學習大話通信 通信技術介紹

來自專欄 像新手一樣拚命學習協議，饑渴而貪婪

GSM語音編碼採用了混合編碼，參數編碼器將語音分成20ms 為單位的語音塊，再將每個塊用8KHz採樣，所以8000*0.02s=160個樣本，再每個經過A律編碼或者u律編碼（A律編碼13bit u律編碼14bit）但是在實際GSM系統最後會加都會變成16bit（A律加3bit u律加2bit） ，最後我們可以算出來 16bit/樣本 × 160個樣本× 1s/20ms= 128kbit/s, 太高了，需要壓縮。

壓縮後，每20ms比特為260bit 數據率為13bit/s，（實際傳輸 還要加上信道編碼變成22.8kbit/s，然後發送給基站解碼變成13kbit/s，最後發送給Abis介面 和A介面）因為Abis介面和A介面每個時隙速率 16kbit/s 所以工程上加上3kbit/s 信令方便傳輸

忘記了介面，再上一次圖，在大話通信 學習關於 GSM 有介紹

Abis 介面是BTS（Base Transceiver Station 基站收發台）和 BSC（Base Station Controller 基站控制器）的介面

A介面 是 BSC（Base Station Controller 基站控制器）和 MSC（Mobile Service Switching Center 移動業務交換中心）的介面

每個時隙傳輸速率16kbit/s

PS：語音編碼的速率和語音在空中介面發送的速率容易混淆，語音編碼的速率是13bit/s，語音編碼後還要進行信道編碼，最後在空中介面發送速率是22.8kbit/s。語音編碼在基站側還原後，考慮到Abis介面和A介面的傳輸 再加上3kbit/s的信令（此時發送的是去除了信道編碼冗餘信息的信息 13kbit/s），最後就是16kbit/s

我這裡加一個圖片

上面說了需要進行信道編碼變成22.8kbit/s ，看看如何信道編碼

全速率TCH信道編碼

針對全速率語音編碼 把260bit 分為 3類 50bit最重要比特 132 bit重要比特 還有 78個不重要比特 劃分原則是根據編碼器高位和低位進行

50bit 最重要比特 需要加上 3bit 的奇偶校驗位，還有132bit 重要比特 加上 4bit 的尾比特 進行1:2 卷積編碼 卷積編碼_百度百科 [(53+132+4)*2 = 378] 加上最後不予保護的78bit 一共是456bit 456bit×（1/20ms）=22.8kbit/s

**** TCH 業務信道編碼

LAPDm幀的編碼，LAPDm 是空中介面的數據鏈路層協議數據鏈路層_百度百科（哈哈，我以前自學過操作系統，對OSI七層模型 有概念），在手機處於連接態用於發送信令。它被用在邏輯信道中BCCH 、PCH、AGCH、SDCCH、FACCH、SACCH。（一臉懵，全是縮寫，我這裡強記一把）SCH 和RACH 並不算在LAPDm幀中，因為SCH 和RACH 信道並不是用普通突發脈衝，脈衝形式有所不同。

一個LAPDm幀 共有23Byte 即184bit 為了和突發脈衝相適應，我們也需要像TCH信道一樣生成 456bit 首先給這184bit 增加40bit 的糾錯循環碼，這樣就可以檢測是否物理層的差錯校正碼能夠校正傳輸差錯，通過這種碼型來檢測無線鏈路，來確認SACCH是否被正確接收。

為了實現卷積編碼 增加4bit 尾位 這樣我們就得到了228bit，經過1:2 卷積後，就可以得到456bit 。456bit 放到4個突發脈衝中，每個突發脈衝114bit 。

這裡我們就可以知道一個突發脈衝序列有156.25bit ，但是只能學到114bit （2個57bit 的加密比特）有效信息

看看普通突發脈衝序列的結構

上面說了SCH 和RACH 不是普通突發脈衝序列

***** SCH信道編碼

SCH 的尋列序列是64bit而普通突發脈衝序列是26bit ，每個SCH 信道有25bit的消息欄位，其中19bit 是幀號，6bit 用於BSIC（基站識別碼），由於SCH 有兩個39bit突發脈衝消息 共78bit

將25bit的數據 加上10bit的奇偶校驗位和4bit尾位 最後得到39bit，結構如圖，最後得到39bit的加密比特

下面看同步突發脈衝序列的結構

**** RACH信道編碼

RACH 的消息由8個消息比特組成的，包括3bit的建立原因和5bit隨機鑒別符。由於RACH的突發脈衝消息位欄位36bit 所以需要將這8bit 的數據編碼成36bit

首先加上6bit色碼，這6bit的色碼通過將6bit的BISC和6bit的奇偶校驗碼取模二獲得。然後再加上4bit的尾位，這樣就能得到18bit 再將18bit 按照1:2 卷積編碼速率 ，隨後得到的RACH 突發脈衝上的36bit的消息位

消息比特組成結構：

RACH 加密比特組成結構

信道介紹 ：

最後的CH channel的簡稱 翻譯成 信道

BCCH 廣播控制信道 B 是broadcast ，CH 前面的C，一般是controller控制的意思，連起來就是廣播控制信道 BCCH（broadcast controller channel） BCCH_百度百科

同理 PCH P 是paging的縮寫 尋呼的意思 尋呼信道 尋呼信道_百度百科

AGCH （Access Grant Channel）允許接入信道 AGCH_百度百科

SDCCH （Stand-Alone Dedicated Control Channel）獨立專用控制信道 SDCCH_百度百科

FACCH （Fast Associated Control Channel）快速隨路控制信道 FACCH_百度百科

SACCH （Slow Associated Control Channel）慢速隨路控制信道 SACCH_百度百科

SCH （Synchronization Channel）同步信道 SACCH_百度百科

RACH （Random Access Channel）隨機接入信道 RACH_百度百科

這裡反正看不下去，那就學習信道吧，煩人的知識點，硬著頭皮啃吧

介紹物理信道

這裡 大話通信感覺講的不行，不適合初學者，因為沒有概念，我網上找了一篇文章學習

GSM的信道 - 移動通信 電工論壇

採用的頻分多址和時分多址 接入的混合技術，FDMA 在頻率規定範圍內，分配n個載頻，TDMA在每個載頻上分配8個時間段 稱為時隙，每個載頻上的8個時隙組成一個幀，物理信道就是指每個載頻上的一個時隙所以一個載頻上有8個時隙。

用戶通過某一個載頻上的一個信道接入系統，在這個信道上發出的信息比特流 成為突發脈衝序列

介紹邏輯信道

邏輯信道是從信息內容的性質角度定義劃分的，把信道上傳遞的內容分成業務信息 例如 話音 數據等 還有控制信息 （控制呼叫進程的信令，我接觸過sip信令），所以分為業務信道 和 控制信道即TCH 和 CCH 射到物理信道

a. 控制信道 分為廣播信道（BCH） 、公共控制信道（CCCH） 和 專用控制信道（DCCH）

1. 廣播信道包括 FCCH （Frequency Correction Channel 頻率校正信道）、SCH （同步信道）、BCCH（廣播控制信道） 三種信道。其特點為下行信道，是點對多點的方式，用於向移動台（手機）傳遞小區的各項廣播信息，使移動台和基站取得同步。

I. FCCH 向向移動台傳遞頻率校正信號，使移動台能夠調到相應的頻率上

II. SCH 向移動台傳送幀同步號，即TDMA幀號。 同時也傳送基站識別碼BSIC。

III. BCCH 用於向移動台傳送所有小區的通用消息。如LAI（Location Area Identity

，位置區識別碼）、小區內允許MS最大 輸出功率、相鄰小區的BCCH載頻等。

2. 公共控制信道包括PCH、RACH、AGCH三種信道。

該類信道主要用於尋呼被叫，以及完成移動台所需專用控制信道的申請和分配，所以移動通信的實現不僅需要傳遞話音的業務信道，還需要相應的控制信道的配合。

I. PCH 用於在小區內尋呼移動台 ，使用下行信道，PCH 包含被叫移動台的號碼信息，故只有相應的移動台才會響應。

II. RACH 是一個點對點的上行傳輸信道。當移動台經過RACH申請到專用信道後，系統經AGCH分配給移動台專用信道，通知移動台，所以RACH 和 AGCH 成對使用的

3. 專用控制信道有SDCCH（獨立專用控制信道）、SACCH（慢速隨路控制信道）、FACCH（快速隨路控制信道）三種信道。

用於向特定的呼叫提供專用的信道來傳遞其專用信令信息。是點對點的雙向信道

I. 獨立專用控制信道是一個點對點的雙向信道，主要用於在移動台呼叫建立之前，即在使用TCH之前傳送系統信息，如登記和鑒權就在此信道上傳輸。

II. 慢速隨路控制信道,它與業務信道或獨立專用控制信道有關，用來傳送有關連接信息的點對點的雙向信道，如傳送服務小區及相鄰小區的信號強度，移動台功率等級管理等信息。

III. 快速隨路控制信道 與TCH相關，用於傳送速度（實時）要求高的信令信息，它工作於借用模式，每當需要傳送該類信息時，例如需要完成一次切換，則需借用TCH，即當前的一個20ms的話音信息位置被借用來傳送這些信息。由於解碼器會重複最後20ms的話音，故這種中斷不會讓用戶感覺到。

整理了下信道關係圖：

邏輯信道映射 如何映射到物理信道

用於呼叫處理的各種邏輯信道和信令，實際上是由物理信道（以突發脈衝序列的形式）來傳遞的。因此有必要討論各種邏輯信道與物理信道的關係，看如何映射的

一個基站有N 個載頻 f0、f1 、f2....fn-1 每個載頻的時隙有8個 TS0 -TS7

舉例：

f0載頻的一個時隙TS0 用於廣播信道（BCH）和公共控制信道（CCCH）

下行信道：FCCH SCH BCCH PCH AGCH 上行信道 RACH

下行鏈路 f0 的TS1 用來傳輸專用控制信道 SDCCH SACCH 上行鏈路的f0

的TS1 和下行鏈路f0的TS1有 2個時隙的偏移

f0的TS2～TS7 是邏輯業務信道，重複周期是26TS f1～fn-1 的所有時隙TS0～TS7都是業務信道

後面詳細介紹信道 時隙 幀的概念

跳頻

GSM 的調頻分為基帶調頻和射頻跳頻

基帶信道 沒有經過調製的信號

頻帶信號 經過調製的信號

基帶調頻和頻帶跳頻 本質是一樣的，都是把1s信號分成217份，每一份通過不斷變化的頻率發送信息。

採用的參數：終端跳頻點用MA描述，MA基站小區配置頻點CA（載波聚合）的子集，MA包含（1~64）

跳頻演算法：跳頻序列號HSN和移動分配指數偏置MAIO，HSN取值0~63 MAIO取值0～N-1 ，HSN取值決定了具體的跳頻序列 允許有64種不同的跳頻序列，MAIO相當於跳頻序列的啟始位置

調頻序列有兩種 循環跳頻和偽隨機序列跳頻，HSN=0 循環跳頻 HSN不為0時偽隨機序列跳頻

時間提前量TA

1s 分為217份，就是TDMA幀佔用的時間是4.615ms，那麼一個時隙佔用的時間就是4.615ms/8=0.577ms，一個時隙的突發脈衝有152.25bit，那麼米格bit佔用的時間就是0.577ms/156.25 = 3.7us

當手機距離基站的距離是L米 一個來回就是2L米，時間延誤 2L/（3*10^8），那麼可以知道延誤多少bit，因為一個bit佔用3.7us

流程是這樣的：在呼叫過程中，手機必須不斷測量時延，然後通過SACCH信道發送給基站，然後基站必須檢測呼叫到達的時間，在下行的SACCH系統上每0.5s向移動台發出一次指令，指令指示移動台提前發射時間

所以引入TA 時間提前量 消除時間延誤，但是還是會產生誤差，因為多徑效應，所以我們會設計一個GP，為每個突發脈衝留了GP，保護間隔。

訓練序列

上面的突發脈衝的結構 有一個訓練序列，因為無線傳播的過程，路徑不固定，除了視距傳輸，會產生反射 繞射 和散射，因此 產生了多條路徑信號的傳播，會產生瑞利衰落，帶來了時間色散，需要訓練序列，然後調整濾波器參數，保證最好的接收，就是均衡器

TCH SACCH FACCH等脈衝都有一個叫訓練序列的26bit，SCH 有一個64bit的同步脈衝

GSM設計了8中訓練序列，每個小區定義了BISC時候定義該小區的載頻採用的訓練序列，BISC=NCC（3bit）+BCC（3bit）

如何降低手機的功耗和系統干擾

我們在通話過程中只有40%的時間實在說話，那麼GSM手機採用了一個VAD（話音激活檢測）技術來檢測是否在說話，G如果說話傳送13kbit/s的語音信號，如果不再說話那麼就只有傳送0.5kbit/s 舒適背景雜訊，這項技術稱為DTX（不連續發射）

GSM系統中採用DRX技術手機分成不同的尋呼組，當沒有輪到屬於自己的尋呼組時，該手機可以關閉一些器件進行休眠，降低電量

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