精华公布栏

发信人: XingYue (星月传奇), 信区: CRC
标  题: GSM网的空间接口浅析(转载)
发信站: 哈工大紫丁香 (2002年10月18日09:03:43 星期五), 站内信件

【以下文字转载自 ECE 讨论区】
【原文由 champion 所发表】
发信人: Chaucer (远尘), 信区: Commun
标  题: GSM网的空间接口浅析
发信站: BBS 水木清华站 (Fri Sep 17 02:40:38 1999)

                            GSM网的空间接口浅析

                            山东省移动通信总公司
                                杨欣

--摘要对GSM网空间接口的定义、逻辑信道与物理信道的映射关系、帧结构及各种无
线信道上传送的信息进行了由浅入深的描述。

--关键词 GSM 空间接口浅析
--移动终端与GSM网络之间的接口称为空间接口，它是GSM网络中最复杂，也是参数
和性能最多的一个接口。该接口在网络的规划，优化以及工程建设和维护中，都显得非
常重要。

1 GSM网的主要功能单元
GSM数字公用陆地蜂窝移动通信系统主要由下述功能单元组成：移动台(MS)、基站子系统
(BSS)、移动业务交换中心(MSC)、拜访位置寄存器(VLR)、归属位置寄存器(HLR)、设备
识别寄存器(EIR)、鉴权中心(AUC)和操作维护中心(OMC)。其中基站子系统(BSS)包括基站
控制器(BSC)和无线基站(BTS)两部分。各个网元之间的接口均由GSM规范所定义，但各
个厂家在部分接口上采用自己的标准，使得设备选型和组网工作具有一定的难度，为此本
文将着重介绍这几种接口。

2 A接口、Abis接口、Uin接口
GSM网内各接口之间的通信协议均是基于国际标准化组织(ISO)建议的开放式系统互联七
层模式(OSI)建立的，各层协议均独立于其他层完成各自的功能。

2.1 MSC和BSS间接口
MSC与BSC间为标准A接口，符合GSM相关规定，接口之间采用7号信令，其应用协
议为BSSAP(基站子系统应用部分第七层协议)，该层协议建立在SCCP层之上（信令控制
连接部分）。BSSAP包括BSSMAP(基站子系统移动应用部分)和DTAP(直接转送应用部分)
协议两部分。基中BSSMAP是MSC至BTS的信令信息，DTAP是MSC通过BSC透明传
送给MS的信令信息。

2.2 BSC和BTS间接口
BSC与BTS之间的接口称Abis接口，采用LAPD信令(D信道链路应用部分)，应用部分
为BSSMAP协议。

2.3 BTS和MS间接口
BTS与MS之间的Um接口称为空间接口(即无线信道)，它采用LAPDm信令。该接口包
括三层协议：
第一层为物理层，该层通过无线信道发送或接收各种编码信息，主要提供了信息传送所
需要的时分复用(TDM)帧结构。
第二层为链路层，是介于第三层和第二层之间的传送媒体，其功能是将第三层信令无差错
地传送给第一层。
第三层为网络层，主要提供3种网络管理功能：
(1)RR--无线资源管理(Radio Resource)，包括寻呼(Paging)、加密模式设定(cipher mode
(1)RR--无线资源管理(Radio Resource)，包括寻呼(Paging)、加密模式设定(cipher mode
setting)、信道分配、切换、测试报告。
(2)MM--移动性管理(mobilitymanagement)，包括鉴权(authentication)、位置更新
(locationupdating)、国际移动用户识别码的附着或分离(IMSIattach/detach)、周期性登�
(periodic registration)。
(3)CM--呼叫连接管理(call connection management)，包括呼叫建立、补充业务、双音多�
DTMF、短消息业务(short message scrvice)。
关于GSM网中的各接口信令规程见表1。
表１

3 空间接口的无线特性及分类
3.1 空间接口的无线特性
--由于数字移动通信的迅猛发展，信息在空间传送所需要的频带已成为制约业务发展的
关键问题所在。如何利用好有限的频率资源以及与采用新的频率资源进行合理的投资，从
而规划好移动通信网络，是每个运营商现在就必须面对的问题，在此将GSM、E-GSM(扩
展)和DCS1800的无线信道的基本特性列于表2，供参考。
表２

3.2 无线信道复用
--根据频率规划和容量要求，每个基站都分配有若干个载频，每个基站无线覆盖区内的
手机都能共享所分配的频率资源，而且不同手机可在同一个载频上分享不同的时间进行通
信，这就是所谓的时分多址接入(即TDMA)。而空间接口泛指手机和基站所建立的连接。
该接口采用TDMA技术，即每个载频携带一个TDMA帧，每一帧包括8个时隙(即信道)。
从手机至基站定义为上行链路，从基站至手机为下行链路，而信道(即时隙)则根据不同的
用途可分为物理信道和逻辑信道。
(1)物理信道
--一个载频所携带的TDMA帧中的一个时隙就是一个物理信道，每个载频(即一个TDMA
帧)可含8个时隙，在一个时隙中所传送的信息称为一个"burst"(突发)，每个时隙长度为
577μs。该时隙中的数据则以546μs的"burst"突发脉冲信号发射出去，这样8个"burst"
是按顺序以TDM(时分复用)方式在同一个载频上发射的，而多个TDMA帧可形成一个复帧。
例如，在上行链路上，某一手机A与基站收发信机所建立的联系,是基于一个TDMA时隙
的。当该手机发送完一个"burst"后，它必须停止发送一段时间，使其他手机(如B利用与
A手机相同频率的其他"burst"与基站建立联系)。由于信息是成帧传给基站的，每一个帧
所含的8个TDMA"burst"信息均发给同一个基站收发信机，以及手机离基站的远近不同等
原因，一个TDMA帧中的各个"burst"之间需要一定的保护时间，这样8个"burst"的长度
总合应小于一个TDMA帧的时间长度。
(2)逻辑信道
--由于基站和手机之间需传送大量的用户数据和各种不同的控制信令，因此根据所传信
息的不同，定义了各种不同的逻辑信道，这些信道可按照一定的规则映射到物理信道上。

3.3 空间接口的分类
--根据功能的不同，引入了逻辑信道的概念，而逻辑信道则是通过物理信道实现其功能
的。逻辑信道分为控制(或信令)信道和业务信道(TCH)两类。逻辑信道根据不同的特殊功能
分为以下几种：
(1)业务信道
--用于基站和手机间的语音或数据的交换。根据语音编码器速率的不同可分为全速率和
--用于基站和手机间的语音或数据的交换。根据语音编码器速率的不同可分为全速率和
半速率两种业务信道。全速率语音编码器以13kb/s的速率工作(半速率语音编码器以6.5kb
/s速率工作)。在进入无线信道发射前，语音数据信息还需要经过信道编码(包括分组编码
和卷积编码)，对数据流进行必要的检错和纠错，并经过交织编码(速率为22.8kb/s，半速
率信道编码速率为11.4kb/s)，再加上填充比特，形成33.6kb/s的数据流，最后经过GMSK
调制，在无线信道上就形成了一个由8个时隙组成的总速率为270.833kb/s的TDMA帧，通过
无线电波发射出去。
(2)控制信道
分为广播、公共和专用(独立或伴随)3种控制信道。
广播信道(BCH)分为频率校正信道(FCCH)、同步信道(SCH)广播控制信道(BCCH)。
公共控制信道(CCCH)分为寻呼信道(PCH)、随机接入信道(RACH)和允许接入信道(ACCH)。
专用控制信道(DCCH)分为独立专用控制信道(SDCCH)、慢速伴随控制信道(SACCH)和快速
伴随控制信道(SACCH)。

3.4 编码
(1)语音编码
--我们可从下行链路入手进行分析。中继电路Ｅ1上的一个PCM时隙的速率分为64kb/s，
该信道上的语音数据作为变码器(可位于MSC或BSC侧，进行不同速率的适配)的输入，
变码器对
64kb/s语音数据进行20ms的分割,形成1280bit数据流(即160个样值，一个样值为8bit)。
再经过RPE-LPC/LTP压缩编码，产生一个260bit的语音分组(已抽样压缩)，然后再送到信
道编码器进行信道编码。
(2)信道编码：为了使业务信道数据和信令信道数据适于在无线信道上传送并得到最优化的
性能，--它们在被发送前必须进行信道编码。信道编码分为卷积编码和分组编码，其中
分组编码提供纠错和检错；卷积编码提供信道保护。而数据交织则起到了减小由于无线环
境对各个"burst"干扰所造成的数据丢失的作用，信道编码还将业务信道(逻辑信道)和信令
信道(逻辑信道)映射到物理信道上(时隙)。每个无线信道(载频)上有8个逻辑信道编码器
,每个时隙对应一个逻辑信道编码器。
--每个信道编码器从变码器收到一个260bit(抽样时长为20ms，速率为133kb/s的语音分
组，260bit语音分组经分组编码和卷积编码，对数据进行检错和冗余，变为456bit数据
分组(速率为22.8kb/s并分为8组，其中前4组(每组57bit)与前一个20ms抽样语音分组中的
后4组进行数据交织，形成4个"burst"(每个"burst"含114bit)；而后4组(每组57bit)与
后一个20ms抽样语音分组中的前4组进行数据交织，也形成4个"burst"(每个"burst"含
114bit)，这样共形成8个"burst"。在不考虑跳频时，根据指定的TDMA帧中的一个固定
时隙，经过无线信道中8个连续帧发送出去。
--从以上信道编码器的工作流程可以看出，数据交织将引起话音的延迟。因为原来一个
20ms语音分组(抽样信息)经交织后在实际的无线信道上需要40ms才能传完，而交织给系
统带来的好处是，它提高了纠错解码的性能。另外对空间接口起到非常重要作用的部件是
收信机信道均衡器。在发送端每个TDMA"burst"中均含有一个训练序列，在另一端收信机
能与该训练序列同步，并据此对多径衰落，接收信号强度和数据定时误差进行评价。均
衡器利用评价结果调整接收机信号增益和数据定时提前(Timing Advance)，调整后不仅会
减少失真造成的影响，而且还可以恢复部分数据。均衡器还能补偿多径造成的延迟，且在
每个TDMA"burst"完成。

4 无线系统控制功能实现
--由上所述，空间接口可提供伴随控制信道，即控制信道上的信令数据可伴随着用户业
务信道(TCH)上的语音数据在同一个物理信道(时隙)上传送。伴随控制信道可在上行和下行
务信道(TCH)上的语音数据在同一个物理信道(时隙)上传送。伴随控制信道可在上行和下行
链路上传送，包括手机向BSS发送的连续测量报告以及手机从BSS得到的连续的控制指令。

4.1 切换
--GSM切换过程采用手机支持技术，以便更加准确和快速地实现切换。切换的目的是为
了保持用户链路连接的质量，减少干扰，合理地进行话务量分配。在切换过程中，涉及
到如下两个关键技术。
(1)手机支持技术
--手机通过完成特定的测量来支持切换判决过程的实现。当手机处于通话中，业务信道
复帧中的某些TDMA帧是空闲的，其余TDMA帧则用于上行(BTS接收)和下行(BTS发射)
时隙的传送。当TDMA帧处于空闲时，手机则通过调谐无线信道的频率来监测邻近小区信
号电平，从而可生成测量报告的部分内容。
(2)切换判决过程
无线链路两端的测量结果是切换判决算法的重要依据。在手机侧，测量结果通过SACCH
信道被连续地发送给BSS，从而最终对切换进行判决。手机所发送的测量报告内容为：
·服务小区下行链路质量(比特误码率)；
·服务小区下行链路接收信号电平和邻小区下行接收信号电平。手机还报告邻小区BCCH
的ID，以便确认所发出的测量报告与该小区对应。
在基站侧，切换算法仅仅适用于对上行链路的通信路径、链路质量、接收信号电平和手机
到基站的距离的测量结果进行判决。手机射频输出功率门限值也作为切换判决的条件。如
果手机能以较低的发射功率在邻小区得到服务，则手机会建议作为切换。从系统角度来看，
切换是为了减少过负荷和拥塞对系统造成的影响，因此切换也作为平衡小区话务量的一种
手段，对系统优化非常重要。

4.2 定时调整
--在手机侧，同一个无线信道(载频)上发射的各个"burst"间必须有一定的时间相隔才能
保证数据在基站侧得到恢复。然而手机并不是静止的，因此手机的传输延迟也是在变化的，
有时延迟太长会使一个"burst"重叠到下一个时隙(注意"burst"长度与时隙长度不等)，这
样将会在恢复数据时造成误码。为了使"burst"间具有一定的保护时间，系统通过一个闭环
装置为手机提供定时校正功能。基站子系统通过对定时改变的检测(通过一种定时提前TA
算法)，如果需要定时提前(TA)，则基站子系统就会发一个TA信息给手机，命令手机提前
或延迟发射(根据需要),从而补偿传输延迟。
--另外定时提前算法(TA)还可估计出手机与基站间的距离。这对距离的估计值在切换判
决算法间是非常有价值的参数。

--
※ 来源:·哈工大紫丁香 bbs.hit.edu.cn·[FROM: 202.118.228.139]
--
※ 转载:．哈工大紫丁香 bbs.hit.edu.cn．[FROM: 202.118.228.211]