源于频率的困惑——GSM空中接口物理层的设计

学习GSM空中接口的物理层，首先从物理信道开始，了解突发脉冲、时隙、TDMA帧的概念，这是GSM中最基本的内容。然后了解逻辑信道，逻辑信道分为业务信道和控制信道。

一、TDMA空中接口技术

GSM是FDMA与TDMA的混合，GSM900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PHS和TD-SCDMA这样的TDMA系统就不同，上下行都运行在同一频段上，通过时间里工作来区分上下行，俗称时分双工，是不需要双工器的。

1、突发脉冲与时隙

GSM在无线路径上的传输单位是由GMSK调制的比特组成的突发脉冲，长度为156.25bit（0.546s），148bit的有用信息。
突发脉冲在一个时间和频率的窗口上发送（即时隙），每时隙占的频谱资源只有200kHz，并以0.577ms的时间重复，精确说是以15/26ms重复。

TDMA信道上一个时隙中的信息格式称为突发脉冲序列。有5种类型：普通突发脉冲序列（NB）、空闲突发脉冲序列（DB）、频率校正突发脉冲序列（FB）、同步突发脉冲序列（SB）和接入突发脉冲序列（AB）。

（1）普通突发脉冲序列（NB）
（2）频率校正突发脉冲序列（FB）
（3）同步突发脉冲序列（SB）
（4）接入突发脉冲序列（AB）
（5）空闲突发脉冲序列（DB）

2、TDMA帧

在GSM的SCDMA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以及原始信号一起通过A5算法进行的。
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，因为BCCH载频包含了SCH，SCH告知了BCCH的TDMA帧号。

复帧：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
（1）26帧的复帧（持续时间120ms）：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。

26复帧由26个TDMA（4.615ms）帧组成，每个TDMA帧包含8（0.577ms）个时隙。

帧12（第13帧）被用来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。
开始是12个突发脉冲序列的业务信息，接下来是一个Burst的SACCH，然后是12个Burst的业务信息和一个空闲的Burst。

（2）51帧的复帧（持续时间235.385ma），用于携带BCH和CCCH(公共控制信道)，专用于控制信道。

（3）超帧=51*26=1326帧
（4）巨帧（2048个超帧）每个TDMA帧由帧计数器(FN)来标志，帧号在同步信道中传播。
巨帧也与加密和跳频有关，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。

二、铁路的管理艺术——突发脉冲的应用

TDMA帧分配给MS一个时隙，成为GSM物理信道，突发脉冲序列都在时隙上传送。当同一个物理信道承载不同的突发脉冲时，它就成了不同的逻辑信道。当它承载TCH脉冲时，就是业务信道；当它承载BCCH脉冲时，就是广播信道；当它承载SCH脉冲时，就是同步信道。

（1）客运火车——业务信道（TCH）

TCH分为全速语音信道（TCH/F）（22.8kbit/s）和半速语音信道（TCH/H）(11.4kbit/s)
全速语音信道有2种不同的编码方式：
语音编码：（TCH/FR）语音编码后速率为13kbit/s,信道编码后速率为22.8kbit/s
增强型语音编码：（TCH/EFR）语音编码后速率为12.2kbit/s，信道编码后速率为22.8kbit/s

此外TCH也可以传递数据业务，速率分别为：9.6kbit/s,4.8kbit/s,2.4kbit/s,即为TCH/9.6,TCH/4.8,TCH/2.4

(2)候车厅的大喇叭——FCCH

它下发一个长达142位的全0比特，这个比特这么特殊，就是为了让MS校正自己的振荡器的频率并锁定到该BTS的频率。只有锁定了该块载频，MS才能收听到跟随在FCCH之后的同步信息SCH和BCCH。
作用：一是确认这是一个BCCH，只有BCCH才有FCCH才有FCCH信息，FCCH只有在下行的BCCH载频的0号时隙上传送，二是保证手机的频率和BTS一致，也就是锁频。

（3）现在是北京时间八点整——SCH
携带MS的帧同步信息（TDMA帧号：用来MS和BTS之间同步）和BTS的识别码（BSIC：用来识别基站）的信息，用作下行信道，在BCCH载频的下行链路的0号时隙发送。

（4）“我的地盘我做主”-BCCH

不断的广播网络的信息，即系统信息。包括：
位置区识别号（LAI）
小区识别号（CGI）
本小区使用的频率列表
邻近小区描述
随机接入控制信息
小区选择参数
控制信道描述
小区选项

（5）想上车，请先买票——RACH/AGCH

控制信道（CCCH）用于BTS和移动台之间传递控制信息，完成呼叫建立和寻呼功能，是通用信道，还未建立起连接的称为通用，已经建立好连接的，单独占用一条信道成为专用。

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。RACH在上行BCCH载频的0时隙上传送
允许接入信道（AGCH）：AGCH用于为MS分配一个独立专用控制信道（SDCCH）。

（6）“***，你的家属在广播室找你”-PCH
寻呼信道（PCH）：用于寻找MS，在下行BCCH载频的0时隙上传送。
小区广播信道（CBCH）：PCH消息以位置区进行呼叫，而CBCH消息是以小区来进行广播的。

（7）列车导乘员——SDCCH（独立专用控制信道）
用在分配TCH之前在呼叫建立过程中传送系统信令，如登记和鉴权在此信道上进行，空闲状态下的短消息和小区广播也在SDCCH上传送，运营商一般默认将BCCH载频的第2时隙用来传送SDCCH
在SDCCH上传送的信令消息和时间如下：
位置更新
周期性位置更新
IMSI分离与附着
呼叫建立
点对点短消息

（8）列车上的服务员——FACCH/SACCH

SACCH：慢速的周期性的服务，与一个TCH或一个SDCCH相关，在上行方向，传递MS接收到的当前服务小区以及相邻小区的信号强度的测试报告，以及链路质量的报告，这对MS的切换而言相当重要。BSC要根据这些信息来判断把它切换到哪个小区上去。

FACCH：快速的、紧急的服务。

三、复帧的应用

26帧复帧：24个TCH帧、一个SACCH帧以及一个空闲帧

每个小区有若干载频，定义为C0-Cn，每个载频有8个时隙，定义为TS0-TS7，除了C0号载频的TS0是控制信道外，其余的统统为TCH。因此，我们只研究C0载频的TS0时隙。

51复帧由51个TDMA帧的0号时隙组成

有两种比较常见的信道组合
（1）广播信道组（用于C0载频的0号时隙）—BCCH+CCCH
（2）专用信道组（通常用于C0载频的1号时隙）-SDCCH+SACCH8

1、通用信道参数

（1）通用信道配置（CCCH CONF）
用来指示配置了几个CCCH消息块

（2）接入准许保留数（BS AG BLKS RES）
在CCCH块里有几个是留给AGCH用的，有PCH块数目=CCCH CONF（CCCH信道配置数）-BS AG BLKS RES(AGCH占用的数目)

（3）寻呼信道复帧数（BS PA MFRMS）
定义了51帧的BCCH复帧有里的PCH有多少个子信道。
PCH子信道数目=PCH块数目*BS PA MFRMS

每个移动用户（对应每个IMSI）都属于一个寻呼组，在每个小区中，每个寻呼组都对应一个寻呼子信道，在实际网络中，移动台只收听它所属的寻呼子信道的内容而忽略其他寻呼子信道的内容。

2、SCH的测量

手机在通话的时候（占用TCH时隙）还要对周围6个信号最强的邻近小区的接收电平进行测量，用与切换。手机需要读取6个邻近小区的BSIC号，以免切换到同频同BSIC。
手机在空闲时隙读取BSIC号

将控制信道设为51帧复帧和将业务信道设置成26帧，目的是让业务信道的复帧和控制信道的复帧之间的时间对应关系不断改变，这样使MS能接收周围小区的FCCH、SCH和BCCH信息，这对手机通话过程中的切换很重要。