李立

（桂林思樂維信息技術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有限公司廣西桂林市541000）

近年來，移動通信網(wǎng)絡技術的發(fā)展和應用，人們對網(wǎng)絡服務的質量及覆蓋率要求也日益提高。當前，我國的4G網(wǎng)絡建設尚處于起步階段，技術尚未成熟，網(wǎng)絡的覆蓋率也沒有達到用戶的需求，因此運營商需要在GSM移動通信網(wǎng)絡建設上投入更多的精力。直放站具有性價比高、建設時間短等優(yōu)點，因此在網(wǎng)絡建設中得到了廣泛的應用。近年來，隨著數(shù)字技術的發(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象，介紹了相關的技術和應用方法。

GSM；數(shù)字直放站；數(shù)字中頻；跳頻

引言

GSM在我國是一項近年來才興起的移動通信技術。盡管應用的時間并不長，但是GSM網(wǎng)絡通信系統(tǒng)當前在我國已經(jīng)有著廣泛的覆蓋率、用戶人數(shù)以及業(yè)務類型，并成為了我國移動通信系統(tǒng)中的重要組成部分。當前，我國相關部門已經(jīng)開始進行GSM移動通信系統(tǒng)的升級和更新，但在網(wǎng)絡覆蓋率、技術成熟性、業(yè)務水平等方面仍存在一些缺陷。GSM移動通信技術具有廣泛的應用前景，為此，通信網(wǎng)絡的運營商必須及時對GSM網(wǎng)絡進行擴容和優(yōu)化，充分發(fā)揮GSM的功能和優(yōu)勢，為用戶提供更好的網(wǎng)絡服務。

1 直放站引入對GSM移動通信系統(tǒng)的干擾分析

直放站的引入會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備時，輸出端產(chǎn)生的信號。直放站從性質上來看屬于一種雙向放大設備，其在放大信號的同時也會產(chǎn)生一定的噪聲。而直放站又是一個有源設備，直放站從某種程度上來看還相當于是一個干擾源，可以發(fā)射噪聲信號?；自肼曋饕袃蓚€方面的來源，其中一部分來源于設備內部，這一部分的噪聲來源于直放站內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、太陽噪聲等，而人為噪聲則指各種電器設備的噪聲，例如汽車的噪聲、各種生產(chǎn)設備的噪聲等。

此外，直放站的引入還會產(chǎn)生一定的同頻及鄰頻干擾。同頻干擾知識接收機內部的信號頻率與有用信號的頻率相同，從而對有用信號產(chǎn)生一定的干擾。這種干擾也被成為同信道干擾。無論是有用信號還是無用信號，都會在接收機中被放大，并落入中頻范圍內。鄰頻干擾則是指有用信號相鄰的頻率對有用信號產(chǎn)生一定的干擾。鄰頻干擾主要是由發(fā)射機及接收機的異常狀況所導致的。GSM移動通信系統(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，頻點之間的距離較小。此外，GSM系統(tǒng)還會受到設備性能的影響，導致接收濾波器的衰減不夠明顯，從而導致相鄰的信號之間出現(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。但當頻率的密度較高時，就會造成同頻或鄰頻干擾的現(xiàn)象。為此，可以通過嚴格控制基站的信號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。直放站的引入會導致GSM系統(tǒng)中的電磁環(huán)境更加的多變復雜。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上也有很大的差異。根據(jù)信號傳輸?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構較為簡單，且使用成本較低的直放站，其結構見圖3。寬頻直放站的作用過程是先將通信帶寬內的信號先進行整體的放大，再分配到不同的運營頻段中。在放大信號的過程中，它不會區(qū)分信號是否有用，而是將所用的信號進行統(tǒng)一的放大。這就會導致無用的信號也被放大，并被傳輸出去，導致空間中存在較強的干擾信號。長期使用這種直放站會導致空間中的干擾信號進一步加強，并嚴重干擾正常信號的傳輸，干擾其他移動設備的接入，干擾移動通信的效率和質量，降低通話的效果。

圖3 寬頻直放站結構框圖

2.2 頻率選擇直放站

頻率選擇直放站的結構見圖4。這種直放站在寬頻直放站的基礎上產(chǎn)生的，并有效的改進了傳統(tǒng)寬頻直放站的缺陷，通過增加多個選頻器選定特定的幾個頻點進行放大并轉發(fā)。這種直放站的優(yōu)點在于可以有效的降低無用信號的轉發(fā)率，從而見笑了對移動通信設備運行狀態(tài)的影響。這種直放站的通信帶寬較小，因此每個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載。但由于增加了許多個選頻模塊，設備的內部結構更加的復雜，設計和應用的成本也有所提高。當混頻隔離器之間的隔離沒有做好時，還會導致信號的泄露，從而極大的影響通信的質量。

圖4 頻率選擇直放站結構示意圖

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向外傳輸?shù)?，并通過一定的光電轉換后將這一耦合信號發(fā)射出去。由于光纖中的信號都是相互獨立的，不會產(chǎn)生相互的干擾，因此只需要使用一定的設備就可以對上下行的信號進行同時的傳輸，不需要設置專門的光纜。近端機通常設置在機房內部的基站中。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的單純性。遠端設備則安裝在信號加強覆蓋的區(qū)域內。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，且設計和安裝較為簡便等優(yōu)點，能夠避免出現(xiàn)同頻干擾的現(xiàn)象，傳輸距離可以達到50m以上。除了上述的這些優(yōu)點之外，光纖直放站的一個最大的優(yōu)勢在于可以實現(xiàn)一對多的覆蓋方式，采用鏈狀、星型、環(huán)型等多種組網(wǎng)形式。

光纖直放站的一個缺陷在于時延現(xiàn)象。GSM系統(tǒng)對信號延時的容許極限是12us。當時當采用光纖直放站時，由于是一對多的覆蓋方式，再加上地理位置的影響，往往會造成信號傳輸?shù)倪M一步的延時。

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

3 GSM跳頻的好處

GSM移動通信技術通常采用跳頻的方式來改善信號的質量，其優(yōu)點主要體現(xiàn)在兩個方面，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所引起的信號快速衰落的現(xiàn)象。所謂的多徑效應是指由于無線電波的傳播方式不同而引起的接收機信號疊加的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象在建筑物較為密集且環(huán)境復雜的區(qū)域內更加常見?？焖ヂ涞囊粋€顯著的性質是在一個波長的范圍內會出現(xiàn)多個電平的波動和激烈的相位變化。這種快速的衰落或導致誤碼的大量出現(xiàn)，對通信的質量產(chǎn)生極大的破壞。

3.2 干擾分集

GSM通信系統(tǒng)是一個自干擾系統(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進一步擴大。此外，該系統(tǒng)還會受到外部環(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性顯著上升，減輕遠近效應的影響，并提高系統(tǒng)的安全性。

4 GSM跳頻的種類

當前，GSM移動通信系統(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轉換成不同的發(fā)射載頻，然后通過發(fā)射機進行發(fā)射。這需要在系統(tǒng)中配置不同頻率的發(fā)射機，每個發(fā)射機中還要采用低能耗的濾波器進行合路，減少發(fā)射機中信號強度的減弱。基帶跳頻發(fā)射機上的發(fā)射頻率都是固定的，若需要改變頻率，則需要通過手動操作的方式進行調整。當發(fā)射業(yè)務信號時，基帶處理器需要將每個脈沖上所承載的信號發(fā)送到基帶總線上，發(fā)射機對總線上的信號進行持續(xù)的掃描，最后將符合頻率要求的信號進行發(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)射機頻率不是固定的。其作用機理是通過改變頻率合成器的頻率，使得無線發(fā)射機的工作頻率發(fā)生一定的變化。通常，射頻跳頻的設備只包括快帶合路器，并且數(shù)量不能超過8臺，否則會導致系統(tǒng)的能量損耗過大，影響信號的覆蓋率。射頻跳頻中的處理器在發(fā)射脈沖信號的同時，還要合成一定的控制信號。當前，射頻跳頻技術的研究重點在于實現(xiàn)快速變頻和信號質量之間的平衡與協(xié)調。

5 結語

本文主要介紹了GSM跳頻數(shù)字直放站的概念、優(yōu)點、不同的類型以及相應的技。可以看出，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。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，在未來將有更廣闊的發(fā)展和應用前景。

[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.基于跳頻技術及FPGA在GSM跳頻數(shù)字直放站實現(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計[J].高技術通訊，2014（09）：89～90.

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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的研究、大型科研項目的系統(tǒng)設計和項目管理工作。