案例分析之射频跳频算法与干扰分析-兰州办-郭伟

1 12 射频跳频算法与干扰分析射频跳频算法与干扰分析 日期2011 年 9 月 作者华星兰州办 RNO 郭伟 产品类别产品类别 GSM CASECASE IDID 适合用户 故障级别故障级别 Major 关键字关键字 MAIO HSN 射频跳频算法 2 12 问题现象问题现象 MAIOMAIO 设置错误导致问题区域持续邻频干扰设置错误导致问题区域持续邻频干扰 图 1 玉林城北水厂基站开通测试区域的电平覆盖图 图 2 玉林城北水厂基站开通测试区域的质量图 测试车辆从城北水厂基站向东行驶 手机占用玉林城北水厂基站 2 26967 10272 覆盖良好 RxlevelSub 85 通话质量较差 RxQulSub 7 图 3 测试车辆从城北水厂基站向东行驶 手机占用玉林城北水厂基站 3 12 2 26967 10272 覆盖良好 RxlevelSub 85 通话质量较差 RxQulSub 7 通过回 放路测试数据发现 MAIO 值设置为 5 MAIO 数据与玉林市区射频跳频整体规划冲突 玉 林市区采用 1x1 射频调频 MAIO 规划为 0 2 4 6 8 10 图 3 问题区域话音质量图 原因分析原因分析 玉林市区射频跳频采用 1X1 规划 射频跳频序列 MA 设置为 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 保护频点为 108 BCCH 频段 为 109 124 我们先来讨论一下跳频算法 我们先来讨论一下跳频算法 下面首先介绍与跳频算法相关的几个参数 CACA 小区分配表 小区所使用的频率序号集合 FNFN TDMA 帧号 在同步信道上广播 BTS 和移动台通过 FN 取得同步 0 2715647 由 GSM 内部计数器 T1R T2 T3 产生 MAMA 用于移动台跳频的无线频率序号集合 是 CA 的子集 MA 包含 N 个频率序号 1 N 64 FHSFHS 跳频序列 FHS FrequencyHoppingSequence 4 12 MAIOMAIO 移动分配偏移量 0 N 1 在通讯过程中 空中接口上采用的无线频率序号是 集合 MA 中的一个元素 MAIMAI 移动分配索引 0 N 1 就是用于确定 MA 中的一个确定元素 也就是说 实际 使用频点由 MAI 指定 MAIO 是 MAI 的一个初使偏移量 目的是防止多个信道在同一时间争 抢占同一载频 HSNHSN 跳频序列号 0 63 确定了跳频时所采用频率集中的跳频序列 HSN 0 时为周期 循环 跳频 HSN 0 为随机跳频 周期 循环 跳频模式是指相同的跳频序列被周期性地使用 即 HSN 0 随机跳频模式是指先产生一个伪随机数列 pseudorandomsequence 作为 HSN HoppingSequenceNumber 然后根据 HSN 和 FN FrameNumber 由 GSM 内部计数器 T1R T2 T3 产生 通过 GSM05 02 所规定的跳频算法得到 MAI MobileAllocationIndex 而 MAI 就是 MA MobileAllocation 表格的索引值 它与 FHS 映射 从而得到 ARFCN AbsoluteRadioFrequencyChannelNumber 跳频算法如下图 跳频算法如下图 5 12 跳频序列产生的具体算法 跳频序列产生的具体算法 根据 GSM 协议 0502 的描述 HSNHSN 0 0 周期 周期 循环跳频 则 循环跳频 则 MAI integer 0 N 1 MAI FN MAIO mod N MAI 整数 0 N 1 MAI S FN MAIO 模 N N 是跳频序列长度 注 当 DTX 功能使用且循环跳频时 应避免使用 N 模 13 0 的 N N 应避免 Nmod13 0 因为 在这种条件下 当同一频点上发送和测量的概率很大 以玉林联通市区 GSM 网络为例 MA 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 假设 MAIO MAIO 0 0 FN FN 1212 MAI 12 0 模 12 0 MAI 13 0 模 12 1 MAI 14 0 模 12 2 MAI 15 0 模 12 3 MAI 16 0 模 12 4 MAI 17 0 模 12 5 MAI 18 0 模 12 6 MAI 19 0 模 12 7 MAI 20 0 模 12 8 MAI 21 0 模 12 9 MAI 22 0 模 12 10 MAI 23 0 模 12 11 跳频序列 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 MA 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 假设 MAIO MAIO 0 0 FN FN 1313 MAI 13 0 模 12 1 MAI 14 0 模 12 2 MAI 15 0 模 12 3 MAI 16 0 模 12 4 MAI 17 0 模 12 5 MAI 18 0 模 12 6 MAI 19 0 模 12 7 MAI 20 0 模 12 8 MAI 21 0 模 12 9 MAI 22 0 模 12 10 MAI 23 0 模 12 11 MAI 24 0 模 12 0 跳频序列 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 96 6 12 HSN 0HSN 0 1 631 63 则 则 M 整数 0 152 M T2 RNTABLE HSN T1R T3 S 整数 0 N 1 M M 模 2NBIN T T3 模 2NBIN M N S M MAI S MAIO 模 N M N S M T 模 N MAI 整数 0 N 1 MAI S MAIO 模 N S 是根据帧号 跳频序列号经过计算得到 MAI 是通过 S 加跳频偏移量然后模实际分 配的载频数 工程中为简便判断是否存在同 邻频碰撞问题 可以简单掌握以下公式 MAI S MAIO mod N RFCHN MA MAI FN 为 TDMA 帧号 0 2715647 RFN 为缩减 TDMA 帧号 19 比特 信道编码前 RFN 缩减算法 RFN T1 T2 T3 T1 FN 26 51 取整 T1 11bit 范围 0 2047 T2 FN 模 26 T2 5bit 范围 0 25 T3 FN 模 51 T3 6bit 范围 0 50 T3 T3 1 10 T3 3bit 范围 0 4 T1R T1R T1 模 64 FN 26 51 取整 模 64 T1R 6bit NBIN number of bits required toreprent N N 需要的比特数 NBIN INTEGER 2N 1 即 NBIN log2 N 1 取整 HSN T1R HSN 6bit 异或 T1R 6bit HSNxorT1R RNTABLE 随机参数表 为取值 0 113 整数的函数 包含 114 个整数的函数表 定义如下表 地址内容 000 009 48986313695781029573 010 019 0642581765912423104100 020 029 101471188518569686542 030 039 803412713689571031275 040 049 55111753810971112291188 050 059 8719368110263331845 060 069 825840107325106926267 070 079 771081223760661214251126 080 089 11711449043525311312072 090 099 1649779119612284997 100 109 911521244639931056570 110 113 1259917123 HSN 0 时 S 等于帧号 HSN 0 时 S 只与帧号 跳频序列号相关 当 HSN 确定后只要帧 号相同 则 S 必然相同 因此在同步小区中 由于各小区的各 TRX 所采用的帧号完全一致 可以对各同步小区的不同跳频组使用 HSN 适当设置 MAIO 就可以避免同基站各小区及小区 载频的同邻频碰撞 伪随机跳频规则实质上是一种持续周期为六分钟的随机序列 因为这种随机序列仍然 具有一定的规律 只是这种规律持续的周期较长 规律本身很复杂 所以严格意义上 这 7 12 种跳频方式应该被称为 伪随机跳频 随机跳频序列在干扰平均方面优于循环跳频序列 使用随机跳频 某话路占用的频率被 无规则 实际上周期为六分钟 随机分配 以本次 DT 测试问题为例 该基站 2 小区 HSN 12 MAIO 4 FN 369 时 RFCHN 如下 前 50 个 107 106 107 106 107 104 103 106 104 103 105 101 102 101 107 107 104 105 102 106 106 107 101 107 106 104 104 101 102 104 107 104 104 103 105 103 101 102 101 103 104 100 100 102 106 100 105 105 100 100 100 该基站 2 小区 HSN 12 MAIO 5 FN 369 时 RFCHN 如下 前 50 个 96 107 96 107 96 105 104 107 105 104 106 102 103 102 96 96 105 106 103 107 107 96 102 96 107 105 105 102 103 105 96 105 105 104 106 104 102 103 102 104 105 101 101 103 107 101 106 106 101 101 101 该基站 2 小区 HSN 12 MAIO 6 FN 369 时 RFCHN 如下 前 50 个 97 96 97 96 97 106 105 96 106 105 107 103 104 103 97 97 106 107 104 96 96 97 103 97 96 106 106 103 104 106 97 106 106 105 107 105 103 104 103 105 106 102 102 104 96 102 107 107 102 102 102 由以上 RFCHN list 可以看出 该小区由于 MAIO 设置错误导致持续的邻频干扰 我们再来讨论一下跳频技术的原理我们再来讨论一下跳频技术的原理 基带跳频原理基带跳频原理 基带跳频 Baseband Hopping 简称 BBH 即每个 TRX 总是收发相同的频率 但 MS 被不停地 放置 到不同的载频单元 CarrierUnit 上 从而实现频率的跳变 基带跳频的 原理是将话音信号随着时间的变换使用不同频率发射机发射 BTS 的载频单元和帧单元 Frame Unit 简称 FU 是分离的 因而跳频的实现就是靠一个内部的频道开关 将每 一 个帧单元分配给相应的载频单元 在 Alcatel 的 BTS 上 BBH 得到了普遍应用 其中 跳频 的频点数取决于 TRX 数 N hop N TRX 需要说明的是 射频 跳频必须有两个发射机 一个固定发射载频 F 因它带有控制信道 BCCH 另一发射机载 波频率可随着跳频序列的序列值的改变而改变 所以 对 Alcatel Micro BTS 来说 它只 能配置一个或两个 TRX 如果需要采用跳频就必须采用射频跳频 射频跳频就是 MS 的话音信号用固定的发射机 由跳频序列控制 随着时间的变换采 用不同频率发射 是把某个时隙切换到相应的频率上完成跳频工作 其原理如下图所示 01234567 TRX1 TRX2 01234567 TRX1 TRX2 9 12 图 5 射频跳频原理图 射频跳频碰撞与干扰射频跳频碰撞与干扰及其影响及其影响 同跳频组间的干扰是跳频信道干扰的主要形式 而 频率碰撞 正是这种干扰产生的 原因 对于跳频信道 之所以不能给出一个类似于非跳频信道的 9Dbm 原则的标准 是因 为跳频干扰受到多种因素的影响 话务量的大小 频点复用比和 DTX 是否打开等不确定因 素都会影响跳频信道的干扰程度 在下面的讨论中话务量 频点复用比方面的因素将以参 考值的为准 话务量 信道占用率平均为 30 30 射频跳频频点复用比 以 1X3 网络 S3 3 3 基站为例 每小区有 2 个载波参与跳频 每 MA 包含 4 个频点 跳频负载为 2 4 2 4 5050 DTX 从实测数据来看 受 DTX 影响在 TCH 信道占用期间 实际上有信号发射的时 间为总占用时间的 50 50 当移动台占用跳频 TCH 信道进行通话时 如果存在与当前信道相同跳频组并且信号比 较强的相邻小区 此时相邻小区信号作为干扰源其频点与移动台下行占用频点发生碰撞的 概率计算过程如下 移动台在某时刻 Burst 占用任意频点 此时干扰信道同时占用该频点的概率为 2 4 2 4 5050 假设该小区的未开启射频跳频的邻区为 2 载波 同时不考虑话务和 DTX 因素 考虑到话务因素和 DTX 的影响 实际上该邻区任意信道有信号发射的概率是 30 50 所以移动台此时频点受邻区频点 碰撞 的概率应该是 2 4 2 4 30 30 50 50 7 5 7 5 如果话务量比较大 信道占用率平均为 70 那么移动台此时频点受邻区频点 碰撞 的概率应该是 2 4 2 4 70 70 50 50 17 5 17 5 射频跳频碰撞对于射频跳频碰撞对于 RxQualRxQual 的影响的影响 前文所述 频点碰撞 概率的大小究竟对 RxQual 有多大影响 查阅参考资料后分析 10 12 如下 经常遇到的 RxQual 值有两种 RxQual full 和 RxQual sub 测量周期 TCH 的测量周期为 480 ms 其中包含 100 个 TCH 的 Burst 和 4 个 SACCH 的 Burst 计算方法 RxQual full 是对测量周期内所有的 100 个 TCH Buest 和 4 个 SACCH Burst 取平均值 RxQual sub 是对 8 个 TCH Burst 和 4 个 SACCH Burst 共同取平均值 对对 Rxqual fullRxqual full 的影响 的影响 由于 RxQual full 是对整个测量周期内的所有 TCH Burst 的误码率进行平均 所以对 RxQual full 的估算比较简单 以下分析中的相关因素参考前面的假设 在测量周期内的 104 个 Burst 中出现 频点碰撞 的个数应该是 104 7 5 7 8 如果出现 频点碰撞 的 Burst 的误码率平均为 30 的话 平均误码率为 7 8 30 100 2 34 RxQual Value 4 但是 如果出现 频点碰撞 的 Burst 的误码率平均为 50 结果为 7 8 50 100 3 9 RxQual Value 5 由于在使用 DTX 的情况下 RxQual full 值并不能很好的反映当前信道质量 所 以还需要对 RxQual sub 进行具体分析 对对 RxQual subRxQual sub 的影响 的影响 由于 RxQual sub 的计算过程只对测量周期内的 12 个 Burst 的误码率进行平均 所 以对 RxQual sub 得估算比较复杂 11 12 由于 频点碰撞 情况发生的随机性 可以认为参与计算的 12 个 Burst 的 碰撞 概 率均为 7 8 那么 12 个 Burst 中不出现 碰撞 的概率为 1 7 8 12 37 74 出现一次的概率为 12 7 8 1 7 8 11 38 31 出现一次以上的概率为 1 37 74 38 31 23 95 话务量为分别为 30 和 70 时 每个 Burst 出现 碰撞 的概率和在出现 碰撞 的 Burst 的误码率分别为 30 和 50 时 最终的 RxQual sub 值详见跳频碰撞 RxQual sub 概率统计表 碰撞次数碰撞次数 0 01 1 大于大于 1 1 话务量负荷 30 时出现几率 37 74 38 31 23 95 话务量负荷 70 时出现几率 9 94 25 31 64 75 误码率为 30 02 5 5 误码率为