对跳频技术容量解决方案的探索

近年来，随着中国移动通信业务的飞速发展，移动无线频率的资源越来越紧张。在一些城市，中国移动热点地区话务量已超过800Erl/km2，且根据预测，三年内（到2003年），当地用户数将增至目前的2.5倍；如采用现有话务模型，则到2003年，这些热点地区话音话务量将达到2000erl/km2。这样，中国移动除了增加频率、保证业务的发展外，充分利用现有频率、提高现有频率的利用率成为各分公司的当务之急。

目前，GSM系统提高频率利用率的方法主要有：MRP、紧密复用方式、IUO、DTX、室内覆盖、跳频等等。这里，针对跳频，谈谈其提高频率利用率，解决容量问题的一些感受。

一、跳频的基本原理

GSM系统支持基带跳频和射频跳频（SFH）。基带跳频是指多个发射机工作在各自固定频点，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。射频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，但受TRX数目限制，跳频频点较少。SFH可设置的跳频频点较为灵活，是目前各系统采用的主要跳频方式。使用SFH有如下两大优势。

1、频率分集

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（MS）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，同一信道的两个连接的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，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在0.2-1dB增益，负荷率约可以提高10%左右。

2、干扰分集

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。

SFH主要是提供频率分集和干扰分集两种效果，保证跳频系统的增益，提高系统的容量。

二、SFH系统设计及规划

1、SFH系统设计

对一组n个给定频率，GSM允许构成64xn种不同的跳频序列。它们用三个参数来说明-MAIO（起跳频点）可取组中频率个数那么多值；HSN（跳频序列号）可取64种不同的值；MA（跳频频点集）。

两个拥有相同HSN值，但不同MAIO值的信道不会在同一突发脉冲时使用相同的频率。相反，两个使用相同频率表，但不同HSN的信道，只对于突发脉冲的1/n有干扰，就好象序列是随机选取的一样。因此，HSN称之为伪随机序列号。

系统设计的几个原则（以1x3跳频系统为例）：

A.BCCH频点不参与跳频。

B.将no_bcch频点分成ABC三组，则

(1)MA的分配：一个SITE的每个CELL均分配不同的MA，分别为ABC组，但每个SITE相同方向的CELL均一样，如每个站的第一扇区均可为A组，以此实现1x3复用。

(2)MAIO（起跳频点）的选择：一个SITE的每个CELL选择不同的起跳频点。

(3)HSN（跳频序列）的分配：一个SITE的每个CELL均分配给相同的HSN，而每个不同的SITE尽可能分配不同的HSN，复用模式为63x1。

此外，SFH跳频还有一个参数：跳频负载。是指某基站的跳频载频数与跳频频点数的比值，最大负载是指最大站型的负载。一般来说系统的最大跳频负载不能大于50%。如系统最大站型为8/8/8，分配跳频频点数为51个，那么跳频负载为(7x3)/51=41.2%。

2、SFH系统规划

设共有频点10MHz，不采用跳频时频率规划如下：

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，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）。

三、不同跳频复用方式容量分析和比较

1、一般方式（1x3）跳频容量分析

当采用射频跳频技术后，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（1BCC2SDCCH+53TCH），提高了43%的容量。此时，90%以上的地区仍可达到9dB的C/I。

2、各种跳频复用模式比较

目前实际采用的跳频复用方式除1x3外，还有1x1跳频复用和A+B跳频复用模式等。

1x1跳频是将所有no_bcch的频点合为一组，所有站每个CELL的MA均一样；MAIO的选择同1x3模式；每个CELL尽可能分配不同的HSN值，可将HSN分为21x3组，实施21x3复用。

A+B的模式将no_bcch分成ABC三组，一个SITE的三个CELL的MA分别分配给A+B组，B+C组，A+C组，但每个SITE相同方向的CELL均分配给相同的MA；MAIO的选择同1x3模式；HSN的分配原则同1x1模式一样。

从三种方式的理论上来看，1x3的模式由于规划成ABC三组，同站的不同CELL采用相同的跳频序列算法，在每个跳频时间段，同站的相邻CELL不存在邻频的可能，而不同站的CELL由于参与跳频的频点较少，邻频或同频的可能较大。因而1x3的模式对同站的CELL邻频干扰作了较好的处理，而不同站的CELL则可能干扰较大一点。1x1的模式将干扰完全平均化，同站或不同站的CELL均均存在邻频或同频干扰，干扰是瞬间的。A+B的模式是1x3和1x1的折衷方案，它所做的只是对1x3的模式增加一组重叠的参与跳频的频点，再取不同的HSN值。

我们利用现网某一实际系统的统计数据来分析一下各种跳频复用方式的性能（该系统原是1x3系统，8月1日调整为1x1，8月3日调整为A+B）。

从以上的统计看出，采用A+B和1x1模式的话务量比1x3模式略有所增长。采用A+B模式后，系统的话音质量有了显著的提高，这在一定程度上是提高了系统的容量，提高了频率利用率。

通过以上分析，看到跳频系统相比非跳频系统，极大的提高了系统的网络容量。其中，实施A+B方式后，系统的效果最好，可以作为我们今后工作的借鉴。

中国无线电管理