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GSM无线网络技术GSM无线网络技术跳频原理和算法跳频原理和算法内容提要1、跳频的定义2、跳频的优点3、跳频的实现4、跳频的算法5、跳频总结内容提要本课程结束后，我了解了:跳频的定义跳频带来的好处及原因跳频具体增益指标跳频实现的方法及特点跳频算法原理跳频算法的几个关键参数1、跳频的定义1、跳频的定义1,从整个小区的角度来看，在一个小区中,有m个TRX;这m个TRX使用由n个不同的频点组成的频率集MA={f1,f2,..,fn};频点个数n=TRX个数m；每个TRX不是固定在一个频点上。2，从单个通话的角度来看，在一次通话过程中，不是固定使用一个频点，通话的各个时隙之间可以使用不同的频点。3，手机和基站都可以跳频，所选用的频率集合中所包含的频点是预先设定好的。1、跳频的定义1、跳频的定义跳频示意图：一个使用TS3时隙的话路跳频图示c1c0c201234567012341023456701567234567c0'c1'c2'd0e0RxTxRxMonitorTxMonitorDownlink(servingcell)Uplink(servingcell)Downlink(adjacentcells)=Rx-Tx|Tx-Rx|Rx-Rx|+newL.O.frequencyifrequired.2、跳频的优点2、跳频的优点引入跳频的原因：提高频率复用--如何控制干扰---功率控制不连续发射跳频2、跳频的优点2、跳频的优点干扰的分类：多径衰落同频干扰邻频干扰跳频对以上的干扰有改善作用2、跳频的优点2、跳频的优点频率分集：多径衰落极点发生在半波长处，对于900MHz约为17cm，对于1800MHz约为8cm不同的频率其衰落极点不一样跳频避免通话长期位于衰落极点处均化干扰干扰源是固定和长期的，跳频能够把长时间的连续干扰分散到各个不连续的时隙当中GSM的交织和纠错编码技术保证个别时隙的损坏对通话质量的影响不大2、跳频的优点2、跳频的优点虚线和细实线表示在两个频率上的接收电平粗实线表示跳频对这两个频率的接收效果的平滑作用2、跳频的优点2、跳频的优点频率分集的增益取决于：传播环境移动台速度跳频序列的频率数目频率间的相关性频率分集的增益最大值不超过６dB当移动台速度很快时，跳频的频率分集对增益只有较小的改善2、跳频的优点2、跳频的优点为什么当移动台速度很快时，跳频的频率分集对增益只有较小的改善？2、跳频的优点2、跳频的优点为什么当移动台速度很快时，跳频的频率分集对增益只有较小的改善？回答：移动台的快速移动，已经使得电磁传播的环境发生了改变，对各个突发脉冲而言，其无线环境已经不相同，起到了分集接收的作用。所以此时再加上跳频，作用已不大。2、跳频的优点2、跳频的优点频率分集对增益的影响：移动通讯的电磁波由直达波分量和散射波分量组成，当直达波成分占主要地位时，跳频的频率分集作用不明显，其增益大约在０～３dB之间反之，当散射波分量占主要地位时，跳频的频率分集增益显著，大约在３～６dB之间对于一个传播环境、移动台速度及频率间隔均满足使跳频频率分集增益最大的典型环境：3个频率：跳频最大可达3.3dB；4个频率：跳频最大可达4dB；9个频率：跳频其频率分集增益不超过5.5dB，最大的频率分集增益不超过6dB.2、跳频的优点2、跳频的优点跳频的均化干扰能力取决于：干扰的分布形式跳频序列的频率数目频率间的相关性对于窄带干扰，干扰分集作用明显，对于宽带干扰则不起明显作用2、跳频的优点2、跳频的优点跳频的均化干扰对增益的影响：经过测试，当干扰呈窄带分布时，跳频频率数目为３、５、７时对受干扰频点的干扰分集增益分别为3.2dB、4.6dB、5.5dB。由于干扰分集作用主要表现在对干扰的平均上，因此，对于单个频点的干扰分集增益没有上限，而总的干扰分集增益为０。2、跳频的优点2、跳频的优点从运营商的角度总结跳频的优点：降低频率规划对系统干扰门限的要求，带来更紧密的频率复用和更大的系统容量带来更可预见和可靠的无线传播环境给手机用户以更均匀、平滑的通话质量感受3、跳频的实现3、跳频的实现从载波改变的速率分为：快跳频，载波改变速率快于波特率慢跳频，载波改变速率慢于波特率，应用于GSM从实现方式分为：基带跳频：每个载频单元的频率不变，而是基带单元和载频单元的连接方式在发生改变射频跳频：基带单元和载频单元的连接方式是固定的，载频单元的频率在改变3，跳频的实现3，跳频的实现F1F2FNC···FPUCONTROLLOGIC基带跳频BB-FH3，跳频的实现3，跳频的实现fnCombinerFPU射频跳频RF-FH3，跳频的实现3，跳频的实现比较基带跳频射频跳频载频单元的频率不变变载频板和基带板的连接变不变可跳频点数受限于载频单元数无此限制合成器窄带宽带基带跳频和射频跳频的比较3、跳频的实现3、跳频的实现１.手机进行的是射频跳频，还是基带跳频？２.基站进行的是射频跳频，还是基带跳频？３.广播信道能否进行跳频？４.SDCCH信道能否进行跳频？５.TCH信道能否进行跳频？3、跳频的实现3、跳频的实现手机只能进行射频跳频，因为只有一套载频单元基站则射频跳频和基带跳频两者都可以在BCCH载频的TS0，即广播信道上，不跳频在其余的SDCCH或TCH信道上，可进行跳频4，跳频算法4，跳频算法跳频算法在GSM0502协议中描述跳频算法的作用：已知的4个参数：一个预定的，由N个不同频点组成的频率集MA={f1,f2,...,fN}，1=N=64，MA是MobileAllocation的缩写帧号FrameNumber(FN)，取值范围：0~（51*26*2048-1）跳频序列号HoppingSequenceNumber(HSN)，0=HSN=63跳频序列偏移量MAIndexOffset(MAIO)，0=MAIO=N-1待求参数MAI：每个信道的跳频序列索引MAI（MAIndex），也就是决定小区中的每个信道如何在MA中选择跳频频点4，跳频算法4，跳频算法跳频算法的参数描述：HSN决定了不同的随机序列，一个小区对应一个HSNMAIO保证同一小区内的m个TRX分配到不同频点，一个TRX对应一个MAIOFN选得很大，也是为了产生随机序列的需要跳频算法MAI=Rand(MA,HSN,MAIO,FN)4，跳频算法4，跳频算法若HSN=0(循环跳频)， MAI,=整数(0..N-1)：MAI=(FN+MAIO) 模N若HSN≠0(随机跳频），M,整数(0..152)： M=T2+RNTABLE((HSNxorT1R)+T3)S,整数（0..N-1)：M'=M 模(2^NBIN)T'=T3 模(2^NBIN)若M'N，则 S=M'若M'≮N，则 S=(M'+T') 模NMAI 整数(0..N-1):MAI=(S+MAIO) 模N算法的中间变量的含义：T1=FN/1326;T2=(FN%26)&0x1f;T3=(FN%51)&0x3f;T1R=(T1%64)&0x3F;NBIN=Interger(Log2(N)+1);RNTABLE:114个整数表,定义如下: 地址 内容000...009:48,98,63,1,36,95,78,102,94,73,010...019:0,64,25,81,76,59,124,23,104,100,020...029:101,47,118,85,18,56,96,86,54,2,030...039:80,34,127,13,6,89,57,103,12,74,040...049:55,111,75,38,109,71,112,29,11,88,050...059:87,19,3,68,110,26,33,31,8,45,060...069:82,58,40,107,32,5,106,92,62,67,070...079:77,108,122,37,60,66,121,42,51,126,080...089:117,114,4,90,43,52,53,113,120,72,090...099:16,49,7,79,119,61,22,84,9,97,100...109:91,15,21,24,46,39,93,105,65,70,110...113:125,99,17,123,4，跳频算法4，跳频算法4，跳频算法4，跳频算法跳频算法随机性的体现在一个有N个跳频频点的小区中，在任一时刻，一个TRX处于MA集合中的一个特定频点的概率是1/N。这说明，对于任一个TRX，跳频算法所产生的随机序列的分布函数是均匀分布。MAIO保证了同一时刻小区内的不同TRX不会同频。HSN不同或FN不同，都会产生不同的随机序列，其相关性经过计算，可以认为是0。只有在HSN和FN都相同的情况下，才会产生完全相同的随机序列。FN是从BTS主机柜的MCK板的上电开始记数的，因此，在一个站点中，FN的记数是相同的。所以，若同一站点各个小区之间存在有邻频，那么小区的HSN不能相同。4，跳频算法4，跳频算法跳频举例：某个小区配置了两个TRX分给这个小区的频点有6个，分别是10，20，30，40，50，60当使用顺序跳频算法时，这两个TRX以10~60的顺序来改变载波频率当使用随机跳频算法时，在任何一个时隙，任一个TRX分配到其中一个频点的概率是1/6。这两个TRX的MAIO不一样，保证了它们不会同频。假如跳频过程进行了600万次，那么从统计的角度来看，平均有100万次是分配了10号频点，100万次分配了20号频点，。。。，100万次分配了60号频点。也就是说，跳频算法所产生的随机序列是均匀分布的。5，跳频总结5，跳频总结跳频效果频率分集均分干扰跳频形式基带跳频（BB-FH）射频跳频（RF-FH）跳频算法原理随机序列跳频循环跳频跳频算法的几个参数MA={f1,f2,...,fN}HSNMAIOFN