GSM跳频原理.docx
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GSM跳频原理
GSM跳频原理
1.概述
引入跳频的缘故：
GSM体系中的引入有两个要紧缘故，第一是频率分集，跳频能够保证各个突发在不同的频率上发射，如此就能够够对抗由于瑞利衰落等引发的阻碍，因为这些阻碍是因频率而异的。
第二是干扰分集，在高业务地域，由频率复用带来的干扰显得较为突出。
引入跳频后，咱们能够对利用相同频率组的远地蜂窝小区配置不同的跳频序列，如此就能够够分散利用相同频率集的信道之间的干扰，从中取得收益。
引入跳频的目的：
提高系统抗干扰，抗衰落能力。
GSM的无线接口，也相应采纳了跳频的方式+。
概念：
跳频确实是按要求改变信道所用的频率。
GSM中的说明：
在GSM系统中，整个突发期间，传输频率维持不变，每一个突发的持续时刻为577us，故GSM系统的跳频属于慢速跳频（SFH）。
图一是不跳频信道的时刻和频率关系，图2表示了一个跳频信道的时刻和频率关系。
从图中能够看出，信道频率在每一个突发期间维持不变，而在突发与突发之间，频率的改变那么是一种看似杂乱的伪随机序列关系。
图1信道不跳频时的时刻频率关系图
图2信道跳频时的时刻频率关系示用意
在图2中，若是跳频实现是在一个TRU内实现确实是射频跳频，若是在一个小区内的多个TRU间实现确实是基带跳频。
下面举例说明：
以下图在基带跳频方式下，HSN＝0、RTSL（radioTimeSLotno）=2时在不同FN时刻下的信道的利用的跳频序列。
在该BTS下，配置有4个TRX。
以下图为另一个实例。
利用的为射频跳频和不跳频方式。
该实例中，BTS有2个TRX。
2.跳频实现流程
跳频的实现包括信道分派和信道激活进程。
第一，由OMC（操作保护中心）配置BSS及BSS中各信道的参数，这些参数通过BSC下发到BTS的每一个信道。
再有效户通信需要时，由BSC激活相应的信道进行业务数据传送。
A.信道分派进程
信道分派通过由BSC向BTS在Abis接口上发送的假设干条消息完成。
包括BTS属性设置消息（SetBTSAttributes），无线载频属性设置消息（SetRadioCarrierAttributes）和信道属性设置消息（SetChannel
Attributes）。
其中与BTS中跳频实现直接相关的是信道属性设置消息。
该消息由OMU接收，再由OMU传给OAMM模块。
其详细说明可参考协议。
图3FUC中OAMM模块和FHM模块间的消息传递
SETFHMODE中的跳频方式
0不跳频
1基带跳频BBFH
2射频跳频RFFH
在BSC后台的数据表R_FHS表中可查看跳频模式及相关信息。
SETCHNATTR消息中的数据结构如下所示：
INFORMATIONELEMENT
LENGTH（bytes）
MessageType
1
ObjectClass
1
ObjectInstance
3
ChannelCombination
2
HSN
2
MAIO
2
ARFCNList
>=2
StartingTime
3
TSC
2
信道属性设置消息将发送到每一个信道，即每一个帧单元每一个时隙，在表A中ObjectInstance参数说明本消息的目标信道，包括BTS号，收发信机号，时隙号。
StartingTime指明该信道配置的起始时刻即起始帧号。
FU依照此消息确信本FU所管辖的8个时隙的跳频参数包括HSN、MAIO和ARFCNList（用于组成MA表），这些参数将在跳频算法中详细说明。
B.信道激活进程
在信道配置完成以后，该信道在指定的起始帧号到来时，便开始利用该参数。
但现在该信道处于空闲状态，不能传输业务数据，必需通过信道激活后，该信道才真正用于业务数据传输。
信道激活是通过BSC向BTS下发一条CHANNELACTIVATION消息实现。
该消息将原先处于空闲的信道转换为传输信息的激活信道。
一个信道在激活前与激活后，利用的跳频参数是相同的。
只是在激活前，该信道发送虚拟突发序列，假设利用不持续发送方式，那么激活前关断发送。
C.跳频实现
一个信道通过度派，取得了跳频参数后，由FU依照FN帧号（FHM跳频的计算由FN的中断激活
），即可计算取得该突发即将利用的无线频道号，FU将计算所得的频道号组织在下行数据中通知CU（载频单元），CU再依照该信息确信该频道号的频率值，将此突发数据向空中发射。
3.跳频算法
GSM系统中，跳频的频道号计算有其特定的算法。
依照GSM协议的规定，跳频必需遵循该算法，包括伪随机序列的产生，跳频实现中涉及的参数及算法描述如下。
A.算法中涉及的参数
通用参数，指定到每一个BTS，并在BCCH，SCH上广播。
（1）CA：
小区频率集，由系统频率分派指派到本小区所有能够利用的频率的总和，数量限制1≤CA频率数≤64。
CA由BSC进行治理，MS依照广播信息获取CA信息，结合MS信道分派时的参数，确信本MS利用信道的MA参数，进一步确信跳频信道。
在BTS中信道直接由BSC指定MA参数，故在FU中可跳过该参数
说明：
CA即是咱们在无线资源小区的载几回率中设置的值，能够设置最多64个数值，关于基带跳频，有效的只是顺序排列的前几个，个数等于本小区配置的TRX的数量，而RF跳频能够利用所有设置的频率值。
（2）FN:
：
TDMA帧号，来自时钟单元，由T1、T2、T3组成，在MS中，由缩减帧号T1、T2、T3’组成。
T1（11bits）0~2047=FNdiv（26*51）
T2（5bits）0~25=FNmod26
T3（6bits）0~50=FNmod51
T3’（3bits）0~4=（T3-1）div10
其中FN为TDMA帧号，范围0~2715647（26*51*2048-1）
FN通过时钟单元向每一个FU发送，FN本身的值不发送，只发送T1、T2、T3的值。
FN参与跳频的计算，使得跳频序列以FN为周期，重复时刻约为3小时，充分保证了跳频的随机性。
2.信道专用参数，在信道分派信息中指定到每一个信道。
（1）MA：
跳几回率子集（移动台频率分派表），概念本信道利用的跳几回率集，是CA的一个子集，频率数量N限制1≤N≤CA频率数，（1≤N≤64）。
该参数由信道分派进程所描述的设置信道属性消息指定。
在设置信道属性消息中的ARFCNList参数即反映了MA。
ARFCNList参数的结构如下。
AttributeIdentifier
Length
ARFCN1（MSB）
ARFCN1（LSB）
ARFCN2（MSB）
ARFCN2（LSB）
………
ARFCNn（MSB）
ARFCNn（LSB）
表中说明了该信道利用的跳几回道数，及其相应的绝对频道号ARFCN。
（2）MAIO：
频率子集初始偏移（移动台频率分派表初始偏移），用于指示利用相同MA的不同信道所利用的频率在MA中的初始偏移。
该参数也由信道分派进程所描述的设置信道属性消息指定。
在设置信道属性消息中的MAIO参数的结构如下。
AttributeIdentifier
MAIO
（3）HSN：
跳频序列号，可取64种不同的值，0≤HSN≤63。
该参数也由信道分派进程所描述的设置信道属性消息指定。
在设置信道属性消息中的HSN参数的结构如下。
AttributeIdentifier
HSN
B.GSM系统中的跳频算法
关于一个给定的参数集，为了取得每一信道的绝对频道号ARFCN，利用MAI作为该信道在MA频率集中的索引，MAI取值0到N-1，MAI=0时即指向MA中最低的绝对频道号ARFCN。
具体算法如下：
=0时
MAI=（FN+MAIO）MODN
ARFCN=MA（MAI）
其中：
FN=51*（（T3-T2）MOD26）+T3+51*26*T1
MA（i）是一张查ARFCN的表0≤i≤N-1
≠0时，ARFCN的计算参看图4
其中NBIN=INT（log2N+1）
图4跳频算法（HSN≠0）
上图中，查随机表RNT（i）进程的RNT表如下：
i（i=0~113）
RNT（i）
000,…,009
48
98
63
1
36
95
78
102
95
73
010,…,019
0
64
25
81
76
59
124
23
104
100
020,…,029
101
47
118
85
18
56
96
86
54
2
030,…,039
80
34
127
13
6
89
57
103
12
75
040,…,049
55
111
75
38
109
71
112
29
11
88
050,…,059
87
19
3
68
110
26
33
31
8
45
060,…,069
82
58
40
107
32
5
106
92
62
67
070,…,079
77
108
122
37
60
66
121
42
51
126
080,…,089
117
114
4
90
43
52
53
113
120
72
090,…,099
16
49
7
79
119
61
22
84
9
97
100,…,109
91
15
21
24
46
39
93
105
65
70
110,…113
125
99
17
123
4.ZXG10中以BBX方式实现跳频的进程
在本BTS系统中，要求兼顾基带跳频与射频跳频的实现，故系统中专门设立了一个BBX基带互换单元作为跳频实现的硬件环境。
下面具体结合BBX描述跳频功能在本系统中的实现进程。
BBX介绍：
ZXG10同时具有BBFH和RFFH的功能，为此专门设计了一个BBX（基带互换）模块，具体原理如下图。
图5BBX电路原理示用意
图中的RBBX模块事实上同与FU在同一单板上实现，TBBX同CUI做在同一单板上。
跳频总线由机架背后的总线连接到各框的FU-BUS。
在实现基带跳频的方案中，BBX的作用是在帧单元和载频单元之间，起一个交叉连接的作用。
事实上是在下行方向的载频单元一侧，用总线选择的方式，选取多路帧单元信号中的一路，进行发射。
而在上行方向的帧单元一侧，也一样用总线选择的方式，选取多路载频单元信号中的一路，进行接收处置。
从而达到了实现基带跳频的目的。
具体的：
（1）在载频单元的下行数据入口处（TBBX中），依照帧单元对跳频的计算结果，对来自帧单元的下行数据进行选择，选取符合本载频单元发射频率的一路信号，将其转接到载频单元上进行发射。
关于一个装备N个帧单元的BTS系统而言，确实是要在N条下行数据链路中完成一个N选1的功能。
在本DCS1800系统中，每一个BTS最多配置6个FU和CU，故N取值为6。
（2）在帧单元的上行数据入口处，依照帧单元的跳频计算结果，或依照下行链路的选择结果，对来自多个载频单元的上行数据进行选择。
由于接收分集的缘故，从每一个载频单元来的数据有两路，因此对一个装备N个载频单元的BTS系统而言，存在2N条上行链路。
BBX需要完成2个同步的N选1的功能。
本系统中N取值为6。
另外在时刻上，由于GSM协议规定上行和下行链路在无线接口上有3个时隙的时刻延时，同时考虑到上下行数据在CU中各有一个接收转发的进程，因此在BBX接口上，上下行数据的整个时刻差将达到5BP。
在具体实现时应知足该时刻要求。
（3）实现BBX与帧单元及载频单元的接口，采纳串行无帧格式连接。
考虑到跳频实现的需要及上下行数据本身的需要，串行数据内容概念如表1和表2所示。
表1下行数数据格式：
（串行无帧格式，速度540Kbit/s，即OBCLK/4）
字节位置
含义
Byte0
FHbusselect跳频总线选择（高3bit有效）
Byte1～byte2
channelnumber绝对频道号（高10bit有效）
Byte3
headerbyte，带有功率调整信息并用于BCCH发送控制
Byte4
LRCbyte，数据链路校验字节（只对byte1～byte3进行校验）
LRC=Lbyte1Lbyte2Lbyte3
byte5～byte23
databytes，I、Q调制数据（共152bit），送调制器
表2上行数数据格式：
（串行无帧格式，速度s，即13Mhz/2）
字节位置
含义
Byte0～byte311
I、Qdatabytes,RX来的156个I信息和156个Q信息
Byte312
RSSIbyte，场强指示字节
Byte313
LRCbyte，数据链路校验字节
LRC=Lbyte0Lbyte1Lbyte311Lbyte312
在下行数据中byte0的3bit有效位（取值0~5）信息说明，本下行数据即将发往几号载频单元，在每一个TBBX中，将同时监视下行总线上6条下行链路中的byte0，并利用该信息，选取下行总线中地址相符的一路发往与之相连的CU。
同时，在RBBX中，将监视与其相连的FU下发数据中的byte0（3bit），并予以保留，在5个时隙以后，RBBX将依照此信息在上行总线当选取其中的2条（分集缘故）链路，连往该RBBX所在的FU。
在下行数据格式中byte1~byte2中的10bit信息，指明了该时隙数据将在哪个绝对频道号上发射。
在系统跳频方案以基带跳频实现时，该数据不起任何作用，在CUI中将byte1~byte2滤掉即可。
而当系统跳频以射频跳频实现时，CUI那么将利用该信息去操纵TRX的频率合成器，以达到射频跳频的目的。
同时在采纳射频跳频时，应将FU与CU进行一对一的直连。
上下行数据格式中，链路校验字节（LRC）的设立是为了避免数据链路的传输错误，对查验出传输错误的数据，能够不予发射或接收处置，以避免扩大错误。
如此可使系统加倍靠得住。
（TRU上下行校验错会关功放）
在实现射频跳频的方案中，BBX只是起一个完全透明的直接连接的作用。
以后自帧单元的N路信号直接连接到相应的N路载频单元上，而不进行任何互换与处置。
跳频那么完全交由帧单元的绝对频道号计算和载频单元的频率合成器操纵来实现。
A.基带跳频的实现
在系统跳频以基带跳频方式实现时，由于跳频总线BBX_Bus仅在同一BTS内部连接，而一个BTS内部最多只装备6个TRX，因此分派给每一个信道的跳几回率集MA的频率数有其特殊的限制，具体视BTS装备TRX数而定，假设装备N个TRX，那么MA频率数小于等于N，且N<=6。
另外，关于BCCH及其扩展信道，协议规定其不参与跳频。
故分派给这些信道的频率集只包括一个频率，这只是一种跳频的退化，与整个跳频算法是相统一的。
基带跳频具体实现进程：
1.在BTS内部，OMU依照信道配置情形确信本BTS内部各CU模块利用的绝对频道号，然后将初始频率设置下发到各CU单元，并形成反映本BTS内部反映CU绝对频道号配置的情形表。
结合CU连接的BBX总线，形成BBX_Bus—ARFCN对照表，格式如下。
考虑到每一个BTS最多装备6个CU，故该表共包括6行信息。
此表由OMU形成后下发到本BTS中各个FU，即在同一BTS内部的所有FU必需具有相同的BBX_Bus—ARFCN对照表。
BBX_BusNumber
BUSN（0～5）
ARFCN
（0～1023）10bit
0
ARFCN0orNULL
1
ARFCN1orNULL
2
ARFCN2orNULL
3
ARFCN3orNULL
4
ARFCN4orNULL
5
ARFCN5orNULL
该表中假设某个BBX总线上没有配置CU，或由于故障缘故无法利历时，OMU应依照从BSC来的指令进行调整，并将不利用的BBX总线号对应的绝对频道号置NULL。
在CU一侧，CUI同时依照在背板上识别的模块号设置自生的BBX总线号，以备接收来自FU的相应下行数据。
2.在信道分派到一个FU的时候，FU从SetChannelAttributes消息中获取本FU所处置的每一个信道（8个时隙），的HSN、MAIO、ARFCNList参数，ARFCNList参数参见跳频算法部份的参数说明。
用ARFCNList参数构造MA表如下。
MA（i）
i<6
ARFCN
（0～1023）10bit
0
ARFCN0
1
ARFCN1
2
ARFCN2
…
…
该表指出了本信道在跳频情形下利用的频率集，即该信道利用的CA频率的子集MA。
FU在基带跳频时，MA表最多只应有6个频率。
在一个FU中，应该存在8张MA表，对应8个时隙。
如此能够支持时隙跳频。
3.结合1和2中生成的BBX_Bus—ARFCN对照表和MA表生成综合查询表MA—BBX_Bus表如下。
MA（i）
I<5
ARFCN
（0～1023）10bit
BBX_BusNumber
BUSN（0～5）
0
ARFCN0
3（本列数据为举例值）
1
ARFCN1
2
2
ARFCN2
0
…
…
…
在一个FU中，应该构造8张MA—BBX_Bus表，对应8个时隙。
以支持时隙跳频。
4.帧单元依照GSM跳频算法及所获参数在FN到来时，依照HSN、MAIO计算取得MAI，，再查表MA—BBX_Bus表，取得该信道此突发数据所对应的绝对频道号ARFCN和应该下发的BBX_BusNumberBUSN，将这两个数据打入下行数据包的byte0，byte1~2中下发即可。
在CU侧，由TBBX截取下行数据byte0中的有效位，确信对下发至本CU的数据进行接收，并送MOD发射至MS。
此进程即可完成跳频的目的。
B.射频跳频的实现
射频跳频时，对信道的频率计划提出了另一限制条件，BCCH载波上的8个时隙，均不能参与跳频，因为标准要求BCCH及其扩展信道不参与跳频，因此，与BCCH及其扩展信道处在同一帧，或说由同一FU处置的信道均不可参与跳频，总共8个时隙。
另外，对整个系统中处于同一帧内的8个时隙内的信道，应分派给相同的跳频参数，包括MA、HSN、MAIO。
射频跳频具体实现进程：
1在BTS内部，在CU一侧，CUI依照在背板上识别的模块号设置自生的BBX总线号，以备接收来自FU的相应下行数据。
在FU一侧，依照FU自身的模块号，确信FU的BBX总线号，并将此参数BBX_BusNumber作为一个参数保留，作为下行数据总线选择打入下行数据包的byte0，通过这种方法，可在FU与CU之间通过总线号成立一个一一对应的关系，相当于将同一TRU中的FU和CU进行直连，取消基带互换功能。
2.在信道分派到一个FU的时候，FU从SetChannelAttributes消息中获取本FU所处置的每一个信道（8个时隙），的HSN、MAIO、ARFCNList参数，ARFCNList参数参见跳频算法部份的参数说明。
用ARFCNList参数构造MA表如下。
MA（i）
i<64
ARFCN
（0～1023）10bit
0
ARFCN0
1
ARFCN1
2
ARFCN2
…
…
该表指出了本信道在跳频情形下利用的频率集，即该信道利用的CA频率的子集MA。
FU在射频跳频时，对MA的最大频率数限制为协议规定的64，而无基带跳频时的附加限制。
另外，对同一FU处置的8个时隙，MA参数必需相同，因此一个FU仅需构造一个MA表，如此能够支持帧跳频。
3.FU依照GSM跳频算法及所获参数在FN到来时，依照HSN、MAIO计算取得MAI，再查MA表，取得该信道此突发数据所对应的绝对频道号ARFCN，再将BBX_BusNumber和ARFCN这两个数据打入下行数据包的byte0，byte1~2中下发即可。
在CU侧，由TBBX截取下行数据byte0中的有效位，确信对下发至本CU的数据进行接收，并送MOD。
同时由CUI将其中的ARFCN参数分离，用于预置频率合成器的频率值，在下一帧，即以该频率将此突发数据向MS发送。
同时，在5BP后，CUI又依照此ARFCN值，确信接收频率值，接收来自MS的突发数据。
此进程即可完成跳频的目的。
参考协议：
GSM04。
08
GSM05。
XX
GSM08。
05
GSM12。
21
1998年，目标为制订代替GSM的第三代移动（）标准的3GPP启动。
3GPP也同意了保护和继续开发GSM标准的工作。
ETSI是3GPP的成员之一。
在发展的过程中，GSM系统的功能不断得到丰富，从而能够提供更多样的服务。
由GSM系统首先引入的短信息服务（SMS）提供了一种新颖、便捷、廉价的通讯方式。
1994年，GSM实现了基于电路交换的数据业务和传真服务。
1999年，WAP协议使得用户可以通过手机访问互联网。
2000年后开始商用的通用分组无线服务（GPRS）使得GSM系统能够以效率更高的分组方式提供数据通讯。
2003年,EDGE技术开始商用，提供了接近3G的数据通信能力。
目前，3GPP组织还在发展GSM标准，以便利用已经大量部署GSM基础设施，平滑地向3G技术演进
利用上直观的特点
GSM系统有几项重要特点：
防盗拷能力佳、网络容量大、电话号码资源丰硕、通话清楚、稳固性强不易受干扰、信息灵敏、通话死角少、电话耗电量低。
的技术特点
1.。
由于采纳了高效调制器、信道编码、交织、均衡和语音编码技术，使系统具有高频谱效率。
2.容量。
由于每个信道传输带宽增加，使同频复用栽干比要求降低至9dB，故GSM系统的同频复用模式可以缩小到4/12或3/9甚至更小（模拟系统为7/21）；加上半速率话音编码的引入和自动话务分配以减少越区切换的次数，使GSM系统的容量效率（每兆赫每小区的信道数）比TACS系统高3～5倍。
3.话音质量。
鉴于数字传输技术的特点以及GSM规范中有关空中接口和话音编码的定义，在门限值以上时，话音质量总是达到相同的水平而与无线传输质量无关。
4.开放的接口。
GSM标准所提供的开放性接口，不仅限于空中接口，而且报刊网络直接以及网络中各设备实体之间，例如A接口和Abis接口。
5.安全性。
通过鉴权、加密和号码的使用，达到安全的目的。
鉴权用来验证用户的入网权利。
加密用于空中接口，由SIM卡和网络AUC的密钥决定。
TMSI是一个由业务网络给用户指定的临时识别号，以防止有人跟踪而泄漏其地理位置。
6.与、等的互连。
与其他网络的互连通常利用现有的接口，如ISUP或TUP等。
7.在SIM卡基础上实现漫游。
漫游是移动通信的重要特征，它标志着用户可以从一个网络自动进入另一个网络。
GSM系统可以提供全球漫游，当然也需要网络运营者之间的某些协议，例如计费。
[]
四、GSM原理
GSM是GlobalSystemforMobileCommunication的缩写。
意思是全世界移动通信系统。
分GSM900、DCS1800和PCS1900三个频段，一样的所谓的双频电话确实是在GSM900和DCS1800频段切换的电话。
PCS1900（PCS1900-PersonalCommunicationsS
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