GSM移动通信系统的帧结构和信道类型介绍

1.GSM移动通信系统的帧结构

GSM将每一个无线信道分成8个不同时隙，每个时隙支持一个用户，这样一个无线信道能够支持8个用户。每个用户被安排在无线信道的一个时隙中并只能在该时隙发送。时隙从0～7编码。这相同频率的8个时隙被称为一帧。用户在某一时隙发送被称为突发时隙。一个突发时隙长度为577μs，一帧约为4.615ms。若用户在上行频率的0时隙发送，则将在下行频率的0时隙接收。时隙0的上行发射出现在接收下行时隙的三个时隙之后。这样带来一个好处是移动台不需要双工器。但它需要同步发射和接收。移动台中去掉双工器，可使GSM手机更轻，功耗更小，制造价格更便宜。

GSM移动通信系统的帧结构如图4-3所示，分为超高帧、超帧、复帧、TDMA帧和时隙5个层次。1个超高帧为2048个超帧，即2715648个TDMA帧。

图4-3 GSM移动通信系统的帧结构

2.GSM移动通信系统的信道类型

GSM移动通信系统中，几种不同类型的信息要在MS和BTS之间交换，有用户信息、信令信息、信道配置信息和接入信息等，为了对这些不同的信息进行交换，GSM把这些信息通过不同的信道传递，主要有物理信道和逻辑信道两种。

物理信道：载频上的TDMA帧的一个时隙称为一个物理信道，它相当于FDMA系统的一个频道，每个用户通过一系列频率上的一个信道接入系统。因此，GSM中每个载频有8个物理信道，即信道0～7（时隙0～7）。

逻辑信道：根据BTS与MS之间传递信息的种类不同而定义的信道称为逻辑信道。逻辑信道在传输过程中要被放在某个物理信道即时隙上。逻辑信道有两类，即控制信道和业务信道。GSM定义了12个具有不同功能的逻辑信道。下面介绍逻辑信道的分类。

GSM移动通信系统的信道分类如图4-4所示。

（1）控制信道 控制信道（Control Channel，CCH）用于传送信令或同步数据。为了增强控制功能，传输所需的各种信令，GSM系统设置了多种控制信道。这些控制信道又定义为广播、公共及专用三种控制信道。

1）广播信道（Broadcast Channel，BCH）。广播控制信道是一种“一点对多点”的单方向控制信道，用于基站向移动台广播公用信息。传输的内容主要是移动台入网和呼叫建立所需要的有关信息。广播信道又分为以下几种信道：

● 频率校正信道（Frequency Correction Channel，FCCH）：传输供MS校正工作频率的信息。MS使用它来纠正内部的时钟基准。

● 同步信道（Synchronous Channel，SCH）：传输供移动台进行同步和对基站进行识别的信息，该信道提供MS有关MS接收另外信道的突发时隙，还提供BS信息码、国家色码等。

● 广播控制信道（Broadcast Control Channel，BCCH）：传输移动台入网和呼叫建立所需要的有关信息，它是一个单向下行信道，用以传输MS在它的小区所要使用的信息。例如网络和相邻小区的唯一识别信息、描述当前控制信道的信息、定义小区所支持的选择信息等。

2）公共控制信道。公共控制信道（Common Control Channel，CCCH）支持MS和BTS之间的专用通信路径的建立，用于呼叫接续阶段传输链路连接所需要的控制命令，这些公共控制信道可以分为以下四类：

● 接入允许信道（Access Granted Channel，AGCH）：传输基站对移动台的入网申请，并作出应答，即分配一个SDCCH信息，这是一个小区中所有MS共享的单向下行信道。

● 随机接入信道（Random Access Channel，RACH）：传输移动台提出的入网申请信息。移动台通过此信道申请分配一个SDCCH，它可作为对寻呼的响应或MS主叫登记时接入，属于上行信道。(www.xing528.com)

图4-4 GSM移动通信系统的信道分类

● 寻呼信道（Paging Channel，PCH）：传输基站寻呼（搜索）移动台的信息，属于下行信道。

● 小区广播控制信道（Cell Broadcast Channel，CBCH）：从SDCCH中借用时隙来传输短消息和广播信息，属于下行信道。

3）专用控制信道。专用控制信道（Dedicated Control Channel，DCCH）是一种“点对点”的双向控制信道，其用途是在呼叫接续阶段以及在通信进行当中，在移动台和基站之间传输必需的控制信息。专用控制信道又分为以下几种信道：

● 独立专用控制信道（Standalone Dedicated Control Channel，SDCCH）：用于在分配业务信道之前传送有关信令，例如登记、鉴权等信令均在此信道上传输，经鉴权确认后，再分配业务信道TCH。

● 慢速随路控制信道（Slow Associated Control Channel，SACCH）：移动台和基站之间，需要周期性地传输一些信息，例如移动台要不断地报告正在服务的基站和邻近基站的信号强度，以实现“移动台辅助切换功能”。此外，基站对移动台的功率调整、时间调整命令也在此信道上传输，因此SACCH是双向的点对点控制信道。SACCH可与一个业务信道或一个独立专用控制信道联用。SACCH安排在业务信道时，以SACCH/T表示；安排在控制信道时，以SACCH/C表示。

● 快速随路控制信道（Fast Associated Control Channel，FACCH）：传送与SDCCH相同的信息，只有在没有分配SDCCH的情况下，才使用这种控制信道。使用时要中断业务信息，把FACCH插入业务信道，每次占用的时间很短，约18.5ms。

（2）业务信道 业务信道（Traffic Channel，TCH）主要传输数字化语音或数据，其次还有少量的随路控制信令。

1）语音业务信道（Voice Traffic Channel，VTCH）：载有编码语音的业务信道分为全速率语音业务信道（TCH/FS）和半速率语音业务信道（TCH/HS），两者的总速率分别为22.8kbit/s和11～4kbit/s。对于全速率语音编码，语音帧长为20ms，每帧含260bit语音信息，提供的净速率为13kbit/s。

2）数据业务信道（Data Traffic Channel，DTCH）：在全速率或半速率信道上，通过不同的速率适配和信道编码，用户可使用下列各种不同的数据业务：

● 9.6kbit/s，全速率数据业务信道（TCH/F9.6）；

● 4.8kbit/s，全速率数据业务信道（TCH/F4.8）；

● 4.8kbit/s，半速率数据业务信道（TCH/H4.8）；

● ≤2.4kbit/s，全速率数据业务信道（TCH/F2.4）；

● ≤2.4kbit/s，半速率数据业务信道（TCH/H2.4）。