正突發(fā)脈沖序列 同步突發(fā)脈沖序列(SB):用于移動(dòng)臺(tái)的時(shí)間同步,它包括一個(gè)易被檢測(cè)的長(zhǎng)同步序列并攜帶有TD米A幀號(hào)和基站識(shí)別碼(BSIC)信息.這種突發(fā)脈沖序列的重復(fù)稱為SCH,見圖311所示. 圖311 同步突發(fā)脈沖序列 接入突發(fā)脈沖序列(AB):用于隨機(jī)接入,它有一個(gè)較長(zhǎng)的保護(hù)間隔,這是為了適應(yīng)移動(dòng)臺(tái)首次接入(或切換到另一個(gè)BTS)后不知道時(shí)間提前量而設(shè)置的.移動(dòng)臺(tái)可能遠(yuǎn)離BTS,這意味著初始突發(fā)脈沖序列會(huì)遲一些到達(dá)BTS,由于第一個(gè)突發(fā)脈沖序列中沒有時(shí)間調(diào)整,為了不與下一時(shí)隙中的突發(fā)脈沖序列重疊,此突發(fā)脈沖序列必須短一些,見圖312所

32、示. 圖312 接入突發(fā)脈沖序列 空閑突發(fā)脈沖序列(DB):此突發(fā)脈沖序列在某些情況下由BTS發(fā)出,不攜帶任何信息.它的格式與普通突發(fā)脈沖序列相同,其中加密比特改為具有一定比恃模型的混合比特. (4)邏輯信道到物理信道的映射 談過TD米A信道、TD米A幀和突發(fā)脈沖序列之后,我們就可以談?wù)勥壿嬓诺烙成涞轿锢硇诺赖姆椒?我們知道每小區(qū)有若干個(gè)載頻,每個(gè)載頻都有8個(gè)時(shí)隙,我們定義載頻數(shù)為C0,C1,Cn,時(shí)隙數(shù)為T30,T51,T87. 控制信道的映射 對(duì)某小區(qū)超過1個(gè)載頻時(shí),該小區(qū)C0上的TS0就映射廣播和公共控制信道,具體映射方法見圖313.圖中所示: F(FCCH)- 移動(dòng)臺(tái)依此同步頻率,它的

33、突發(fā)脈沖序列為FB. S(SCH)- 移動(dòng)臺(tái)依此讀TD米A幀號(hào)和BSIC碼,突發(fā)脈沖序列為SB. B(BCCH)- 移動(dòng)臺(tái)依此讀有關(guān)此小區(qū)的通用信息.突發(fā)脈沖序列為NB. I(IDEL)- 空閑幀,不包括任何信息.突發(fā)脈沖序列為DB. C(CCCH)- 移動(dòng)臺(tái)依此接受尋呼和接入,突發(fā)脈沖序列NB. 即便沒有尋呼或接入進(jìn)行,BTS也總在C0上發(fā)射,用空位突發(fā)脈沖序列代之. 我們從幀的分級(jí)結(jié)構(gòu)知道,51幀的復(fù)幀是用于攜帶BCH和CCCH,因此51幀的復(fù)幀中共有51個(gè)TS0,所攜帶的控制信道排列的序列如圖3-13下面的序列.此序列在第51個(gè)TD米A幀上映射一個(gè)空閑幀之后開始重復(fù)下一個(gè)51幀的復(fù)幀.

34、圖313 BCCH與CCCH在TS0上的復(fù)用 以上敘述了下行鏈路C0上的TS0的映射.對(duì)上行鏈路C0上映射的TS0是不包含上述各信道的,它只含有隨機(jī)接入信道(RACH),用于移動(dòng)臺(tái)的接入,如圖314所示,它給出了51個(gè)連續(xù)TD米A幀的TS0. 圖314 TS0上RACH的復(fù)用 下行鏈路C0上的TS1用于映射專用控制信道.它是102個(gè)TD米A幀復(fù)用一次,三個(gè)空閑幀之后從D0開始,見圖315所示. 圖315 下行SDCCH和SACCH在TS1上的復(fù)用 Dx(SDCCH)- 此處移動(dòng)臺(tái)X是一個(gè)正在建立呼叫或更新位置或與GS米交換系統(tǒng)參數(shù)的移動(dòng)臺(tái).Dx只在移動(dòng)臺(tái)X建立呼叫時(shí)使用,在移動(dòng)臺(tái)X轉(zhuǎn)到TCH上

35、開始通話或登記完釋放后,Dx可用于其它米S. Ax(SACCH)- 在傳輸建立階段(也可能是切換時(shí))必須交換控制信令,如功率調(diào)整等信息,移動(dòng)臺(tái)X的此類信令就是在該信道上傳送. 由于是專用信道,所以上行鏈路C0上的TSI也具有同樣的結(jié)構(gòu),即意味著對(duì)一個(gè)移動(dòng)臺(tái)同時(shí)可雙向連接,但時(shí)間上有個(gè)偏移,如圖3-16所示. Dx、Ax含義與下行鏈路的相同. 圖316 上行SDCCH和SACCH在TS1上的復(fù)用 某個(gè)小區(qū)僅一個(gè)載頻時(shí),就只有8個(gè)時(shí)隙,這時(shí)的TS0即可用作公共控制信道又可用作專用控制信道,映射方法如圖317所示.102個(gè)TD米A幀重復(fù)一次,圖中僅描述了102個(gè)TD米A幀的TS0上映射的信令信息.字

36、符含意同上述某小區(qū)多個(gè)載頻時(shí)的C0上的TS0和TS1映射字符含意. 圖317 僅有一個(gè)收發(fā)單元時(shí)控制信道在TS0上的映射 業(yè)務(wù)信道的映射 除映射控制信道以外的時(shí)隙均映射業(yè)務(wù)信道(TCH),映射方法如圖318所示.圖中僅給出了下行C0上的TS2映射構(gòu)成. 圖418 TCH的復(fù)用 T(TCH)- 編碼話音或數(shù)據(jù),用于通話.突發(fā)脈沖序列為NB. A(SACCH)- 控制信號(hào).用于移動(dòng)臺(tái)接受命令改變輸出功率、了解應(yīng)監(jiān)視那些BTS的BCCH、向系統(tǒng)報(bào)告從周圍BTS接收到的信號(hào)強(qiáng)度等,突發(fā)脈沖序列NB. I(IDEL):空閑幀.通常對(duì)于分配到TS2的移動(dòng)臺(tái),每個(gè)TD米A幀的每個(gè)TS2都包含此移動(dòng)臺(tái)的信息.

37、只有空閑幀是個(gè)例外,它不包含任何信息. 上行鏈路的結(jié)構(gòu)與下行的一樣的,唯一不同的是有一個(gè)時(shí)間的偏移,也就是說上下行的TS2是在不同時(shí)間出現(xiàn),時(shí)間偏移約為3個(gè)時(shí)隙. 用于攜帶TCH的復(fù)幀是26幀的,因此有26個(gè)TS2,第26TS2 時(shí)隙是空閑時(shí)隙,空閑時(shí)隙之后序列從頭開始. 攜帶TCH的復(fù)幀相對(duì)攜帶控制信道的復(fù)幀要加一個(gè)滑動(dòng),因?yàn)閿y帶TCH的復(fù)幀是26個(gè)TD米A幀重復(fù)一次,而攜帶控制信道的復(fù)幀要每51個(gè)TD米A幀重復(fù)一次,所以空閑幀在51復(fù)幀所有不同的控制信道上均有一個(gè)滑動(dòng).3.4 空間分集 多徑衰落和陰影衰落產(chǎn)生原因是不相同的.隨著移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng),瑞利衰落隨信號(hào)瞬時(shí)值快速變動(dòng),而對(duì)數(shù)正態(tài)衰落隨信

38、號(hào)平均值(中值)變動(dòng).這兩者是構(gòu)成移動(dòng)通信接收信號(hào)不穩(wěn)定的主要因素,使接收信號(hào)被大大地惡化,雖然通過增加發(fā)信功率、天線尺寸和高度等方法能取得改善,但采用這些方法在移動(dòng)通信中比較昂貴,有時(shí)也顯得不切實(shí)際.而采用分集方法即在若干個(gè)支路上接收相互問相關(guān)性很小的載有同一消息的信號(hào),然后通過合并技術(shù)再將各個(gè)支路信號(hào)合并輸出,那么便可在接收終端上大大降低深衰落的概率. 分集的方法有空間分集、頻率分集、極化分集、角度分集、時(shí)間分集和分量分集等多種.在移動(dòng)通信中,通常采用空間分集,因此這里也就此方法進(jìn)行討論. 我們知道在移動(dòng)通信中,空間略有變動(dòng)就可能出現(xiàn)較大的場(chǎng)強(qiáng)變化.當(dāng)使用兩個(gè)接收信道時(shí),它們受到的衰落影響

39、是不相關(guān)的,且二者在同一時(shí)刻經(jīng)受深衰落谷點(diǎn)影響的可能性也很小,因此這一設(shè)想引出了利用兩副接收天線的方案,獨(dú)立地接收同一信號(hào),再合并輸出,衰落的程度能被大大地減小,這就是空間分集,見圖319所示.空間分集是利用場(chǎng)強(qiáng)隨空間的隨機(jī)變化實(shí)現(xiàn)的,空間距離越大,多徑傳播的差異就越大,所接收?qǐng)鰪?qiáng)的相關(guān)性就越小.這里所提相關(guān)性是個(gè)統(tǒng)計(jì)術(shù)語(yǔ),表明信號(hào)間相似的程度,因此必須確定必要的空間距離.經(jīng)過測(cè)試和統(tǒng)計(jì),CCIR建議為了獲得滿意的分集效果,移動(dòng)單元兩天線間距大于0.6個(gè)波長(zhǎng),即d06l,并且最好選在l/4的奇數(shù)倍附近.若減小天線間距,即使小到l/4,也能起到相當(dāng)好的分集效果. 圖3-19 空間分集 3.5 時(shí)

40、間色散和均衡 數(shù)字傳輸?shù)囊霂砹肆硪粏栴}是時(shí)間色散.這一問題也起源于反射,但與多徑衰落不同,其反射信號(hào)來自遠(yuǎn)離接收天線的物體約在幾千米遠(yuǎn)處,圖320為時(shí)間色散一例.由基站發(fā)送“1”、“0”序列,如果反射信號(hào)的達(dá)到時(shí)間剛好滯后直射信號(hào)一個(gè)比特的時(shí)間,那么接收機(jī)將在從直射信號(hào)中檢出“0”的同時(shí),還從反射信號(hào)中檢出“1”,于是導(dǎo)致符號(hào)“1”對(duì)符號(hào)“0”的干擾. 圖320 時(shí)間色散 在GS米系統(tǒng)中,比特速率為270kbits,則每一比特時(shí)間為3.7米s.因此,一比特對(duì)應(yīng)1.1千米.假如反射點(diǎn)在移動(dòng)臺(tái)之后l千米,那么反射信號(hào)的傳輸路徑將比直射信號(hào)長(zhǎng)2千米.這樣就會(huì)在有用信號(hào)中混有比它遲到兩比特時(shí)間的另

41、一個(gè)信號(hào),出現(xiàn)了碼間干擾.時(shí)間色散似乎是個(gè)很棘手的問題,不過在GS米系統(tǒng)中采用了自適應(yīng)均衡技術(shù),這一問題的嚴(yán)重性得以緩解. 均衡有兩個(gè)基本途徑:一為頻域均衡,它使包括均衡器在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)的總傳輸函數(shù)滿足無失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件.它往往是分別校正幅頻特性和群時(shí)延特性,序列均衡通常采用這種頻域均衡法.二為時(shí)域均衡,就是直接從時(shí)間響應(yīng)考慮,使包括均衡器在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)的沖激響應(yīng)滿足無碼間串?dāng)_的條件.目前我們面臨的信號(hào)是時(shí)變信號(hào),因此需要采用第二個(gè)均衡途徑時(shí)域均衡來達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)無碼間串?dāng)_. 時(shí)域均衡系統(tǒng)的主體是橫向?yàn)V波器,也稱橫截濾波器,它由多級(jí)抽頭延遲線、加權(quán)系數(shù)相乘器(或可變?cè)鲆骐娐?及相加器組成,如圖3-

42、21. 圖321 橫向?yàn)V波器 自適應(yīng)均衡器所追求的目標(biāo)就是要達(dá)到最佳抽頭增益系數(shù),是直接從傳輸?shù)膶?shí)際數(shù)字信號(hào)中根據(jù)某種算法不斷調(diào)整增益,因而能適應(yīng)信道的隨機(jī)變化,使均衡器總是保持最佳的工作狀態(tài),有更好的失真補(bǔ)償性能,自適應(yīng)均衡器需有三個(gè)特點(diǎn):快速初始收斂特性、好的跟蹤信道時(shí)變特性和低的運(yùn)算量.因此,實(shí)際使用的自適應(yīng)均衡器系統(tǒng)除在正式工作前先發(fā)一定長(zhǎng)度的測(cè)試脈沖序列,又稱訓(xùn)練序列,以調(diào)整均衡器的抽頭系數(shù),使均衡器基本上趨于收斂,然后再自動(dòng)改變?yōu)樽赃m應(yīng)工作方式,使均衡器維持最佳狀態(tài).自適應(yīng)均衡器一般還按最小均方誤差準(zhǔn)則來構(gòu)成,最小均方算法采用維特比(“Viterbi)算法.維特比算法其實(shí)質(zhì)就是最大

43、似然比算法,維特比均衡器的方框圖如圖3-22. 圖322 維特比均衡器 GS米數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)中的訓(xùn)練序列如表3-1,它們具有很好的自相關(guān)性,以使均衡器具有很好的收斂性. 表3-1 GS米系統(tǒng)的訓(xùn)練序列 序數(shù) 十進(jìn)制 八進(jìn)制 十六進(jìn)制 二進(jìn)制 1 9898135 45604227 970897 00100101110000100010010111 2 12023991 55674267 B778B7 00101101110111100010110111 3 17754382 103564416 10EE90E 01000011101110100100001110 4 18796830 1075

44、50436 11ED11E 01000111101101000100011110 5 7049323 32710153 6B906B 00011010111001000001101011 6 20627770 116540472 13AC13A 01001110101100000100111010 7 43999903 247661237 29F629F 10100111110110001010011111 8 62671804 357045674 3BC4BBC 11101111000100101110111100 下面簡(jiǎn)單介紹一下均衡技術(shù)的原理.信道可以是金屬線、光纜、無線鏈路等,每種信道

45、有其自己的特性,如帶寬、衰減等等.因此,最佳接收機(jī)應(yīng)適合用于特殊類型傳輸信道,這就意味著該接收機(jī)應(yīng)知道信道是什么樣的,否則就不是最佳接收機(jī):我們要做的事情就是建立一個(gè)傳輸信道(即空中接口)的數(shù)學(xué)模型,計(jì)算出最可能的傳輸序列,這就是均衡器.傳輸序列是以突發(fā)脈沖串的形式傳輸,在突發(fā)脈沖串的中部,加有已知方式的且自相關(guān)性強(qiáng)的訓(xùn)練序列,利用這一訓(xùn)練序列,均衡器能建立起該信道模型.這個(gè)模型隨時(shí)間改變,但在一個(gè)突發(fā)脈沖串期間被認(rèn)為是恒定的.建立了信道模型,下一步是產(chǎn)生全部可能的序列,并把它們饋入通過信道模型,輸出序列中將有一個(gè)與接收序列最相似,與此對(duì)應(yīng)的那個(gè)輸入序列便被認(rèn)為是當(dāng)前發(fā)送的序列,見圖3-23.

46、 圖3-23 均衡器工作原理 例中序列長(zhǎng)度N 3,接收序列為010.N 3給出了饋入信道模型的8種可能的輸入系列: 輸入000,輸出100; 輸入001,輸出010; 輸入010,輸出:110等等. 顯然,第二個(gè)輸入系列001產(chǎn)生了最相似輸出序列010,因此認(rèn)為001為發(fā)送序列. 這看起來似乎很簡(jiǎn)單,不過問題是通常不會(huì)有N3的情況.例如在GS米中,N 116,這就需要相當(dāng)大量的比較.假如每秒鐘比較1千萬個(gè)組合,計(jì)算全部組合將要花費(fèi)1029年.由此導(dǎo)致的話音時(shí)延是絕對(duì)不能容忍的,所以實(shí)際使用的均衡器中使用了維特比算法就是這個(gè)道理. GS米規(guī)范要求均衡器應(yīng)能處理時(shí)延高達(dá)15米s左右的反射信號(hào),15

47、米s約對(duì)應(yīng)4比特時(shí)間.此外,由于近區(qū)(相對(duì)于接收機(jī))反射,反射信號(hào)本身易受到瑞利衰落的影響.然而,與直射信號(hào)相比,反射信號(hào)具有不相關(guān)性衰落圖形,困而能被均衡器利用,從而改善性能.因此只要反射信號(hào)的時(shí)延不超過15米s就可以得到很好的信號(hào)質(zhì)量.3.6 基站與移動(dòng)臺(tái)間的時(shí)間調(diào)整 由于在空中接口采用了TD米A技術(shù),那么某一移動(dòng)臺(tái)必須在指配給它的時(shí)隙內(nèi)發(fā)送,而在其余時(shí)間又必須保持寂靜,否則它會(huì)干擾使用同樣載頻上不同時(shí)隙的另一些移動(dòng)客戶.從圖324可見,收發(fā)之間是間隔3個(gè)時(shí)隙.假如某移動(dòng)臺(tái)占用了時(shí)隙2(TS2),可它在呼叫期間向遠(yuǎn)離基站方向移動(dòng),因此從基站發(fā)出的信息,將會(huì)越來越遲地到達(dá)移動(dòng)臺(tái).與此同時(shí)移動(dòng)

48、臺(tái)的應(yīng)答信息,也會(huì)越來越遲地到達(dá)基站.如果不采取措施,該時(shí)延長(zhǎng)至使該移動(dòng)臺(tái)在TS2發(fā)送的信息與基站在TS3接受到的另一個(gè)呼叫信息重迭起來.所以,在呼叫進(jìn)行期間,必須監(jiān)視呼叫到達(dá)基站的時(shí)間,并由系統(tǒng)向移動(dòng)臺(tái)發(fā)送指令,隨著移動(dòng)臺(tái)離開基站的距離,逐步指示移動(dòng)臺(tái)提前發(fā)送的時(shí)間,這就是時(shí)間的調(diào)整. 圖3-24 TCH上下行偏移 時(shí)間調(diào)整的提前是063個(gè)比特之間的任意值.如0個(gè)比特就表示不必調(diào)整,表明米S和BTS在一起.63個(gè)比特是調(diào)整的最大量,也就是BTS與BS之間最長(zhǎng)距離.所以我們說,GS米系統(tǒng)最大覆蓋范圍是: 3.7米s 63 3 108米s = 70千米 3.7米s:每個(gè)比特的時(shí)長(zhǎng). 63:時(shí)間調(diào)

49、整的最大比特?cái)?shù). 3 108米s :電波速度. 其覆蓋半徑是35千米. 當(dāng)一個(gè)特定連接建立時(shí),BTS不斷測(cè)量自己脈沖時(shí)隙與收到的米S時(shí)隙之間的時(shí)間偏移量.基于這個(gè)測(cè)量,它可以向米S提供要求的時(shí)間提前量,并在SACCH上以每秒2次的頻度通知米S. 3.7 話音編碼 由于GS米系統(tǒng)是一種全數(shù)字系統(tǒng),話音或其它信號(hào)都要進(jìn)行數(shù)字化處理,因而第一步要把話音模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)(即1和0的組合). 我們對(duì)P厘米編碼比較熟悉,它是采用A律波形編碼,分為3步: - 采樣.在某瞬間測(cè)量模擬信號(hào)的值.采樣速率8kHz/s. - 量化.對(duì)每個(gè)樣值用8個(gè)比特的量化值來表示對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)瞬間值,即為樣值指配256(2

50、8)個(gè)不同電平值中的一個(gè). - 編碼.每個(gè)量化值用8個(gè)比特的二進(jìn)制代碼表示,組成一串具有離散特性的數(shù)字信號(hào)流. 用這種編碼方式,數(shù)字鏈路上的數(shù)字信號(hào)比特速率為64kbits (8kbits 8).如果GS米系統(tǒng)也采用此種方式進(jìn)行話音編碼,那么每個(gè)話音信道是64kbits,8個(gè)話音信道就是512kbits.考慮實(shí)際可使用的帶寬,GS米規(guī)范中規(guī)定載頻間隔是200kHz.因此要把它們保持在規(guī)定的頻帶內(nèi),必需大大地降低每個(gè)話音信道的編碼的比特率,這就要靠改變?cè)捯艟幋a的方式來實(shí)現(xiàn). 聲碼器編碼可以是很低的速率(可以低于5kbits,雖然不影響話音的可懂性,但話音的失真性很大,很難分辨是誰在講話.波形編碼

51、器話音質(zhì)量較高,但要求的比特速率相應(yīng)的較高.因此GS米系統(tǒng)話音編碼器2是采用聲碼器和波形編碼器的混合物- 混合編碼器,全稱為線性預(yù)測(cè)編碼-長(zhǎng)期預(yù)測(cè)編碼-規(guī)則脈沖激勵(lì)編碼器(LPC-LTP-RPE編碼器),見圖3-25所示.LPC+LTP為聲碼器,RPE為波形編碼器,再通過復(fù)用器混合完成模擬話音信號(hào)的數(shù)字編碼,每話音信道的編碼速率為13kbits. 圖325 GS米話音編碼器框圖 聲碼器的原理是模仿人類發(fā)音器官喉、嘴、舌的組合,將該組合看作一個(gè)濾波器,人發(fā)出的聲音使聲帶振動(dòng)就成為激勵(lì)脈沖.當(dāng)然“濾波器” 脈沖 米頻率是在不斷地變換,但在很短的時(shí)間(10米s30米s)內(nèi)觀察它,則發(fā)音器官是沒有變換

52、的,因此聲碼器要做的事是將話音信號(hào)分成20米s的段,然后分析這一時(shí)間段內(nèi)所相應(yīng)的濾波器的參數(shù),并提取此時(shí)的脈沖串頻率,輸出其激勵(lì)脈沖序列.相繼的話音段是十分相似的,LTP將當(dāng)前段與前一段進(jìn)行比較,相應(yīng)的差值被低通濾波后進(jìn)行一種波形編碼. LPC十LTP參數(shù):3.6 kbit/s. RPE參數(shù):9.4kbit/s. 因此,話音編碼器的輸出比特速率是13kbit. 3.8 信道編碼 采用數(shù)字傳輸時(shí),所傳信號(hào)的質(zhì)量常常用接收比特中有多少是正確的”來表示,并由此引出比特差錯(cuò)率(BER)概念.BER表明總比特率中有多少比特被檢測(cè)出錯(cuò)誤,差錯(cuò)比特?cái)?shù)目或所占的比特要盡可能小.然而,要把它減小到0,那是不可能

53、的,因?yàn)槁窂绞窃诓粩嘧兓?這就是說必須允許存在一定數(shù)量的差錯(cuò),但還必須能恢復(fù)出原信息,或至少能檢測(cè)出差錯(cuò),這對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸來說特別重要,對(duì)話音來說只是質(zhì)量降低. 為了有所補(bǔ)益,可使用信道編碼.信道編碼,能夠檢出和校正接收比特流中的差錯(cuò).這是因?yàn)榧尤胍恍┤哂啾忍?把幾個(gè)比特上攜帶的信息擴(kuò)散到更多的比特上.為此付出的代價(jià)是必須傳送比該信息所需要的更多的比特,但有效地減少差錯(cuò). 為了便于理解,我們舉一簡(jiǎn)單例子加以說明. 假定要傳輸?shù)男畔⑹且粋€(gè)“0”或是一個(gè)“l(fā)”,為了提高保護(hù)能力,各添加3個(gè)比特: 信息 添加比特 發(fā)送比特 O 000 0000 1 111 1111 對(duì)于每一比特(0或1),只有一個(gè)

54、有效的編碼組(0000或l111).如果收到的不是0000或1111,就說明傳輸期間出現(xiàn)了差錯(cuò).比例關(guān)系是1:4,必須發(fā)送是必要比特4倍的比特.保護(hù)作用如何? 接收編碼組可能為: 0000 0010 0110 0111 1111 判決結(jié)果: 0 0 X 1 1 如果4個(gè)比特中有1個(gè)是錯(cuò)的,就可以校正它.例如發(fā)送的是0000,而收到的卻是0010,則判決所發(fā)送的是0.如果編碼組中有兩個(gè)比特是錯(cuò)的,則能檢出它,如0ll0表明它是錯(cuò)的,但不能校正.最后如果其中有3個(gè)或4個(gè)比特是錯(cuò)的,則既不能校正它,也不能檢出它來.所以說這一編碼能校正1個(gè)差錯(cuò)和檢出2個(gè)差錯(cuò). 圖3-26表示了數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)倪@一過程,

55、其中信源可以是話音、數(shù)據(jù)或圖像的電信號(hào)“s”,經(jīng)信源編碼構(gòu)成一個(gè)具有確定長(zhǎng)度的數(shù)字信號(hào)序列“米”,人為地在按一定規(guī)則加進(jìn)非信息數(shù)字序列,以構(gòu)成一個(gè)一個(gè)碼子“c(信道編碼),然后再經(jīng)調(diào)制器變換為適合信道傳輸?shù)男盘?hào).經(jīng)信道傳輸后,在接收端經(jīng)解調(diào)器判決輸出的數(shù)字序列稱為接收序列“R”,再經(jīng)信道譯碼器譯碼后輸出信息序列“米”,而信源譯碼器則將“米”變換成客戶需要的信息形式“s”. 圖3-26 數(shù)字信息傳輸方框圖 移動(dòng)通信的傳輸信道屬變參信道,它不僅會(huì)引起隨機(jī)錯(cuò)誤,而更主要的是造成突發(fā)錯(cuò)誤.隨機(jī)錯(cuò)誤的特點(diǎn)是碼元間的錯(cuò)誤互相獨(dú)立,即每個(gè)碼元的錯(cuò)誤概率與它前后碼元的錯(cuò)誤與否是無關(guān)的.突發(fā)錯(cuò)誤則不然,一個(gè)碼元

56、的錯(cuò)誤往往影響前后碼元的錯(cuò)誤概率.或者說,一個(gè)碼元產(chǎn)生錯(cuò)誤,則后面幾個(gè)碼元都可能發(fā)生錯(cuò)誤.因此,在數(shù)字通信中,要利用信道編碼對(duì)整個(gè)通信系統(tǒng)進(jìn)行差錯(cuò)控制.差錯(cuò)控制編碼可以分為分組編碼和卷積編碼兩類. 分組編碼的原理框圖見圖3-27.分組編碼是把信息序列以k個(gè)碼元分組,通過編碼器將每組的k元信息按一定規(guī)律產(chǎn)生r個(gè)多余碼元(稱為檢驗(yàn)元或監(jiān)督元),輸出長(zhǎng)nk十r的一個(gè)碼組.因此,每個(gè)碼組的r個(gè)檢驗(yàn)元僅與本組的信息元有關(guān)而與別組無關(guān).分組碼用(n,k)表示,n表示碼長(zhǎng),k表示信息位數(shù)目,Rkn稱為分組編碼的效率,也稱編碼率或碼率. 圖3-27 分組編碼 卷積編碼的原理框圖見圖3-28.卷積編碼就是將信息

57、序列以ko個(gè)碼元分段,通過編碼器輸出長(zhǎng)為no的一段碼段.但是該碼的no - ko個(gè)檢驗(yàn)碼不僅與本段的信息元有關(guān),而且也與其前米段的信息元有關(guān),故卷積碼用(no,ko,米)表示,稱No(2n十1)no為卷積編碼的編碼約束長(zhǎng)度.與分組編碼一樣,卷積編碼的編碼效率也定義為Rkono,對(duì)于具有良好糾、檢錯(cuò)性能并能合理而又簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)的大多數(shù)卷積碼,總是kol或是(no - ko)l,也就是說它的編碼效率通常只有l(wèi)5,14,13,12,23,34,45. 圖3-28 卷積編碼 在GS米系統(tǒng)中,上述兩種編碼方法均在使用.首先對(duì)一些信息比特進(jìn)行分組編碼,構(gòu)成一個(gè)“信息分組十奇偶(檢驗(yàn))比特”的形式,然后對(duì)全部比

58、特做卷積編碼,從而形成編碼比特.這兩次編碼適用于話音和數(shù)據(jù)二者,但它們的編碼方案略有差異.采用“兩次”編碼的好處是:在有差錯(cuò)時(shí),能校正的校正(利用卷積編碼特性),能檢測(cè)的檢測(cè)(利用分組編碼特性). GS米系統(tǒng)首先是把話音分成20米s的音段,這20米s的音段通過話音編碼器被數(shù)字化和話音編碼,產(chǎn)生260個(gè)比特流,并被分成: 50個(gè)最重要比特 132個(gè)重要比特 78個(gè)不重要比特 如圖3-29,對(duì)上述50個(gè)比特添加上3個(gè)奇偶檢驗(yàn)比特(分組編碼),這53個(gè)比特同132個(gè)重要比特與4個(gè)尾比特一起卷積編碼,比率1:2,因而得378個(gè)比特,另外78個(gè)比特不予保護(hù). 圖3-29 GS米數(shù)字話音的信道編碼 3.9

59、 交織技術(shù)在陸地移動(dòng)通信這種變參信道上,比特差錯(cuò)經(jīng)常是成串發(fā)生的.這是由于持續(xù)較長(zhǎng)的深衰落谷點(diǎn)會(huì)影響到相繼一串的比特.然而,信道編碼僅在檢測(cè)和校正單個(gè)差錯(cuò)和不太長(zhǎng)的差錯(cuò)串時(shí)才有效.為了解決這一問題,希望能找到把一條消息中的相繼比特分散開的方法,即一條消息中的相繼比特以非相繼方式被發(fā)送.這樣,在傳輸過程中即使發(fā)生了成串差錯(cuò),恢復(fù)成一條相繼比特串的消息時(shí),差錯(cuò)也就變成單個(gè)(或長(zhǎng)度很短),這時(shí)再用信道編碼糾錯(cuò)功能糾正差錯(cuò),恢復(fù)原消息.這種方法就是交織技術(shù). 1交織技術(shù)的一般原理 假定由一些4比特組成的消息分組,把4個(gè)相繼分組中的第1個(gè)比特取出來,并讓這4個(gè)第1比特組成一個(gè)新的4比特分組,稱作第一幀,

60、4個(gè)消息分組中的比特24,也作同樣處理,如圖3-30所示. 然后依次傳送第1比特組成的幀,第2比特組成的幀,.在傳輸期間,幀2丟失,如果沒有交織,那就會(huì)丟失某一整個(gè)消息分組,但采用了交織,僅每個(gè)消息分組的第2比特丟失,再利用信道編碼, 全部分組中的消息仍能得以恢復(fù),這就是交織技術(shù)的基本原理.概括地說,交織就是把碼字的b個(gè)比特分散到n個(gè)幀中,以改變比特間的鄰近關(guān)系,因此n值越大,傳輸特性越好,但傳輸時(shí)延也越大,所以在實(shí)際使用中必須作折衷考慮. 圖3-30 交織原理 2GS米系統(tǒng)中交織方式 在GS米系統(tǒng)中,信道編碼后進(jìn)行交織,交織分為兩次,第一次交織為內(nèi)部交織,第二次交織為塊間交織. 話音編碼器和