從GSM系統參數開始，信號從輸入到輸出的各個環節都大致講一遍，每個模塊的技術細節會在后續的博文中作為獨立專題逐一講解，先做概觀，再深入細節。
系統參數
通信系統的最重要的資源是時間和頻率，GSM在頻率上分為不同的頻段，在時域上細分到時隙，以GSM900為例，下圖是總的視頻資源分布圖
時域
GSM時域最基本的處理單位是時隙(slot)，長度為$T_s =15/26ms$，8個連續的時隙組成一幀，根據業務信道由26幀組成26復幀，控制信道則為51復幀。每個GSM小區重復不斷廣播信息，重復周期為$26512048$幀，長度為3小時28分鐘53秒760毫秒。時域幀結構圖見下圖
超高幀是最長的重復復幀結構，進一步細察幀結構，控制信道的幀結構如下圖
業務信道的物理層時隙結構如下圖
GSM在每個slot上傳輸信號，信號被加載在4種不同的burst上，burst的結構和承載的內容見下圖
每種不同的burst的用途如下：
- 普通突發脈沖序列。主要用于傳輸語音，也用于部分控制信道的信號傳輸。
- 接入突發脈沖序列。用于上行隨機接入，因為上行干擾可能性小，因此只有一種訓練序列。保護間隔比普通的長。
- 頻率校正突發脈沖序列。用于FCCH，固定比特全部為0，調制之后是一個單純的正弦波，便于相關檢測。
- 同步突發脈沖序列。用于SCH，加密比特中包含19bit的縮減幀號和6bit的BSIC號。
- 空閑突發脈沖序列。不攜帶任何信息。
每個burst中含有一些相同的bit，每種bit都有自己的特殊的用途。
- 訓練序列。突發脈沖序列中的26bit，和接入脈沖中的41bit，空閑幀中的26bit，接收機比對解碼訓練序列，與已知的訓練序列比對，根據比對結果調整解碼濾波器參數，提高解碼正確率，對抗多徑衰落。每個小區有8個訓練序列，訓練序列的序號在SCH中廣播，所以同步小區時間之后就能知曉當前小區的訓練序列。
- 尾比特。全部都是0，用于編碼湊數。
- 保護間隔。
頻域
頻率子載波間隔為$\Delta f = 200KHz$，GSM有4個band，具體見下圖
GSM900頻段的上行頻段是$890\sim915MHz$，分為125個載頻，使用時分多址技術，每個載頻上可以承載8個物理信道，GSM900頻段有1000個物理信道。GSM半速率通話時，每個頻點容納16個物理通道。需要注意的是，任何一個國家并不是4個頻段全都支持，一般只支持2個頻段。全球頻段分布如下圖
具體每個國家的頻段分布可以參考GSM全球分布情況。
信號流程
GSM的信號從產生到最后對端解碼成功需要經歷編碼解碼調制解調等過程，下圖示出一個完整的信號處理流程。
上圖信號的初始輸入來自高層的信令比特（比如加載在BCCH上的系統消息或者SDCCH上的信令），如果以語音信號為例，信號從產生，發送到最后接收解碼需要經歷語音編碼，信道編碼，交織，脈沖成型，調制，發送，均衡，脈沖解碼，解交織，信道解碼，語音解碼。整個過程包含語音編碼譯碼，信道編碼及譯碼，交織解交織，調制解調這4個關鍵技術。下圖是業務信道的詳細信號流程圖
語音編碼及譯碼
語音編碼使用不同的濾波器組合對原始$104kbit/s$的語音數據進行壓縮，在不損害語音質量的前提下，以最小的數據速率傳輸語音。
GSM系統有4種語音編碼譯碼器，如下表所示
| 聲碼器 | 位速率 | 壓縮比 | 編碼器類型 |
|---|---|---|---|
| 全速率 | 13Kbps | 8 | RPE-LTP LPC |
| EFR | 12.2Kbps | 8.5 | ACELP |
| 半速率 | 5.6Kbps | 18.4 | VSELP |
| AMR | 12.2~4.75Kbps | 8.5~21.9 | ACELP |
過程如下圖所示
GSM的語音編碼方案是$13kbit/s$的LTP（規則脈沖激勵長期預測）。首先把語音數據分成$20ms$的段，每個段上編碼$260bit$的數據；GSM 采用的編碼方案是 $13kbit/s$ RPE—LTP 碼（規則脈沖激勵長期預測）。首先語音分成 $20ms$ 為單位的段，每個段編成 260bit 的數據塊；塊之間依靠外同步，塊內部含同步信息。這樣無線接口上 $20ms$ 一幀的數據流，也就是$13kbit/s$ 流中不包括幫助收端定位幀標志的信息。收端把收到的信號塊（激勵信號）經過LTP（長期預測）和LPC（線性預測編碼）濾波重組，最后經過一個預先設計好的去加重網絡加以復原，恢復語音信號。
語音產生模型可看成是空氣通過一組不同大小的圓柱體。短期分析級采用自動相關來計算與模型所用的8個圓柱體有關的8個反射系數，同時采用一種稱為Schur遞歸的技術來有效地求解所得到的方程組。參數被變換成可以更少的位數來進行更佳量化的LAR(log-area ratio)。這些是傳輸流的前8個參數。
然后再將編碼后的LAR解碼成系數，并用來對輸入采樣值進行濾波。解碼LAR的原因是為了確保編碼器使用解碼器上的相同信息來進行濾波。這一級上的其余采樣值用于編解碼器的LTP級。
160個采樣值被分成4個子窗口，每一個子窗口都擁有40個采樣值。長期預測器為每一子窗口產生2個參數：滯后與增益。滯后由當前幀與后兩幀之間的交叉相關峰值確定，而增益則由歸一化交叉相關系數決定。滯后與增益參數被應用到長期濾波器上，同時對現有短期剩余信號進行預測。
RPE級通過十取一及交錯將40個剩余采樣值轉換成13個參數，并用APCM將所得出的13個值編碼，其中最大值用對數編碼成6位，然后再將13個參數均表示成3位，總共45位。最后一級是從計算出的長期剩余及分析信號來更新短期剩余信號，然后再用此數據來計算下一幀。
語音數據被分成$20ms$的數據塊，以$8KHz$的速率采樣，每個樣本使用$13bit$的A律進行編碼得到$104kbit/s$的語音數據，數據速率太高不適合在GSM信道上傳輸，因此語音編碼之后將數據速率進一步壓縮到$13bit/s$，即$20ms$語音信號經過采樣和編碼之后得到$260bit$的數據。
信道編碼及譯碼
-
全速率TCH編碼
全速率TCH編碼的輸入是260bit的語音編碼數據，系統將260bit按照重要性分為三個等級分別處理：最重要的50bit，132個重要bit，以及78個不重要的比特。處理過程如下圖所示
信道編碼 -
SCH編碼
SCH編碼 -
RACH編碼
RACH編碼 -
BCCH/PCH/AGCH/SDCCH/FACCH/SACCH編碼
BCCH編碼
交織及解交織
在移動通信中這種變參的信道上，比特差錯經常是成串發生的。這是由于持續較長的深衰落谷點會影響到相繼一串的比特。但是，信道編碼僅在檢測和校正單個差錯和不太長的差錯串時才有效，為了解決這一問題，希望找到把一條消息中的相繼比特分開的辦法，即一條消息的相繼比特以非相繼的方式被發送，使突發差錯信道變 為離散信道。這樣，即使出現差錯，也僅是單個或者很短的比特出現錯誤，也不會導致整個突發脈沖甚至消息塊都無法被解碼，這時可再用信道編碼的糾錯功能來糾 正差錯，恢復原來的消息。這種方法就是交織技術。
語音交織
在上一節我們提到了，通過話音編碼和信道編碼將每一20ms的話音塊數字化并編碼，最后形成了456比特。我們首先將它進行內部交織，將456比特按 （0，8…448）、(1,9…449)…...（7，15…455）的排列方法，分為8組，每組57個比特，通過這一手段，可使在一組內的消息相繼較遠。
但是如果將同一20ms話音塊的2組57比特插入到同一普通突發脈沖序列中，那么，該突發脈沖丟失則會使該20ms的話音損失25%的比特，顯然信道編碼難以恢復這么多丟失的比特，因此必須在兩個話音幀間再進行一次交織，即塊間交織。
設進行完內部交織后，將一語音塊B的456比特分為八組，再將它的前四組（B0、B1、B2、B3）與上一個語音塊的A的后四組（A4、A5、A6、A6）進行塊間交織，最后由（BO，A4）、（B1，A5）、（B2，A6）、（B3，A7）形成了4個突發脈沖，為了打破相連比特的相鄰關系，使塊A的比特占用突發脈沖的偶數位置，塊B的比特占用奇數位置，即B0占奇數位，A4占偶數位。同理，將B的后四組同它的下一語音塊C的前四組來進行塊間交織。
這樣，一個20ms的語音幀經過二次交織后分別插入了8個不同的普通突發脈沖序列中，然后一個個的進行發送，這樣即使在傳輸過程中丟掉了一個脈沖串，也只影響每一個話音比特數的12.5%，而且它們不互相關聯，這能就通過信道編碼進行校正。
應該注意的是，對控制信道（SACCH、FACCH、SDCCH、BCCH、PCH和AGCH）的二次交織有所不同。我們不象話音交織一樣，要用到3個話音 塊。在這里我們這一456比特的消息塊在經歷過內部交織并分為8組后（這一過程同話音的內部交織一樣），將把它的前四組與后四組進行交織（交織方法也與話音的交織一樣），最后獲得了4個整突發脈沖。
由上可知，交織對于抗干擾具有很重要的意義，但是它的缺點是時延長，在傳輸20ms 語音塊中，從接收第一個比特開始到最后一個比特結束并考慮到SACCH占一個突發脈沖的話，那么時延周期是（9*8）-7=65個突發脈沖的周期，即 37.5ms的延時。因此在GSM系統中，移動臺和中繼電路上增加了回波抵消器，以改善由于時延而引起的通話回音。
控制信道交織
