第十章邏輯信道一、概論移動通信中，移動用戶和網(wǎng)絡(luò)之間所有的活動都是通過空中接口的信道完成的。GSM中的信道分為物理信道和邏輯信道。物理信道：在一對頻率中，一個特定的時隙被分配給一個移動臺用于通信。這一對時隙就形成了一條雙工作業(yè)的物理信道(相當于一條線)。邏輯信道：～是被用來在BTS和MS之間傳遞不同類型的信息，不同的～傳遞不同的信息。2一條物理信道結(jié)合了頻率和TDM兩方面，被定義為一系列的無線電頻率信道和時隙。邏輯信道是映射到物理信道上傳送的。下行鏈路：從BTS到MS方向的鏈路。上行鏈路：從MS到BTS方向的鏈路。3頻率時隙號圖１０－１物理信道圖１０－２邏輯信道多路復(fù)用二、空中接口的結(jié)構(gòu)面向電路的接口GSM系統(tǒng)是面向電路的，主要的目標是提供語音服務(wù)。6空中接口的層結(jié)構(gòu)主要包括三層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層。三大特點：－功能豐富的物理層：不但有傳統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)功能，還有多路復(fù)用、突發(fā)的生成、功率控制、時間提前量TA的計算、均衡、編/解碼等其他功能。7－多種類型的邏輯信道：這些邏輯信道將第一層和第二層連接起來。在這一層，主要是研究在邏輯上如何控制在控制信道中傳輸?shù)膸?LAPDm協(xié)議)。－網(wǎng)絡(luò)層被分為三個子層：管理呼叫控制、補充業(yè)務(wù)、短信息等業(yè)務(wù)。83Layer:networkCallManagement(CM)CallControl(CC)

SupplementaryServices(SS)

ShortMessageService(SMS)

…MobileMgt(MM)Authentification

UpgradeLocation

IMSIattach/detach

Identification

…RadioResource(RR)Paging,Activationencryption,

DedicatedChannelsAllocation,

Handover,measurementreporting

…2Layer:datalinkRetransmissionmechanismTCHSACCHFACCHSDCCHCCCHBCCHPCHRACHAGCHSCHFCCHRadiolinkcontrolProtectionanderrordetectionPhysicalandlogicalchannelsBurstconstruction1Layer:physical圖１０－３邏輯信道和層結(jié)構(gòu)三、邏輯控制信道相關(guān)的物理和邏輯信道空中接口提供了大量的不同內(nèi)容和不同優(yōu)先權(quán)的控制功能－廣播系統(tǒng)信息(BCH)；－通知移動臺有呼叫進入和為它們接入網(wǎng)絡(luò)提供便利(CCCH)；－在傳輸前和傳輸過程中對物理參數(shù)的控制(FACCH,SCH和SACCH)；－為的信令傳輸提供支持(SDCCH)。10圖１０－４同時支持話務(wù)信道和輔助控制信道的物理信道示意圖復(fù)幀(Multitrame)～就是將一些連續(xù)的TDMA幀上的某一特定時隙連續(xù)地組合在一條物理信道上。某些載波的復(fù)幀中的時隙具有特別的功能。120127012701270127TDMA幀……復(fù)幀圖１０－５支持復(fù)幀的物理信道復(fù)幀、超幀和超超幀的結(jié)構(gòu)１.復(fù)幀：－120ms的26個幀的復(fù)幀－235.4ms的51個幀的復(fù)幀２.超幀(Supertrame)：－51個26復(fù)幀的超幀－26個51復(fù)幀的超幀14３.超超幀(Hypertrame)：－2048個超幀，個TDMA幀，即3h28min53s760ms。－每個TDMA幀都有個幀號FN(FrameNumber)。－在加密算法A5中，在某一給定的時刻，不同BTS的FN不能有相同的值。152324253210120msmultiframe474849321050235.4ms

multiframe5049484743210252423220134superframe０123204720462045hyperframe3h28min53s760ms圖１０－６空中接口所有幀的結(jié)構(gòu)邏輯信道的分類分為專用信道和非專用信道。專用信道(DedicatedChannel)：提供預(yù)留資源給移動臺，即分配復(fù)幀中的一對時隙給移動臺。一個蜂窩小區(qū)中，沒有任何兩臺移動臺在同一時隙內(nèi)接收和發(fā)送。專用信道是雙工信道。17非專用信道(CommonChannel)：單工作業(yè)的、由許多移動臺共享的信道。下行鏈路中：數(shù)據(jù)廣播；上行鏈路中：多址接入(slottedAloha)；18TrafficChannelfordata

(userrate)9.6kbit/s,4.8kbit/s,<2.4kbit/s全速率/半速率語音TrafficChannelforcodedspeech(TCH/FS)and(TCH/HS)TrafficChannel(TCH)進行切換FastAssociatedControlChannel

(FACCH)鏈路監(jiān)控SlowAssociatedControlChannel

(SACCH)信令Stand-AloneDedicatedControlChannel

(SDCCH)DedicatedControlChannel短消息廣播CellBroadcastChannel(CBCH)資源的分配AccessGrantChannel(AGCH)移動臺的隨機接入RandomAccessChannel(RACH)呼叫移動臺PagingChannel

(PCH)CommonControlChannel(CCCH)多址接入系統(tǒng)信息BroadcastControlChannel(BCCH)同步和標識(BSIC)SynchronizationChannel(SCH)調(diào)整到載波頻率上FrequencyCorrectionChannel(FCCH)BroadcastChannel(BCH)單向廣播(信標信道)表１０－１邏輯信道的主要功能四、專用信道專用模式(DedicatedMode)當移動臺占用一條TCH(TrafficCHannel)信道時，如移動用戶通話期間、地理位置更新時等空閑模式(IdleMode)當移動臺不處于專用模式時20TCH信道和SDCCH信道TCH(話務(wù))信道：傳輸用戶信息的專用信道?？梢砸?3kbit/s(TCH/FS),5.6kbit/s(TCH-HS)的速率傳輸語音；以12kbit/s的速率傳輸數(shù)據(jù)。－TCH/F(Full

rate)：以13kbit/s進行語音傳輸或者以12、6、3.6kbit/s進行數(shù)據(jù)傳輸－TCH/H(Half

rate)：以7kbit/s左右的速率對編碼后的語音進行傳輸或者以6、3.6kbit/s的速率進行數(shù)據(jù)傳輸SDCCH(獨立專用控制)信道：傳輸信令的專用信道。提供約800bit/s的速率。21一條物理信道上，可以布置一條TCH和相配合的SACCH；或者布置8條SDCCH以及配合它們的SACCH。SDCCH用來傳輸被編碼成456bits的184bits的有效信息塊，即傳輸在4個正常突發(fā)的8個57bits的子塊。TCH信道和SDCCH信道都有各自的SACCH相配合。22SACCH(慢速聯(lián)合控制信道)～對分配給移動臺的無線鏈路的性能進行控制，以保證得到可以接受的服務(wù)質(zhì)量。－時間提前量的控制－移動臺發(fā)射功率的控制－無線鏈路質(zhì)量的監(jiān)控－在相鄰基站上完成的測量報告的返回23SACCH信道上傳輸?shù)氖?84bits的有效信息，即23bytes。其中，有1個被用來控制發(fā)送的功率電平，1個被用在時間提前量TA方面。SACCH信道只能提供380bit/s的速率。24下行方向，SACCH上承載時間提前量和移動臺發(fā)射功率電平的控制指令，指令被發(fā)送到每個SACCH消息中；上行方向，SACCH上承載移動臺發(fā)出的對應(yīng)的確認，一秒鐘最少一次。時間提前量是由BTS負責管理的，移動臺發(fā)射功率是由BSC控制的。25另外，SACCH上還承載網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給移動臺的綜合信息：－用來監(jiān)控測量過程的參數(shù)(如要監(jiān)控的頻率列表、監(jiān)聽相鄰小區(qū)的BSIC和了解BSIC在SACCH上傳輸?shù)臅r間、BCCH頻率指示)；－控制無線鏈路故障監(jiān)控的參數(shù)；－要求上行鏈路使用間斷發(fā)射的參數(shù)；－…26FACCH(快速聯(lián)合控制信道)主要是用在切換時。當被分配的信道是TCH，在需要切換時，系統(tǒng)暫停傳送移動用戶信息，釋放系統(tǒng)資源來傳輸信令。另外，還承載對用戶進行鑒權(quán)、指示呼叫建立進展的消息。27TCH-SACCH的復(fù)用１.全速率語音信道1個語音塊20ms8個halfburst4個burst6個語音塊120ms24burst但是，在26個幀的復(fù)幀中，語音只占用24個時隙。因此，還有1個時隙分給SACCH，另一個時隙作為空閑時隙。28圖１０－７26個幀的復(fù)幀：全速率TCH的復(fù)用結(jié)構(gòu)TTTTTTTTTTTATTTTTTTTTTTTT01231225iT:TCH A:SACCHi:idle26個TDMA幀持續(xù)120ms２.半速率語音信道偶數(shù)幀的時隙分配給一個移動臺，奇數(shù)幀的時隙分配給另一個移動臺，沒有空閑時隙。30圖１０－８26個幀的復(fù)幀：半速率TCH的復(fù)用結(jié)構(gòu)Tandt:TCH Aanda:SACCHTtTtTtTtTtTAtTtTtTtTtTtTt01231225a26個TDMA幀持續(xù)120ms３.數(shù)據(jù)信道數(shù)據(jù)信道的結(jié)構(gòu)和語音的一樣，都是建立在26個幀的復(fù)幀基礎(chǔ)上。32FACCH信道的建立偷換標記：在一個正常突發(fā)中，位于訓(xùn)練序列的兩端，用來指出信令信息是否借用了話務(wù)信道TCH的資源。333TCHorFACCHDatas57bitsTCHorFACCHDatas57bits311Bit0=>奇數(shù)位的數(shù)據(jù)屬于TCHBit1=>奇數(shù)位的數(shù)據(jù)屬于FACCHBit0=>偶數(shù)位的數(shù)據(jù)屬于TCHBit1=>偶數(shù)位的數(shù)據(jù)屬于FACCH圖１０－９正常突發(fā)中偷換標記的應(yīng)用圖１０－１０一條物理信道上邏輯信道TCH和FACCH復(fù)用示意圖T:TCHA:SACCHF:FACCHi:idle兩個字母意味著每個占用半個突發(fā)，一個字母意味著兩個的半突發(fā)支持同一條信道。TTTTTFTFTFTFFTFTFTAFTTTTTTTTTTTTT01231225i26個TDMA幀持續(xù)120msSDCCH-SACCH的復(fù)用一條SDCCH信道是和配合它的SACCH信道復(fù)用在同一條雙工物理信道上，同時信道上可以有多對SDCCH-SACCH。3651個TDMA幀=235.38ms0121020503040D0D1D2D3D4D5D6D7A0/A4A1/A5A2/A6A3/A70121020503040D0D1D2D3D4D5D6D7A0/A4A1/A5A2/A6A3/A7Di=SDCCHi信道Ai=配合SDCCHi信道的SACCHi偶數(shù)(或奇數(shù))復(fù)幀上的第32個時隙到第47個時隙被用來配合第0,1,2,3(或第4,5,6,7)SDCCH信道。圖１０－１１SDCCH復(fù)用的結(jié)構(gòu)五、信標信道概念～允許移動臺總是和最合適的基站連接在一起的信道。38功能１.使得移動臺可以－檢測到網(wǎng)絡(luò)；－獲得必要的無線信道參數(shù)，接入到系統(tǒng)。

２.其他術(shù)語~beacon,

信標信道３.類似一座燈塔

－對于航行的船只來說(燈屋)注意：BCCHCBCH(CellBroadcastCHannel)39GSM中信標信道的功能１.GSM中“信標”的功能表現(xiàn)在幾個方面－無線資源、同步的檢測－“系統(tǒng)”參數(shù)的廣播２.在GSM中，它的實現(xiàn)是通過－一個載波(在每個蜂窩小區(qū)內(nèi))，它實現(xiàn)了“燈塔”的功能(“信標頻率”=“BCCH頻率”)－該載波的一個物理信道(在n°0時隙上)，支持包括BCCH在內(nèi)的不同邏輯信道(有時為了在別的時隙上實現(xiàn)信標信道，別的物理信道也可以被使用)。40注意：－支持信標信道的信標頻率是分配給運營商的所有頻率中的一個。－在這個頻率上的發(fā)射功率總是恒定的。－為了維持恒定的發(fā)射功率，在沒有信息發(fā)送時，還是繼續(xù)發(fā)送填充突發(fā)(dummybursts)。－信標頻率同樣也可以用來支持別的信道(專用與非專用)。f2f3f7f6f1f5f4信標信道在頻率f1上41圖１０－１２基站“信標”的基本知識１.一個無線通信系統(tǒng)需要一個參照“信號”它使得移動臺－檢測到網(wǎng)絡(luò)－與網(wǎng)絡(luò)同步(在時間上和頻率上)－了解網(wǎng)絡(luò)的各種參數(shù)與配置該“信號”是在網(wǎng)絡(luò)中廣播的，并且用來進行網(wǎng)絡(luò)控制(原則上來說，信道上不傳送任何用戶信息)43GSM中，基站的信標信道對應(yīng)著－信標頻率：在～上，總是有一個功率恒定的調(diào)制信號在不斷地發(fā)射著，這個信號允許移動臺進行功率調(diào)整－0時隙：一系列的廣播邏輯信道被建立在～上。44200kHz1carrierf1TDMAframe

=4.6152mstimeslotf1在一個蜂窩小區(qū)中，為了實現(xiàn)信標信道，人們將在0時隙的一個特殊載波(這里是f1)和它支持的物理信道區(qū)別開來。01234567012345670123456701234567t圖１０－１３載波和物理信道BTTTTTTTFSBFSFSFSFSBDTDTTTT51-Multiframe(duration:51TDMAframes)0123456701234567Averagecellcase

1PhyCh=1BCH+CCCH

2PhyCh=2x(8SDCCH)

5PhyCh=5x(TCH)

Smallcellcase

1PhyCh=1BCH+CCCH+

+4SDCCH

7PhyCh=7x(TCH)

BCCH

frequencyf1f1或“信標”頻率(或BCCH)支持廣播的邏輯信道(F,S,B)…，同樣也支持其他類型的信息。BCCH頻道在時隙0上。圖１０－１４信標頻率廣播信道(BCH)的種類－FCCH(FrequencyCorrectionChannel)－SCH(SynchronizationChannel)－BCCH(BroadcastControlChannel)嚴格來說，F(xiàn)CCH不能算一條邏輯信道，只是一條物理“信標”…但是，它經(jīng)常被看作是一條邏輯信道。47１.FCCH頻率校正信道，－使得移動臺可以將工作頻率鎖定到基站的工作頻率－由約50ms發(fā)射一次的一種特殊突發(fā)組成－突發(fā)由148bits的“0”組成－發(fā)送在載波f0上:產(chǎn)生一個頻率為f0+1625/24kHz的正弦信號－僅僅出現(xiàn)在信標信道0時隙上48FCCH突發(fā)－發(fā)送在51個幀的復(fù)幀的第0、10、20、30和40幀上－在235.8ms中發(fā)射5次，大約每秒鐘20次－檢測到FCCH突發(fā)意味著移動臺正好在監(jiān)聽信標信道(就象SCH突發(fā)一樣)1010203040FFFFF圖１０－１５FCCH在51個幀的復(fù)幀中的位置２.SCH同步信道，－提供所有必要的同步信息給移動臺－帶有64bits的訓(xùn)練序列(長的)－兩種不同的同步方式微同步：幫助確定TA值邏輯同步：網(wǎng)絡(luò)的本地邏輯時鐘，幀號

FN(FrameNumber)50編碼后的數(shù)據(jù)編碼后的數(shù)據(jù)擴展的訓(xùn)練序列3bits39bits64bits39bits3bits時隙:156.25bits(577s)8.25bits(30.46s)圖１０－１６同步突發(fā)的結(jié)構(gòu)由編碼在78bits上的控制保護數(shù)據(jù)和一個訓(xùn)練序列組成。1010203040FFFFFSSSSS圖１０－１７SCH在51個幀的復(fù)幀中的位置在51個幀的復(fù)幀中－出現(xiàn)在第1、11、21、31、41幀中

(~每隔10TDMA幀：FN0+1+k?10)微同步使移動臺可以在時間上得到精確校正注意：這里使用的64bits的訓(xùn)練序列在所有的GSM網(wǎng)絡(luò)中是唯一的，與EDGE中使用的有些不同在SCH突發(fā)出現(xiàn)之前，同步的精確度是10s級在收到SCH突發(fā)后，同步的精確到s級53圖１０－１８檢測到一個SCH突發(fā)傳輸?shù)膮?shù)用RFN(ReducedFrameNumber)表示FN(即邏輯同步)RFN,是FN的緊湊形式，允許確定FN(0FN<Modulo=51*26*211,[Log2(Modulo)]=22bits)19bits(而不是22bits，節(jié)約了3bits)分成三項超超幀中當前超幀的號碼，11bits相對于超幀來說，51個幀的復(fù)幀號碼，5bits用3bits(而不是log2(51)=6)表示在51個幀的復(fù)幀中SCH可能出現(xiàn)的5個位置(節(jié)約了3bits)55BSIC(BaseStationIdentityCode)：基站本地身份代碼(又叫色碼)，允許分辨在信標信道上使用同一頻率的兩個基站(f0,BSIC)這對參數(shù)可以確定一個蜂窩小區(qū)(在本地)包含6bits,BSIC=[BCC,NCC]－3bits(8個值)的BCC(BTSColorCode),

代表基站的代碼－3bits的NCC(NetworkColorCode),

代表PLMN的代碼56f2BSIC=0f3BSIC=0f7BSIC=0f6BSIC=0f1BSIC=0f5BSIC=0f4BSIC=0f7BSIC=0f1BSIC=2f6BSIC=2f2BSIC=1f3BSIC=1f2BSIC=2－圖中兩個紅色的蜂窩小區(qū)的信標信道在同一載波f1上。－為了區(qū)分它們，分配了兩個不同的BSIC值(BCC=0和BCC=2)。

－這兩個BSIC的值，對應(yīng)著正常突發(fā)中的兩個不同的訓(xùn)練序列(26bits)。圖１０－２０在同一BCCH頻率上BSIC的應(yīng)用(1)f2BSIC=0f3BSIC=0f7BSIC=0f6BSIC=0f1BSIC=0f5BSIC=0f4BSIC=0f7BSIC=0f1BSIC=2f6BSIC=2f2BSIC=1f3BSIC=1f2BSIC=2－如果沒有BSIC的話(實際上是BSIC中的BCC)，移動臺將不能解析蜂窩小區(qū)的訓(xùn)練序列(26bits)。=>它不能正確解調(diào)其他時隙(有BC-,P-,T-CH信道的)。－鎖定在一個BS上的移動臺(給定了BCC的)不能再鎖定到另一個BS上(即使它們使用同樣的頻率)。圖１０－２1在同一BCCH頻率上BSIC的應(yīng)用(2)BSIC中的NCC部分在邏輯上允許區(qū)分使用相同頻率的兩個互相接壤國家的GSM運營商－即使有雙重“沖突”：(1)BCCH頻率(2)BSIC的BCC部分。

f1BSIC=0,2f1BSIC=0,3圖１０－２２BSIC在兩個相鄰PLMN的應(yīng)用３.BCCH－BCCH(BroadcastControlChannel):廣播控制信道，廣播蜂窩小區(qū)的其他邏輯特性參數(shù)(或者系統(tǒng)信息)－782bps的速率(基本設(shè)置)－傳輸模式系統(tǒng)信息被組合成23bytes(184bits)為單位該184bits被編碼成456bits，并且被分割成57bits的8個halfblocks該8個halfblocks被交織在4個正常突發(fā)中60廣播的系統(tǒng)信息－選擇蜂窩小區(qū)的參數(shù)(要求的最低信號電平，允許的最大發(fā)射功率)－位置區(qū)域代碼LAI(幫助決定切換)－給出隨機接入規(guī)則的RACH參數(shù)－對如何配置公共控制信道的詳細描述－對如何組織CBCH(CellBroadcastCHannel)信道的詳細描述－相鄰蜂窩小區(qū)的信標信道頻率－分配給BS的載波表－CI(CellIdentity)…(~~BSIC)－其他必要的參數(shù)(例如：DTX的應(yīng)用，功率控制等)61BCCH1010203040FFFFFSSSSS圖１０－２３BCCH在51幀的復(fù)幀中的位置

在幀中的位置

－一般來說是在時隙0－其他可能性，時隙2、4、6。移動臺開機后…１.首先按照某個順序搜索可能存在的GSM頻率(可以在SIM卡中指定)－900MHz，1800MHz(DCS)，1900MHz(PCS)，850MHz(AMPS)…２.接著根據(jù)收到的功率強度將頻率進行排隊３.然后在信號最強的頻率上，搜尋－一個“時隙”信號(TDMA,4.6154)－FCCH突發(fā)(檢測解調(diào)后最合適的頻率)。63４.如果檢測到了FCCH突發(fā)，移動臺將鎖定這個頻率(在頻率上同步)５.繼續(xù)尋找SCH突發(fā)，找到后：

－在時間上進行同步－獲得一個網(wǎng)絡(luò)時間(FN)－然后對BSIC進行解碼(并且知道蜂窩小區(qū)中使用的26bits的訓(xùn)練序列)６.對BCCH進行解碼，以便獲得系統(tǒng)信息和確定運營商(“home”或“visited”)７.…64移動臺通話時移動臺繼續(xù)監(jiān)測，要了解網(wǎng)絡(luò)其他地方發(fā)生的事(但是不全部解碼)…為切換做準備(MAHO,MobileAssistedHO)－通話中的移動臺在“monitoring”期間，掃描相鄰蜂窩小區(qū)信標信道的TDMA幀(當前的BS的BCCH中指出了有關(guān)頻率)，測量來自它的功率。－移動臺對不同的相鄰信道進行功率測量，然后將測量結(jié)果通過配合TCH信道的控制信道SACCH信道送回當前的BS。65當前的BS相鄰的BS

圖１０－２４對信標信道的掃描圖１０－２５利用空閑時隙檢測測量測量并解碼當前BTS當前BTSi相鄰BTSi0000六、公共控制信道CCCH(CommonControlChannel)包括隨機接入信道RACH(RandomAccessChannel)、準許接入信道AGCH(AccessGrantChannel)、尋呼信道PCH(PagingChannel)、小區(qū)廣播信道CBCH(CellBroadcastChannel)。68RACH信道～是所有移動臺共享的，并且允許它們向網(wǎng)絡(luò)申請一個特別服務(wù)的控制信道。69１.接入突發(fā)結(jié)構(gòu)：－擴展尾比特(extendedtailb