十章逻辑信道 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope有生命必有希望有生命必有希望一、概论移动通信中，移动用户和网络之间所有的活动都是通过空中接口的信道完成的GSM中的信道分为物理信道和逻辑信道物理信道：在一对频率中，一个特定的时隙被分配给一个移动台用于通信这一对时隙就形成了一条双工作业的物理信道(相当于一条线)逻辑信道：是被用来在BTS和MS之间传递不同类型的信息，不同的传递不同的信息2一条物理信道结合了频率和TDM两方面，被定义为一系列的无线电频率信道和时隙逻辑信道是映射到物理信道上传送的下行链路：从BTS到MS方向的链路上行链路：从MS到BTS方向的链路3频率时隙号图物理信道4图逻辑信道多路复用5二、空中接口的结构面向电路的接口GSM系统是面向电路的，主要的目标是提供语音服务6空中接口的层结构主要包括三层：物理层、数据链路层、网络层三大特点：功能丰富的物理层：不但有传统的调制解调功能，还有多路复用、突发的生成、功率控制、时间提前量TA的计算、均衡、编/解码等其他功能7多种类型的逻辑信道：这些逻辑信道将第一层和第二层连接起来。
在这一层，主要是研究在逻辑上如何控制在控制信道中传输的帧(LAPDm协议)网络层被分为三个子层：管理呼叫控制、补充业务、短信息等业务83 Layer:networkCall Management(CM)Call Control(CC)Supplementary Services(SS)Short Message Service(SMS)Mobile Mgt(MM)AuthentificationUpgrade LocationIMSI attach/detachIdentificationRadio Resource(RR)Paging,Activation encryption,Dedicated Channels Allocation,Handover,measurement reporting2 Layer:data linkRetransmission mechanismTCHSACCHFACCHSDCCHCCCHBCCHPCHRACHAGCHSCHFCCHRadio link controlProtection and error detectionPhysical and logical channelsBurst construction1 Layer:physical图逻辑信道和层结构9三、逻辑控制信道相关的物理和逻辑信道空中接口提供了大量的不同内容和不同优先权的控制功能广播系统信息(BCH)；通知移动台有呼叫进入和为它们接入网络提供便利(CCCH)；在传输前和传输过程中对物理参数的控制(FACCH,SCH和SACCH)；为的信令传输提供支持(SDCCH)。
10图同时支持话务信道和辅助控制信道的物理信道示意图11复帧(Multitrame)就是将一些连续的TDMA帧上的某一特定时隙连续地组合在一条物理信道上某些载波的复帧中的时隙具有特别的功能120 1 27 0 1 27 0 1 27 0 1 27TDMA帧复帧图支持复帧的物理信道13复帧、超帧和超超帧的结构.复帧：120 ms的26个帧的复帧235.4 ms的51个帧的复帧.超帧(Supertrame)：51个26复帧的超帧26个51复帧的超帧14.超超帧(Hypertrame)：2048个超帧，2715648个TDMA帧，即3h28min53s760ms每个TDMA帧都有个帧号FN(Frame Number)在加密算法A5中，在某一给定的时刻，不同BTS的FN不能有相同的值152324253210120 ms multiframe474849321050235.4 msmultiframe5049484743210252423220134superframe123204720462045hyperframe3h 28min 53s 760ms图空中接口所有帧的结构16逻辑信道的分类分为专用信道和非专用信道。
专用信道(Dedicated Channel)：提供预留资源给移动台，即分配复帧中的一对时隙给移动台一个蜂窝小区中，没有任何两台移动台在同一时隙内接收和发送专用信道是双工信道17非专用信道(Common Channel)：单工作业的、由许多移动台共享的信道下行链路中：数据广播；上行链路中：多址接入(slotted Aloha)；18Traffic Channel for data (user rate)9.6 kbit/s,4.8 kbit/s,奇数位的数据属于TCHBit 1=奇数位的数据属于FACCHBit 0=偶数位的数据属于TCHBit 1=偶数位的数据属于FACCH图正常突发中偷换标记的应用34图一条物理信道上逻辑信道TCH和FACCH复用示意图T:TCH A:SACCH F:FACCH i:idle两个字母意味着每个占用半个突发，一个字母意味着两个的半突发支持同一条信道T T T TTFTFTFTFFTFTFTAFTT T T T T T T T T T T T0 1 2 31225i26个TDMA帧持续120 ms35SDCCH-SACCH的复用一条SDCCH信道是和配合它的SACCH信道复用在同一条双工物理信道上，同时信道上可以有多对SDCCH-SACCH。
3651个TDMA帧=235.38 ms0 1 21020503040D0D1D2D3D4D5D6D7A0/A4 A1/A5 A2/A6 A3/A70 1 21020503040D0D1D2D3D4D5D6D7A0/A4A1/A5 A2/A6 A3/A7Di=SDCCHi信道Ai=配合SDCCHi信道的SACCHi偶数(或奇数)复帧上的第32个时隙到第47个时隙被用来配合第0,1,2,3(或第4,5,6,7)SDCCH信道图SDCCH复用的结构37五、信标信道概念允许移动台总是和最合适的基站连接在一起的信道38功能.使得移动台可以 检测到网络；获得必要的无线信道参数，接入到系统其他术语 beacon,信标信道.类似一座灯塔 对于航行的船只来说(灯屋)注意：BCCH CBCH(Cell Broadcast CHannel)39GSM中信标信道的功能.GSM中“信标”的功能表现在几个方面无线资源、同步的检测“系统”参数的广播.在GSM中，它的实现是通过一个载波(在每个蜂窝小区内)，它实现了“灯塔”的功能(“信标频率”=“BCCH频率”)该载波的一个物理信道(在n0时隙上)，支持包括BCCH在内的不同逻辑信道(有时为了在别的时隙上实现信标信道，别的物理信道也可以被使用)。
40注意：支持信标信道的信标频率是分配给运营商的所有频率中的一个在这个频率上的发射功率总是恒定的为了维持恒定的发射功率，在没有信息发送时，还是继续发送填充突发(dummy bursts)信标频率同样也可以用来支持别的信道(专用与非专用)f 2f 3f 7f 6f 1f 5f 4信标信道在频率f1上41图基站42“信标”的基本知识.一个无线通信系统需要一个参照“信号”它使得移动台 检测到网络与网络同步(在时间上和频率上)了解网络的各种参数与配置该“信号”是在网络中广播的，并且用来进行网络控制(原则上来说，信道上不传送任何用户信息)43GSM中，基站的信标信道对应着信标频率：在上，总是有一个功率恒定的调制信号在不断地发射着，这个信号允许移动台进行功率调整0时隙：一系列的广播逻辑信道被建立在上44200 kHz1 carrierf1 TDMA frame=4.6152 mstime slotf1在一个蜂窝小区中，为了实现信标信道，人们将在0时隙的一个特殊载波(这里是f1)和它支持的物理信道区别开来0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 7t图载波和物理信道45B T T T T T T TF SBF SF SF SF SB D T D T T T T51-Multi frame(duration:51 TDMA frames)0 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 7Average cell case 1 PhyCh=1 BCH+CCCH 2 PhyCh=2x(8 SDCCH)5 PhyCh=5x(TCH)Small cell case 1 PhyCh=1 BCH+CCCH+4 SDCCH 7 PhyCh=7x(TCH)BCCH frequency f1f1或“信标”频率(或BCCH)支持广播的逻辑信道(F,S,B)，同样也支持其他类型的信息。
BCCH频道在时隙0上图信标频率46广播信道(BCH)的种类FCCH(Frequency Correction Channel)SCH(Synchronization Channel)BCCH(Broadcast Control Channel)严格来说，FCCH不能算一条逻辑信道，只是一条物理“信标”但是，它经常被看作是一条逻辑信道47.FCCH频率校正信道，使得移动台可以将工作频率锁定到基站的工作频率由约50 ms发射一次的一种特殊突发组成突发由148 bits 的“0”组成 发 送 在 载 波 f0上:产 生 一 个 频 率 为f0+1625/24 kHz的正弦信号仅仅出现在信标信道0时隙上48FCCH突发发送在51个帧的复帧的第0、10、20、30和40帧上在235.8 ms中发射5次，大约每秒钟20次检测到FCCH突发意味着移动台正好在监听信标信道(就象SCH突发一样)1010203040FFFFF图FCCH在51个帧的复帧中的位置49.SCH同步信道，提供所有必要的同步信息给移动台带有64 bits的训练序列(长的)两种不同的同步方式微同步：帮助确定TA值逻辑同步：网络的本地逻辑时钟，帧号 FN(Frame Number)50编码后的数据编码后的数据扩展的训练序列3 bits39 bits64 bits39 bits3 bits时隙:156.25 bits(577 s)8.25 bits(30.46 s)图同步突发的结构由编码在78 bits上的控制保护数据和一个训练序列组成。
511010203040FFFFFSSSSS图SCH在51个帧的复帧中的位置在51个帧的复帧中出现在第1、11、21、31、41帧中(每隔10TDMA帧：FN0+1+k10)52微同步使移动台可以在时间上得到精确校正注意：这里使用的64bits的训练序列在所有的GSM网络中是唯一的，与EDGE中使用的有些不同在SCH突发出现之前，同步的精确度是10s级在收到SCH突发后，同步的精确到s级53图检测到一个SCH突发54传输的参数用RFN(Reduced Frame Number)表示FN(即逻辑同步)RFN,是FN的紧凑形式，允许确定FN(0FN 它不能正确解调其他时隙(有BC-,P-,T-CH信道的)锁定在一个BS上的移动台(给定了BCC的)不能再锁定到另一个BS上(即使它们使用同样的频率)图1在同一BCCH频率上BSIC的应用(2)58BSIC中的NCC部分在逻辑上允许区分使用相同频率的两个互相接壤国家的GSM运营商即使有双重“冲突”：(1)BCCH频率 (2)BSIC的BCC部分f1BSIC=0,2f1BSIC=0,3图BSIC在两个相邻PLMN的应用59.BCCHBCCH(Broadcast Control Channel):广播控制信道，广播蜂窝小区的其他逻辑特性参数(或者系统信息)782bps的速率(基本设置)传输模式 系统信息被组合成23bytes(184bits)为单位该184bits被编码成456bits，并且被分割成57bits的8个 half blocks该8个half blocks被交织在4个正常突发中60广播的系统信息选择蜂窝小区的参数(要求的最低信号电平，允许的最大发射功率)位置区域代码LAI(帮助决定切换)给出随机接入规则的RACH参数对如何配置公共控制信道的详细描述对如何组织CBCH(Cell Broadcast CHannel)信道的详细描述相邻蜂窝小区的信标信道频率分配给BS的载波表CI(Cell Identity)(BSIC)其他必要的参数(例如：DTX的应用，功率控制等)61BCCH1010203040FFFFFSSSSS图 BCCH在51帧的复帧中的位置 在帧中的位置 一般来说是在时隙0其他可能性，时隙2、4、6。
62移动台开机后.首先按照某个顺序搜索可能存在的GSM频率(可以在SIM卡中指定)900MHz，1800MHz(DCS)，1900MHz(PCS)，850MHz(AMPS).接着根据收到的功率强度将频率进行排队.然后在信号最强的频率上，搜寻一个“时隙”信号(TDMA,4.6154)FCCH突发(检测解调后最合适的频率)63.如果检测到了FCCH突发，移动台将锁定这个频率(在频率上同步).继续寻找SCH突发，找到后：在时间上进行同步获得一个网络时间(FN)然后对BSIC进行解码(并且知道蜂窝小区中使用的26 bits的训练序列).对BCCH进行解码，以便获得系统信息和确定运营商(“home”或“visited”).64移动台通话时移动台继续监测，要了解网络其他地方发生的事(但是不全部解码)为切换做准备(MAHO,Mobile Assisted HO)通话中的移动台在“monitoring”期间，扫描相邻蜂窝小区信标信道的TDMA帧(当前的BS的BCCH中指出了有关频率)，测量来自它的功率移动台对不同的相邻信道进行功率测量，然后将测量结果通过配合TCH信道的控制信道SACCH信道送回当前的BS。
65当前的BS相邻的BS 图对信标信道的扫描66图 利用空闲时隙检测测量测量并解码当前BTS当前BTSi相邻BTSi000067六、公共控制信道CCCH(Common Control Channel)包括随机接入信道RACH(Random Access Channel)、准许接入信道AGCH(Access Grant Channel)、寻呼信道PCH(Paging Channel)、小区广播信道CBCH(Cell Broadcast Channel)68RACH信道是所有移动台共享的，并且允许它们向网络申请一个特别服务的控制信道69.接入突发结构：扩展尾比特(extended tail bits)，8bits，(0,0,1,1,1,0,1,0)保护时间，68.25bits，252s237.8km(GSM中，移动台和基站间的最大距离只能是35km)训练(同步)序列，41bits，允许基站发现来自移动台未完全同步的信号编码后的数据，36bits，8(有用信息)+6(CRC BSIC)+4(卷积编码的尾比特)2(编码率1/2的卷积码)尾比特，3bits7001273 bits8 bits41 bits36 bitsslot:156.25 bits(577s)68.25 bits(252s)TDMA frame图接入突发结构示意图71.随机接入参数一个随机数，最多5bits，是验证移动台的事务(transaction)号码。
该参数只发送三次要求的服务类别，再加上移动台标上的请求发送时间FN(本地时间)72AGCH信道是网络用来发送分配专用信道资源的下行公共信道信道上传输的信息：使用的信令信道的全部信息：载波号、时隙号、跳频的相关资料(应用了跳频的话)时间提前量TA的参数73PCH信道是网络和移动台联系时，在所有小区中广播包含移动台代码消息的信道在一个消息中，允许使用TMSI一次广播四个移动台74CBCH信道是用来广播某些特殊短消息(如天气预报)的信道75CCCH信道的复用设置PCH+AGCH必须和BCCH信道复用在一个51个帧的复帧中，根据基站负荷不同又有PCH+AGCH，只占用信标信道的0时隙的一部分资源PCH+AGCH，占用信标信道0时隙上除了预留给FCCH和SCH外的全部资源PCH+AGCH，可能占用信标信道的4个时隙(0,2,4,6)76图 CCCH占用最多资源的配置-如果是复帧是和0时隙有关的，那么空格对应的是FCCH信道和SCH信道-如果是复帧是和2,4,6时隙有关的，那么空格对应的是填充突发C:PCH+AGCHR:RACH50BCCH1010203040CCCCCCCCC501010203040R R R R R R R R R R R RR R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R77图CCCH占用资源最少的配置C:PCH+AGCHR:RACH Di:SDCCHi78七、各种逻辑信道的作用专用信道：提供给移动用户独占的传输能力，可以承载信令(SDCCH信道)也可以承载用户信息(TCH信道)。
在需要信令的紧急情况下，还允许借用TCH信道的资源给FACCH信道为了对链路进行实时控制，每条专用信道都有一条慢辅助信道(SACCH信道)配合使用广播信道：FCCH信道用于校正移动台频率；SCH信道用于同步；BCCH信道用于广播系统信息公共控制信道：RACH信道用于移动台的接入；AGCH信道用于分配一条专用信道给移动台并且负责信道切换；PCH信道用来广播呼叫一个移动台792 SACCH2 TCH/H 或2 FACCH261 SACCH1 TCH/F 或1 FACCH26仅仅在2,4,6时隙和BCCH载波(不跳频)8 SACCH8 SDCCH51PCH+AGCH+RACHBCCH514 SACCH4 SDCCHPCH+AGCH+RACHFCCH+SCH+BCCH51仅仅在0时隙和BCCH载波不跳频PCH+AGCH+RACHFCCH+SCH+BCCH51备注辅助信道专用信道(信令或者话务)公共控制信道广播控制信道结构表在1个时隙上可能出现的复用结构80小结了解空中接口的特点，复帧、超帧、超超帧的结构，公共控制信道；熟悉专用信道；掌握信标信道的特点。