GSM數(shù)字移動通信發(fā)展史

1.1GSM系統(tǒng)歷史背景

GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)是由歐洲主要電信運營者和制造廠家組成的標(biāo)準(zhǔn)化

委員會設(shè)計出來的，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)六十年代就由美國貝爾實驗室等單位提了出

來，但其復(fù)雜的控制系統(tǒng)，尤其是實現(xiàn)移動臺的控制直到七十年代隨著半導(dǎo)體技術(shù)

的成熟，大規(guī)模集成電路鬻件和微處理篙技術(shù)的發(fā)展以及表面貼裝工藝的廣泛應(yīng)用，

才為蜂窩移動通信的實現(xiàn)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。直到1979年美國在芝加哥開通了第一個

AMPS（先進的移動電話業(yè)務(wù)）模擬蜂窩系統(tǒng)，而北歡也于1981年9月在瑞典開通了

NMT（Nordic移動電話）系統(tǒng)，接著歐洲先后在英國開通TACS系統(tǒng)，德國開通C-450

系統(tǒng)等。見表17。

表171991年歐洲主要蜂窩系統(tǒng)

國家系統(tǒng)頻帶建立日期用戶數(shù)

（千）

英國TAGS90019851200

瑞典、挪威NMT45019811300

芬蘭、丹麥9001986

法國Radiocom2000450,9001985300

NMT450198990

意大利RTMS450198560

TACS9001990560

德國C-4504501985600

瑞士NMT9001987180

荷蘭NMT4501985130

9001989

奧地利NMT450198460

TACS900199060

西班牙NMT450198260

TACS900199060

蜂窩移動通信的出現(xiàn)可以說是移動通信的一次革命。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)的智能化實現(xiàn)了越區(qū)轉(zhuǎn)接和漫游功能，擴大了客戶

的服務(wù)范圍，但上述模擬系統(tǒng)有四大缺點：

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”。

尤其是在歐洲系統(tǒng)間沒有公共接口相互之間不能漫游，對客戶之間造成很大的

不便。

GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)史源于歐洲。早在1982年，歐洲已有幾大模擬蜂窩移

動系統(tǒng)在運營，例如北歐多國的NMT（北歐移動電話）和英國的TACS（全接入通信系

統(tǒng)），西歐其它各國也提供移動業(yè)務(wù)。當(dāng)時這些系統(tǒng)是國內(nèi)系統(tǒng)，不可能在國外使

用。為了方便全歐洲統(tǒng)一使用移動電話，需要一種公共的系統(tǒng)，1982年北歐國家向

CEPT（歐洲郵電行政大）提交了一份建議書，要求制定900MHz頻段的公共歐洲電信

業(yè)務(wù)規(guī)范。在這次大會，就成立了一個在歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會（ETSI）技術(shù)委員會下

的“移動特別小組\GroupSpecialMobiIe）簡稱“GSM",來制定有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和建議

書。

1986年在巴黎，該小組對歐洲各國及各公司經(jīng)大量研究和實驗后所提出的8個

建議系統(tǒng)進行了現(xiàn)場實臉。

1987年5月GSM成員國就數(shù)字系統(tǒng)采用窄帶時分多址TDMA、規(guī)則脈沖激勵線性預(yù)

測RPE-LTP話音編碼和高斯濾波最小移頗鍵控GMSK調(diào)制方式達成一致意見。同年，

歐洲17個國家的運營者和管理者簽署了諒解備忘錄（MoU）,相互達成履行規(guī)范的協(xié)

議。與此同時還成立了MoU組織，致力于GSM標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展。

1990年完成了GSM900的規(guī)范，共產(chǎn)生大約130項的全面建議書，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系統(tǒng)，同時Moll組織為該系統(tǒng)設(shè)計和注冊了市場商

標(biāo)，將GSM更名為“全球移動通信系統(tǒng)"（GlobalsystemforMcbiIe

communications）。從此移動通信跨入了第二代數(shù)字移動通信系統(tǒng)。同年，移動特

別小組還完成了制定1800MHz頻段的公共歐洲電,信業(yè)務(wù)的規(guī)范，名為DCS1800系統(tǒng)。

該系統(tǒng)與GSM900具有同樣的基本功能特性，因而該規(guī)范只占GSM建議的很小一部

分，僅將GSM900和DCSI200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GSM系統(tǒng)。

1992年大多數(shù)歐洲GSM運營者開始商用業(yè)務(wù)。到1994年5月已有50個GSM網(wǎng)在世界

上運營，10月總客戶數(shù)已超過400萬，國際漫游客戶每月呼叫次數(shù)超過500萬，客戶

平均增長超過50%。

1993年歐洲第一個DCSI800系統(tǒng)投入運營。到1994年已有6個運營者采用了該系

統(tǒng)。

1.2GSM系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范

GSM系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范中只對功能和接口制定了詳細(xì)規(guī)范，未對硬件做出規(guī)定。這樣

做目的是冬可能減少對設(shè)計者限制，又使各運營者有可能購買不同廠家的設(shè)備。

GSM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

04MS-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

07MS的終端適配器

08BS-MSC接口

09網(wǎng)路互通

10業(yè)務(wù)互通

11設(shè)備和型號認(rèn)可規(guī)范

12操作和維護

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)的第一個版本，以支撐當(dāng)時的投標(biāo)活動。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，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1994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

布還會有第三階段的標(biāo)準(zhǔn)。實際上由于第三代移動通信系統(tǒng)的提出，已中止第三階

段標(biāo)準(zhǔn)。

為了保證GSM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)時必須考慮兼容性

的要求。

GSM通信系統(tǒng)

2.1系統(tǒng)的組成

蜂窩移動通信系統(tǒng)主要是由交換網(wǎng)路子系統(tǒng)（NSS）、無線基站子系統(tǒng)

（BSS）和移動臺（MS）三一大部分如成，如困2—1所示。其中NSS與BSS之間的

接口為接口，BSS與MS之間的接口為“Um”接口。在模擬移動通信系統(tǒng)中，TACS規(guī)

范只對Um接口進行了規(guī)定，而未對A接口做任何的限制。因此，各設(shè)備生產(chǎn)廠家對A

接口都采用各自的接口辦議，對Um接口遵循TACS規(guī)范。也就是說，NSS系統(tǒng)和BSS系

統(tǒng)只能采用一個廠家的設(shè)備，而MS可用不同廠家的設(shè)備。

圖2-1蜂窩移動通信系統(tǒng)的組成

由于GSM規(guī)范是由北歐一些運營公司“炒”出的規(guī)范，運營公司當(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GSM規(guī)范對系統(tǒng)的各個接口都有明

確的規(guī)定。也就是說，各接口都是開放式接口。

GSM系統(tǒng)框圖如圖2-2,A接口往右是NSS系統(tǒng)，它包括有移動業(yè)務(wù)交換中心（MSC）、

拜訪位置寄存器（VLR）、歸屬位置寄存器（HLR）、鑒權(quán)中心（AUC）和移動設(shè)備識

別寄存器（EIR）,A接口往左Um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(BTS)。Ucr接口往左是移動臺部分(MS),其中包括移動終端(MS)和

客戶識別卡(SIM)o

圖2—2GSM系統(tǒng)框圖

在GSM網(wǎng)上還配有短信息業(yè)務(wù)中心(SC),即可開放點對點的短信息業(yè)務(wù)，類似

數(shù)字尋呼業(yè)務(wù)，實現(xiàn)全國聯(lián)網(wǎng)，又可開放廣播式公共信息業(yè)務(wù)。另外配有語音信箱，

可開放語音留言業(yè)務(wù)，當(dāng)移動被叫客戶暫不能接通時，可接到語音信箱留言，提高

網(wǎng)路接通率，給運營部門增加收入。

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)與移動性管理、安全性管

理所需的數(shù)據(jù)庫功能。NSS由一系列功能實體所構(gòu)成，各功能實體介紹如下：

MSC:是GSM系統(tǒng)的核心，是對位于它所覆蓋區(qū)域中的移動臺進行控制和完成話

路交換的功能實體，也是移動通信系統(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)和計費等功能，還可完成BSS、MSC之間的切換和輔助性

的無線資源管理、移動性管理等。另外，為了建立至移動臺的呼叫路由，每個MS、

還應(yīng)能完成入口MSC(GMSC)的功能，即查詢位置信息的功能。

VLR:是一個數(shù)據(jù)庫，是存儲MSC為了處理所管轄區(qū)域中MS(統(tǒng)稱拜訪客戶)的

來話、去話呼叫所需檢索的信息，例如客戶的號碼，所處位置區(qū)域的識別，向客戶

提供的服務(wù)等參數(shù)。

HLR:也是一個數(shù)據(jù)庫，是存儲管理部門用于移動客戶管理的數(shù)據(jù)。每個移動客

戶都應(yīng)在其歸屬位置寄存器(HLR)注冊登記，它主要存儲兩類信息：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，以便建立至移動臺的呼叫路由，例如

MSC、VLR地址等。

AUC:用于產(chǎn)生為確定移動客戶的身份和對呼叫，呆密所需鑒權(quán)、加密的三參數(shù)(隨

機號碼RAND,符合響應(yīng)SRES,密鑰Kc)的功能實體。

EIR:也是一個數(shù)據(jù)庫，存儲有關(guān)移動臺設(shè)備參數(shù)。主要完成對移動設(shè)備的識別、

監(jiān)視、閉鎖等功能，以防止非法移動臺的使用。

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MSC控制，與MS進行通信的系統(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。功能實體可分為基站控制器(BSC)

和基站收發(fā)信臺(BTS)o

BSC:具有對一個或多個BTS進行控制的功能，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，是個很強的業(yè)務(wù)控制點。

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、無淺信道加密、跳頻等功能。

2.4移動臺

移動臺就是移動客戶設(shè)備部分，它由兩部分組成，移動終端（MS）和客戶識別卡

（SIM）o

移動終端就是“機”，它可完成話音編碼、信道編碼、信息如密、信息的調(diào)制和

解調(diào)、信息發(fā)射和接收。

SIM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

非法客戶進入網(wǎng)路。SIM卡還存儲與網(wǎng)路和客戶有關(guān)的管理數(shù)據(jù)，只有插入SIM后移

動終端才能接入進網(wǎng)，但SIM卡本身不是代金卡。

2.5操作維護子系統(tǒng)

GSM系統(tǒng)還有個操作維護子系統(tǒng)（OMC），它主要是對整個GSM網(wǎng)路進行管理和監(jiān)

控。通過它實現(xiàn)對GSM網(wǎng)內(nèi)各種部件功能的監(jiān)視、狀態(tài)報告、故障診斷等功能。OMC

與MSC之間的接口目前還未開放，因為CCITT對電信網(wǎng)路管理的Q3接口標(biāo)準(zhǔn)化工作尚

未完成o

GSM關(guān)鍵技術(shù)

3.1工作頻段的分配

（1）工作頻段

見圖37。我國陸地公用蜂窩數(shù)字移動通信網(wǎng)GSM通信系統(tǒng)采用900MHz頻段：

905?915（移動臺發(fā)、基站收）

950?960（基站發(fā)、移動臺收）

隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展，可視需要向下擴展，或向1.8GHz頻段的DCSI800過渡，即

1800MHz頻段：

1710?1785（移動臺發(fā)、基站收）

1805?1880（基站發(fā)、移動臺收）

圖37我國陸地蜂窩移動體系系統(tǒng)頻段分配圖

（2）頻道間隔

相鄰兩頻道間隔為200kHz,每個頻道采用時分多址接入（TDMA）方式，分為8

個時隙，即8個信道（全速率）。每信道占用帶寬200kHz/8二25kHz,同模擬網(wǎng)TACS

制式每個信道占用的頻率帶寬。從這點看二者具有同樣的頻譜利用率。

將來GSM采用半速率話音編碼后，每個頻道可容納16個半速率信道。

（3）頻道配置

采用等間隔頻道配置方法，頻道序號為76?124,共49個頻點（見圖3-2）。頻

道序號和頻點標(biāo)稱中心頻率的關(guān)系為：

圖3-2900MHz頻段數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)的頻道配置

fI(n)=890.200MHz+(n-1)0.200MHz移動臺發(fā)，基站收

fh(n)=fl(n)+45MHz基站發(fā)，移動臺收

n二76?124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：業(yè)務(wù)信道發(fā)射標(biāo)識為271KF7W;控制信道發(fā)射標(biāo)識為271KF7W。

271KF7

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：電報傳真數(shù)據(jù)、遙測、遙控、電話視頻的組合

(5)干擾保護比

載波干擾保護比(C/I)就是指接收到的希望信號電平與非希望信號電平的比

值，此比值與MS的瞬時，立置有關(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。

GSM規(guī)范中規(guī)定：

同頻道干擾保護比：C/l39dB

鄰頻道干擾保護比：C/I3-9dB

載波偏離400kHz時的干擾保護比：C/I3-41dB

(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。

頻率復(fù)用方式就是指將可用頻道分成若干組，若所有可用的頻道N(如49)分成

F組(如9組)，則每組的頻道數(shù)為N/F(49/9?5.4即有些組的頻道數(shù)為5個，有些

為6個,見圖3-3)o

圖3-3900MHz3/9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C/I值降低。因此，在

工程實際使用中是把同頻干擾保護比C/I值加3dB的冗余來保護，采用12分組方式，

即4個基站，12組頻率(見圖3-2和圖3-4所示).

圖3-4頻率復(fù)用方式

對于有向天線而言，天線可采用120co或60s的定向天線，形成三葉草小區(qū)，即

把基站分成3個扇形小區(qū)。如采用4/12復(fù)用方式，每個小區(qū)最大可用到5個頻道，一

般的也可用到4個頻道。如采用3/9復(fù)用方式，則每個小區(qū)可用到6個或5個頻道。

對于無方向性天線，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3-57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10MHz情況下，目前10MHz中4MHz

為郵電部使用，另6MHz為“中國聯(lián)通公司”使用。從頻道序號來看，76?95為郵電部

使用，95?124為“中國聯(lián)通公司”使用。這樣，郵電部建的GSM數(shù)字移動通信網(wǎng)如采

用4/12頻率復(fù)用方式時，每小區(qū)可用頻道數(shù)最大僅有2個（16個信道），有些只能用

到1個（8個信道）。為此，郵電部下屬大部分郵電管理局將4MHz帶寬向下端擴展2MHz,

即占用模擬B網(wǎng)2MHz,使GSM數(shù)字移動通信網(wǎng)從可用頻道76?95（20個）擴展到66?

95（30個），4/12方式每個小區(qū)一般可用3個頻道（24信道），最小也能用到2個頻道（16

個信道）。

（7）保護帶寬：400kHz

當(dāng)一個地區(qū)數(shù)字移動通信系統(tǒng)與模擬移動通信系統(tǒng)共存時，兩系統(tǒng)之間（頻道中

心頻率之間）應(yīng)有約400kHz的保護帶寬，通常是由模擬B網(wǎng)預(yù)留。郵電部的數(shù)字移動

通信系統(tǒng)與“中國聯(lián)通公司''的數(shù)字移動通信系統(tǒng)之間也應(yīng)有400kHz的保護帶寬，即

它們之間少用一個頻道，或由郵電部一方預(yù)留，或由“中國聯(lián)通公司”一方預(yù)留。

3.2時分多址技術(shù)（TDMA）

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)。實現(xiàn)多

址的方法基本上有三種，即采用頻率、時間或碼元分割的多址方式，人們通常

稱它們?yōu)轭l分多址（FDMA）、時分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）。在傳統(tǒng)的無

線電廣播中，均采用頻分多址（FDMA）方式，每個廣播信道都有一個頻點，如果

你要收聽某一廣播信道，則必須把你的收音機調(diào)諧到這一頻點上。模擬蜂窩移動系

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頻點，即一個信道（實

際上是占用兩個，因為是雙向連接，即雙工通信），則其它呼叫就不能再占用。

在GSM中，無線路徑上是采用時分多址（TDMA）方式。每一頻點（頻道或叫載頻

TRX）上可分成8個時隙，每一時隙為一個信道，因此，一個TRX最多可有8個移動客

戶同時使用，見圖3—6所示。

圖3—6頻分多址和時分多址方式

圖中所示（a為FDMA,b為TDMA）是一個方向的情況，在相反方向上必定有一組

對應(yīng)的頻率（FDMA）/時隙（TDMA）。

TDMA系統(tǒng)具有如下特性：

(1)每載頻多路。如前所述，TDMA系統(tǒng)形成頻率時間矩陣，在每一頻率上產(chǎn)生

多個時隙，這個矩陣中的每一點都是一個信道，在基站控制分配下，可為任意一移

動客戶提供電話或非話業(yè)務(wù)。

絡(luò)⑦囿密幺突發(fā)脈沖序列傳揄。移動臺信號功率的發(fā)射是不連續(xù)的，只是在規(guī)

定的時隙內(nèi)發(fā)射脈沖序列。

NNN①圖就/傳輸速率高，自適應(yīng)均衡。每我頻含有時隙多，則頻率間隔寬，

傳輸速率高，但數(shù)字傳瑜帶來了時間色散，使時延獷展量加大，則務(wù)必采用自適應(yīng)

均衡技術(shù)。

①圖就/傳瑜開銷大。由于TDMA分成時隙傳輸，使得收信機在每一突發(fā)

脈沖序列上都得重新獲將同步。為了把一個時隙和另一個時隙分開，保護時間也是

必須的。因此，TDMA系統(tǒng)通常比FDMA系統(tǒng)需要更多的開銷。

(5)對于新技術(shù)是開放的。例如當(dāng)話音編碼算法的改進而降低比特速率時,TDMA

系統(tǒng)的信道很容易重新配置以接納新技術(shù)。

①耳留共享設(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TDMA系

統(tǒng)共享設(shè)備的每客戶平均成本與FDMA系統(tǒng)相比是大大降低了。

①曲就NNWW移動臺較復(fù)雜。它比FDMA系統(tǒng)移動臺完成更多的功能，需要復(fù)

雜的數(shù)字信號處理。

3.3時分多址(TDMA)幀結(jié)構(gòu)

(1)TDMA信道概念

GSM中的信道分為物理信道和邏輯信道，一個物理信道就為一個時隙(TS),而邏

輯信道是根據(jù)BTS與MS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MS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。

①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，點對點(BTS對一個MS,或反之)方式傳播。

②控制信道：用于傳送信令或同步數(shù)據(jù)。根據(jù)所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):

-一頻率校正信道(FCCH)：攜帶用于校正MS頻率的消息，下行信道，點對多點

(BTS對多個MS)方式傳播。

-—同步信道(SCH):攜帶MS的幀同步(TDMA幀號)和BTS的識別碼(BSIC)的

信息，下行信道，點對多點方式傳播。

--廣播控制信道(BCCH)：廣播每個BTS的通用信息(小區(qū)特定信息)。下行，

點對多點方式傳播。

公共控制信道（CCCH）:

一-尋呼信道（PCH）：用于尋呼（搜索）MSO下行，點對多點方式傳播。

--隨機接入信道（RACH）:MS通過此信道申請分配一個獨立專用控制信道

（SDCCH）,可作為對尋呼的響應(yīng)或MS主叫/登記時的接入。上行信道，點對點方式

傳播。

--允許接人信道（AGCH）：用于為MS分配一個獨立專用控制信道（SDCCH）。

下行信道，點對點方式傳播。

專用控制信道（DCCH）：

--獨立專用控制信道（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)在此信道上進行。上行和下行信道，點對點方式傳播。

一一慢速隨路控制信道（SACCH）:它與一個TCH或一個SDCCH相關(guān)，是一個傳送

連續(xù)信息的連續(xù)數(shù)據(jù)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

的測試報告。這對實現(xiàn)移動臺參與切換功能是必要的。它還用于MS的

功率管理和時間調(diào)整。上行和下行信道，點對點方式傳播。

一一快速隨路控制信道（FACCH）：它與一個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20ms的話音（數(shù)據(jù)）來傳送。這一般在切換時發(fā)生。由于語

音譯碼器會重復(fù)最后20rls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6MHz帶寬的情況下，每小區(qū)最多兩個控制信道，當(dāng)某小區(qū)配置一個載頻時，

僅需一個控制信道。

圖3—7小區(qū)信令信道配置

（2）TDMA幀

在TDMA中，每個載頻被定義為一個TDMA幀，相當(dāng)于FDMA系統(tǒng)中的一個頻道，每

幀包括8個時隙（TS0-7）,要有TDMA幀號，這是因為GSM的特性之一是客戶保密性

好，是通過在發(fā)送信息前對信息進行加密實現(xiàn)的。計算加密序列的算法是以TCMA幀

號為一個輸入?yún)?shù)，因此每一幀都必須有一個幀號。有了TDMA幀號，移動臺就可判

斷控制信道TS0上傳送的是哪一類邏輯信道。

TDMA幀號是以3.5小時（2715648個TDMA幀）為周期循環(huán)編號的。每2715648個TDMA

幀為一個超高幀，每一個超高幀又可分為2048個超幀，一個超幀持續(xù)時間為6.12s,

每個超幀又是由復(fù)幀組成。復(fù)幀分為兩種類型（見圖3-8所示）。

圖3—8幀結(jié)構(gòu)圖

26幀的復(fù)幀--它包括26個TDMA幀，持續(xù)時長120ms,51個這樣的復(fù)幀組成一個超幀。

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TDMA幀，持續(xù)時長3060/13ms。26個這樣的復(fù)幀組成一個

超幀。這種復(fù)幀用于攜帶BCH和CCCH。

（3）突發(fā)脈沖序列（Burst）

TDMA信道上一個時隙中的信息格式稱為突發(fā)脈2序列。共有五種類型。

①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個加密比特”是客戶數(shù)據(jù)或話音，再加“1”個比特用作

借用標(biāo)志c借用標(biāo)志是表示此突龍脈沖序列是否被FACCH信令借用c“26個訓(xùn)練比特”

是一串已知比特，用于供均衡器產(chǎn)生信道模型（一種消除時間色散的方法）。

“TB”尾比特總是000幫助均衡器判斷起始位和中止位?！癎P”保護間隔，8.25個比

特（相當(dāng)于大約30.），是一個空白空間。由于每載頻最多8個客戶，因此必須保

證各自時隙發(fā)射時不相互重迭。盡管使用了時間調(diào)整方案，但來自不同移動臺的突

發(fā)脈沖序列彼此間仍會有小的滑動，因此8.25個比特的保護可使發(fā)射機在GSM建議許

可范圍內(nèi)上下波動。

圖3—9普通突發(fā)脈沖序列

②頻率校正突發(fā)脈沖序列（FB）:用于移動臺的頻率同步，它相當(dāng)于一個帶頻

移的未調(diào)載波。此突發(fā)脈沖序列的重復(fù)稱FCCH,見圖3-10o圖中“固定比特”全部是

0,使調(diào)制器發(fā)送一個未調(diào)載波?！癟B”和“GP”同普通突發(fā)脈沖序列中的“TB”和“GP”。

圖3—10頻率校正突發(fā)脈沖序列

③同步突發(fā)脈沖序列（SB）：用于移動臺的時間同步，它包括一個易被檢測的

長同步序列并攜帶有TDMA幀號和基站識別碼（BSIC）信息。這種突發(fā)脈沖序列的重

復(fù)稱為SCH,見圖3—11所示。

圖3—11同步突發(fā)脈沖序列

④接入突發(fā)脈沖序列（AB）：用于隨機接入，它有一個較長的保護間隔，這是

為了適應(yīng)移動臺首次接入（或切換到另一個BTS）后不知道時間提前量而設(shè)置的。移

動臺可能遠離BTS,這意味著初始突發(fā)脈沖序列會遲一些到達BTS,由于第一個突發(fā)

脈沖序列中沒有時間調(diào)整，為了不與下一時隙中的突發(fā)脈沖序列重疊，此突發(fā)脈沖

序列必須短一些，見圖3—12所示。

圖3—12接入突發(fā)脈沖序列

⑤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TDMA信道、TDMA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?/p>

物理信道的方法。我們知道每小區(qū)有若干個載頻，每個載頻都有8個時隙，我們定義

載頻數(shù)為CO,C1,Cn,時隙數(shù)為T30,T51,???,T87。

①控制信道的映射

對某小區(qū)超過1個載頻時，該小區(qū)CO上的TSO就映射廣播和公共控制信道，具體映

射方法見圖3—13。圖中所示：

F(FCCH)--移動臺依此同步頻率，它的突發(fā)脈沖序列為FBc

S(SCH)-—移動臺依此讀TDMA幀號和BSIC碼，突發(fā)脈沖序列為SB。

B(BCCH)一一移動臺依此讀有關(guān)此小區(qū)的通用信息。突發(fā)脈沖序列為NB。

I(IDEL)-一空閑幀，不包括任何信息。突發(fā)脈沖序列為DB。

C(CCCH)-移動臺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行，BTS也總在CO上發(fā)射，用空位突發(fā)脈沖序列代之。

我們從幀的分級結(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TSO,所攜帶的控制信道排列的序列如圖373下面的序列。此序列在第51

個TDMA幀上映射一個空閑幀之后開始重復(fù)下一個51幀的復(fù)幀。

圖3—13BCCH與CCCH在TSO上的笑用

以上敘述了下行鏈路CO上的TSO的映射。對上行鏈路CO上映射的TSO是不包含上

述各信道的，它只含有隨機接入信道(RACH),用于移動臺的接入，如圖3—14所示，

它給出了51個連續(xù)TDMA頑的TSO。

圖3—14TSO上RACH的復(fù)用

下行鏈路CO上的TS1用于映射專用控制信道。它是102個TDMA幀復(fù)用一次，三個

空閑幀之后從D0開始，見圖3—15所示。

圖3—15下行SDCCH和SACCH在TS1上的復(fù)用

Dx(SDCCH)—此處移動臺X是一個正在建立呼叫或更新位置或與GSM交換系統(tǒng)

參數(shù)的移動臺。Dx只在移動臺X建立呼叫時使用，在移動臺X轉(zhuǎn)到TCH上開始通話或登

記完釋放后，Dx可用于其它MS。

Ax(SACCH)—在傳輸建立階段(也可能是切換時)必須交換控制信令，如功

率調(diào)整等信息，移動臺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)，即意味著對一個

移動臺同時可雙向連接，但時間上有個偏移，如圖376所示。Dx、Ax含義與下行

鏈路的相同0

圖3—16上行SDCCH和SACCH在TS1上的復(fù)用

某個小區(qū)僅一個載頻時，就只有8個時隙，這時的TSO即可用作公共控制信道又

可用作專用控制信道，怏射方法如圖3—17所示。132個TDMA幀重復(fù)一次，圖中僅描

述了102個TDMA幀的TSO上映射的信令信息。字符含意同上述某小區(qū)多個載頻時的C0

上的TSO和TS1映射字符含意。

圖3—17僅有一個收發(fā)單元時控制信道在TSO上的映射

②業(yè)務(wù)信道的映射

除映射控制信道以外的時隙均映射業(yè)務(wù)信道(TCH),映射方法如圖3—18所示。

圖中僅給出了下行C0上的TS2映射構(gòu)成。

圖4-18TCH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。用于移動臺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)報告從周圍BTS接收到的信號強度等，突發(fā)脈沖序列NB。

I(IDEL):空閑噴。通常對于分配到TS2的移動臺，每個TDMA幀的每個TS2都

包含此移動臺的信息。只有空閑幀是個例外，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時間的偏移，也就是說

上下行的TS2是在不同時間出現(xiàn)，時間偏移約為3個時隙。

用于攜帶TCH的復(fù)幀是26幀的，因此有26個TS2,第26Ts2時隙是空閑時隙，空

閑時隙之后序列從頭開始。

攜帶TCH的復(fù)幀相對攜帶控制信道的復(fù)幀要加一個滑動，因為攜帶TCH的復(fù)幀是

26個TDMA幀重復(fù)一次，而攜帶控制信道的復(fù)幀要每51個TDMA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滑動。

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。隨著移動臺的移動，瑞利衰落

隨信號瞬時值快速變動，而對數(shù)正態(tài)衰落隨信號平均值(中值)變動。這兩者是構(gòu)

成

移動通信接收信號不穩(wěn)定的主要因素，使接收信號被大大地惡化，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通信中比較昂

貴，有時也顯得不切實標(biāo)。而采用分集方法即在若干個支路上接收相互問相關(guān)性很

小的載有同一消息的信號，然后通過合并技術(shù)再將各個支路信號合并輸出，那么便

可在接收終端上大大降詆深衰落的概率。

分集的方法有空間分集、頻率分集、極化分集、角度分集、時間分集和分量分

集等多種。在移動通信中，通常采用空間分集，因此這里也就此方法進行討論。

我們知道在移動通信中，空間略有變動就可能出現(xiàn)較大的場強變化。當(dāng)使用兩

個接收信道時，它們受到的衰落影響是不相關(guān)的，且二者在同一時刻經(jīng)受深衰落谷

點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，獨立地接

收同一信號，再合并輸出，衰落的程度能被大大她減小，這就是空間分集，見圖3

一19所示。空間分集是利用場強隨空間的隨機變化實現(xiàn)的，空間距離越大，多徑傳

播的差異就越大，所接收場強的相關(guān)性就越小。這里所提相關(guān)性是個統(tǒng)計術(shù)語，表

明信號間相似的程度，因此必須確定必要的空間距離。經(jīng)過測試和統(tǒng)計，CCIR建議

為了獲得滿意的分集效果，移動單元兩天線間距大于0.6個波長，即d>0.6入，并

且最好選在九/4的奇數(shù)倍附近。若減小天線間距，即使小到九/4,也能起到相當(dāng)好的

分集效果。

圖379空間分集

3.5時間色散和均衡

數(shù)字傳輸?shù)囊霂砹肆硪粏栴}是時間色散。這一問題也起源于反射，但與多

徑衰落不同，其反射信號來自遠離接收天線的物體約在幾千米遠處，圖3—20為時間

色數(shù)一例。由基站發(fā)送“1”、“0”序列，如果反射信號的達到時間剛好滯后直射信號

一個比特的時間，那么接收機將在從直射信號中檢出“0”的同時，還從反射信號中檢

出T,于是導(dǎo)致符號“1”對符號“0”的干擾。

圖3—20時間色散

在GSM系統(tǒng)中，比特速率為270kbit/s,則每一比特時間為3.7”。因此，一比

特對應(yīng)1.1km。假如反射點在移動臺之后Ikm,那么反射信號的傳愉路徑將比直射信

號長2km。這樣就會在有用信號中混有比它遲到兩比特時間的另一個信號，出現(xiàn)了碼

間干擾。時間色散似乎是個很棘手的問題,不過在GSM系統(tǒng)中采用了自適應(yīng)均衡技術(shù)，

這一問題的嚴(yán)重性得以暖解。

均衡有兩個基本途徑：一為頻域均衡，它使包括均衡器在內(nèi)的整個系統(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延特性，序列均

衡通常采用這種頻域均衡法。二為時域均衡，就是直接從時間響應(yīng)考慮，使包括均

衡器在內(nèi)的整個系統(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是時

變信號，因此需要采用第二個均衡途徑時域均衡來達到整個系統(tǒng)無碼間串?dāng)_。

時域均衡系統(tǒng)的主體是橫向濾波器，也稱橫截濾波器，它由多級抽頭延遲線、

加權(quán)系數(shù)相乘器（或可變增益電路）及相加器組成，如圖3-21。

03-21橫向濾波器

自適應(yīng)均衡器所追求的目標(biāo)就是要達到最佳抽頭增益系數(shù)，是直接從傳輸?shù)膶?/p>

際數(shù)字信號中根據(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)，有更好的失真補償性能，自適應(yīng)均衡器需有三個特點：

快速初始收斂特性、好的跟蹤信道時變特性和低的運算量。因此，實際使用的自適

應(yīng)均衡器系統(tǒng)除在正式工作前先發(fā)一定長度的測試脈沖序列，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（DViterbi）算法。維特比算法其實質(zhì)就是最大似然比算法，

維持比均衡器的方框圖如圖3-22。

圖3—22維特比均衡器

GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)中的訓(xùn)練序列如表37,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37GSM系統(tǒng)的訓(xùn)練序列

序十進制八進制十六進二進制

數(shù)制

198981354560422797089713000000000130000000000111

21202399155674267B778B713000000000130000000000111

31775438210356441610EE90E13000000000130000000001110

41879683010755043611ED11E13000000000130000000001110

57049323327101536B906B13000000000130000000001011

62062777011654047213AC13A13000000000130000000001010

7439999C324766123729F629F13000000000130000000001111

8626718C43570456743BC4BBC13000000000130000000001100

下面簡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，

每種信道有其自己的特性，如帶寬、衰減等等。因此，最佳接收機應(yīng)適合用于特殊

類型傳輸信道，這就意味著該接收機應(yīng)知道信道是什么樣的，否則就不是最佳接收

機：我們要做的事情就是建立一個傳揄信道（即空中接口）的數(shù)學(xué)模型，計算出最

可能的傳榆序列，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。這個模型隨時間改變，但在一個突發(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與接收序列最相似，與此對應(yīng)的那個輸入序列便被認(rèn)為

是當(dāng)前發(fā)送的序列，見困3-23。

圖3-23均衡器工作原理

例中序列長度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。

這看起來似乎很簡單，不過問題是通常不會有N=3的情況。例如在GSM中，N=

116,這就需要相當(dāng)大量的比較。假如每秒鐘比較1千萬個組合，計算全部組合將要

花費1029年。由此導(dǎo)致的話音時延是絕對不能容忍的，所以實際使用的均衡器中使

用了維特比算法就是這個道理。

GSM規(guī)范要求均衡器應(yīng)能處理時延高達15bls左右的反射信號，15RS約對應(yīng)4比特

時間。此外，由于近區(qū)(相對于接收機)反射，反射信號本身易受到端利衰落的影

響。然而，與直射信號相比，反射信號具有不相關(guān)性衰落圖形，困而能被均衡器利

用，從而改善性能。因此只要反射信號的時延不超過15bls就可以得到很好的信號質(zhì)

量。

3.6基站與移動臺間的時間調(diào)整

由于在空中接口采用了TDMA技術(shù)，那么某一移動臺必須在指配給它的時隙內(nèi)

發(fā)送，而在其余時間又必須保持寂靜，否則它會干擾使用同樣載頻上不同時隙的

另一些移動客戶C

從圖3—24可見，收發(fā)之間是間隔3個時津。假如某移動臺占用了時隙2

(TS2),可它在呼叫期間向遠離基站方向移動，因此從基站發(fā)出的信息，將會越來

越遲地到達移動臺。與此同時移動臺的應(yīng)答信息，也會越來越遲地到達基站。如果

不采取措施，該時延長至使該移動臺在TS2發(fā)送的信息與基站在TS3接受到的另一個

呼叫信息重迭起來。所以，在呼叫進行期間，必須監(jiān)視呼叫到達基站的時間，并由

系統(tǒng)向移動臺發(fā)送指令，隨著移動臺離開基站的距離，逐步指示移動臺提前發(fā)送的

時間，這就是時間的調(diào)整。

圖3-24TCH上下行偏移

時間調(diào)整的提前是。?63個比特之間的任意值。如。個比特就表示不必調(diào)整，表

明MS和BTS在一起。63個比特是調(diào)整的最大量，也就是BTS與BS之間最長距離。所以

我們說，GSM系統(tǒng)最大覆蓋范圍是：

3.7ps日63卜i3Ji10sm/s=70km

3.7RS：每個比特的時長。

63：時間調(diào)整的最大比特教。

3108m/s:電波速度。

其覆蓋半徑是35kn。

當(dāng)一個特定連接建立時，BTS不斷測量自己脈沖時隙與收到的MS時隙之間的時

間偏移量。基于這個測量，它可以向MS提供要求的時間提前量，并在SACCH上以每秒

2次的頊度通知MS。

3.7話音編碼

由于GSM系統(tǒng)是一種全數(shù)字系統(tǒng)，話音或其它信號都要進行數(shù)字化處理，因而第

一步要把話音模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(即1和0的組合)。

我們對PCM編碼比較熟悉，它是采用A律波形編碼，分為3步：

-一采樣。在某瞬間測量模擬信號的值。采樣速率8kHz/s。

--量化。對每個樣值用8個比特的量化值來表示對應(yīng)的模擬信號瞬間值，即為

樣值指配256(28)個不同電平值中的一個。

-一編碼。每個量化值用8個比特的二進制代碼表示，組成一串具有離散特性的

數(shù)字信號流。

用這種編碼方式，數(shù)字鏈路上的數(shù)字信號比特速率為64kbit/s(8kbit/s

8)o如果GSM系統(tǒng)也采用此種方式進行話音編碼，那么每個話音信道是64kbit/s,

8個話音信道就是512kbt/s?？紤]實際可使用的帶寬，GSM規(guī)范中規(guī)定載頻間隔是

200kHzo因此要把它們深持在規(guī)定的頻帶內(nèi)，必需大大地降低每個話音信道的編碼

的比特率，這就要靠改變話音編碼的方式來實現(xiàn)。

聲碼器編碼可以是很低的速率(可以低于5kbit/s,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。波膨編碼器話音質(zhì)量較高，但要求的

比特速率相應(yīng)的較高。因此GSM系統(tǒng)話音編碼器2是采用聲媽器和波形編碼器的混合

物--混合編碼器，全稱為線性預(yù)測編碼-長期預(yù)測編碼-規(guī)則脈沖激勵編碼器

(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的數(shù)字編碼，每話音信道的編碼速率為13kbit/

圖3—25GSM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，將該組合看作一個濾波

器，人發(fā)出的聲音使聲帶振動就成為激勵脈沖。當(dāng)然匚濾波器口脈沖m頻率是在不

斷地變換，但在很短的時間(10ms?30ms)內(nèi)觀察它，則發(fā)音器官是沒有變換的，

因此聲碼器要做的事是將話音信號分成20ms的段，然后分析這一時間段內(nèi)所相應(yīng)的

濾波器的參數(shù)，并提取此時的脈沖串頻率，輸出其激勵脈沖序列。相繼的話音段是

十分相似的，LTP將當(dāng)前段與前一段進行比較，相應(yīng)的差值被低通濾波后進行一種波

形編碼。

LPC十LTP參數(shù):3.6kbit/so

RPE參數(shù)：9.4kbit/so

因此，話音編碼器的揄出比特速率是13kbit。

3.8信道編碼

采用數(shù)字傳輸時，所傳信號的質(zhì)量常常用接收比特中有多少是正確的口來表示，

并由此引出比特差錯率(BER)梃念。BER表明總比特率中有多少比特被檢測出錯誤，

差錯比特數(shù)目或所占的比特要盡可能小。然而，要把它減小到0,那是不可能的，因

為路徑是在不斷變化的。這就是說必須允許存在一定數(shù)量的差錯，但還必須能恢復(fù)

出原信息，或至少能檢測出差錯，這對于數(shù)據(jù)傳輸來說特別重要，對話音來說只是

質(zhì)量降低。

為了有所補益，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。這是因為加入一些冗余比特，把幾個比特上攜帶的信息擴散到更多的比特上。

為此付出的代價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。

為了便于理解，我們舉一簡單例子加以說明。

假定要傳輸?shù)男畔⑹且粋€no門或是一個F口為了提高保護能力，各添加3個比

特：

信息添加比特發(fā)送比特

00000000

11111111

對于每一比特(0或1),只有一個有效的編碼組(0000或1111)。如果收到的不是

0000或1111,就說明傳輸期間出現(xiàn)了差錯。比例關(guān)系是1:4,必須發(fā)送是必要比特4

倍的比特。保護作用如何?

接收編碼組可能為：00000010011001111111

判決結(jié)果：00X11

如果4個比特中有1個是錯的，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)送的是發(fā)如果編碼組中有兩個比特是錯的,則能檢出它，如0II0

表明它是錯的，但不能校正。最后如果其中有3個或4個比特是錯的，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個差錯和檢出2個差錯。

圖3-26表示了數(shù)字信號傳輸?shù)倪@一過程，其中信源可以是話音、數(shù)據(jù)或圖像的

電信字」SU,經(jīng)信源編碼構(gòu)成一個具有確定長度的數(shù)字信號序列LMJ,人為地在按一

定規(guī)則加進非信息數(shù)字序列，以構(gòu)成一個一個碼子民(信道編碼)，然后再經(jīng)調(diào)制器

變換為適合信道傳輸?shù)男盘枴＝?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

列稱為接收序列匚R1再經(jīng)信道譯碼器譯碼后輸出信息序列3C,而信源譯碼器則將

□nC變換成客戶需要的信息形式小口。

圖3-26數(shù)字信息傳輸方框圖

移動通信的傳輸信道屬變參信道，它不僅會引起隨機錯誤，而更主要的是造成

突發(fā)錯誤。隨機錯誤的特點是碼元間的錯誤互相獨立，即每個碼元的錯誤概率與它

前后碼元的錯誤與否是無關(guān)的。突發(fā)錯誤則不然，一個碼元的錯誤往往影響前后碼

元的錯誤概率?；蛘哒f，一個碼元產(chǎn)生錯誤，則后面幾個碼元都可能發(fā)生錯誤。因

此，在數(shù)字通信中，要利用信道編碼對整個通信系統(tǒng)進行差錯控制。差錯控制編碼

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個多余碼元（稱為檢驗元或監(jiān)督元），輸出長n

=k+r的一個碼組。因此，每個碼組的r個檢驗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，k表示信息位數(shù)目，R=k/n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序列以k。個碼元分段，通

過編碼器輸出長為n。的一段碼段。但是該碼的no-ko個檢驗碼不僅與本段的信息元

有關(guān)，而且也與其前m段的信息元有關(guān)，故卷積碼用（n。，ko,m）表示，稱No=（2n

十l）no為卷積編碼的編碼約束長度。與分組編碼一樣，卷積編碼的編碼效率也定義

為1^=h/的，對于具有良好糾、檢錯性能并能合理而又簡單實現(xiàn)的大多數(shù)卷枳碼,

總是ko=l或是（no-ko）=l,也就是說它的編碼效率通常只有1/5,1/4,1/3,

1/2,2/3,3/4,4/5……。

圖3-28卷積編碼

在GSM系統(tǒng)中，上述兩種編碼方法均在使用。首先對一些信息比特進行分組編碼，

構(gòu)成一個口信息分組十奇偶（檢驗）比特□的形式，然后對全部比特做卷積編碼，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。

采用匚兩次匚編碼的好處是：在有差錯時，能校正的校正（利用卷積編碼特性），能檢

測的檢測（利用分組編碼特性）。

GSM系統(tǒng)首先是把話音分成20ms的音段，這20ms的音段通過話音編碼器被數(shù)字化

和話音編碼，產(chǎn)生260個比特流，并被分成：

?50個最重要比特

?132個重要比特

?78個不重要比特

如圖3-29,對上述50個比特添加上3個奇偶檢險比特（分組編碼），這53個比特同

132個重要比特與4個尾比特一起卷積編碼，比率1：2,因而得378個比特，另外78

個比特不予保護。

圖3-29GSM數(shù)字話音的信道編碼

3.9交織技術(shù)

在陸地移動通信這種變參信道上，比特差錯經(jīng)常是成串發(fā)生的。這是由于持

續(xù)較長的深衰落谷點會影響到相繼一串的比特。然而，信道編碼僅在檢測和

校正單個差錯和不太長的差錯串時才有效。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，恢復(fù)成一條相繼比特串的消息時,

差錯也就變成單個（或長度很短），這時再用信道編碼糾錯功能糾正差錯，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個相繼分組中的第1個比特取出來，并讓

這4個第1比特組成一個新的4比特分組，稱作第一幀，4個消息分組中的比特2?4,

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，那就會丟失某一整個消息分組，但采用了交織，僅每個消息

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笈，這就是

交織技術(shù)的基本原理。燒括地說，交織就是把碼字的b個比特分散到n個幀中，以改

變比特間的鄰近關(guān)系，因此n值越大，傳輸特性越好，但傳輸時延也越大，所以在實

際使用中必須作折衷考慮。

圖3-30交織原理

2.GSM系統(tǒng)中交織方式

在GSM系統(tǒng)中，信道編碼后進行交織，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。

話音編碼器和信道編碼器將每一20ms話音數(shù)字化并編碼，提供456個比特。首先

對它進行內(nèi)部交織，即將456個比特分成8幀，每幀57比特，見圖3-31所示。

圖3-31GSM20ms話音編碼交織

如果將同一20ms話音的2組57比特插入到同一普通突發(fā)脈沖序列中（見圖3-32）,

那么該突發(fā)脈沖串丟失則會導(dǎo)致該20nls的話音損失25%的比特，顯然信道編碼難以

恢復(fù)這么多丟失的比特。因此必須在兩個話音幀間再進行一次交織，即塊間交織。

圖3-32普通突發(fā)脈沙串

把每20ms話音456比特分成的8幀為一個塊，假設(shè)有A、B