摘 要 浅析慢跳频对GSM系统掉话的影响。结合实际GSM系统，分析了不同频点数的基站采用慢跳频后对系统质量掉话性能的改善情况。在小区有限的跳频信道下，使GSM系统获得较好的掉话性能改善进行了探讨。
关键词 GSM 慢速跳频(SFH) 掉话
跳频最初用于军事通信，分为快速跳频(FFH，频率变化比调制速度快)和慢速跳频(SFH)。目前的GSM无线接口中使用了慢速跳频，其特点是在每个突发脉冲间隔改变一个信道的使用频率，但在传输一个完整的突发脉冲期间频率保持不变[1]，其跳频约为217跳/s，间隔为每个TDMA帧长4．615ms[4]。
慢跳频在GSM中的应用有效地改善了无线信号的传输质量，特别是移动台静止或以慢速运动，其传输性能增益估计约有6．5Db[1]。这对实际系统中因传输质量不佳而引起的掉话有很大的改善(无线系统掉话率是考核网络运行状况的重要指标)。实际的GSM系统受运营商投资价格的影响，小区的频点数有限且各不相同，因此研究不同跳频数目对系统掉话性能的改善有十分重要的意义。本文分析慢跳频对GSM系统掉话的影响，同时结合实际GSM系统，归纳出不同跳频数目对系统质量掉话性能的改善程度，并提出自己的观点。
考虑到实际网络的复杂性，本文不讨论其他掉话(如切换等)而仅考虑质量掉话。
1 慢跳频(SFH)对GSM系统掉话的影响
GSM中引入的慢速跳频与传统的不跳频相比，具有如下优点。
(1)具有抗快衰落(瑞利衰落)的能力
移动无线传输在遇到障碍时会遭受短期的幅度变化，这些变化称为瑞利衰落。不同频率的信号遭受的衰落不同。随着频率差别的增大，衰落更加独立。 GSM中通过慢跳频(载波频率跳变)频率分集技术，保证了一个信息按几个频率发送，使包含码字一部分的所有突发脉冲不会被瑞利衰落以同一种方式破坏，从而提高了传输性能。
移动台高速运动时，在同一信道上接收两个相邻突发脉冲期间(4．615ms)，移动台位置的差别对于消除信号瑞利变化的相关性能已足够了。此时慢跳频没有什么危害，但也没有什么帮助[1]，而当移动台静止或以慢速运动时，慢跳频允许传输达到高速运动时的性能水平有效地防止了瑞利衰落，而大多数手机用户通常运动速度较慢，或根本不运动。
(2)干扰分集的优点
这是跳频的第二个优点。蜂窝系统实际上是一个干扰受限系统[5]。在业务密集区，蜂窝系统的容量受频率复用产生的干扰限制，相对载干比(C／I)可能在呼叫之间变化很大。 C(载波电平)随移动台与基站的距离及之间的障碍情况变化而变化。 I(干扰电平)则很大程度上依赖于邻近蜂房的同频干扰(邻频干扰及互调干扰相对影响较小)。慢跳频允许在一个可能干扰的蜂房的许多呼叫之间分散干扰，而不是像传统的那样集中在一个呼叫上，也就是说干扰被平均了。
1．2 慢跳频对GMS系统掉话的影响
GSM无线系统掉话是网络运行质量的重要指标。产生掉话的原因很多，其中主要原因之一是因无线传输质量差而导致掉话。当手机在服务小区收到很强的同频干扰时，会引起C／I急剧恶化，从而使手机无法正确接受TCH突发脉冲，引起掉话。
蜂窝移动通信系统的频率资源有限，通常采用频率复用[5]。目前随着GSM数字蜂窝系统的迅猛发展，小区与小区间距离越来越短，同频干扰不可避免。当不采用跳频时，也许干扰源的数目不多(一般干扰源在2—6个之间)，但只要有一个干扰相当高就会使连接的质量大幅下降，而且此时的干扰是连续的，容易造成质量掉话。采用跳频后，至少从移动台到基站方向的情况会迥然不同，只要合适地选择一个跳频序列[2]，就可以使蜂房内的每一个移动台对其它蜂房里的许多通信有一点干扰，但接收质量还不错。由于这一干扰源分集的特性，被强干扰源干扰的概率不再处于连续状态，而是处于突发状态(随机的)，质量掉话因而得到改善。
对于一组N个给定频率，GSM允许构成64×N 种不同的跳频序列(跳频的频点数可多达64个频点)，它们用两个参数MAIO(移动分配指针偏移)和HSN(跳频序列号)来说明，两个拥有相同HSN值，不同MAIO值的信道不会在同一突发脉冲使用相同频率；相反，两个使用同一频率表和相同TN值、不同HSN的信道，只对突发脉冲的I／N有干扰(HSN＝0 除外)：
其中I是平均干扰电平，Ik是第k个跳频频点上的干扰电平，N是跳频频点数。因此，跳频能使C／I在给定平均C／I值附近统计分散尽可能小，此时系统容量得到提高，掉话相对降低。由(1)式可见，干扰源分集的效果与跳频点数有关，跳频点数多，干扰源分集的效果好，对系统掉话的改善程度好。
2 在实际GSM系统中，不同跳频频点数对系统质量掉话的改善程度
2．1 2个跳频频点情况
GSM中，公共信道(BCCH信道)使用固定频率，不参与跳频。有2个跳频频点时，它的跳频情况如图1所示。假设一个突发脉冲要么全对，要么全错(最简单情况)，用于话音的编码方案是如果在8个携带语音帧信息的突发脉冲中至少能正确接受5个突发脉冲，则该语音帧认为是正确的。此时，若2个频点中有1个频点干扰严重，采用跳频后，会使连接质量更加恶劣，造成质量掉话扩散，掉话情况加剧；当干扰少且不大时，由于仅有2个频点的跳频图案，频率分集和干扰分集给系统性能带来的好处不明显，质量掉话看不到明显变化，见表l 。
我们对爱立信RBS2000和RBS200的6个基站(每个基站2个频点)进行了跳频的研究观察。14天的质量掉话统计分析(表1)表明：2个跳频频点对质量掉话的影响不大，只有2个基站的质量掉话稍有下降。因此，跳频频点数仅有2个频点的基站采用跳频前应进行观察，效果不好的不宜采用跳频。
2．2 3个跳频频点惰况
对爱立信RBS2000及RBS200的2个基站(每个基站3个频点)进行跳频观察，10天的质量掉话分析(表2)表明：此时跳频质量掉话的改善程度已经比较明显。假定质量掉话改善程度用G表示，令
其中心表示采用跳频的质量掉话率(质量掉话次数占呼叫接入次数的百分比)。 Qn表示不采用跳频时的质量掉话率。由表2可见，此时掉话改善程度大约为3．5dB。
2.3 4个及4个以上跳频频点
对4个及6话性能改善，上述分析认为，有3个及3个以上频点的基站一定要采用跳频，而有2个频点的基站应当观察分析后再决定是否采用跳频。基站采用跳频后，须观察系统质量掉话改善的程度，对质量掉话变差的基站进行同频干扰及硬件性能分析，使系统获得最好的掉话性能改善。
|