【文章內(nèi)容簡介】 動(dòng)用戶的定時(shí) ， 使得基站接收到的信號與基站時(shí)鐘同步 。 隨機(jī)接入信道 (RACH)突發(fā)序列在反向鏈路為移動(dòng)用戶傳輸基站服務(wù)信息 。 偽突發(fā)序列用作前向鏈路上未使用時(shí)隙的填充信息 。 正常突發(fā)序列的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖 12 9 所示 ， 由時(shí)隙 (Time Slot)、 幀 (Frame)、 復(fù)幀 、 超幀 (Super Frame)和超高幀分層構(gòu)成 。 圖 12 – 9 GSM幀結(jié)構(gòu) 1 超高幀 = 2 04 8 超幀 = 2 71 5 64 8 T D M A 幀 (3 h 28 m i n 53 s 760 m s )0 1 2 3 2044 2045 2046 20471 超幀 = 1 32 6 T D M A 幀 (6. 1 2 s )0 1 2T C HS A C C H /TF A C C H0 11 復(fù)幀 = 2 6 T D M A 幀 (12 0 m s )0 250 1 2 3 4 5 6 7241 0 11 T D M A 幀 = 8 T S ( 5 m s )1 T S1 時(shí)隙 = 1 56 . 25 bi t s (576 .92 ? s)TB3C od e d D a t a57S t e a l i ngfl a g 1M i da m bl e 26S t e a l i ngfl a g 1C od e d D a t a57TB3GPT S : 時(shí)隙 T B : T a i l B i t G P : G ua rd P e ri od48 49 503 47S D CC C CBCC24 251 復(fù)幀 = 5 1 T D M A (30 3 0/ 13 m s )49 50 一個(gè)時(shí)隙為 15/26 ms(約 μs)， 包含 ， 傳輸速率為 。 在每個(gè)時(shí)隙的 ， 有 114比特為信息承載比特 ， 它們位于接近突發(fā)序列始端和末端的兩個(gè) 57比特序列 。 中間段由 26比特的訓(xùn)練序列構(gòu)成 。 這些序列允許移動(dòng)臺或基站接收器的自適應(yīng)均衡器在對用戶數(shù)據(jù)解碼之前先分析無線信道特征 。 在中間段的兩端都有 stealing 幀標(biāo)志的控制比特 。 這兩個(gè)標(biāo)志用來區(qū)分在同一物理信道上時(shí)隙中包含的是話音 (TCH)數(shù)據(jù)還是控制 (FACCH)數(shù)據(jù) 。 最后 是保護(hù)時(shí)間比特 。 在一幀中 ， 每個(gè) GSM用戶單元用一個(gè)時(shí)隙來發(fā)送 ， 一個(gè)時(shí)隙來接收 ， 并且可能用 6個(gè)空閑時(shí)隙來檢測自己及相鄰 5個(gè)基站的信號強(qiáng)度 。 每個(gè) TDMA幀包含 8個(gè)時(shí)隙 ， 共占 : 8 ≈ ms 一幀包括： 8 =1250 bits 其中一些比特未用到 。 幀速率為 = 幀 /秒 即每秒 。 其中第 13或第 26幀用于傳送控制信息 。 多個(gè) TDMA幀構(gòu)成復(fù)幀 ， GSM中有兩種復(fù)幀： 第一種是26幀的復(fù)幀 ， 包含 26個(gè) TDMA幀 ， 時(shí)間間隔為 120 ms， 用于業(yè)務(wù)信道 (TCH)、 快速輔助控制信道 (FACCH)和慢速輔助控制信道 (SACCH) 1 25 0/8 332 70 SKB? 第二種是 51幀的復(fù)幀 ， 包含 51個(gè) TDMA幀 ， 時(shí)間間隔為235 ms， 用于廣播控制信道 (BCCH) 、 公共控制信道 (CCCH)和獨(dú)立專用控制信道 (SDCCH)。 多個(gè)復(fù)幀構(gòu)成超幀 ， 它由 51個(gè) 26幀的復(fù)幀或 26個(gè) 51幀的復(fù)幀組成 ， 一個(gè)超幀包含 1326個(gè) TDMA幀 ， 共占 s。 2048個(gè)超幀構(gòu)成超高幀 ， 一個(gè)超高幀包含 2 715 648個(gè)TDMA幀 ， 共占 12 s(3小時(shí) 28分 53秒 760毫秒 )。 為了進(jìn)一步理解業(yè)務(wù)信道和各種控制信道是如何工作的 ， 我們簡要說明 GSM系統(tǒng)中移動(dòng)臺發(fā)出呼叫建立通信的過程 。 首先 ， 移動(dòng)用戶不斷監(jiān)測廣播信道 (BCH)， 與相近的基站取得同步 。 通過接收頻率校正信道 (FCCH)、 同步信道 (SCH)、 廣播控制信道 (BCCH)的信息 ， 將移動(dòng)用戶鎖定到基站及適當(dāng)?shù)膹V播信道上 。 為了發(fā)出呼叫 ， 用戶首先要撥號 ， 并按壓 GSM手機(jī)上的發(fā)射按鈕 。 移動(dòng)臺用它鎖定的基站的絕對無線頻率信道 (ARFCN)來發(fā)射隨機(jī)接入信道 (RACH)數(shù)據(jù)突發(fā)序列 。 然后 ， 基站以公共控制信道 (CCCH)上的接入認(rèn)可信道 (AGCH)信息來對移動(dòng)臺作出響應(yīng) ， 公共控制信道為移動(dòng)臺指定一個(gè)新的信道進(jìn)行獨(dú)立專用控制信道 (SDCCH)連接 。 正在監(jiān)測廣播信道中 TS0的移動(dòng)用戶 ， 將從接入認(rèn)可信道接收到它的絕對無線頻率信道和 TS安排 ，并立即轉(zhuǎn)到新的絕對無線頻率信道和 TS上 ， 這一新的絕對無線頻率信道和 TS分配就是獨(dú)立專用控制信道 。 一旦轉(zhuǎn)接到獨(dú)立專用控制信道 ， 移動(dòng)用戶首先等待傳給它的慢速輔助控制信道(SACCH)幀 (等待最大持續(xù) 26幀或 120 ms)， 該幀告知移動(dòng)臺要求的定時(shí)提前量和發(fā)射機(jī)功率 。 基站根據(jù)移動(dòng)臺以前的隨機(jī)接入信道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)能夠決定出合適的定時(shí)提前量和功率級 ， 并且通過慢速輔助控制信道發(fā)送適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)供移動(dòng)臺處理 。 在接收和處理完慢速輔助控制信道中的定時(shí)提前量信息后 ， 移動(dòng)用戶能夠發(fā)送正常話音業(yè)務(wù)所要求的突發(fā)序列信息 。 當(dāng)公用電話交換網(wǎng) (PSTN) 從撥號端連接到移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心 (MSC)， 且 MSC將話音路徑接入服務(wù)基站時(shí) ， 獨(dú)立專用控制信道檢查用戶的合法性及有效性 ， 隨后在移動(dòng)臺和基站之間發(fā)送信息 。 幾秒鐘后 ， 基站經(jīng)由獨(dú)立專用控制信道告知移動(dòng)臺重新轉(zhuǎn)向一個(gè)為業(yè)務(wù)信道 (TCH)安排的絕對無線頻率信道和 TS。 一旦再次接到業(yè)務(wù)信道 ， 語音信號就在前向和反向鏈路上傳送 ， 呼叫建立成功 ， 獨(dú)立專用控制信道被清空 。 當(dāng)從 PSTN發(fā)出呼叫時(shí) ， 其過程與上述過程類似 。 GSM系統(tǒng)采用小區(qū)制 ， 小區(qū)覆蓋半徑大多為 1～ 25 km， 每個(gè)小區(qū)設(shè)有一個(gè) （ 或多個(gè) ） 基站 ， 用以負(fù)責(zé)本小區(qū)移動(dòng)通信的聯(lián)絡(luò)和控制等功能 。 若干個(gè)小區(qū)組成一個(gè)區(qū)群 （ 蜂窩 ） 區(qū)群內(nèi)各個(gè)小區(qū)的基站可通過電纜 、 光纜或微波鏈路與移動(dòng)交換中心 （ MSC） 相連 。 移動(dòng)交換中心通過 PCM電路與市話交換局相連接 。 由于覆蓋半徑較大 ， 所以基站的發(fā)射功率較強(qiáng) ， 一般在 10 W以上 ， 天線也做得較高 。 由于網(wǎng)絡(luò)漏覆蓋或電波在傳播過程中遇到障礙物而造成陰影區(qū)域等原因 ， 使得該區(qū)域的信號強(qiáng)度極弱 ， 通信質(zhì)量嚴(yán)重低劣形成小區(qū)內(nèi)的 “ 盲點(diǎn) ” 。 在商業(yè)中心或交通要道等業(yè)務(wù)繁忙區(qū)域 ， 使得該區(qū)域空間業(yè)務(wù)負(fù)荷超重形成小區(qū)內(nèi)的 “ 熱點(diǎn) ” 。 針對以上兩 “ 點(diǎn) ” 問題 ， 便產(chǎn)生了微蜂窩小區(qū)技術(shù) 。 微蜂窩小區(qū)是在宏蜂窩小區(qū)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門技術(shù) 。 它的覆蓋半徑大約為 30～ 300 m；發(fā)射功率較小 ， 一般在 1 W以下；基站天線比宏蜂窩小區(qū)天線低很多 ， 一般高于地面 5～10 m即可 。 無線電波傳播主要是沿著街道等的視線傳播 。 微蜂窩最初被用來增大無線電覆蓋區(qū)域 ， 消除宏蜂窩中的 “ 盲點(diǎn) ” 。 同時(shí)由于低發(fā)射功率的微蜂窩基站允許較小的頻率復(fù)用距離 ， 每個(gè)單元區(qū)域的信道數(shù)量較多 ， 因此業(yè)務(wù)密度得到了巨大的增長 ， 且射頻干擾很小 。 在宏蜂窩的 “ 熱點(diǎn) ” 上設(shè)置微蜂窩小區(qū) ， 可滿足該微小區(qū)域內(nèi)通信質(zhì)量與容量兩方面的要求微蜂窩小區(qū)作為宏蜂窩小區(qū)的補(bǔ)充 ， 一般用于宏蜂窩覆蓋不到的 “ 盲點(diǎn) ” 區(qū)域 ， 如地下會議室 、 娛樂室 、 地鐵 、 隧道等和話務(wù)量比較集中的 “ 熱點(diǎn) ” 區(qū)域 ， 如購物中心 、 娛樂中心 、商務(wù)中心 、 會議中心 、 停車場等地 。 而在話務(wù)量很高的商業(yè)街道等區(qū)域可采用多層網(wǎng)形式進(jìn)行連續(xù)覆蓋 ， 即分級蜂窩結(jié)構(gòu) ， 使得整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)出多層次的結(jié)構(gòu) 。 相鄰微蜂窩的切換部回到所在的宏蜂窩上 ， 宏蜂窩的廣域大功率覆蓋可看成是宏蜂窩上層網(wǎng)絡(luò) ， 并作為移動(dòng)用戶在兩個(gè)微蜂窩區(qū)間移動(dòng)時(shí)的 “ 安全網(wǎng) ” ， 而大量的微蜂窩則構(gòu)成微蜂窩下層網(wǎng)絡(luò) 。 隨著容量需求的進(jìn)一步增長 ， 可按同一規(guī)則設(shè)置第 3或第4層網(wǎng)絡(luò) ， 即微微蜂窩小區(qū) 。 微微蜂窩實(shí)質(zhì)上是微蜂窩的一種 ， 只是它的覆蓋半徑更小 ， 一般只有 10～ 30 m；基站發(fā)射功率也更小 ， 大約為幾十毫瓦；天線一般裝于建筑物內(nèi)業(yè)務(wù)集中地點(diǎn) 。 微微蜂窩也是作為網(wǎng)絡(luò)覆蓋的一種補(bǔ)充形式而存在的 ， 它主要用來解決商業(yè)中心 、 會議中心等室內(nèi) “ 熱點(diǎn) ”的通信問題 。 隨著移動(dòng)通信的不斷發(fā)展， 近年來又出現(xiàn)了一種新型的蜂窩形式 ——智能蜂窩。 所謂智能蜂窩，是指基站采用具有高分辨陣列信號處理能力的自適應(yīng)天線系統(tǒng)，智能地監(jiān)測移動(dòng)臺所處的位置，并以一定的方式將監(jiān)測到的信號功率傳遞給移動(dòng)臺的蜂窩小區(qū)。智能天線利用數(shù)字信號處理技術(shù)，產(chǎn)生空間定向波束，使天線主波束對準(zhǔn)移動(dòng)用戶信號到達(dá)方向， 旁瓣或零點(diǎn)對準(zhǔn)干擾信號到達(dá)方向，達(dá)到充分高效利用移動(dòng)用戶信號并消除或抑制干擾信號的目的。 同此 ， 智能蜂窩小區(qū)的應(yīng)用 ， 必將極大地改善系統(tǒng)性能 。 智能蜂窩將在以下幾方面提高未來移動(dòng)通信的系統(tǒng)性能： ① 擴(kuò)大系統(tǒng)覆蓋區(qū)域； ② 提高頻譜利用率 ， 增大系統(tǒng)容量； ③ 降低基站發(fā)射功率 ， 減少信號間干擾； ④ 減少電磁環(huán)境污染； ⑤ 節(jié)省系統(tǒng)成本等 。 (CDMA)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) CDMA是一種以擴(kuò)頻技術(shù)為基礎(chǔ)的調(diào)制和多址接入技術(shù) ， 因其保密性能好 , 抗干擾能力強(qiáng)而廣泛應(yīng)用于軍事通信領(lǐng)域 ， 并且早在 19 世紀(jì) 40 年代就有過商用的嘗試 。 經(jīng)過了四十幾年的努力 ， 克服了一個(gè)又一個(gè)的關(guān)鍵技術(shù)問題 ， 直到 1993年 7月由美國 Qualm公司開發(fā)的 CDMA蜂窩體制被采納為北美數(shù)字蜂窩標(biāo)準(zhǔn) ， 定名為 IS95， CDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)才正式走上商業(yè)通信市場 。 1995年我國香港建立了世界上第一個(gè) CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng) , 而后韓國 、 美國等國家先后建立了 CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng) , 到2022年底 , 全球的 CDMA用戶已超過 4000萬 。 CDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)與 FDMA模擬蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)或 TDMA數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)相比有更大的系統(tǒng)容量 、 更高的話音質(zhì)量以及抗干擾能力強(qiáng) 、 保密性能好等諸多優(yōu)點(diǎn) ， 因而 CDMA也成為第三代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的方式 。 本書以IS95標(biāo)準(zhǔn)為例 ， 對 CDMA系統(tǒng)作簡要介紹 。 CDMA系統(tǒng)是以擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)和碼分多址接入技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 。 在 CDMA系統(tǒng)中 ， 不同用戶傳輸?shù)男畔⑹强扛髯圆煌木幋a序列來區(qū)分的 。 CDMA的示意圖如圖12 10所示 ， 可以看出信號在時(shí)間域和頻率域是重疊的 ， 用戶信號是靠各自不同的編碼序列 ci 來區(qū)分的 。 S95標(biāo)準(zhǔn)的全稱是 “ 雙模寬帶擴(kuò)譜蜂窩系統(tǒng)的移動(dòng)臺 基站兼容標(biāo)準(zhǔn) ” ， 這說明 IS95標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)公共空中接口 (CAI)。它沒有完全規(guī)定一個(gè)系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn) ， 而只是提出了信令協(xié)議和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和限制 ， 不同的制造商可采用不同的技術(shù)和工藝制造出符合 IS95標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的系統(tǒng)和設(shè)備 。 圖 12 – 10 CDMA的示意圖 tci CDMA系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與一般數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相同 ， 其結(jié)構(gòu)可參見圖 12 2， 包括基站子系統(tǒng) 、 移動(dòng)臺子系統(tǒng) 、 網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)和操作支持子系統(tǒng)等 。 CDMA系統(tǒng)與TDMA系統(tǒng)的主要差別在于無線信道的構(gòu)成 、 相關(guān)的無線接口和無線設(shè)備 、 特殊的控制功能等 。 IS95系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)如下： (1) 工作頻率： IS95下行鏈路的頻率為 824～ 849 MHz， 上行鏈路的頻率為 869～ 894MHz, 一對下行鏈路頻率和上行鏈路頻率的頻率間隔為 45 MHz， 帶寬 MHz (2) 碼片速率： Mc/s； (3) 比特率： 速率集 1為 kb/s，速率集 2為 kb/s， IS95B為 kb/s； (4) 幀長度： 20 ms； (5) 語音編碼器： QCELP 8 kb/s， EVRC 8 kb/s， ACELP 13 kb/s； (6) 功率控制：上行鏈路采用開環(huán) +快速閉環(huán) ， 下行鏈路采用慢速閉環(huán)；