李立

（桂林思樂維信息技術(shù)有限公司廣西桂林市541000）

GSM跳頻數(shù)字直放站之我見

李立

（桂林思樂維信息技術(shù)有限公司廣西桂林市541000）

近年來，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的質(zhì)量及覆蓋率要求也日益提高。當(dāng)前，我國(guó)的4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)尚處于起步階段，技術(shù)尚未成熟，網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率也沒有達(dá)到用戶的需求，因此運(yùn)營(yíng)商需要在GSM移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)上投入更多的精力。直放站具有性價(jià)比高、建設(shè)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，因此在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用。近年來，隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的直放站逐漸被數(shù)字化直放站所取代。本文以GSM跳頻數(shù)字直放站作為主要的研究對(duì)象，介紹了相關(guān)的技術(shù)和應(yīng)用方法。

GSM；數(shù)字直放站；數(shù)字中頻；跳頻

引言

GSM在我國(guó)是一項(xiàng)近年來才興起的移動(dòng)通信技術(shù)。盡管應(yīng)用的時(shí)間并不長(zhǎng)，但是GSM網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)當(dāng)前在我國(guó)已經(jīng)有著廣泛的覆蓋率、用戶人數(shù)以及業(yè)務(wù)類型，并成為了我國(guó)移動(dòng)通信系統(tǒng)中的重要組成部分。當(dāng)前，我國(guó)相關(guān)部門已經(jīng)開始進(jìn)行GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)的升級(jí)和更新，但在網(wǎng)絡(luò)覆蓋率、技術(shù)成熟性、業(yè)務(wù)水平等方面仍存在一些缺陷。GSM移動(dòng)通信技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景，為此，通信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)商必須及時(shí)對(duì)GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)容和優(yōu)化，充分發(fā)揮GSM的功能和優(yōu)勢(shì)，為用戶提供更好的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

1 直放站引入對(duì)GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)的干擾分析

直放站的引入會(huì)造成一定的基底噪聲?；自肼曇部梢猿蔀榈自耄侵狈耪据斎攵瞬唤尤朐O(shè)備時(shí)，輸出端產(chǎn)生的信號(hào)。直放站從性質(zhì)上來看屬于一種雙向放大設(shè)備，其在放大信號(hào)的同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生一定的噪聲。而直放站又是一個(gè)有源設(shè)備，直放站從某種程度上來看還相當(dāng)于是一個(gè)干擾源，可以發(fā)射噪聲信號(hào)?；自肼曋饕袃蓚€(gè)方面的來源，其中一部分來源于設(shè)備內(nèi)部，這一部分的噪聲來源于直放站內(nèi)部的電阻熱和有源器件，這一部分噪聲成為靜態(tài)噪聲。另一部分噪聲來源于外部環(huán)境的噪聲，被稱為動(dòng)態(tài)噪聲。外部環(huán)境中的噪聲還分為自然噪聲和人為噪聲兩類，其中自然噪聲主要指大氣、太陽(yáng)噪聲等，而人為噪聲則指各種電器設(shè)備的噪聲，例如汽車的噪聲、各種生產(chǎn)設(shè)備的噪聲等。

此外，直放站的引入還會(huì)產(chǎn)生一定的同頻及鄰頻干擾。同頻干擾知識(shí)接收機(jī)內(nèi)部的信號(hào)頻率與有用信號(hào)的頻率相同，從而對(duì)有用信號(hào)產(chǎn)生一定的干擾。這種干擾也被成為同信道干擾。無論是有用信號(hào)還是無用信號(hào)，都會(huì)在接收機(jī)中被放大，并落入中頻范圍內(nèi)。鄰頻干擾則是指有用信號(hào)相鄰的頻率對(duì)有用信號(hào)產(chǎn)生一定的干擾。鄰頻干擾主要是由發(fā)射機(jī)及接收機(jī)的異常狀況所導(dǎo)致的。GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)中的頻帶受到較大的限制，為了確保頻譜效率以及通信容量，頻點(diǎn)之間的距離較小。此外，GSM系統(tǒng)還會(huì)受到設(shè)備性能的影響，導(dǎo)致接收濾波器的衰減不夠明顯，從而導(dǎo)致相鄰的信號(hào)之間出現(xiàn)泄漏。

在GSM系統(tǒng)中，主要通過提高頻率利用率的方式來增加系統(tǒng)的容量。但當(dāng)頻率的密度較高時(shí)，就會(huì)造成同頻或鄰頻干擾的現(xiàn)象。為此，可以通過嚴(yán)格控制基站的信號(hào)覆蓋范圍來減弱這一干擾，具體是通過使用相同頻率組之間的距離來降低同頻干擾。直放站的引入會(huì)導(dǎo)致GSM系統(tǒng)中的電磁環(huán)境更加的多變復(fù)雜。圖1是直放站引入前后信道同頻干擾的環(huán)境（如圖1）。

圖1 移動(dòng)用戶處下行鏈路上的同頻干擾

圖2 基站處上行鏈路上的同頻干擾

2 現(xiàn)有直放站的類型及不足

當(dāng)前使用的直放站有很多不同的類型，不同類型的直放站在性能和型號(hào)上也有很大的差異。根據(jù)信號(hào)傳輸?shù)膸捒梢苑譃閷掝l直放站和頻率選擇直放站兩種主要的類型。而根據(jù)信號(hào)傳輸?shù)姆绞娇梢苑譃橥l直放站、移頻直放站、光纖直放站等幾種類型。

2.1 寬頻直放站

寬頻直放站是一種結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，且使用成本較低的直放站，其結(jié)構(gòu)見圖3。寬頻直放站的作用過程是先將通信帶寬內(nèi)的信號(hào)先進(jìn)行整體的放大，再分配到不同的運(yùn)營(yíng)頻段中。在放大信號(hào)的過程中，它不會(huì)區(qū)分信號(hào)是否有用，而是將所用的信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)一的放大。這就會(huì)導(dǎo)致無用的信號(hào)也被放大，并被傳輸出去，導(dǎo)致空間中存在較強(qiáng)的干擾信號(hào)。長(zhǎng)期使用這種直放站會(huì)導(dǎo)致空間中的干擾信號(hào)進(jìn)一步加強(qiáng)，并嚴(yán)重干擾正常信號(hào)的傳輸，干擾其他移動(dòng)設(shè)備的接入，干擾移動(dòng)通信的效率和質(zhì)量，降低通話的效果。

圖3 寬頻直放站結(jié)構(gòu)框圖

2.2 頻率選擇直放站

頻率選擇直放站的結(jié)構(gòu)見圖4。這種直放站在寬頻直放站的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，并有效的改進(jìn)了傳統(tǒng)寬頻直放站的缺陷，通過增加多個(gè)選頻器選定特定的幾個(gè)頻點(diǎn)進(jìn)行放大并轉(zhuǎn)發(fā)。這種直放站的優(yōu)點(diǎn)在于可以有效的降低無用信號(hào)的轉(zhuǎn)發(fā)率，從而見笑了對(duì)移動(dòng)通信設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的影響。這種直放站的通信帶寬較小，因此每個(gè)載波分配到有效功率的幾率就更大，從而降低了功率放大器的負(fù)載。但由于增加了許多個(gè)選頻模塊，設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加的復(fù)雜，設(shè)計(jì)和應(yīng)用的成本也有所提高。當(dāng)混頻隔離器之間的隔離沒有做好時(shí)，還會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的泄露，從而極大的影響通信的質(zhì)量。

圖4 頻率選擇直放站結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 光纖直放站

圖5 光纖直放站傳輸圖

光纖直放站是通過光纖將基站的耦合信號(hào)向外傳輸?shù)?，并通過一定的光電轉(zhuǎn)換后將這一耦合信號(hào)發(fā)射出去。由于光纖中的信號(hào)都是相互獨(dú)立的，不會(huì)產(chǎn)生相互的干擾，因此只需要使用一定的設(shè)備就可以對(duì)上下行的信號(hào)進(jìn)行同時(shí)的傳輸，不需要設(shè)置專門的光纜。近端機(jī)通常設(shè)置在機(jī)房?jī)?nèi)部的基站中。采取光纖傳輸?shù)姆绞娇梢越档驮肼暤漠a(chǎn)生，并無需考慮天線接收到的信號(hào)的單純性。遠(yuǎn)端設(shè)備則安裝在信號(hào)加強(qiáng)覆蓋的區(qū)域內(nèi)。這一類型的直放站具有穩(wěn)定性高、覆蓋范圍大、傳輸效果好，且設(shè)計(jì)和安裝較為簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，能夠避免出現(xiàn)同頻干擾的現(xiàn)象，傳輸距離可以達(dá)到50m以上。除了上述的這些優(yōu)點(diǎn)之外，光纖直放站的一個(gè)最大的優(yōu)勢(shì)在于可以實(shí)現(xiàn)一對(duì)多的覆蓋方式，采用鏈狀、星型、環(huán)型等多種組網(wǎng)形式。

光纖直放站的一個(gè)缺陷在于時(shí)延現(xiàn)象。GSM系統(tǒng)對(duì)信號(hào)延時(shí)的容許極限是12us。當(dāng)時(shí)當(dāng)采用光纖直放站時(shí)，由于是一對(duì)多的覆蓋方式，再加上地理位置的影響，往往會(huì)造成信號(hào)傳輸?shù)倪M(jìn)一步的延時(shí)。

針對(duì)這一問題，可以通過減少設(shè)備放大帶寬的方式來降低設(shè)備中發(fā)出的無用信號(hào)，減少對(duì)移動(dòng)通信技術(shù)的干擾。但是當(dāng)系統(tǒng)中的載頻數(shù)量較少時(shí)，直放站中也必須配置相同數(shù)量的選頻通道。這會(huì)極大的增加直放站應(yīng)用的成本，并影響其降噪的效果。

3 GSM跳頻的好處

GSM移動(dòng)通信技術(shù)通常采用跳頻的方式來改善信號(hào)的質(zhì)量，其優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，分別是頻率的分集和干擾分集。

3.1 頻率分集

頻率分集的作用是減小多徑效應(yīng)所引起的信號(hào)快速衰落的現(xiàn)象。所謂的多徑效應(yīng)是指由于無線電波的傳播方式不同而引起的接收機(jī)信號(hào)疊加的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象在建筑物較為密集且環(huán)境復(fù)雜的區(qū)域內(nèi)更加常見。快衰落的一個(gè)顯著的性質(zhì)是在一個(gè)波長(zhǎng)的范圍內(nèi)會(huì)出現(xiàn)多個(gè)電平的波動(dòng)和激烈的相位變化。這種快速的衰落或?qū)е抡`碼的大量出現(xiàn)，對(duì)通信的質(zhì)量產(chǎn)生極大的破壞。

3.2 干擾分集

GSM通信系統(tǒng)是一個(gè)自干擾系統(tǒng)，并且隨著覆蓋面積的減小以及頻率覆蓋率的提高，其同頻和鄰頻干擾的影響會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。此外，該系統(tǒng)還會(huì)受到外部環(huán)境噪聲的干擾。而跳頻的干擾分集作用能夠使得空間中的信息傳輸隨機(jī)性顯著上升，減輕遠(yuǎn)近效應(yīng)的影響，并提高系統(tǒng)的安全性。

4 GSM跳頻的種類

當(dāng)前，GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)中所使用的跳頻方式主要有兩種，分別是基帶跳頻和射頻跳頻。

4.1 基帶跳頻

所謂的基帶跳頻就是把每一幀的基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換成不同的發(fā)射載頻，然后通過發(fā)射機(jī)進(jìn)行發(fā)射。這需要在系統(tǒng)中配置不同頻率的發(fā)射機(jī)，每個(gè)發(fā)射機(jī)中還要采用低能耗的濾波器進(jìn)行合路，減少發(fā)射機(jī)中信號(hào)強(qiáng)度的減弱?；鶐l發(fā)射機(jī)上的發(fā)射頻率都是固定的，若需要改變頻率，則需要通過手動(dòng)操作的方式進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)發(fā)射業(yè)務(wù)信號(hào)時(shí)，基帶處理器需要將每個(gè)脈沖上所承載的信號(hào)發(fā)送到基帶總線上，發(fā)射機(jī)對(duì)總線上的信號(hào)進(jìn)行持續(xù)的掃描，最后將符合頻率要求的信號(hào)進(jìn)行發(fā)射。

4.2 射頻跳頻

射頻跳頻也被成為頻率合成跳頻。射頻跳頻的發(fā)射機(jī)頻率不是固定的。其作用機(jī)理是通過改變頻率合成器的頻率，使得無線發(fā)射機(jī)的工作頻率發(fā)生一定的變化。通常，射頻跳頻的設(shè)備只包括快帶合路器，并且數(shù)量不能超過8臺(tái)，否則會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的能量損耗過大，影響信號(hào)的覆蓋率。射頻跳頻中的處理器在發(fā)射脈沖信號(hào)的同時(shí)，還要合成一定的控制信號(hào)。當(dāng)前，射頻跳頻技術(shù)的研究重點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)快速變頻和信號(hào)質(zhì)量之間的平衡與協(xié)調(diào)。

5 結(jié)語(yǔ)

本文主要介紹了GSM跳頻數(shù)字直放站的概念、優(yōu)點(diǎn)、不同的類型以及相應(yīng)的技?？梢钥闯?，GSM跳頻數(shù)字直放站與傳統(tǒng)的直放站相比有很大的優(yōu)勢(shì)。GSM跳頻數(shù)字直放站在降噪、提取跳頻信息、變換選頻模塊、提高與基站同步跳頻方面都具有較好的優(yōu)勢(shì)，在未來將有更廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。

[1]譚紅偉，郭見兵，劉永飄.GSM跳頻數(shù)字直放站中FCCH檢測(cè)算法的研究[J].光通信研究，2012（01）：11～12.

[2]林寧嘉.基于跳頻技術(shù)及FPGA在GSM跳頻數(shù)字直放站實(shí)現(xiàn)研究[J].現(xiàn)代物業(yè)，2012（05）：35～36.

[3]徐建，于金鑫，曾賢文，王志功，陳建平，吉榮新.GSM-R光纖直放站低噪聲放大器模塊的設(shè)計(jì)[J].高技術(shù)通訊，2014（09）：89～90.

TN929.532

A

1004-7344（2016）16-0295-02

2016-5-9

李立（1960-），男，漢族，廣西桂林人，助理工程師，大專，主要從事微波通信技術(shù)的研究、大型科研項(xiàng)目的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和項(xiàng)目管理工作。