綜合跳頻的研究
2019-11-03 09:37:22
供稿：網友
陸 恒（上海移動通信公司） １ 跳頻的基本概念
綜合跳頻和基帶跳頻是GSM規范引入的兩種跳頻技術，兩者本質相同，只是實現跳頻的技術方法不同，兩者都可提高網絡性能。
基帶跳頻即BTS-CU在固定頻點發送信號。在幀單元和載頻單元之間加入一個以時隙為基礎的交換單元（internal switch）,把某個時隙的信號切換到CU上實現，即輪換占用基站的BTS-CU和BTS-FU（frame unit）,實現基帶跳頻功能。基帶跳頻支持的最大跳頻頻點數等于配置的載頻數。
綜合跳頻是對每個CU（BTS載頻單元TRX）進行控制,使其在不同的時隙按預選的跳頻序列進行跳頻,即BTS-CU在時隙之間從一個頻點切換到另一個頻點，因此分配給參加跳頻的頻點數量可以大于該小區的實際配置載頻數。
蜂窩無線網絡系統除邊緣地區外都是干擾受限的，為了保證網絡質量，網絡的C / I必須在限定值以上。網絡干擾主要是由多徑效應引起的信號衰落及同/鄰頻干擾。使用跳頻可有效提高網絡性能。
跳頻通過頻率分集減小多徑衰落的影響。多徑效應是由于無線信號通過不同的傳播路徑，到達接收端時不同的信號合成，導致信號的隨機深度衰落，影響通信質量。這種衰落與地理環境及使用頻率密切相關。通過跳頻可有效提高抗多徑衰落的能力。模擬測試表明，頻率分集增益隨跳頻組中的頻率增加而增加，按順序跳頻的增益大于隨機跳頻。當跳頻組內頻率從小變大（8載頻）時的邊界增益最大。
跳頻可以平均由同/鄰頻引起的干擾。跳頻增益與參與跳頻的頻點數有關，隨機跳頻增益大于按順序跳頻。由于GSM編碼的特點，系統的C / I有一個門限值，當C / I大于門限值時，系統性能急劇下降。只有設計良好并經過充分優化的網絡，才能通過跳頻改善網絡質量。當網絡的平均C / I低于GSM允許的門限時，采用跳頻只會使網絡性能惡化。
網絡采用跳頻后，會引起網絡性能下降，但可提高整體通話質量。導致網絡性能下降的原因是脈沖碰撞。GSM話音編碼采用卷積碼，每個TDMA幀中即使有2~3個脈沖發生碰撞，話音解碼仍可順利進行，不影響通話質量，因此網絡使用跳頻后，評估網絡通話質量應使用FER（幀丟失率），而不是BER（誤碼率）。
２ 綜合跳頻特點
綜合跳頻能使參與跳頻的頻點數突破基站配置的載頻數，這表明可以在一個很大的頻點集合內跳頻，因此在網絡使用綜合跳頻前，必須使網絡設備滿足綜合跳頻的需求。首先，綜合跳頻必須使用HICOM（混合型合路器）或不使用合路器，過濾式合路器不支持綜合跳頻。HICOM要求網絡必須提供額外的路徑損耗余量（每一級HICOM增加3dB耦合損耗）。為綜合跳頻而更換合路器類型，將減小基站的覆蓋范圍，降低系統覆蓋電平。如果網絡使用選頻直放站，采用綜合跳頻后應替換為寬帶直放站，選頻直放站無法滿足綜合跳頻的帶寬要求。
引入綜合跳頻時，通常使用1 / 1綜合跳頻或1 / 3綜合跳頻。1 / 1綜合跳頻是將所有參與跳頻的頻點設置為1個跳頻組，所有基站使用同一個跳頻組，該技術可以在三小區基站系統中無縫容納全向基站。1 / 3綜合跳頻是將所有參與跳頻的頻點設置為3個跳頻組，三小區基站的各個小區使用不同的跳頻組，該模式非常適合三小區的基站系統。在使用1 / 1跳頻的網絡中，基站各小區間必須相互同步，避免碰撞。對于不同步的基站系統，1 / 3跳頻是最緊密的復用方式。
使用綜合跳頻后，網絡頻率復用緊密度可用RF Load指標評估。
RF Load=N（TRX） / M（HOPPING CHANNEL）
式中：N（TRX）表示平均載頻配置數；M（HOPPING CHANNEL）表示參與跳頻的頻點數。
1 / 1綜合跳頻的極限RF Load為16.6%，理論上應為10%左右。1 / 3綜合跳頻的極限RF Load為50%，理論上應為20% ~ 40%。因為網絡質量與網絡結構密切相關，所以實際網絡中的RF Load因網絡不同而不同。
在使用綜合跳頻的網絡中，引入軟容量概念。當干擾電平超出可接受范圍時，系統會產生高掉話率或話音幀丟失，發生軟阻塞，這時的網絡容量為軟容量。系統配置的載頻數所決定的容量為網絡硬容量。在使用基帶跳頻或不跳頻的網絡中，網絡所能配置的最大載頻數取決于能使用的頻率寬度和站址條件，這時網絡的軟硬容量一致。對于使用綜合跳頻的網絡，硬容量一般大于軟容量，但由于網絡中各個小區不可能同時出現話務高峰，可提高某個小區的容量限制。如果所有小區同時出現話務高峰，網絡容量將受軟容量限制。結合使用DTX（不連續發射）、功率控制等技術，可有效減小基站間的相互干擾，有效提高網絡質量和容量。
３ 各設備供應商的技術特點
雖然綜合跳頻是GSM規范引入的跳頻方式，但各設備供應商在實現時仍有不同，如綜合跳頻使用跳頻的最大頻率數受不同廠商設備的限制，愛立信設備最多支持16個頻點跳頻，阿爾卡特設備可使用64個頻點跳頻。各設備供應商結合自身設備的特點，推廣各自基于綜合跳頻的特有技術。
阿爾卡特建議綜合跳頻與同心圓技術結合使用，即在內圓和外圓分別使用綜合跳頻技術。同心圓技術將同一基站的載頻分為內圓和外圓，通過判斷手機通話點的接收場強，決定使用內圓或外圓的頻點。當接收場強大于預設門限值時，使用內圓頻點，反之用外圓頻點。為了保證使用內圓頻點的手機都處于離基站非常近且信號很強的區域，可以在進行內圓頻率規劃時，使用更緊密的復用系數，保證良好的通話質量，結合綜合跳頻，可有效獲得跳頻增益。
但該技術無法克服同心圓技術的缺點。由于內外圓間話務平衡必須通過切換實現，手機在基站覆蓋區域內移動時也會引起內外圓間切換，所以使用同心圓技術會大大增加切換量，增加系統負荷，增加的切換量使切換掉話率增大，降低網絡質量。由于內外圓間切換的依據是接收電平，這導致內圓話務量低于外圓話務量，一般內圓話務量只能達到外圓的70%。綜合跳頻帶來的網絡質量（BER）下降將進一步增加切換量。
諾基亞一直在推廣智能跳頻技術，它是結合IUO技術的跳頻技術。IUO技術將同一基站的載頻分為超級層和普通層。通過測量一些評估基站的信號強度，模擬手機通話點的C / I值，當C / I值小于門限值時，使用普通層頻點，當C / I值較好時，使用超級層頻點。普通層使用一般的頻率規劃技術，超級層使用更緊密的復用系數，達到提高網絡整體復用系數的目的。
智能跳頻技術分別在超級層及普通層使用綜合跳頻技術，由于綜合跳頻可使參與跳頻的頻點數大于實際配置的載頻數，在載頻配置較小的情況下，仍可獲得較大的跳頻增益，還可平均同/鄰頻干擾，理論上可使超級層在小配置緊密復用的情況下，獲得很好的跳頻增益，但在使用時，由于以下問題影響了實際效果：
（1）智能跳頻（IUO技術）通過測量一些評估基站的信號強度，模擬該點的C / I值，它必須在切換表中添加一些評估頻點，使手機能上報該點評估基站的信號強度。切換表中的切換小區數是受限的（最多32個），使用中添加評估頻點會受到限制。
（2）手機在一個FACCH復幀（104TDMA幀）中對切換表中的各個頻點測量接收電平，取平均值后，上報最強的6個頻點的接收場強及小區識別色碼（BSIC）。若切換表中的頻點過多，將影響測量的準確性。當切換表中只有10個頻點時，每個測量值為10次測量值的平均；有20個頻點時，為5次測量值的平均值；有32個頻點時，只是3次測量值的平均值。增加評估頻點會影響切換頻點測量值的準確性，影響切換效果。
（3）最主要的原因是在雙頻網絡條件下，特別是在大城市環境下，基站間距非常小，多重覆蓋普遍，評估頻點的場強往往不能進入該地點的前6強信號，手機無法上報評估頻點的場強值。這時智能跳頻（IUO技術）將失去判斷使用超級層還是普通層的依據，IUO技術退化為普通的同心圓技術。
由于愛立信設備最多支持16個頻點跳頻，而不是GSM規范規定的64個頻點跳頻，導致愛立信設備在使用綜合跳頻時受到很大限制。1 / 1復用綜合跳頻在實際網絡中的優點（特別是可以在三小區基站系統中無縫容納全向基站）使人們希望能在愛立信系統中使用1 / 1復用綜合跳頻，這時可將跳頻頻率組分成較小的頻率組，每組仍使用1 / 1復用模式，即用傳統的頻率規劃技術分配每個載頻所用的頻率，但這時分配的是各個跳頻頻率組而不是具體頻點，這樣通過簡單的頻率規劃手段就可獲得1 / 1復用綜合跳頻的干擾分集效果。
綜合跳頻能提高網絡質量的原因是能提供頻率分集增益及平均系統內的同/鄰頻干擾，它可以與其它提高網絡質量的技術共同使用，并提供跳頻增益。它可以同其它技術混合使用，但并不能克服其它技術的缺陷。綜合跳頻的作用是將干擾平均，通過GSM卷積碼，保證足夠高的通話質量，而不是提高系統的C / I值。在一個設計良好并經過充分優化的網絡中使用綜合跳頻，將進一步提高網絡質量，但在相反條件下使用則可能會使網絡質量惡化。
摘自《電信快報》2002.1
