基带跳频和射频跳频的比较分析
为了有效地提高系统质量,提高频率利用率,GSM的无线接口使用了跳频技术,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。
跳频系统的增益主要来自于频率分集和干扰分集的作用,因而可以明显的提高系统抗干扰,抗衰落能力。GSM系统中常见的跳频方式可以分为基带跳频(Baseband Hopping,BH)和综合跳频(Synthesiser Hopping,SH,或称射频跳频)两种。基带跳频是将同一路话音信号随时间的变化使用不同频率的发射机发射。射频跳频是将话音信号用固定的发射机采用不同频率发射。射频跳频比基带跳频具有更高的性能改善和抗同频干扰能力。
二、基带跳频和射频跳频原理对比分析:
2.1 基带跳频原理
在基带跳频系统中,每个TRX被调谐到固定的频率,这种调谐是采用机械方式,调谐速度慢,通常采用RTC(Remote Tune Combiner)完成。对于每个特定话音连接,连接是建立在特定TRX的特定时隙上。经过编码与交织的每个Burst在属于该连接的时隙被调度到不同的TRX上发送,从而实现该连接上频率的跳变。但是需要注意的是,尽管发送的Burst在每个TRX间跳动,但上行接收处理却始终在呼叫发起的那个TRX的固定时隙上。因此,基带跳频实际上是一种时隙跳频,BCCH载频的TCH时隙可以参与跳频。
出于跳频性能的考虑,至少需要配置3个以上的TRX时才能采用BH方式跳频。可见
这种方式适用于高容量的小区,当小区容量不高时,这种方式无法加以利用。
当采用BH方式时,BCCH所在TRX对应的频点可参与跳频,也可不参与跳频。小区
所能使用的所有频点集合称为Cell Allocation,跳频时所使用的频点集合称为Mobile Allocation,这就是说,BCCH载频可包含在MA之中,也可不包括。后一种情况中,所有呼叫的Burst都不会被调度到BCCH所在TRX上。这样可供跳频的TRX的数目比小区所配本文中的所有信息均为中兴通讯股份有限公司内部信息,不得向外传播
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置的TRX数目少一个。前一种情况下,除BCCH所在TRX上的第一个时隙TS0必须保留给BCCH使用外,TS1~TS7均可供TCH使用。需要注意的是,由于协议规定BCCH载频必须时刻按最大功率发送,因此TCH上的Burst被调度到BCCH所在TRX上时,也需要按最大功率发送。某些厂商的设备可针对每个时隙设定跳频与否。
在实际操作中,建议BCCH载频不参与跳频。BH中使用腔体合成器(Cavity Combiner,
或称耦合器)将多个载频(6-8个)的信号合成后送往天线,插入损耗约3.5dB左右。
2.2 综合跳频
综合跳频(SH)不采用窄带的RTC耦合器,而是采用宽带的混合耦合器(Hybrid Combiner)。因为每个TRX上发出的频率是要在每个时隙快速跳变的,RTC的调谐速度无法满足此要求。射频跳频实际上是一种帧跳频,故BCCH载频不能参与跳频。
在SH系统中,每个呼叫的发送和接收处理始终在特定TRX的特定时隙上,MA的大小最多可以容纳64个频点。就是说,SH系统中MA的大小可大大超过TRX数量,而BH系统中MA的大小与TRX数量是相同的。
当BCCH频率不包含在MA中时,是比较容易处理的情形。除TS0外,BCCH载频的其他时隙也可以建立业务信道(始终按最大功率发送)。当BCCH频率包含在MA中时,BCCH TRX上的所有时隙都发送固定的频率。在0时隙,除了BCCH所在TRX能发出fb之外,其他TRX都不能发出fb。另外,对于时隙1~7, 由于非BCCH的TRX上也能发出fb频率,因此BCCH TRX上的时隙1~7必须保留,以避免与TCH TRX上的频率冲突。当TCH TRX的某个时隙上出现fb时,BCCH载频的对应时隙应该关闭。当TCH TRX的某个时隙上出现非fb时,BCCH载频的对应时隙也发送fb频率,但是只能发送空闲突发(Dummy Burst,DB)。这样,BCCH的TS1~7都无法建立呼叫,因而这种方式是不经济的。
在实际工程中,一般采用BCCH不参与跳频的方案。对于TRX数量有限的情形,只能
使用综合跳频。在综合跳频中,小区可以分配连续的频点,没有特殊的频点隔离的要求。
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三、两种跳频方式的优劣比较总结
3.1 参与跳频的TRX数目不同
基带跳频:每个发信机工作在固定的频率上,通过基带信号的切换来实现发射的跳频。因此小区跳频频点数不可能大于该小区的TRX数。
3.2 网络容量和投资比较
在同样的频率资源和复用方式等条件下,由于采用射频跳频可以有更高的频率复用系数,因此,采用射频跳频所容纳的最大容量明显高于采用基带跳频所容纳的最大容量,也就是说,采用射频跳频可以比采用基带跳频明显的降低投资成本。以不跳频为基准来算,基带跳频可降低投资约25%,合成器跳频可降低投资约50%。
3.3 网络质量的改善和提高幅度不同
基带跳频:其跳频的频率集受每小区的载频数所限,而根据频率分集和干扰源分集的特点,该种跳频方式对于降低干扰和同邻频碰撞的性能要劣于射频跳频方式。
射频跳频:原则上可在除BCCH载波频率以外的所有频点上进行跳频,因此能获得比基带跳频更高的分集增益,从而提高网络质量,明显提高客户满意度,具有潜在的经济效益和综合效益。
3.4 维护成本的比较
基带跳频:必须考虑每个小区的每个载频的频率分配,并要通过网络规划软件比较复杂的规划分析,而且具有较大的工作量,增加载频或站点将会影响原先的频率规划,可能要重新进行全网的频率规划,大大增加了频率规划的工作量,因而增加了网络维护的成本。
射频跳频:主要关注BCCH的频率规划,当一个网络需要大规模扩容载频时,无须重新进行频率规划,只需对TCH的MAIO进行规划即可,即使新增了大量基站,其工作量也较小,因而大大降低了网络维护的成本,提高了运营商的经济效益。
3.5 网络的风险比较
基带跳频:基带跳频的每个TRX只能对应一个频点,而射频跳频的每个TRX能够发送所有参与跳频的频点。当使用基带跳频时携带BCCH频点的TRX若出现故障,则易导致整个小区的瘫痪,而在射频跳频时则不会出现这类情况,因为每个TRX都能发送BCCH,携带BCCH信道的载频优先级最高,当该载频出现故障时,携带BCCH信道的TDMA帧能够本文中的所有信息均为中兴通讯股份有限公司内部信息,不得向外传播
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自动通过另一载频发射出去。
基带跳频:合路方式可采用窄带空腔合路器,最多可以配置8个发信机,而且衰耗相对小些,一般为3.5dB。
射频跳频:只能采用宽带混合合路器,但是该种合路器的容量小些,最多配置4个发信机,衰耗大些。所以经过合路后的功率损耗较大,原理上每经过一个二合一的合路器,功率就要下降3dB,对覆盖范围有一定影响,但是,在需要开通跳频的区域一般是在密集城区或高话务区域,这些区域主要是容量受限,因此,覆盖范围微小变化一般不会对网络造成明显影响。
3.7 BCCH载频的跳频选择比较
基带跳频:该种跳频方式实际上是一种时隙跳频,BCCH载频的TCH时隙可以参
与跳频。
射频跳频:该种跳频方式实际上是一种帧跳频,故BCCH载频不能参与跳频。
3.8 小区载频数的多少对跳频方式的影响
基带跳频:该种跳频方式比较适合小区载频数较多(大于3个)的情况。
射频跳频:该种跳频方式对小区载频数没有什么限制,而且在小区载频数相对较少(小于4个)的情况下,效果明显优于基带跳频。
四、推荐的跳频系统选择建议
模拟结果表明,跳频增益的大小很大程度上取决于跳频数量的多少,跳频数量越多其跳频增益越大,而跳频数量越少,相应的跳频增益越少。但当跳频数量达到一定程度后,由于跳频数的增加引起的跳频增益的增加是有限的。因此在实际网络规划时要充分考虑跳频数量和跳频增益的对应关系。射频跳频比基带跳频具有更高的性能改善和抗同频干扰能力。基带跳频简单易实现,但受TRX数目限制,跳频频点较少。射频跳频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。
无论采用何种先进技术,经济效益和社会效益应该是一个运营商首先需要考虑,不可能因为某种技术具有某一两个优点而采用它,需要全面考虑各种因素。跳频系统的选择业不例外,采用何种跳频方式需要一个电信运营商综合考虑各种因素,经过上面的理论分析和实践本文中的所有信息均为中兴通讯股份有限公司内部信息,不得向外传播
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运行可知,从投资成本、网络维护成本、网络质量、网络风险等核心的商业利益方面比较,采用射频跳频要明显优于基带跳频,但是具体采用哪种跳频方式,还要受到设备能力等其他因素的限制,在某些情况下,采用基带跳频比射频跳频要好。
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