GSM无线信道概述及差错控制方法

1 GSM无线信道概述
GSM无线信道涉及信道编码、二次交织技术、时序调整和GMSK调制技术等 。现在,许多厂家的GSM设备还运用分集接收、频率跳频和MS、BTS动态功率控制等技术来改善无线传输中的差错 。
在实际应用中,比特差错经常成串发生,这是由于持续时间较长的衰落谷点会影响到几个连续的比特,而信道编码仅在检测和校正单个差错和不太长的差错串时才最有效 。为了纠正这些成串发生的比特差错及一些突发错误,GSM运用交织技术来分散这些误差 。

GSM无线信道是针对复杂的无线环境并结合话音通信的特点来设计信道控制方法的,如话音不连续发射就是根据特点来考虑信道的,分集接收是提高信号接收质量的重要手段 。

2 GSM无线信道差错控制方法
考虑到GSM基本上是以话音为主的蜂窝移动通信网,无线信道应采用适应话音特点的信道控制方法来克服或分散差错的发生 。例如,采用交织方法分散差错的发生,采用跳频和功率动态控制降低蜂窝间频率的干扰,以及采用GMSK适应话音的调制方案等 。

下面将重点介绍与GSM密切相关的信道差错控制方法及实际应用的注重事项 。

2.1 交织是GSM信道编码的重要纠错机制

信道编码用于克服无线信道传输过程中的误码 。通过信道编码,能检出和校正接收比特流中的差错,克服无线信道的高误码缺点 。

由于GSM系统采用了TDMA技术,交织方案有其自身的特点 。下面以移动台的工作机理为例,说明交织在GSM中的应用 。

移动台接收到的信号是不连续的,每帧接收到一串数据后,除去保持比特和练习序列,所得到的信息量为114bit,因此信道编码后20ms的话音要分成57bit,即分成8组,用4个帧才能送完 。为了克服比特差错的成串发生,可利用交织把一条消息中的相继比特隔开,将它们以非相继方式发送,从而使成串的差错化较短的差错串 。一次交织在20ms话音内进行,二次交织在相邻的两个20ms话音进行 。

信道编码器为每段20ms话音提供456bit,根据上述交织原理,将456bit分成8组,每组57bit,用4个TDM帧发送 。发送时,按非连续方式发码,即对它们作交织处理 。这个比特处理过程称为第一次交织 。第一次交织是在20ms的话音中进行的 。

设某用户进行通话,每20ms产生一个456bit的话音帧,假设现有A、B、C、D4帧,每帧第一次交织后形成8组,每组57bit,假如每帧的114bit取自同一话音帧并插入同一突发脉串,那么该突发脉冲串假如丧失,将总共丧失25%的比特,而信道编码难以应会丢失如此多的比特,所以必须在两个话音帧间再进行一次交织 。

第二次交织是在两个20ms的话音间进行的 。第二次交织后,每串突发脉冲串发送相邻两个20ms各57bit的信息,每20ms的话音要分成8个TDMA帧才能送完 。

二次交织将增加系统的时延,但却能经得住丧失整个突发脉冲串的打击,因为丧失一个脉冲串只影响每个话音帧比特数的12.5%,而这是能通过信道编码加以校正的 。

2.2 GMSK调制

GMSK是一种非凡的数字调频方式,它通过在载频上增加或减少67.708KHz来表示“0”或“1” 。利用两个不同频率来表示“0”和“1”的方法称为FSK 。在GSM中,数据的比特率选择为频偏的4倍,称为MSK,采用高斯预调制滤波器,可进一步减少调制频偏(减至125KHz范围内),防止能量扩散到邻近信道的频道上去 。这种调制方式的干扰比其它调制方式少,适合数字移动通信 。

2.3 频率跳频

采用跳频技术是为了确保通信的秘密性和抗干扰性 。起初,它主要用于军事通信,后来在GSM标准中也被采纳 。瑞利衰落的衰落图形与频率相关,即衰落谷点将因频率不同而发生于不同的地点 。这样,假如在呼叫期间让载波频率在几个频率点上变化,并假定只在一个频率上有一衰落谷点,那么仅会损失呼叫的一小部分,而采用复杂的信号处理过程能重新恢复全部信息内容,这种方法称为跳频 。呼叫期间,载波频率在几个频率上变化,以克服瑞利衰落,因为瑞利衰落谷点只是对某一频点有效,对另一频点无效 。跳频相当于频率分集,可以反抗衰落现象,这是采用它的最主要原因 。

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