【大话GSM】物理信道与逻辑信道映射详细解析

物理信道与逻辑信道映射详细解析

1. 频点、时隙、信道

在GSM中，无线路径上是采用时分多址TDMA方式。每一频点（频道、载频TRX）可分为8个时隙，每一时隙为一个信道，因此一个TRX最多可有8个移动用户同时使用。

GSM系统中的信道分为物理信道和逻辑信道，一个物理信道就是一个时隙（TS），如下图所示。

逻辑信道是根据BTS与MS之间传递的信息种类不同而定义的不同逻辑信道。

逻辑信道分为两大类：业务信道和控制信道。

1) 业务信道（TCH）：用于传送编码后的语音或客户数据。

2) 控制信道：用于传送信令或同步数据。可分为广播控制信道、公共控制信道以及专用控制信道三种。

广播控制信道（BCH）：

频率矫正信道（FCCH）：携带用于校正MS频率的消息，在下行信道中传送，点对多点（BTS对多个MS，即对整个服务小区，也称广播方式）方式传播。

同步信道（SCH）：携带MS的帧同步（TDMA帧号）和BTS的识别码（BSIC）的信息，在下行信道中传送，点对多点方式传播。

广播控制信道（BCCH）：广播每个BTS的通用信息（小区特定信息）。在下行信道中传送，点对多点方式。在每个基站收发信台中总有一个收发信机含有这个信道，以向移动台广播系统信息。

公共控制信道（CCCH）：

寻呼信道（PCH）：用于寻呼（搜索）MS。在下行信道中传送，点对多点方式传播。

随机接入信道（RACH）：MS通过此信道申请分配一个独立专用控制信道（SDCCH），作为对寻呼的响应或MS主叫/登记时的接入。在上行信道中，点对点方式（1个MS对应于1个BTS）传播。

允许接入信道（AGCH）：用于为MS分配一个独立专用控制信道（SDCCH）。在下行信道中传送，点对点方式传播。

专用控制信道（DCCH）：

独立专用控制信道（SDCCH）：用在分配TCH之前的呼叫建立过程中传送系统信令。例如：登记和鉴权在此信道上进行。在上行和下行信道中传送，点对点方式传播。

慢随路控制信道（SACCH）：它与一个TCH或一个SDCCH信道相关，是一个用于传送连续信息的连续数据信息，如传送移动台接收到的关于服务及邻近小区的信号强度的测试报告，这对移动台参与切换时必要的；它还用于MS的功率管理和时间调整。在上行和下行信道中传送，点对点方式传播。

快随路控制信道（FACCH）：它与一个TCH相关。工作于借用模式，即在话音传输过程中如果突然需要以比SACCH速度高得多的速率传送信令信息时，则借用20ms的话音（数据）来传送。一般在切换时发生。由于语音译码器会重复最后20ms的话音，因此这种终端不会被用户察觉。

其中，FCCH、SCH、BCCH、PCH、RACH、AGCH信道均是在下行或上行的BCCH载频的0时隙上传送。

2. 时隙的时间

如上所示：1 TDMA frame = 8 time solts;

1 time slot = 15625 symbol durations;

1 symbol duration = 48/13 us;

因此，1帧 = 8 * 15625 * 48/13 us = 4.615ms;

在系统消息下发的时候，具体下发哪个系统消息是通过TC来决定的，TC = (FN DIV 51) MOD 8，因此TC的循环周期为51 * 8 = 408帧。这样可以计算出每个系统消息发送的具体时间。

3. 帧、复帧

在TDMA多址方式中，每个载频被定义为一个TDMA帧，每帧包括8个时隙（TS0~7），每一帧都有一个TDMA帧号（因GSM对信息进行加密的计算加密序列的算法是以TDMA帧号作为一个输入参数的），因此有了TDMA帧号，移动台就可判断控制信道TS0上传送的是哪一类逻辑信道信息。

每一个TDMA帧含8个时隙，每帧长4.615ms，每个时隙含156.25个码元，占0.577ms。

TDMA帧号是以3.5小时（2715648个TDMA帧）为周期循环编号的。每2715648个TDMA帧为一个超高帧，每一个超高帧又可分为2048个超帧，一个超帧持续时间为6.12s，每个超帧又是由复帧组成。

复帧分为两种类型：

26帧的复帧——它包括26个TDMA帧，持续时长120ms，51个这样的复帧组成一个超帧。这种复帧用于携带TCH（和SACCH加FACCH）。

51帧的复帧——它包括51个TDMA帧，持续时长3060/13ms。26个这样的复帧组成一个超帧。这种复帧用于携带BCH和CCCH。

4. 突发脉冲序列

TDMA信道上一个时隙中的信息格式称为突发脉冲序列。共有五种类型：

a) 普通突发脉冲序列（NB）：用于携带TCH以及除RACHA，SCH和FCCH以外的控制信道上的信息。

b) 频率校正突发脉冲序列（FB）：用于移动台的频率同步，它相当于一个带频移的未调载波。此突发脉冲序列的重复称为FCCH。

c) 同步突发脉冲序列（SB）：用于移动台的时间同步，它包括一个易被检测的长同步序列并携带有TDMA帧号和基站识别码（BSIC）信息。这种突发脉冲序列的重复称为SCH。

d) 接入突发脉冲序列（AB）：用于随机接入，它有一个较长的保护间隔，是为适应移动台首次接入（或切换到另一个BTS）后不知道时间提前量而设置的。移动台可能远离BTS，这意味着初始突发脉冲序列会迟到一些到达BTS，由于第一个突发脉冲序列中没有时间调整，为了不使第一个突发脉冲序列与下一时隙中的突发脉冲序列重叠，此突发脉冲会短一些。

e) 空闲突发脉冲（DB）：此突发脉冲序列在某些情况下由BTS发出，不懈怠任何信息。

5. 逻辑信道到物理信道的映射

假设：每个小区有若干个载频，每个载频都有8个时隙，定义载频数为C0、C1、…、Cn，时隙数为T0、T1、…、T7。

1) 控制信道的映射

如果某小区超过一个载频，则该小区载频C0上的TS0就映射广播和公共控制信道（BCCH、FCCH、SCH、PCH、AGCH、RACH）。

下行链路：

BCCH+CCCH下行映射规则如下所示：

其中，F即FCCH、S即SCH、B即BCCH、C即CCCH、I即IDLE。即使没有寻呼或接入进行，BTS也会再C0上发射，用空闲突发脉冲序列代替。

51帧的复帧是用于携带BCH和CCCH，因此51帧的复帧中共有51个TS0，所携带的控制信道排列的顺序如下所示，次序列在第51个TDMA帧上映射一个空闲帧之后开始重复下一个51帧的复帧。

注意：此处在之前理解的时候有一个误区，我以为每个TDMA帧的每个时隙发送的东西应该一样。其实，不然，在发送时就是按照这种映射规则，在一个51复帧的第一个TDMA帧的T0时隙发送FCCH数据，第二个TDMA帧的T0时隙发送SCH数据，以此类推。还有最关键的要注意，这里的映射只发生在TS0时隙上。

下行链路C0载频上的TS1时隙用于映射专用控制信道。它是102个TDMA帧复用一次，三个空闲帧之后再从D0开始，如下所示：

其中，Dx（SDCCH）—— 此处移动台x是一个正在建立呼叫或更新位置或与GSM交换系统参数的移动台。Dx只在移动台x建立呼叫时使用，在移动台x转到TCH上开始通话或登记完释放后，Dx可用于其它MS。

Ax（SACCH）—— 在传输建立阶段（也可能是切换时）必须交换控制信令，如功率调整等信息，移动台x的此类信令就是在该信道上传送。

上行链路：

上行链路载频C0上映射的TS0是不包含上述各信道的，它只含有随机接入信道RACH，用于移动台的接入，如下图所示，给出了51个连续TDMA帧的TS0：

由于是专用信道，上行链路载频C0上的TS1时隙与下行链路上具有同样的结构，即意味着对一个移动台同时可双向连接，但时间上有个偏移，如下图所示，其中Dx、Ax与下行链路定义相同：

2) 业务信道的映射

用于携带TCH的复帧是26帧的，因此有26个TS2，第26个TS2时隙是空闲帧时隙，空闲帧时隙之后序列从头开始（即以空闲帧时隙I作为重复序列的开始或结尾）。

下行链路：

除了映射控制信道以外的时隙均映射业务信道（TCH），映射方法如下图所示，图中仅给出了下行C0上的TS2时隙的映射构成：

其中，T（TCH）—— 编码语音或数据，用于通话

A（SACCH）—— 控制信号。用于移动台接收命令改变输出功率、了解应监视哪些BTS的BCCH、向系统报告从周围BTS接收到的信号强度等。

I（IDLE）—— 空闲帧。它不包含任何信息，主要用于配合测量。

上行链路：

上行链路的结构与下行的一样，唯一不同的是有一个时间的偏移，也就是说上下行的TS2是在不同时间出现，时间偏移约3个时隙。

注意：

控制信道的配置是依据每小区（BTS）的载频（TRX）数而定的。小区信令信道配置如下表所示：

关于这个表的理解，是当小区只有一个频点时，在TS0上会按照“1X BCCH + CCCH + 4SDCCH/4（TS0）”的格式发送。这时的帧格式和上面映射时的帧格式就不一样了，此时格式如下：

此时的循环周期就是102。

如果有多个频点，则可能有多个信道发，每个信道发送不同的东西。例如，当频点数为2~5的时候，就是一个频点发送“BCCH+CCCH（TS0）”，一个频点发送“8SDCCH/8”。

总结：

综上所示，可知在C0载频上的全部TS为：

TS0：逻辑控制信道，重复周期为51个TS

TS1：逻辑控制信道，重复周期为102个TS

TS2~TS7：逻辑业务信道，重复周期为26个TS

其它所有载波（CS1~CS7）的TS0~TS7时隙全部都是业务信道TCH。

若一个小区只有一个载频C0，则它将有6个TCH（TS2~TS7）。若增加其它的载频，则其它载频的所有TS可全部用作TCH。

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