GSM知识杂记

全球移动通信系统(Global System for Mobile Communications) ，缩写为GSM，由欧洲电信标准组织ETSI(3GPP)制订的一个数字移动通信标准。它的空中接口采用时分多址技术 。自90年代中期投入商用以来，被全球超过100个国家采用。GSM标准的无处不在使得在移动电话运营商之间签署"漫游协定"后用户的国际漫游变得很平常。 GSM 较之它以前的标准最大的不同是它的信令和语音信道都是数字式的，因此GSM被看作是第二代 (2G)移动电话系统

GSM有三种版本，每一种都使用不同的载波频率。最初的GSM系统使用900MHz附近的载频。稍后增加了GSM-1800，也就是所谓的DCS-1800，用以支持不断增加的用户数目。它使用的载波频率在1800MHz附近，总的可用带宽大概是900MHz附近可用带宽的三倍，并且降低了移动台的最大发射功率。除此之外，GSM-1800和最初的GSM完全相同。因此，信号处理、交换技术等方面无须做任何改变就可以同样加以利用。更高的载波频率意味着更大的路径损耗，同时发射功率的降低会造成小区尺寸的明显缩小。这一实际效果同更宽的可用带宽一起使网络容量可以得到相当大的扩充。第三种系统被称做GSMl900或PCS-1900(个人通信系统)，工作在1900MHz载频上，并主要用于美国。

GSM是一个开放性标准。这意味着只就接口做出规定，而不限制具体的实现形式。作为一个例子，我们来考虑GSM采用的调制方式，即GMSK。GSM标准规定了带外发射的上限、相位抖动、互调产物等内容。如何达到所需的线性度则取决于设备制造商。因此，这一开放的标准确保了来自不同制造商的所有产品可以相互兼容，尽管在质量和价格上它们可能仍然差别不小。对业务提供商而言，兼容性尤为重要。当采用专有的系统时，业务提供商只能在网络初建阶段一次性地选定设备供应商。对于GSM(以及其他开放性标准)，业务提供商可以先从某家制造商那里购入基站，而之后为实现网络扩容又可以从另一家价格更合理的制造商那里购进基站。业务提供商同样可以从一家公司购买一些部件，而从另一家公司购买其他部件

GPRS（General Packet Radio Service）是通用分组无线服务技术的简称，它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务，属于第二代移动通信中的数据传输技术。GPRS可说是GSM的延续。GPRS和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包（Packet）式来传输，因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算，并非使用其整个频道，理论上较为便宜。GPRS的传输速率可提升至56甚至114Kbps。

IS-95B是指第二代移动通信以传输话音和低速数据业务为目的，广泛采用的数字技术。IS95B支持800MHz/1900MHz频段，支持速率集1和速率集2。IS95B除了支持话音业务，还可以提供中高速的数据业务。IS95B在IS-95A的基础上，通过对物理信道的捆绑应用，以承载比IS-95A更高速率的数据业务。IS95B的核心思想是在不改变IS-95A物理层的前提下通过自适应信道捆绑技术来提供高速数据业务。它在基本信道（FCH）的基础上，可以再提供1~7个辅助编码信道（SCCH，Supplemental Code Channel)给同一用户用于数据业务。因此，对于一个激活的数据用户，总有一个基本信道可供使用，当需要更高的数据传输速率时，该用户最多可以被指配8个码分信道。这样，对于速率集1，IS-95B可以提供的最高数据速率为76.8kbps；对于速率集2，IS-95B可以提供的最高数据速率为115.2kbps。但是这种高速数据业务实现的成本较高，需要将8个信道的资源分配给一个用户。IS-95B系统中，引入了新的软切换算法。新的算法增加了动态门限，这样系统可以根据实际的情况，为移动台的软切换选择最佳的时机，以合理有效地利用系统资源

（1G,2G,3G,4G,5G直观介绍：http://www.360doc.com/content/18/0923/23/57371885_789170135.shtml）（IS-95知识点：https://www.docin.com/p-1016561564.html  ；  https://wenku.baidu.com/view/f91234fcaef8941ea76e051c.html）（2G网络为什么还没有淘汰:http://www.elecfans.com/d/1165758.html）

信道分为逻辑信道和物理信道，逻辑信道到物理信道的映射就是指将要发送的信息安排到合适的TDMA帧和时隙的过程。时隙是物理信道的基本单元，TDMA是指在GSM900的每个载频上按时间分为8个时间段，每一个时间段成为一个时隙（Time Slot），这样的时隙叫做物理信道。一个载频上连续的8个时隙组成一个TDMA帧，即一个载频上可提供8个物理信道。如果吧TDMA帧的每个时隙看作为物理信道，那么在物理信道上所传输的内容就是逻辑信道。GSM系统在物理信道上传输的信息是由大约100多个调制比特组成的脉冲串，成为Burst，即突发脉冲序列。以不同的Burst信息格式来携带不同的逻辑信道。GSM系统按照下面的方法建立物理信道和逻辑信道间映射对应关系：

      一个基站有N个载频，每个载频有8个时隙。

（GSM物理层设计：https://blog.csdn.net/shuibaiz/article/details/8870571）

逻辑信道到物理信道的映射

     假设：每个小区有若干个载频，每个载频都有8个时隙，定义载频数为C0、C1、…、Cn，时隙数为T0、T1、…、T7。

1) 控制信道的映射

如果某小区超过一个载频，则该小区载频C0上的TS0就映射广播和公共控制信道（BCCH、FCCH、SCH、PCH、AGCH、RACH）。

    下行链路：

BCCH+CCCH下行映射规则如下所示：

其中，F即FCCH、S即SCH、B即BCCH、C即CCCH、I即IDLE。即使没有寻呼或接入进行，BTS也会再C0上发射，用空闲突发脉冲序列代替。

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顺序如下所示，次序列在第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。

注意：此处在之前理解的时候有一个误区，我以为每个TDMA帧的每个时隙发送的东西应该一样。其实，不然，在发送时就是按照这种映射规则，在一个51复帧的第一个TDMA帧的T0时隙发送FCCH数据，第二个TDMA帧的T0时隙发送SCH数据，以此类推。还有最关键的要注意，这里的映射只发生在TS0时隙上。

下行链路C0载频上的TS1时隙用于映射专用控制信道。它是102个TDMA帧复用一次，三个空闲帧之后再从D0开始，如下所示：

其中，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。

    上行链路：

上行链路载频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，如下图所示，给出了51个连续TDMA帧的TS0：

由于是专用信道，上行链路载频C0上的TS1时隙与下行链路上具有同样的结构，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，如下图所示，其中Dx、Ax与下行链路定义相同：

2) 业务信道的映射

         用于携带TCH的复帧是26帧的，因此有26个TS2，第26个TS2时隙是空闲帧时隙，空闲帧时隙之后序列从头开始（即以空闲帧时隙I作为重复序列的开始或结尾）。

下行链路：

除了映射控制信道以外的时隙均映射业务信道（TCH），映射方法如下图所示，图中仅给出了下行C0上的TS2时隙的映射构成：

其中，T（TCH）—— 编码语音或数据，用于通话

A（SACCH）—— 控制信号。用于移动台接收命令改变输出功率、了解应监视哪些BTS的BCCH、向系统报告从周围BTS接收到的信号强度等。

I（IDLE）—— 空闲帧。它不包含任何信息，主要用于配合测量。

上行链路：

上行链路的结构与下行的一样，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3个时隙
（【大话GSM】物理信道与逻辑信道映射详细解析：https://blog.csdn.net/houqd2012/article/details/49872369）（源于频率的困惑——GSM空中接口物理层的设计：https://blog.csdn.net/maochengtao/article/details/9001810）

 

GSM的空中接口（http://www.360doc.com/content/18/0822/00/32382210_780200619.shtml）