GSM網絡中跳頻技術的應用

隨著數字移動通信網絡的飛速發(fā)展，移動用戶的急劇增加，網絡中單位面積的話務量也在不斷地增加。在某些城市的市中心等繁華地段，在忙時甚至出現(xiàn)嚴重的話務擁塞情況，面對日益增長的話務需求，需要對網絡進行擴容以滿足容量和覆蓋的要求。

　　對于網絡擴容，通常我們可以采用以下幾種方法：小區(qū)分裂、增加新的頻段、提高頻率復用度來增加每個小區(qū)配置等方法。很顯然在網絡建設的初期通常采用小區(qū)分裂，通過不斷增加新的基站（宏蜂窩和微蜂窩基站）來達到擴容的目 的，但是隨著站距的不斷接近，網絡的干擾也在不斷的增加，因此當宏蜂窩基站的站距達到一定程度之后就很難在網絡中增加新的基站。在這種情況下就采用在GSM900網絡的基礎上引入DCS1800網絡，通過引入這一新的頻段來解決網絡瓶頸問題，這也是我們現(xiàn)在所看到中國移動和聯(lián)通公司現(xiàn)在所采用的DCS雙頻網絡。但是由于GSM900／DCS1800頻段有限而且各個運營商所分配到的頻率資源不同，而且考慮到引入雙頻網的成本很高，因此可以考慮通過在現(xiàn)有的GSM900單頻網絡或在引入DCS1800的雙頻網絡中通過提高頻率復用度，增加單位面積的容量配置來達到節(jié)省網絡成本和提高容量的目的。通過引入跳頻、功率控制、不連續(xù)發(fā)射等無線鏈路控制技術來達到擴容的目的?！　?/p>

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　　一、跳頻系統(tǒng)的特點及使用

　　跳頻是指載波頻率在很寬頻帶范圍內按某種圖案（序列）進行跳變。信息數據D經信息調制成帶寬為Bd的基帶信號后，進入載波調制。載波頻率受偽隨機碼發(fā)生器控制，在帶寬Bss（Bss＞＞Bd）的頻帶內隨機跳變，實現(xiàn)基帶信號帶寬Bd擴展到發(fā)射信號使用的帶寬Bss的頻普擴展。可變頻率合成器受偽隨機序列（跳頻序列）控制，使載波頻率隨跳頻序列的序列值改變而改變，因此載波調制又被稱為擴頻調制。GSM的無線接口使用了慢速跳頻，其要點是按固定間隔改變一個信道使用的頻率。系統(tǒng)使用慢速跳頻（SFH），每秒跳頻217次，傳輸頻率在一個突發(fā)脈沖傳輸期間保持一定。

　　跳頻系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：能大大提高通信系統(tǒng)抗干擾、抗衰落的能力；能多址工作而盡量不互相干擾；不存在直接擴頻通信系統(tǒng)的遠近效應問題，即可以減少近端強信號干擾遠端弱信號的問題；跳頻系統(tǒng)的抗干擾性嚴格說是“躲避”式的，外部干擾的頻率改變跟不上跳頻系統(tǒng)的頻率改變 。　　

　　在GSM數字蜂窩系統(tǒng)中，跳頻技術可以提高抗衰落、抗干擾能力。跳頻技術對于靜態(tài)或慢速移動的移動臺具有很好的抗衰落效果，而對于快速移動的移動臺由于同一信道的兩個連接的突發(fā)脈沖序列其位置差已足以使它們與瑞利變化不相關，因此跳頻增益很小，這就是跳頻所具有的頻率分集。由于跳頻時頻率在不停的變化，頻率的干擾是瞬時的，因此跳頻具有干擾分集。

　　1．GSM網絡質量評估　　

　　在GSM數字蜂窩系統(tǒng)中，由于存在著頻率復用，因此必然存在著同頻和鄰頻干擾，同鄰干擾強度決定著話音質量。在我們通話過程中，通常遇到的話音辨別不清，時斷時續(xù)等情況很大程度上存在著干擾，根據GSM規(guī)范為了保證網絡質量，需要定義相應的同頻干擾和鄰頻干擾保護值，因此在實際網絡設計中，需要根據該保護值來設計網絡?！　?/p>

　　在非跳頻網絡中表示網絡干擾程度的C／I和BER（比特誤碼率），F(xiàn)ER（幀誤碼率）的關系是唯一的，并且是獨立于系統(tǒng)的負載率。但是引入跳頻技術后，我們發(fā)現(xiàn)某一C／I值所對應的RXQUAL值和非跳頻網絡是相似的，但在解碼后所得到的誤碼率和幀刪除率主要依賴于跳頻數量的多少和系統(tǒng)負載情況，因此在跳頻網絡僅僅用C／I或QXQUAL來評估跳頻網絡是不夠的。在跳頻網絡解碼后的誤碼率和幀刪除率的指標才能衡量網絡的質量。　　

　　作為衡量網絡中語音話務信道的好壞，我們通常用在服務區(qū)域內至少90％的語音話務信道的FER2％表示較好的質量。從相關模擬結果知道跳頻技術降低了C／I的要求，但同時卻提高了話音質量，而話音質量的提高在一定程度上提高了系統(tǒng)的容量。

　　2．跳頻增益及頻率復用考慮　　

　　模擬結果表明，跳頻增益的大小很大程度上取決于跳頻數量的多少，跳頻數量越多其跳頻增益越大，而跳頻數量越少，相應的跳頻增益越少。但模擬結果同時表明，當跳頻數量達到一定程度后，由于跳頻數的增加引起的跳頻增益的增加是有限的。因此在實際網絡規(guī)劃時要充分考慮跳頻數量和跳頻增益的對應關系。　　

　　對于一定頻段、一定配置的實際網絡，在引入跳頻技術后，我們需要確定采用某一頻率復用度來規(guī)劃。模擬結果表明，頻段的大小以及網絡結構的差別在很大程度上影響著頻率復用度的采用。在實際網絡中我們通常采用1x1、1x3等頻率復用度來規(guī)劃網絡?！　?/p>

　　3．跳頻系統(tǒng)規(guī)劃的考慮　　　

　　GSM系統(tǒng)存在著二種跳頻系統(tǒng)即基帶跳頻和射頻跳頻，在現(xiàn)有的網絡中這二種跳頻技術都得到了廣泛的應用。由于基帶跳頻是基于現(xiàn)有網絡的頻率規(guī)劃，因此實施起來相對容易，而對于射頻跳頻需要對現(xiàn)有網絡重新進行規(guī)劃。

　　
　　在GSM系統(tǒng)無論對基帶跳頻還是射頻跳頻都需要定義相應的跳頻序列，總共有64種不同的跳頻序列，其中0表示循環(huán)跳頻，1～63表示隨機跳頻，跳頻序列選用偽隨機序列，對它的描述主要有兩個參數：移動分配指數偏置MAIO和跳頻序列號HSN。通過對同一小區(qū)和不同小區(qū)的載頻MAIO和HSN的定義可以避免同頻道和鄰頻道的干擾，當然具體如何去定義這些參數跟頻率復用系數的采用是有關的。

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　　二、跳頻技術在現(xiàn)有網絡中的應用　　

　　由于跳頻技術具有的種種優(yōu)點，特別是引入跳頻后能減少干擾，提高網絡質量；通過跳頻等相關無線鏈路控制技術的應用，可以極大地提高頻率復用度，從而達到提高容量的目的；同時，由于使用了跳頻，也大大降低了頻率規(guī)劃的工作量，跳頻技術在實際中的應用日益廣泛?，F(xiàn)以MOTOROLA公司的GSM 900 設備為例，簡述跳頻技術在福建聯(lián)通網絡的實際應用。

　　1．跳頻使用情況

　　福建聯(lián)通從五期工程開始，在福州、廈門、泉州、漳州、莆田等話務量較高的地方使用了跳頻。由于MOTOROLA 設備使用的是射頻跳頻（合成器跳頻），因此網絡需重新作頻率規(guī)劃。聯(lián)通使用的頻點是909.201MHz~914.801MHz，其中96作為與中國移動的隔離頻點。引入跳頻后，MOTOROLA公司要求的最少跳頻頻點為6個，實際使用中聯(lián)通使用了12個頻點，即97~108，109作為保護頻點，110~124作為廣播信道（加控制信道與話務信道）。使用跳頻后，廣播信道所在的載頻不跳頻。MOTOROLA 網絡規(guī)劃中，BCCH采用4*3復用，跳頻采用1*3復用。