GSM的基帶跳頻和射頻跳頻

1、跳頻技術(shù)源于軍事通信，目的是為了獲得較好的保密性和抗干擾能力。跳頻分為快速和慢速 兩種，GSM中的跳頻屬于慢跳頻。跳頻方式從時域概念上分為幀跳頻和時隙跳頻，從載頻實現(xiàn)方式上分為射頻跳頻和基帶 跳頻。幀跳頻：每個 TDMA 幀頻點變換一次，這種方式下，每一個載頻可以看 做一個信道，在一個小區(qū)中幀跳頻時BCCH所在的TRX載頻上的TCH不能 參與跳頻，其它不同的載頻應(yīng)有不同MAI0,它是時隙跳頻的特例。 時隙跳頻：即每個TDMA幀的每個時隙頻點變換一次，時隙跳頻時 BCCH所在的TRX中的TCH可以參加跳頻，但目前只在基帶跳頻時實現(xiàn)。 射頻跳頻：TRX的發(fā)射TX和接收RX都參與跳頻。小區(qū)參與跳頻頻

2、點數(shù)可 以超過該小區(qū)內(nèi)的TRX數(shù)目。基帶跳頻：每個發(fā)信機工作在固定的頻率上，TX不參與跳頻，通過基帶 信號的切換來實現(xiàn)發(fā)射的跳頻，但其接收必須參與跳頻。因此小區(qū)跳頻 頻點數(shù)不可能大于該小區(qū)的TRX數(shù)就ERICSSON的設(shè)備來說，有X總線的為基帶跳頻；基帶跳頻的頻點數(shù)與載波數(shù)是一樣 的；而綜合跳頻（射頻跳頻）的頻點數(shù)一般比載波數(shù)多。移動一般為基帶跳頻，聯(lián)通一般用 的是綜合跳頻。聯(lián)通的可用頻點少，在滿足容量的基礎(chǔ)上面，必須采用綜合跳頻來降低頻點 干擾咯?；鶐l的技術(shù)難點在于如何實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的高速交換，滿足 217 跳/秒的跳頻速度及 271kbits/s的數(shù)據(jù)傳輸速率?？紤]以無線接口時隙為基礎(chǔ)進(jìn)

3、行數(shù)據(jù)的交換，交換方法可以是 空分、時分、數(shù)據(jù)包交換?；驹谠O(shè)計中采用了先進(jìn)的總線技術(shù)，以時隙交換為基礎(chǔ)實現(xiàn)基 帶跳頻，其具體的實現(xiàn)方法為：每個發(fā)射機（TRX）調(diào)諧在固定頻率，有一個固定的ID號。收 發(fā)信機的編碼器將下行信號編碼，形成突發(fā)格式數(shù)據(jù)，編碼器根據(jù)跳頻算法計算本突發(fā)應(yīng)調(diào) 制的頻道（即TRX號），加上有關(guān)功率控制等附加信息形成特定的數(shù)據(jù)包格式，收發(fā)信機的 編碼器在固定的時間（子時隙）內(nèi)發(fā)出數(shù)據(jù)包。調(diào)制器對每個子時隙的數(shù)據(jù)包的TRX號進(jìn)行檢 查，如和本TRX的ID號不同，則收下一子時隙；如相同，則將本子時隙的數(shù)據(jù)包接收下來， 延時一時隙再發(fā)射到空間接口，實現(xiàn)了基帶跳頻。射頻跳頻實現(xiàn)的技術(shù)

4、難點主要表現(xiàn)在如何實現(xiàn)寬頻帶內(nèi)的快速變頻和在快速變頻的同時 如何保證信號的高質(zhì)量?？焖僮冾l與信號的高質(zhì)量是相互矛盾的。在GSM系統(tǒng)中各個時隙 之間的間隙只有二十幾微秒，要實現(xiàn)射頻跳頻，系統(tǒng)必須在時隙之間二十幾微秒的保護(hù)時間 內(nèi)快速地從一個頻點切換到另一個頻點。按照以前的技術(shù)，在實現(xiàn)快速跳頻的同時必然會帶 來調(diào)制精度下降、接收靈敏度惡化、雜散增加以及阻塞性能下降等一系列負(fù)作用。采用緊密頻率復(fù)用技術(shù)時，系統(tǒng)干擾是決定頻率復(fù)用比的最重要因素。為了降低系統(tǒng)干 擾，通常采用的技術(shù)是功率控制、非連續(xù)發(fā)射技術(shù)；而為了抗干擾，提高系統(tǒng)在同等干擾條 件下的通信質(zhì)量，通常采用跳頻技術(shù)。因此，跳頻是GSM系統(tǒng)抗干擾

5、和提高頻率復(fù)用度的一項重要技術(shù)。按照GSM規(guī)范，慢 跳頻可以用于GSM通信系統(tǒng)中，跳頻是指載波頻率在一定范圍內(nèi)，按某種規(guī)律跳變。每個 小區(qū)信道組的跳頻功能都能單獨激活或關(guān)閉。BCCH由于是廣播信道，不參與跳頻，TCH信 道，SDCCH信道可以使用跳頻?；臼褂玫奶l有兩種，基帶跳頻和射頻跳頻，各自的實現(xiàn) 原理是不相同的。系統(tǒng)中具有多個相對獨立的基帶處理單元和載頻處理單元，每一個載頻處理單元的工作 頻點固定不變；每一路通信的業(yè)務(wù)信息由固定的基帶單元處理，按照時間順序和一定的跳頻 規(guī)則，通過總線結(jié)構(gòu)，將處理后待發(fā)送的信息傳送到工作于不同頻點的載頻單元處理并發(fā)送。 這種跳頻的實現(xiàn)方式稱為“基帶跳頻”

6、。在基帶跳頻中，每個發(fā)信機工作在一個不變的頻率， 同一話路的突發(fā)脈沖，被有控制地送入各個發(fā)射機，實現(xiàn)基于基帶信號的切換。由于每一個 收發(fā)信機頻率不變，則合路器不需要改變，因此可以用寬帶合路器，也可以用空腔合路器。TRX的數(shù)目，限制跳頻的最大數(shù)目?；鶐l的問題是，如果有一個TRX板壞了，則對應(yīng)的 碼字丟失，影響通話性能。在另種方式下，每一路業(yè)務(wù)信息由固定的基帶單元和頻帶單元處 理；而頻帶單元的工作頻點由頻率合成器提供，在控制單元的控制下，頻點可以實現(xiàn)按照一 定的規(guī)律改變。這種方式稱為“頻帶跳頻”或“射頻跳頻”。 在射頻跳頻中，一個發(fā)信機處理 一個通話的所有突發(fā)脈沖所用的頻點，是通過合成器頻率的

7、改變來實現(xiàn)，而不是經(jīng)過基帶信 號的切換來實現(xiàn)，收發(fā)信機數(shù)目（TRX）不受載頻的限制，而取決于小區(qū)話務(wù)量的大小。由 于合成器頻率要變化，合路器也要變化，只能用寬帶合路器。這種合成器有大約3db的 插入損耗。使用多個合路器級連插入損耗較大，實際應(yīng)用受到限制。但是，一旦某一 TRX 發(fā)生故障，系統(tǒng)的故障維護(hù)功能，會關(guān)掉此TRX。GSM規(guī)范并未規(guī)定GSM的基站必須使用“基帶跳頻或“頻帶跳頻，基站設(shè)備采用的跳頻 方式將由設(shè)備供應(yīng)商決定；而對于移動終端，因為每個終端只有一套載頻單元，所以必然采 用頻帶跳頻。華為基站BTS同時支持兩種方式，在基站系統(tǒng)設(shè)計中充分考慮到跳頻在頻率分集和干擾 分集的作用，可以同時

8、支持基帶跳頻和射頻跳頻這兩種實現(xiàn)方式，并在網(wǎng)上獲得了規(guī)模應(yīng)用。 從實際應(yīng)用的情況來看，華為自主開發(fā)的跳頻技術(shù)能夠提高GSM系統(tǒng)的抗干擾、抗衰落性 能，大大提高通話質(zhì)量，增強緊密復(fù)用的組網(wǎng)能力，增加系統(tǒng)容量，具有很強的技術(shù)特色。射頻跳頻實現(xiàn)的技術(shù)難點主要表現(xiàn)在如何實現(xiàn)寬頻帶內(nèi)的快速變頻和在快速變頻的同 時如何保證信號的高質(zhì)量?？焖僮冾l與信號的高質(zhì)量是相互矛盾的。在GSM系統(tǒng)中各個時 隙之間的間隙只有二十幾微秒，要實現(xiàn)射頻跳頻，系統(tǒng)必須在時隙之間二十幾微秒的保護(hù)時 間內(nèi)快速地從一個頻點切換到另一個頻點。按照以前的技術(shù)，在實現(xiàn)快速跳頻的同時必然會 帶來調(diào)制精度下降、接收靈敏度惡化、雜散增加以及阻塞性

9、能下降等一系列負(fù)作用。華為的 基站是怎樣解決這個問題的呢？下面我們從對射頻鎖相環(huán)的分析入手加以說明。鎖相環(huán)的鎖定時間主要由環(huán)路帶寬決定，帶寬越寬鎖定時間越短。本振信號的質(zhì)量主要 由參考時鐘（鑒相頻率）、壓控振蕩器、環(huán)路帶寬等因素決定，在環(huán)路帶寬以內(nèi)本振的相位 噪聲取決于參考時鐘，在環(huán)路帶寬以外主要取決于壓控振蕩器。要將最佳環(huán)路帶寬變寬只有 兩條途徑，一是降低壓控振蕩器的性能，這顯然不可取；二是提高參考性能。由于GSM系 統(tǒng)采用的是200kHz帶寬，鑒相頻率不可能太高，尤其對于DCS1800系統(tǒng)不可能太小，因此 在 GSM 系統(tǒng)中很難提高環(huán)路帶寬，即降低頻率鎖定時間。為了克服以上兩個難點，華為公

10、 司通過采用一套特有的動態(tài)環(huán)路帶寬及乒乓切換技術(shù)，可以很好地解決快速變頻與信號質(zhì)量 之間的矛盾。動態(tài)環(huán)路帶寬技術(shù)：工作中環(huán)路帶寬不是固定的，而是隨著系統(tǒng)的需要而變，但系統(tǒng)處 于不工作狀態(tài)時，環(huán)路帶寬保證變回最佳帶寬，使輸出信號最佳，保證系統(tǒng)的最佳性能。乒乓切換技術(shù)：在電路上設(shè)計了兩個完全相同的振蕩器，通過開關(guān)對兩個本振進(jìn)行選擇， 當(dāng)一個本振工作時，另外一個本振快速鎖定到下一個需要的頻點上，在兩個時隙的中間通過 開關(guān)切換到另一個本振電路。這樣，避免了在時隙的開頭和最后出現(xiàn)瞬時的系統(tǒng)性能惡化。通過采用特有的動態(tài)環(huán)路帶寬及乒乓切換技術(shù)后，實現(xiàn)了 900MHz 的 25MHz 帶寬、 1800MHz的

11、75MHz帶寬內(nèi)的任意跳頻，所有跳頻指標(biāo)均超過GSM協(xié)議要求?；鶐l的技術(shù)難點在于如何實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的高速交換，滿足217 跳/秒的跳頻速度及 271kbits/s 的數(shù)據(jù)傳輸速率。考慮以無線接口時隙為基礎(chǔ)進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換，交換方法可以是空分、時分、數(shù)據(jù)包交換。 華為基站在設(shè)計中采用了先進(jìn)的總線技術(shù)，以時隙交換為基礎(chǔ)實現(xiàn)基帶跳頻，其具體的實現(xiàn)方法為：每個發(fā)射機（TRX）調(diào)諧在固定頻率，有一個固定的ID號。收發(fā)信機的編碼器將下行信號 編碼，形成突發(fā)格式數(shù)據(jù)，編碼器根據(jù)跳頻算法計算本突發(fā)應(yīng)調(diào)制的頻道（即TRX號），加 上有關(guān)功率控制等附加信息形成特定的數(shù)據(jù)包格式，收發(fā)信機的編碼器在固定的時間（子時

12、隙）內(nèi)發(fā)出數(shù)據(jù)包。調(diào)制器對每個子時隙的數(shù)據(jù)包的TRX號進(jìn)行檢查，如和本TRX的ID號不 同，則收下一子時隙；如相同，則將本子時隙的數(shù)據(jù)包接收下來，延時一時隙再發(fā)射到空間 接口，實現(xiàn)了基帶跳頻?；鶐l對 TRX 的 ID 識別實時性要求非常高，在這一點上華為是 采用 ASIC 技術(shù)來解決的，可實現(xiàn)高速、可靠的 TRXID 識別功能。兩者的區(qū)別是：1）基帶跳頻采用的腔體合成器衰耗小，而射頻跳頻采用的混合合成器的衰耗大，對基站覆 蓋范圍有一定影響2）腔體合成器對頻段的要求不如混合合成器靈活，混合合成器的發(fā)信機可以使用一組頻率， 而腔體合成器的發(fā)信機僅能使用固定的頻率發(fā)射。3）射頻跳頻比基帶跳頻具有更高的性能改善和抗同頻干擾能力，但其缺點是只有當(dāng)每小區(qū) 擁有 4 個頻