频率规划及干扰预测精品资料

时间：2020-09-22 08:43:29　来源：工作范文网本文已影响人

频率规划及干扰预测

蜂窝结构是由美国贝尔实验室于60年代末提出的，其主要目的是实现频率复用，提高频谱利用率，解决移动用户大量增长与频率资源之间的尖锐矛盾。

本章主要讨论不同用复用模式下的容量及干扰情况。需要指出的是，尽管文中已经考虑了实际情况，将理想情况下计算出的载干比加了一个保护余量，但是这远远不够，必须由功能完善和强大的计算机辅助软件结合真实的小区RF参数、相应精度的电子地图和合适的传播模型来给出干扰预测图。

蜂窝结构的形成规则

理想情况下，蜂窝结构的基本单元(基站区)是正六边形(切换边界)，由若干正六边形组成无线区簇，由无线区簇两两邻接组成全移动网的覆盖区。

无线区簇是一个频率复用的基本单元，在一个无线区簇内将全部可用频道平均分配给每个基站区或扇形小区。两个同样的无线区簇可以彼此邻接并保证各基站区或扇形小区的一一对应关系。由于分配给每个基站区或扇形小区的频道组是固定的，所以，任何相邻无线区簇内相对应的基站区或扇形小区都是同频区，从而形成一个完善的同频复用图案。

无线区簇

无线区簇必须满足：

1) 无线区簇应能够彼此相邻接；

2) 相邻无线区簇内任意两个同频复用区中心距离应该相等。

图5-1 无线区簇的组成

如图5-1 所示，i, j为两个参量。从某一个小区出发，对这两个参量取不同的值(不能同时为0)，可以到达任何一个小区。由图中的三角形关系可以得到两个同频复用区的距离为：

(2-1)

遵循此分布的无线区簇含有的基站数目为：

(2-2)

设相邻两个基站区的中心距离为1，基站区半径为R，则有：

(2-3)

定义为同频复用距离保护系数，或称为同信道干扰衰减因子：

(2-4)

理想干扰模型

1、同频干扰保护比

定义在接收机输出端有用信号达到规定质量的情况下，在接收机输入端测得的有用射频信号和无用射频信号之比的最小值，通常用dB表示。

2、N-复用无线区簇下的载干比估算

图5-2 干扰源

对于电波传输特性，可以取一通用模型加以描述：

由于考察的是理想蜂窝系统，各小区发射功率一致，天线有效高度也一样，不存在绕射损耗，从而可以得到载干比如下式：

令，为小区半径，为各干扰源至本小区的传播距离。

从图5-2中可以看出，每个小区周围总有6个最强的干扰源，有6(或12)个次强干扰源。

(2-5)

令/10(这就是所谓的由实际地形环境所确定的传播路径损耗斜率)：

取对数，可得：

(2-6)

不失一般性，取，。

此时。

由此我们可以看出，第二圈的次强干扰源对干扰的贡献远小于第一圈的最强干扰源，可以忽略不计。

现在我们已经建立了理想蜂窝环境下的干扰模型，在以后介绍各种常用复用方式时，我们将使用这个模型考察其干扰。

3、同频干扰概率

实际上，由于非理想的基站位置和地形的起伏特点，移动台在移动时，接收到的信号要受瑞利快衰落和高斯慢衰落的影响。不论是信号还是干扰，到达移动台时，其场强瞬时值和中值都是随机变量。即使移动台处于静止态，由于存在各种扰动，包括周围移动体的运动，其场强瞬时值和中值依然是随机变量。

由此可见，接收机输入端值不是静止的，而是一个随机变量。只有在时，才没有干扰产生。同频干扰是以一定的概率出现的。

根据CCIR740-2报告，1979年法国提出在多径衰落服从瑞利分布，阴影衰落服从高斯分布时，同频干扰概率为：

式中，为积分变量，为信号和干扰的标准偏差，。

图5-3 同频干扰概率

图5-3给出了典型情况下的同频干扰概率。

不失一般性，取? = 6，干扰概率=0.1，查表可以得到，GSM 网络要求同频干扰保护比B小于9dB，工程上一般取B=12dB，因此上，在理想干扰模型下计算出的载干比必须大于：9(12)+12=21dB (24dB)。

William C.Y. Lee认为只需取6dB余量就够了，这样有：理想干扰模型下计算出的载干比必须大于：9(12)+6=15dB (18dB)。

4、近端-远端干扰

图5-4 近端-远端干扰

依据干扰模型，令移动台B相对于移动台A的，可得。如果移动台B使用的频率和移动台A使用的频率邻接，当时，邻频干扰保护比不满足，将产生掉话事件。同样情况会出现在相邻小区。

我们来看看一种极端的情况：设小区2天线输出端功率为34dBm，在D处接收电平为-85dBm，基站灵敏度为-110dBm，假定上下行功率平衡，则移动台D的发射功率为-110+(34-(-85))=9dBm。

现在，距离非常近的移动台C开机时，以最大发射功率工作，设为30dBm(1W)，假定信号到达小区2的路损与移动台D相同，则有：小区2BTS收到的干扰信号为：30-(34-(-85)= -89 > -110 + 9 将产生掉话。

频率复用技术及干扰分析

频率复用也称频率再用，这是GSM网络普遍采用的技术，即使用同一频率覆盖不同的地区。这些使用同一频率的区域彼此之间需要相隔一定的距离，这个距离称为同频复用距离。

根据原邮电部颁布的900MH z TDMA数字公用陆地蜂窝移动通信网技术体制的要求，若采用定向天线建议采用4×3复用方式，业务量较大的地区，根据设备的能力还可采用其它复用方式，如3×3，2×6等。无论采用何种方式，其基本原则是考虑了不同的传播条件、不同的复用方式、多重干扰因素后必须满足干扰保护比的要求，即：

同频干扰保护比 C/I≥9dB

邻频干扰保护比 C/I ≥－9dB

400KHz邻频保护比 C/I≥－41dB

分组频率复用技术

（1）4×3频率复用技术

GSM采用的频率复用结构有很多种，有4×3、3×3、2×6等多种结构，所有的复用一般都是把有限的频率分成若干组，依次形成一簇频率分配给相邻小区使用（如图5－5 所示）。根据GSM体制规范的建议，在各种GSM系统中常采用“4×3”，“ 4×3”复用方式是把频率分成12组，并轮流分配到4个站点，即每个站点可用到3个频率组，这种频率复用方式由于复用距离大，能够比较可靠的满足GSM体制对同频干扰保护比和邻频干扰保护比指标的要求，使GSM网络的运行质量好，安全性好。如图5－5。

图5－5 4×3复用

令蜂窝六边形边长为1，从图5-5结合前述干扰模型，可以得到：

减去William C.Y. Lee建议的6dB余量，正好12dB。

工程应用中的4X3的频率分组和复用模式讨论：

顾名思义，4X3复用是将可用频率分为4X3=12组，分别标志为A1、B1、C1，D1、A2、B2、C2、D2、A3、B3、C3、D3，以下表为例：

再将A1、A2、A3为一大组分配给某基站的3个扇区，B1、B2、B3，C1、C2、C3，D1、D2、D3分别为一大组分配给相邻基站的3个扇区。显然，我们有以下六种频率复用方式：

方式1

方式2

方式3

方式4

方式5

方式6

按照上面的频率顺序分组方式，不存在相邻基站同频的问题，但还有相对小区邻频现象：（见图中红色箭头所指位置）

方式1：D1---A2；方式2：D2---A3；方式3：D1---A2；

方式4：D2---A3；方式5：D3---A1；方式6：D3---A1。

为此，我们换一种频率分组方式来看看，见下表：

同样六种复用方式：

方式1、4无相对邻频现象；方式2：C1---A2；方式3：B2---A3；

方式5：C1---A2，B2---A3，D3---A1；方式6：D3---A1。

方式1

方式2

方式3

方式4

方式5

方式6

因此我们推荐采用以上频率分组的复用方式1、4。由于各个系统的基站未必正好位于网格上，所以我们采用前面的频率顺序分组的方法也未尝不可，但需避免相对邻小区邻频的问题。

由举例表中可以看到7.2M带宽最大站型为3/3/3，可见这种复用方式频率利用率低，满足不了业务量大的地区扩大网络容量的要求。在有些大中城市人口密度高，经过多次扩容，站距相距不到1Km，覆盖半径不过几百米，有些点甚至达到300米的覆盖，可见再依靠大规模的小区分裂技术来提高网络容量已经不现实了。有两种办法可以解决不断增长的网络容量需求，其一就是发展GSM900/1800双频网，其二就是采用更紧密的频率复用技术。但注意只是对于TCH载频来说，BCCH载频还应采用4X3复用或更为宽松的复用方式。

（2） 3?3复用技术

图5-6 3?3复用

令蜂窝六边形边长为1，从图5-6结合前述干扰模型，可以得到：

工程中3X3的频率分组和复用模式讨论：

3X3复用一般采用基带跳频，也有不跳频采用的，但效果不佳。3X3复用将可用频率分为9组，分别标志为：A1、B1、C1、A2、B2、C2、A3、B3、C3。如下表所示：

有以下两种复用方式：

方式1

方式2

方式1：无相对小区邻频现象；方式2：C1---A2，C2---A3，C3---A1。

显然，方式1的复用方式更好。

（3） 1?3复用技术

图5-7 1?3复用

令蜂窝六边形边长为1，从图5-7结合前述干扰模型，可以得到：

工程中1X3的频率分组和复用模式讨论：

1X3是频率复用最为紧密的一种方式，一般采用在合成器跳频系统中，同时还需采用DTX、功率控制、天线分集等抗干扰技术，以弥补由于复用距离减小而带来的干扰恶化。它是将所有non_bcch频率分成A1、A2、A3三组，将这三组分别作为每个基站3个扇区的MA，如表所示：

在跳频负载（小区频率数/MA长度）小于50%时，应保证同一基站内3个小区的MAIO不邻频，每个基站的相同方向的小区的MAIO一致，同一基站3个小区的HSN相同，相邻基站的HSN不同，且同HSN的基站距离应尽量远。

（4）2?6复用

图5-8 2?6复用

很明显，“2?6”复用模型不是对称模型，A1、A4小区与其它小区具有不同复用距离。

令蜂窝六边形边长为1，从图5-8结合前述干扰模型，可以得到A1、A4小区载干比：

其他小区载干比：

多重频率复用MRP

MRP技术( Multiple Reuse Pattern )将整段频率划分为相互正交的BCCH频段和若干TCH频段，每一段载频作为独立的一层。不同层的频率采用不同的复用方式，频率复用逐层紧密。

这种方法将整段频率划分为相互正交的BCCH和TCH两个频段，分别使用不同的复用方式进行规划。提高系统容量的途径之一是使用更紧密的复用方式。由于BCCH信道在移动台接入、切换等过程中具有举足轻重的作用，为了保证BCCH信道质量，使用与TCH频段正交的频率，能获得如下好处：

1）BCCH可以使用4?3或更高的复用系数，以保证BCCH信道质量；而TCH则使用相对紧密的复用方式

2）BSIC解码与话音信道负荷无关

由于BCCH频段和TCH频段相互正交，TCH信道负荷的增加对BCCH信道基本没有影响，因此，也不会影响BSIC解码，从而改善切换性能。

3）简化邻近小区表的配置

有关文献指出邻近小区表过长会降低切换性能，而本方法能简化邻近小区表，从而改善切换性能。

由于BCCH单独使用一段频率（4?3方式下有12个频点），邻近小区表（由BCCH频点等组成）长度可以显著减小。甚至可以简单地将所有的BCCH频率（本小区BCCH频率除外）全部加入邻近小区表。

4）真正发挥功率控制和DTX等抗干扰技术的作用

BCCH不能使用动态功率控制和DTX等技术，它总是以最大发射功率在发射信号。因此，BCCH和TCH使用相同频段，会影响这些抗干扰技术的效果。

5）增、删站点或小区的TRX，不会对已有的BCCH频率计划造成影响，从而方便网络的维护。

表格 5-3 6MHz频段MRP分段

MRP是近年来频率规划技术发展的热点之一，有关文献指出，应用MRP，同时结合跳频、DTX、功率控制等抗干扰技术，可以将平均频率复用系数降到7.5左右，而不影响网络质量。

MRP除具有分段分组规划的所有优点外，还具有如下优点：

1）结构化频率规划（ A structured way of frequency planning ）

BCCH、TCH各层频段的分开减少了规划工作量，可以分层规划；另外还可以分出一段频率保留给微蜂窝。

2）由于BCCH、TCH各层相对较独立，便于分层维护和扩充

3）由于TCH各层相对较独立，便于调整该层的最大发射功率减量

4）适合于TRX数目分布不均匀的情况

表5-4

小区TRX数

该类小区比例

20%

30%

50%

MRP分段

12/8

12/8/6

12/8/6/4

平均频率复用系数

（12+8）/2=10

（12+8+6）/3=8.7

(12+8+6+4)/4=7.5

跳频分集增益

小

中

大

表中，2TRX的小区数目为20%，3TRX的小区数目为30%，4TRX的小区数目为50%。假设这些小区是“均匀分布”的，则平均频率复用系数要小于实际复用系数。以3TRX的小区为例，因为具有3个和3个以上TRX的小区实际上有80%，而且是均匀分布，所以第3层TRX的实际复用系数为6/0.8=7.5。

扩展MRP是对MRP概念的扩展，分段后的每一层可以包含其后各层的频率：TCH0层包含TCH1- TCHn各层频点， TCH1层包含TCH2- TCHn各层频点，以此类推。首先，分配TCHn层频率点，然后再分配TCHn-1层频率点，以此类推。不过这样就影响了MRP规划的结构化。

表格 5-5 6MHz频段扩展MRP分段

现以7.2MHz频率带宽为例（60～95），采用多重复用技术（MRP）将36对载频按12/9/8/7分为四组，见表5-6

表5-6

信道类别

逻辑信道

TCH1业务信道

TCH2业务信道

TC3业务信道

频道号

60 61 62 63 64 65

66 67 68 69 70 71

72 73 74 75 76 77

78 79 80

81 82 83 84 85

86 87 88

89 90 91 92

93 94 95

信道BCCH 采用4×3复用（如图5－8A），业务信道TCH1采用3×3复用（如图5－8B），业务信道TCH2和TCH3采用2×3复用（如图5－9A、图5－9B），分成四组。

BCCH 12个载频采用4×3复用方式 TCH1 9个载频采用3×3复用方式

（ A ）（ B ）

图 5－8

TCH2 8个载频采用2×3复用方式 TCH3 7个载频采用2×3复用方式

( A ) ( B )

图 5－9

图 5－10 7.2MHz频带MRP载频配置示意图

分组复用与MRP技术的系统容量比较

根据前面对各种复用的分析和介绍，现在比较一下这四种复用方式对容量的提高情况。表5-7是不同带宽下采用这几种方式可以实现的基站配置，平均每站容量以及容量比（均以4*3方式为基准）。

表5-7

复用方式

基站配置

平均每站容量（户）

容量比

6MHZ

4×3

3/2/2或3/3/2

1440

3×3

3/3/3

1788

1．24

1×3

4/4/4

2640

1．83

MRP（12，9，6）**

3/3/3

1788

1．24

2×6

2/2/2/2/2/2

2160

1．5

9.6MHZ

4×3

4/4/4

2628

3×3

5/5/5

3384

1．29

1×3

7/7/7

5167

1．97

MRP（12，9，6）**

6/6/6

4272

1．63

2×6

3/3/3/4/4/4

4416

1．68

注：GOS=0.02, 0.025Erl/用户

**（）中表示每个载频的复用方式。

同心圆（Concentric Cell）技术

(1)基本原理

所谓同心圆就是将普通的小区分为两个区域：外层及内层，又称顶层（Overlay）和底层（Underlay）。外层的覆盖范围是传统的蜂窝小区，而内层的覆盖范围主要集中在基站附近。外层和内层的区别除覆盖范围不同外，它们频率复用系数也不同的，外层一般采用传统的4×3复用方式，而内层则采用更紧密的复用方式，如3×3，2×3或1×3。因此所有载波信道被分为两组，一组用于外层，一组用于内层。这种结构之所以称为同心圆，是因为外层及内层是共站址的，而且共用一套天线系统，共用同一个BCCH信道。但公共控制信道必须属于外层信道组。也就是说通话的建立必须在外层信道上进行。同心圆的结构示意图如下：

内层/超级层外层/常规层f12f10f11f8f7f9f2f1f3f5f4f6

内层/超级层

外层/常规层

f12

f10

f11

图5－11 同心圆结构示意图

根据同心圆的实现方式不同，可分为普通同心圆和智能双层网（Intelligent Underlay Overlay-IUO）。两种同心圆的区别主要在于内层的发射功率和内外层间的切换算法。

普通同心圆内层的发射功率一般要低于外层功率，从而减小覆盖范围，提高距离比，保证同频干扰的要求。普通同心圆内和外层间的切换一般是基于功率和距离的。

智能双层网（IUO）的内层（因为频率采用更紧密的复用方式，因此通常此层为超级层）发射功率与外层（通常称为常规层）是完全相同的，原因与其切换算法有关。IUO的切换算法是基于C/I进行切换的。其实现过程简单描述就是：首先通话在常规层建立，然后BSC不断监视此通话下行链路超级组信道的C/I比，当某超级信道的C/I达到可用门限时（在IUO中称为GoodC/Ithreshold）,便将通话信道切换到此超级信道上。同时继续监测此信道的C/I，如果变坏到一定门限（BadC/Ithreshhold）便切换到常规信道上。由此可见要采用IUO，系统必须增加以下功能：

A．下行同频C/I比的估算

B．与IUO相关的切换算法

小区内切换常规层到超级层（测量的C/I大于GoodC/Ithreshold）

小区内切换超级层到常规层 (测量的C/I小于BadC/Ithreshhold)

(2)容量

由于内层采用了更紧密的复用方式，每个小区可以分配更多的TRX，从而提高了频率利用率，增加了网络容量。但需要注意的是同心圆内层的覆盖半径要小于一般小区，其对话务量的吸收是受话务分布情况及覆盖范围限制的。下表是不同话务分布，不同覆盖范围情况下同心圆与传统4×3方式的容量比较，Si为内层覆盖，Sout外层覆盖面积，容量单位Erlang:

表5-8

覆盖比

（Si / Sout）

3TRX

2TRXout+2TRXin

4TRX

3TRXout+2TRXin

话务

均匀

分布

0.3

14.04

10.57

21.04

20.05

0.7

14.04

20.55

21.04

28.25

0.9

14.04

21.04

28.25

话务线性

分布

0.3

14.04

15.09

21.04

21.92

0.7

14.04

21.04

28.25

需要说明的是覆盖比是与频率复用类型有关的，频率复用类型越紧密，同频干扰越大，内层覆盖比例将越小，另外还与切换参数的设置，以及周围环境有关。因此覆盖半径不是任意设置的，需要综合考虑网络的质量，一般很难超过50%。

通过以上分析可以看出，同心圆技术对话务均匀分布情况下容量的提高很少甚至会降低，话务越集中于基站附近，效果越明显。总体上，容量提高比较有限，对于普通同心圆其内层发射功率低，不易吸收室内的话务量，因此频率效率不大，实际容量提高约为10-30%。对于IUO，由于它内层发射功率不变，能够吸收室内业务，且基于质量进行切换对容量吸收比较灵活，因此实际容量提高相对较高，约20-40%。

(3)特点及应用

A、普通同心圆

普通同心圆特点是：

无需改变网络结构；

需要增加一些特殊切换算法，但总体实现简单；

手机无特殊要求；

容量提高有限，一般为10-30%，且与话务分布有关，内层因功率小而不易吸收室内话务；

适用于话务量高度集中在基站附近，且分布在室外的情况。

应用中需注意的问题：

做好网络规划。一方面注意应用于话务集中的地区，另一方面规划好内层的覆盖区，即不能因为复用紧密而带来干扰影响质量，又要能吸收足够的话务。如果规划不好，不仅不会提高容量，还有可能降低网络质量；

最好结合采用降低干扰的技术，如功率控制，DTX等。

B、IUO

IUO主要有以下特点：

作为同心圆的一种方式，IUO可利用现有的站址，对网络改动小，对手机无特殊要求；

系统功能需要增加对C/I的测量和估算以及特殊的切换算法；

容量有20%到40%的提高，且与话务分布，超级层吸收的话务量有关。

　在提高容量的基础上能够保证质量；

超级层可采用更紧密的复用方式，在频率足够宽时，可留出一部分频率用于微蜂窝；

适用用于话务密度高且集中于基站附近的小区。

在应用IUO时应注意以下问题：

做好规划。小区规划时应根据话务分布情况进行，并注意减少干扰。

在进行小区信道配置时，应注意超级组频率和常规组频率的合理配置。要使底层吸收足够的容量，减少掉话，要注意设置好小区参数。

为降低干扰应结合使用功率控制和不连续发射（DTX）技术。

最好在常规层也采用基于C/I的切换。

小区分裂与频率规划

GSM网络建网初期，用户数不多，频道一般都有富余。随着用户的不断增加，原来分配给每个基站区的频道出现阻塞现象，这时可在原有基站内增加分配新的频道。如果用户续断增加，可用频道又已分配完时，只有进行蜂窝分裂，增加基站，增加同频道复用，才能满足用户需要。通常分裂出新的小区半径只有原小区的一半。有两种分裂的方式：(a)是不再使用原有基站，（b）是分裂出新的小区半径只有原小区的一半。

新小区半径=旧小区半径/2 （5-3-1）

基于式（5-3-1），下式成立：

新的小区覆盖面积=旧的小区覆盖面积/4 （5-3-2）

令每个新的小区与旧小区有相同的最大业务负载，则在理论上可得

新的业务量/单位区域= 4旧的业务量/单位区域（5-3-3）

因此蜂窝分裂与增加用户的容量的关系可用下式表示：

Tn = 4n T （5-3-4）

式中：Tn— 蜂窝分裂n次后的网络容量；

T0— 蜂窝分裂前的网络容量

式（5-3-4）适用于蜂窝网孔按照1：4分裂为4个更小的小区情况。简单来说分裂一次，用户数可扩大到原来的四倍，实际容量会比四倍小些。

按照1：4方法分裂，每分裂一次，基站的覆盖半径小一半，基站的发射功率应降低12dB，基站的数量增加到原来的四倍，不仅建设投资增加，且越区频道切换频繁。最多容许分裂次数n将取决于站址及系统处理越区切换的能力。

小区分裂的两种技术

(1)固定分裂

必须在每个新的分裂小区建立以前做出计划，作出信道数、发射功率、频率配置、选择小区基站位置及业务负载等考虑，所有这些都必须加以考虑。当准备完毕，服务的交割应选择在业务量最低点，通常是在周末的午夜。最好系统停机在2小时以内，则这次交割中将只有极少的呼叫中断。

(2)动态分裂

这种方法实时利用基于配置频谱的效率。由于业务高峰期限间不会有一个完整的小区处于空闲状态，故此时动态分裂小区基站的算法是极为繁琐的。正在运行的蜂窝系统的小区分裂应逐步进行，以防止中断呼叫。假定位于两个原2A扇形区之间正中的区域要求增加业务容量，正中点取在原2A扇形区和取名为“新2A”之间。顺时针旋转1A-2A连线120°可找到1A扇形区。于是7个分裂小区的集合的方向就确定了。在进行小区分裂时，为了对继续进行的呼叫保持服务，把分配给原2A扇形区的信道分成两成两组。

2A = （2A）S + （2A）S1 （5-1-18）

其中（2A）S代表用于原来的和新的两个小区的频率信道，而（2A）S1 代表仅用于原小区的频率信道。在分裂阶段初期，在（2A）S中仅有少数信道，渐渐地，更多的信道将从（2A）S1 中转移到（2A）S。当（2A）S1 中没有信道时，小区分裂的过程就完成了。如果采用软件对小区的分裂进行处理将变得很容易。

几种常用抗干扰技术

GSM系统本身有许多抗干扰技术，如跳频、功率控制、基于话音激活检测的不连续传输等等。将这些技术有效应用将会提高C/I，从而可以形成更紧密的频率复用方式，增加频率复用系数，提高频率利用率。下面我们会逐一介绍这些技术，并通过纯数学和仿真两种模型研究它们的增益。

不连续发射(DTX)

不连续传输在话音激活期以13kbit/s对话音编码，在安静期间以500bit/s对舒适噪声编码。

不连续传输在安静期间对干扰的贡献微乎其微，可以认为其功率为零（非激活态）。假设DTX激活因子为，则增益

跳频(FH)

跳频是扩频通信方式的一种，在蜂窝移动通信系统中应用，可以提高系统抗多径衰落的能力，并且能抑制同频干扰对通信质量的影响，具有较高的应用价值。特别是现在频谱资源日益紧张，跳频技术就成为提高频谱利用率的最有效的途径之一。

在GSM中，由于每个逻辑帧的数据是分散交织在8个TDMA帧中发送的，而这些数据均经过卷积编码，如果这8个burst的码块有一小部分被干扰或损害，通过良好的卷积解码器，仍然可能较好地恢复出发送的数据，但如果有过多的码块被破坏，就很难恢复原来的数据了。而通过跳频，可以使一个信道的burst不至于连续长时间处于深衰落区（这对于工作在一个固定载频上静止或低速移动的移动台是很容易出现的），也不至于总被某一个强的同频信号所干扰，这样借助信道编解码就能够获得较好传输效果。这就是采用跳频技术改善通信质量的简单原理。

GSM系统使用的跳频序列是一种泊松伪随机变量序列，它最多可以提供64种跳频序列，长度与超高帧相同（持续3小时28分53秒760毫秒），以尽量保证各个序列之间正交，保证跳频的效果。GSM中的跳频序列主要由两个参数描述：HSN（跳频序列号）和MAIO（移动配置索引偏移量），通常不同的小区指定给不同的HSN，而不同的MAIO值指定给小区中不同的信道。

可以看出，由于同一个小区中的各个信道是采用的同一个HSN，仅仅是偏移量MAIO不同，这样就保证了同小区内各个信道不会同时占用相同的频点。不同小区中由于HSN不同，采用的是不同种类的跳频序列，这样使各个小区之跳频序列尽量不相关，使强干扰源信号被分散到多个信道中从而保证编解码效果。HSN＝0时MAI由低到高循环重复，称为循环跳（Cyclic Hopping），由于这种方式跳频增益很低，在GSM中一般不采用。

GSM支持基带跳频和合成器跳频射频跳频（也有称射频跳频或综合跳频，即Synthesized Frequency Hopping）。基带跳频是指多个发射机工作在各自固定频点，而在基带上将不同信道的信号按跳频序列切换到不同发射机上发送，实现跳频。而合成器跳频指发射机的发射频率按跳频序列跳变。基带跳频简单易实现，但由于受TRX数目限制，跳频频点较少。

跳频主要带来的好处是所谓频率分集(Frequency Diversity)和干扰分集(Interference Diversity)的效果。频率分集干扰分集实际上是提高了网络的覆盖范围，干扰分集则提高了网络的容量。

由于基带跳频的可跳频率数等于TRX数，因此只能能带来频率分集增益，不能带来干扰分集增益。但是，现在GSM运营商更关心的是容量问题，覆盖在大多数城市中已不是问题，要解决容量问题，采用合成器跳频是一种很有效的方法。合成器跳频是网络规划中的应用趋势。

(1) 频率分集增益

频率分集指其抗瑞利衰落的能力，由于不同载频上的瑞利衰落有一定的不相关性(频率差越大，相关性越小)，这样，分散在不同载频上的burst不会受同一个瑞利衰落的影响，这对于静止和低速移动的移动台意义是很大的，据说可以提供约6.5dB的增益。而高速移动的MS，同一信道的两个接连的burst在时间位置上的差异已足以使他们与瑞利变化不相关，即几乎不会受同一次衰落的影响，此时慢速跳频能够提供的频率分集增益很小。

在MS以较高速度移动条件下，小区配置的频点数目对跳频性能影响很小。而相对没有跳频的情况，大约有1～2dB的频率分集增益。在MS低速移动(TU3)时，因为频率分集效果，配置频点数目对系统性能影响显著，每增加一倍的频点大约可以有0.2~1dB增益，负荷率约可以提高10％左右；

(2)干扰分集增益

干扰分集指其抑制其他同频复用小区的干扰信号的能力，也就是提供跳频，提供传输路径上干扰的参差，改善了最恶劣条件情况下的干扰，使所有用户能均衡地获得较好的通信质量，这对于有大量用户的移动通信系统是十分重要的，特别是对于通过提高频率复用率来增加通信容量是十分关键的。通常要提供干扰分集效果，跳频频点数目不应小于3。

考虑上图，设移动台在时刻t使用fk在通话。此时，干扰小区fk被激活的概率是

(3)跳频规划及容量分析

设共有频点10MHz，不采用跳频时频率规划及容量分析如下：

BCCH的复用方式为4X3，业务信道的复用方式为3X3，10MHz共50个频点，去掉1个保护频点和12个BCCH频点，还剩37个频点，则每小区可分得4个业务频点((37-1)/9)，总共还剩一个频点，即最大的配置为5+5+5。每小区可提供的信道数为37个(1BCCH+2SDCCH+37TCH)。

当采用合成器跳频技术后，业务信道可采用1X3复用，当负荷为50%时，每小区可提供6个业务逻辑频点，之所以称之为逻辑频点，是因为他们都是采用同样12个跳频集((37-1)/3)，只是HSN（跳频序列号）和MAIO（移动分配指针偏移）不同，这样同样剩一个频点，而最大配置变为了7+7+7，可提供53个业务信道(1BCCH+2SDCCH+53TCH)，提高了43%的容量，而此时，90%以上的地区仍可达到9dB的C/I。当同时采用DTX技术和功率控制算法时，系统的容量还可以大大提高。如果采用了智能话务控制技术后，GSM还可以获得软容量，在话务热点地区通过牺牲一定的话音质量，获得更大的系统容量。

动态功率控制(DPC)

从图中可以看出，动态功率控制情况下，干扰移动台只有处于小区边界时，BTS才以最大发射功率工作。

很显然，干扰移动台的位置是个概率。这种情况在跳频情况下尤其明显。

设DPC因子为p：

“1?3”复用+射频跳频+DTX+DPC

我们来具体考察一下“1×3” 复用干扰情况，看看抗干扰技术为降低干扰，增大系统容量做出的贡献。

“1×3”复用较“4×3”复用带来的干扰恶化量：

CIR 4×3- CIR 1×3 =18 - 9.43 ? 8.57 dB

“1×3”跳频，50%频率负载带来的干扰分集增益：

10log10(2/1) = 3dB

设跳频长度为12个频点，则带来频率分集增益约：2dB

设DTX激活因子为0.5, 则带来增益：

-10log10(0.5) = 3dB

设DPC因子为0.9, 则带来增益：-10log10(0.9) =0.5dB

总计增益为：3+2+3+0.5=8.5dB

从上面的分析可以看出应用抗干扰技术基本可以弥补复用方式密化带来的干扰恶化量。

工程中GSM频率分配的原则总结

GSM频率规划原则

1）同一基站内不能同邻频，一般跳频时（指合成器跳频），同一基站各小区的跳频算法（HSN）一致，但起跳点（MAIO）不能邻频。注意：凡采用CCB合路的不支持跳频。

2）相对小区不能同频，应避免邻频，特别是BCCH和SDCCH载频（一般为该小区第1和第2个载频）。采用跳频时，相邻基站的起跳点可相同，但跳频算法不可一致。

3）BSIC的设计也应注意， BSIC＝8×NCC＋BCC，BCC可在0－7之间选择，所以相近的同、邻频小区BSIC应尽量不一致，应尽量避免在近距离内出现同频（特别是BCCH载频）、同BSIC的情况。

4）同模拟频率规划相同，基站间有较高的山，不作为邻站考虑；若基站间有大片水域，则要作为邻站考虑。

5）未跳频前，不限制BCCH载频的使用范围时，BCCH载频可尽量错开，跳频时BCCH应划出一定的频段，做4X3复用，若频率足够用的话，BCCH可考虑采用5X3甚至是6X3的复用模式，以减小BCCH间的干扰。

以上列出了频率规划的一些原则，但做频率规划还有另外一个重要的原则，就是要符合当地的实际情况。每个系统的地形、基站情况都不一样，无线信号的传播也不一样，这就要求我们在做频率规划前，多了解一些当地的实际情况，不拘泥于一般频率复用的套路，频率分配方式因地而宜，尽量使频率规划满足当地的情况。有条件的话，可利用一些专用规划工具结合电子地图进行场强预测，首先观察各小区的覆盖区域是否合理，然后对干扰达不到要求（预测时的同频干扰我们一般设置为12dB左右，留3dB的余量）的区域进行覆盖调整或频率规划的修正。在基站开通后，由路测和一些统计数据来判断覆盖频率规划是否恰当。对干扰较严重的区域，可利用调节覆盖、修正频率规划等方法加以处理。

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