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)。其中与BTS中跳频实现直接相关的是信道属性设置消息。该消息由OMU接收，再由OMU传给OAMM模块。其详细说明可参考协议12.21。

FH

图3 FUC中

SET FH MODE中的跳频方式

0 不跳频

1 基带跳频BB FH

2 射频跳频RF FH

在BSC后台的数据表R_FHS表中可查看跳频模式及相关信息。

A中Object Instance参数表明本消息的目标信道，包括BTS号，收发信机号，时隙号。Starting Time指明该信道配置的起始时间即起始帧号。FU根据此消息确定本FU所管辖的8个时隙的跳频参数包括HSN、MAIO和ARFCN List(用于构成MA表)，这些参数将在跳频算法中详细说明。

B.信道激活过程

在信道配置完成之后，该信道在指定的起始帧号到来时，便开始使用该参数。但此时该信道处于空闲状态，不能传输业务数据，必须通过信道激活后，该信道才真正用于业务数据传输。信道激活是通过BSC 向BTS下发一条CHANNEL ACTIV A TION消息实现。该消息将原来处于空闲的信道转换为传输信息的激活信道。一个信道在激活前与激活后，使用的跳频参数是相同的。只是在激活前，该信道发送虚拟突发序列，若使用不连续发送方式，则激活前关断发送。

C.跳频实现

一个信道通过分配，得到了跳频参数后，由FU根据FN帧号（FHM跳频的计算由FN的中断激活），即可计算得到该突发即将使用的无线频道号，FU将计算所得的频道号组织在下行数据中通知CU(载频单元)，CU再根据该信息确定该频道号的频率值，将此突发数据向空中发射。

3.跳频算法

GSM系统中，跳频的频道号计算有其特定的算法。根据GSM协议05.02的规定，跳频必须遵循该算法，包括伪随机序列的产生，跳频实现中涉及的参数及算法描述如下。

A.算法中涉及的参数

1.BTS通用参数，指定到每个BTS，并在BCCH，SCH上广播。

(1)C A：小区频率集，由系统频率分配指派到本小区所有可以使用的频率的总和，数量限制1≤CA

频率数≤64。

CA由BSC进行管理，MS根据广播信息获取CA信息，结合MS信道分配时的参数，确定本MS使用信道的MA参数，进一步确定跳频信道。在BTS中信道直接由BSC指定MA参数，故在FU中可跳过该参数

说明：CA即是我们在无线资源小区的载频频率中设置的值，可以设置至多64个数值，对于基带跳频，有用的只是顺序排列的前几个，个数等于本小区配置的TRX的数目，而RF跳频可以利用所有设置的频率值。

(2)F N:：TDMA帧号，来自时钟单元，由T1、T2、T3构成，在MS中，由缩减帧号T1、T2、T3’构

成。

T1 (11bits) 0~2047 =FN div (26*51)

T2 (5bits) 0~25 =FN mod 26

T3 (6bits) 0~50 =FN mod 51

T3’ (3bits) 0~4 =(T3-1) div 10

其中FN为TDMA帧号，范围0~2715647(26*51*2048-1)

FN通过时钟单元向每个FU发送，FN本身的值不发送，只发送T1、T2、T3的值。FN参与跳频的计算，使得跳频序列以FN为周期，重复时间约为3小时，充分保证了跳频的随机性。

2.信道专用参数，在信道分配信息中指定到每个信道。

(1)M A：跳频频率子集（移动台频率分配表），定义本信道使用的跳频频率集，是CA的一个子集，频

率数量N限制1≤N≤CA频率数，(1≤N≤64)。

该参数由信道分配过程所描述的设置信道属性消息指定。在设置信道属性消息中的ARFCN List参数即反映了

ARFCN。

(2)M AIO：频率子集初始偏移（移动台频率分配表初始偏移），用于指示使用相同MA的不同信道所

使用的频率在MA中的初始偏移。

该参数也由信道分配过程所描述的设置信道属性消息指定。在设置信道属性消息中的MAIO参数的结构如下。