【大话GSM】物理信道与逻辑信道映射详细解析

物理信道与逻辑信道映射详细解析

1. 频点、时隙、信道

     在GSM中,无线路径上是采用时分多址TDMA方式。每一频点(频道、载频TRX)可分为8个时隙,每一时隙为一个信道,因此一个TRX最多可有8个移动用户同时使用。

GSM系统中的信道分为物理信道和逻辑信道,一个物理信道就是一个时隙(TS),如下图所示。

                                                                                         

        逻辑信道是根据BTSMS之间传递的信息种类不同而定义的不同逻辑信道。

        逻辑信道分为两大类:业务信道和控制信道。

1) 业务信道(TCH):用于传送编码后的语音或客户数据。

2) 控制信道:用于传送信令或同步数据。可分为广播控制信道、公共控制信道以及专用控制信道三种。

     广播控制信道(BCH):

     频率矫正信道(FCCH):携带用于校正MS频率的消息,在下行信道中传送,点对多点(BTS对多个MS,即对整个服务小区,也称广播方式)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,在下行信道中传送,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)。在下行信道中传送,点对多点方式。在每个基站收发信台中总有一个收发信机含有这个信道,以向移动台广播系统信息。

    公共控制信道(CCCH):

    寻呼信道(PCH):用于寻呼(搜索)MS。在下行信道中传送,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),作为对寻呼的响应或MS主叫/登记时的接入。在上行信道中,点对点方式(1MS对应于1BTS)传播。

    允许接入信道(AGCH):用于为MS分配一个独立专用控制信道(SDCCH)。在下行信道中传送,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之前的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。在上行和下行信道中传送,点对点方式传播。

    慢随路控制信道(SACCH):它与一个TCH或一个SDCCH信道相关,是一个用于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,这对移动台参与切换时必要的;它还用于MS的功率管理和时间调整。在上行和下行信道中传送,点对点方式传播。

    快随路控制信道(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速度高得多的速率传送信令信息时,则借用20ms的话音(数据)来传送。一般在切换时发生。由于语音译码器会重复最后20ms的话音,因此这种终端不会被用户察觉。

其中,FCCHSCHBCCHPCHRACHAGCH信道均是在下行或上行的BCCH载频的0时隙上传送。 

2. 时隙的时间

 

如上所示:1 TDMA frame = 8 time solts;

                   1 time slot = 15625 symbol durations;

                   1 symbol duration = 48/13 us;

因此,1帧 = 8 * 15625 * 48/13 us = 4.615ms;

在系统消息下发的时候,具体下发哪个系统消息是通过TC来决定的,TC = (FN DIV 51) MOD 8,因此TC的循环周期为51 * 8 = 408帧。这样可以计算出每个系统消息发送的具体时间。 

3. 帧、复帧

TDMA多址方式中,每个载频被定义为一个TDMA帧,每帧包括8个时隙(TS0~7),每一帧都有一个TDMA帧号(因GSM对信息进行加密的计算加密序列的算法是以TDMA帧号作为一个输入参数的),因此有了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信息。

每一个TDMA帧含8个时隙,每帧长4.615ms,每个时隙含156.25个码元,占0.577ms

TDMA帧号是以3.5小时(2715648TDMA帧)为周期循环编号的。每2715648TDMA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:

              26帧的复帧——它包括26TDMA帧,持续时长120ms51个这样的复帧组成一个超帧。这种复帧用于携带TCH(和SACCHFACCH)。

              51帧的复帧——它包括51TDMA帧,持续时长3060/13ms26个这样的复帧组成一个超帧。这种复帧用于携带BCHCCCH

4. 突发脉冲序列

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:

       a) 普通突发脉冲序列(NB):用于携带TCH以及除RACHASCHFCCH以外的控制信道上的信息。

       b) 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为FCCH

       c) 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

       d) 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,是为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到一些到达BTS,由于第一个突发脉冲序列中没有时间调整,为了不使第一个突发脉冲序列与下一时隙中的突发脉冲序列重叠,此突发脉冲会短一些。

      e) 空闲突发脉冲(DB):此突发脉冲序列在某些情况下由BTS发出,不懈怠任何信息。

5. 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C0C1…、Cn,时隙数为T0T1…、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(BCCHFCCHSCHPCHAGCHRACH)。

    下行链路:

BCCH+CCCH下行映射规则如下所示:

 

其中,FFCCHSSCHBBCCHCCCCHIIDLE。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BCHCCCH,因此51帧的复帧中共有51TS0,所携带的控制信道排列的顺序如下所示,次序列在第51TDMA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102TDMA帧复用一次,三个空闲帧之后再从D0开始,如下所示:

 

其中,DxSDCCH)—— 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

AxSACCH)—— 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DxAx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26TS2,第26TS2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,TTCH)—— 编码语音或数据,用于通话

ASACCH)—— 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BTSBCCH、向系统报告从周围BTS接收到的信号强度等。

IIDLE)—— 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。

注意:

控制信道的配置是依据每小区(BTS)的载频(TRX)数而定的。小区信令信道配置如下表所示:

   

关于这个表的理解,是当小区只有一个频点时,在TS0上会按照“1X BCCH + CCCH + 4SDCCH/4TS0)”的格式发送。这时的帧格式和上面映射时的帧格式就不一样了,此时格式如下:

 

此时的循环周期就是102

如果有多个频点,则可能有多个信道发,每个信道发送不同的东西。例如,当频点数为2~5的时候,就是一个频点发送“BCCH+CCCHTS0)”,一个频点发送“8SDCCH/8”。

总结:

综上所示,可知在C0载频上的全部TS为:

TS0:逻辑控制信道,重复周期为51TS

TS1:逻辑控制信道,重复周期为102TS

TS2~TS7:逻辑业务信道,重复周期为26TS

其它所有载波(CS1~CS7)的TS0~TS7时隙全部都是业务信道TCH

若一个小区只有一个载频C0,则它将有6TCHTS2~TS7)。若增加其它的载频,则其它载频的所有TS可全部用作TCH

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