GSM原理及其网络优化
于在ABIS和ATER接口上传送，因而需再增加速率为3kbit／s的信令，它可用于BTS控制远端TCU的工作，因而被称为带内信息。这3kbit／s将包括同步和控制比特(包括坏帧指示、编码器类型、DTX指示等)。总之，带内信息将能使TCC知道信息的种类(全速率语音、半速率语音、数据)，以及采用何种适用的方法用于上行和下行的传输。
在TCU侧，为了适应PSTN网络64kbit／s的速率传输，因而它的码型速率转换板将完成将速率由13kbit／s转换为64kbit／s的工作。 2．6．2信道编码
信道编码用于改善传输质量，克服各种干扰因素对信号产生的不良影响，但它是以增加 比特降低信息量为代价的。
信道编码的基本原理是在原始数据上附加一些冗余比特信息，增加的这些比特是通过某 种约定从原始数据中经计算产生的，接收端的解码过程利用这些冗余的比特来检测误码并尽 可能的纠正误码。如果收到的数据经过同样的计算所得的冗余比特同收到的不一样时，我们 就可以确定传输有误。根据传输模式不同，在无线传输中使用了不同的码型。
GSM使用的编码方式主要有块卷积码、纠错循环码(FIRE CODE)、奇偶码(PARITY CODE)。块卷积码主要用于纠错，当解调器采用最大似然估计方法时，可以产生十分有效 的纠错结果。纠错循环码主要用于检测和纠正成组出现的误码，通常和块卷积码混合使用， 用于捕捉和纠正遗漏的组误差。奇偶码是一种普遍使用的最简单的检测误码的方法。
无论如何处理，全速率TCH编码都将在信道编码后，在每20ms内形成456bit的编码序列。
2．6．2．1全速率TCH信道编码
在对全速率语音编码时，首先将对语音编码形成的260个比特流分成三类，分别为50 个最重要的比特，132个重要比特以及78个不重要的比特。然后对上述50个比特添加上3 个奇偶校验比特(分组编码)，这53个比特连同132个重要比特与4个尾比特一起被卷积 编码，速率为1：2，因而得到378bit，另外78bit不予保护。于是最后将得到456bit。 2．6．2．2：BCCH、PCH、AGCH、SDCCH、FACCH、SACCH信道的编码
LAPDm是数据链路层的协议(第二层)，在连接模式下被用于传送信令。它被应用在 逻辑信道BCCH、PCH、AGCH、SDCCH、FACCH、SACCH上，一个LAPDm帧共有23 个字节(184bit)。为了获得456bit的保护字段，便可通过对LAPDm帧的编码来得到。
首先给184bit增加40bit的纠错循环码，这样就可以来检测是否物理层的差错校正码能 正确的校正传输差错。通过这种码型来监测无线链路，来确认是否SACCH消息块是否被正 确的接收到。
为了实现卷积编码，还应加上4hit的尾位。我们将得到的这228bit通过1:2卷积编码 速率，最后也会得到456bit的数据。 2．6．2．3 SCH信道的编码
SCH信令信道不能用LAPDm协议。在每个SCH信道有25bit的消息字段，其中19bit 是帧号，6bit用于BSCI号。由于每个单独的SCH时隙都携带着一个完整的同步消息，而且 SCH的突发脉冲的消息位的字段是78bit。因而我们需要将这25bit的数据编码成78bit。 我们将这25bit的数据再加上10个奇偶校验比特和4bit的尾位，这就得到了39bit。再 将这39bit按照1:2的卷积编码速率，便得到了78bit的消息。 2．6．2．4 RACH信道的编码
随机接入信道RACH的消息是由8个消息比特组成，包括3bit的建立原因和5bit的随 机鉴别符。由于RACH的突发脉冲的消息位的字段是36bit。因而我们需要将这8bit的数据 编码成36bit。
首先，我们给它加上6bit的色码，这6bit的色码是通过将6bit的BSIC和6bit的奇偶校
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验码取模2而获得的。然后再加上4bit的尾位。这样就得到了18bit，我们再将这18bit按照 1：2的卷积编码速率，最后将得到RACH突发脉冲上的36bit的消息位。 2．6．3交织技术
在移动通信中这种变参的信道上，比特差错经常是成串发生的。这是由于持续较长的深 衰落谷点会影响到相继一串的比特。但是，信道编码仅在检测和校正单个差错和不太长的差 错串时才有效，为了解决这一问题，希望找到把一条消息中的相继比特分开的办法，即一条 消息的相继比特以非相继的方式被发送，使突发差错信道变为离散信道。这样，即使出现差 错，也仅是单个或者很短的比特出现错误，也不会导致整个突发脉冲甚至消息块都无法被解 码，这时可再用信道编码的纠错功能来纠正差错，恢复原来的消息。这种方法就是交织技术。 在GSM系统中，在信道编码后进行交织，交织分为两次，第一次交织为内部交织，第 二次交织为块间交织。
在上一节我们提到了，通过话音编码和信道编码将每一20ms的话音块数字化并编码， 最后形成了456bit。我们首先将它进行内部交织，将456bit按(0，8，?，448)、(1，9，?， 449)?(7，15，?，455)的排列方法，分为8组，每组57bit，通过这一手段，可使在一 组内的消息相继较远。
但是如果将同一20ms话音块的2组57bit插入到同一普通突发脉冲序列中，那么，该突发脉冲丢失则会使该20ms的话音损失25％的比特，显然信道编码难以恢复这么多丢失的比特，因此必须在两个话音帧间再进行一次交织，即块间交织。
进行完内部交织后，将一语音块B的456bit分为八组，再将它的前四组(B0、B1、B2、 B3)与上一个语音块的A的后四组(A4、A5、A6、A6)进行块间交织，最后由(BO，A4)、 (B1，A5)、 (B2，．A6)、 (B3，A7)形成了4个突发脉冲，为了打破相连比特的相邻关 系，使块A的比特占用突发脉冲的偶数位置，块B的比特占用奇数位置，即B0占奇数位， A4占偶数位。同理，将B的后四组同它的下一语音块C的前四组来进行块间交织。
这样，一个20ms的语音帧经过二次交织后分别插入了8个不同的普通突发脉冲序列中，
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然后一个个的进行发送，这样即使在传输过程中丢掉了一个脉冲串，也只影响每一个话音比 特数的12.5％，而且它们不互相关联，这样就能通过信道编码进行校正。话音信道交织如图 2—11。
应注意的是，对控制信道(SACCH、FACCH、SDCCH、BCCH、PCH和AGCH)的二 次交织有所不同。在这里这一456bit的消息块在经历过内部交织并分为8组后(这一过程同 话音的内部交织一样)，我们将把它的前四组与后四组进行交织(交织方法也与话音的交织 一样)，最后获得了4个整突发脉冲，如图2—12所示。 对于不同传输模式下的交织和编码的特点见图2—13。 由上可知，交织对于系统抗干扰具有很重要的意义，但是它的缺点是时延长。在传输20ms 语音块时，从接收第一个比特开始到最后一个比特结束并考虑到SACCH占一个突发脉冲的 话，那么时延周期是(9×8)-7=65个突发脉冲的周期，即37.5ms的延时。因此在GSM系 统中，移动台和中继电路上增加了回波消除器，以改善由于时延而引起的通话回音。
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2．6．5加密
在数字传输系统的各种优点中，能提供良好的保密性是很重要的特性之一。GSM通过 传输加密提供保密措施。这种加密可以用于语音，用户数据和信令，与数据类型无关，只限 于用在常规的突发脉冲之上。加密是通过一个泊松随机序列(由加密钥Kc与帧号通过A5 算法产生)和常规突发脉冲之中114个信息比特进行异或操作而得到的。 在接收端再产生相同的泊松随机序列，与所收到的加密序列进行异或操作便可得到所需 要的数据了。
2．6．6调制和解调
调制和解调是信号处理的最后一步。简单的说GSM所使用的调制是BT=0.3的GMSK 技术，其调制速率是270.833kbit／s，使用的是Viterbi(维特比)算法进行的解调。调制功能 就是按照一定的规则把某种特性强加到电磁波上，这个特性就是我们要发射的数据。GSM 系统中承载信息的是电磁场的相位，即采用调相方式。解调的功能是接收信号，从一个受调 的电磁波中还原发送的数据。从发送角度来看，首先要完成二进制数据到一个低频调制信号 的变换，然后再进一步把它变到电磁波的形式。解调过程是调制的逆过程。
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第3章呼叫处理过程分析
GSM系统使用类似OSI协议模型的简化协议，包括物理层(L1)、数据链路层(L2) 和应用层(L3)。物理层是协议模型最底层，提供物理媒介传输比特流所需的全部功能。 数据链路层用于保证正确的消息传递及识别单个呼叫。
在GSM系统中，无线接口(um)上的物理层和数据链路层分别是TDMA帧和LAPDm 协议。在网络侧，Abis接口和A接口使用的物理层均为E1传输方式，数据链路层分别为LAPD和MTP协议。在Um接口，MS每次呼叫时都有一个物理层和数据链路层的建立过程，在此基础上再与网络侧建立应用层上的通信。在网络侧(A和Abis接口)，其物理层和数据链路层(SCCP除外)始终处于连接状态。
应用层的通信消息按阶段和功能的不同，分为无线资源管理(RR)、移动性管理(MM) 和呼叫控制(CC)三部分。
在这一章中，我们重点来研究一下当移动台处于空闲状态时的工作情况及移动台与网 络之间的信令处理过程。
3．1 小区的选择与重选
3．1．1 过程描述
小区的选择和重选程序是为了保证MS选择一个最适合的小区且在该小区上能可靠解译BCCH信道的下行链路数据，并在上行链路上具有较高的通信率(以便具有在该小区上实现各种通信业务的能力)。一旦MS选择了某个小区作为服务小区，就可以在该小区上与网络进行通信。
当MS选择了某个小区后，它将调谐到该小区的BCCH信道上，来接收寻呼消息和BCCH 信道广播的系统消息，并可通过该小区的RACH信道来发出接入请求。 移动台是通过服务小区系统广播消息中“BCCH分配(BA)”表的信息来进行小区重选的。GSM网络有两个BA表，一个是在BCCH的系统消息中发送的，它包含了在某个物理区域内所使用的BCCH载波，用于空闲模式下MS的小区选择和重选；另一个是在SACCH上系统消息中发送的，用于在专用模式下向MS指示哪个BCCH载波用于切换监测。
值得注意的是，MS进入专用模式下时，是通过BA(BCCH)来获得其相邻小区BCCtj 频点的信息，直到收听到第一个BA(SACCH)消息才停止使用。
3．1．2小区选择过程
当手机开机或从盲区进入覆盖区时，手机将寻找PLMN允许的所有频点，并选择合适 的小区驻留，这个过程被称为“小区选择”。
3．1．2．1在MS无存储BCCH信息情况下的小区选择过程
如果移动台并无存储的BCCH消息，它将首先搜索完所有的124个RF信道(如果为双频手机还应搜索374个GSMl800的RF信道)，并在每个RF信道上读取接收的信号强度，计算出平均电平，整个测量过程将持续3～5s，在这段时间内将至少分别从不同的RF信道上抽取5个测量样点。
MS调谐到接收电平最大的载波上后，将首先来判断该载波是否为BCCH载波(通过搜寻FCCH突发脉冲)。如果是，移动台将尝试解码SCH信道来与该载波同步并读取BCCH
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