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3.3 时分多址(TDMA)帧结构

发布时间: 2005-10-24  来源:
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(1)TDMA信道概念

GSM中的信道分为物理信道和逻辑信道,一个物理信道就为一个时隙(TS),而逻辑信道是根据BTS与MS之间传递的信息种类的不同而定义的不同逻辑信道。这些逻辑信道映射到物理信道上传送。从BTS到MS的方向称为下行链路,相反的方向称为上行链路。 

    逻辑信道又分为两大类,业务信道和控制信道。

    ① 业务信道(TCH):用于传送编码后的话音或客户数据,在上行和下行信道上,点对点(BTS对一个MS,或反之)方式传播。

② 控制信道:用于传送信令或同步数据。根据所需完成的功能又把控制信道定义成广播、公共及专用三种控制信道,它们又可细分为:

广播信道(BCH):  

    ---频率校正信道(FCCH):携带用于校正MS频率的消息,下行信道,点对多点(BTS对多个MS)方式传播。

---同步信道(SCH):携带MS的帧同步(TDMA帧号)和BTS的识别码(BSIC)的信息,下行信道,点对多点方式传播。

---广播控制信道(BCCH):广播每个BTS的通用信息(小区特定信息)。下行,点对多点方式传播。 

公共控制信道(CCCH)  :

    ---寻呼信道(PCH):用于寻呼(搜索)MS。下行,点对多点方式传播。

    ---随机接入信道(RACH):MS通过此信道申请分配一个独立专用控制信道(SDCCH),可作为对寻呼的响应或MS主叫/登记时的接入。上行信道,点对点方式传播。

---允许接人信道(AGCH):用于为MS分配一个独立专用控制信道(SDCCH)。下行信道,点对点方式传播。

专用控制信道(DCCH):

    ---独立专用控制信道(SDCCH):用在分配TCH之前呼叫建立过程中传送系统信令。例如登记和鉴权在此信道上进行。上行和下行信道,点对点方式传播。

    ---慢速随路控制信道(SACCH):它与一个TCH或一个SDCCH相关,是一个传送连续信息的连续数据信息,如传送移动台接收到的关于服务及邻近小区的信号强度的测试报告。这对实现移动台参与切换功能是必要的。它还用于MS            的功率管理和时间调整。上行和下行信道,点对点方式传播。

---快速随路控制信道(FACCH):它与一个TCH相关。工作于借用模式,即在话音传输过程中如果突然需要以比SACCH所能处理的高得多的速                度传送信令信息,则借用20ms的话音(数据)来传送。这一般在切换时发生。由于语音译码器会重复最后20ms的话音,因此这种中断不被用户查觉。 

控制信道的配置是依据每小区(BTS)的载频(TRX)数而定的,见图3-7所示。在使用6MHz带宽的情况下,每小区最多两个控制信道,当某小区配置一个载频时,仅需一个控制信道。

                              

3-7 小区信令信道配置

 

2)TDMA帧

TDMA中,每个载频被定义为一个TDMA帧,相当于FDMA系统中的一个频道,每帧包括8个时隙(TS0-7),要有TDMA 帧号,这是因为GSM的特性之一是客户保密性好,是通过在发送信息前对信息进行加密实现的。计算加密序列的算法是以TDMA帧号为一个输入参数,因此每一帧都必须有一个帧号。有了TDMA帧号,移动台就可判断控制信道TS0上传送的是哪一类逻辑信道。 

TDMA帧号是以3.5小时(2715648个TDMA帧)为周期循环编号的。每2715648个TDMA帧为一个超高帧,每一个超高帧又可分为2048个超帧,一个超帧持续时间为6.12s,每个超帧又是由复帧组成。复帧分为两种类型(见图3-8所示)。

                 

3-8 帧结构图

26帧的复帧---它包括26个TDMA帧,持续时长120ms,51个这样的复帧组成一个超帧。这种复帧用于携带TCH(和SACCH加FACCH)。

51帧的复帧---它包括51个TDMA帧,持续时长3060/13ms。26个这样的复帧组成一个超帧。这种复帧用于携带BCH和CCCH。 

  (3)突发脉冲序列(Burst)

   TDMA信道上一个时隙中的信息格式称为突发脉冲序列。共有五种类型。

   ① 普通突发脉冲序列(NB):用于携带TCH及除RACHA,SCH和FCCH以外的控制信道上的信息,图3-9所示,57个加密比特是客户数据或话音,再加1个比特用作借用标志。借用标志是表示此突发脉冲序列是否被FACCH信令借用。26个训练比特是一串已知比特,用于供均衡器产生信道模型(一种消除时间色散的方法)。

   TB尾比特总是000帮助均衡器判断起始位和中止位。GP保护间隔,8.25个比特(相当于大约30ms),是一个空白空间。由于每载频最多8个客户,因此必须保证各自时隙发射时不相互重迭。尽管使用了时间调整方案,但来自不同移动台的突发脉冲序列彼此间仍会有小的滑动,因此8.25个比特的保护可使发射机在GSM建议许可范围内上下波动。

                                   

3-9 普通突发脉冲序列

      ② 频率校正突发脉冲序列(FB):用于移动台的频率同步,它相当于一个带频移的未调载波。此突发脉冲序列的重复称FCCH,见图 3-10。图中固定比特全部是0,使调制器发送一个未调载波。TBGP同普通突发脉冲序列中的TBGP

                  

3-10 频率校正突发脉冲序列

③ 同步突发脉冲序列(SB):用于移动台的时间同步,它包括一个易被检测的长同步序列并携带有TDMA帧号和基站识别码(BSIC)信息。这种突发脉冲序列的重复称为SCH,见图3-11所示。

          

3-11 同步突发脉冲序列

④ 接入突发脉冲序列(AB):用于随机接入,它有一个较长的保护间隔,这是为了适应移动台首次接入(或切换到另一个BTS)后不知道时间提前量而设置的。移动台可能远离BTS,这意味着初始突发脉冲序列会迟一些到达BTS,由于第一个突发脉冲序列中没有时间调整,为了不与下一时隙中的突发脉冲序列重叠,此突发脉冲序列必须短一些,见图3-12所示。

              

3-12 接入突发脉冲序列

⑤ 空闲突发脉冲序列(DB):此突发脉冲序列在某些情况下由BTS发出,不携带任何信息。它的格式与普通突发脉冲序列相同,其中加密比特改为具有一定比恃模型的混合比特。 

  (4)逻辑信道到物理信道的映射

    谈过TDMA信道、TDMA帧和突发脉冲序列之后,我们就可以谈谈逻辑信道映射到物理信道的方法。我们知道每小区有若干个载频,每个载频都有8个时隙,我们定义载频数为C0,C1,…,Cn,时隙数为T30,T51,···,T87。

   ① 控制信道的映射

   对某小区超过1个载频时,该小区C0上的TS0就映射广播和公共控制信道,具体映射方法见图3-13。图中所示:

      F(FCCH)--- 移动台依此同步频率,它的突发脉冲序列为FB。

      S(SCH)--- 移动台依此读TDMA帧号和BSIC码,突发脉冲序列为SB。

      B(BCCH)--- 移动台依此读有关此小区的通用信息。突发脉冲序列为NB。

      I(IDEL)--- 空闲帧,不包括任何信息。突发脉冲序列为DB。

      C(CCCH)--- 移动台依此接受寻呼和接入,突发脉冲序列NB。

    即便没有寻呼或接入进行,BTS也总在C0上发射,用空位突发脉冲序列代之。

我们从帧的分级结构知道,51帧的复帧是用于携带BCH和CCCH,因此51帧的复帧中共有51个TS0,所携带的控制信道排列的序列如图3-13下面的序列。此序列在第51个TDMA帧上映射一个空闲帧之后开始重复下一个51帧的复帧。

           

3-13 BCCH与CCCH在TS0上的复用

以上叙述了下行链路C0上的TS0的映射。对上行链路C0上映射的TS0是不包含上述各信道的,它只含有随机接入信道(RACH),用于移动台的接入,如图3-14所示,它给出了51个连续TDMA帧的TS0。

             

3-14 TS0上RACH的复用

下行链路C0上的TS1用于映射专用控制信道。它是102个TDMA帧复用一次,三个空闲帧之后从D0开始,见图3-15所示。

               

3-15 下行SDCCH和SACCH在TS1上的复用

 

    Dx(SDCCH)--- 此处移动台X是一个正在建立呼叫或更新位置或与GSM交换系统参数的移动台。Dx只在移动台X建立呼叫时使用,在移动台X转到TCH上开始通话或登记完释放后,Dx可用于其它MS。

    Ax(SACCH)--- 在传输建立阶段(也可能是切换时)必须交换控制信令,如功率调整等信息,移动台X的此类信令就是在该信道上传送。

   由于是专用信道,所以上行链路C0上的TSI也具有同样的结构,即意味着对一个移动台同时可双向连接,但时间上有个偏移,如图3-16所示。  Dx、Ax含义与下行链路的相同。

                 

3-16 上行SDCCH和SACCH在TS1上的复用

某个小区仅一个载频时,就只有8个时隙,这时的TS0即可用作公共控制信道又可用作专用控制信道,映射方法如图3-17所示。102个TDMA帧重复一次,图中仅描述了102个TDMA帧的TS0上映射的信令信息。字符含意同上述某小区多个载频时的C0上的TS0和TS1映射字符含意。

                

3-17 仅有一个收发单元时控制信道在TS0上的映射

    ② 业务信道的映射

除映射控制信道以外的时隙均映射业务信道(TCH),映射方法如图3-18所示。图中仅给出了下行C0上的TS2映射构成。

            

4-18 TCH的复用

     T(TCH)--- 编码话音或数据,用于通话。突发脉冲序列为NB。

     A(SACCH)--- 控制信号。用于移动台接受命令改变输出功率、了解应监视那些BTS的BCCH、向系统报告从周围BTS接收到的信号强度等,突发脉冲序列NB。

     I(IDEL):空闲帧。通常对于分配到TS2的移动台,每个TDMA帧的每个TS2都包含此移动台的信息。只有空闲帧是个例外,它不包含任何信息。

     

上行链路的结构与下行的一样的,唯一不同的是有一个时间的偏移,也就是说上下行的TS2是在不同时间出现,时间偏移约为3个时隙。

    用于携带TCH的复帧是26帧的,因此有26个TS2,第26TS2 时隙是空闲时隙,空闲时隙之后序列从头开始。

携带TCH的复帧相对携带控制信道的复帧要加一个滑动,因为携带TCH的复帧是26个TDMA帧重复一次,而携带控制信道的复帧要每51个TDMA帧重复一次,所以空闲帧在51复帧所有不同的控制信道上均有一个滑动。


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