GSM跳频技术与频点
GSM系统中基带跳频和射频跳频的比较分析
GSM系统中基带跳频和射频跳频的比较分析跳频系统概述：为了有效地提高系统质量，提高频率利用率，GSM的无线接口使用了跳频技术，跳频是扩频通信方式的一种，在蜂窝移动通信系统中应用，可以提高系统抗多径衰落的能力，并且能抑制同频干扰对通信质量的影响，具有较高的应用价值。
特别是现在频谱资源日益紧张，跳频技术就成为提高频谱利用率的最有效的途径之一。
跳频系统的增益主要来自于频率分集和干扰分集的作用，因而可以明显的提高系统抗干扰，抗衰落能力。
GSM系统中常见的跳频方式可以分为基带跳频（Baseband Hopping，BH）和综合跳频（Synthesiser Hopping，SH，或称射频跳频）两种。
基带跳频是将同一路话音信号随时间的变化使用不同频率的发射机发射。
射频跳频是将话音信号用固定的发射机采用不同频率发射。
射频跳频比基带跳频具有更高的性能改善和抗同频干扰能力。
二·基频跳频和射频跳频原理对比分析：2·1基频跳频原理：在基带跳频系统中，每个TRX被调谐到固定的频率，这种调谐是采用机械方式，调谐速度慢，通常采用RTC（Remote Tune Combiner）完成。
对于每个特定话音连接，连接是建立在特定TRX的特定时隙上。
经过编码与交织的每个Burst在属于该连接的时隙被调度到不同的TRX上发送，从而实现该连接上频率的跳变。
但是需要注意的是，尽管发送的Burst在每个TRX间跳动，但上行接收处理却始终在呼叫发起的那个TRX的固定时隙上。
因此，基带跳频实际上是一种时隙跳频，BCCH载频的TCH时隙可以参与跳频。
出于跳频性能的考虑，至少需要配置3个以上的TRX时才能采用BH方式跳频。
可见这种方式适用于高容量的小区，当小区容量不高时，这种方式无法加以利用。
当采用BH方式时，BCCH所在TRX对应的频点可参与跳频，也可不参与跳频。
小区所能使用的所有频点集合称为Cell Allocation，跳频时所使用的频点集合称为Mobile Allocation，这就是说，BCCH载频可包含在MA之中，也可不包括。
GSM移动通信技术---GSM的关键技术（2）
GSM移动通信技术---GSM的关键技术（2）
书接上回：
GSM移动通信技术---GSM的关键技术（1）
跳频技术
采用跳频技术是为了确保通信的秘密性和抗干扰性。
跳频功能主要是：
(1) 改善衰落。
(2) 处于多径环境中的漫速移动的移动台采用跳频技术,大大改善移动台的通信质量,相当于频率分集。
(3) 跳频相当于频率分集
GSM系统中的跳频分为基带跳频和射频跳频两种。
基带跳频是将话音信号随着时间的变换使用不同频率发射机发射 .射频跳频是将话音信号用固定的发射机，由跳频序列控制，采用不同频率发射 .
射频跳频比基带跳频具有更高的性能改善和抗同频干扰能力，但其缺点是：
(1) 射频跳频目前还不成熟。
(2) 射频跳频只有当每小区拥有4个频率以上时效果比较明显。
(3) 射频跳频必须使用HIBRID合成器,每小区如使用4个载频就需要配置3个HIBRID,损耗约6dB，比空腔合成器的损耗大3dB 左右。
对基站覆盖范围有一定影响。
(4) 合成器要求网路中各基站必须同步，而目前很多供货商难满足。
综上原因，大多数厂家的BTS是采用基带跳频技术，而不采射频跳频技术。
保密措施
鉴权的作用是保护网路，防止非法盗用。
同时通过拒绝假冒合法客户的“ 入侵” 而保护GSM移动网路的客户。
在每次登记、呼叫建
立尝试、位置更新以及在补充业务的激活、去活、登记或删除之前均需要鉴权。
GSM系统中的加密也只是指无线路径上的加密，是指BTS和MS 之间交换客户信息和客户参
数时不被非法个人或团体所得或监听所有的语音和数据均需加密，并且所有有关客户参数也均
需加密。
GSM参数
GSM参数GSM（全球移动通信系统）是一种数字移动通信标准，广泛应用于全球范围内的手机网络。
GSM参数是指在GSM系统中使用的一些重要参数，用于描述和配置手机网络的特性。
以下是GSM参数的详细说明。
1.频率GSM网络使用900MHz和1800MHz两个频段进行通信。
这两个频段被划分为多个信道，每个信道由8个时隙组成。
频率是指每个时隙的频率值，用于进行通信。
2.带宽GSM网络的带宽是200kHz，用于传输语音和数据。
3.调制方式GSM网络使用Gaussian Minimum Shift Keying（GMSK）调制方式，用于将数字信号转换为模拟信号进行传输。
4.跳频GSM网络使用跳频技术，将信号在不同的频道之间进行跳跃传输，从而提高通信的可靠性和安全性。
5.功率控制GSM网络中，手机的发射功率会根据信号质量进行动态调整，以确保在最低功率条件下实现可靠的通信，从而节省电池寿命。
6.编码技术GSM网络使用了多种编码技术，包括卷积编码、置换编码和加法检验码，以提高信号的可靠性和抗干扰能力。
7.信号强度GSM网络使用信号强度来表示手机与基站之间的信号质量。
信号强度的单位是dBm，数值越大代表信号越强。
8.邻区列表GSM网络中的基站通常会与其邻近的多个基站建立连接，以提供全面的无缝覆盖。
邻区列表是手机存储的相邻基站的信息，用于进行无缝切换。
9.话音编码GSM网络使用高级语音编码（AMR）来传输语音信号。
AMR编码可以根据语音质量和网络负载选择不同的编码速率，以实现更高的语音质量或更低的网络带宽消耗。
10.数据传输GSM网络支持数据传输，最初的GSM网络通过Circuit SwitchedData（CSD）方式提供数据传输服务。
随着技术的发展，GSM网络也引入了GPRS（General Packet Radio Service）和EDGE（Enhanced Datarates for Global Evolution）技术，用于提供高速数据传输服务。
GSM跳频原理
GSM跳频原理1.概述引入跳频的原因：GSM体系中的引入有两个主要原因，第一是频率分集，跳频可以保证各个突发在不同的频率上发射，这样就可以对抗由于瑞利衰落等引起的影响，因为这些影响是因频率而异的。
第二是干扰分集，在高业务地区，由频率复用带来的干扰显得较为突出。
引入跳频后，我们可以对使用相同频率组的远地蜂窝小区配置不同的跳频序列，这样就可以分散使用相同频率集的信道之间的干扰，从中得到收益。
引入跳频的目的：提高系统抗干扰，抗衰落能力。
GSM的无线接口，也相应采用了跳频的方法+。
概念：跳频就是按要求改变信道所用的频率。
GSM中的说明：在GSM系统中，整个突发期间，传输频率保持不变，每个突发的持续时间为577us，故GSM系统的跳频属于慢速跳频(SFH)。
图一是不跳频信道的时间和频率关系，图2表示了一个跳频信道的时间和频率关系。
从图中可以看出，信道频率在每个突发期间维持不变，而在突发与突发之间，频率的改变则是一种看似杂乱的伪随机序列关系。
图1 信道不跳频时的时间频率关系图图2 信道跳频时的时间频率关系示意图在图2中，如果跳频实现是在一个TRU内实现就是射频跳频，如果在一个小区内的多个TRU间实现就是基带跳频。
下面举例说明：下图在基带跳频方式下，HSN＝0、RTSL（radio Time SLot no）=2时在不同FN时刻下的信道的使用的跳频序列。
在该BTS下，配置有4个TRX。
下图为另一个实例。
使用的为射频跳频和不跳频方式。
该实例中，BTS有2个TRX。
2.跳频实现流程跳频的实现包括信道分配和信道激活过程。
首先，由OMC(操作维护中心)配置BSS及BSS中各信道的参数，这些参数通过BSC下发到BTS的每个信道。
再有用户通信需要时，由BSC激活相应的信道进行业务数据传送。
A.信道分配过程信道分配通过由BSC向BTS在Abis接口上发送的若干条消息完成。
包括BTS属性设置消息(Set BTS Attributes)，无线载频属性设置消息(Set Radio Carrier Attributes)和信道属性设置消息(Set Channel Attributes)。
跳频技术在GSM系统中的应用
GSM的跳频技术概述
（4） 根据传输的分组数据量确定收费的方式。
（5） 原有GSM网络上的简讯业务（SMS）如何以GPRS 网络来传送。
第2阶段：
（1） GPRS网络与因特网的联机， 可以是点对点传输， 也可以是点对多点传输，如此则因特网上的电子邮件即可 同时发送给很多不同的手机用户。
DCS1800
频率资源都是有限的，必须提高网络的频率复用度， 最大限度提高网络容量。
频率间的干扰
AB C
1×3 CellA MA=1,4,7,10,13... CellB MA=2,5,8,11,14... CellC MA=3,6,9,12,15...
跳频序列用两个参数来说明：移动分配偏置索引 （MAIO）和跳频序列号（HSN）。
3 GPRS网络的分层结构
SGSN路径区域RA（Routing Area）
在GSM网络内，进行语音通话的手机用户在同一个 位置区（LA）区域移动时，不需要进行位置更新。同样， 在 GPRS 网 络 内 ， SGSN 负 责 记 录 追 踪 MS 目 前 所 在 的 SGSN路径区域标识码，以确保数据分组能发送到正确的 MS上，多个蜂窝小区可共同组成一个 SGSN路径区域 （RA），进行数据传输的 MS（处于Standby状态）在同 一个RA区域内移动时，也不必更新在SGSN路径区域内 MS的位置记录。
当大功率信号只在某个频率上 产生远近效应，当载波频率跳 变至另一个频 率时则不再受 其影响。
通用分组无线业务GPRS
GSM网络
因特网
电路交换
分组交换
GSM网络实现与高速数据分组的简便接入
AU C
SS (交换 系统)
跳频原理与频率规划
慢跳频分类－1
慢跳频分类 从跳频序列方面来区分，可分为两类： 循环跳频(Cyclic hopping mode) ：使用相同的跳频序列。 自由跳频(Random hopping mode) ：GSM系统一般采用 的跳频方式，可定义1~63个序列，即有63种不同算法， 能够最大限度地避免相同频率的空中碰撞。
频率规划理论
频率规划概述 频率复用 频率规划
频率规划概述－1
蜂窝系统发展到今天，容量受到一定的频 率带宽限制。频率必须进行复用才能满足一定 区域内的容量需求。但频率复用尤其是紧密的 频率复用方式必然会使我们面临如何降低同邻 频干扰的问题：在同等区域内，频率复用距离 越宽松，同邻频干扰越小，但容量也小；频率 复用越紧密，容量得到一定的提升，但随之带 来了同邻频干扰的上升。如何取得容量和话音 质量的平衡是频率计划必须解决的问题，换句 话说，一个良好的频率计划可以在维持良好的 话音质量的基础上实现网络容量的提升。
于是，射频跳频的频率平均复用度将大大减小，其大小由频 带宽度和跳频序列频点数的比值决定，其平均复用度可以达到2x3， 甚至是1x3，而其同频干扰保护比仍能满足条件。 而对于基带跳频而言，由于N(hop)<= N(TRX)。这是由跳频的 机制所决定的。 例如：频带宽度BW=36，每个小区频点数N(TRX)=3，射频跳 频序列长度N(hop)=12。于是，对于基带跳频(BBH) ， ARCS=36/3=12，因此可用3x4复用；对于射频跳频(RFH) ， FARCS=36/12=3，可以达到1x3复用。
不开跳频及射频跳频情况下话务量，复用度以及拥塞关系
由上图可知，在不跳频的网络中，ARCS=12较为适 合，软拥塞将达到最低。当ARCS=3时，尽管网络 频点配置可以很高，但软拥塞将决定系统容量会大 大下降。开启射频跳频后，当ARCS=3时，网络软 拥塞达到最低，也就是说，在射频跳频网络中可做 到1x3复用
GSM系统跳频原理
降低频率规划对系统干扰门限的要求， 带来更紧密的频率复用和更大的系统容 量 带来更可预见和可靠的无线传播环境 给手机用户以更均匀、平滑的通话质量 感受
3、跳频的实现
从载波改变的速率分为：
快跳频，载波改变速率快于波特率 慢跳频，载波改变速率慢于波特率，应 用于GS M
从实现方式分为：
2、跳频的优点
跳频的均化干扰对增益的影响： 经过测试，当干扰呈窄带分布时，跳频频 率数目为３、５、７时对受干扰频点的干 扰分集增益分别为3.2dB、4.6dB、5.5dB。 由于干扰分集作用主要表现在对干扰的平 均上，因此，对于单个频点的干扰分集增 益没有上限，而总的干扰分集增益为０。
2、跳频的优点
基带跳频和射频跳频的比较
比较 载频单元的频率 载频板和基带板的连接 可跳频点数 合成器 基带跳频 不变 变 受限于载频单元数 窄带 射频跳频 变 不变 无此限制 宽带
3、跳频的实现
１. 手机进行的是射频跳频，还是基带 跳频？ ２. 基站进行的是射频跳频，还是基带 跳频？ ３. 广播信道能否进行跳频？ ４. S DCCH信道能否进行跳频？ ５. TCH信道能否进行跳频？
GSM无线网络技术
跳频原理和算法
内容提要
1、跳频的定义 2、跳频的优点 3、跳频的实现 4、跳频的算法 5、跳频总结
内容提要
本课程结束后，我了解了:
跳频的定义 跳频带来的好处及原因 跳频具体增益指标 跳频实现的方法及特点 跳频算法原理 跳频算法的几个关键参数
1、跳频的定义
1, 从整个小区的角度来看，在一个小区中,有m个TRX; 这m个TRX使用由n 个不同的频点组成的频率集MA={f1,f2,..,fn}; 频点个数n>=TRX个数m；每个TRX不是固定在一个频点上。 2，从单个通话的角度来看，在一次通话过程中，不是固定 使用一个频点，通话的各个时隙之间可以使用不同的频点。 3，手机和基站都可以跳频，所选用的频率集合中所包含的频点 是预先设定好的。
通信系统GSM中跳频技术及优化
现 代 商 贸工 业 Ｍｏ ｄ ｅ ｒ ｎ Ｂ ｕ ｓ ｉ ｎ ｅ ｓ ｓ Ｔ ｒ ａ ｄ ｅ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ
２ ０ １ ３年 第 ０ ９期
通信 系统 Ｇ Ｓ Ｍ 中跳 频技 术及优 化
吴 迪 王 玉
（ 辽 宁 工程 职 业 学 院 ， 辽宁 铁岭 １ １ ２ ０ ０ ０ ）
关键 词 ： ＧＳ Ｍ； 跳频 ； 抗 干扰 ； 优 化
中图分类号 ： Ｔ Ｂ
文献标识 码 ： Ａ
文章 编号 ： １ ６ ７ ２ — ３ １ ９ ８ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ９ — ０ １ ９ ０ － ０ ２
Ｏ 引 言
随着数字移 动通 信 网络 的 飞快 发展 ， 移 动 手 机 用 户 的 大量 增加 ， 地 区 之 间 的 话 务 量 也 在 不 断 地 增 加 。在 某 些 节 假 日时 ， 甚 至 出现 严 重 的 话 务 拥 塞 情 况 ， 面 对 日益 增 长 的话 务需 求 ， 需 要 对 网络 进 行 扩 容 以满 足 新 的 容 量 和 覆 盖 要 求 。 这样 ， 跳频技术在通 信领域 就显 得越 来越 重要 ， 近来 被应 用 在 ＧＳ Ｍ 系统 中 ， 主要是为 了以下解决 两方 面问题 ： （ １ ） 传输 中的多径衰落 （ Ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｐ ａ ｔ ｈ Ｆ ａ ｄ ｉ ｎ ｇ ） 。 在 移动无线传输 过程 中 ， 当电波 遇 到障 碍物 时 ， 其 幅 度 会发生 变化 ， 这种变 化称 之 为瑞 利衰 落 （ Ｒ ａ ｙ ｌ ｅ Ｉ ｇ ｈ Ｆ ａ ｄ ｉ ｎ ｇ ） ， 通常情 况下 ， 接 收 到 的信 号 是 具 有 多 个 相 位 的 合 成 信 号 ， 包 含有 障碍物上 的反射 ， 接 收 到 的 场 强 也 会 出现 随 机 起 伏 的
GSM跳频的种类及各自实现方法
•
二、基带跳频BB－FH 和 射频跳频RF－FH的主要区别是什么？
– 对于BB－FH，小区内每个TRX的频率固定，但是用户基带信号在不同的TRX 上随时间变化；一般使用Filter Combiner；每个小区分配的频点数量与该小 区的TRX数量相等。 – 对于RF－FH，小区内除了含BCCH的TRX外的TRX频率随时间按一定规律变 化，但是用户基带信号送到某一固定的TRX上；一般使用Hybrid Combiner； 每 个小区分配的频点数量一般多于该小区的TRX数量。
考题举例-简答题
• 三、跳频参数HSN、MA 、MAIO、FN的含义及HSN、MA 、MAIO
取值范围。
– 参考答案：
– FN: TDMA帧号, 在同步信道上广播。
– MA: 用于跳频的频点集，设MA包含N个频点，则1 ≦ N ≦64。 – MAIO: 移动分配偏移量，取值范围(0 to N-1）。 – HSN: 跳频序列号，取值范围 (0 to 63)。
带BCCH信道的TDMA帧，能够自动通过另一个载频发射出去。
跳频的作用-频率分集
平滑快衰落环境
跳频的作用-干扰分集
B4 f4 B3 f3 B2 f2 B1 f列
• 在小区参数的定义中定义了两个频率组，一个称为小区分配表CA（CELL ALLOCATION）用来定义
基带跳频
• 基带跳频是通过腔体合成器来实现的。
• 当采用基带跳频时，它的原理是在真单元和载频单元之间加入了一个 以时隙为基础的交换单元，通过把某个时隙的信号切换到相应地无线 频率上来实现跳频。但由于采用的腔体合成器它要求其每个发信机的 频率都是固定发射的，当发信机要改动其频率时，只能人工调谐到新 的频率上，其话音信号随着时间的变化使用不同频率发射机发射，收 发信机在跳频总线上不停的扫描观察，当总线发现有要求使用某一频 率时，总线就自动指向拥有该频率的发信机上来发送信号。采用基带 跳频的小区的载频数与该小区使用的频点数是一样的。
GSM跳频
根据实 际情况 配置
四 跳频数据配置
载频配置表说明
域名 模块号 小区号 小区名称 含义 模块号是该小区所在的模块 小区号是该小区的索引值 仅仅是提示，无实际意义 值域 0~255 0~65535 30 位 0 建议值
所属设备组 站点设备组的编号。一个站点最多支持 3 个设备 0~2 号 组；目前通常配置为“0” 。 配置此载频单元占用的频点，不跳频时只需配置 一个频点；如需跳频，必需配置至少 3 个频点， 有 效 频 点 最多 64 个频点。这些有效载频一定是小区分配表 1~64 中有效载频的子集。 【小区分 配表】 中有 效载频的 子集
�
�
�
三 跳频参数
TSC 小区内同一载频 小区内不同载频 同频小区 √ √ ╳
CA √ √ √
MA √ √ √
HSN √ √ ╳
MAIO
# ╳
#
表注： “√”表示必须相同；“×”表示必须不同；“#”表示不确定。
四 跳频数据配置
小区分配表说明
域名 模块号 小区号 小区名称 含义 模块号是该小区所在的模块 小区号是该小区的索引值 仅仅是提示，无实际意义 值域 0~255 0~65535 30 位 建议值
0~63
0~7 根据实 际情况 配置
跳频频点 1~32
跳频序列中包含的频点号。 根据跳频算 【小区配置数 法，至少需要三个或三个以上频点才可以 据表】中对应 达到一定的跳频增益；不填表示此域为无 的参与跳频频 效。 点
四 跳频数据配置
无线信道配置表说明
域名 TRX 号 信道号 含义 TRX 单元在基站中的编号 TRX 中物理时隙的编号 每个时隙的逻辑信道类型，包括“ TCH 全 速 率 ” 、 “ TCH 半速率 01 ”、“ TCH 半速率 0 ”、 “ SDCCH8 ”、“主 BCCH ”、“组合 BCCH ”、 “ BCH ”、“ BCCH + CBCH ”、“ SDCCH + CBCH ”等。 用于索引到【跳频数据表】中的相应记录 即 MAIO ，用于确定跳频的起始频点偏移。 半速率时一个时隙分成两个子信道“ 0 ”、“ 1 ” ；全速 率时均为“ 0 ” 。 相应物理时隙占用的 Abis 接口中继电路号 值域 0~24 0~7 9 种信道 组合 建议值
跳频技术在GSM中的应用
事应用 ， 由于其 良好的抗干扰 能力 ， 近已在 民事应用 中得 到了 但 最 很好 的广泛应用。 跳频技术 即在 同步 、 且同时的情况下 ， 接受两端以 特定型式 的窄频载波来传送讯号 ， 对于一个 非特定 的接受 器 ，ＨＳ Ｆ Ｓ 所产生的跳动讯号对它而言 ， 只算是脉 冲噪声 。其中这里所说的 也
统计 特性 ， 使窃听设 备无法 检测或识别 ， 属于低可能检测系统 。在接 宽频带 范围内按某种 图案（ 序列） 进行跳变 。根 据 Ｇ Ｍ 规范， 站无 Ｓ 基 收端 只有具备与发送端相 同的频 率合 成器及跳频序列， 以及在相关 线信道 的跳 频以每个 物理信道为基础， 因此对 于 Ｍ 来 说， Ｓ 只需要 在 器 中混频 变成解跳后 的信号 时， 才能收到跳频信息 。正是 由于上述 每个帧 的相应时隙跳变一次即可。对 Ｂ Ｓ来说， Ｓ 每个基站 中的 Ｔ Ｘ Ｒ 优点， 跳频技 术在 Ｇ Ｍ、 线局域 网 、 内无线通 信 、 星通信 、 Ｓ 无 室 卫 水 要 同时与多个 ＭＳ通信， 每个 Ｔ Ｘ要根据通信使用的物理信道 ， Ｒ 在其 下通信 、 、 雷达 微波等 多个领域也得到 了广泛的应用 。 每个时 隙上按照不 同的跳频方案进行 跳变 。 跳频可分为快速跳频和 １ ． ２跳频通信系统简介 慢 速跳频 。在 Ｇ Ｍ中主要采用慢速跳频， Ｓ 其特点是在一个完整 的突 如图 ２所示， 在跳频通信系统的发送 端， 采用伪 随机码作 为跳频 发脉冲期间频率保持不变， 而在两个相邻 的突发脉冲之 间改变信道 序列控制 载波频率 的变化 ， 形成跳 频信号 ； 收端， 率合成 器受 使用的频率 。 在接 频 慢和快是针对每秒跳频次数 和调制速率而言 的。 Ｓ ＧＭ 同样跳频序列控制 ， 并在同步 电路控制下保持 与发送端一致 的频率 网络采用 Ｇ — Ｋ调制方式， ＭＳ 调制速率为 ２０８ ３ｂｆ 。 Ｇ Ｍ 系统 ７ ． ｋ ｉｓ 而 Ｓ ３ 每秒跳频 ２７ 传输频率在一个突发脉 冲传输期 １ 次， 变化规律， 将接收到的跳频信号变频为固定的中频信号， 实现解跳。 使用的跳频技术， Ｓ 故称 跳频通信系统中， 收发双方的跳频图案是事先约定好的， 双方频率同 间保持一定 。因为 Ｇ Ｍ 网络 中每秒跳频次数小 于调制速率， 为 步地按照预定跳频 图案跳变，其跳 频图案的时频矩阵示意 图如 图 ３ 慢跳频，反之为快跳频 。以下部 分提 到的 “ 频”均指慢速跳 频。 跳 ２２２ Ｇ Ｍ 中的跳频方式。Ｇ Ｍ 中的跳频种类可分为基带（Ｂ跳频 ．． Ｓ Ｓ Ｂ） 所示 。 和射频（Ｆ跳频两种：． 跳频 。每一个发射机仅能操作在某一个 Ｒ） ａ 基带 ２ ＧＳ 系统 中跳 频 的实 现 Ｍ 固定频率， 可跳频 的频率数 目等于每一小 区内所配置 的发射机数 目， ２１ Ｓ 系统简介及现状 ． Ｍ Ｇ Ｇ Ｍ是 欧洲 各国为开发第 二代数字蜂窝移 动通信 网所确 定的 所有跳频频率就在这些发射机上进行切换。ｈ射频跳频 。每一个发 Ｓ ．
通信系统GSM中跳频技术及优化
通信系统GSM中跳频技术及优化研究介绍了GSM系统中跳频技术的原理及分类，指出跳频技术在GSM系统应用主要解决的问题，并以实际工作中的应用情况加以分析。
并提出了对跳频网络的优化的一些要点。
标签：GSM；跳频；抗干扰；优化0引言随着数字移动通信网络的飞快发展，移动手机用户的大量增加，地区之间的话务量也在不断地增加。
在某些节假日时，甚至出现严重的话务拥塞情况，面对日益增长的话务需求，需要对网络进行扩容以满足新的容量和覆盖要求。
这样，跳频技术在通信领域就显得越来越重要，近来被应用在GSM系统中，主要是为了以下解决两方面问题：（1）传输中的多径衰落（Multipath Fading）。
在移动无线传输过程中，当电波遇到障碍物时，其幅度会发生变化，这种变化称之为瑞利衰落（RayleIgh Fading），通常情况下，接收到的信号是具有多个相位的合成信号，包含有障碍物上的反射，接收到的场强也会出现随机起伏的不确定变化，这种衰落所引起的信号幅度变化可能达到40dB，这样就将严重影响传送信号的质量。
（2）其它频率的干扰（Interference）。
来自于相邻地区的相同频率或相近频率的信号会对工作小区产生干扰。
如果不采用跳频的情况下，这种干扰是不间断的，将对通话质量造成坏的影响，甚至于造成无法继续通信从而通话中断。
应用跳频技术，可以使上述两类问题得到较满意的解决。
1跳频基本原理既然跳频技术能解决这样的问题，那我们先看看跳频技术的基本原理，跳频是指载波频率在很宽范围内接某种序列（图1）进行跳变，是信息数据经过信息调制成带宽为Bd的基带信号后，进入载波调制，载波频率受伪随机码发生器控制，在带宽为BSS（BSS>>Bd）的频带内随机跳变，实现基带信号带宽Bd扩展到发射信号使用的带宽BSS的频谱扩展。
可变频率合成器受伪随机序列（跳频序列），使载波频率随跳频序列的序列值改变而改变，因此载波调制又称为扩频调制。
跳频信号经射频滤波中提取跳频同步信号，使本机伪随机序列控制的频率跳变与接收到的跳频信号同步，得到被同步的本地载波，使载波解调即扩频解调获得携带有信息的中频信号，从而得到发射机送来的信息。
解析gsm基带跳频如何跳及hsn和maio如何起作用
解析GSM基带跳频如何跳及HSN和MAIO如何起作用移动分派索引偏置(MAIO)移动分派索引偏置(MAIO)由6个比特组成，0-63的编码，其高位包括在“信道描述信元”中octet 3的bit 4、3、二、1中,低位包括在“信道描述信元”中octet 4的bit 7、8中(见表17)（在跳频参数H为1时）。
意义及作用：在GSM规范中，CA表示小区分派的频率集合，MA表示每次通信中移动台和基站所用的频率集（1≤N≤64），MAIO表示一次通信所肯定利用的一个频率（1，N-1），即为MA中的一个元素。
当利用跳频时，移动台按照“信道描述信元”中的FN、HSN、MAIO和跳频序列表（RNTABLE）算出每一个时隙所用的MAI，再进行跳频。
利用MAIO的目的是为了避免多个信道在同一时间争强同一频率。
传送：移动分派索引偏置(MAIO)包括于“信道描述信元”中，在“当即指配命令”、“指配命令”等消息中由基站发送。
跳频序列号（HSN）跳频序列号（HSN）由6个比特组成，0-63的编码，其包括在“信道描述信元”中octet 4的bit 六、五、4、3、二、1中（在跳频参数H为1时）。
（见表17）意义及作用：而相邻小区之间由于利用不相关的频率集合,以为彼其间没有干扰。
在GSM规范中，对于一组n个给定频率，允许组成64×n种不同的跳频序列。
它们用两个参数来讲明：移动分派偏置索引（MAIO）和跳频序列号（HSN）。
通常一个小区内的信道具用相同的HSN和不同的MAIO。
特殊情况是HSN=0，循环跳频，频率一个个按顺序利用。
但其跳频效果不如HSN 为其它值时理想。
传送：跳频参数3-跳频序列号（HSN）包括于“信道描述信元”中，在“当即指配命令”、“指配命令”等消息中由基站发送。
和MAIO的应用：MAIO指起跳频点，也称移动分派指数偏置。
移动分派指数偏置MAIO和跳频序列号HSN一般是成对设置的决定一个跳频序列。
一个跳频序列就是在给定的包括N个频点的频点集（MA）内，通过必然算法，由跳频序列号（HSN）和移动分派偏移（MAIO）唯一肯定所有（N个）频点的一个排列。
跳频
跳频分类:快速跳频慢速跳频(GSM)GSM跳频的速率: 最大为217次/秒允许跳频时间为1msGSM跳频分类: 基带跳频射频跳频基带跳频:是把某个时隙切换到相应的频率上完成跳频工作是通过腔体合成器(每个发信机频率固定)来实现的频波数与跳频频点数相同腔体合成器:损耗小3.5db 精度低频点间隔600KHz射频跳频:控制每TRX的频率合成器来完成跳频工作是通过混合合成器来实现的混合合成器:损耗大4.5db(H2D) 8db(H4D) 精度高频点间隔200KHz跳频的优点:频率分集防止瑞利衰落,增加约为6.5DB的增益干扰源分集改善C/I值,增加约为3DB的增益跳频序列:CA小区分配表:该小区用到的所有频点MA移动分配表:参与跳频的所有频点MAIO(参与跳频的频点数)移动分配指针偏移:描述跳频重复功能的起点HSN(0-63)跳频序列号:HSN=0为循环跳频同一小区HSN相同,MAIO不同.该相邻小区中不应存在相同的HSN.跳频序列的算法:由MAIO HSN 当前帧号 T1 T2 T3计算产生.注:BCCH频点不能参与跳频,因为FCCH\SCH\BCCH要不停的向小区所有手机进行广播.涉及的计算参数FN:为TDMA帧号（0～2715647）RFN:为缩减TDMA帧号19比特（信道编码前）RFN缩减算法:RFN=T1+T2+T3＇T1＝FN/(26×51)取整 T1(11bit) 范围0～2047T2＝FN模26 T2(5bit) 范围0～25T3＝FN模51 T3(6bit) 范围0～50T3＇＝（T3－1）/10 T3＇(3bit) 范围0～4T1R： T1R＝T1模64=(FN/(26×51)取整)模64 T1R(6bit）NBIN：NBIN＝[log2（N）+1]取整 N需要的比特数HSN⊕T1R: HSN(6bit)异或T1R(6bit)RNTABLE()：包含114个整数的函数表,定义如下表:跳频序列产生的算法：HSN＝0（循环跳动）则：MAI（整数0…N－1）：MAI＝（FN＋MAIO）模N 注：当循环跳动时，应避免使用N模13＝0的N。
跳频技术在GSM系统中的应用
跳频技术在GSM系统中的应用作者：杨涌张冠楠来源：《数字技术与应用》2011年第01期摘要:本文主要介绍了GSM系统中引入跳频技术后,使系统抗干扰能力提高,频率复用度有所改善。
关键词:跳频技术抗干扰性能频率复用掉话中图分类号:TN914.4 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2011)01-0051-021、绪论1.1 引言近年来随着移动网络的迅猛发展,由于GSM移动通信网中,频谱资源和基站小区的频点数有限,另外受到信道利用率的限制,很多因素造成小区同频干扰、邻频干扰严重,给通信质量的进一步提高带来的困难。
如何解决GSM系统中的干扰等问题,以改善系统性能,成了现在GSM网络建设中的一个重要任务。
1.2 跳频技术在移动通信中重要作用GSM移动通信网中引入跳频后,可以起到以下几方面作用:(1)频率分集:由于多径衰落具有频率选择性,因此,跳频可使信号处于深度衰落的概率明显降低,提高,减少掉话。
这种作用可以等同于频率分集。
(2)干扰分集:跳频可以降低多种类型的干扰,如同信道干扰,邻信道干扰,互调干扰等,跳频使移动台所受的连续长时间干扰变成单个突发脉冲的不连续干扰,也就是干扰分集,当在具有不同干扰电平的时隙之间跳频时可以得到干扰分集好处。
(3)提高频率复用度,增加系统容量:由于跳频的抗衰落和抗干扰的作用,可以使频率复用度提高,从而一定程度上增加系统容量,同时也起到扩频的作用。
2、GSM网络跳频技术的系统论述2.1 GSM中跳频的种类及原理跳频可分为快速跳频和慢速跳频,在GSM中主要采用慢速跳频,主要按照固定间隔改变一个信道使用的频率。
慢和快是针对每秒跳频次数和调制速率而言的。
GSM系统使用的跳频技术,每秒跳频217次,传输频率在一个突发脉冲传输期间保持一定。
因为GSM网络中每秒跳频次数小于调制速率,故称为慢跳频,反之为称为快速跳频。
2.1.1 GSM中跳频技术的种类及原理GSM中实现跳频的方法有两种:基带跳频和射频跳频。
跳频在GSM中的应用
跳频在 GSM 中的应用一、跳频的基本介绍跳频就是使手机在每个突发序列（Burst）后改变自己的频率。
跳频是 GSM 空中接口的一项重要特性，在 GSM 规范 04.08、05.01、 05.02 中都有叙述。
它是提高网络质量和网络容量的一项有效、经济的手段。
二、跳频的原理跳频是按照固定的间隔改变频率。
跳频可以分为两种方式：一种是快跳频（FFH），它的频率变换速度比调制速度还要快；另一种称为慢跳频（SFH），也就是目前 GSM 所采用的跳频方式。
1. 慢跳频GSM 采用的是 8 个时隙的 TDMA 系统。
在慢跳频中，当一个手机占用一个时隙时，在一个突发序列内只能在一个固定的频率上进行发送和接收信息，并在跳到下一个时隙前转由另外一个频点进行信息的收发，并以每秒 217 次的速率进行跳频。
这项技术可以在话音信道（TCH）和信令信道（SDCCH）上采用。
但广播信道（BCCH）不能采用跳频，因为手机只能通过广播信道来测量相邻小区的接收信号强度，因此，它必须要分配一个固定的频点。
而且，广播信道上的所有时隙必须以满功率发射，这样，慢跳频（SFH）、功率控制（PC）、不连续发射（DTX）都不能在广播信道上使用。
2. 慢跳频模式(1). 如图－1 所示，在空中接口方面，慢跳频可以分为两种模式：*循环跳频模式*随机跳频模式循环跳频模式就是周期地采用同一种跳频序列；而随机跳频模式则采用一种预先定义好的、相对比较随机的、相当长的跳频序列，以达到随机跳频的目的。
图－1：周期跳频和随机跳频的原理（时隙 1）(2). 在基站方面，跳频亦可分为两种：•基带跳频（BBH）•合成跳频（又称射频跳频（RFH））在基带跳频中（BBH），每个载频（TRX）以固定的频率发射。
它是使手机在每个突发序列占用不同的发射单元来实现跳频的。
在基站内部，基带部分（FU）和射频部分（CU）是分开的，这样，跳频就可以通过把 FU 转接到相应的 CU 上来实现。
GSM网络基本无线参数
GSM网络基本无线参数2010-06-08 16:34:11| 分类：通信技术|字号订阅◆基站或小区把其载波分配成n个部分，分别称C0、C1……Cn。
C0载频的零号时隙TS0用作BCCH、FCCH、SCH、PCH、AGCH及RACH；TS1用作DCCH、SDCCH、SACCH；TS2—TS7；用作业务信道TCH。
C0—Cn载频的时隙全部用作TCH。
因此，当只有C0、C1两个载频时，该基站对应的有14个TCH。
此后，每加一个载频，增加8个TCH。
而且每四个载频，应该增加一个时隙做控制信道。
◆ARFCN：absolute radio frequency channel number（绝对无线频率信道号）◆广播信道(BCH)：◆BCCH ：broadcast control channel （广播控制信道）◆FCCH ：frequency correction channel（频率校正信道）◆SCH ：synchronization channel （同步信道）：BSIC在每个小区的同步信道上发送。
◆CCCH ：common control channel （公共控制信道）◆PCH ：paging channel （寻呼信道）◆AGCH ：access grant channel （接入允许信道）◆RACH ：random access channel （随机接入信道）◆CBCH：小区广播控制信道◆DCCH ： dedicated control channel（专用控制信道）◆SDCCH ：standalone dedicated control channel（独立专用控制信道）：是一种双向的专用信道，主要用于传送建立连接的信令消息、位置更新消息、短消息、鉴权消息、加密命令及其处理各种附加业务。
◆SACCH ：slow associated control channel （慢速随路控制信道）：是一伴随着TCH和SDCCH的专用信令信道，在上行链路上它主要传递无线测量报告和第一层报头消息（包括TA值和功率控制级别）；在下行链路上它主要传递系统消息type5、5bis、5ter、6及第一层报头消息。
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射频跳频：TRX的发射TX和接收RX都参与跳频。
小区参与跳频频点数可以超过该小区内的TRX数目。
基带跳频：每个发信机工作在固定的频率上，TX不参与跳频，通过基带信号的切换来实现发射的跳频，但其接收必须参与跳频。
因此小区跳频频点数不可能大于该小区的TRX数。
跳频技术源于军事通信，目的是为了获得较好的保密性和抗干扰能力。
跳频分为快速和慢速两种，GSM中的跳频属于慢跳频。
跳频方式从时域概念上分为帧跳频和时隙跳频，从载频实现方式上分为射频跳频和基带跳频。
帧跳频：每个TDMA帧频点变换一次，这种方式下，每一个载频可以看做一个信道，在一个小区中帧跳频时BCCH所在的TRX载频上的TCH不能参与跳频，其它不同的载频应有不同MAIO，它是时隙跳频的特例。
时隙跳频：即每个TDMA帧的每个时隙频点变换一次，时隙跳频时BCCH所在的TRX 中的TCH可以参加跳频，但目前只在基带跳频时实现。
射频跳频：TRX的发射TX和接收RX都参与跳频。
小区参与跳频频点数可以超过该小区内的TRX数目。
基带跳频：每个发信机工作在固定的频率上，TX不参与跳频，通过基带信号的切换来实现发射的跳频，但其接收必须参与跳频。
因此小区跳频频点数不可能大于该小区的TRX 数。
就ERICSSON的设备来说，有X总线的为基带跳频；基带跳频的频点数与载波数是一样的；而综合跳频（射频跳频）的频点数一般比载波数多。
移动一般为基带跳频，联通一般用的是综合跳频。
联通的可用频点少，在满足容量的基础上面，必须采用综合跳频来降低频点干扰咯。
基带跳频的技术难点在于如何实现信息数据的高速交换，满足217跳/秒的跳频速度及271kbits/s的数据传输速率。
考虑以无线接口时隙为基础进行数据的交换，交换方法可以是空分、时分、数据包交换。
基站在设计中采用了先进的总线技术，以时隙交换为基础实现基带跳频，其具体的实现方法为：每个发射机(TRX)调谐在固定频率，有一个固定的ID号。
收发信机的编码器将下行信号编码，形成突发格式数据，编码器根据跳频算法计算本突发应调制的频道（即TRX号），加上有关功率控制等附加信息形成特定的数据包格式，收发信机的编码器在固定的时间(子时隙)内发出数据包。
调制器对每个子时隙的数据包的TRX号进行检查，如和本TRX的ID号不同，则收下一子时隙；如相同，则将本子时隙的数据包接收下来，延时一时隙再发射到空间接口，实现了基带跳频。
射频跳频实现的技术难点主要表现在如何实现宽频带内的快速变频和在快速变频的同时如何保证信号的高质量。
快速变频与信号的高质量是相互矛盾的。
在GSM系统中各个时隙之间的间隙只有二十几微秒，要实现射频跳频，系统必须在时隙之间二十几微秒的保护时间内快速地从一个频点切换到另一个频点。
按照以前的技术，在实现快速跳频的同时必然会带来调制精度下降、接收灵敏度恶化、杂散增加以及阻塞性能下降等一系列负作用。
采用紧密频率复用技术时，系统干扰是决定频率复用比的最重要因素。
为了降低系统干扰，通常采用的技术是功率控制、非连续发射技术；而为了抗干扰，提高系统在同等干扰条件下的通信质量，通常采用跳频技术。
因此，跳频是GSM系统抗干扰和提高频率复用度的一项重要技术。
按照GSM规范，慢跳频可以用于GSM通信系统中，跳频是指载波频率在一定范围内，按某种规律跳变。
每个小区信道组的跳频功能都能单独激活或关闭。
BCCH由于是广播信道，不参与跳频，TCH 信道，SDCCH信道可以使用跳频。
基站使用的跳频有两种，基带跳频和射频跳频，各自的实现原理是不相同的。
系统中具有多个相对独立的基带处理单元和载频处理单元，每一个载频处理单元的工作频点固定不变；每一路通信的业务信息由固定的基带单元处理，按照时间顺序和一定的跳频规则，通过总线结构，将处理后待发送的信息传送到工作于不同频点的载频单元处理并发送。
这种跳频的实现方式称为“基带跳频”。
在基带跳频中，每个发信机工作在一个不变的频率，同一话路的突发脉冲，被有控制地送入各个发射机，实现基于基带信号的切换。
由于每一个收发信机频率不变，则合路器不需要改变，因此可以用宽带合路器，也可以用空腔合路器。
TRX的数目，限制跳频的最大数目。
基带跳频的问题是，如果有一个TRX板坏了，则对应的码字丢失，影响通话性能。
在另种方式下，每一路业务信息由固定的基带单元和频带单元处理；而频带单元的工作频点由频率合成器提供，在控制单元的控制下，频点可以实现按照一定的规律改变。
这种方式称为“频带跳频”或“射频跳频”。
在射频跳频中，一个发信机处理一个通话的所有突发脉冲所用的频点，是通过合成器频率的改变来实现，而不是经过基带信号的切换来实现，收发信机数目（TRX）不受载频的限制，而取决于小区话务量的大小。
由于合成器频率要变化，合路器也要变化，只能用宽带合路器。
这种合成器有大约3db的插入损耗。
使用多个合路器级连插入损耗较大，实际应用受到限制。
但是，一旦某一TRX发生故障，系统的故障维护功能，会关掉此TRX。
GSM规范并未规定GSM的基站必须使用“基带跳频”或“频带跳频”，基站设备采用的跳频方式将由设备供应商决定；而对于移动终端，因为每个终端只有一套载频单元，所以必然采用频带跳频。
华为基站BTS同时支持两种方式，在基站系统设计中充分考虑到跳频在频率分集和干扰分集的作用，可以同时支持基带跳频和射频跳频这两种实现方式，并在网上获得了规模应用。
从实际应用的情况来看，华为自主开发的跳频技术能够提高GSM系统的抗干扰、抗衰落性能，大大提高通话质量，增强紧密复用的组网能力，增加系统容量，具有很强的技术特色。
射频跳频实现的技术难点主要表现在如何实现宽频带内的快速变频和在快速变频的同时如何保证信号的高质量。
快速变频与信号的高质量是相互矛盾的。
在GSM系统中各个时隙之间的间隙只有二十几微秒，要实现射频跳频，系统必须在时隙之间二十几微秒的保护时间内快速地从一个频点切换到另一个频点。
按照以前的技术，在实现快速跳频的同时必然会带来调制精度下降、接收灵敏度恶化、杂散增加以及阻塞性能下降等一系列负作用。
华为的基站是怎样解决这个问题的呢？下面我们从对射频锁相环的分析入手加以说明。
锁相环的锁定时间主要由环路带宽决定，带宽越宽锁定时间越短。
本振信号的质量主要由参考时钟（鉴相频率）、压控振荡器、环路带宽等因素决定，在环路带宽以内本振的相位噪声取决于参考时钟，在环路带宽以外主要取决于压控振荡器。
要将最佳环路带宽变宽只有两条途径，一是降低压控振荡器的性能，这显然不可取；二是提高参考性能。
由于GSM系统采用的是200kHz带宽，鉴相频率不可能太高，尤其对于DCS1800系统不可能太小，因此在GSM系统中很难提高环路带宽，即降低频率锁定时间。
为了克服以上两个难点，华为公司通过采用一套特有的动态环路带宽及乒乓切换技术，可以很好地解决快速变频与信号质量之间的矛盾。
动态环路带宽技术：工作中环路带宽不是固定的，而是随着系统的需要而变，但系统处于不工作状态时，环路带宽保证变回最佳带宽，使输出信号最佳，保证系统的最佳性能。
乒乓切换技术：在电路上设计了两个完全相同的振荡器，通过开关对两个本振进行选择，当一个本振工作时，另外一个本振快速锁定到下一个需要的频点上，在两个时隙的中间通过开关切换到另一个本振电路。
这样，避免了在时隙的开头和最后出现瞬时的系统性能恶化。
通过采用特有的动态环路带宽及乒乓切换技术后，实现了900MHz的25MHz带宽、1800MHz的75MHz带宽内的任意跳频，所有跳频指标均超过GSM协议要求。
基带跳频的技术难点在于如何实现信息数据的高速交换，满足217跳/秒的跳频速度及271kbits/s的数据传输速率。
考虑以无线接口时隙为基础进行数据的交换，交换方法可以是空分、时分、数据包交换。
华为基站在设计中采用了先进的总线技术，以时隙交换为基础实现基带跳频，其具体的实现方法为：每个发射机(TRX)调谐在固定频率，有一个固定的ID号。
收发信机的编码器将下行信号编码，形成突发格式数据，编码器根据跳频算法计算本突发应调制的频道（即TRX号），加上有关功率控制等附加信息形成特定的数据包格式，收发信机的编码器在固定的时间(子时隙)内发出数据包。
调制器对每个子时隙的数据包的TRX号进行检查，如和本TRX的ID 号不同，则收下一子时隙；如相同，则将本子时隙的数据包接收下来，延时一时隙再发射到空间接口，实现了基带跳频。
基带跳频对TRX的ID识别实时性要求非常高，在这一点上华为是采用ASIC技术来解决的，可实现高速、可靠的TRX－ID识别功能。
两者的区别是：1）基带跳频采用的腔体合成器衰耗小，而射频跳频采用的混合合成器的衰耗大，对基站覆盖范围有一定影响2）腔体合成器对频段的要求不如混合合成器灵活，混合合成器的发信机可以使用一组频率，而腔体合成器的发信机仅能使用固定的频率发射。
3）射频跳频比基带跳频具有更高的性能改善和抗同频干扰能力，但其缺点是只有当每小区拥有4个频率以上时效果比较明显；混合合成器要求网网络中各基站必须保持同步，对基站设备性能要求较高。
BTS侧：对于基带跳频，小区内每个TRX的频率固定，但是用户基带信号在不同时间按一定的规律来变化频率发射。
对于射频跳频，小区内除了BCCH以外的TRX频率随时间变化，但是用户基带信号送到固定的TRX上。
MS侧：手机只有射频跳频，因为它只有一个接收机。
合成器跳频就是射频跳频。
（完）在GSM体系里面，每200KHZ频率是一个频点，例如890.200MHZ～890.400MHZ就是一个频点就是频道，每个载频占用一个频点，然后1个物理载频在时间上分成8个时隙，就是Ts，每个时隙0.125秒，就是指一个频点可以在不同的时间点同时为8个用户进行通信，这8个时隙就是8个物理信道，按照逻辑分类，可以分成TCH话音信道和CCH控制信道，每个TCH占用一个物理信道，控制信道分为广播控制信道BCCH、公共控制信道CCCH、专用控制信道SDCCH，每个物理信道可以分成8个SDCCH，用于业务开销、控制、位置登记、发送短信等。
BCCH频点就是通常所说的主频呗，广播系统消息的啊，TCH频点一般就是你通话时所占用的频点啊，BCCH在载波的零时隙上，其他时隙分配为其他业务信道。
联通分两个信道组，信道组零为BCCH频点一般一个，信道组一位TCH频点，移动一般三个信道组，信道组零也是BCCH频点，信道组一二位TCH频点，只是信道组一承载语音业务，信道组二承载数据业务。
一般你测试时，空闲模式测试软件中显示的都是BCCH频点。
通话过程中占用的是TCH频点，而邻区列表里的为BCCH频点。
爱立信的分配机制是，你申请通话分配TCH信道时，优先分配到非BCCH载频上的TCH 信道上。
差干扰一般同频指的是同BCCH。