GSM 时分多址的帧结构

时分多址 TDMA信道

GSM中的信道分为物理信道和逻辑信道，一个物理信道就为一个时隙(TS)，而逻辑信道是根据BTS与MS之间传递的信息种类的不同而定义的不同逻辑信道。这些逻辑信道映射到物理信道上传送。从BTS到MS的方向称为下行链路，相反的方向称为上行链路。

逻辑信道又分为两大类，业务信道和控制信道。

业务信道（TCH）：用于传送编码后的话音或客户数据，在上行和下行信道上，        点对点（BTS对一个MS，或反之）方式传播。

控制信道  (CCH)  ：用于传送信令或同步数据。根据所需完成的功能又把控制信道定义成广播、公共及专用三种控制信道，它们又可细分为：

广播信道（BCH）:

---频率校正信道（FCCH）：携带用于校正MS频率的消息，下行信道，点对多点（BTS对多个MS）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，下行信道，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）。下行，点对多点方式传播。

公共控制信道（CCCH） :

---寻呼信道（PCH）：用于寻呼（搜索）MS。下行，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），可作为对寻呼的响应或MS主叫／登记时的接入。上行信道，点对点方  式传播。

---允许接人信道（AGCH）：用于为MS分配一个独立专用控制信道（SDCCH）。下行信道，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。上行和下行信道，点对点方式传播。

---慢速随路控制信道（SACCH）：它与一个TCH或一个SDCCH相关，是一个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。这对实现移动台参与切换功能是必要的。它还用于MS            的功率管理和时间调整。上行和下行信道，点对点方式传播。

---快速随路控制信道（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所能处理的高得多的速                度传送信令信息，则借用20ms的话音（数据）来传送。

TDMA帧

在TDMA中，每个载频被定义为一个TDMA帧，相当于FDMA系统中的一个频道，每帧包括8个时隙（TS0-7），要有TDMA 帧号，这是因为GSM的特性之一是客户保密性好，是通过在发送信息前对信息进行加密实现的。计算加密序列的算法是以TDMA帧号为一个输入参数，因此每一帧都必须有一个帧号。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。

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。

突发脉冲序列（Burst）

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。

普通突发脉冲序列（NB）：用于携带TCH及除RACHA，SCH和FCCH以外的控制信道上的信息， “57个加密比特”是客户数据或话音，再加“1”个比特用作借用标志。借用标志是表示此突发脉冲序列是否被FACCH信令借用。“26个训练比特”是一串已知比特，用于供均衡器产生信道模型（一种消除时间色散的方法）。

“TB”尾比特总是000帮助均衡器判断起始位和中止位。“GP”保护间隔，8.25个比特（相当于大约30ms），是一个空白空间。由于每载频最多8个客户，因此必须保证各自时隙发射时不相互重迭。尽管使用了时间调整方案，但来自不同移动台的突发脉冲序列彼此间仍会有小的滑动，因此8.25个比特的保护可使发射机在GSM建议许可范围内上下波动。

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FCCH，见图 3-10。图中“固定比特”全部是0，使调制器发送一个未调载波。“TB”和“GP”同普通突发脉冲序列中的“TB”和“GP”。

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 .

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，这是为了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，为了不与下一时隙中的突发脉冲序列重叠，此突发脉冲序列必须短一些。

空闲突发脉冲序列（DB）：此突发脉冲序列在某些情况下由BTS发出，不携带任何信息。它的格式与普通突发脉冲序列相同，其中加密比特改为具有一定比恃模型的混合比特。

逻辑信道映射

用于呼叫处理的各种逻辑信道和信令，实际上是由物理信道（以突发脉冲序列的形式）来传递的。因此有必要讨论各种逻辑信道与物理信道的关系，了解它们是怎样从自身的构成体系上被列入相应的物理信道上传送的。

控制信道的映射

对某小区超过1个载频时，该小区上的TS0就映射广播和公共控制信道.

F（FCCH）--- 移动台依此同步频率，它的突发脉冲序列为FB。

S（SCH）--- 移动台依此读TDMA帧号和BSIC码，突发脉冲序列为SB。

B（BCCH）--- 移动台依此读有关此小区的通用信息。突发脉冲序列为NB。

I（IDEL）--- 空闲帧，不包括任何信息。突发脉冲序列为DB。

C（CCCH）--- 移动台依此接受寻呼和接入，突发脉冲序列NB。

我们从帧的分级结构知道，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，此序列在第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。

TS 0 下行链路的映射

FSBBBBCCCCFSCCCCCCCCFSCCCCCCCCFSCCCCCCCC

FSCCCCCCCCI

TS 0上行链路的映射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.

RRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRR

RRRRRRRRRRRRRRR

下行链路上的TS1用于映射专用控制信道。它是102个TDMA帧复用一次，三个空闲帧之后从D0开始.

D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 A0 A1 A2 A3III D0 D1 D2 D3

D4 D5 D6 D7 A4 A5 A6 A7III

由于是专用信道，所以上行链路上的TSI也具有同样的结构，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.

D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 A0 A1 A2 A3III D0 D1 D2 D3

D4 D5 D6 D7 A4 A5 A6 A7III

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。

除映射控制信道以外的时隙均映射业务信道（TCH）

TTTTTTTTTTTTATTTTTTTTTTTTI

T（TCH）--- 编码话音或数据，用于通话。突发脉冲序列为NB。

A（SACCH）--- 控制信号。用于移动台接受命令改变输出功率、了解应监视那些BTS的BCCH、向系统报告从周围BTS接收到的信号强度等，突发脉冲序列NB。

I（IDEL）：空闲帧。通常对于分配到TS2的移动台，每个TDMA帧的每个TS2都包含此移动台的信息。只有空闲帧是个例外，它不包含任何信息。

上行链路的结构与下行的一样的，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，时间偏移约为3个时隙。

用于携带TCH的复帧是26帧的，因此有26个TS2，第26TS2 时隙是空闲时隙，空闲时隙之后序列从头开始。

携带TCH的复帧相对携带控制信道的复帧要加一个滑动，因为携带TCH的复帧是26个TDMA帧重复一次，而携带控制信道的复帧要每51个TDMA帧重复一次，所以空闲帧在51复帧所有不同的控制信道上均有一个滑动。