跳频原理与频率规划

慢跳频分类－1
慢跳频分类 从跳频序列方面来区分，可分为两类： 循环跳频(Cyclic hopping mode) ：使用相同的跳频序列。 自由跳频(Random hopping mode) ：GSM系统一般采用 的跳频方式，可定义1~63个序列，即有63种不同算法， 能够最大限度地避免相同频率的空中碰撞。
频率规划理论
频率规划概述 频率复用 频率规划

频率规划概述－1
蜂窝系统发展到今天，容量受到一定的频 率带宽限制。频率必须进行复用才能满足一定 区域内的容量需求。但频率复用尤其是紧密的 频率复用方式必然会使我们面临如何降低同邻 频干扰的问题：在同等区域内，频率复用距离 越宽松，同邻频干扰越小，但容量也小；频率 复用越紧密，容量得到一定的提升，但随之带 来了同邻频干扰的上升。如何取得容量和话音 质量的平衡是频率计划必须解决的问题，换句 话说，一个良好的频率计划可以在维持良好的 话音质量的基础上实现网络容量的提升。
于是，射频跳频的频率平均复用度将大大减小，其大小由频 带宽度和跳频序列频点数的比值决定，其平均复用度可以达到2x3， 甚至是1x3，而其同频干扰保护比仍能满足条件。 而对于基带跳频而言，由于N(hop)<= N(TRX)。这是由跳频的 机制所决定的。 例如：频带宽度BW=36，每个小区频点数N(TRX)=3，射频跳 频序列长度N(hop)=12。于是，对于基带跳频(BBH) ， ARCS=36/3=12，因此可用3x4复用；对于射频跳频(RFH) ， FARCS=36/12=3，可以达到1x3复用。
不开跳频及射频跳频情况下话务量，复用度以及拥塞关系

由上图可知，在不跳频的网络中，ARCS=12较为适 合，软拥塞将达到最低。当ARCS=3时，尽管网络 频点配置可以很高，但软拥塞将决定系统容量会大 大下降。开启射频跳频后，当ARCS=3时，网络软 拥塞达到最低，也就是说，在射频跳频网络中可做 到1x3复用

循环跳频和自由跳频原理图
慢跳频分类－2


从跳频机制方面来区分，可分为： 基带跳频(Baseband Hopping) ：原理是在帧单元和载 频单元之间加入了一个以时隙为基础的交换单元，通 过把某个时隙的信号切换到相应地无线频率上来实现 跳频，由于采用的腔体合成器它要求其每个发信机的 频率都是固定发射的，当发信机要改动其频率时，只 能人工调谐到新的频率上，其话音信号随着时间的变 化使用不同频率发射机发射，收发信机在跳频总线上 不停的扫描观察，当总线发现有要求使用某一频率时， 总线就自动指向拥有该频率的发信机上来发送信号。 采用基带跳频的小区的载频数与该小区使用的频点数 是一样的。 射频跳频或合成跳频(Synthesizer frequency hopping or Radio Frequency Hopping) ：是在通过对其每个TRX的 频率合成器进行控制，使其在每个时隙的基础上按照 不同的方案进行跳频。但它必须有一个固定发射携带 有BCCH的频率的TRX，其他的TRX发射频点可随着跳 频序列的序列值的改变而改变。
频率复用－1

频率复用度计算 频率复用模式的确定主要是以同频干扰防护门限(载波/ 干扰)为依据。实践经验表明，无论采用哪种复用方式， 同频干扰保护比必须满足：C/I>=9db在工程设计时， 还必须对C/I值附加3 db的余量，因此：C/I>=12db。
频率复用度计算


如右下图所示，是小区频率复用的示意图。A和B为频率复用小区。频率复 用的事实是，干扰影响并不是于蜂窝之间的绝对距离有关，而是与蜂窝间 距与小区半径比值有关。一旦C/I比值确定，同频复用比D/R也就确定了。 频率复用度的计算公式为： 其中D为小区复用间距，R为小区半径。RCS为频率复用度。
跳频技术简介－2

从调制方式上来区分，可分为两类跳频：
快跳频(fast frequency hopping) ：其跳频速度 大于调制速度，一般用于军用。 慢跳频(slow frequency hopping) ：用于GSM等 时分多址(TDMA) 系统，其跳频速度小于调制 速度，每秒217跳，每跳约1200比特。
interferer region
recell A
us e
d的影响

在频率复用的网络中，如果同频复用比 D/R越小，即复用小区相距越近，那么复 用度RCS也越小，每个小区所能配置的 TRX数就越多，但同频干扰影响也越大。 因此，对于不同的网络，都有相应的最 佳频率复用度。实践证明，对于不跳频 的网络，RCS=12较为适合；对于基带跳 频，RCS=9；而对于射频跳频， FARCS(频率平均复用度)可达到3。因此， 在频率复用的网络中运用跳频技术可以 降低系统频率复用度，提高系统容量， 或者说是降低了系统的软拥塞。

GSM共124个频点，序号（ARFCN）为1～124，在每端 留有200KHz的保护带。按照国家规定，移动占用890～ 909/935～954MHz，联通占用909～915/954～960MHz （96-124，29个频点）。频率与序号（n）的关系如下： 基站收：f1（n）＝890.2＋（n－1）×0.2 MHz 基站发： f2（n）＝f1（n）＋45 MHz DCS1800 共374个频点，序号（ARFCN）为512～885。 频率与序号（n）的关系如下： 基站收：f1（n）＝1710.2＋（n－512）×0.2 MHz 基站发： f2（n）＝f1（n）＋95 MHz
跳频平均复用度

由频率复用可知，网络的平均复用度：
对于射频跳频，由平均复用度确定的每个跳频序列频点数N(hop) 大于每个小区的实际频点数N(TRX) ，我们引入了频率平均复用 度(Frequency Average Reuse Cluster Size FARCS) 的概念：


跳频数据配置概述 －2

CA（小区分配表） 小区内所有的频点都要包含，并且从 “有效频点0”参数开始连续配，不能夹 着空的数据项。 MA（移动分配集） MA是由最多64个频点组成的跳频频 点序号集合，其中的频点序号必须包含 在CA表（小区分配表）中。
跳频数据配置概述 －3

MAIO（移动分配偏移） 取值范围：0～（N－1）；其中N是MA 中包含的频点个数。规划MAIO时要注意 基站支持的跳频方式，并应注意尽量避 免同基站同小区下的同邻频碰撞。MAIO 实际定义了跳频开始时在跳频序列中的 位置偏移量，针对基带跳频相当于指定 了TCH分配时的TRX
例如：如上图所示，一个每间隔2个不同小区 复用一次的网络，D=6R，以全向小区为模型， 由公式可以得出RCS=12。也就是说，可以把 给定的可用频带B划分成12组，那么每组所包 含的频点数为： 由此，我们就可以确定每个小区平均最大载频 数。如果一个网络的平均配置载频数大于此， 就将违反同频干扰保护门限，引起较大的干扰。 我们也可以依此计算网络的平均复用度：

硬拥塞：
由网络的可用信道数所决定。当网络中有2%的用户由于可 用信道缺乏而不能建立正常呼叫，即拥塞率Pblock=2%时，认为 网络存在硬拥塞。

软拥塞
由于网络中的频率复用度太小而引起网络中大量的干扰和掉 话称为软拥塞。当网络中的掉话率达到5%或有10%的话务C/I值小 于同频干扰保护门限时，认为网络存在软拥塞。

跳频数据配置概述 －1

HSN（跳频序列号）
取值范围：0～63；0表示循环跳频（部分设备禁用0）， 其它值表示伪随机跳频。原则上应使同一基站下有可 能出现同、邻频的所有载频的所有信道使用相同的 HSN，以便通过合理设置MAIO使不同载频不出现同、 邻频碰撞。不同基站由于无法保证帧号的一致性，应 使不同基站的HSN尽量不一致，特别在采用相同跳频 频率组的时候，只有HSN不一致，其碰撞的关联性才 可能最小。在使用同一跳频组的相邻小区中，应注意 使用不同的HSN，该做法可获得干扰源分集增益。
基带跳频和射频跳频原理图
跳频的优点
频率分集、干扰分集 1、频率分集：跳频是要保证同一个信息按几个频率发送， 从而可提高了传输特性。不同频率的信号所收到的衰 落不同，而且随着频率差别增大时，衰落更加独立。 对于相距足够远的频率，它们可看做是完全独立的， 通过跳频，包括信息一部分的所有突发脉冲不会被瑞 利衰落以同一方式破坏。对于移动较慢的用户群的瑞 利衰落有明显的改善 。 2、在没有开启慢跳频(SFH) 的网络中，一个MS如果建立 在某些受干扰的频点上，例如这些频点受到同频的 BCCH频点干扰或落于GSM频带内的外部干扰，都将 造成话音质量受到持续的干扰。开启慢跳频后，由于 MS将在每个TS上自由跳动，所以干扰被每个频点平均， 称之为干扰平均或干扰分极。另外，由于干扰的分极 特点，要求跳频前网络的平均C/I值一定要大于同频保 护门限(12db), 否则，开启跳频后网络质量将不能得到 改善。
频率复用

下图是RCS为12的频率复用，定向小区，3x4复用。

从上图中看到，4*3模式中，“4”表示4个站点，“3”表示每个站 点有3个小区，共有12个小区为频率族。同一族中的不同小区，频 率是不同的；而其它族的小区，重复使用这12个频率族中的某组 频率
频率复用的影响－2

软拥塞和硬拥塞
随着网络平均复用度ARCS的减小，每个小区所能配置的平 均最大TRX数将会增大，网络的容量也会相应上升。但网络的干 扰情况也会随着复用度的减少而上升，限制了网络容量的上升。 其最佳平衡点是由网络的软拥塞和硬拥塞所决定的。
频率规划概述－4




载波干扰比是指接收到的希望信号电平与非希望信号电 平的比值，此比值与MS的瞬时位置有关。这是由于地形 不规则性基本地散射体的形状、类型及数量不同，以及 其他一些因素如天线的类型、方向性及高度，站址的标 高及位置，当地的干扰源数目等造成的。 同频干扰保护比：C/I≥9dB。所谓C/I，是指当不同小区 使用相同频率时，另一小区对服务小区产生的干扰，它 们的比值即C/I，GSM规范中一般要求C/I >9dB；工程中 一般加3dB余量，即要求C/I>12dB 邻频干扰保护比：C/A≥-9dB。 C/A是指在频率复用模式 下，邻近频道会对服务小区使用的频道进行干扰，这两 个信号间的比值即C/A。GSM规范中一般要求C/A>-9dB， 工程中一般加3dB余量，即要求C/A>-6dB 载波偏离400kHz的干扰保护比：C/I≥-41dB