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準化

委員會設計出來的，它是在蜂窩系統(tǒng)的基礎上發(fā)展而成。

蜂窩系統(tǒng)的概念和理論二十世紀六十年代就由美國貝爾實驗室等單位提

了出來，但其復雜的控制系統(tǒng)，尤其是實現(xiàn)移動臺的控制直到七十年代隨著半導

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

廣泛應用，才為蜂窩移動通信的實現(xiàn)提供了技術(shù)基礎。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）模擬蜂窩系統(tǒng)，而北歐也于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1-11991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。其頻率復用大大提高了

頻率利用率并增大系統(tǒng)容量，網(wǎng)絡的智能化實現(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;

3.頻譜利用率低無法適應大容量的需求;

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。當時這些系統(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)務規(guī)范。在這次大會上就成立了一個在歐洲電信標準學會

（ETSI）技術(shù)委員會下的“移動特別小組\GroupSpeciaIMobiIe）簡稱

“GSM”，來制定有關(guān)的標準和建議書。

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)場實險。

1987年5月GSM成員國就數(shù)字系統(tǒng)采用窄苔時分多址TDMA、規(guī)則脈沖激勵

線性預測RPE-LTP話音編碼和高斯濾波最小移頻鍵控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標準的發(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MoU組織為該系統(tǒng)設計和注冊了市

場商標，將GSM更名為“全球移動通信系統(tǒng)"（GlobalsystemforMobile

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)務的規(guī)范，名為DCSI800

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GSM系統(tǒng)。

1992年大多數(shù)歐洲GSM運營者開始商用業(yè)務。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洋細規(guī)范，未對硬件做出規(guī)定。

這樣做目的是盡可能減少對設計者限制，又使各運營者有可能購買不同廠家的設

備。

GSM系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范共分12章：

系列01概述

02業(yè)務方面

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)務互通

11設備和型號認可規(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準的第一個版本，以支撐當歸的投標活動。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

二階段標準到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)標準的定義，后并入

第二階段標準，并宣布還會有第三階段的標準。實際上由于第三代移動通信系統(tǒng)

的提出，已中止第三階段標準°

為了保證GSM網(wǎng)路內(nèi)現(xiàn)有的和將來的業(yè)務開展，在制定標準時必須考慮兼

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）三大部分組成，如圖2-1所示。其中NSS與BSS之間的

接口為“A”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，各設備

生產(chǎn)廠家對A接口都采用各自的接口協(xié)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備，而MS可用不同廠家的設備。

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，運營公司當然喜歡

花最少的投資，用最好的設備來建最優(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）oUm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)桎圖

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

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

音信箱，可開放語音留言業(yè)務，當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保密所需鑒權(quán)、加密的三參

數(shù)（隨機號碼RAND,符合響應SRES,密鑰Kc）的功能實體。

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

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)設備，

它主要負責完成無線發(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，它主要負責無線網(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)務控制點。

BTS:無線接口設備，它完全由BSC控制，主要負責無線傳輸，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移動臺

移動臺就是移動客戶設備部分，它由兩部分組成，移動終端（MS）和客戶識別

卡（SIM）。

移動終端就是“機”，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。

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

口標準化工作尚未完成。

GSM關(guān)鍵技術(shù)

3.1工作頻段的分配

（1）工作頻段

見圖3-1o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)務的發(fā)展，可視需要向下擴展，或向1.8GHz頻段的DCS1800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

fl（n）=890.200MHz+（n-1）x0.200MHz移動臺發(fā)，基站收

fh（n）=fl（n）+45MHz基站發(fā)，移動臺收

n=76?124頻道

（4）雙工收發(fā)間隔：45kHzo與模擬TACS系統(tǒng)相同。

發(fā)射標識：業(yè)務信道發(fā)射標識為271KF7W;控制信道發(fā)射標識為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

高及位置，當?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/l>9dB

鄰頻道干擾保護比：C/l>-9dB

載波偏離400kHz時的干擾保護比：C/l>-41dB

（6）頻率復用方式

頻率復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即有些組的頻道敷

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用距離減小，導致系統(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頻率復用方式

對于有向天線而言，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個扇形小區(qū)。如采用4/12復用方式，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）應有約400kHz的保護帶寬，通常是由模擬B網(wǎng)預留。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，或由郵電部一方預留，或由“中國聯(lián)通

公司”一方預留。

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館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頗點，

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

一組對應的頻率(FDMA)/時隙(TDMA)。

TDMA系統(tǒng)具有如r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。

?①回福?突發(fā)脈沖序列傳輸。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。

…①圖容?傳輸速率高，自適應均衡。每載頻含有時隙多，則頻率間隔完，

傳輸速率高，但數(shù)字傳輸帶來了時間色散，使時延擴展量加大，則務必采用自適

應均衡技術(shù)。

…卬回窗?傳輸開銷大。由于IDMA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得同步。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區(qū)際共享設備的成本低。由于每一載頻為許多客戶提供業(yè)務，所以TDMA

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

①魚仔…?移動臺較復雜。它比FDMA系統(tǒng)移動臺完成更多的功能，需要復雜

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)務信道和控制信道。

①業(yè)務信道（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：用亍傳送信令或同步數(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，它們又可細分為：

廣播信道（BCH）:

--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）o

下行，點對多點方式傳播。

公共控制信道（CCCH）：

—尋呼信道（PCH）:用于尋呼（搜索）MSo下行，點對多點方式傳播。

一-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或MS主叫/登記時的接入。上行信道，點對點

方式傳播。

一-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，點對點方式傳捕。

—，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。

--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最后20ms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TDMA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，移動臺就可判即控制信道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幀為一個超高模，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,每個超幀又是由復幀組成。復幀分為兩種類型（見圖3-8所示）。

圖3—8幀結(jié)構(gòu)圖

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

個超幀。這種復幀用于攜帶TCH:和SACCH加FACCH）。

51幀的復幀一它包括51個TDMA幀，持續(xù)時長3060/13ms。26個這樣的復幀

組成一個超幀。這種復幀用于攜帶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)脈沖序列。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”個比特用作借用標志。借用標志是表示此突發(fā)脈沖序列是否被FACCH信令

借用?！?6個訓練比特”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住?！癎P”保護間隔,

8.25個比特(相當于大約30pis),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，它相當于一個

帶頻移的未調(diào)載波。此突發(fā)脈沖序列的重復稱FCCH,見圖370。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”o

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

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，我們就可以談談邏輯信道映

射到物理信道的方法。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)一-移動臺依此同步頻率，它的突發(fā)脈沖序列為FB。

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)-—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)一-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幀的復幀是用于攜帶BCH和CCCH,因此51幀

的復幀中共有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下一個51幀的復項。

圖3—13BCCH與CCCH在TSO上的復用

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幀的TSO。

圖3—14TSO上RACH的復用

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上的復用

Dx(SDCCH)一-比處移動臺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CO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。

圖3—16上行SDCCH和SACCH在TS1上的復用

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，映射方法如圖3—17所示。102個TDMA幀重復一次,

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)務信道的映射

除映射控制信道以外的時隙均映射業(yè)務信道(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NB0

I(IDEL)：空閑幀。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的復幀相對攜帶控制信道的復幀要加一個滑動,因為攜帶TCH的復

幀是26個TDMA幀重復一次，而攜帶控制信道的復幀要每51個TDMA幀重復一次,

所以空閑幀在51復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，有時也顯得不切實際。而采用分集方法即在若干個支路上接收相互間相

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，袤落的程度能被大大地減小，這就是空間分集，

見圖3-19所示?？臻g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

>0.6A.,并且最好選在九/4的奇數(shù)倍附近「若減小天線間距，即使小到入/4,也

能起到相當好的分集效果。

圖3-19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

為時間色散一例。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“1”，于是導致符號“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3.7RS。因此，

一比特對應1.1km。假如反射點在移動臺之后Ikm,那么反射信號的傳輸路徑將

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

了自適應均衡技術(shù)，這一問題的嚴重性得以緩解。

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)饕蔚臈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考慮，使

包括均衡器在內(nèi)的整個系統(tǒng)的沖激響應滿足無碼間串擾的條件。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

串擾。

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。

圖3-21橫向濾波器

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

實際數(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，實樂使

用的自適應均衡器系統(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)?/p>

自適應工作方式，使均衡器維持最佳狀態(tài)。自適應均衡器一般還按最小均方誤差

準則來構(gòu)成，最小均方算法采用維特比（"Viterbi）算法。維特比算法其實質(zhì)

就是最大似然比算法，維特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)的訕練序列

序十進制八進制十六進二進制

數(shù)制

198981354560422797089700100101110000100010010111

21202399155674267B778B700101101110111100010110111

31775438210356441610EE90E01000011101110100100001110

41879683010755043611ED11E01000111101101000100011110

57049323327101536B906B00011010111001000001101011

62062777011654047213AC13A01001110101100000100111010

74399990324766123729F629F10100111110110001010011111

8626718043570456743BC4BBC11101111000100101110111100

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，最佳接收機應適合用于特

殊類型傳輸信道，這就意味著該接收機應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輸信道（即空中接口）的數(shù)學模型，計

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)性強的訓練序列，利用這一訓練

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，與此對應的那個

輸入序列便被認為是當前發(fā)送的序列，見圖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010oN=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持比算法就是這個道理。

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

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瑞利

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152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。

從圖3—24可見，收發(fā)之間是間隔3個時隙。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送起來。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0?63個比特之間的任意值。如0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：

3.7psx63x3x10Km/s=70km

3.7ps:每個比特的時長。

63:時間調(diào)整的最大比特數(shù)。