《電子技術(shù)應(yīng)用》
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GSM網(wǎng)絡(luò)中跳頻技術(shù)的應(yīng)用
摘要: 隨著數(shù)字移動通信網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展,,移動用戶的急劇增加,,網(wǎng)絡(luò)中單位面積的話務(wù)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(shí)甚至出現(xiàn)嚴(yán)重的話務(wù)擁塞情況,,面對日益增長的話務(wù)需求,需要對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)容以滿
Abstract:
Key words :

        隨著數(shù)字移動通信網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展,,移動用戶的急劇增加,,網(wǎng)絡(luò)中單位面積的話務(wù)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(shí)甚至出現(xiàn)嚴(yán)重的話務(wù)擁塞情況,,面對日益增長的話務(wù)需求,需要對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)容以滿足容量和覆蓋的要求,。


  對于網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)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(fù)用度來增加每個(gè)小區(qū)配置等方法。很顯然在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)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(dá)到擴(kuò)容的目 的,,但是隨著站距的不斷接近,網(wǎng)絡(luò)的干擾也在不斷的增加,,因此當(dāng)宏蜂窩基站的站距達(dá)到一定程度之后就很難在網(wǎng)絡(luò)中增加新的基站,。在這種情況下就采用在GSM900網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上引入DCS1800網(wǎng)絡(luò),通過引入這一新的頻段來解決網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò),。但是由于GSM900/DCS1800頻段有限而且各個(gè)運(yùn)營商所分配到的頻率資源不同,而且考慮到引入雙頻網(wǎng)的成本很高,,因此可以考慮通過在現(xiàn)有的GSM900單頻網(wǎng)絡(luò)或在引入DCS1800的雙頻網(wǎng)絡(luò)中通過提高頻率復(fù)用度,,增加單位面積的容量配置來達(dá)到節(jié)省網(wǎng)絡(luò)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(shù)來達(dá)到擴(kuò)容的目的?! ?/p>

 

  一,、跳頻系統(tǒng)的特點(diǎn)及使用


  跳頻是指載波頻率在很寬頻帶范圍內(nèi)按某種圖案(序列)進(jìn)行跳變。信息數(shù)據(jù)D經(jīng)信息調(diào)制成帶寬為Bd的基帶信號后,,進(jìn)入載波調(diào)制,。載波頻率受偽隨機(jī)碼發(fā)生器控制,,在帶寬Bss(Bss>>Bd)的頻帶內(nèi)隨機(jī)跳變,實(shí)現(xiàn)基帶信號帶寬Bd擴(kuò)展到發(fā)射信號使用的帶寬Bss的頻普擴(kuò)展,??勺冾l率合成器受偽隨機(jī)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(diào)制又被稱為擴(kuò)頻調(diào)制,。GSM的無線接口使用了慢速跳頻,其要點(diǎn)是按固定間隔改變一個(gè)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(gè)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(diǎn):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(kuò)頻通信系統(tǒng)的遠(yuǎn)近效應(yīng)問題,,即可以減少近端強(qiáng)信號干擾遠(yuǎn)端弱信號的問題;跳頻系統(tǒng)的抗干擾性嚴(yán)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(shù)字蜂窩系統(tǒng)中,,跳頻技術(shù)可以提高抗衰落,、抗干擾能力。跳頻技術(shù)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(gè)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(guān),,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(shí)頻率在不停的變化,,頻率的干擾是瞬時(shí)的,因此跳頻具有干擾分集,。


  1.GSM網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量評估  


  在GSM數(shù)字蜂窩系統(tǒng)中,,由于存在著頻率復(fù)用,因此必然存在著同頻和鄰頻干擾,,同鄰干擾強(qiáng)度決定著話音質(zhì)量,。在我們通話過程中,通常遇到的話音辨別不清,,時(shí)斷時(shí)續(xù)等情況很大程度上存在著干擾,,根據(jù)GSM規(guī)范為了保證網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量,需要定義相應(yīng)的同頻干擾和鄰頻干擾保護(hù)值,,因此在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中,,需要根據(jù)該保護(hù)值來設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò),。  


  在非跳頻網(wǎng)絡(luò)中表示網(wǎng)絡(luò)干擾程度的C/I和BER(比特誤碼率),,F(xiàn)ER(幀誤碼率)的關(guān)系是唯一的,,并且是獨(dú)立于系統(tǒng)的負(fù)載率。但是引入跳頻技術(shù)后,,我們發(fā)現(xiàn)某一C/I值所對應(yīng)的RXQUAL值和非跳頻網(wǎng)絡(luò)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(shù)量的多少和系統(tǒng)負(fù)載情況,因此在跳頻網(wǎng)絡(luò)僅僅用C/I或QXQUAL來評估跳頻網(wǎng)絡(luò)是不夠的,。在跳頻網(wǎng)絡(luò)解碼后的誤碼率和幀刪除率的指標(biāo)才能衡量網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量,。  


  作為衡量網(wǎng)絡(luò)中語音話務(wù)信道的好壞,,我們通常用在服務(wù)區(qū)域內(nèi)至少90%的語音話務(wù)信道的FER2%表示較好的質(zhì)量,。從相關(guān)模擬結(jié)果知道跳頻技術(shù)降低了C/I的要求,但同時(shí)卻提高了話音質(zhì)量,,而話音質(zhì)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(fù)用考慮  


  模擬結(jié)果表明,跳頻增益的大小很大程度上取決于跳頻數(shù)量的多少,,跳頻數(shù)量越多其跳頻增益越大,,而跳頻數(shù)量越少,相應(yīng)的跳頻增益越少,。但模擬結(jié)果同時(shí)表明,當(dāng)跳頻數(shù)量達(dá)到一定程度后,,由于跳頻數(shù)的增加引起的跳頻增益的增加是有限的,。因此在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時(shí)要充分考慮跳頻數(shù)量和跳頻增益的對應(yīng)關(guān)系?! ?/p>


  對于一定頻段,、一定配置的實(shí)際網(wǎng)絡(luò),在引入跳頻技術(shù)后,,我們需要確定采用某一頻率復(fù)用度來規(guī)劃,。模擬結(jié)果表明,頻段的大小以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的差別在很大程度上影響著頻率復(fù)用度的采用,。在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中我們通常采用1x1,、1x3等頻率復(fù)用度來規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)?! ?/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(wǎng)絡(luò)中這二種跳頻技術(shù)都得到了廣泛的應(yīng)用。由于基帶跳頻是基于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的頻率規(guī)劃,,因此實(shí)施起來相對容易,,而對于射頻跳頻需要對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)重新進(jìn)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(yīng)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(jī)跳頻,跳頻序列選用偽隨機(jī)序列,,對它的描述主要有兩個(gè)參數(shù):移動分配指數(shù)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(dāng)然具體如何去定義這些參數(shù)跟頻率復(fù)用系數(shù)的采用是有關(guān)的,。

 

  二,、跳頻技術(shù)在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用  


  由于跳頻技術(shù)具有的種種優(yōu)點(diǎn),特別是引入跳頻后能減少干擾,,提高網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量,;通過跳頻等相關(guān)無線鏈路控制技術(shù)的應(yīng)用,可以極大地提高頻率復(fù)用度,,從而達(dá)到提高容量的目的,;同時(shí),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(shù)在實(shí)際中的應(yīng)用日益廣泛。現(xiàn)以MOTOROLA公司的GSM 900 設(shè)備為例,,簡述跳頻技術(shù)在福建聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際應(yīng)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(wù)量較高的地方使用了跳頻,。由于MOTOROLA 設(shè)備使用的是射頻跳頻(合成器跳頻),因此網(wǎng)絡(luò)需重新作頻率規(guī)劃,。聯(lián)通使用的頻點(diǎn)是909.201MHz~914.801MHz,,其中96作為與中國移動的隔離頻點(diǎn)。引入跳頻后,,MOTOROLA公司要求的最少跳頻頻點(diǎn)為6個(gè),,實(shí)際使用中聯(lián)通使用了12個(gè)頻點(diǎn),即97~108,,109作為保護(hù)頻點(diǎn),,110~124作為廣播信道(加控制信道與話務(wù)信道)。使用跳頻后,,廣播信道所在的載頻不跳頻,。MOTOROLA 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中,,BCCH采用4*3復(fù)用,跳頻采用1*3復(fù)用,。

2.使用跳頻前的準(zhǔn)備工作


  引入跳頻前,,需對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)作相應(yīng)準(zhǔn)備工作,主要包括:提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋,、避免出現(xiàn)越區(qū)覆蓋,、控制網(wǎng)絡(luò)干擾。相應(yīng)解決辦法:網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時(shí)設(shè)點(diǎn)應(yīng)認(rèn)真考慮,,盡量減少盲區(qū),;適當(dāng)選用天線類型,控制天線高度及方位角,;每次網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展割接后,,應(yīng)適時(shí)調(diào)整天線俯仰角,做好網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化,。通過以上解決方法減少了小區(qū)間的相互干擾,,避免了因?yàn)榍袚Q質(zhì)量不佳而引起的掉話。


  3.跳頻的實(shí)施及優(yōu)化工作


  在做好跳頻各項(xiàng)準(zhǔn)備工作的基礎(chǔ)下,,接下去便是做好相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃,,準(zhǔn)備實(shí)施跳頻割接。頻點(diǎn)的使用情況前面已介紹過,MOTOROLA設(shè)備中BCCH不使用跳頻,。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中,不同的基站使用不同的跳頻序列號(HSN),數(shù)值可取1~ 63(0為循環(huán)序列),相鄰基站使用的HSN不相鄰,。不同小區(qū)使用不同的移動分配指針偏移(MAIO),在MOTOROLA數(shù)據(jù)庫中,MAIO不作為一獨(dú)立參數(shù)設(shè)置,而是在配置載頻收發(fā)功能(RTF)時(shí)一起定義。在設(shè)置HSN與MAIO時(shí),MOTOROLA的基站數(shù)據(jù)庫可避免同基站同頻,而同一基站的不同小區(qū)之間可避免鄰頻,。為更準(zhǔn)確的表示對話網(wǎng)信道的質(zhì)量評估,MOTOROLA的工程師引入了碰撞率這一概念,即Same-ARFCN* Interferer –TCH-DRCU


  Hit Rate=Server-MA-SIZE * Interferer-MA-Size


  其中 Same-ARFCN為12


  Interferere-TCH-DRCU為1或2 (具體視扇區(qū)配置)


  Server-MA-Size跳頻區(qū)域?yàn)?2,,不跳頻區(qū)域?yàn)?8


  Interferer-MA-Size為12。


  有了以上公式,我們可以測算出,兩個(gè)使用了跳頻配置均為3的相鄰扇區(qū)之間的碰撞率


         12×2

  為Hit Rate=      ×100% =16.7%


         12×12

  而在跳頻與不使用跳頻交界處,同樣是兩個(gè)配置均為3的相鄰扇區(qū)之間(跳頻扇區(qū)對不跳頻扇區(qū))的碰撞率為:


       12×2

  Hit Rate=      ×100% =7.1%


       28×12

  (注:此種情況下,Hit Rate A←B≠ Hit Rate B←A)

 

  經(jīng)過實(shí)際測算及結(jié)合實(shí)踐,MOTOROL的工程師們得出了碰撞率大于17%時(shí),服務(wù)區(qū)域內(nèi)C/I,、FER基本符合要求,即服務(wù)區(qū)域內(nèi)至少90%的語音話務(wù)信道幀誤碼率小于2%。由此可以得知,聯(lián)通所采用MA=12的方式基本符合要求,。而在目前的實(shí)際應(yīng)用中,3/3/3的基站也只是在福州,、廈門的一些繁華路段才較集中,且其中的一部分區(qū)域?qū)嶋H也以微蜂窩(或微蜂窩+功放)或室內(nèi)分布系統(tǒng)的形式來吸收話務(wù)量。


  根據(jù)全網(wǎng)頻率規(guī)劃并作好相關(guān)數(shù)據(jù),,在實(shí)施完跳頻割接后,,接下去便是優(yōu)化工作。優(yōu)化工作主要包括三方面:1,、切換2,、功率控制3、數(shù)據(jù)庫中其他一些相關(guān)參數(shù)的修改,。在跳頻系統(tǒng)中,,幀誤碼率能正確反映話音質(zhì)量,,而手機(jī)接收質(zhì)量是切換與功率控制的基礎(chǔ),當(dāng)然,,手機(jī)接收電平及干擾電平也必須予以考慮,。實(shí)際使用中跳頻通話的切換門限應(yīng)高于不跳頻的通話。另外,,因上/下行干擾超限也會引起同一基站不同小區(qū)之間的切換,。當(dāng)手機(jī)接收電平高于-70dbm(數(shù)據(jù)庫定義)時(shí),切換至同一小區(qū)的不同載頻,;而當(dāng)接收電平低于-70dbm(大于-95dbm)時(shí)則切換至同一基站的不同小區(qū),。功率控制方面,跳頻通話的功率控制門限亦高于不跳頻的通話,。另外,,跳頻中引入了快速功率下降控制,可使手機(jī)發(fā)射的功率在接通后迅速降低(比一般階梯式下降快),,但通話質(zhì)量依舊保持良好,。其他參數(shù)的修改,包括對HSN,、MAIO等數(shù)據(jù)庫參數(shù)進(jìn)行的一系列修改,,降低了射頻損失率、掉話率,,降低了小區(qū)間干擾電平值,,提高系統(tǒng)呼叫建立成功率、接通率等,,使系統(tǒng)達(dá)到較好的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量,,具體不再一一敘述。以上是跳頻實(shí)際使用中的一點(diǎn)體會,。當(dāng)然,,不同廠商、不同運(yùn)營商因設(shè)備類型,,應(yīng)用條件不同也會有一些差別,。 

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