GSM跳频数字直放站之我见

2016-08-11李立

大科技 2016年16期

关键词：直放站宽频发射机

李立

（桂林思乐维信息技术有限公司广西桂林市541000）

GSM跳频数字直放站之我见

李立

（桂林思乐维信息技术有限公司广西桂林市541000）

近年来，移动通信网络技术的发展和应用，人们对网络服务的质量及覆盖率要求也日益提高。当前，我国的4G网络建设尚处于起步阶段，技术尚未成熟，网络的覆盖率也没有达到用户的需求，因此运营商需要在GSM移动通信网络建设上投入更多的精力。直放站具有性价比高、建设时间短等优点，因此在网络建设中得到了广泛的应用。近年来，随着数字技术的发展，传统的直放站逐渐被数字化直放站所取代。本文以GSM跳频数字直放站作为主要的研究对象，介绍了相关的技术和应用方法。

GSM；数字直放站；数字中频；跳频

引言

GSM在我国是一项近年来才兴起的移动通信技术。尽管应用的时间并不长，但是GSM网络通信系统当前在我国已经有着广泛的覆盖率、用户人数以及业务类型，并成为了我国移动通信系统中的重要组成部分。当前，我国相关部门已经开始进行GSM移动通信系统的升级和更新，但在网络覆盖率、技术成熟性、业务水平等方面仍存在一些缺陷。GSM移动通信技术具有广泛的应用前景，为此，通信网络的运营商必须及时对GSM网络进行扩容和优化，充分发挥GSM的功能和优势，为用户提供更好的网络服务。

1 直放站引入对GSM移动通信系统的干扰分析

直放站的引入会造成一定的基底噪声。基底噪声也可以成为底噪，是直放站输入端不接入设备时，输出端产生的信号。直放站从性质上来看属于一种双向放大设备，其在放大信号的同时也会产生一定的噪声。而直放站又是一个有源设备，直放站从某种程度上来看还相当于是一个干扰源，可以发射噪声信号。基底噪声主要有两个方面的来源，其中一部分来源于设备内部，这一部分的噪声来源于直放站内部的电阻热和有源器件，这一部分噪声成为静态噪声。另一部分噪声来源于外部环境的噪声，被称为动态噪声。外部环境中的噪声还分为自然噪声和人为噪声两类，其中自然噪声主要指大气、太阳噪声等，而人为噪声则指各种电器设备的噪声，例如汽车的噪声、各种生产设备的噪声等。

此外，直放站的引入还会产生一定的同频及邻频干扰。同频干扰知识接收机内部的信号频率与有用信号的频率相同，从而对有用信号产生一定的干扰。这种干扰也被成为同信道干扰。无论是有用信号还是无用信号，都会在接收机中被放大，并落入中频范围内。邻频干扰则是指有用信号相邻的频率对有用信号产生一定的干扰。邻频干扰主要是由发射机及接收机的异常状况所导致的。GSM移动通信系统中的频带受到较大的限制，为了确保频谱效率以及通信容量，频点之间的距离较小。此外，GSM系统还会受到设备性能的影响，导致接收滤波器的衰减不够明显，从而导致相邻的信号之间出现泄漏。

在GSM系统中，主要通过提高频率利用率的方式来增加系统的容量。但当频率的密度较高时，就会造成同频或邻频干扰的现象。为此，可以通过严格控制基站的信号覆盖范围来减弱这一干扰，具体是通过使用相同频率组之间的距离来降低同频干扰。直放站的引入会导致GSM系统中的电磁环境更加的多变复杂。图1是直放站引入前后信道同频干扰的环境（如图1）。

图1 移动用户处下行链路上的同频干扰

图2 基站处上行链路上的同频干扰

2 现有直放站的类型及不足

当前使用的直放站有很多不同的类型，不同类型的直放站在性能和型号上也有很大的差异。根据信号传输的带宽可以分为宽频直放站和频率选择直放站两种主要的类型。而根据信号传输的方式可以分为同频直放站、移频直放站、光纤直放站等几种类型。

2.1 宽频直放站

宽频直放站是一种结构较为简单，且使用成本较低的直放站，其结构见图3。宽频直放站的作用过程是先将通信带宽内的信号先进行整体的放大，再分配到不同的运营频段中。在放大信号的过程中，它不会区分信号是否有用，而是将所用的信号进行统一的放大。这就会导致无用的信号也被放大，并被传输出去，导致空间中存在较强的干扰信号。长期使用这种直放站会导致空间中的干扰信号进一步加强，并严重干扰正常信号的传输，干扰其他移动设备的接入，干扰移动通信的效率和质量，降低通话的效果。

图3 宽频直放站结构框图

2.2 频率选择直放站

频率选择直放站的结构见图4。这种直放站在宽频直放站的基础上产生的，并有效的改进了传统宽频直放站的缺陷，通过增加多个选频器选定特定的几个频点进行放大并转发。这种直放站的优点在于可以有效的降低无用信号的转发率，从而见笑了对移动通信设备运行状态的影响。这种直放站的通信带宽较小，因此每个载波分配到有效功率的几率就更大，从而降低了功率放大器的负载。但由于增加了许多个选频模块，设备的内部结构更加的复杂，设计和应用的成本也有所提高。当混频隔离器之间的隔离没有做好时，还会导致信号的泄露，从而极大的影响通信的质量。

图4 频率选择直放站结构示意图

2.3 光纤直放站

图5 光纤直放站传输图

光纤直放站是通过光纤将基站的耦合信号向外传输的，并通过一定的光电转换后将这一耦合信号发射出去。由于光纤中的信号都是相互独立的，不会产生相互的干扰，因此只需要使用一定的设备就可以对上下行的信号进行同时的传输，不需要设置专门的光缆。近端机通常设置在机房内部的基站中。采取光纤传输的方式可以降低噪声的产生，并无需考虑天线接收到的信号的单纯性。远端设备则安装在信号加强覆盖的区域内。这一类型的直放站具有稳定性高、覆盖范围大、传输效果好，且设计和安装较为简便等优点，能够避免出现同频干扰的现象，传输距离可以达到50m以上。除了上述的这些优点之外，光纤直放站的一个最大的优势在于可以实现一对多的覆盖方式，采用链状、星型、环型等多种组网形式。

光纤直放站的一个缺陷在于时延现象。GSM系统对信号延时的容许极限是12us。当时当采用光纤直放站时，由于是一对多的覆盖方式，再加上地理位置的影响，往往会造成信号传输的进一步的延时。

针对这一问题，可以通过减少设备放大带宽的方式来降低设备中发出的无用信号，减少对移动通信技术的干扰。但是当系统中的载频数量较少时，直放站中也必须配置相同数量的选频通道。这会极大的增加直放站应用的成本，并影响其降噪的效果。

3 GSM跳频的好处

GSM移动通信技术通常采用跳频的方式来改善信号的质量，其优点主要体现在两个方面，分别是频率的分集和干扰分集。

3.1 频率分集

频率分集的作用是减小多径效应所引起的信号快速衰落的现象。所谓的多径效应是指由于无线电波的传播方式不同而引起的接收机信号叠加的现象。这种现象在建筑物较为密集且环境复杂的区域内更加常见。快衰落的一个显著的性质是在一个波长的范围内会出现多个电平的波动和激烈的相位变化。这种快速的衰落或导致误码的大量出现，对通信的质量产生极大的破坏。

3.2 干扰分集

GSM通信系统是一个自干扰系统，并且随着覆盖面积的减小以及频率覆盖率的提高，其同频和邻频干扰的影响会进一步扩大。此外，该系统还会受到外部环境噪声的干扰。而跳频的干扰分集作用能够使得空间中的信息传输随机性显著上升，减轻远近效应的影响，并提高系统的安全性。

4 GSM跳频的种类

当前，GSM移动通信系统中所使用的跳频方式主要有两种，分别是基带跳频和射频跳频。

4.1 基带跳频

所谓的基带跳频就是把每一帧的基带信号转换成不同的发射载频，然后通过发射机进行发射。这需要在系统中配置不同频率的发射机，每个发射机中还要采用低能耗的滤波器进行合路，减少发射机中信号强度的减弱。基带跳频发射机上的发射频率都是固定的，若需要改变频率，则需要通过手动操作的方式进行调整。当发射业务信号时，基带处理器需要将每个脉冲上所承载的信号发送到基带总线上，发射机对总线上的信号进行持续的扫描，最后将符合频率要求的信号进行发射。

4.2 射频跳频

射频跳频也被成为频率合成跳频。射频跳频的发射机频率不是固定的。其作用机理是通过改变频率合成器的频率，使得无线发射机的工作频率发生一定的变化。通常，射频跳频的设备只包括快带合路器，并且数量不能超过8台，否则会导致系统的能量损耗过大，影响信号的覆盖率。射频跳频中的处理器在发射脉冲信号的同时，还要合成一定的控制信号。当前，射频跳频技术的研究重点在于实现快速变频和信号质量之间的平衡与协调。