GSM跳频原理1.概述引入跳频的原因：GSM体系中的引入有两个主要原因，第一是频率分集，跳频可以保证各个突发在不同的频率上发射，这样就可以对抗由于瑞利衰落等引起的影响，因为这些影响是因频率而异的。

第二是干扰分集，在高业务地区，由频率复用带来的干扰显得较为突出。

引入跳频后，我们可以对使用相同频率组的远地蜂窝小区配置不同的跳频序列，这样就可以分散使用相同频率集的信道之间的干扰，从中得到收益。

引入跳频的目的：提高系统抗干扰，抗衰落能力。

GSM的无线接口，也相应采用了跳频的方法+。

概念：跳频就是按要求改变信道所用的频率。

GSM中的说明：在GSM系统中，整个突发期间，传输频率保持不变，每个突发的持续时间为577us，故GSM系统的跳频属于慢速跳频(SFH)。

图一是不跳频信道的时间和频率关系，图2表示了一个跳频信道的时间和频率关系。

从图中可以看出，信道频率在每个突发期间维持不变，而在突发与突发之间，频率的改变则是一种看似杂乱的伪随机序列关系。

图1 信道不跳频时的时间频率关系图图2 信道跳频时的时间频率关系示意图在图2中，如果跳频实现是在一个TRU内实现就是射频跳频，如果在一个小区内的多个TRU间实现就是基带跳频。

下面举例说明：下图在基带跳频方式下，HSN＝0、RTSL（radio Time SLot no）=2时在不同FN时刻下的信道的使用的跳频序列。

在该BTS下，配置有4个TRX。

下图为另一个实例。

使用的为射频跳频和不跳频方式。

该实例中，BTS有2个TRX。

2.跳频实现流程跳频的实现包括信道分配和信道激活过程。

首先，由OMC(操作维护中心)配置BSS及BSS中各信道的参数，这些参数通过BSC下发到BTS的每个信道。

再有用户通信需要时，由BSC激活相应的信道进行业务数据传送。

A.信道分配过程信道分配通过由BSC向BTS在Abis接口上发送的若干条消息完成。

包括BTS属性设置消息(Set BTS Attributes)，无线载频属性设置消息(Set Radio Carrier Attributes)和信道属性设置消息(Set Channel Attributes)。

其中与BTS中跳频实现直接相关的是信道属性设置消息。

该消息由OMU接收，再由OMU传给OAMM模块。

其详细说明可参考协议12.21。

FH图3 FUC中SET FH MODE中的跳频方式0 不跳频1 基带跳频BB FH2 射频跳频RF FH在BSC后台的数据表R_FHS表中可查看跳频模式及相关信息。

A中Object Instance参数表明本消息的目标信道，包括BTS号，收发信机号，时隙号。

Starting Time指明该信道配置的起始时间即起始帧号。

FU根据此消息确定本FU所管辖的8个时隙的跳频参数包括HSN、MAIO和ARFCN List(用于构成MA表)，这些参数将在跳频算法中详细说明。

B.信道激活过程在信道配置完成之后，该信道在指定的起始帧号到来时，便开始使用该参数。

但此时该信道处于空闲状态，不能传输业务数据，必须通过信道激活后，该信道才真正用于业务数据传输。

信道激活是通过BSC 向BTS下发一条CHANNEL ACTIV A TION消息实现。

该消息将原来处于空闲的信道转换为传输信息的激活信道。

一个信道在激活前与激活后，使用的跳频参数是相同的。

只是在激活前，该信道发送虚拟突发序列，若使用不连续发送方式，则激活前关断发送。

C.跳频实现一个信道通过分配，得到了跳频参数后，由FU根据FN帧号（FHM跳频的计算由FN的中断激活），即可计算得到该突发即将使用的无线频道号，FU将计算所得的频道号组织在下行数据中通知CU(载频单元)，CU再根据该信息确定该频道号的频率值，将此突发数据向空中发射。

3.跳频算法GSM系统中，跳频的频道号计算有其特定的算法。

根据GSM协议05.02的规定，跳频必须遵循该算法，包括伪随机序列的产生，跳频实现中涉及的参数及算法描述如下。

A.算法中涉及的参数1.BTS通用参数，指定到每个BTS，并在BCCH，SCH上广播。

(1)C A：小区频率集，由系统频率分配指派到本小区所有可以使用的频率的总和，数量限制1≤CA频率数≤64。

CA由BSC进行管理，MS根据广播信息获取CA信息，结合MS信道分配时的参数，确定本MS使用信道的MA参数，进一步确定跳频信道。

在BTS中信道直接由BSC指定MA参数，故在FU中可跳过该参数说明：CA即是我们在无线资源小区的载频频率中设置的值，可以设置至多64个数值，对于基带跳频，有用的只是顺序排列的前几个，个数等于本小区配置的TRX的数目，而RF跳频可以利用所有设置的频率值。

(2)F N:：TDMA帧号，来自时钟单元，由T1、T2、T3构成，在MS中，由缩减帧号T1、T2、T3’构成。

T1 (11bits) 0~2047 =FN div (26*51)T2 (5bits) 0~25 =FN mod 26T3 (6bits) 0~50 =FN mod 51T3’ (3bits) 0~4 =(T3-1) div 10其中FN为TDMA帧号，范围0~2715647(26*51*2048-1)FN通过时钟单元向每个FU发送，FN本身的值不发送，只发送T1、T2、T3的值。

FN参与跳频的计算，使得跳频序列以FN为周期，重复时间约为3小时，充分保证了跳频的随机性。

2.信道专用参数，在信道分配信息中指定到每个信道。

(1)M A：跳频频率子集（移动台频率分配表），定义本信道使用的跳频频率集，是CA的一个子集，频率数量N限制1≤N≤CA频率数，(1≤N≤64)。

该参数由信道分配过程所描述的设置信道属性消息指定。

在设置信道属性消息中的ARFCN List参数即反映了ARFCN。

(2)M AIO：频率子集初始偏移（移动台频率分配表初始偏移），用于指示使用相同MA的不同信道所使用的频率在MA中的初始偏移。

该参数也由信道分配过程所描述的设置信道属性消息指定。

在设置信道属性消息中的MAIO参数的结构如下。

(3)HSN：跳频序列号，可取64种不同的值，0≤HSN≤63。

该参数也由信道分配过程所描述的设置信道属性消息指定。

在设置信道属性消息中的HSN参数的结构如下。

B.G SM系统中的跳频算法对于一个给定的参数集，为了得到每一信道的绝对频道号ARFCN，使用MAI作为该信道在MA频率集中的索引，MAI取值0到N-1，MAI=0时即指向MA中最低的绝对频道号ARFCN。

具体算法如下：1.HSN=0时MAI=(FN+MAIO) MOD NARFCN=MA(MAI)其中：FN=51*((T3-T2) MOD 26)+T3+51*26*T1MA(i)是一张查ARFCN的表0≤i≤N-12.HSN≠0时，ARFCN的计算参看图4其中NBIN=INT(log2N+1)图4 跳频算法(HSN≠0)上图中，查随机表RNT(i)过程的RNT表如下：4. ZXG10中以BBX方式实现跳频的过程在本BTS系统中，要求兼顾基带跳频与射频跳频的实现，故系统中专门设立了一个BBX基带交换单元作为跳频实现的硬件环境。

下面具体结合BBX描述跳频功能在本系统中的实现过程。

BBX介绍：ZXG10同时具有BB FH 和RF FH 的功能，为此特别设计了一个BBX（基带交换）模块，具体原理如图所示。

FU模块 X 6BBX总线CU模块 X 6图5 BBX电路原理示意图图中的RBBX模块实际上同与FU在同一单板上实现，TBBX同CUI做在同一单板上。

跳频总线由机架背后的总线连接到各框的FU-BUS。

在实现基带跳频的方案中，BBX的作用是在帧单元和载频单元之间，起一个交叉连接的作用。

实际上是在下行方向的载频单元一侧，用总线选择的方法，选取多路帧单元信号中的一路，进行发射。

而在上行方向的帧单元一侧，也同样用总线选择的方法，选取多路载频单元信号中的一路，进行接收处理。

从而达到了实现基带跳频的目的。

具体的：(1)在载频单元的下行数据入口处(TBBX中)，根据帧单元对跳频的计算结果，对来自帧单元的下行数据进行选择，选取符合本载频单元发射频率的一路信号，将其转接到载频单元上进行发射。

对于一个装备N个帧单元的BTS系统而言，就是要在N条下行数据链路中完成一个N选1的功能。

在本DCS1800系统中，每个BTS最多配置6个FU和CU，故N取值为6。

(2)在帧单元的上行数据入口处，根据帧单元的跳频计算结果，或者根据下行链路的选择结果，对来自多个载频单元的上行数据进行选择。

由于接收分集的原因，从每个载频单元来的数据有两路，所以对一个装备N个载频单元的BTS系统而言，存在2N条上行链路。

BBX需要完成2个同步的N选1的功能。

本系统中N取值为6。

另外在时间上，由于GSM协议规定上行和下行链路在无线接口上有3个时隙的时间延时，同时考虑到上下行数据在CU中各有一个接收转发的过程，所以在BBX接口上，上下行数据的整个时间差将达到5BP。

在具体实现时应满足该时间要求。

(3)实现BBX与帧单元及载频单元的接口，采用串行无帧格式连接。

考虑到跳频实现的需要及上下行数据本身的需要，串行数据内容定义如表1和表2所示。

在下行数据中byte0的3bit有效位(取值0~5)信息表明，本下行数据即将发往几号载频单元，在每个TBBX中，将同时监视下行总线上6条下行链路中的byte0，并利用该信息，选取下行总线中地址相符的一路发往与之相连的CU。

同时，在RBBX中，将监视与其相连的FU下发数据中的byte0(3bit)，并予以保存，在5个时隙之后，RBBX将根据此信息在上行总线中选取其中的2条(分集原因)链路，连往该RBBX所在的FU。

在下行数据格式中byte1~byte2中的10bit信息，指明了该时隙数据将在哪个绝对频道号上发射。

在系统跳频方案以基带跳频实现时，该数据不起任何作用，在CUI中将byte1~byte2滤掉即可。

而当系统跳频以射频跳频实现时，CUI则将利用该信息去控制TRX的频率合成器，以达到射频跳频的目的。

同时在采用射频跳频时，应将FU与CU进行一对一的直连。

上下行数据格式中，链路校验字节(LRC)的设立是为了防止数据链路的传输错误，对检验出传输错误的数据，可以不予发射或接收处理，以免扩大错误。

这样可使系统更加可靠。

（TRU 上下行校验错会关功放）在实现射频跳频的方案中，BBX只是起一个完全透明的直接连接的作用。

将来自帧单元的N路信号直接连接到相应的N路载频单元上，而不进行任何交换与处理。

跳频则完全交由帧单元的绝对频道号计算以及载频单元的频率合成器控制来实现。

A.基带跳频的实现在系统跳频以基带跳频方式实现时，由于跳频总线BBX_Bus仅在同一BTS内部连接，而一个BTS内部最多只装备6个TRX，所以分配给每个信道的跳频频率集MA的频率数有其特殊的限制，具体视BTS装备TRX数而定，若装备N个TRX，则MA频率数小于等于N，且N<=6。