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摘要：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。
关键词：GSM；跳频；抗干扰；优化
中图分类号：TB
文献标识码：A
文章编号：1672-3198（2013）09-0190-02
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。
跳频技术能在信号质量、系统容量以及运营成本等方面都带来好处。当系统配置的TRX数固定时，若由固定频率分配系统改为跳频系统，可降低网络内的干扰，提升话音质量，但网络容量未得到提高；从另一个角度来看，采用跳频技术，也可使系统可以配置更多的TRX，而同时维护与固定频率分配系统相同的话音质量。在其中取一个折中，可使系统能配置更多TRX，同时使话音质量得到提高。在某些地形复杂，干扰难以控制，或话务负荷重，站点分布已经很密集的地方，部署跳频系统几乎是唯一的选择。同时，由于跳频系统的频率分配相对固定系统大大简化，尤其是1x1跳频系统，具有类似CDMA系统的高频率复用率的特性，其网络规划与维护成本能得到很大程度的降低。因此，跳频系统既能降低多径衰落还能有效遏制干扰，所以在移动通信中它具有其特有的优势。
2GSM系统两种跳频方式的比较
GSM系统具有两种不同的跳频方法，一种是基带跳频（BaSe Band Frequency Hopping，BH），另一种是合成器跳频（SyntheSISer FH，SH）。
2.1基带跳频（BH）
这种跳频方式最主要的特点是每个载频单元有一个固定频率，跳频是在不同载频的同一突发脉冲序列（时隙）之间跳变来实现。当通话在某一载频的某时隙建立起来后，间隔一个突发脉冲的时间（约为577ms），将跳变到另一个载频的同一时隙上。由于各载频频率不同，不同载频之间的跳变即意味着频率的跳变。这样有多少参与跳频的频率就有与之一致的载频数目。
2.2合成器跳频（SH）
合成器跳频最大的优点是频率数目与载频数目之间不再相互制约的关系，可以根据业务量来确定载频数目，而且载频至多可以跳64个频率。在这种频率方式下，载频每隔一个突发脉冲时间便改变一次频率，并且每次通话始终建立在一个载频单元上。这种跳频方式，跳频频率数目可以大于载频数目。
2.3两种跳频方式的比较
（1）频率规划：采用BH跳频时，仍然需要进行频率规划，因为频率仍然被固定分配到每个TRX上。但采用SH方式跳频时，频率规划大大简化。1x1方式下的频率规划尤其如此。因此SH方式更具灵活性。
（2）对设备的影响：BH方式下的腔体耦合器不能用于SH方式，但反过来，SH方式下的混合耦合器也可用于实现BH跳频。另外，腔体耦合器是机械设备，其平均无故障时间要小于混合耦合器。
（3）与其他技术的兼容：当开启下行DTX和PC（功率控制）时，BH方式可能会产生负面影响，导致某些手机掉话，而对SH方式则相反，能带来性能提升。因此当采用DTX和PC时，SH方式是唯一的选择。
（4）容灾能力：BH方式下，某个TRX出了故障会影响小区的通信质量，但SH方式下，某个TRX失效仅仅使系统容量下降，剩余TRX上的通信不受影响。同时由于减少了一个干扰源，使话音质量不会降低反而有所提高。
（5）成本：由于SH方式能更快速地进行网络规划与优化，节省成本，在预算一定的前提下，能用更少的站点满足覆盖和容量要求。
由此可见，SH方式更有优势，是工程上首选方案。
3跳频系统优化简介
跳频的优化是整个系统的关键部分，优化工作主要包括三方面：（1）切换；（2）功率控制；（3）数据库中其他一些相关参数的修改。在跳频通信系统中，帧误码率能正确反映话音质量，而手机接收质量是切换与功率控制的基础，当然，手机接收电平及干扰电平也必须予以考虑。实际使用中跳频通话的切换门限应高于不跳频的通话。此外，由于上/下行干扰超限也会引起同一基站范围内不同小区之间的切换。功率控制方面，跳频通话的功率控制门限亦高于不跳频的通话。另外，跳频中引入了快速功率下降控制，可使手机发射的功率在接通后迅速降低，但通话质量依旧保持良好。其他参数的修改，包括对HSN、MAIO等数据库参数进行的一系列修改，降低了射频损失率、掉话率，降低了小区间干扰电平值，提高系统呼叫建立成功率、接通率等，使系统达到较好的网络质量。
下面主要介绍参数调整方面的问题：
（1）在增开跳频系统后，应将基于跳频的功率控制和切换打开，以MOTOROLA系统为例，将hop_qual_enabled设为1，即打开基于跳频接收质量的功率控制和切换打开；并分别设置其门槛，l_rxqual_dl/ul_h_hopping设为700（约为5.5 rxqual），比不跳频的门槛可以高一点（l_rxqual_dl/ul_h=452）。
（2）为了降低干扰，可以将功率快速下调打开（rapId_pwr_down=1）。当信号达到一定强度时，可以将BTS、MS功率下降的步长加大，即快速下调。
（3）由于TCH采用了比BCCH更为紧密的复用方式，可以将BCCH所在载频的优先级设得适量高一些，使SDCCH、TCH优先占用这个载频，以减少干扰。相关参数有sdcch_placement_priority、channel_allocation_priority。
4结论
从实际应用情况来看，跳频对于干扰起到了平均作用，整体的通话质量有很大提高，拥塞率和掉话率普遍下降，同时通过跳频等相关无线链路控制技术的应用，可以极大的提高频率复用度，从而达到提高容量的目的。总的来说，效果还是比较令人满意的。
参考文献
[1]徐日冲.跳频技术在GSM网络中的应用[M].西安：电子工业出版社，2003：134-136.
[2]宋文涛.数字通信原理与技术[M].西安：电子科技大学出版社，2003.
[3]刘洪才.调频技术原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2007.
[4]樊昌信.徐秉祥等.通信原理（第5版）[M].北京：国防工业出版社，2001.
关键词：GSM；跳频；抗干扰；优化
中图分类号：TB
文献标识码：A
文章编号：1672-3198（2013）09-0190-02
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。
跳频技术能在信号质量、系统容量以及运营成本等方面都带来好处。当系统配置的TRX数固定时，若由固定频率分配系统改为跳频系统，可降低网络内的干扰，提升话音质量，但网络容量未得到提高；从另一个角度来看，采用跳频技术，也可使系统可以配置更多的TRX，而同时维护与固定频率分配系统相同的话音质量。在其中取一个折中，可使系统能配置更多TRX，同时使话音质量得到提高。在某些地形复杂，干扰难以控制，或话务负荷重，站点分布已经很密集的地方，部署跳频系统几乎是唯一的选择。同时，由于跳频系统的频率分配相对固定系统大大简化，尤其是1x1跳频系统，具有类似CDMA系统的高频率复用率的特性，其网络规划与维护成本能得到很大程度的降低。因此，跳频系统既能降低多径衰落还能有效遏制干扰，所以在移动通信中它具有其特有的优势。
2GSM系统两种跳频方式的比较
GSM系统具有两种不同的跳频方法，一种是基带跳频（BaSe Band Frequency Hopping，BH），另一种是合成器跳频（SyntheSISer FH，SH）。
2.1基带跳频（BH）
这种跳频方式最主要的特点是每个载频单元有一个固定频率，跳频是在不同载频的同一突发脉冲序列（时隙）之间跳变来实现。当通话在某一载频的某时隙建立起来后，间隔一个突发脉冲的时间（约为577ms），将跳变到另一个载频的同一时隙上。由于各载频频率不同，不同载频之间的跳变即意味着频率的跳变。这样有多少参与跳频的频率就有与之一致的载频数目。
2.2合成器跳频（SH）
合成器跳频最大的优点是频率数目与载频数目之间不再相互制约的关系，可以根据业务量来确定载频数目，而且载频至多可以跳64个频率。在这种频率方式下，载频每隔一个突发脉冲时间便改变一次频率，并且每次通话始终建立在一个载频单元上。这种跳频方式，跳频频率数目可以大于载频数目。
2.3两种跳频方式的比较
（1）频率规划：采用BH跳频时，仍然需要进行频率规划，因为频率仍然被固定分配到每个TRX上。但采用SH方式跳频时，频率规划大大简化。1x1方式下的频率规划尤其如此。因此SH方式更具灵活性。
（2）对设备的影响：BH方式下的腔体耦合器不能用于SH方式，但反过来，SH方式下的混合耦合器也可用于实现BH跳频。另外，腔体耦合器是机械设备，其平均无故障时间要小于混合耦合器。
（3）与其他技术的兼容：当开启下行DTX和PC（功率控制）时，BH方式可能会产生负面影响，导致某些手机掉话，而对SH方式则相反，能带来性能提升。因此当采用DTX和PC时，SH方式是唯一的选择。
（4）容灾能力：BH方式下，某个TRX出了故障会影响小区的通信质量，但SH方式下，某个TRX失效仅仅使系统容量下降，剩余TRX上的通信不受影响。同时由于减少了一个干扰源，使话音质量不会降低反而有所提高。
（5）成本：由于SH方式能更快速地进行网络规划与优化，节省成本，在预算一定的前提下，能用更少的站点满足覆盖和容量要求。
由此可见，SH方式更有优势，是工程上首选方案。
3跳频系统优化简介
跳频的优化是整个系统的关键部分，优化工作主要包括三方面：（1）切换；（2）功率控制；（3）数据库中其他一些相关参数的修改。在跳频通信系统中，帧误码率能正确反映话音质量，而手机接收质量是切换与功率控制的基础，当然，手机接收电平及干扰电平也必须予以考虑。实际使用中跳频通话的切换门限应高于不跳频的通话。此外，由于上/下行干扰超限也会引起同一基站范围内不同小区之间的切换。功率控制方面，跳频通话的功率控制门限亦高于不跳频的通话。另外，跳频中引入了快速功率下降控制，可使手机发射的功率在接通后迅速降低，但通话质量依旧保持良好。其他参数的修改，包括对HSN、MAIO等数据库参数进行的一系列修改，降低了射频损失率、掉话率，降低了小区间干扰电平值，提高系统呼叫建立成功率、接通率等，使系统达到较好的网络质量。
下面主要介绍参数调整方面的问题：
（1）在增开跳频系统后，应将基于跳频的功率控制和切换打开，以MOTOROLA系统为例，将hop_qual_enabled设为1，即打开基于跳频接收质量的功率控制和切换打开；并分别设置其门槛，l_rxqual_dl/ul_h_hopping设为700（约为5.5 rxqual），比不跳频的门槛可以高一点（l_rxqual_dl/ul_h=452）。
（2）为了降低干扰，可以将功率快速下调打开（rapId_pwr_down=1）。当信号达到一定强度时，可以将BTS、MS功率下降的步长加大，即快速下调。
（3）由于TCH采用了比BCCH更为紧密的复用方式，可以将BCCH所在载频的优先级设得适量高一些，使SDCCH、TCH优先占用这个载频，以减少干扰。相关参数有sdcch_placement_priority、channel_allocation_priority。
4结论
从实际应用情况来看，跳频对于干扰起到了平均作用，整体的通话质量有很大提高，拥塞率和掉话率普遍下降，同时通过跳频等相关无线链路控制技术的应用，可以极大的提高频率复用度，从而达到提高容量的目的。总的来说，效果还是比较令人满意的。
参考文献
[1]徐日冲.跳频技术在GSM网络中的应用[M].西安：电子工业出版社，2003：134-136.
[2]宋文涛.数字通信原理与技术[M].西安：电子科技大学出版社，2003.
[3]刘洪才.调频技术原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2007.
[4]樊昌信.徐秉祥等.通信原理（第5版）[M].北京：国防工业出版社，2001.