第7章 時分多址(TDMA)數(shù)字蜂窩網(wǎng) 數(shù)字移動通信課件

第7章時分多址(TDMA)數(shù)字蜂窩網(wǎng)7.1GSM系統(tǒng)總體7.2GSM系統(tǒng)的無線接口7.3GSM系統(tǒng)的控制與管理7.4三種TDMA蜂窩系統(tǒng)分析比較7.5GPRS——通用分組無線業(yè)務(wù)7.1GSM系統(tǒng)總體

GSM的歷史可以追溯到1982年，當(dāng)時，北歐四國向歐洲郵電行政大會CEPT(ConferenceEuropeofPostandTelecommunications)提交了一份建議書，要求制定900MHz頻段的歐洲公共電信業(yè)務(wù)規(guī)范，建立全歐統(tǒng)一的蜂窩網(wǎng)移動通信系統(tǒng)，以解決歐洲各國由于采用多種不同模擬蜂窩系統(tǒng)造成的互不兼容，無法提供漫游服務(wù)的問題。1982年成立了歐洲移動通信特別小組，簡稱GSM(GroupSpecialMobile)。后來改稱為：全球移動通信系統(tǒng)GSM（GlobalSystemForMobileCommunications）

在1982～1985年期間，討論焦點是制定模擬蜂窩網(wǎng)還是數(shù)字蜂窩網(wǎng)的標準，1985年決定制定數(shù)字蜂窩網(wǎng)標準。1986年，在巴黎對歐洲各國經(jīng)大量研究和實驗后所提出的8個數(shù)字蜂窩系統(tǒng)進行了現(xiàn)場試驗。1987年5月，GSM成員國經(jīng)現(xiàn)場測試和論證比較，選定窄帶TDMA方案。1988年，18個歐洲國家達成GSM諒解備忘錄，頒布了GSM標準，即泛歐數(shù)字蜂窩網(wǎng)通信標準。它包括兩個并行的系統(tǒng)：GSM900和DCS1800，這兩個系統(tǒng)功能相同，主要的差異是頻段不同。

在GSM標準中，未對硬件作出規(guī)定，只對功能、接口等作了詳細規(guī)定，便于不同公司的產(chǎn)品可以互連互通。GSM標準共有12項內(nèi)容，如表7-1所示。表7-1GSM標準第一代模擬網(wǎng)絡(luò)的缺陷系統(tǒng)制式混雜，不能實現(xiàn)國際漫游；不能提供綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)ISDN業(yè)務(wù)；系統(tǒng)設(shè)備價格高，手機體積大，電池充電后有效工作時間短；用戶容量受到限制，系統(tǒng)擴容困難；系統(tǒng)保密性差、安全性差。第二代GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)的優(yōu)點頻譜利用率更高，進一步提高了系統(tǒng)容量GSM提供了一種公共標準，便于實現(xiàn)全自動國際漫游，在GSM系統(tǒng)覆蓋到的地區(qū)均可提供服務(wù)能提供新型非話業(yè)務(wù)信息傳輸時保密性好，入網(wǎng)信息安全性好數(shù)字無線傳輸技術(shù)抗衰落性能較強，傳輸質(zhì)量高、話音質(zhì)量好可降低成本費用，減小設(shè)備體積，電池有效使用時間較長GSM主要技術(shù)及參數(shù)頻段：下行：935～960MHz（基站發(fā)，移動臺收）；上行：890～915MHz（移動臺發(fā)，基站收）；頻帶寬度：25MHz；通信方式：全雙工；載頻間隔：200KHz；信道分配：每載頻8時隙；全速信道8個，半速信道16個（TDMA）；

信道總速率：270.8kbit/s；調(diào)制方式：GMSK，BT=0.3；話音編碼：RPE-LTP，輸出速率為13kbit/s；數(shù)據(jù)速率：9.6kbit/s；跳頻速率：217跳/秒；每時隙信道速率：33.8kbit/s分集接收，交織信道編碼，自適應(yīng)均衡…

7.1.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)GSM系統(tǒng)的組成組成：網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)NSS（交換子系統(tǒng)SS）移動業(yè)務(wù)交換中心MSC、歸屬用戶位置寄存器HLR、訪問用戶位置寄存器VLR、鑒權(quán)中心AUC、設(shè)備識別寄存器EIR基站子系統(tǒng)BSS基站控制器BSC、基站收發(fā)信機BTS移動臺子系統(tǒng)MS圖7-1GSM蜂窩系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)1、移動臺子系統(tǒng)MS是GSM移動通信網(wǎng)中用戶使用的設(shè)備類型：手機、車載臺、便攜臺通過無線接口接入GSM系統(tǒng)；提供與使用者間的接口用戶識別模塊SIM：包含所有與用戶有關(guān)的信息和某些無線接口的信息，其中也包括鑒權(quán)和加密信息處理異常的緊急呼叫時（如119、110、120、122等），可以不插入SIM卡

2.基站子系統(tǒng)(BSS)GSM系統(tǒng)的基本組成部分。功能：通過無線接口直接與移動臺相接，負責(zé)無線收發(fā)和無線資源管理與網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(NSS)中的移動業(yè)務(wù)交換中心(MSC)相連，實現(xiàn)移動用戶間或移動用戶與固定網(wǎng)用戶間的通信連接，傳送系統(tǒng)信號和用戶信息基站控制器（BSC）BSS的控制部分各種接口的管理、無線資源和無線參數(shù)的管理控制切換，移動臺功率控制基站收發(fā)信機（BTS）BSS的無線部分由BSC控制服務(wù)于某個小區(qū)的無線收發(fā)設(shè)備，完成BSC與無線信道間的轉(zhuǎn)接，實現(xiàn)BTS與MS間的無線傳輸及相關(guān)的控制功能

3.網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(NSS)功能：GSM系統(tǒng)的交換功能；移動性管理與安全性管理；對GSM移動用戶間通信和GSM移動用戶與其它通信網(wǎng)用戶間通信的管理作用組成：

MSC數(shù)據(jù)庫：HLR、VLR、AUC、EIR它們之間的信令傳輸都符合CCITT信令系統(tǒng)7號協(xié)議。移動交換中心－MSC是網(wǎng)絡(luò)的核心完成系統(tǒng)的電話交換功能呼叫建立、控制、終止；選路；業(yè)務(wù)的提供；計費處理；區(qū)內(nèi)切換；功能實體間及網(wǎng)絡(luò)間接口；公共信令等從HLR、VLR、AUC中獲取位置登記和呼叫請求所需的數(shù)據(jù)提供移動性能和其他網(wǎng)絡(luò)功能……MSC類型普通MSC網(wǎng)關(guān)MSC（GMSC）：網(wǎng)間互通匯接MSC（TMSC）：長途匯接原籍位置寄存器－HLR可以看作是GSM系統(tǒng)的中央數(shù)據(jù)庫，存儲該HLR管轄區(qū)的所有移動用戶的有關(guān)數(shù)據(jù)。HLR還暫存移動用戶漫游時的有關(guān)動態(tài)信息數(shù)據(jù)。靜態(tài)存儲信息：用戶信息：用戶的入網(wǎng)信息，注冊的有關(guān)業(yè)務(wù)信息等；位置信息分配給移動用戶的兩個號碼：IMSI、MSISDN訪問位置寄存器－VLR存儲進入其控制區(qū)域內(nèi)來訪移動用戶的有關(guān)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是從該移動用戶的原籍位置寄存器獲取并進行暫存的，一旦移動用戶離開該VLR的控制區(qū)域，則臨時存儲的該移動用戶的數(shù)據(jù)就會被刪除。因此，VLR可看作是一個動態(tài)用戶的數(shù)據(jù)庫。存儲信息：進入其控制區(qū)域內(nèi)已登記的移動用戶的相關(guān)信息動態(tài)用戶數(shù)據(jù)庫鑒權(quán)中心－AUC屬于HLR的一個功能單元用于GSM系統(tǒng)的安全性管理，對無線接口上的話音、數(shù)據(jù)和信號信息進行保密，防止無權(quán)用戶接入系統(tǒng)，并保證通過無線接口的移動用戶信息的安全存儲信息：鑒權(quán)信息和加密密鑰移動設(shè)備識別寄存器－EIR防止非法使用偷竊的、有故障的或未經(jīng)許可的移動設(shè)備存儲信息：移動設(shè)備的國際移動設(shè)備識別碼（IMEI））的三份名單：白名單(準許使用的)、黑名單(出現(xiàn)故障需監(jiān)視的)和灰名單(失盜不準使用的)。網(wǎng)絡(luò)操作維護中心(OMC)負責(zé)對全網(wǎng)進行監(jiān)控與操作。4.GSM網(wǎng)絡(luò)接口在實際的GSM通信網(wǎng)絡(luò)中，為了各個廠家所生產(chǎn)的設(shè)備可以通用，各部分的連接都必須嚴格符合規(guī)定的接口標準及相應(yīng)的協(xié)議。GSM系統(tǒng)各部分之間的接口如圖7-2所示。圖7-2GSM系統(tǒng)的接口主要接口。

GSM系統(tǒng)的主要接口有三種：A接口Abis接口Um接口。這三種主要接口的定義和標準化可保證不同廠家生產(chǎn)的移動臺、基站子系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)設(shè)備能夠納入同一個GSM移動通信網(wǎng)運行和使用。A接口網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)NSS與基站子系統(tǒng)BSS間的通信接口MSC與BSC間的互連接口傳遞的信息包括移動臺管理、基站管理、移動性管理、接續(xù)管理等標準的2.048Mbit/s的PCM數(shù)字傳輸鏈路實現(xiàn)Abis接口基站子系統(tǒng)的兩個功能實體基站控制器BSC和基站收發(fā)信臺BTS間的通信接口用于BTS（不與BSC并置）與BSC間的遠端互連支持所有向用戶提供的服務(wù)，并支持對BTS無線設(shè)備的控制和無線頻率的分配采用標準的2.048Mbit/s或64kbit/sPCM數(shù)字傳輸鏈路實現(xiàn)Um接口(空中接口)：移動臺與基站收發(fā)信機BTS間的通信接口用于移動臺與GSM系統(tǒng)設(shè)備間的互通通過無線鏈路實現(xiàn)傳遞的信息包括無線資源管理、移動性管理和接續(xù)管理等用戶與網(wǎng)絡(luò)間的接口(Sm接口)用戶與網(wǎng)絡(luò)間的接口,用戶識別卡SIM與移動終端ME間接口傳遞的信息包括用戶對移動終端進行操作，移動終端向用戶提供顯示、信號音等網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)內(nèi)部接口D接口HLR與VLR間的接口用于交換有關(guān)移動臺位置和用戶管理的信息，保證移動臺在整個服務(wù)區(qū)內(nèi)建立和接收呼叫通過MSC與HLR間的標準2.048Mbit/s的PCM數(shù)字傳輸鏈路實現(xiàn)B接口VLR與MSC間的內(nèi)部接口用于MSC向VLR詢問有關(guān)移動臺當(dāng)前的位置信息或者通知VLR有關(guān)移動臺的位置更新信息等

C接口HLR與MSC間的接口用于傳遞路由選擇和管理信息E接口相鄰區(qū)域的不同MSC間的接口用于切換過程中交換有關(guān)切換信息以啟動和完成切換F接口MSC與EIR間的接口用于交換相關(guān)的IMEI(InternationalMobileEquipmentIdentity,國際移動身份識別)管理信息G接口VLR間的接口用于在采用臨時識別碼(TMSI)的MS進入新的MSC/VLR服務(wù)區(qū)域時向分配TMSI的VLR詢問此移動用戶的IMSI信息(3)GSM系統(tǒng)與其它公用電信網(wǎng)接口。其它公用電信網(wǎng)：公用電話網(wǎng)PSTN、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)ISDN、分組交換公用數(shù)據(jù)網(wǎng)PSPDN和電路交換公用數(shù)據(jù)網(wǎng)CSPDN等接口必須滿足ITU的有關(guān)接口和信令標準及各個國家通信運營部門制定的與這些電信網(wǎng)有關(guān)的接口和信令標準

GSM系統(tǒng)與PSTN和ISDN網(wǎng)的互連方式采用7號信令系統(tǒng)接口鏈接方式通過MSC與PSTN或ISDN交換機間標準2.048Mbit/s的PCM數(shù)字傳輸鏈路實現(xiàn)

7.1.2GSM的區(qū)域、號碼、地址與識別1.區(qū)域定義

GSM系統(tǒng)屬于小區(qū)制大容量移動通信網(wǎng)，在它的服務(wù)區(qū)內(nèi)設(shè)置有很多基站，移動通信網(wǎng)在此服務(wù)區(qū)內(nèi)，具有控制、交換功能，以實現(xiàn)位置更新、呼叫接續(xù)、越區(qū)切換及漫游服務(wù)等功能。圖7-3GSM的區(qū)域定義

(1)GSM服務(wù)區(qū)。移動臺可獲得服務(wù)的區(qū)域，即不同通信網(wǎng)(如PSTN或ISDN)用戶無需知道移動臺的實際位置而可與之通信的區(qū)域。(2)公用陸地移動通信網(wǎng)(PLMN)。一個公用陸地移動通信網(wǎng)(PLMN)可由一個或若干個移動交換中心組成。(3)MSC區(qū)。

MSC區(qū)系指一個移動交換中心所控制的區(qū)域，通常它連接一個或若干個基站控制器，每個基站控制器控制多個基站收發(fā)信機。(4)位置區(qū)。位置區(qū)一般由若干個小區(qū)(或基站區(qū))組成，移動臺在位置區(qū)內(nèi)移動無需進行位置更新。通常呼叫移動臺時，向一個位置區(qū)內(nèi)的所有基站同時發(fā)尋呼信號。(5)基站區(qū)?；緟^(qū)系指基站收發(fā)信機有效的無線覆蓋區(qū)，簡稱小區(qū)。

(6)扇區(qū)。當(dāng)基站收發(fā)信天線采用定向天線時，基站區(qū)分為若干個扇區(qū)。2.號碼與識別移動用戶識別碼。

在GSM系統(tǒng)中，每個用戶均分配一個惟一的國際移動用戶識別碼（IMSI：InternationalMobileSubscriberIdentificationNumber）。

此碼在所有位置(包括在漫游區(qū))都是有效的。通常在呼叫建立和位置更新時，需要使用IMSI。

IMSI的組成如圖7-4所示。IMSI其總長度不超過15位，其結(jié)構(gòu)如下：(IMSI是卡數(shù)據(jù)——MIN)

MCC+MNC+MSIN

MCC：MobileCountryCode，移動國家碼，共3位，中國為460;可以區(qū)別出每個用戶的來自的國家，因此可以實現(xiàn)國際漫游。

MNC:MobileNetworkCode，移動網(wǎng)絡(luò)碼，共2位，在同一個國家內(nèi)，如果有多個CDMA運營商，可以通過MNC來進行區(qū)別.中國電信CDMA系統(tǒng)使用03，一個典型的IMSI號碼為460030912121001;

MSIN:MobileSubscriberIdentificationNumber共有10位，其結(jié)構(gòu)如下：

09+M0M1M2M3+ABCD其中的M0M1M2M3和MDN號碼（即手機號碼）中的H1H2H3H4可存在對應(yīng)關(guān)系，ABCD四位為自由分配。

由MNC和MSIN兩部分組成國內(nèi)移動用戶識別碼(NMSI)。圖7-4國際移動用戶識別碼(IMSI)的格式(2)臨時移動用戶識別碼。

考慮到移動用戶識別碼的安全性，GSM系統(tǒng)能提供安全保密措施，即空中接口無線傳輸?shù)淖R別碼采用臨時移動用戶識別碼(TMSI)代替移動用戶識別碼(IMSI)。

兩者之間可按一定的算法互相轉(zhuǎn)換。訪問位置寄存器(VLR)可給來訪的移動用戶分配一個TMSI(只限于在該訪問服務(wù)區(qū)使用)。IMSI是國際移動用戶識別碼，是對用戶SIM卡的識別，是全球唯一的，作用是用于初期尋呼路由用的，由于是唯一的，為了安全目的，會用TMSI來代替IMSI。MSISDN俗稱是我們的手機號碼，當(dāng)用戶在申請業(yè)務(wù)信道的時候，會向網(wǎng)絡(luò)端發(fā)送MSISDN，網(wǎng)絡(luò)端的MSC會根據(jù)MSISDN號碼的號段分析，來判斷此手機是否漫游。MSC把MSISDN發(fā)給HLR，HLR查詢數(shù)據(jù)庫將MSISDN和IMSI對應(yīng)上，而IMSI就對應(yīng)著用戶登記的MSC/VLR地址，有了用戶登記的地址就查到了用戶的漫游信息。中國的移動網(wǎng)絡(luò)國家號就是460MSISDN中的國家號就是86

圖7-5國際移動設(shè)備識別碼(IMEI)的格式(3)國際移動設(shè)備識別碼（即手機串號）。MEI(InternationalMobileEquipmentIdentity)是國際移動設(shè)備身份碼的縮寫，即國際移動裝備辨識碼，由15位數(shù)字組成的“電子串號”，它與每臺手機一一對應(yīng)，而且該碼是全世界唯一的。每一只手機在組裝完成后都將被賦予一個全球唯一的一組號碼，這個號碼從生產(chǎn)到交付使用都將被制造生產(chǎn)的廠商所記錄。如何獲得手機的IMEI碼：您可以在手機上按“*#06#”獲得手機的IMEI碼。TAC:型號批準碼，由歐洲型號標準中心分配。FAC:裝配廠家號碼。SNR:產(chǎn)品序號，用于區(qū)別同一個TAC和FAC中的每臺移動設(shè)備。SP:備用。圖7-6移動臺國際ISDN的格式(4)移動臺的號碼。

類似于PSTN中的電話號碼，是在呼叫接續(xù)時所需撥的號碼，其編號規(guī)則應(yīng)與各國的編號規(guī)則相一致。移動臺的號碼有下列兩種：①移動臺國際ISDN號碼(MSISDN)。

MSISDN為呼叫GSM系統(tǒng)中的某個移動用戶所需撥的號碼。一個移動臺可分配一個或幾個MSISDN號碼MSISDN

MSISDN:MobileSubscriberInternationalISDN/PSTNnumber(ISDN即是綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)，是IntegratedServiceDigitalNetwork的簡稱)

MSISDN是指主叫用戶為呼叫GSMPLMN中的一個移動用戶所需撥的號碼，作用同于固定網(wǎng)PSTN號碼，也就是我們常說的手機號碼，這個號碼在移動網(wǎng)與其他話務(wù)網(wǎng)絡(luò)互通時使用，比如手機用戶呼叫手機用戶、固定號碼呼叫手機用戶。

MSISDN=CC+NDC+SN

CC=國家碼(中國為86)

NDC=國內(nèi)目的碼（移動網(wǎng)網(wǎng)號+HLR識別碼）

SN=用戶號碼 若在以上號碼中將國家碼CC去除,就成了移動臺的國內(nèi)身份號碼,也就是我們?nèi)粘Ｋf的"手機號碼“

目前,我國GSM的國內(nèi)身份號碼為11位。 每個GSM的網(wǎng)絡(luò)均分配一個國內(nèi)目的碼(NDC)。也可以要求分配兩個以上的NDC號。MSISDN的號長是可變的（取決于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與編號計劃），不包括字冠，最長可以達到15位。國內(nèi)目的地碼（NDC）包括：接入號N1N2N3和HLR的識別號H1H2H3H4。

接入號用于識別網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)號為130-139，150-159，188、189，估計以后還有180-187。HLR識別碼表示用戶歸屬的HLR，也表示移動業(yè)務(wù)本地網(wǎng)號。MSISDN的一般格式為86-139(或8-0)-H1H2H3H4ABCD

典型的MSISDN舉例861394770001②移動臺漫游號碼(MSRN)。

當(dāng)移動臺漫游到一個新的服務(wù)區(qū)時，由VLR給它分配一個臨時性的漫游號碼，并通知該移動臺的HLR，用于建立通信路由。一旦該移動臺離開該服務(wù)區(qū)，此漫游號碼即被收回，并可分配給其它來訪的移動臺使用。漫游號碼的組成格式與移動臺國際(或國內(nèi))ISDN號碼相同。TMSI和MSRN區(qū)別：（*）臨時移動用戶識別碼TMSI

（1）通常在呼叫建立和位置更新時，需要使用IMSI。為了對IMSI保密，IMSI僅在空中傳送一次，便由VLR給來訪移動用戶分配一個惟一的TMSI號碼替代

（2）僅在本地有效，當(dāng)用戶離開此VLR服務(wù)區(qū)后釋放

（3）由VLR臨時分配（*）移動用戶漫游號碼MSRN

（1）用于在呼叫時為移動用戶選路

（2）VLR臨時分配，接續(xù)完成后即釋放

（3）在被訪VLR區(qū)域內(nèi)是惟一有效的(5)位置區(qū)和基站的識別碼。①位置區(qū)識別碼(LAI)。在檢測位置更新和信道切換時，要使用位置區(qū)識別碼(LAI)。②基站識別色碼(BSIC)。功能：用于移動臺識別相同載頻的不同基站，特別用于區(qū)別在不同國家的邊界地區(qū)采用相同載頻且相鄰的基站。

BSIC為一個6比特編碼，其格式如圖7-8所示。

NCC:PLMN色碼，用來識別相鄰的PLMN網(wǎng)。

BCC：BTS色碼，用來識別相同載頻的不同的基站。

7.1.3主要業(yè)務(wù)

GSM系統(tǒng)提供的業(yè)務(wù)分為兩類：基本通信業(yè)務(wù)補充業(yè)務(wù)對基本業(yè)務(wù)的擴充，不能單獨向用戶提供。這些補充業(yè)務(wù)大部分是從固定網(wǎng)所能提供的補充業(yè)務(wù)中繼承過來。這里不作詳細討論，只介紹通信業(yè)務(wù)的分類及定義。1.通信業(yè)務(wù)分類

GSM系統(tǒng)能提供6類10種電信業(yè)務(wù)，其編號、名稱、業(yè)務(wù)類型及實現(xiàn)階段見表7-2。表7-2GSM電信業(yè)務(wù)分類2.業(yè)務(wù)定義GSM的基本業(yè)務(wù)電話業(yè)務(wù)GSM系統(tǒng)能夠提供的最主要的業(yè)務(wù)提供移動用戶與固定網(wǎng)用戶間的實時雙向通話提供兩個移動用戶間的實時雙向通話緊急呼叫業(yè)務(wù)優(yōu)先于其它業(yè)務(wù)在移動用戶沒有插入SIM卡時也可使用短消息業(yè)務(wù)在移動電話上直接發(fā)送和接收文字或數(shù)字消息包括移動臺間點對點的短消息業(yè)務(wù)，以及小區(qū)廣播式短消息業(yè)務(wù)

語音信箱業(yè)務(wù)按聲音信息歸屬于某用戶來存儲聲音信息，用戶可根據(jù)自己的需要隨時提取三種操作：用戶留言用戶以自己的GSM移動電話提取留言用戶以其他電話提取留言傳真和數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)收發(fā)傳真、閱讀電子郵件、訪問INTERNET、登錄遠程服務(wù)器等GSM的補充業(yè)務(wù)用戶在使用補充業(yè)務(wù)前，應(yīng)在歸屬局申請使用手續(xù)，在獲得某項補充業(yè)務(wù)的使用權(quán)后才能使用系統(tǒng)按用戶的選擇提供補充業(yè)務(wù)，用戶可隨時通過移動電話通知系統(tǒng)為自己提供或刪除某項具體的補充業(yè)務(wù)操作激活補充業(yè)務(wù)（從現(xiàn)在開始本移動電話使用某項補充業(yè)務(wù)）刪除補充業(yè)務(wù)（從現(xiàn)在開始本移動電話暫不使用原已激活的某項補充業(yè)務(wù)）查詢補充業(yè)務(wù)7.2GSM系統(tǒng)的無線接口7.2.1GSM系統(tǒng)無線傳輸特征無線接口概念：移動臺與基站收發(fā)信機間接口的統(tǒng)稱是移動通信實現(xiàn)的關(guān)鍵是不同系統(tǒng)的區(qū)別所在無線接口中信道、數(shù)據(jù)格式等無線信道GSM系統(tǒng)使用了TDMA時分多址的概念每幀包括8個時隙TSBTS到MS為下行信道，MS到BTS為上行信道

表7-3GSM等三種數(shù)字蜂窩網(wǎng)主要參數(shù)1.TDMA/FDMA接入方式GSM系統(tǒng)由若干個小區(qū)(3個、4個或7個)構(gòu)成一個區(qū)群區(qū)群內(nèi)不能使用相同的頻道，同頻道距離保持相等每個小區(qū)含有多個載頻，每個載頻上含有8個時隙，即每個載頻有8個物理信道因此，GSM系統(tǒng)是時分多址/頻分多址的接入方式圖7-9TDMA/FDMA接入方式2.頻率與頻道序號GSM系統(tǒng)工作在以下射頻頻段：上行(移動臺發(fā)、基站收)890～915MHz下行(基站發(fā)、移動臺收)935～960MHz收、發(fā)頻率間隔為45MHz。移動臺采用較低頻段發(fā)射，傳播損耗較低，有利于補償上、下行功率不平衡的問題。由于載頻間隔是0.2MHz，因此GSM系統(tǒng)整個工作頻段分為124對載頻，其頻道序號用n表示，則上、下兩頻段中序號為n的載頻可用下式計算：下頻段fl(n)=(890+0.2n)MHz(7-1)

上頻段fh(n)=(935+0.2n)MHz(7-2)n=1~1243.調(diào)制方式GSM的調(diào)制方式是高斯型最小移頻鍵控(GMSK)方式，矩形脈沖在調(diào)制器之前先通過一個高斯濾波器。高斯濾波器的歸一化帶寬Bt=0.3，基于200kHz的載頻間隔及270.833kb/s的信道傳輸速率，其頻譜利用率為(1.35b/s)/Hz。4.載頻復(fù)用與區(qū)群結(jié)構(gòu)GSM系統(tǒng)中，基站發(fā)射功率為500W每載波，每時隙平均為500/8=62.5W。移動臺發(fā)射功率分為0.8W、2W、5W、8W和20W五種，可供用戶選擇。小區(qū)覆蓋半徑最大為35km，最小為500m，前者適用于農(nóng)村地區(qū)，后者適用于市區(qū)。7.2.2信道類型及其組合1.幀結(jié)構(gòu)圖7-10給出了GSM系統(tǒng)各種幀及時隙的格式。每一個TDMA幀分0～7共8個時隙幀長度為120/26≈4.615ms每個時隙含156.25個碼元，占15/26≈0.577ms。圖7-10GSM系統(tǒng)各種幀及時隙的格式由若干個TDMA幀構(gòu)成復(fù)幀，其結(jié)構(gòu)有兩種：一種是由26幀組成的復(fù)幀這種復(fù)幀長120ms主要用于業(yè)務(wù)信息的傳輸，也稱作業(yè)務(wù)復(fù)幀。

另一種是由51幀組成的復(fù)幀這種復(fù)幀長235.385ms專用于傳輸控制信息，也稱作控制復(fù)幀。由51個業(yè)務(wù)復(fù)幀或26個控制復(fù)幀均可組成一個超幀超幀的周期為1326個TDMA幀超幀長51×26×4.615×10-3≈6.12s。由2048個超幀組成超高幀超高幀的周期為2048×1326=2715648個TDMA幀即12533.76秒，也即3小時28分53秒760毫秒。幀的編號(FN)以超高幀為周期，從0到2715647。GSM系統(tǒng)上行傳輸所用的幀號和下行傳輸所用的幀號相同但上行幀相對于下行幀來說，在時間上推后3個時隙，見圖7-11。這樣安排，允許移動臺在這3個時隙的時間內(nèi)進行幀調(diào)整以及對收發(fā)信機進行調(diào)諧和轉(zhuǎn)換。圖7-11上行幀號和下行幀號所對應(yīng)的時間關(guān)系2.邏輯信道分類

(1)業(yè)務(wù)信道（TCH）主要傳輸數(shù)字話音或數(shù)據(jù)其次是少量的隨路控制信令。 ①話音業(yè)務(wù)信道全速率話音業(yè)務(wù)信道(TCH/FS)半速率話音業(yè)務(wù)信道(TCH/HS) ②數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道。圖7-12GSM系統(tǒng)的信道分類(2)控制信道?？刂菩诺?CCH)用于傳送信令和同步信號主要分為三種：廣播信道(BCH)公共控制信道(CCCH)專用控制信道(DCCH)。①廣播信道(BCH)一種“一點對多點”的單方向控制信道用于基站向移動臺廣播公用的信息傳輸?shù)膬?nèi)容主要是移動臺入網(wǎng)和呼叫建立所需要的有關(guān)信息。廣播信道又分為：廣播信道又分為：頻率校正信道(FCCH)：傳輸供移動臺校正其工作頻率的信息；同步信道(SCH)：

傳輸供移動臺進行同步和對基站進行識別的信息，因為基站識別碼是在同步信道上傳輸?shù)?；廣播控制信道(BCCH)：傳輸系統(tǒng)公用控制信息，例如公共控制信道(CCCH)號碼以及是否與獨立專用控制信道(SDCCH)相組合等信息。②公用控制信道(CCCH)CCCH是一種雙向控制信道用于呼叫接續(xù)階段傳輸鏈路連接所需要的控制信令。公用控制信道又分為：尋呼信道(PCH)：傳輸基站尋呼移動臺的信息；隨機接入信道(RACH)：用于移動臺隨機提出入網(wǎng)申請，即請求分配一個獨立專用控制信道(SDCCH)；準許接入信道(AGCH)：這是一個下行信道，用于基站對移動臺的入網(wǎng)申請作出應(yīng)答，即分配一個獨立專用控制信道。③專用控制信道(DCCH)：這是一種“點對點”的雙向控制信道其用途是在呼叫接續(xù)階段以及在通信進行當(dāng)中，在移動臺和基站之間傳輸必需的控制信息。專用控制信道又分為：獨立專用控制信道(SDCCH)：用于在分配TCH前的呼叫建立過程中傳送系統(tǒng)信令如：登記和鑒權(quán)慢速輔助控制信道(SACCH)：在移動臺和基站之間，需要周期性地傳輸一些信息。如：傳送移動臺接收到的關(guān)于服務(wù)及鄰近小區(qū)的信號強度測試報告、MS的功率管理和時間的調(diào)整等快速輔助控制信道(FACCH)：傳送與SDCCH相同的信息，只有在沒有分配SDCCH的情況下，才使用這種控制信道。3.時隙的格式TDMA信道上一個時隙中的信息格式稱為突發(fā)脈沖序列。每個突發(fā)脈沖序列共156.25bit，占時0.577ms類型：普通突發(fā)脈沖序列NB頻率校正突發(fā)脈沖序列FB同步突發(fā)脈沖序列SB接入突發(fā)脈沖序列AB空閑突發(fā)脈沖序列DB

(1)常規(guī)突發(fā)(NB,NormalBurst)脈沖序列用于攜帶業(yè)務(wù)信道及除RACH、SCH和FCCH以外的控制信道上的信息用于業(yè)務(wù)信道及專用控制信道尾比特TB總是000，幫助均衡器知道起始位和停止位保護間隔GP為8.25bit是一個空白間隔，不發(fā)送任何信息8.25bit相當(dāng)于大約30μs的時間為了保證各用戶間各自使用的時隙不至造成重疊，故而采用8.25bit的保護間隔圖7-13突發(fā)脈沖序列的格式(2)頻率校正突發(fā)(FB,FrequencyCorrectionBurst)脈沖序列用于校正移動臺的載波頻率固定比特142bit：使調(diào)制器發(fā)送一個頻偏為67.5KHz的全“0”比特(3)同步突發(fā)(SB，SynchronisationBurst)脈沖序列使移動臺獲得與系統(tǒng)的時間同步結(jié)構(gòu)：包括64比特擴展尋列序列（同步信號）和兩個39比特的用于傳輸TDMA幀號和基站識別碼（BASIC）的加密比特。TDMA幀號：以2715648個TDMA幀為周期循環(huán)；是加密算法的一個參數(shù)；移動臺判斷控制信道TS0上傳送的邏輯信道類型BSIC：移動臺進行信號強度測量時，進行基站識別(4)接入突發(fā)(AB,AccessBurst)脈沖序列用于上行傳輸方向移動臺的首次接入（入網(wǎng)申請）或切換到一個新的基站后不知道時間提前量，為不與正常到達的下一個時隙中的突發(fā)脈沖序列重疊，此突發(fā)脈沖序列必須要短一些，保護間隔長一些圖7-14接入突發(fā)脈沖序列的格式4.信道的組合(1)業(yè)務(wù)信道的組合方式業(yè)務(wù)信道的復(fù)幀含26個TDMA幀，其組成的格式和物理信道(一個時隙)的映射關(guān)系如圖7-15所示。圖中給出了時隙2(即TS2)構(gòu)成一個業(yè)務(wù)信道的復(fù)幀，共占26個TDMA幀其中24幀T(即TCH),用于傳輸業(yè)務(wù)信息；1幀A，代表隨路的慢速輔助控制信道(SACCH),傳輸慢速輔助信道的信息(例如功率調(diào)整的信令)；還有1幀I為空閑幀。圖7-15業(yè)務(wù)信道的組合方式(2)控制信道的組合方式?？刂菩诺赖膹?fù)幀含51幀，其組合方式類型較多，而且上行傳輸和下行傳輸?shù)慕M合方式也不相同。①BCH和CCCH在TS0上的復(fù)用廣播信道(BCH)和公用控制信道(CCCH)在主載頻(C0)的TS0上的復(fù)用(下行鏈路)。其中：F(FCCH):用于移動臺校正頻率；S(SCH):移動臺據(jù)此讀TDMA幀號和基站識別碼BSIC；B(BCCH)：移動臺據(jù)此讀有關(guān)小區(qū)的通用信息；I(IDEL):空閑幀。圖7-16BCH和CCCH在TS0上的復(fù)用圖7-17TS0上RACH的復(fù)用②SDCCH和SACCH在TS1上的復(fù)用主載頻C0上的TS1

可用于獨立專用控制信道和慢速輔助控制信道。下行鏈路C0上的TS1的映射如圖7-18所示。下行鏈路占用102個TS1，從時間長度上講是102個TDMA幀。③公用控制信道和專用控制信道均在TS0上的復(fù)用在小容量地區(qū)或建站初期，小區(qū)可能僅有一套收發(fā)單元，這意味著只有8個TS(物理信道)。TS1～TS7均用于業(yè)務(wù)信道TS0既用于公用控制信道(包括BCH、CCCH)，又用于專用控制信道(SDCCH、SACCH)

7.2.3話音和信道編碼（自學(xué)）數(shù)字化話音信號在無線傳輸時主要面臨三個問題：一是選擇低速率的編碼方式，以適應(yīng)有限帶寬的要求；二是選擇有效的方法減少誤碼率，即信道編碼問題；三是選用有效的調(diào)制方法，減小雜波輻射，降低干擾。下面著重討論GSM系統(tǒng)中話音編碼和信道編碼的主要特點。圖7-20GSM系統(tǒng)的話音和信道編碼組成框圖圖7-20示出了GSM系統(tǒng)的話音編碼和信道編碼的組成框圖。其中，話音編碼主要由規(guī)則脈沖激勵長期預(yù)測編碼(RPE-LTP編譯碼器)組成，而信道編碼歸入無線子系統(tǒng)，主要包括糾錯編碼和交織技術(shù)。

RPE-LTP編碼器是將波形編碼和聲碼器兩種技術(shù)綜合運用的編碼器，從而以較低速率獲得較高的話音質(zhì)量。圖7-21GSM編碼流程圖7-22GSM的交織方式7.2.4跳頻和間斷傳輸技術(shù)1.跳頻在GSM系統(tǒng)中，采用自適應(yīng)均衡抵抗多徑效應(yīng)造成的時散現(xiàn)象，采用卷積編碼糾隨機干擾，采用交織編碼抗突發(fā)干擾，此外，還可采用跳頻技術(shù)進一步提高系統(tǒng)的抗干擾性能。跳頻是指載波頻率在很寬頻率范圍內(nèi)按某種圖案(序列)進行跳變。圖7-23為GSM系統(tǒng)的跳頻示意圖。采用每幀改變頻率的方法，即每隔4.615ms改變載波頻率，亦即跳頻速率為1/4.615ms=217跳/秒。圖7-23GSM系統(tǒng)的跳頻示意圖跳頻系統(tǒng)的抗干擾原理與直接序列擴頻系統(tǒng)是不同的。直擴是靠頻譜的擴展和解擴處理來提高抗干擾能力的跳頻是靠躲避干擾來獲得抗干擾能力的?？垢蓴_性能用處理增益GP表征，GP的表達式為

(7-3)式中：BW——跳頻系統(tǒng)的跳變頻率范圍；

BC——跳頻系統(tǒng)的最小跳變的頻率間隔

(GSM的BC=200kHz)。2.間斷傳輸為了提高頻譜利用率，GSM系統(tǒng)還采用了話音激活技術(shù)(也被稱為間斷傳輸(DTx)技術(shù))。該基本原則是只在有話音時才打開發(fā)射機，這樣可以減小干擾，提高系統(tǒng)容量。采用DTx技術(shù)，對移動臺來說更有意義，因為在無信息傳輸時立即關(guān)閉發(fā)射機，可以減少電源消耗。7.3GSM系統(tǒng)的控制與管理7.3.1位置登記所謂位置登記(或稱注冊)，是通信網(wǎng)為了跟蹤移動臺的位置變化，而對其位置信息進行登記、刪除和更新的過程。位置信息存儲在原籍位置寄存器(HLR)和訪問位置寄存器(VLR)中。GSM蜂窩通信系統(tǒng)把整個網(wǎng)絡(luò)的覆蓋區(qū)域劃分為許多位置區(qū)，并以不同的位置區(qū)標志進行區(qū)別如圖7-24中的LA1,LA2,LA3,…。圖7-24位置區(qū)劃分的示意位置登記等更新步驟：當(dāng)一個移動用戶首次入網(wǎng)時，必須通過移動交換中心(MSC)，在相應(yīng)的位置寄存器(HLR)中登記注冊，把其有關(guān)的參數(shù)(如移動用戶識別碼、移動臺編號及業(yè)務(wù)類型等)全部存放在歸屬位置寄存器(HLR)中。移動臺的不斷運動將導(dǎo)致其位置的不斷變化。這種變動的位置信息由另一種位置寄存器，即訪問位置寄存器(VLR)進行登記。位置區(qū)的標志在廣播控制信道(BCCH)中播送，移動臺開機后，就可以搜索此BCCH，從中提取所在位置區(qū)的標志。移動臺可能在不同情況下申請位置更新。

比如，在任一個地區(qū)中進行初始位置登記在同一個VLR服務(wù)區(qū)中進行過區(qū)（即越區(qū)）位置登記或者在不同的VLR服務(wù)區(qū)中進行過區(qū)位置登記等。不同情況下進行位置登記的具體過程會有所不同，但基本方法都是一樣的。圖7-25給出的是涉及兩個VLR的位置更新過程，其它情況可依此類推。MS分離/附著圖7-25位置登記過程舉例

7.3.2鑒權(quán)與加密由于空中接口極易受到侵犯，GSM系統(tǒng)為了保證通信安全，采取了特別的鑒權(quán)與加密措施。鑒權(quán)是為了確認移動臺的合法性加密是為了防止第三者竊聽。鑒權(quán)中心(AUC)為鑒權(quán)與加密提供了三參數(shù)組(RAND、SRES和Kc)

在用戶入網(wǎng)簽約時，用戶鑒權(quán)密鑰Ki連同IMSI一起分配給用戶每一個用戶均有惟一的Ki和IMSI，存儲在AUC數(shù)據(jù)庫和SIM(用戶識別)卡中。根據(jù)HLR的請求，AUC按下列步驟產(chǎn)生一個三參數(shù)組，參見圖7-26。圖7-26AUC產(chǎn)生三參數(shù)組首先，產(chǎn)生一個隨機數(shù)(RAND)；通過加密算法(A8)和鑒權(quán)算法(A3),用RAND和Ki分別計算出加密密鑰(Kc)和符號響應(yīng)(SRES)；RAND、SRES和Kc作為一個三參數(shù)組一起送給HLR。1.鑒權(quán)

無論是移動臺主呼或被呼，都有鑒權(quán)過程，鑒權(quán)程序如圖7-27所示。圖7-27鑒權(quán)程序鑒權(quán)過程主要涉及到AUC、HLR、MSC/VLR和MS，它們均各自存儲著與用戶有關(guān)的信息或參數(shù)。當(dāng)MS發(fā)出入網(wǎng)請求時，MSC/VLR就向MS發(fā)送RANDMS使用該RAND以及與AUC內(nèi)相同的鑒權(quán)密鑰Ki和鑒權(quán)算法A3,計算出符號響應(yīng)SRES，然后把SRES回送給MSC/VLR,驗證其合法性。

2.加密

GSM系統(tǒng)為確保用戶信息(話音或非話音業(yè)務(wù))以及與用戶有關(guān)的信令信息的私密性，在BTS與MS之間交換信息時專門采用了一個加密程序，如圖7-28所示。圖7-28加密程序3.設(shè)備識別每一個移動臺設(shè)備均有一個惟一的移動臺設(shè)備識別碼(IMEI)。在EIR中存儲了所有移動臺的設(shè)備識別碼，每一個移動臺只存儲本身的IMEI。設(shè)備識別的目的是確保系統(tǒng)中使用的設(shè)備不是盜用的或非法的設(shè)備。為此，EIR中使用三種設(shè)備清單：白名單：合法的移動設(shè)備識別號；黑名單：禁止使用的移動設(shè)備識別號；灰名單：是否允許使用由運營者決定，例如有故障的或未經(jīng)型號認證的移動設(shè)備識別號。圖7-29設(shè)備識別程序4.用戶識別碼(IMSI)保密為了防止非法監(jiān)聽進而盜用IMSI，當(dāng)在無線鏈路上需要傳送IMSI時，均用臨時移動用戶識別碼(TMSI)代替IMSI僅在位置更新失敗或MS得不到TMSI時才使用IMSI。MS每次向系統(tǒng)請求一種程序，如位置更新、呼叫嘗試等，MSC/VLR將給MS分配一個新的TMSI。圖7-30示出了位置更新時使用的新的TMSI程序。圖7-30位置更新時的新的TMSI程序7.3.3呼叫接續(xù)1.移動用戶主呼移動用戶向固定用戶發(fā)起呼叫的接續(xù)過程如圖7-31所示。移動臺(MS)在隨機接入信道(RACH)上，向基站(BS)發(fā)出“信道請求”信息，若BS接收成功，就給這個MS分配一個專用控制信道，即在準許接入信道(AGCH)上向MS發(fā)出“立即分配”指令。

MS在發(fā)起呼叫的同時，設(shè)置一定時器，在規(guī)定的時間內(nèi)可重復(fù)呼叫，如果按預(yù)定的次數(shù)重復(fù)呼叫后，仍收不到BS的應(yīng)答，則放棄這次呼叫。分配控制信道，建立信令鏈路圖7-31移動用戶主呼時的接續(xù)過程MS收到“立即分配”指令后，利用分配的專用控制信道(DCCH)與BS建立起信令鏈路，經(jīng)BS向MSC發(fā)送“業(yè)務(wù)請求”信息。MSC向VLR發(fā)送“開始接入請求”應(yīng)答信令。VLR收到后，經(jīng)MSC和BS向MS發(fā)出“鑒權(quán)請求”，其中包含一隨機數(shù)(RAND)，MS按鑒權(quán)算法A3進行處理后，向MSC發(fā)回“鑒權(quán)”響應(yīng)信息。分配控制信道，建立信令鏈路鑒權(quán)、加密、分配TMSI分配業(yè)務(wù)信道MSC與固定用戶連接；給MS送回鈴音；MS確認與MSC連接，轉(zhuǎn)入通信狀態(tài)2.移動用戶被呼固定用戶向移動用戶發(fā)起呼叫的接續(xù)過程如圖7-32所示。固定用戶向移動用戶撥出呼叫號碼后，固定網(wǎng)絡(luò)把呼叫接續(xù)到就近的移動交換中心，此移動交換中心在網(wǎng)絡(luò)中起到入口(GateWay)的作用，記作GMSC。GMSC即向相應(yīng)的HLR查詢路由信息，HLR在其保存的用戶位置數(shù)據(jù)庫中查出被呼MS所在的地區(qū)，并向該區(qū)的VLR查詢該MS的漫游號碼(MSRN)。向就近的GMSC查詢被呼MS漫游號圖7–32移動用戶被呼時的連接過程VLR把該MS的(MSRN)送到HLR，并轉(zhuǎn)發(fā)給查詢路由信息的GMSC。GMSC即把呼叫接續(xù)到被呼MS所在地區(qū)的移動交換中心，記作VMSC。由VMSC向該VLR查詢有關(guān)的“呼叫參數(shù)”，獲得成功后，再向相關(guān)的基站(BS)發(fā)出“尋呼請求”?；究刂破?BSC)根據(jù)MS所在的小區(qū)，確定所用的收發(fā)臺(BTS)，在尋呼信道(PCH)上發(fā)送此“尋呼請求”信息。向就近的GMSC查詢被呼MS漫游號被叫用戶所在地MSCMS獲得專用控制信道MS收到尋呼請求信息后，在隨機接入信道(RACH)向BS發(fā)送“信道請求”，由BS分配專用控制信道(DCCH)，即在公用控制信道(CCCH)上給MS發(fā)送“立即指配”指令。MS利用分配到的DCCH與BS建立起信令鏈路，然后向VMSC發(fā)回“尋呼”響應(yīng)。VMSC接到MS的“尋呼”響應(yīng)后，向VLR發(fā)送“開始接入請求”，接著啟動常規(guī)的“鑒權(quán)”和“置密模式”過程。VMSC收到MS的“呼叫證實”信息后，向BS發(fā)出信道“指配請求”，要求BS給MS分配無線業(yè)務(wù)信道(TCH)。向就近的GMSC查詢被呼MS漫游號被叫用戶所在地MSCMS獲得專用控制信道,與BS建立信令鏈路鑒權(quán)、加密MS進入通信狀態(tài)分配業(yè)務(wù)信道被叫用戶摘機，建立連接，完成呼叫7.3.4過區(qū)切換所謂過區(qū)切換，是指在通話期間，當(dāng)移動臺從一個小區(qū)進入另一個小區(qū)時，網(wǎng)絡(luò)能進行實時控制，把移動臺從原小區(qū)所用的信道切換到新小區(qū)的某一信道，并保證通話不間斷(用戶無感覺)。如果小區(qū)采用扇區(qū)定向天線，當(dāng)移動臺在小區(qū)內(nèi)從一個扇區(qū)進入另一扇區(qū)時，也要進行類似的切換。GSM系統(tǒng)采用的過區(qū)切換辦法稱之為移動臺輔助切換(MAHO)法。主要指導(dǎo)思想：由移動臺來測量本基站和周圍基站的信號強度把測得結(jié)果送給MSC進行分析和處理再由MSC作出有關(guān)過區(qū)切換的決策。(1)同一個BSC控制區(qū)內(nèi)不同小區(qū)之間的切換，也包括不同扇區(qū)之間的切換。這種切換是最簡單的情況，如圖7-33所示。(2)同一個MSC/VLR業(yè)務(wù)區(qū)內(nèi)，不同BSC控制區(qū)的小區(qū)之間的切換，如圖7-34所示。

(3)不同MSC/VLR控制區(qū)的小區(qū)之間的切換。這是一種最復(fù)雜的切換，切換中需進行很多次信息傳遞。

圖7-33同一個BSC的過區(qū)切換示意圖7-34同一個MSC/VLR區(qū)內(nèi)，不同BSC間的切換示意圖7-35同一MSC的BSC間的切換流程清除MS在原來BSC1內(nèi)占用的信道圖7-36不同MSC/VLR的切換示意圖圖7-37不同MSC/VLR的小區(qū)切換流程由MSC1的小區(qū)向MSC2的小區(qū)進行切換的過程包含MS的標志和新基站BS2的標志若無信道可用，則通知MSC1結(jié)束切換7.4三種TDMA蜂窩系統(tǒng)分析比較

7.4.1D-AMPS的特征美國的TDMA蜂窩移動系統(tǒng)(D-AMPS)采用美國電子工業(yè)協(xié)會(EIA)制定的IS-54標準。該標準規(guī)定的頻道間隔(30kHz)是與AMPS一致的而且移動臺的工作模式是數(shù)/模兼容的，或稱雙模方式。因此，D-AMPS和AMPS可以在同樣的無線環(huán)境中并存，有利于逐步擴大數(shù)字用戶，以實現(xiàn)模擬通信系統(tǒng)向數(shù)字通信系統(tǒng)的平滑過渡。1.工作頻段移動臺發(fā)射頻段：824～849MHz;基站發(fā)射頻段：869～894MHz;頻道間隔：30kHz;雙工頻率間隔：45MHz。2.多址方式采用時分多址/頻分多址/頻分雙工(TDMA/FDMA/FDD)制式。時分多址幀長為40ms,每幀含6個時隙。與GSM通信系統(tǒng)一樣，D-AMPS系統(tǒng)也定義了全速率與半速率兩種物理信道。全速率信道占2個時隙，相當(dāng)于每載波含3個物理信道。半速率信道只占一個時隙，相當(dāng)于每載波含6個物理信道。每個時隙含324bit，即系統(tǒng)的信道傳輸速率為324×6/40=48.6kb/s，幀和時隙的格式如圖7-38所示。其中：圖7-38D-AMPS的幀及時隙格式G:保護時間；R:功率上升時間；SACCH:慢速輔助控制信道；SYNC:同步信道；DATA:業(yè)務(wù)信道(含快速輔助控制信道)；DVCC:數(shù)字識別色碼；RSVD:保留(備用)時間。一個TDMA幀包括6個時隙，每時隙長為6.67ms，包含324bit。因此，數(shù)據(jù)總速率是48.6kb/s。平均每用戶的總速率是16.2kb/s(全速率信道)，

其中：話音編碼：13kb/s；

SACCH:0.6kb/s；

DVCC:0.6kb/s;

保護時間、上升時間及同步：2.0kb/s。3.話音編碼采用“矢量和激勵線性預(yù)測(VSELP)”編碼方式，編碼速率為7.95kb/s。在20ms的話音編碼幀中，共有159個信息比特(7.95kb/s)，分為兩類：1類是對差錯敏感的77bit；1類比特加上CRC校驗位(7bit)和尾比特(5bit)，進行碼率為1/2和約束長度為5的卷積編碼，變成178個傳輸比特；2類是對差錯不敏感的82bit。2類比特不進行差錯保護。兩類比特之和為260bit，相應(yīng)的話音速率為260/20=13kb/s。4.控制信道雙模系統(tǒng)的移動臺因為要與模擬系統(tǒng)相通，系統(tǒng)中保留AMPS原有的控制信道，為了對數(shù)字傳輸進行必要的控制，在業(yè)務(wù)信道中設(shè)置必需的專用控制信道。IS-54標準的雙模系統(tǒng)也設(shè)置了慢速輔助控制信道(SACCH)和快速輔助控制信道(FACCH)。5.調(diào)制方式D-AMPS系統(tǒng)使用的調(diào)制方式為π/4偏置的差分四相相移鍵控(π/4-DQPSK),并采用平方根升余弦的基帶濾波器，滾降系數(shù)為0.35。這種調(diào)制方式在30kHz的頻道間隔中傳輸48.6kb/s的信息，頻帶利用率達到48.6/30=1.626(b/s)/Hz，比GSM系統(tǒng)的頻帶利用率(1.35bps/Hz)高。7.4.2PDC系統(tǒng)的特征

屬于日本的數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)，1990年開始制定標準，1993年完成RCR-STD-27B標準。該標準沒有考慮雙模制式 無線傳輸方面采用與IS-54相似技術(shù)網(wǎng)絡(luò)管理和控制方面，采用了和GSM相似的技術(shù)1.工作頻段移動臺發(fā)射頻率：940～956MHz/1429～1453MHz;

基站發(fā)射頻率：810～826MHz/1477～1501MHz;

收發(fā)雙工頻率間隔：130MHz/48MHz;

頻道間隔：25kHz。2.多址方式采用TDMA/FDMA制式每載頻分3個時隙(全速率)或6個時隙(半速率)信道傳輸速率42kb/s（信道利用率=42kbps/25kHz=1.68bps/Hz）。3.信道分類業(yè)務(wù)信道(TCH)控制信道(CCH)。圖7-39JDC系統(tǒng)的信道分類4.時隙格式TDMA幀長為20ms

在全速率情況下，分為3個時隙，時隙長為20/3=6.67ms。時隙結(jié)構(gòu)與邏輯信道類型及傳輸方向有關(guān)。圖7-40示出了兩種典型的時隙格式上部為業(yè)務(wù)時隙、上行傳輸(或稱反向傳輸)下部為控制時隙、下行傳輸(或稱正向傳輸)。圖7-40PDC的時隙格式移動臺發(fā)往基站時保護時間占6bit；功率上升時間為4bit;幀同步20bit，位于時隙中部;8bit的數(shù)字色碼用來識別基站；1bit的挪用標志用來區(qū)分業(yè)務(wù)信道中是否包含F(xiàn)ACCH；15bit為實時控制信令。每用戶總數(shù)據(jù)速率280/0.02=14kb/s，其中業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)率是224/0.02=11.2kb/s，其余2.8kb/s用于各種開銷。5.話音編碼和調(diào)制方式采用矢量和激勵線性預(yù)測（VSELP）話音編碼技術(shù)，話音編碼比特率為6.7kb/s，加差錯保護比特率為4.5kb/s，總的話音傳輸速率為11.2kb/s。調(diào)制方式為π/4-DQPSK,采用平方根升余弦基帶濾波器，滾降系數(shù)為0.5。GSM、D-AMPS和PDC三種TDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)由于在開發(fā)背景、時間及要求等方面不盡相同，因而在技術(shù)性能和服務(wù)功能上也各有差異。表7-4三種TDMA蜂窩通信系統(tǒng)的主要參數(shù)7.4.3FDMA和TDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量對于蜂窩系統(tǒng)的通信容量，可以下面幾種方式進行度量。每小區(qū)可用信道數(shù)(用戶數(shù)/cell)：每小區(qū)允許同時工作的用戶數(shù)。每小區(qū)的愛爾蘭數(shù)（Erl/cell）每平方公里的用戶數(shù)（用戶數(shù)/km2）每平方公里的愛爾蘭數(shù)（Erl/km2）每平方公里每小時的通話次數(shù)（通話次數(shù)/h.km2）1.FDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量共道干擾蜂窩通信系統(tǒng)由若干個小區(qū)構(gòu)成一個區(qū)群區(qū)群之間實現(xiàn)頻率再用使用相同頻率的小區(qū)稱為共道小區(qū)共道小區(qū)之間存在的相互干擾稱為共道干擾。若蜂窩網(wǎng)的每個區(qū)群含7個小區(qū)，各基站采用全向天線，共道小區(qū)的分布如圖7-41所示。共道小區(qū)以某一小區(qū)(圖中為1號小區(qū))為中心可分成許多層：第Ⅰ層6個；第Ⅱ?qū)?個；第Ⅲ層6個……來自第Ⅰ層共道小區(qū)的干擾最強，起主導(dǎo)作用，故在進行分析時，可以只考慮這6個共道小區(qū)所產(chǎn)生的干擾。圖7-41共道小區(qū)分布令小區(qū)半徑為r，兩個相鄰共道小區(qū)之間的距離為。為把共道干擾控制在允許的數(shù)量而需要的值稱為共道干擾抑制因子(或稱共道再用因子)，即共道再用因子α為(7-4)圖7-42FDMA蜂窩系統(tǒng)的共道干擾分布

(a)上行鏈路；(b)下行鏈路根據(jù)圖7-42可得載干比的表示式為(7-5)式中，C是信號功率；n0是背景噪聲功率(這里可忽略不計)；Ii是來自第i個共道小區(qū)的干擾功率。假如傳播損耗與傳播距離的4次方成比例，接收機收到的信號功率與第i

個共道小區(qū)的干擾功率可分別寫成：式中，A為比例常數(shù)。因此(7-6)式中，取信號的傳播距離等于小區(qū)半徑r(移動臺處于小區(qū)邊緣)，是考慮到載干比在最不利的情況下也要達到預(yù)定的門限值。此外，共道干擾的傳播距離Di在i的取值不同時不會完全相等，但其差異并不太大，因而為了分析方便，可以令Di=D，

于是有(7-7)假如規(guī)定的載干比門限值為(C/I)S,則(7-8)蜂窩系統(tǒng)的總頻道數(shù)M=W/B(W為頻段寬度，B為頻道間隔)和區(qū)群小區(qū)數(shù)N確定后，每一小區(qū)的可用頻道數(shù)n可以求出為(7-9)由式(7-4)可知可得(7-10)共道再用因子α2.TDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量TDMA蜂窩系統(tǒng)的通信容量也可以用式(7-10)進行計算，但是式中的信道寬度在TDMA中即為頻道寬度（一個子載波所構(gòu)成的子信道）。

在TDMA中，一個頻道包含若干信道（時隙構(gòu)成），為此采用等效信道寬度的概念。TDMA系統(tǒng)劃分信道的辦法首先把頻段W劃分成若干頻道然后在每一頻道上再劃分成若干時隙。用戶使用的信道是在某一頻道上的某一時隙。

若TDMA系統(tǒng)的頻道寬度為B0

，而每一頻道包含m個時隙，則等效信道寬度為B0/m,相應(yīng)的信道總數(shù)為M=mW/B0

。3.三種TDMA蜂窩系統(tǒng)的容量比較不同的數(shù)字蜂窩系統(tǒng)占用不同的頻段，而各自使用的話音編碼、信道編碼、調(diào)制方式、控制方式等都有所不同。要客觀地比較不同數(shù)字蜂窩系統(tǒng)在通信容量上的差異是比較復(fù)雜和困難的。如果比較的前提條件不合理，那么得到的比較結(jié)果是不公正的，甚至是不說明問題的。要對任何蜂窩通信系統(tǒng)容量進行評估，可靠的辦法是對通信和話音質(zhì)量進行標準的主觀測試，從而準確地確定這種通信系統(tǒng)所需要的載干比(C/I)S，根據(jù)(C/I)S不難求出區(qū)群的小區(qū)數(shù)N。三種TDMA蜂窩系統(tǒng)的(C/I)S及N如表7-5所示。表7–5三種TDMA蜂窩系統(tǒng)的(C/I)S及N為了統(tǒng)一比較各系統(tǒng)的容量，設(shè)總頻段W=25MHz

小區(qū)半徑r=1km每小區(qū)分三個扇區(qū)呼損率B=2%令模擬系統(tǒng)的容量為1(歸一化)。計算結(jié)果如表7-6所示。表7-6三種TDMA蜂窩系統(tǒng)與模擬蜂窩系統(tǒng)的容量比較上述的計算分析舉例：

(1)AMPS:信道總數(shù)M=總頻段寬度W

頻道寬度Δf

每小區(qū)的信道數(shù)=分三個扇區(qū)，每扇區(qū)的信道數(shù)n=119/3≈40;由n=40,B=2%,查表可得A0=31Erl/扇區(qū)；每小區(qū)的話務(wù)量A=3A0=93Erl/cell;小區(qū)半徑r=1km，按正六邊形計算，小區(qū)面積S=2.6km2，每平方公里的話務(wù)量為(Erl/km2)(2)GSM:信道總數(shù)

N=4時，每小區(qū)信道數(shù)(ch/cell);n=83,B=2%，查表得A0=71.6Erl/扇區(qū)，

A=3A0=215(Erl/Cell);每平方公里的話務(wù)量=(Erl/km2);歸一化容量=(倍)。7.5GPRS——通用分組無線業(yè)務(wù)

7.5.1GPRS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)改造為能提供GPRS業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)需要增加兩個主要單元：SGSN(GPRS服務(wù)支持節(jié)點)對移動終端進行定位和跟蹤發(fā)送和接收移動終端的分組GGSN(GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點)將SGSN發(fā)送和接收的GSM分組按照其他分組協(xié)議(如IP)發(fā)送到其他網(wǎng)絡(luò)。圖7-43GPRS網(wǎng)絡(luò)的邏輯結(jié)構(gòu)SGSN：負責(zé)分組的路由選擇和傳輸在其服務(wù)區(qū)負責(zé)將分組遞送給移動臺SGSN還有很多功能，例如處理移動管理和進行鑒權(quán)操作，并且具有注冊功能。GGSN：像互聯(lián)網(wǎng)和X.25一樣，用于和外部網(wǎng)絡(luò)的連接。從外部網(wǎng)絡(luò)的角度看，GGSN是到子網(wǎng)的路由器。圖7-44一個簡單的GPRS網(wǎng)絡(luò)之間的路由過程Example2example3

7.5.2GPRS的協(xié)議GPRS的協(xié)議體系GPRS隧道協(xié)議(GTP，GPRSTunnelingProtocol)用來在GPRS支持節(jié)點（GSN）之間傳送數(shù)據(jù)和信令。它在GPRS的骨干網(wǎng)中通過隧道的方式來傳輸PDU。所謂隧道，是在GSN之間建立的一條路由，使得所有由源GSN和目的GSN服務(wù)的分組都通過該路由進行傳輸。GTP的下層是基于TCP/IP協(xié)議簇的標準IP骨干網(wǎng)。在SGSN和MS之間，依賴子網(wǎng)的匯聚協(xié)議（SNDCP，

SubnetworkDependentConvergenceProtocol）將網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議映射到下面的邏輯鏈路控制(LLC)層,提供網(wǎng)絡(luò)層業(yè)務(wù)的復(fù)接、加密、分段、壓縮等功能。圖7-45GPRS的協(xié)議體系網(wǎng)絡(luò)層傳輸層邏輯鏈路控制(LLC，LogicalLinkControl)層在移動臺和SGSN之間向上層提供可靠、保密的邏輯鏈路，獨立于下層而存在。LLC負責(zé)在高層子網(wǎng)依賴匯聚層SNDCP的SNDCP數(shù)據(jù)單元上形成LLC地址、幀字段，生成完整的LLC幀，需要使用MAC/RLC層的功能RLC／MAC層MAC/RLC層為GPRS空中接口數(shù)據(jù)鏈路層的低層，需用物理鏈路層提供的功能RLC負責(zé)LLC與MAC功能的接口、LLC-PDU的分割與重組、后向糾錯BECMAC層基于時隙ALOHA協(xié)議，控制移動臺的接入，進行沖突分解，仲裁來自不同移動臺的業(yè)務(wù)請求和進行信道資源的分配。物理層(包含PLL和RFL子層)物理射頻子層（RFL）完成調(diào)制解調(diào)、物理信道結(jié)構(gòu)和傳輸速率的確定、收發(fā)信機的工作頻率和特性確定等。物理鏈路子層（PLL）負責(zé)前向糾錯、交織、幀的定界和檢測物理層的擁塞等；實現(xiàn)信息通過物理信道在BTS和MS之間傳遞

2.GPRS空中接口分組數(shù)據(jù)邏輯信道GPRS邏輯信道映射到物理信道后為分組數(shù)據(jù)信道PDCHGPRS系統(tǒng)傳遞如鑒權(quán)、同步等信令，可使用GSM系統(tǒng)的邏輯信道對分組數(shù)據(jù)及相關(guān)信令的傳遞，GPRS依據(jù)GSM邏輯信道劃分方法定義分組信道表7-7GPRS空中接口的邏輯信道分組業(yè)務(wù)信道PTCH包括全速率PDTCH-F和半速率PDTCH-H分組業(yè)務(wù)信道用于傳輸分組數(shù)據(jù)當(dāng)提供點到多點業(yè)務(wù)時可分配給小區(qū)內(nèi)一個MS或一組MS系統(tǒng)支持一個用戶使用多個PDTCH分組控制信道PCCH包括PBCCH、PCCCH、PDCCH

分組廣播控制信道PBCCH用于下行鏈路廣播分組數(shù)據(jù)傳輸是可選的，用BCCH來指示存在與否，如果不存在，用BCCH為分組數(shù)據(jù)傳輸發(fā)送廣播信息公共控制信道PCCCH分組尋呼信道PPCH：僅用于下行鏈路被叫用戶尋呼，可指示分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，也用于電路交換業(yè)務(wù)分組隨機接入信道PRACH：僅用于上行鏈路，用來請求分配一條或多條PDTCH，與RACH信道以相同方式工作

分組允許接入信道PAGCH：僅用于下行鏈路，用于在用戶分組數(shù)據(jù)傳輸前給MS分配PDTCH。如已有分組在傳輸，需改變下行鏈路的資源分配，也可以通過PAGCH完成分組通知信道PNCH：僅用于下行鏈路，用于在點到多點分組業(yè)務(wù)呼叫PTM-M初始化前通知相關(guān)的一組MS專用控制信道PDCCH分組隨路接入控制信道PACCH：為單向信道，PACCH/U用于上行鏈路，PACCH/D用于下行鏈路。PACCH用于在MS和基站間交換專用信令信息。包括功率控制和定時提前信息、資源分配和再分配消息等。上行鏈路分組定時提前控制信道PTCCH/U：用于發(fā)送隨機接入突發(fā)序列，使MS可估計定時提前量下行鏈路分組定時提前控制信道PTCCH/D：用于向多個MS發(fā)送定時提前量更新。一個PTCCH/D