07第七章 空中接口上的传输
GSM空中接口
科技资讯 SC I EN C E &TE C HN O LO G Y I NF O R MA T IO N 信 息 技 术1 GSM系统的无线传输特征G SM系统的空中接口可以分为逻辑信道和物理信道两种,其中逻辑信道是指物理信道上传输的信息内容。
物理信道是指信息传输的媒介。
G S M系统是既有T D M A 又有FDMA,在GSM系统中,一般有3个,4个或者7个小区构成一个区群,在区群内使用不同的频道,同频道保持相等距离,这样就实现了FDMA。
每个小区中含有多个载频,而每个载频上又分成8个时隙,每个时隙就是一个物理信道,这样单个GS M载频就可以同时支持8个移动用户通话,每个信道占用载频的八分之一时间,每次通话都会占据一个时隙直到通话结束或者发生切换,这样又实现了T DM A。
G S M900系统的工作频段是分上行和下行的,其中上行是指移动台发、基站收的频段是:890M H z～915M Hz,而下行是指基站发、移动台收的频段是:935MH z～960M Hz;收、发频段的间隔是45MHz,其中移动台的发射频段比基站的低,这是因为移动台采用较低频段发射,传输的损耗就比较小,有利于补偿上行和下行的功率不平衡。
在同一个区群内载频间隔是0.2MHz,整个工作频段被分为124对载频,频道的序号用n来表示。
由于每个载频分成8个时隙,所以G S M系统共有992个时隙。
但是在我国G S M系统只用了10MH Z,即上行的905M H z～915M H z其中905MHz～909M Hz是移动使用,909MH z～915M H z是联通使用;下行的950M H z～960M H z其中950M H z～954M H z是移动使用,954MHz～960MHz是联通使用。
很容易的我们知道联通有29个频点,移动有19个频点,但事实上移动有20个频点因为移动向下压缩了B网的一个频点。
GSM使用的是高斯型最小频移键控G M S K方式,基站的发射功率是每载波500W,所以每时隙平均是500/8也就是62.5W。
无线通信原理作业习题（64学时）
第一章1. 什么叫移动通信?移动通信有哪些特点?2. 单工通信与双工通信有何区别?各有何优缺点?3. 数字移动通信系统有哪些优点?4. 常用移动通信系统包括哪几种类型?5. 蜂窝通信系统采用了哪些技术?它与无线寻呼、无绳电话、集群系统的主要差别是什么?6. 集群的基本概念和方式是什么?它与常用的话音通信有何差别?7. 移动卫星通信的典型系统有哪些?它与地面蜂窝移动通信的差别是什么?8. 什么叫分组无线网?9. 移动通信包括哪些主要技术?各项技术的主要作用是什么?10. 移动通信系统由哪些功能实体组成?其无线接口包括哪几层的功能?第二章1. 移动通信中对调制解调技术的要求是什么?2. 已调信号的带宽是如何定义的? FM信号的带宽如何计算?3. 什么是调频信号解调时的门限效应? 它的形成机理如何?4. 试证明采用包络检测时，FSK的误比特率为e-r/2/2。
5. 试述MSK调制和FSK调制的区别和联系。
6. 设输入数据速率为16 k b／s，载频为32 kHz，若输入序列为{0010100011100110}，试画出MSK信号的波形，并计算其空号和传号对应的频率。
7. 设输入序列为{00110010101111000001}。
试画出GMSK在B b T b=0.2时的相位轨迹，并与MSK的相位轨迹进行比较。
8. 与MSK相比，GMSK的功率谱为什么可以得到改善?9. 若GMSK利用鉴频器解调，其眼图与FSK的眼图有何异同?10. 试说明GMSK一比特延迟差分检测和二比特延迟差分检测的工作原理。
11. 试证明PSK相干解调的误比特率为。
12. QPSK、OQPSK和π/4-DQPSK的星座图和相位转移图有何异同?13. 试述π/4-DQPSK调制框图中差分相位编码的功能，以及输入输出信号的关系表达式。
14.试述π/4-DQPSK基带差分检测电路中解码电路的功能，以及输入输出信号的关系表达式。
15. 试说明π/4-DQPSK信号的基带差分检测和中频差分检测的原理。
第七课：LTE空中接口分层详解
第七课：LTE空中接口分层详解前面一课我们了解到，LTE空中接口协议栈主要分为三层两面，三层是指物理层、数据链路层、网络层，两面是指控制平面和用户平面。
从用户平面看，主要包括物理层、MAC 层、RLC层、PDCP层，从控制平面看，除了以上几层外，还包括RRC层，NAS层。
下面我们分别对这些分层进行详解。
一、MAC 媒体接入控制层1. MAC层功能概述不同于UMTS，MAC子层只有一个MAC实体，包括传输调度功能、MBMS功能、MAC控制功能、UE级别功能以及传输块生成等功能块。
MAC层结构如图1图1 MAC层结构图MAC层的各个子功能块提供以下的功能：（1） 实现逻辑信道到传输信道的映射；（2） 来自多个逻辑信道的MAC服务数据单元（SDU）的复用和解复用；（3） 上行调度信息上报，包括终端待发送数据量信息和上行功率余量信息。
基于HARQ机制的错误纠正功能；（4） 通过HARO机制进行纠错；（5） 同一个UE不同逻辑信道之间的优先级管理；（6） 通过动态调度进行UE之间的优先级管理；（7） 传输格式的选择，通过物理层上报的测量信息，用户能力等，选择相应的传输格式（包括调制方式和编码速率等），从而达到最有效的资源利用；（8） MBMS业务识别；（9） 填充功能，即当实际传输数据量不能填满整个授权的数据块大小时使用。
各功能与位置和链路方向的对应关系如图2所示。
图2 MAC功能与位置和链路方向的关系2. MAC层关键过程1. 调度与UMTS不同，LTE完全取消了专用信道，并引入了共享信道的概念。
在不同UE不同逻辑信道之间划分共享信道资源的功能成为调度。
早期的很多接入系统每个用户的业务都有专门的信道，虽然到了HSPA时已经有共享信道的概念，但是主要还是针对数据业务。
LTE的几乎所有的应用与业务都是使用共享信道，由于各个业务与应用的对服务质量（QoS）的要求是不同的，如何为具有不同带宽要求、不同时延保障、不同QOS等级的各种业务合理地分配资源，在满足业务需求的基础上，提高网络的总体吞吐量和频谱效率，是分组调度的核心任务。
空中信道
第五章空中接口上的信道模拟和数字信号的发射GSM采用数字空中接口的主要原因：抗噪声能力强，能增加频率复用率，减小干扰。
可采用差错校正技术，保证传输话务的可靠性。
为移动用户增加了保密性，为系统操作员增加了安全性。
可与ISDN兼容，使用标准化开放式接口，并能为用户提供范围更广的业务。
调制技术信号要在空中发送需要经过调制，有三种调制技术：幅度调制对于模拟信号来说易于实现，但抗噪声性能差。
频率调制实现起来复杂一些，但是抗噪声性能较好。
相位调制抗噪声性能最好，但是对于模拟信号来说实现起来过于复杂，所以也很少使用。
数字信号可以采用以上任何一种调制方式，其中，相位调制的抗噪声性能最好。
因为相位调制对数字信号而言易于实现，所以GSM 空中接口采用了这种调制方法。
相位调制对于数字信号而言也称为相移键控PSK（Phase Shift Keying）。
调制技术1. 幅度调制(AM- Amplitude Modulation)2. 频率调制(FM- Frequency Modulation)3.相移键控(PSK- Phase Shift Keying)数字信号的发射虽然相位调制抗噪声性能很好，但是还存在一个问题，当信号突然改变相位时，会产生高频分量，需要较宽的发射带宽。
GSM系统必须有效的利用有限的频段，所以在GSM空中接口没有简单的采用这种相位调制技术，而是采用一种更有效的、改进型的相位调制技术，称为高斯最小相移键控GMSK（Gaussian Minimum Shift Keying）高斯最小相移键控GMSK（Gaussian Minimum Shift Keying）如果采用二进制相移键控BPSK（Binary Phase Shift Keying），当数字信号从“1”到“0”或从“0”到“1”时，载频的相位随之立即变化，采用GMSK后，相位的变化需经过一个时间段，这样减少了高频分量。
采用GMSK时，数字信号首先经过一个高斯滤波器，使之变形，减少信号的锐变。
空中接口的概念及其性能要求
空中接口的概念及其性能要求空中接口（Air Interface）是指用户终端（UT）和无线接入网络（RAN）之间的接口，它是任何一种移动通信系统的关键模块之一，也是其“移动性”的集中体现。
IMT-Advanced的空中接口，在设计思想上是基于ITU-R M.1645建议，其设计目标是：以用户为中心；技术上灵活；成本上可行。
IMT-Advanced系统中典型应用场景有三种：广域场景，其小区覆盖大，业务量中等；大城市场景，其小区覆盖中等，业务量高；本地场景，其小区覆盖小，业务量高。
IMT-Advanced系统根据不同的应用场景，对空中接口提出了不同的性能要求（见表1）。
此外，为了支持链路自适应技术和时延敏感性强的应用，空中接口还要在时延性能上满足表2所列出的参数。
3 空中接口的关键技术空中接口中的技术种类繁多，这里先介绍协议参考模型，然后按照层次关系，分别介绍各协议层中的关键技术。
3.1 协议参考模型IMT-Advanced系统空中接口的协议参考模型，自上而下由四部分组成：无线资源管理层（RRM）、无线链路控制层（RLC）、媒体接入控制层（MAC）和物理层（PHY）。
在确保为高层协议提供统一的接口封装的前提下，为了实现“以用户为中心”的目标，即根据不同的用户需求来提供相应的服务，空中接口的各个协议层（除RLC层外）又被进一步划分为通用部分和特殊部分。
这样，每个协议层可以根据不同的用户需求来调用不同的协议子层，优化无线资源的利用，同时对高层协议屏蔽了底层用户需求的细节。
3.2 物理层物理层位于协议参考模型的最低层，承载全部上层应用，它所含技术种类繁多（包括调制技术、编码技术、双工方式以及射频实现等），且复杂度高。
物理层技术的发展就是移动通信系统发展的标志。
（1）空间处理空间处理能给系统带来性能上的增益，主要是通过空间分集、空间复用、空分多址（SDMA）和干扰抑制等技术来实现的。
空间分集通过在独立信道上传输相同的数据，来提高传输的可靠性，因此它可以有效克服信道衰落的影响。
LTE入门篇-7：LTE的信道
LTE⼊门篇-7：LTE的信道信道是不同类型的信息，按照不同传输格式、⽤不同的物理资源承载的信息通道。
根据信息类型的不同、处理过程的不同可将信道分为多种类型。
重点介绍LTE的逻辑信道、传输信道、物理信道等常见的信道类型，并和3G相应的信道类型作了⽐较，通过⽐较可以加深LTE信道结构的理解。
最后给出LTE从逻辑信道到传输信道，再到物理信道的映射关系。
依据不同的货物类型，采⽤不同的处理⼯艺，选择相应的运送过程，最后保证接收⽅及时正确地接受货物。
1.信道结构1.1 信道的含义信道就是信息的通道。
不同的信息类型需要经过不同的处理过程。
⼴义地讲，发射端信源信息经过层三、层⼆、物理层处理，在通过⽆线环境到接收端，经过物理层、层⼆、层三的处理被⽤户⾼层所识别的全部环节，就是信道。
信道就是信息处理的流⽔线。
上⼀道⼯序和下⼀道⼯序是相互配合、相互⽀撑的关系。
上⼀道⼯序把⾃⼰处理完的信息交给下⼀道⼯序时，要有⼀个双⽅都认可的标准，这个标准就是业务接⼊点（Service Access Point，SAP）。
协议的层与层之间要有许多这样的业务接⼊点，以便接收不同类别的信息。
狭义的讲，不同协议之间的SAP就是信道。
1.2 三类信道LTE采⽤UMTS相同的三种信道：逻辑信道、传输信道和物理信道。
从协议栈⾓度来看，逻辑信道是MAC层和RLC层之间的，传输信道是物理层和MAC层之间的，物理信道是物理层的，如图所⽰。
逻辑信道关注的是传输什么内容，什么类别的信息。
信息⾸先要被分为两种类型：控制消息（控制平⾯的信令，如⼴播类消息、寻呼类消息）和业务消息（业务平⾯的消息，承载着⾼层传来的实际数据）。
逻辑信道是⾼层信息传到MAC层的SAP。
传输信道关注的是怎样传？形成怎样的传输块（TB）？不同类型的传输信道对应的是空中接⼝上不同信号的基带处理⽅式，如调制编码⽅式、交织⽅式、冗余校验⽅式、空间复⽤⽅式等内容。
根据对资源占有的程度不同，传输信道还可以分为共享信道和专⽤信道。
WCDMA(空中接口)基本原理概述
三、WCDMA（空中接口）基本原理概述目标：了解扩频的基本原理（码字）、功率、功率控制、上下行链路的覆盖限制、Rake接收机、宏分集、发射分集、压缩模式及无线帧等概念。
1、扩频基本原理（码字）对于多址接入方式，WCDMA在同一载频上，多个用户通过不同的码字加以区分，为什么WCDMA还会有时间轴的定义？对于CDMA来说，物理信道的定义是频率加码字，时间概念的引入是在传输信道上基带信号处理过程的基本单位，对应用层信息，以多长时间来分块进行基带信号处理，如GSM中20ms的时间块，在UMTS中则随不同传输信道的格式，选择10ms、20ms、40ms或80ms等不同的时间块。
所以时间概念是空中接口基带信号处理中传输信道的适配，也就是传输信道上的速率适配。
时间和时隙的作用是提供时钟参考和传输信道块的处理单位。
在WCDMA中码字（Code）和功率（Power）是二个重要概念，码字是用来区分每一路通信的，而功率是对系统的干扰。
与GSM类似，在WCDMA系统中，FDD方式下空中接口的主要参数包括：带宽――5MHz（实际使用的带宽射频调制之后是4.75MHz，在频率划分上可以不留保护频带）；双工间隔――190MHz（中间值），规范规定双工间隔可以在134.8MHz～245.2MHz间取值（取决于不同国家的频谱规划）；信道栅格（channel raster）――200KHz，在中心频率选择时，每200KHz频率作为一个单位，故中心频率一定是200KHz的整数倍；绝对射频信道号（UARFCN）――用一对整数来描述空中接口的一对上下行频率，对应关系：Nul（Number UL）＝5xful；Ndl＝5xfdl，其中ful和fdl分别是上行和下行链路的绝对频率值。
该参数将作为底层的系统配置参数写入软件中，一旦获得相应的Lisence参数就不会发生变化。
在TDD方式下，会增加一个时隙参数的定义，一个TS定义为666.67us；频段从1900～1920MHz；2010～2025MHz，每5MHz构成一个中心频率。
移动通信原理与系统(第4版)第七章 第四代移动通信系统 — LTE及LTE-Advanced
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7.1.2 LTE需求
无线资源管理需求
（1）增强无线资源管理机制，以便实现更好的端到端QoS； （2）E-UTRAN系统应提供在空口有效的传输和高层协议操作方式， 如支持IP头压缩； （3）E-UTRAN系统应支持在不同的无线接入系统间的负载均衡机制 和管理策略。
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21
7.1.2 LTE需求
7.4 LTE-Advanced介绍
7.5 载波聚合技术
7.1.1 载波聚合简介 7.1.2 载波聚合部署场景 7.1.3 载波聚合关键技术
7.6 中继技术
7.1.1 概述 7.1.2 中继分类 7.1.3 LTE-Advanced中继系
统的中继时隙配置
7.1.4 协作中继技术
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学习重点与要求
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7.1.3 LTE关键技术
❖多载波技术
对抗时间弥散无线信道的健壮性。由于把宽带传输信号细分为多个 窄带子载波，从而使得符号间干扰主要限制在每个符号起始的保护 带内； 通过频域均衡实现的低复杂度接收机； 广播网络中多重发射机发射信号的简单合并；
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7.1.3 LTE关键技术
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7.1.2 LTE需求
业务相关需求
E-UTRA系统应能够有效支持各种类型的业务，包括现有的网页浏览、 FTP业务、视频流业务和VoIP业务，并能够以分组域方式支持更先进 的业务（如实时视频或一键通）。VoIP业务的无线接口和回程效率以 及时延性能不低于现有的UMTS系统电路域话音实现方式。
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7.1.2 LTE需求
（1）在相同的地理区域内实现与GERAN/3G系统的邻频、共站址共 存； （2）在相同的地理区域内实现不同运营商系统间的邻频、共站址共 存； （3）在国境线上的系统间可实现相互重叠和相邻频段情况下共存； （4）可在所有的频段内独立进行部署。
通信复习题
现代通信复习提要第一章绪论1. 通信的定义2. 通信的分类 ⑴按传输信息的媒质的不同，可将通信分为： 和 。
⑵根据通信系统传输信号形式不同，通信系统分为 、 。
⑶根据消息在送到信道之前是否采用调制，通信可分为 和 。
3通信系统的传输媒质包括（ ）（ ）（ ）（ ）A.电磁波B. 电缆C. 光缆D.无线电波4通信设备的工作方式有（ ）（ ）（ ）（ ）A.单工制B.半双工制C.全双工制D.混合制5. 消息中的信息量与消息发生的 有关，消息出现的概率愈小，则消息中的 越大。
6. 符号集为A 、B 、C 、D 、E ，相互独立，相应概率为、、、、，其平均信息量为：（ ）7. 采用二进制编码，信息速率为400kbit/s ，则码元速率为 ；如采用十六进制编码，码元速率为 。
8. 采用二进制编码，信息速率为20Mbit/s,则码元速率为 ，如采用十六进制编码，码元速率为 。
9.通信系统的两个最主要的性能指标是 和 。
10.衡量通信系统的主要性能指标包括 和 。
11. 黑白电视图像每幅含有5103⨯个象素，每个象素有16个等概率出现的亮度等级。
要求每秒传输30帧图像。
若信道输出信噪比为30dB ，计算传输该黑白电视图像所要求的信道最小带宽？12. 某高斯信道带宽为4kHz ，输出信噪比为63倍，则信道容量为：（ ）第二章 数字通信系统 1.数字通信系统可进一步细分为 、 、 。
2.数字通信系统，按照调制方式的不同，可分为 传输和 传输。
3. 数字通信系统的特点有（ ）（ ）（ ）（ ）A . 传输离散的数字信号B . 占用带宽较大C . 抗干扰能力强，实现远距离高质量传输D . 实现综合业务数字化、安全性强4.将时间上连续的信号处理成时间上离散的信号的过程叫（ ）A.编码B.量化C.抽样D.复用5模拟信号数字化经过 、 、 三个过程。
6. 我国PCM 语音编码采用的压缩标准是（ ）A . A 律 B . B 律 C .μ 律 D . β律7. 在PCM 系统中，设输入信号的抽样值为＋635个量化单位（最小的量化间隔为1个量化单位），采用逐次比较编码将它按照13折线A 律特性编成8位码 ，试求：（1） 编码器的输出码组876554321C C C C C C C C C ；（2） 计算量化误差。
GSM空中接口(1)
NB Data(数据)
Speech(话音)
TCH/FS
TCH/HS
TCH/EFR TCH
TCH/9.6 TCH/4.8
TCH/2.4
SACCH
FACCH
（2）、控制信道 GSM控制信道包括： 广播信道BCH (Broadcast Channel); 通用控制信道CCCH (Common Control Channel); 专用控制信道DCCH (Dedicated Common Control Channel).
移动台将会监视相邻小区中BCCH的信息，并 存储信号最强的6个小区的信息。这些小区的 SCH信息也被存了下来，以便移动台到了一个新 小区时，可以快速的与之同步。
注： 由于GSM采用TDMA，最大小区半径为35km，因此需要进 行时序调整，来保证信号在恰当的时候到达基地站。 否则从小区边缘发射过来的信号，就将因为传输的时延和从 基站附近发射的信号相冲突（除非二者之间存在一个大于信号 传输时延的保护时间）。通过时序调整，手机发出的信号就可 以在正确的时间到达基站。当MS接近小区中心时，BTS就会 通知它减少发射前置的时间，而当它远离小区中心时，就会要 求它加大发射前置时间。 当手机处于空闲模式时，它可以接收和解调基站发来的BCH 信号。在BCH信号中有一个SCH的同步信号，可以用来调整 手机内部的时序，当手机接收到一个SCH信号后，它并不知 道它离基站有多远。如果手机和基站相距30km的话，那么手 机的时序将比基站慢100us。当手机发出它的第一个RACH信 号时，就已经晚了100us，再经过100us的传播时延，到达基 站时就有了200us的总时延，很可能和基站附近的相邻时隙的 脉冲发生冲突。因此，RACH和其它的一些信道接入脉冲将比 其它脉冲短。只有在收到基站的时序调整信号后，手机才能发 送正常长度的脉冲。在我们的这个例子中，手机就需要提前 200us 发送信号。
空中接口上的传输
DCS1800 1710-1785() 1805-1880() 275MHz 95MHz
DECT 1880-1900 20MHz 0
表９－１
GSM系统使用的频率段
•频分多址(FDMA)
Frequency Division Multiple Access
在 GSM 系统中，整个频段被分为 200KHz 一段， 信号被传输在中央频率附近的载波上。
10
全速率物理信道
频率
载波
载波 载波
载波
TDMA帧
时间
图９－２
使用跳频的单工物理信道
多址接 入方式
系统
缺陷
优点
FDMA 模拟系统(第 对衰落敏感 (窄带) 一代) 不灵活
TDMA GSM, DECT, 需要均衡技术(在 IS54(卫星通 宏蜂窝中) 信) 需要同步技术 CDMA IS-95(全球 (直接扩 定位系统) 频) 复杂的信号处理 柔和的功率控制
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语音信号
语音信号
信源编码
信道编码 交织编码 复用和生成 突发
信源译码
信道译码
反交织编码
去复用和提取 突发中资料
解密 解调和均衡
加密
调制 图９－５ 语音的传送链
•语音的打包传送
利用语音信号是时间的一个函数的特性。 －将信号分割成20ms的连续的曲线 －对每一条曲线进行数字化 (量化)、压缩、 加入保护信息，从而形成一个被编码了的帧， 占456bits，有时也被称为块(block)。 －整个打包过程带来的延迟大约为20ms。
－如果仅采用第一种方法，时隙末的保护 时间必须有200s左右；GSM系统中同时使 用 了 TA 管 理 ， 时 隙 末 的 保 护 时 间 降 低 到 30s。
GSM空中接口(1)
2、GSM逻辑信道
GSM空中接口有两种逻辑信道：业务信道 （Traffic Channel）和控制信道（Control Channel）。 （1）、业务信道TCH（Traffic Channel） 业务信道用于传送话音和数据信息。业务信道 有全速率业务信道和半速率业务信道之分。半速 率业务信道所使用的时隙是全速率业务信道所用 时隙的一半。
一、GSM系统无线传输特征
1、TDMA/FDMA接入方式
GSM系统中，由若干个小区（3个，4个或者7 个）构成一个区群，区群内不能使用相同频道， 同频道距离保持相等，每个小区含有多个载频， 每个载频上含有8个时隙，即每个载频有8个物理 信道，因此GSM系统是时分多址/频分多址的接入 方式。
2、频率与频道序号
CCH（控制信道）
BCH（广播信道-仅为下行）
BCCH
同步信道
SCH
FCCH
广播控制信道BCCH（Broadcast Control Channel） BTS在所有时间都发送广播控制信道，用来载 送BCCH的无线载频称为BCCH载频，当移动台 开机但没有通话时，会周期性的监视BCCH中的 信息（至少每30秒） BCCH总是在所有的时刻以恒定功率发射，使 所有可能会用到它的移动台能测量它的信号强度。 当BCCH没有信息发送时就发送填充比特，或称 为虚拟突发脉冲序列。
TETRA集群通信系统空中接口协议
S TANDARD IZATIO N AND R E FE RE NC E 电信工程技术与标准化
TETRA集 群 通 信 系 统 空 中 接 口 协 议
徐小涛 （通信指挥学院 武汉 430010）
摘 要 本文从TETR A空中接口网络协议栈结构为主线，介绍了TETR A系统的物理层、数据链路控制层和网络层的 技术体制和主要的功能业务，对于TETR A集群通信系统的推广应用具有重要的实践指导意义。
图1 移动台/ 基站空中接口网络协议栈
·2010年 第7期·
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标准 与规 范
S T AN D A R D IZ AT IO N AN D R E F E R E N C E T E LE C O M E N G I N E E R I N G T E C H N IC S A N D S TA N D A R D IZ A TI O N
帧为控制帧。以话音加数据电 路方式工作时，把 18 帧 实它们有权接入该信道，否则它们必须返回至主控信道
复帧 长的 业务压 缩在 17 个 T DMA 帧中 传送， 从而允 （MCCH ）。
许将第 18 帧用作控制指令，而不致造成数据流的中断。
（2） 在 信 令 信 道 上 传 送 接 入 控 制 元 素（ 接 入 码
移动链路控制实体（MLE）用来管理移动台至基站 / 基
站至移动台的连接、登记区域内的移动性、识别码管理、
业务质量选择和协议鉴别（即传送至较高层实体）。
高层实体不涉及传输机理，只是按数据原语（请求
/ 指示 / 应答 / 证实）和协议数据单元（PDU ）进行处 理，相反，物理层则依从预先确定的固定定时机制，不
TDMA 帧 结 构如 图 2 所 示。由 4 个 时隙 构成 一 个 叉呼叫（在覆盖中断处，系统把移动台所用的那个信道
LTE空中接口技术基础
双工方式分类
FDD:
上行传输和下行传输在不同的载波频段上进行；
TDD:
上行传输和下行传输在相同的载波频段上进行； 基站/终端在不同的时间进行信道的发送/接收或
者接收/发送 ；
H-FDD:
上行传输和下行传输在不同的载波频段上进行； 基站/终端在不同的时间进行信道的发送/接收
5. 【单】以下哪种双工方式更适用于非对称频谱？（）
A.TDM
C.FDD
C.CDMA
D.TDD
6. 【多】TDD与FDD的差别有：（）
A. 双工模式差异：FDDTDD双工方式不同
B. 多址方式差异：FDDTDD多址方式不同
C. 帧结构差异：FDDTDD帧结构不同
D. 带宽差异：FDDTDD支持的带宽不同
目标
学习完此课程，您将会：
了解LTE双工方式 掌握LTE帧结构 掌握LTE物理信道和信号的功能 掌握层二的主要功能即信道映射关系
目录
第一章 LTE空口协议结构概述 第二章 LTE空口双工技术 第三章 LTE的帧结构 第四章 LTE空口下行物理信道与信号 第五章 LTE空口上行物理信道与信号 第六章 LTE空口层二协议功能 第七章 LTE空口信道映射和关系
本章小结
LTE双工分类 LTE中FDD和TDD使用的频段和频谱 LTE中频段和频道号的关系和计算
目录
第一章 LTE空口协议结构概述 第二章 LTE空口双工技术 第三章 LTE的帧结构 第四章 LTE空口下行物理信道与信号 第五章 LTE空口上行物理信道与信号 第六章 LTE空口层二协议功能 第七章 LTE空口信道映射和关系
Байду номын сангаас
GSM空中接口过程分析
内容摘要本教材内容主要在简单介绍GSM移动系统基本原理及网络构成的基础上，对GSM系统的无线接口原理进行详细深入的讲述；并结合实际，进一步分析GSM空中接口流程。
主要包括四部分：1，GSM网络结构和网络部件2，GSM网络中的信令链路及简要的信令流程3，空中接口信道结构4，空中接口信令流程及过程分析第一部分 GSM网络结构和网络部件一、GSM网络结构1，网络概述GSM系统由一系列功能单元组成。
给出一个简单的网络结构图。
图中的各个组成部件表示系统的每一功能单元。
在实际的网络构成中，每一功能单元的出现比率不是图中所示的一次，可多次出现。
各种网络部件的接口都采用标准接口，这样可以在一个网络中使用不同厂家的设备，比如可将Motorola的基站系统BSS与Ericsson的网络交换系统配合使用。
一般整个系统可分成几个部分：（1），移动台 MS（Mobile Station）如手机、传真机等用户实际所使用的设备。
（2），基站系统 BSS（Base Station System）为移动台MS和陆地交换设备提供无线连接的部分。
（3），网络交换系统（Network Switching System）由MSC及一些相关的数据库组成，完成电话交换及提供GSM系统与PSTN的连接功能等。
（4），操作与维护系统（Operation and Maintenance System）使网络管理员能对网络进行集中操作与维护。
GSM 系统网络构成基站系统网络交换系统操作与维护系统 移动台PSTNNMCOMCMSCVLR EC HLR EIRAUCIWFXCDRBSCBTSSIMME接口 / 连接二、网络部件1，移动台MS移动台是用户设备，它可以是车载型、便携型和手持型三种。
它的物理设备和移动用户是完全独立的。
包括两部分：移动设备ME(Mobile Equipment)和用户识别模块SIM(Subscriber Identify Module，一般也叫做SIM卡即智能卡)。
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一、多址接入 无线电频谱的资源非常有限，全球都在分享有 限的资源。 －频分多址(FDMA) －时分多址(TDMA)
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•时分多址(TDMA)
Time Division Multiple Access，将载波分割成时 隙(slot)。
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语音信号
语音信号
信源编码
信道编码 交织编码 复用和生成 突发
信源译码
信道译码
反交织编码
去复用和提取 突发中资料
解密 解调和均衡
加密
调制 图7－5 语音的传送链
•语音的打包传送
利用语音信号是时间的一个函数的特性。 －将信号分割成20ms的连续的曲线 －对每一条曲线进行数字化(量化)、压缩、 加入保护信息，从而形成一个经过了编码的 帧，占456bits，有时也被称为块(block)。 －整个打包过程带来的延迟大约为20ms。
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0 1
7
时隙：156.25 bits(577s) 8.25 bits(30.46 s) 编码和加密后数据 3 bits 57+1 bits 训练序列 26 bits 编码和加密后数据 57+1 bits 3 bits
图7－13 正常突发的格式
•训练序列
～是一连串固定的二进制单元，它具有自相关 的特性。由16个在中央的符号和分布在两端的 两个5bits的域组成。 00100 1011100001000100 10111
缺陷：带来了额外的延迟。
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步骤： －456bits的编码块的排列如图7-11(适用于 456bits的语音块和大部分的信令块)。 －每个子块 (0, 1, 2, 3和前一个语音帧；4, 5, 6, 7和后一个语音帧)和别的子块相结合。 －将一个突发中的两个子块混合。一个突 发中的偶数位对应最新的语音帧，奇数位 对应前一语音帧。
(m+1)被称为编码约束长度。
卷积码通常用(n, k, m)表示，k表示信息元个数， n表示由k个信息元通过编码器产生长度为n的 码段，m表示这个长度为n的码段与前m组的信 息元有关。
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输入
数据S1
D1
S2
D2
S3
C1 码字输出 C2
C S1 S 2 S 3 输出码字： 1 C 2 S1 S 3
－跳频号介于0~N-1之间；
－使用规范中的一个算法，可以生成一系列介 于 0 ～ N-1 的 伪 随 机 数 Si 。 该 算 法 使 用 FN (Frame Number) 和 HSN (Hopping Sequence Number)作为参数； －在分配信道时，BTS将分配一个介于0~N-1 的索引MAIO (Mobile Allocation Index Offset)给 移动台。移动台通过将MAIO和Si两者相加(模 N)来决定频率号。
－如果仅采用第一种方法，时隙末的保护 时间必须有200s左右；GSM系统中同时使 用 了 TA 管 理 ， 时 隙 末 的 保 护 时 间 降 低 到 30s。
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三、GSM系统中的通信流程
•语音的传送流程：
发送端：语音信源编码信道编码交织 编码复用和生成突发加密调制 接收端：解调解密去复用和提取突发中 有用信息反交织编码信道解码信源解 码语音
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全速率物理信道
频率
载波
载波 载波
载波
TDMA帧
时间
图7－2 使用跳频的单工物理信道
二、双工通信
•频段分割 GSM系统中，使用了FDD技术，将频率段 分成两个相等的小段。 GSM900 系 统 的 双 工 作 业 间 隔 为 45MHz ， DCS1800系统的双工作业间隔为95MHz。
01
c
图7－8 (2, 1, 2)码状态图
a
00 11
a
00 11
a
00 11
a
00 11
a
00 11
a
00 11
a
b
10
b
11
00 10
b
11
00 10
b
11
00 10
b
11
00 10
b
实线：输入数据为0时 虚线：输入数据为1时 线旁数字：输出码字 节点：状态 粗线：输入(11010)时的轨 迹 输出码字：1101010010
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对于512n885：f下行=1805.2+[0.2(n-512)]
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系统中的载波对数为： GSM中，N载波=124
扩展GSM中，N载波=147
DCS1800中，N载波=374
对于一个GSM系统来说，双工的物理信道数量 为：8N载波。
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•时间提前量 (Timing Advance)
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频率
TDMA帧
双 工 作 业 间 隔
时间
图7－3 无跳频双工通信的物理信道
•载波的编号
ARFCN是描述载波号n的唯一方法，是被编码 成10bits上。 GSM900中下行频率为 对于1n124：f 下行 =935+(0.2n), n=0被允许使 用在扩展GSM中 对于975n1024：f 下行 =935+[0.2(n-1024)] (扩 展GSM) DCS1800中下行频率为
图7－7 (2, 1, 2)卷积码编码器
起始状态时，各寄存器清零，即S1S2S3为000。 假设输入数据M=[11010]，输出码字为(为了保 证全部数据通过寄存器，必须在数据位后加 "000"(尾比特，长度等于移位寄存器长度))：
S1 S3S2 C1C2 1 00 11 1 01 01 0 11 01 1 10 00 0 01 10 0 10 11 0 00 00 0 00 00
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•加密
根据网络的本地时间(超超帧中的帧号FN)和会 话密钥Kc，算法A5分别提供了两个114bits的伪 随机码。一个专门用于上行链路，另一个专门 用于下行链路。
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小结：
•GSM系统中所使用的频率段的特性
•GSM系统中来回传播的时间提前量的意义 •GSM系统中的交织编码 •维特比译码的应用
A0 A1 A2 A3
A0,n A4,n-1
A1,n A5,n-1
A2,n A6,n-1
A3,n A7,n-1
A0,n+1 A4,n
A1,n+1 A5,n
A2,n+1 A6,n
A3,n+1 A7,n
分到对应块的奇数bit 分到对应块的偶数bit
图7－12 块对角交织示意图(2)
六、突发的格式
突发一般包括：训练序列、数据和几个多余的 bits。
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先选前3个子码作为标准，对到达第三级的4个节点的8条路径进行比较
a
00
a
00
a
00
a
00
a
00
a
00
a
11(1)
11
11
11
11
11
b
10
b
11 00 10
b
11 00(1) 10
b
11 00 10(0)
b
11(0) 00 10
b
c
01(1)
01(0)
c
01
01
c
01
01
c
全速率信道：GSM系统中，在每一个TDMA帧 中，都分配一个时隙给某一个用户，用这种方 法构成的物理信道。 全速率信道能够以13kbps的速率传输语音，或 12/6/3.6 kbps传输数据。
半速率信道：GSM系统中，在每两个TDMA帧 中，分配一个时隙给某一个用户，用这种方法 构成的物理信道。
半速率信道能够以7kbps左右的速率传输语音， 或6/3.6 kbps传输数据。
状态
a
b
d
c
b
c
a
a
表7－4 (2, 1, 2)编码器的工作过程
•卷积码解码 －代数译码 －生成矩阵和监督矩阵 －概率译码 －维特比译码和序列译码
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•维特比译码 ～是一种最大似然译码算法。 基本思路：把接收到的码字与所有可能的码字 比较，选择一种海明码距最小的码字作为解码 输出。 由于接收序列通常很大，在使用～时，将接收 码字分段，每接收一段码字，计算比较一次， 保留码距最小路径，直至译完整个序列。 海明码距：两个等长的码之间对应位数字不同 的个数。
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•双工物理信道
一条单工物理信道一个载波上的每个TDMA 帧中的一个时隙
一条双工物理信道两条单工物理信道
双工作业间隔：f上行=f下行-W双工
式中， f 上行为上行载波频率，f下行为下行载波 频率，W双工为双工作业间隔。
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GSM系统中，对于移动台来说，发送和接收之 间有3个时隙的间隔，上行的TDMA帧比下行 的要推后3Tslot。
8个half burst
TDMA帧 个TDMA帧 语音帧 ≈发送一个语音帧所需时间
图7－6 一个语音帧在8个TDMA帧突发中的交织传输
五、差错控制
在GSM中，主要应用了： －使用简单的循环冗余码检错 －使用卷积码和维特比码(Viterbi)来纠错