TDMA空中接口技术

TDMA空中接口技术——突发脉冲与时隙、帧与复帧

逻辑信道是GSM物理信道的映射，同样属于物理层的范畴，因为它只需要考虑如何给各种信息提供一条合适的空中通路，而并不需考虑如何确保完成点对点通信的有效传输，所以不要把它归到数据链路层了。

TDMA是在一个宽带的无线载波上，按时隙划分为若干个时分信道，每用户占用一个时隙，只在这一指定的时隙内收发信号，故称之为时分多址。

• GSM是FDMA与TDMA的混合，不但有时分，也有频分。另外，GSM900的上行链路和下行链路是频分的，它的上行频段为890_{915MHz，下行频段为935}960MHz，上下行运行在不同的频段，BTS需要通过双工器来区分上下行，俗称频分双工。
• 而像PHS和TD-SCDMA这样的TDMA系统就不同了，它们的上下行都运行在同一个频段上，通过在不同的时间里工作来区分上下行，俗称时分双工，时分双工是不需要双工器的。
• GSM移动用户开始呼叫时，GSM网络为用户分配一个时隙，用户与基站之间进行同步通信，并对时隙进行计数。当自己的时隙到来时，手机就启动接收和解调电路，对基站发来的突发脉冲进行解码。同样，当用户需要发送信息时，首先对信息进行缓存，等待自己的时隙的到来。在时隙开始后，将存储的信息发送出去，然后又开始积累比特信息流等待下一次突发脉冲的发送。

1.突发脉冲与时隙

• GSM在无线路径上的传输单位是由GMSK调制的比特组成的脉冲串，称为**“Burst"–突发脉冲**。

  突发脉冲的长度有限，只有156.25bit；

  占据的频谱有限，每时隙所占的频谱资源只有200kHz。频分就是把25MHz的频段切成每条200kHz进行分配。

• 突发脉冲在一个时间和频率的窗口上发送，这个窗口称为时隙。时隙的中心频率位于系统频带为200kHz的间隔上，并以0.577ms的时间重复。

突发脉冲在一个时隙上发送，那么突发脉冲的格式是什么样的呢？

• TDMA信道上一个时隙中的信息格式称为突发脉冲序列。
• 突发脉冲序列分为5种类型：
  • 普通突发(NB,Normal Burst)脉冲序列
  • 空闲突发(DB，Dummy Burst)脉冲序列
  • 频率校正突发(FB，Frequency Correction Burst)脉冲序列
  • 同步突发(SB,Synchronization Burst)脉冲序列
  • 接入突发(AB,Access Burst)脉冲序列

突发脉冲的重要结构

• TB(Tail Bit)是尾比特，TB的数值总是000，以帮助均衡器识别起始位和终止位。
• 普通突发脉冲序列有个26bit的训练序列，这是一串特定的比特序列，共有8种。BTS在设置BSIC号的时候，相应的比特序列也就设置了。其作用是帮助均衡器产生和修正信道模型，以消除时间色散。
• GP(Guard Period)是保护问隔，共8.25bit，大约30ms。这是一段空白信息，防止有时隙交错时，有用的比特信息不会交错，相当于高速上行车与行车之间的安全距离。手机发射信号是需要测算传播时间然后给予一个提前量的，但是这不一定非常精确，时隙之间有微小的滑动是完全可能的，采用保护带之后，允许有一小段空白的时间误差，这在一定程度上降低了定时精确性的要求。

2. TDMA帧

• 在GSM的TDMA中，每个载频被定义为一个TDMA帧，每个帧包含8个时隙(TS0~TS7)，需要定义TDMA帧号。TDMA帧号需要用来做MS与BTS的同步以及语音信号的加密，同步用在SCH上，加密是和Kc以及原始信号起通过A5算法进行的。
• 然后有了TDMA帧号，MS也可以判断当前载频到底是BCCH载频还是TCH载频，它的0号时隙传递的到底是BCCH信号还是TCH信号。因为BCCH载频包含了SCH，SCH告知了BCCH的TDMA帧号，因此载频的性质是可以根据TDMA帧号来分辨的。

3. 复帧

说到TDMA帧，不能不说复帧，复帧是针对TDMA帧中的一个特定时隙来定义的。

GSM规范定义了两种不同的复帧结构，即含26帧持续时间为120ms和含51帧持续时间为235.8ms的两种。这两种帧都有各自的用途。

(1) 26帧的复帧

• 26帧的复帧包括26个TDMA帧，持续时间为120ms，一般用于TCH（以及跟随TCH的SACCH和FACCH），作为话音信道及其随路控制信道。
• 在26帧业务信道复帧中，帧12(帧从0号算起，所以是第13帧)按用作慢速随路控制信道(SACCH），用来在MS和BTS之间传送链路控制信息。小区给每个业务信道分配的时隙都是这种格式，也就是说，最开始是12个突发脉冲序列的业务信息，接下来是1个Burst的SACCH，然后是12个Burst的业务信息和一个空闲的Burst。
• 当采用半速率时，26帧业务复帧中每个用来传业务的帧可以传两路MS用户通话(空中接口中MS的数据速率是原来的一半)。尽管业务数据速率减半了，但SACCH信息没有少，所以要把原来空闲的帧25也用作SACCH。

(2) 51帧的复帧

• 51帧的复帧包括51个TDMA帧，持续时间为235.385ms。这种复帧用于携带BCH和CCCH，专用于控制信道。

(3)超帧(Superframe)

• 51帧和26帧之间是没有公约数的，要设置一种帧可以容纳这两种帧，

  那么这个帧的容量就必须要达到51*26 = 1326帧。这种帧称为超帧，1326个TDMA帧相当于6.12s的时间。

(4)巨帧(Hyperframe)

• 除了超帧之外，人们还定义了巨帧，一个巨帧包含了2048个超帧结构。巨帧结构含26512048 = 2715648个TDMA帧，持续时间为3h28min53s760ms。每个TDMA帧由帧计数器(FN)来标记。这些TDMA帧按照顺序排列，依次从0到2715647，帧号在同步信道中传送。
• 巨帧与加密和跳频有关系，一个巨帧持续3个多小时，每当一个新的巨帧开始时，加密和跳频算法也重新开始。