[虫虫原创5]GSM的无线信道（一）

roger_gong

GSM的无线信道（一）

移动通信因为至少有一方是处于移动的状态之中，这就决定了通信至少要有一端是依靠无线电来进行的。GSM是属于PLMN的一种，也就是陆地移动通信的一种，总结其通信特点如下：
1 MS的天线很低，因此受到地形以及人为环境的影响比较大；
2 MS的移动性：MS的移动性直接导致了基站和MS之间的电磁波传播路径不断地发生变化
3 接收信号的电平随机变化：正是由于上述两个原因的存在，导致了MS接收的信号随时随着时间和位置的不同而不同，因此只能用随机过程的概率论来加以分析；
4 人为噪声影响严重
5 干扰现象严重：例如同频干扰，邻频干扰以及偏载干扰都会随着频率再用系数的提高而成为有影响的噪声源

既然MS和基站间的信道是无线端的，因此电磁波（无线电波）就是其信息的载体，空气就是其传播介质。无线电波在空气中有四种传播方式，这也是无线环境下传播的复杂性之体现：
1 直射，直射是无线电波在自由空间传播的方式，仅考虑由于能量随着距离的增加而减小的情况，是最理想的情况；
2 反射，当MS和基站之间有波长比无线电波大的多的障碍物的时候，会发生反射。反射经常会发生在地球表面，墙壁以及建筑物表面；
3 绕射，当无线电波碰到尖锐的边缘阻挡的时候就会发生绕射；
4 散射，电磁波碰到波长比自己小的多，而且在单位体积内数目巨大的时候会发射散射。散射经常会发生在粗糙的不规则的小物体例如树叶等物体。

无线电传播的时候会发生路径损耗，损耗的程度不仅与载频频率相关，而且与具体的传播环境有关（例如大城市由于高楼林立，就几乎没有直射波，只有反射波和绕射波，而且路径损耗比较严重）。信号接收电平无论如何肯定要发生衰减，但是具体的衰减情况就要根据具体情况的不同而采用不同的预测模型来进行预测。信号的场强都是由中值（慢衰落）和瞬时值（快衰落）组成。

移动通信的信息载体必须是射频信号（微波信号），GSM通信系统所采用的频率段有900MHz和1800MHz两种。其中采用的都是异频双工的工作方式。
900MHz：890MHz～～915MHz（上行），935MHz～～960MHz（下行）频率间隔为0.2MHz，则可以在总共25MHz的频段内容纳124个频点，各个频点为f（上）＝890+0.2*nMHz（n＝1～124），相应的下行频点为f（下）＝935+0.2*nMHz（n＝1～124）
1800MHz：1710MHz～1785MHz（上行），1805MHz～1880MHz（下行），频率间隔为0.2MHz，则可以在总共75MHz的频段内容纳374个频点，各个频点为f（上）＝1710+0.2*（n-511）MHz，f（下）＝1805+0.2*（n-511）MHz（n＝511～885）

通过对各个频点如此的编号以后，就可以将GSM900MHz和1800MHz的频点统一起来，直接用1～124或者511～885这样的数字就可以描述一个可用频点。

目前中移动的使用频段为1～100以及512～562共150个频点的使用权，中联通为101～124，仅有24个频率点的使用权。

从上面的表述可以看到，移动通信的频率资源是十分宝贵的。因此在GSM中提出了蜂窝通信的概念，即系频率再用的概念，但是频率再用如果在网络规划阶段做得不好的时候又会为通信带来严重的影响。因此，频率规划的时候必须设计好同频保护距离，减少同频以及邻频干扰的影响。

同频再用会带来同频，邻频以及载波偏离400kHz的干扰三种噪声干扰。
【干扰：亦即信噪比，是MS希望接收到的信号电平与接收到的非信号电平之比。单位为dB，分贝。dB＝10lg（U信/U噪））】

同频干扰（C/I）＝10lg（U信/U（由于同频信道带来的噪声干扰））>9dB，工程设计要求留出3dB的余量，为12dB。
邻频干扰（C/A）＝10lg（U信/U（由于相邻频率带来的噪声干扰））>-9dB，工程设计要求留出3dB的余量，为-6dB。
载波偏离400kHz的载波干扰＝10lg（U信/U（偏离400kHz的频率带来的噪声干扰））>-41dB，工程设计要求留出3dB的余量，为-38dB。

总述上面的无线电波接收模式，在设计系统的时候可以采用各种预测模型来预测无线电波的电平分布情况，从而更加有效根据各种不同的地形以及情况环境来设计好蜂窝小区的半径大小，基站的分布情况以及天线的具体设置。

在每一个载频频点上又会继续采用TDMA的多址方式，这也是GSM的特色之一。在每一个频点上面又会再有8个时隙，所有的信息（包括信令或者用户业务）都是通过时隙来进行传输的。在TDMA中，一个频点称为一个帧（Frame），而帧里面的一个时隙就称之为slot。GSM无线路径上的传输单位是由调制bit组成的脉冲串，它就是在一个slot上面进行传输，这个脉冲串叫做burst，一个slot的持续时间也是一个burst的一个周期时间。一个slot的频宽就是0.2MHz，时间是15/26ms（0.577ms）。平常所指的信道其实就是由一组slot来定义的组成的，而且是周期重复性的分布组成。也就是说一组slot组合的重复周期组成了一个信道，频率根据每次是否变化可以分为跳频或者非跳频。