GSM手机基带芯片SOC设计-毕业设计（论文）.pdf

中国科学院计算技术研究所 博士学位论文 GSM手机基带芯片SOC设计 姓名；陈志冲申请学位级别：博士 专业：计算机应用技术 指导教师：倪光南20030601GSM手机基带芯片SOC设计：摘要摘要目前在移动通信市场上占据主流的仍是GSM系统,本文对GSM手机基带芯片SOC 设计的关键技术进行了研究，包括GSM信道编/解码、异步系统的通信机制、低功耗的 Cache系统、片上总线(OCB)技术和RTL级SOC测试方法。对GSM信道编解码着重分析了控制信道中用到的FIRE码，并没计出一种编/解码 可复用的FTRE码编/解码器。提出了一种异步系统的实时通信机制，该通信机制具有设计和验证一致的特点，并 对异步系统通信中必然存在的亚稳态问题进行了分析，提出了高效的解决办法。针对Cache系统的特点，结合近年来低功耗Cache设计技术的发展，设计了一个低 功耗的Cache系统。对OCB系统进行了详细的分析和归类，提出了基于数据流的OCB系统结构分类方 法。完成了低功耗的AMBA总线系统的设计，并在总线接口和核心逻辑分离的指导原 则下，定义了一种新的局部总线。将复杂的总线协议简化为基于地址的访问属性定义，并开发出相应的总线接口自动生成的工具，从而使核心逻辑设计者从复杂的总线协议中 解放出来。对SOC芯片的RTL级测试技术进行了研究，在RTL级固定型故障模型的基础上，提出了基于信号位宽和运算符的RTL故障仿真方法，同时也开发了相应的辅助工具。实验结果证实了该方法的有效性。最后给出了未来需要进一步研究的方向，如GSM IP技术，低功耗的OCB系统和 存储系统，OCB系统的形式化验证技术。关键词：全球数字移动电话系统(GSM),基带，片上系统(SOC),寄存器传输级(RTL),片上总线(OCB)GSM手机基带芯片SOC设计：AbstractSOC Design for GSM Handset Baseband Processing Chen Zhichong(Computer Application Technolog y)Directed By Ni Guang nanCurrently GSM is still the main stream in the wireless communication market.The d issertation f ocuses on key technolog ies of GSM hand set baseband chip SOC d esig n,includ ing GSM channel cod ing/d ecod ing,heterog eneous system communication scheme,low power Cache system,on chip bus(OCB)and RTL level SOC test method s etc.In GSM channel cod ing/d ecod ing this paper f ocuses on FIRE cod e used in control channel,and a reusable FIRE cod er is d eveloped which can be used both f br cod ing and d ecod ing.A real time heterog eneous system communication scheme,which maintains the coherency between d esig n and verif ication,is proposed.A method f or solving metastability in heterog eneous system with hig h ef f iciency is also proposed.Exploiting the nature of Cache system and combining the d evelopment on low power Cache d esig n in recent years,a low power Cache system is d esig ned.The d issertation d iscusses OCB system in d etail,and a new classif ication method f br OCB is proposed based on the d ata f low.A low power AMBA bus system is implemented.In ord er to separate the core log ic f rom bus interf ace,a new local bus is d ef ined.With this local bus the complicated bus protocol is simplif ied as access attributes of ind ivid ual ad d resses,and the tool f or automatic g eneration of bus interf ace is also d eveloped.As a result the core log ic d esig ner can be f reed f rom the complexity of bus protocol.The d issertation also d oes some works on RTL level test of SOC d esig n.With the RTL stuck-at f ault mod el,a new RTL f ault simulation method is proposed based on RTL level sig nal size and lang uag e operator types,and two auxiliary sof tware tools f or applying this new method are also d eveloped.The experimental results prove its ef f iciency.Future d irections,such as GSM IP technolog y,low power bus and memory system and f ormal verif ication method of OCB,are brief ly d iscussed.Keyword s:GSM(Global System f or Mobile Communication),Baseband,SOC(System On Chip),RTL(Reg ister Transf er Level),OCB(On Chip Bus)GSM手况茎带H齐SCC设法声 明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。就我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中 不包含其他人己经发表或撰写过的册究成果。与我一同工作的同志对本研 究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。作者签名：日期：关于论文使用授权的说明中国科学院计算技术研究所有权处理、保留送交论文的复印件，允许 论文被查阅和借阅；并可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存该论文。作者签名：林二号导师签名夕山的 日期：。吆7,”第一章绪论第一章绪论1.1 GSM数字移动通信系统概述1.1.1 引言GSM(Global System f or Mobile Communication)数字移动通信系统是一种双向通信 系统，主要由移动台MS(Mobile Station)基站子系统BSS(Base Station Subsystem)和交 换网路子系统 NSS(Network Switching Subsystem)三大部分组成1MMb96,sun96,mobo3。移动 台DRG99是普通用户能从整个系统中看到的唯一设备，基站子系统包含了 GSM无线蜂窝 方面特有的基础设施，BSS通过无线接口与MS直接相连，另一方面BSS又连接到网络 端的交换机，BSS是MS和NSS之间的桥梁。NSS完成GSM的主要交换功能以及管理 用户数据和移动性所需的数据库，NSS的主要作用是管理GSM网络用户之间或和其他 电信网络用户之间的通信。1.1.2 GSM数字移动通信发展历史及市场状况图1-1：移动通信的标准化进程【MW0移动通信不是一项很新的技术，移动通信的发展可以追溯到半个世纪以前，但直到 80年代中期，随着蜂窝技术的引入，移动通信才向前迈进了一大步。GSM数字移动通 GSM手机基带芯片SOC设计信系统是由欧洲主要电信运营者和制造厂家组成的标准化委员会设计出来的，它是在蜂 窝系统的基础上发展而成。蜂窝系统的概念和理论在二卜世纪六十年代由贝尔实验室等 单位提出，但直到七卜年代大规模集成电路器件和微处理器技术的发展才为蜂窝移动通 信的实现奠定了技术基础。移动通信的发展以及标准化进程可以用图1-1总结。第一代模拟移动通讯系统采用FDMA(Frequency Division Multiple Access)技术，见 图l-2(a),仅提供话音业务，每一个语音信道单独占用一个频带。模拟移动通信系统出 现后取的了巨大成功，到九十年代中期，全世界约有4300万用户。如美国的 AMPS(Ad vane ed Mobile Phone System)模拟蜂窝系统，瑞典的 NMT(Nord ic Mobile Telephony)系统，英国的 TACS(Total Access Communications System)系统等。但模拟系统 有很多缺点；1.各系统间没有公共接口；2彳艮难开展数据承载业务；3.频谱利用率低无法 适应大容量的需求；4.安全保密性差，易被窃听，易做“假机尤其是在欧洲系统间没 有公共接口相互之间不能漫游，对客户造成很大的不便。时间 时间 时间(a)(b)(u)日 流用户1用户用户用户紧 案用户1本码】用户*码用户2码2 而户2用户用户用户用户用户用户用户N用户用户用户图1-2：复用技术第二代数字移动通讯系统采用了时分复用TDMA(Time d ivision Multiple Access)和 码分复用技术CDMA(Cod e Division Multiple Access),见图l-2(b)和，和第一代模拟 移动通讯系统相比，在相同的频率带宽下可以承载更多的用户，提供更好的语音质量，更安全，不易做“假机另外更重要的是，数字技术为各种增值服务打下了很好的基 础，可以提供较高的数据能力。九卜年代早期欧洲发展了 GSM标准，采用数字技术，同时提供国际漫游服务。目前世界上共有120多个国采用了 GSM标准，GSM成为应用 最广泛的移动通讯标准。移动通信在我国发展的时间不过短短的十多年3987年我国在广州建成了国内第一 个900MHz的模拟通信网络，移动通信开始进入国人的生活。后来又相继建成全国范围 模拟A网和B网，到2002年12月正式关闭模拟通信网络，模拟用户最高曾达640万。1995年，GSM数字电话网正式开通，2001年7月中国超过美国成为世界第一大移动通 信市场。根据信息产业部最新统计数字显示到2003年3月为止，移动电话用户达2.2 亿Miio叫其中绝大部分为GSM用户。第三代移动通讯系统除了提供更好的语音通信功能外，还提供面向Internet和多媒 体信息的服务，满足目前人们越来越高的数据业务要求。当前第三代移动通信标准还处 在发展过程中。国际电联 ITUIMT-2000”(Intemational Mobile Telecommunication-2000)给出了面向第3代移动通信的设计要求标准，其目标是：(1)提高数据传输速度(IMT-20。：高速移动时144KB/S以上，步行时384Kb/s以上，静止时2Mb/s以上；第2 代：上限为9.6Kb/s或14.4Kb/s),以提供包括位置导航信息服务及活动图像传输在内的 第一章绪论多媒体通信功能；(2)实现全球通用，亦即同一部手机在世界任何地方都能使用。但是 IMT-2000只规定了大家都能同意的特征和功能，而没有给出共同的无线接口和详细的 技术标准。面对目前多种方式并存的现实，多种无线接口暂时还难以统一，但统一接口 的努力没有停止，这将成为第4代的课题。作为第3代无线接口标准，比较一致的意见 是希望采用宽带CDMA技术，目前主要有欧州和日本的WCDMA、美国的CDMA2000 和中国的 TD-SCDMA(Time Division-Synchronous Cod e Division Multiple Access)在展开 竞争。在从第二代到第三代移动通信标准的转变过程，为保护现有投资，实现平稳过渡，出现了 所谓的 2.5 代标准，如 EDGE(Enhanced Data Rates f or GSM Evolution),GPRS(General Packet Data Rad io Service),HSCSD(Hig h-Speed Circuit Switch Data)等。当 前正处在2.5代。1.1.3 相关行业分析1.1.3.1 无线寻呼与移动通信与移动通信迅猛发展的势头相比，无线寻呼业在经历了 1995至1998年的快速发展 后，已经失去了快速增长的驱动力，逐渐走向衰退。2002年全国寻呼用户已经只有高峰 时期6000万的一半，而曾经占据寻呼机市场超过80%的大佬制造商摩托罗拉，更是宣 布从2002年中停止生产、销售其基于传统寻呼技术的、单向和双向的寻呼机，寻呼业 的没落已经没有疑问。综合起来，寻呼业的必然衰退有如下的原因：移动电话价格及相关费费的下降，使寻呼业务的价格优势不再明显。移动网络的覆盖范围不断扩大，削弱了寻呼业务的覆盖优势。短消息、来电显示等业务的出现，使寻呼业面临严峻的业务替代压力。寻呼的二次通信与移动通信的即时通信相比存在先天缺陷。综合来讲，寻呼业的衰退是不可避免的，但短时间内还不会彻底退出市场，因为在 某些领域比如股票机等需要大容量信息广播应用环境，移动电话暂时还不能彻底替代。但随着移动通信技术的发展，寻呼业的彻底退出只是时间问题。1.1.3.2 固定通信与移动通信现阶段固定通信与移动通信的发展势头并不对称，移动通信势头发展强劲，已经逐 渐对固定电信构成威胁。在国内，2003年3月的统计数字为移动用户2.21亿，固定用 户2.25亿，根据目前的发展势头估计下半年移动用户总数将超过固定用户总数。可以说 移动电话对固定语音业务的替代已使固定通信面临严峻的竞争挑战。但是目前固定通信 在如下一些领域仍具有一定的优势：数据通信领域。与固定通信网上的Internet相比，以GSM为代表的第二代移动 3GSM手机基带芯片SOC设计通信尚难以对固定网形成势均力敌的竞争，预计即使2.5代的GPRS等仍然无法 撼动固定通信在数据领域的优势。电磁辐射问题。随着人们越来越关注健康，电磁辐射问题也会受到越来越多的 用户关注，这从一个侧面有助于固定通信的发展。但是，更为激烈的竞争是在未来几年第三代移动通信技术的发展，随着移动互联的 普及，各种移动终端的融合，各种无线互联技术的发展，低辐射移动终端的开发，固定 电信的优势会逐步削弱。所以当前移动通信对固定通信的挑战还仅仅只是一个开端而 已，随着移动通信技术及市场的进一步发展，移动通信还将对固定通信构成更加强有力 的挑战。1.1.3.3 移动通信系统与移动通信系统竞争 GSM与小灵通与GSM相比，小灵通在技术上存在一些先天不足，主要有微蜂窝的覆盖半径 小、基站数量过多、能支持的移动速度较低和切换时间较长等，其性能难以满足峰 窝移动系统的基本要求。然而，作为一种无线市话技术，它还是拥有一定的用户群 和发展空间，在话务量上会给现有蜂窝移动通信系统带来一定的分流。我国通信市 场前景广阔，市场需求具有多层次性和差异性的特点，小灵通和GSM有很好的互 补性，可以共同发展。GSM 与 IS95lS95(Interim Stand ard 95)与GSM同属第二代移动通信技术，不同的是IS95采 用CDMA技术。在同等条件下，从技术角度来看，IS95在频谱利用率，辐射功率，话音质量要比GSM强。但技术并非决定市场的唯一因素，目前因为GSM在国内已 经开展多年，先期的投入已经完成，GSM网络覆盖要比采用IS95的好很多，而IS95 要达到GSM的网络覆盖水平，需要巨大的投入。所以在近几年内，在国内这个全 球最大的移动通信市场，IS95还无法取代GSM霸主的地位。GSM与第三代移动通信系统GSM被更新的移动通信技术取代将是必然的事实，正如数字移动通信系统取代 模拟移动通信系统一样。目前，国际上几乎没有第三代移动通信系统在运营(NTT FOMA 一年才发展16万用户)，由二代向三代过渡的2.5代的移动通信系统GPRS 和CDMA IX在国内也是刚刚开始运营，其影响和GSM还不可同日而语。数字移 动通信系统的巨大投入，决定了其升级必定是一个平滑的向下兼容的升级，高通公 司已经推出了双模手机芯片一支持GSM和CDMA两种协议的手机芯片。所以，在 今后的3-5年内，GSM仍然将占据主导地位。4第一章绪论1.2 基带处理器在GSM移动通信系统中的作用移动台的硬件结构可分为两大部分：射频部分和基带部分（见图1-3）。在数字移动通 信系统中，信息的传输都是以数字信号的形式进行的，因而在发送端必须将模拟信号转 换为数字信号，在接收端将数字信号还原成模拟信号。从系统结构划分来看，基带处理 器可以分成以下几个子系统：CPU子系统。完成对整个移动台进行控制和管理，包括定时控制、数字系统控 制、射频控制、省电控制和人机接口控制。此外，GSM协议栈应用软 件都在CPU子系统内完成。DSP子系统。数字信号处理器主要完成均衡和语音的编解码工作。信道编解码子系统。完成业务信息和控制信息的信道编码/解码片上总线子系统。为各个子系统之间提供连接的通道。外设子系统。提供种类繁多的接口模块。从图1-3可以很清楚地看出基带处理器在移动台中处于核心的位置。话筒发射数据 终端终端适 配天线控制外设图1-3：移动台基本结构1.3 本论文研究的目的、意义及应用前景1.3.1 GSM是通信技术的重要研究领域GSM在全球取得了巨大的成功，在中国，仅中国移动一家的用户就超过1亿。随着 移动通信与计算机网络的融合，移动数据通信必将成为移动通信业务主体，这主要来自 三方面的原因：一是由于移动通信与互联网的结合，使手机上网变得十分容易：二是手 机上的电子商务有着巨大的潜力；二是随着手机入网费、月租费和通话费的不断降低，运营商不得不寻求增加收入的办法，而让手机上网并向其提供电子商务服务是一条必由 之路。5GSM手机基带芯片SOC设计在现阶段，GSM包括三个并行的系统：GSM900、GSM1800和GSM1900,这三个 系统功能相同，主要是频率不同。从整个通信业来看，窄带向宽带，单一业务向综合业 务发展的趋势已不可阻挡。GSM覆盖范围广，且具有良好的漫游性和安全性，因而在 GSM上进行数据通信成为3G到来前最好的一种使用技术。GPRS正是在这种情况下适 时地满足了这种需求，它不仅能在无线信道上提供9.0517 L2 Kb/s的可变速率，更 实现了无线信道上数据分组传送，在普通GSM网络的传统电路交换中增加了分组交换 数据功能，数据被分割成数据包而不是以稳定的数据流进行运输，为GSM运营者由仅 提供话音业务向提供综合信息服务业务领域拓展提供了重要的网络平台，并为GSM网 络向第三代演进打下了基础。按每数据比特的发送和接收来收费的能力将确保客户只支 付使用费用，这样费用就会大大降低。2002年5月，中国移动在全国开通GPRS网络。不管是将来3G通信时代We刈还是目前2.5 G的GPRS都不可能抛弃庞大的GSM网 络，因此对GSM通信体系的研究深化尤其必要，而应用的需求也要求做出功能更强大、功耗更低的GSM手机芯片。GSM手机芯片的SOC(Systemon-Chip)设计是一个重 要的解决途径.1.3.2 SOC设计本身研究需要系统级芯片SOC是10年前就出现的概念，它是微电子技术当前最迫切的发展方向。从技术层面看，系统级芯片技术是超大规模集成电路VLSI(Very Larg e Scale Integ ration)发展的必然趋势和主流，它以超深亚微米VDSM(Very Deep Sub-Micron)工艺和IP复用(IP Reuse)技术为支撑。在国家高技术研究发展863计划中，SOC作为微电子重大专项 已列入了 20002001年度信息技术领域的窜大专项预启动项目中，在若干关键IP核的 开发、软硬件协同设计NE98，L93j、ip复用、VDSM设计、新工艺新器件等等方面都布 置了预研性课题。SOC的复杂性以及快速完成设计、降低成本等要求，决定了 SOC芯片设计必须采 用P复用1MIK99的设计方法。目前己有许多针对系统设计的SOC工具，但在实际应用 中仍有很多问题需要解决。由于SOC芯片设计在速度、功耗、成本上和多芯片系统相 比占有较大的优势，因此SOC设计在未来的集成电路设计业中将占有举足轻重的地位。1.3.3 当前S0C设计方面研究的欠缺目前,SOC芯片主要有三种类型，一是以微处理器为核心，外围集成各种存储器、控 制电路、输入输出、A/D、D/A等功能于i个芯片上；二是以数字信号处理器DSP(Dig ital Sig nal Processor)为核心，多个A/D、D/A,大容量存储器等集成；三是上述两种类型的 混合，或者把系统算法和芯片结构有机地集成在一起。SOC技术的出现表明微电子正由电路集成向系统集成发展。系统集成不仅仅是很多 电路的简单的二次集成，而是在设计时就从系统功能和性能出发，结合芯片结构，软件 硬件协同设计，在更高层次上发展芯片技术，实现算法与芯片的相结合，引入新的系统 6第一章绪论结构，给信息处理系统带来革命。但是在SOC在系统定义CCH啊、系统体系结构性能评估、软硬件划分、测试、低功 耗设计，一直没有重大的理论突破，更多的是依赖于设计的经验。SOC技术既给设计者 带来了重大的机会，又带来重大的挑战。1.3.4 应用前景由于国内的集成电路IC(Integ rated Circuit)设计和制造业才刚刚起步，IC设计人才匮 乏，国内虽有一些研究机构对手机芯片设计进行过一些研究，比如广州通信研究所GSM 开发中心，但他们一般采用的是双CPU架构，对单晶片的SOC设计没有涉及。最关键 的是，他们的设计并没有形成最终的投产芯片。以至于现在国内的手机制造业虽然群雄 并起，但芯片却一直必须从大陆外进口。1.4 本论文的内容及组织本论文首先概述了移动通信和集成电路设计技术的发展，阐明了移动电话集成电路 发展的趋势和需求。第二部分分析GSM手机基带处理器的结构，信道映射，基带数据 流处理。第三部分为GSM手机基带芯片SOC设计关键技术。第四部分分析SOC设计 的片上总线系统。第五部分为SOC设计的寄存器传输级RTL(Reg ister Transf er Level)测 试技术研究。第六部分部分作为论文的一个总结和展望。7GSM手机基带芯片SOC设计第二章GSM手机基带处理器2.1 GSM手机基带处理器架构当前的移动电话以基带处理器为核心，其主要完成协议处理，人机接口和简单应用 功能。GSM是当今世界上应用最广泛的无线通信协议，因庞大的用户群和网络投入，GSM网络在未来的很长时间内还会存在【SSC99J。基带处理器的实现一般存在两种方案附小51,一种是通过专用集成电路来实现，特 点是面积小，功耗低，成本低，缺点是不够灵活，开发周期长。另一种是采用RISC(Red uced Instruction Set Computer)ARM95 1+DSP的双内核结构B,doi/gsaoo.mwoo,可提高灵活 性，缩短面市时间，现在市场上的大多数基带处理器都采用这种方案，见图2-1。图2-1：双内核基带处理器结构其中DSP主要完成包括语音信道的编解码等工作区根心均。RISC CPU主要运行协 议栈iRAH93“WM)、应用程序。ASIC(Application Specif ic Integ rated Circuit)部分主要完成 外围电路的接口和内部RISC、DSP的包装。除1结构相似之外，绝大部分生产商的RISC 部分都采用了 ARM7或ARM9的内核1AHM95如。叱而DSP部分几乎各不相同，而且都 针对GSM/GPRS应用的特点作了专门结构或算法上的优化。RISC部分中的软件主要处 理信令协议，实现移动站和网络的互通；在此之上是应用软件，完成人机接口和显示等 功能。当前市场上各种通信协议的产品共存，不同协议之间的产品互不兼容，新的协议还第二章GSM手机基带处理器不成熟，还处在发展中，同时产品的生命周期越来越短，这就对产品的灵活性提出了很 高的要求。双内核的实现方案，通过加载不同的软件来实现各标准之间的兼容，可以在 短时间内提供新产品和新业务。2.2 GSM信道映射分析GSM协议是一个庞大芨杂的系统RWO98,为减少协议软件的管理复杂性，可以采用 OSI的7层模型进行定义，但在GSM并没完全采用OSI的7层模型。图2-2说明了 GSM 协议栈的组成。图2-2：GSM协议栈本文重点对物理层的逻辑信道到物理信道的映射进行分析。在对信道映射进行分析 之前，先介绍几个GSM中的基本概念。2.2.1基本概念2.2.1.1 帧 时隙(Time Slot)。GSM无线传输的最基本的单元，一个时隙约5 7 6.9us(15/26ms),为 15 6.25比特的数据持续时间，它所携带的物理内容称为一个突发脉冲(Burst),GSM 系统中共有五种不同的突发脉冲。它的持续时间作为一种时间单位，称为突发脉冲 周期 BP(Burst Period)o TDMA帧(TDMAFrame)。在规范中，用“帧”指代信道的时间描述，一个TDMA 帧由8个连续时隙组成。复帧(Multi丘ame)。有两种，一种是26个TDMA帧的复帧，对应于在定义业务信道 TACH/F或者TACH/H时使用的26 X 8BP或120ms周期。另一种是51个TDMA帧 的复帧，对应于定义TACH/8和公用信道时用到的5 1X8BP周期。超帧(Superf rame)。超帧是51 X 26个TDMA帧的序列(6.12秒)，对应于所有信道编 排方式的最小周期。特帧(Hypetf rame)。特帧是计数周期，长为2048 X 51 X 26 X 8BP,精确地说是 125 33.7 60秒,或3小时28分53秒760毫秒。9GSM手机基带芯片SOC设计帧的层次结构【G刈1和基本突发脉冲G05 02见图2-3。vwg二gB国国gQ:。Mn 69.6 s crw“U3SW-=q 匚-eHSSKgzK-rUMesEH“-on”二663 pa-dAGuUJr11 11Ln18tftcryptetf bits 36Syrb&Mo mzatio n seqwnce41Synchro nizaikJD stquo nce 64Eo crypl ed til s39sS5P2SJOU 山*sr,MMzbEnrainina senuence sg co s二gS2W2WKg;9”as=-nuj,/r,1i1j I 1 普通突发脉冲(NB)一个普通突发脉冲包括两个58比特的分组，并以一个26比特的训练序列分隔。三 个“尾”位(tail bits,置为0)加在突发脉冲的首尾。在突发脉冲的随后是8.25比特的保 护时间比特。见图2-4。156.25比特加密信息_婴_训练序列26加密:信息 58尾3保犷比特 8.25图2-4：普通突发脉冲 FCCH突发脉冲(FB)一个频率校正信道FCCH(Frequency Correction Channel)突发脉冲包括148比特全部 置为“0”，三个“尾”位加在突发脉冲的首尾。在突发脉冲的随后是8.25比特的保护时 间比特。FB用于FCCH信道。见图2-5。156.25比特-0-首 3固定0比特142尾 3保护比特8.25图2-5：FCCH突发脉冲 SCH突发脉冲(SB)一个同步信道SCH(Synchronization Channel)突发脉冲包括两个39比特的分组,并 以一个64比特的扩展训练序列分隔。三个“尾”位加在突发脉冲的首尾。在突发脉冲的 随后是8.25比特的保护时间比特。SB用于SCH信道。见图2-6。156.25比特首加密信息犷展训练序列加密信息尾保护比特339643938.25图2-6：SCH突发脉冲SB中的扩展训练序列如下：(BN42,BN43.BN105)=(1,0,1,1,1,0,0,1,0,1,1,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,0,0,1,0,1,1,0,1,0,1,0,0,0,1,0,1,0,1,1,1,0,1,1,0,0,0,0,1,1,0,1,1)接入突发脉冲(AB)一个接入突发脉冲包括一个36比特的信息分组，并在前面附以一个41比特的同步 序列。8比特扩展尾”位加在突发脉冲的首部，3比特尾”位加在突发脉冲的尾部。在突 发脉冲的随后是68.25比特的扩展保护时间比特。AB用于RACH(Rand om Access Channel)信道。见图2-7。156.25比特首同步序列信息尾扩展保护时间比特84136368.25图2-7：接入突发脉冲11GSM手机基带芯片SOC设计8比特扩展尾”位如下：(BNO,BN1,BN2.BN7)=(0,0,1,1,1,0,1,0)41比特同步序列如下：(BN8,BN9.BN48)=(0,1,0,0,1,0,1,1,0,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,1,I,0,0,1,1,0,1,0,1,0,1,0,0,0,1,1,1,1,0,0,0)A 伪突发脉冲(Dummy burst)一个伪突发脉冲包括两个58混合比特的分组，并以一个26比特的扩展训练序列分 隔。三个尾“位加在突发脉冲的首尾。在突发脉冲的随后是8.25比特的保护时间比特。见图2-8。1 156.25比特,混合比特训以丽 I 混合比特 尾 保护比特3 _58|26|58 3|&25图2-8:伪突发脉冲第一个58混合比特如下：(BN3,BN4.BN60)=(1,1,1,1,1,0,1,1,0,1,1,1,0,1,1,0,0,0,0,0,1,0,1,0,0,1,0,0,1,1,1,0,0,0,0,0,1,0,0,1,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,1,0,0)第二个58混合比特如下：(BN87,BN4.BN144)=(0,1,1,1,0,1,0,0,1,0,1,0,0,0,1,1,0,0,1,1,0,0,1,1,1,0,0,1,1,1,1,0,1,0,0,1,1,1,1,1,0,0,0,1,0,0,1,0,1,1,1,1,1,0,1,0,1,0)中间的训练序列有多个取值选择，参见GSM05.02 Annex AlG05 02Q2.2.1.3 信道GSM中的信道分为物理信道和逻辑信道侬5。3,以200KHZ为宽度将现有频谱资源 分为多个信道。物理信道由时隙、频隙和特定的TDMA帧组成。而逻辑信道是根据基 站收发台BTS(Base Transceiver Station)与MS之间传递的信息种类的不同而定义，这些 逻辑信道映射到物理信道上进行传送。从BTS到MS的方向称为下行链路，相反的方向 称为上行链路。逻辑信道分为两大类，业务信道和控制信道。业务信道TCH(Traf f ic Channel)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(Control Channel)用于传送信令或同步数据。根据所完成的功能又把 控制信道分成广播、公共及专用三种控制信道。(!)广播信道 BCH(Broad cast Channel)频率校正信道(FCCH)：携带用于校正MS频率的消息，允许用户将内部本振和基站12第二章GSM手机基带处理器的精确频率进行同步。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(Broad cast Control Channel)：用于广播诸如小区和网络识别、小区运行特征(当前控制信道结构、信道利用率和阻塞)等一些消息。还广播当前小 区中使用的信道列表。下行信道，点对多点方式传播。(2)公共控制信道 CCCH(Common Control Channel)寻呼信道PCH(Pag ing Channel)：用于寻呼(搜索)MS,通知指定的MS接收发自其他 用户的呼叫。下行信道，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(Stand-alone Ded icated Control Channel),可作为对其他用户主呼时的寻呼响应或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(Access Grant Channel)：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。该信道载有使MS在特定物理信道中运 行的数据。基站用AGCH来响应在前一 CCCH帧内MS发出的RACH帧。(3)专用控制信道 DCCH(Ded icated Control Channel)GSM中的专用控制信道共有三种类型，是双向信道。在上行和下行链路中有相同的 格式和功能。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。当基站和MSC确认用户且为MS分配资源时，SDCCH保证MS和基站保持联系。当MS取得帧同步并等待TCH时，SDCCH f f l 来发送认证和告警信息。点对点方式传播。慢速随路控制信道 SACCH(Slow Associated Control Channel)：SACCH 总是与一个 TCH或一个SDCCH相关。SACCH用来传送连续信息，如传送MS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MS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。在下行链路上，SACCH被用来向MS发送慢速 的但是规则变化的控制信息，如 ARFCN(Absolute Rad io Frequency Channel Numbers)上每个用户的传输功率级指令和特定定时提前量指令。上行SACCH载有接收信号 强度、TCH的质量，以及邻近小区的BCH测量结果等信息。点对点方式传播。快速随路控制信道 FACCH(Fast Associated Control Channel)：FACCH 载有紧急信息,包含和SDCCH相同类型的信息。当没有为某特定用户指定一个SDCCH,而且有紧 急信息(如切换要求)时，就需要指定FACCHo FACCH以偷帧的方式从分配给它的 业务信道接入到时隙中。通过在一个TCH信道突发脉冲中设定两个偷帧比特来完成 的。这一般在切换时或分配TCH的初期发生。13GSM手机基带芯片SOC设计2.2.2逻辑信道到物理信道映射2.2 2.1 TCH/FTCH/FS、TCH/EFS和TCH/F2.4等逻辑信道映射到物理信道时，一个映射周期连续 占用12个相同时隙号(TN)的突发脉冲。在一个26帧的复帧中，TDMA帧的编号从0 到25,个复帧可以容纳两个映射周期：第一个占用0到1