GSM扩容工程网络规划设计毕业论文

福州 GSM扩容工程网络规划设计 1 目录 第一章 绪论 . 1 1.1 课题意义和目的 . 1 1.1.1 课题意义 . 1 1.1.2 课题目的 . 1 1.2 网络规划介绍 . 5 1.2.1 无线网络规划流程 . 5 1.2.2 无线网络规划的难点 . 6 1.2.3 预规划的依据 . 7 1.2.4 网络优化简介 . 8 1.2.5 网络规划软件介绍 . 8 1.3 无线系统介绍 . 9 1.3.1 无线传播原理 . 9 1.3.2 多经传播和衰落 . 10 1.4 H 公司关键算法介 绍 . 11 1.4.1 切换算法 . 11 1.4.2 功率控制算法 . 14 第二章 GSM 理论概述 . 15 2.1 移动通信发展过程 . 15 2.1.1 蜂窝移动通信的产生 . 15 2.1.2 蜂窝移动通信的发展 . 15 2.1.3 GSM 蜂窝移动通信的在我国的发展 . 16 2.1.4 3G 的提出和目标 . 16 2.2 GSM 的关键技术 . 17 2.2.1 多址技术 . 18 2.2.2 功率控制 . 18 2.2.3 蜂窝技术 . 18 2.2.4 频率复用技术 . 19 2.2.5 跳频技术 . 19 2.3 GSM 的系统组成 . 19 2.3.1 GSM 系统结构 . 19 福 州大学本科生毕业设计 ( 论文 ) 2 2.3.2 GSM 系统接口结构 . 20 2.3.3 GSM 系统功能 . 22 第三章 GSM 扩容工程网络规划设计介绍 . 23 3.1 概述 . 23 3.1.1 福州地理环境 . 23 3.1.2 福州 GSM 网络现状和工程介绍 . 23 3.2 网络规划数据收集与分析 . 25 3.2.1 数据收集 . 25 3.2.2 数据处理 . 25 3.3 站址规划 . 25 3.3.1 站址选定 . 25 3.3.2 站址勘测 . 26 3.4 功率预算和上下行平衡 . 27 3.4.1 功率预算 . 27 3.4.2 上下行平衡 . 27 3.5 覆盖规划 . 29 3.5.1 天线选用原则 . 29 3.5.2 天线安装原则 . 30 3.5.3 覆盖预算 . 31 3.5.4 覆盖预测 . 31 3.6 频率规划 . 33 3.6.1 频率计划 . 33 3.6.2 干扰分析 . 33 3.6.3 抗干扰措施 . 34 第四章 工程实施情况介绍和网络优化设计 . 36 4.1 工程实施情况介绍 . 36 4.2 网络优化设计 . 36 总结 . 40 致谢 . 41 参考文献 . 42 福州 GSM扩容工程网络规划设计 3 摘要： 当今的社会已经进入了一个信息化的社会 ,没有信息的传递和交流 ,人们就无法适应现代化的快节奏的生活和工作 人们期望随时随地 及时可靠 不受时空限制地进行信息交流 ,提高工作的效率和经济效益 这些需求推动移动通信技术的发展 ,从第一代模拟移动通信系统的产生 ,蜂窝移动通信已经经历了很长的发展历程 ,无线网络规划与优化也伴随着移动天线技术的发展从无到有 ,从简单到复杂 ,网络规划是无线移动通信工程建设和运行的重要环节 网络规划是建设 一个网络的基础 ,良好的网络规划能满足用户的需求和节省投资 ,网络规划是决定网络质量的最根本因素 规划工作内容主要包括 :基站布局 信道分配 小区数据规划 其重点在于对网络建设提供一个完整的设计对网络建设提供一个完整的设计 网络 规划的关键在于准确进行覆盖预测 基站布局对网络覆盖和容量的综合影响 理想站址与实际工程的差别以及网络发展的长期性和整体性规划 本文首先介绍了移动通信的产生 发展现状和发展目标 3G的需求 ,GSM的原理 主要 技术和组成 ,以及网络规划的流程 网络 规划的依据和网络规划工具的使用 其次 ,通过福州 GSM扩容工程网络规划设计这个项目学会网络规划的分析思路和网络规划的流程 ,同时掌握站址选择和基站勘测 覆盖规划 功率 预算和上下行平衡 干扰 分析等网络规划相关专题内容 ,以及对网络存在问题的优化方法等内容 关键词： 移动通信 ,GSM,网络规划 ,网络优化 Contemporary society has entered information society , no communication and information exchange, it can not adapt to the fast pace of modern life and work.People expected at timely and reliable manner without time limit for the exchange of information, in order to improve work efficiency and cost-effectiveness of the demand-driven. Mobile communications technology, from the first generation analogue mobile communications systems have, cellular mobile communications has undergone a long development process, wireless network planning and optimization of mobile antennas also accompanied by the development of technology from scratch and from simple to complex, network planning is wireless mobile communication construction and operation of this important link. Network planning is to build a network foundation, a good network planning to meet user needs and savings investments, network planning decisions network quality is the most fundamental element planning mainly include : BTS position 、distribution channels Cell data planning. Estate planning with an emphasis on data networks to provide a complete building design to provide a complete network building design network planning is the key to accurate forecasting stations covering the layout of network coverage and capacity of the combined effects, ideal site with the actual project and the difference in the long-term and holistic development of network planning. This article first introduced mobile communications have the current development and development goals 3G demand 、 GSM principles major technical and composition, as well as network planning processes 福 州大学本科生毕业设计 ( 论文 ) 4 network planning and network based on the use of planning tools. Secondly, through Fuzhou GSM network capacity expansion project planning design of the project network planning and network analysis of the planning process, while master site selection and construction surveying cover planning power budget and on the balance interference analysis network planning topics related content, as well as problems of network optimization methods content. Mobile Comunication,Gsm,Network Planning 第一章 绪论 1.1 课题意义和目的 1.1.1 课题意义 随着我国移动通信事业的蓬勃发展，运营商越来越重视无线网络规划工作，对于运营商来说，系统所能提供的服务质量是最关心的问题，其中覆盖范围是服务质量重要方面。同时，在无线频率资源一定的情况下，如何增加网络容量、如何满足网络未来发展的需求是设计时需考虑的。以上问题都需要通过网络规划来解决，通过网络规划可以使 GSM 网络在覆盖、容量、质量、成本等方面实现良好的平衡。网络规划是建设一个网络的基础，良好的网络规划能满足客户的需求、节省资源，是决定网络成本和网络质量的根本因素。 无线网络规划的目标在于充分 利用频谱资源，周密规划，在满足业务需求的前提下，用最小的分期动态投入实现最大的技术经济效益。网络覆盖满足客户和技术规范双重要求，具有较强的前后向兼容能力；容量和质量满足市场需要，具有灵活的扩容能力和质量持续改经的能力；网络的管理、控制、升级和代换能力都方便快捷；系统内和系统间具有良好的抗干扰协调措施；技术经济上兼顾企业经济效益和社会效益，有利于多制式、多系统的共存和发展。它是一项系统工程，从无线传播理论的研究到天馈设备指标分析，从网络能力预测到工程详细设计，从网络性能测试到系统参数调整优化，贯穿了整个网络建 设的全部过程 1。 1.1.2 课题目的 本课题的目的在于通过网络规划设计使福州 GSM 扩容工程更合理、有效、福州 GSM扩容工程网络规划设计 5 经济的进行，使福州 GSM 网络质量能够在满足网络覆盖、容量业务需求的情况下，充分利用频谱资源，以最小的分期动态投入实现最大的技术经济效益，同时具有灵活的扩容能力和质量持续改经的能力，对网络的管理、控制、升级和代换都能方便快捷。课题提供的设计是福州 GSM 扩容工程实施的依据，对工程实施过程进行良好的监控，对工程实施过程中出现的问题及时的进行优化的处理，同时也伴随着工程实施对网络规划设计方案进行改进，以使得 福州 GSM 网络有更大的网络容量和更好的网络质量，让 GSM 网络更加有利于多制式、多系统的共存和发展。通过福州 GSM 扩容工程网络规划设计掌握网络规划的流程、 GSM 系统的相关知识。 1.2 网络规划介绍 1.2.1 无线网络规划流程 网络规划的流程如图 1-1 所示。 图 1-1 网络规划的流程图 第一阶段是话务覆盖分析。话务覆盖分析的目的是为网络规划提供依据，需要收集如下信息：成本限制、各类地图、覆盖区域类型、业务类型、人口分布、系统容量增长情况、收入分布情况等。 福 州大学本科生毕业设计 ( 论文 ) 6 第二阶段是仿真。话务覆盖分析后，需要结合目 前无线侧设备和已成熟的规划方法来进行网络规模估算，从而得到各类基站覆盖范围并计算出覆盖区基站数，再根据话务分析得到各基站配置，然后借助规划软件进行仿真，对估算结果进行验证和调整，确保区域的覆盖和容量目标。 第三阶段是勘测。按照仿真结果的站址进行实地勘测，根据各种建站条件（包括电源、传输、电磁背景、征地情况等）将可能的站址记录下来，再综合其偏离理想站址的范围、对将来小区分裂的影响、经济效益、覆盖区预测等各方面进行考虑，推荐合适的站址方案，并确定基站附近的电磁环境是否纯净。 第四阶段是系统设计。根据实际基站分布 和站型确定频率、邻区计划，确定各小区运行参数，完成相关的数据库制作。 第五阶段是安装调测。按照设计数据进行系统的安装和调测，使系统正常运行。 第六阶段是优化。随着用户的增加，网络需要不断地进行优化调整。优化是对规划方案实施后的细致调整和方案缺陷的补充，也包括突发话务量等异常情况的资源调整。一般我们采取路测、话统、告警和人为主观感受为优化的手段，而信令跟踪与分析在解决疑难杂症的时候起着决定性的作用。优化结束后，输出优化报告和未来网络建设建议 2。 当话务量增长突破建设指出的目标后，网络需要扩容，开始新一轮的 容量、覆盖分析。网络规划与优化伴随着无线网络的发展循环进行，如图 1-2 所示 10。 图 1-2 网络规划的循环示意图 1.2.2 无线网络规划的难点 在上一节描述的 6 各阶段中，一般将前四个阶段称为预规划 /规划阶段，而福州 GSM扩容工程网络规划设计 7 将后两个阶段称为优化阶段。一个网络的运行质量的高低预前期规划的好坏关系密切，后期的优化很难改变一个网络的结构、很难改变网络运行质量。因此需要在网络建设中充分重视网络的规划工作。 GSM 网络规划优化的难点一般体现在以下几个方面： 第一、传播环境复杂，信号起伏大，各种建筑物造成的多经传播差别大， 理论预测覆盖区比较困难。 第二、干扰现象严重。除了人为噪声外，各种同邻频干扰、互调干扰以及其他无线电干扰等，都要在工程设计中加以考虑并采取必要的措施将之抑制在允许的指标之内。 第三、频率资源受限，而且随着用户的大量增加更趋紧张。 第四、在实际工程中，因外界因素的影响，未频率复用而设计的蜂窝结构和基站布局无法完全按照规划方案实现 第五、特殊场合的规划设计 1。 1.2.3 预规划的依据 预规划的依据主要有三点： （ 1）服务区要求及话务量 一定区域内的话务分布和覆盖要求是进行网络规划的依据之一，一般由建设单位 提供。如果要求不明确，应通过现场进行调查分析，明确哪些地区需要满足覆盖和容量需求，哪些地区因用户少建站不经济，暂不考虑或降低服务质量指标；区分本期、远期网络建设的目标。将这些信息和话务量分布数据标注在 1/50000或 1/200000 地形图或城市规划图上。如果缺乏话务量分布数据，可以在图上标明不同区域各占总用户预测数的百分比。由于网络建设的阶段性，不可能从一开始就能实现区域内的全覆盖和容量需求。一般说来，网络建设初期，用户较少，重点考虑的是网络的连续覆盖；建设后期一般以提高网络服务质量为目标。 （ 2）邻近网络 信息 需要收集相关邻近区域已建网络的信息（包括分界处相邻基站的覆盖区设计、频率计划等），为本区域内的规划做好准备。 （ 3）地形地物数据 地形数据：开阔地、平地、丘陵、山区、水面等； 地物数据：人为环境如市区、郊区、乡村、交通干道（包括项目实施期间新增建筑、公路或景区等）等；地面建筑物数据如建筑物类型、建筑密度分布和地面植被（森林、草原、农作物等）。 预规划处于无线移动网络建设的前期阶段，也是最重要的阶段，体现了网络规划的系统设计水平。预规划决定了今后网络的格局、质量和发展空间。 福 州大学本科生毕业设计 ( 论文 ) 8 1.2.4 网络优化简介 GSM 移动通信网主要分交换传输部分和无线部分，由于用户的移动性和电波传播的复杂性，无线部分常常成为 GSM 网络质量的决定性因素。无线网络优化是指按照一定的准则，对通信网络的规划设计进行合理的调整，使网络运行更加可靠、经济，网络服务质量更高，资源利用率更高，这无疑对网络运营商和用户都有重要的意义。网络优化的流程如图 1-3 所示： 图 1-3 网络优化流程 前期的准备工作包括：对网络建设进度的了解、网络运行状况的分析、网络优化测试设备和分析软件的准备、网络规划报告和工程设计文件的收集等。 到现场后网络基本情况的获取 ，包括：对当地无线环境和话务热点地区的进一步考察、对实际安装的工程参数和网络参数的确认、与用户方沟通及了解用户的具体需求等。数据收集包括：手机用户的主观反映、路测收集数据、 OMC 收集数据等。数据分析包括：优化软件的后台分析、 OMC 的话务统计分析、网优分析工具等。网络参数调整包括：网络工程参数的调整和网络功能参数的调整。网络性能指标按照国家统一指标。网络优化报告包括本次优化的措施、网络达到的性能的指标、对网络发展提出有益的建议。 1.2.5 网络规划软件介绍 福州 GSM扩容工程网络规划设计 9 Nastar 软件是 H 公司自主开发的适用于 GSM BSS 900/1800 系统的网络规划和优化工具。综合利用 OMC-R 话统、配置、工程参数等数据，对 GSM BSS 网络进行深入综合的分析，提供了网络规划、性能分析、地理化和多种界面表现形式等功能。提供了话统、配置参数的公共接口，不同厂家的话统和配置数据能够通过公共接口导入到数据库进行统一分析。 Nastar 支持 H 设备 BSC 话统数据的动态导入，支持多个 BSC 同时分析。 利用 NESTAR 网络规划软件，可以对系统参数、网络容量、频率分配方案的设置和分析完成对网络的设计，模拟网络运行效果（如覆盖预测、话务分析、邻区 分配、频率计划、干扰分析等），指导工程建设。 NESTAR 工作在 PC 机平台上，采用 WINDOWS 2000/NT 操作系统，菜单结构组织合理，便于学习和操作，该软件可以安装在便携机上，随工程人员到现场进行设计和通过实际测试数据调整设计方案。 用 NESTAR 规划软件可以进行 Best Server 和 2nd Server 的覆盖分析，对于地形和地物比较复杂的地区，可以通过连续波测试校正 NESTAR 里面的传播模型，提高预测精度。可以根据覆盖预测的结果自动生成邻区列表，这样可以减少漏作邻区和“孤岛”效应的出现。 NESTAR 规划可以进行自动频率分配，同时在自动频率分配过程中，设计人员可以随时根据频率分配结果进行人工干预，调整设置参数，使频率分配结果产生的干扰更小。 可以针对频率规划的结果进行同频和邻频干扰分析，找到载干比不符合要求的区域和对应的干扰频点和被干扰频点，干扰分析能够考虑到跳频和 DTX 等对载干比的改善效果。采用 Cell Layer 的设置方式，支持对同心圆和双频网的规划。采用 Carrier Layer 的设置方式，可以将载波层分成不同的复用方式进行规划。支持对 BSIC 和 HSN 的规划。可以用绘图仪或彩色打印机输出同频载干比 C/I 和邻频载干比 C/A 的干扰分布图。针对规划结果可以进行统计分析，包括整个网络的覆盖和干扰统计，并以文本格式输出报告 9。 1.3 无线系统介绍 无线系统的特点在于用户的移动性、蜂窝组网结构和无线传播的不稳定性，这些特点是无线网络规划所必须关注的问题，也是网络规划的基础。 1.3.1 无线传播原理 在无线网络规划时，从频段的确定、频率分配、无线电波的覆盖范围、计算通信概率及系统间的电磁干扰，直到最终确定无线设备的参数，都必须依靠对电波传播特性的研究、了解和据此进行的场强预测。它是进行网络规划、 系统工程设计与研究频谱有效利用等所必须了解和掌握的基本理论。 福 州大学本科生毕业设计 ( 论文 ) 10 无线电波可通过多种方式从发射天线传播到接收天线：直达波或自由空间波、地波或表面波、对流层反射波、电离层波。如图 1-4所示。 图 1-4 不同的传播模式 (a) 直达波沿直线传播 (b) 视距通信的应用 (c) 地波传播 (d) 对流层对无线电波的不规则散射 (e) 无线电波通过电离层反射传播 1.3.2 多经传播和衰落 在蜂窝基站与移动台之间的通信不是通过直达路径，而是通过许多其他路径完成的。在 UHF频段，从发射机到接收机的电磁波的 主要传播模式是散射，即从建筑物平面反射或从人工、自然物体折射，因此，在 GSM无线通信环境中，信号的无线传播环境是相当复杂的，必须考虑各种地物地貌的影响 7。如图 1-5所示。 福州 GSM扩容工程网络规划设计 11 图 1-5 多经传播模型 所有的信号分量合成产生一个复驻波，它的信号的强度根据各分量的相对变化而增加或减小。其合成场强在移动几个车身长的距离中会有 20 30dB 的衰落，其最大值和最小值发生的位置大约相差 1/4 波长。大量传播路径的存在就产生了所谓的多径现象，其合成波的幅度和相位随移动台的运动产生很大的起伏变化，通常把这种现象称为多径衰 落或快衰落 7，如图 1-6所示。 图 1-6 传播衰落示意图 1.4 H 公司关键算法介绍 H 公司的算法参数主要是来自对算法本身的深入研究和基于大量仿真，以及外场测试的前提下得到的。在参数设置上，考虑了不同的网络结构，不同的地形环境，以及网络的不同阶段，不同负荷情况，并得到了完整的配置建议。网络规划工程师将根据该研究结果，结合网络实际情况，给出合理取值。 H 公司的算法主要分为切换算法和功率控制算法。 1.4.1 切换算法 1.4.1.1 紧急切换 福 州大学本科生毕业设计 ( 论文 ) 12 紧急切换是指切换的触发是快速的，目前紧急切换主要针对四种情况 ： TA高，接收质量差，接收电平下降速度快，干扰大。在紧急切换情况下，仅根据当前这次的小区排列次序而不是多次排序结果选择最佳的小区，加快系统的时间响应特性。 （ 1）高 TA值引起的切换 时间提前量在某种意义上可以作为限制小区大小的一个标准。 BSC 判断当前MS的 TA值是否超过了定义的最大 TA门限，如果超过了则发起一个由于 TA值太高的紧急切换。 （ 2） BQ引起的紧急切换 链路的传输质量是用误码率 BER（ Bit Error Ratio）来衡量的， BER变高的原因可能是太低的信号功率或信道干扰。 （ 3）电平快速下降 引起的紧急切换 这主要是判断在 MS 接收电平快速下降情况下所进行的紧急切换，因为如果此时仍然走正常的切换流程，也就是在 MS 接收电平低于边缘切换门限时才触发切换，则可能由于仍然进行 P/N判决而无法快速触发导致掉话。快速下降的判断是这一部分的重点，其判决方法是采用快速滤波器的概念。 对电平快速下降的情况，考虑到原始电平波动太大，拟对其进行短期滤波后再用判断电平快速下降的滤波器来看它是否是快速下降的，在经过平均滤波器滤波后，再用判断电平快速下降的滤波器处理。 （ 4）上下行干扰紧急切换 链路的误码率升高，但接收电平仍 然较强时，认为该信道受到了干扰，发起一次上下行干扰紧急切换。 1.4.1.2 负荷切换 对于话务密集的地区，在集市、聚会等特殊的情况下，由于系统资源有限，可能在某个区域引起话务的拥塞，而其相邻的小区系统容量还有剩余，在这种情况下，希望其它的小区可以分担拥塞小区的话务负荷。为此华为开发了负荷分担的动态切换控制。 这种控制方法是先 分析小区及其邻近小区的负荷及 CPU 占用情况，如果服务小区的负荷重而其邻近小区的负荷轻，则系统将会从小区的边缘分级地将用户切换到其邻近负荷轻的合适小区 。 同时该算法也注意了 BSC 整体的流量 情况。如果整个 BSC 的流量级别太高，如 CPU 负荷过大，则停止这种切换。通过这种方法，可以实现小区间的负荷分担，提高系统整体的接通率。华为实现负荷分担的方法是：逐步地动态改变边缘切换门限，使边缘切换门限逐渐向服务小区中心收缩，从而把小区边缘的话务切换到邻近小区，当服务小区话务负荷下降后，恢福州 GSM扩容工程网络规划设计 13 复边缘切换门限 。 1.4.1.3 边缘切换 当 MS上行电平或服务小区下行电平在 N个测量报告中有 P个低于边缘切换门限，则触发边缘切换。 1.4.1.4 分层分级小区切换 双频系统的切换是通过设置小区为不同的层（ CellLevel）、不同的优先级（ CellPriority）来实现的。也就是将双频系统当作是一个网络来处理，根据实际的需要可以将 GSM1800 的系统设置为较高的优先权。注意这里层越低其优先权越高，优先级级数越低其优先权越高。如：层 1 的小区比层 2 的小区有高的优先权， 优先级设置为 1的小区比优先级设置为 2的小区优先权高。 小区 分层、分级别功能的实现也是通过设置小区的层和同层小区优先级来实现的。小区一共分为 4 层，每层 16 个优先级。这样就可以保证在同等条件下，MS 将优先切换到优先权高的小区。使得小区的层和级别对切换候选小区的顺序起作用。 在网络特征调整模块中，同时判断邻近小区和服务小区是否是共 BSC/MSC的小区，这是由于为了适应独立组网的要求，尽量减少 BSC、 MSC间的切换。 1.4.1.5 PBGT 切换 在网络结构紧密的地区，实际的无线覆盖范围已经远远大于基站之间的距离，如果 MS 保持在一个小区通话，不能够有效的切换到距离较近，需要发射功率较小的小区，将会引起越区覆盖现象，增加了无线环境的干扰，给网络规划和优 化带来困难。为了解决这个问题，必须引入基于路径损耗的 PBGT 切换算法。 PBGT 切换算法是基于路径损耗的切换。 PBGT 切换 算法实时的寻找是否存在一个路径损耗更小、并且满足一定系统要求的小区并判断是否需要进行切换。PBGT切换带来了如下好处： （ 1）解决了越区覆盖问题。 （ 2）减少了双频切换的次数。 （ 3）使话务引导和控制有更灵活的手段。 （ 4）始终能提供用户当前最好的服务质量。 GSM05.08协议在附录中对 PGBT的计算有如下的描述： PBGT(n) 等于邻近小区下行接收电平 -（服务小区下行接收电平功控等级）各个参数含义如下 1.4.1.6 速度敏感性切换 福 州大学本科生毕业设计 ( 论文 ) 14 根据移动台的相对速度进行切换，以减少切换次数，降低掉话率。 这 里描 述的是 Active 模式下的速度敏感性切换。一般说来，手持式移动台是相对固定的，即使在稠密的微小区网中也不会导致不合理的越区切换次数。但存在一个问题：手持式移动台相对于小区大小而言是可以认为作快速运动的，如果由微小区网来处理，这种快速移动有可能导致相当多的越区切换，使呼叫控制非常困难。因此由宏小区来为这些快速移动的移动台提供服务，从而使越区切换的次数不会显著增加。 1.4.2 功率控制算法 控制无线路径上的发射功率的目的是在不需要最大发射功率，就能达到较好的传输质量的情况下，降低发射功率。这样做，既能保持传输 质量高于给定门限，又能降低移动台和基站的平均广播功率，减少对其它通信的干扰。 华 为功率控制分为上行功率控制和下行功率控制，上下行控制独立进行。上行功率控制移动台（ MS），下行功率控制基站（ BTS）。同一方向的连续两次控制之间的时间间隔由 O&M 设定。 H 公司功率控制算法主要特征有： （ 1）测量报告的预 处理使功率控制更加有效。预处理的主要措施有测量报告插值处理、补偿处理、加权处理以及滤波处理等。 （ 2）具有测量 报告预测功能，有效减少功率滞后。 （ 3）能够实现快速有效的功率控制 。针对接收电平的变化采用可变步长进行 功率控制调整，实现快速功控。同时针对质量的变化以固定步长进行调整，更为有效实现快速功率控制。功率控制最大调整步长后台可设。 （ 4）具有自适应功能，充 分保证算法的稳定性和高效性。主要有两方面：一是可根据通信环境不同，自动改变功率控制可调最大步长；二是可根据通信环境不同，采用不同的功率控制策略。 （ 5）功率控制的数据配 置简单灵活，充分保障网络优化参数的有效调整。主要指接收的上下门限可控、最大步长可控、手机和基站最大、最小步长可控、功率控制频度可控等。 以上算法的特点充分保证了设备在网络上的有效运行，为网络质量的 全面提升提供了强有力的保证。 福州 GSM扩容工程网络规划设计 15 第 2 章 GSM 理论概述 2.1 移动通信发展过程 2.1.1 蜂窝移动通信的产生 移动通信可以说从无线电发明之日就产生了，移动通信在 20世纪 20年代开始在军事及某些特殊领域使用（如美国警察的车载无线电系统）， 40 年代才逐步向民用扩展（如美国所建第一个公用汽车电话网），而蜂窝移动通信的发展是在二十世纪七十年代中期以后的事。 1978 年，美国贝尔实验室研制成功先进移动电话系统（ AMPS），建成了蜂窝状移动通信系统。相对于以前的移动通信系统，最重要的突破是蜂窝网概念的提出， 蜂窝网，即小区制，由于实现了频率复用，大大提高了系统容量。这一时期的移动通信成为模拟移动通信，即第一代移动通信系统，它的主要特点是采用频分复用，语音信号为模拟调制，每隔 30KHz/25KHz 一个模拟用户信道 11。 第一代系统在商业上取得了巨大的成功，但是也日渐显露出以下缺点： (1) 频谱利用率低 (2) 业务种类有限 (3) 无高速数据业务 (4) 保密性差，易被窃听和盗号 (5) 设备成本高 (6) 体积大，重量大 2.1.2 蜂窝移动通信的发展 为了解决模拟系统中存在的这些根本性技术缺陷，从二十 世纪八十年代中期开始数字移动通信技术发展起来，这就是以 GSM 和 IS-95 为代表的第二代移动通信系统。欧洲首先推出了泛欧数字移动通信网 （ GSM）的体系。随后，美国和日本也制订了各自的数字移动通信体制。数字移动通信网相对于模拟移动通信，提高了频谱利用率，支持多种业务服务，并与 ISDN 等兼容。第二代移动通信系统以传输话音和低速数据业务为目的，因此又称为窄带数字通信系统 12。 福 州大学本科生毕业设计 ( 论文 ) 16 GSM（全球移动通信系统）发源于欧洲，它是作为全球数字蜂窝通信的 TDMA 标准而设计的，支持 64Kbps 的数据速率，可与 ISDN 互连。 GSM使用 900MHz 频带，使用 1800MHz 频带的称为 DCS1800。 GSM 采用 FDD 双工方式和 TDMA 多址方式，每载频支持 8 个信道，信号带宽 200KHz。 GSM 发展历程如下： 1982 年，欧洲邮电行政大会 CEPT 设立了“移动通信特别小组”即 GSM，以开发第二代移动通信系统为目标。 1986 年，在巴黎，对欧洲各国经大量研究和实验后所提出的八个建议系统进行现场试验。 1987 年， GSM 成员国经现场测试和论证比较，就数字系统采用频分双工 -窄带时分多址（ FDD-TDMA）、规则 脉冲激励 -长期预测话音编码（ RPE-LTP）和高斯滤波最小频移键控（ GMSK）调制方式达成一致意见。 1988 年，十八个欧洲国家达成 GSM 谅解备忘录 (MOU)。 1989 年， GSM 标准生效，该阶段标准称为 PH ASE I，主要定义了 900M 频段的技术标准。 1991年， GSM 系统正式在欧洲问世，网路开通运行。移动通信跨入第二代。 1993 年， GSM 推出了 PHASE II 标准，它除了对 PHASE I 标准进行必要的修正和业务补充外，主要增加了 1800M 频段的技术标准。 1994年， GSM 在全 世界范围运行。 1995年， DCS1800 网络商业运行。 1996年，引入微蜂窝的技术， GSM900/1800 双网运行。 1997年已有 109 个国家 239个运营者运营着超过 4400万用户的 GSM网络。 2.1.3 GSM 蜂窝移动通信的在我国的发展 GSM在我国的发展情况： 1993 年我国首先在浙江嘉兴建立了 GSM 实验网，目前有中国移动与中国联通两家运营商，中国电信也在积极酝酿进入移动领域，截止 99 年底中国移动用户数已达 5000 万，中国联通超过 400 万，年增长率 99%以上，神州行与如意通移动用户快速增长，截止 99年 8月中国移动已覆盖全国 31个省区的 308个地市和 1856个县市，全国交通干线实现无缝覆盖 .地市覆盖率为 91%，县市覆盖率为86%，到 2005年全国移动用户已经超过 2亿。 2.1.4 3G 的提出和目标 第二代移动通信以传输话音和低速数据业务为目的，但是随着网络的发展，数据和多媒体通信的发展势头很快，因此为了解决中、高速数据传输问题，提出福州 GSM扩容工程网络规划设计 17 了第三代移动通信，即移动宽带多媒体通信。 第三代移动通信系统最早由国际电信联盟（ ITU） 于 1985 年提出，当时称为未来公众陆地移动通信系统（ FPLMTS ， Future Public Land Mobile Telecommunication System）， 1996 年更名为 IMT-2000（ International Mobile Telecommunication-2000），意即该系统工作在 2000MHz 频段，最高业务速率可达 2000kbps。 1998 年 6月， ITU征集 IMT-2000的无线接口技术方案。 1999 年11 月 5 日，国际电联 ITU-RTG8/1 第 18 次会议通过了“ IMT-2000 无线接口技术规范”建议，其中我国提出的 TD-SCDMA 技术写在了第三代无线接口规范建议的 IMT-2000 CDMATDD 部分中。 3G主要有以下三种体制： WCDMA（由欧洲标准化组织 3GPP所制定）由 GSM网络核心繁衍而来，数据传送可达到每秒 2Mbit（室内）及 384Kbps（移动空间）的速率，采用 5MHz 的宽频网络。 cdma2000体制是基于 IS-95的标准基础上提出的 3G标准，目前其标准化工作由 3GPP2来完成 cdma2000是从 cdmaOne 蜕变进化出来的。确保投资发展 CDMA的网络商，能够简单及有效率地由 cdmaOne 过渡到 3G进程。 cdma2000 第一阶段将提供每秒 144Kbps 的数据传送率，第二阶段支持每秒 2Mbps的数据传送速率，是 cdma发展 3G的最终目标 13。 TD-SCDMA标准由中国无线通信标准组织 CWTS提出，目前已经融合到了 3GPP关于 WCDMA-TDD的相关规范中。 3G的目标主要有： （ 1）能实现全球漫游：用户可以在整个系统甚至全球范围内漫游，且可以在不同的速率、不同的运动状态下获得有服务质量的保证。 （ 2）能提供多种业务：提供话音、可变速率的数据、活动视频，特别是多媒体业务。 （ 3）能适应多种环境：可以综合现有的公众 电话交换网（ PSTN）、综合业务数字网、无绳系统、地面移动通信系统、卫星通信系统、提供无缝隙的覆盖。 （ 4）有足够的系统容量，强大的多种用户管理能力，高保密性能和服务质量。 （ 5）有高速传输以支持多媒体业务：室内环境至少 2Mbit/s；室内外步行环境至少 384kbit/s；室外车辆运动中至少 144kbit/s；卫星移动环境至少9.6kbit/s13。 2.2 GSM 的关键技术 福 州大学本科生毕业设计 ( 论文 ) 18 2.2.1 多址技术 多址技术使众多的用户共用公共的通信线路。为使信号多路化而实现多址的方法基本上有三种：频分多址（ FDMA）、 时分多址（ TDMA）和码分多址（ CDMA）。FDMA 是以不同的频率信道实现通信的， TDMA 是以不同的时隙实现通信的，CDMA 是以不同的代码序列实现通信的。 GSM 系统采用了 TDMA 方式， TDMA 是一种较复杂的结构，最简单的情况是单路载频被划分成许多不同的时隙，每个时隙传输一路猝发式信息。 TDMA中关键部分为用户部分，每一个用户分配给一个时隙，用户与基站之间进行同步通信，并对时隙进行计数。当自己的时隙到来时，手机就启动接收和解调电路，对基站发来的猝发式信息进行解码。同样，当用户要发送信息时，首先将信息进行缓存 ，等到自己时隙的到来。在时隙开始后，再将信息以加倍的速率发射出去，然后又开始积累下一次猝发式传输。 TDMA 的一个变形是在一个单频信道上进行发射和接收，称之为时分双工（ TDD）。其最简单的结构就是利用两个时隙，一个发一个收。当手机发射时基站接收，基站发射时手机接收，交替进行。 TDD 具有 TDMA 结构的许多优点：猝发式传输、不需要天线的收发共用装置等等。它的主要优点是可以在单一载频上实现发射和接收，而不需要上行和下行两个载频，不需要频率切换，因而可以降低成本。 TDD 的主要缺点是满足不了大规模系统的容量要求。 2.2.2 功率控制 当手机在小区内移动时，它的发射功率需要进行变化。当它离基站较近时，需要降低发射功率，减少对其它用户的干扰，当它离基站较远时，就应该增加功率，克服增加了的路径衰耗。 所有的 GSM 手机都可以以 2dB 为一等级来调整它们的发送功率， GSM900移动台的最大输出功率是 8W（规范中最大允许功率是 20W，但现在还没有 20W的移动台存在）。 DCS1800 移动台的最大输出功率是 1W。相应地，它的小区也要小一些。 2.2.3 蜂窝技术 移动通信系统是采用一个叫基站的设备来提供无线服务范围的。基站的覆盖范围有 大有小，我们把基站的覆盖范围称之为蜂窝。采用大功率的基站主要是为了提供比较大的服务范围，但它的频率利用率较低，也就是说基站提供给用户的通信通道比较少，系统的容量也就小，对于话务量不大的地方可以采用这种方式，我们称之为大区制。采用小功率的基站主要是为了提供大容量的服务范围，同时福州 GSM扩容工程网络规划设计 19 它采用频率复用技术来提高频率利用率，在相同的服务区域内增加了基站的数目，有限的频率得到多次使用，所以系统的容量比较大，这种方式称之为小区制或微小区制。 2.2.4 频率复用技术 频率复用是蜂窝移动无线电系统的核心概念，频率复用系统中，处 在不同地理位置（不同的小区）上的用户可以同时使用相同频率的信道，频率复用系统可以极大地提高频谱效率。在一个系统的作用区域内重复使用相同的频率 这种方案用于蜂窝系统中。蜂窝式移动电话网通常是先由若干邻接的无线小区组成一个无线区群，再由若干个无线区群构成整个服务区。为了防止同频干扰，要求每个区群（即单位无线区群）中的小区，不得使用相同频率，只有在不同的无线区群中，才可使用相同的频率。 2.2.5 跳频技术 跳频就是手机和基站都按照一个相同的频点序列来收发信息，这个频点序列就是跳频序列（ HSN）。一个跳 频序列就是在给定的包含 N 个频点的频点集（ MA）内，通过一定算法，由跳频序列号（ HSN）和移动分配偏移（ MAIO）唯一确定所有（ N 个）频点的一个排列。不同时隙（ TN）上的 N 个信道可以使用相同的跳频序列，同一小区相同时隙内的不同信道使用不同的移动分配偏移（ MAIO）。采用紧密频率复用技术时，系统干扰是决定频率复用比的最重要因素。为了降低系统干扰，通常采用的技术是功率控制、非连续发射技术；而为了抗干扰，提高系统在同等干扰条件下的通信质量，通常采用跳频技术。 因此，跳频是 GSM 系统抗干扰和提高频率复用度的一项重要 技术。 按照 GSM 规范，慢跳频可以用于 GSM 通信系统中，跳频是指载波频率在一定范围内，按某种规律跳变。每个小区信道组的跳频功能都能单独激活或关闭。 BCCH 由于是广播信道，不参与跳频， TCH 信道， SDCCH 信道可以使用跳频。基站使用的跳频有两种，基带跳频和射频跳频，各自的实现原理是不相同的 17。 2.3 GSM 的系统组成 2.3.1 GSM 系统结构 GSM 系统结构 10由图 2-1 所示。 福 州大学本科生毕业设计 ( 论文 ) 20 MSBTSBTSBSCBSSOMCMSC/VLRNMCEIRHLR/AUCDPPS PCS SEMCOSSPSTNISDNPDNNSS图 2-1 GSM系统结构 OSS：操作维护子系统 BSS：基站子系统 NSS：网络子系统 NMC：网络管理中心 DPPS：数据后处理系统 SEMC：安全性管理中心 PCS：用户识别卡个人化中心 OMC：操作维护中心 MSC：移动业务交换中心 VLR：来访用户位置寄存器 HLR：归属用户位置寄存器 AUC：鉴权中心 EIR：移动设备识别寄存器 BSC：基站 控制器 BTS：基站收发信台 MS：移动台 PDN：公用数据网 PSTN：公用电话网 ISDN：综合业务数字网 2.3.2 GSM 系统接口结构 GSM的接口如图 2-2、 2-3所示。 福州 GSM扩容工程网络规划设计 21 图 2-2 GSM内部接口示意图 图 2-3 GSM系统主要接口示意图 GSM 系统的主要接口指 A 接口、 Abis 接口和 Um 接口。 A 接口、 Um 接口为开放式接口。 A接口定义为网路子系统（ NSS）与基站子系统（ BSS）之间的通信接口。其物理链接通过采用标准的 2.048Mb/s PCM 数字传输链路来实现，此接口传递的信息包括移动台管理、基站管理、移动性管理、接续管理等。 Abis 接口定义为基站子系统的两个功能实体基站控制器（ BSC）和基站收发信台（ BTS）之间的通信接口，物理链接通过采用标准的 2.048Mb/s 或 64kbit/s PCM 数字传输链路来实现。 BS接口作为 Abis 接口的一种特例，用于 BTS（与 BSC福 州大学本科生毕业设计 ( 论文 ) 22 并置）与 BSC之间的直接互连方式，此时 BSC 与 BTS之间的距离小于 10米。 Um 接口（空中接口）定义为移动台与基站收发信台（ BTS）之间的通信接口，用于移动台与 GSM 系统的固定部分之间的互通，其物理链接通过无线链路实现，传递的信息包括无线资源管理，移动性管理和接续管理等 . GSM网络规划主要关注的环节是 BSS系统和 Abis和 Um接口。 2.3.3 GSM 系统功能 一个 GSM 系统可由三个子系统组成，即操作维护子系统（ OSS），基站子系统（ BSS）和网络子系统（ NSS）三部分组成。 其中，基站子系统（ BSS）是 GSM 系统中与无线蜂窝方面关系最直接的基本组成部分，它通过无线接口直接与移动台相 连，负责无线发送接收和无线资源的管理；同时，它与 NSS 相连，实现移动用户间或移动用户与固定网络用户之间的通信连接，传送系统信息和用户信息等；当然，也要与操作维护子系统（ OSS）之间实现互通。 网络子系统（ NSS）是整个系统的核心，它对 GSM 移动用户之间及移动用户与其它通信网用户之间通信起着交换、连接与管理的功能。主要负责完成呼叫处理、通信管理、移动管理、部分无线资源管理、安全性管理、用户数据和设备管理、计费记录处理、公共信道、信令处理和本地运行维护等。 操作支持子系统（ OSS）主要完成移动用户管理、移动设备 管理、系统的操作与维护 移动台由 SIM 卡与物理设备组成，二者是分离的。 SIM卡上包含所有与用户有关的无线接口一侧的信息，也含有鉴权和加密实现的信息，具体包括以下三种数据。 固化数据： IMSI、 Ki、安全算法（ A3、 A8) 临时网络数据： TMSI、 LAI、 KC、被禁止的 PLMN、 PLMN选择预编程 业务相关数据： PIN(个人识别号 ) 物理设备可以是手持机，车载机或是由移动终端直接与终端设备相连而构成 16。 福州 GSM扩容工程网络规划设计 23 第 3 章 GSM 扩容工程网络规划设计介绍 3.1 概述 3.1.1 福州 地理环境 福 州是福建省的省会城市，城市内高楼较多，建筑物密集， H 基站主要覆盖两县区和边际网地区，地形复杂，无线环境变动较大，具体描述如下： 第一、福州处于丘陵地带，山区面积大，地形有较大起伏，地物分布没有规则； 第二、 H 设备所 A、 B 两县，山脉多，覆盖区域广； 第三、省道周围用户居住范围疏密程度差别较大，乡镇内街道相对拥挤，乡镇外相对开阔 ,省道周围相对宽敞； 这些特点造成无线环境复杂。 3.1.2 福州 GSM 网络现状和工程介绍 福州移动 MSC 全部为 N 设备， 大多数 BSC 为 N 设备，两个 BSC 为 H 设备 ，其中 BSC175 下挂 A 县区域的基站， BSC176 下挂 B 县区域的基站。福州移动GSM 网络结构图如图 3-1 所示： 图 3-1 福州 GSM 组网示意图 福州移动 H 公司 BSC176 为 6 个模块，下挂 81 个基站， 130 个小区， 407个载频； BSC175 为 5 个模块下挂 84 个基站， 159 个小区，共 433 个载频。福州福 州大学本科生毕业设计 ( 论文 ) 24 移动 H 公司 BSC 详细信息如表 3-1 所示： 表 3-1：福州移动 H公司 BSC信息表 BSC 编号 模块数 基站数 小区数 载频数 BSC175 5 84 159 433 BSC176 6 81 130 407 总计 11 165 289 810 福州移动基站覆盖情况如图 3-2所示：其中蓝色表示 H公司基站覆盖情况，绿色表示 N公司的覆盖情况。 图 3-2 H 公司基站覆盖示意图 其中绝大部分基站覆盖地区都能够满足连续覆盖的要求。但随着经济建设的飞速发展，移动用户的不断增加，造成在某些地区出现拥塞，容量已经明显受到了用户数发展的限制。因此有必要引入新的载频资源，加强网络的服务质量，从而增强移动 GSM 网络的市场竞争力。为此中国移动福州分公司在 2006 年一阶段工程对全省 GSM 网络进行扩容建设，此次工程不增加新的 BSC，只是通过网络 规划在还有需要并可以增加载频的基站增加载频，或者在不能增加载频却还有覆盖需要的小区新建基站来，实现福州 A、 B 两县的连续覆盖、解决拥赛问题、福州 GSM扩容工程网络规划设计 25 满足福州移动话务量增长等业务的需求。 3.2 网络规划数据收集与分析 3.2.1 数据收集 规划收集的数据主要有： （ 1）目前 H公司的 VLR用户数： A县有 7.1万用户， B县有 5.1万用户。 （ 2）现网配置：包括小区载频数、 PDTCH信道数、全速率 TCH信道数、半速率 TCH信道数、忙时话务量等等。 （ 3） A、 B两县目前网络中的弱覆盖区域分布情况。 （ 4） A、 B两县现有基站 的工程参数以及 A、 B两县的电子地图信息。 3.2.2 数据处理 （ 1）通过 VLR用户增长趋势图预测到今年年底 H公司的 VLR用户数 ，经计算的 A县用户数为 8万， B县为 6.2万。 （ 2）计算每用户话务量：计算方法是用每个县的总话务量除以该县 VLR用户数得到。 （ 3）通过分析以前基站控制器和基站的话务量信息，找出话务量的增长趋势，预测两县区 GSM 网络的扩容需求。 最后经过以上数据的收集和分析，确定扩容工程的规模，再利用网络规划工具 Nestar 软件确定理想基站的站址信息。 3.3 站址规划 3.3.1 站址选定 高质 量的网络规划方案是建立在合理的站址选定和站点勘察工作基础上的。决定站址选择最主要的因素 6有： 网络结构； 话务分布； 覆盖要求； 无线传播环境； 工程条件。 H公司针对福州地理环境情况、技术规范书的要求以及工程的实际情况，对站址的选定进行仔细的规划勘测。在初步规划过程阶段，在软件模拟环境中结合覆盖预测选定站址进行规划，并反复调整，以达到最佳覆盖的效果。 福 州大学本科生毕业设计 ( 论文 ) 26 本次规划选定的站点信息举例如图 3-3、 3-4所示。 图 3-3 同安菏洋基站信息图示 图 3-4 池园 900基站信息图示 详细基站工程参数信息见附录 ：工程参数表。 3.3.2 站址勘测 在工程规划勘测实施阶段， H公司网络规划人员与福州移动公司技术人员配合，对选定的理想站点逐个进行勘测，勘测时进一步结合本地地物信息，确定是福州 GSM扩容工程网络规划设计 27 否满足建站条件，以及在未来几年内该地区地貌地物是否发生很大的改变等。在勘测后输出勘测的建站地点的经纬度、海拔、方位角以及建站点周围 8个方向上的图片信息等。同时对每一个理想站点都选定 1-2个预备站点，以便在理想站点不可用时应用，对预备站点也进行勘测并输出相应的信息。勘测结束后进一步结合预测软件对站点的覆盖进行反复的预测。 3.4 功率预 算和上下行平衡 3.4.1 功率预算 本规划方案采用 H公司 BTS312基站，其最大发射功率为 40W（ 46dBm），在理想传播模型下覆盖预测如下。 假设： GSM900基站天线高度为 30m；增益为 15dBi； GSM900 移动台发射功率为 2W(33dBm) ，移动台的灵敏度为 -102dBm； 移动台天线高度 1.5m，增益为 0dB； M900使用 CDU时，灵敏度为 -110dBm； 馈线长 100m，损耗 4.03dB/100m(900MHz)。 900M系统 Okumura传播模型： Ld = 69.55 + 26.16lgF - 13.82lgHb - a(Hm) + (44.9-6.55lgHb)lgd （ 3-1） 其中， Hb = 30m为基站天线高度， Hm = 1.5m为手机天线高度， F = 900MHz，a(Hm) = (1.2lgF - 0.7)Hm-(1.56lgF-0.8) = 0.01dB。 上述计算结果归纳如表 3-2所示： 表 3-2 覆盖半径 应用环境（ 900M） TRX发射功率 (W) 手机最小接收功率(dBm) 覆盖半径 (km) 大楼室内 40 -70 0.75 市区室外 40 -90 2.8 3.4.2 上下行平衡 福 州大学本科生毕业设计 ( 论文 ) 28 在对福州移动 GSM网络进行规划设计时， H公司对无线链路的上下行平衡给予了特别的关注，设计中体现了必须要确保系统无线链路的上下行平衡。否则，如果上行信号覆盖大于下行信号覆盖，小区边缘下行信号较弱，容易被其它小区的强信号“淹没”；如果下行信号覆盖大于上行信号覆盖，移动台将被迫守侯在该强信号下，但上行信号太弱，话音质量不好。当然，平衡并不是绝对的相等。上下行路径的示意图如图 3-5所示。 图 3-5 功率预算模型 SM系统在功率预算中必须考虑到上下行功率平衡。由上 下平衡公式： Poutb = Poutm + Gdb + ( Pinm - Pinb ) + Lcb （ 3 2） 其中， Poutb为基站发射功率， Poutm 为移动台发射功率， Gdb为基站分集接收增益， Pinm为移动台接收电平， Pinb为基站接收电平， Lcb为合路器损耗。 可以看到，平衡方程与基站天线增益、馈线损耗等是没有关系的，主要决定于基站的发射功率、合路器损耗、基站的灵敏度、移动台的发射功率、移动台的灵敏度、基站分集增益等指标。 福州 GSM扩容工程网络规划设计 29 但是增加天线增益和降低馈线损耗可以同时扩大上下行链路的覆盖范 围。以此次工程中使用的站型 S2/2/2为例，可以用表 3-3更清楚的描述上下行功率预算结果 ： 表 3-3 GSM900上下行功率平衡表 上行 下行 发射部分 最大输出功率 dBm 33 (2W) 46 (40W) 馈线损耗 dB 0 3 合路器损耗 dB 0 4.5dB 天线增益 dBi 0 15 EiRP 33 50 收信部分 天线增益 dBi 15 * 馈线损耗 dB 3 0 分集增益 dB 3 接受灵敏度 dBm -110 -102 噪声值 dB 8 8 最大路径衰耗 dB 149 147.5 经计算得上下行相差 1.5dB，基本达到上下行平衡。 显然，实际的覆盖范围应由信号较弱的方向决定。发射功率根据功率预算的结果进行设定。 3.5 覆盖规划 3.5.1 天线选用原则 天线的选型，要根据覆盖、基站天线安装空间等要求加以综合考虑，以期给出最佳选择。根据技术规范书的要求，本期工程推荐使用 ANDREW公司的天线产品，其中水平波瓣宽度为 65度、增益为 15dBi的定向天线主要应用于市区；水平波瓣宽度为 90度、增益为 15.5dBi的定向天线应用于郊区和郊县；全向站选用增益为福 州大学本科生毕业设计 ( 论文 ) 30 11dBi的天线，应 用于郊县。本次规划主要是针对对两个郊县的 GSM网络基站进行的，因此选用水平波瓣宽度为 90度、增益为 15.5dBi的定向天线。 该天线主要参数如表 3-4 所示： 表 3-4 天线参数 天线型号 工作频段（ MHz） 水平波瓣宽度 增益 (dBi) 极化方式 前后比（ dB） CTSD09-09015-0DM 806 960 90 15 双极化 30 其方向图如图 3-6所示。 图 3-6 方向图 方位角的设计是针对定向基站而言的，由于巴南基站小区采用水平波瓣为 90度的半功率角天线，因此原则上同一基站小区天线方 位角间隔 120度。 另外，为了控制覆盖、减小交调，要采用波束下倾技术，方法为机械下倾和电下倾。在设计天线倾角时必须考虑的因素有：天线的高度、方位角、增益、垂直半功率角，以及期望小区覆盖范围。根据工程实践经验，对于分布在市区的基站，天线下倾角调整范围在 015度，对于分布在县乡的基站，天线下倾角调整范围在 0-6度。 3.5.2 天线安装原则 福州 GSM扩容工程网络规划设计 31 GSM移动通信网的建设，需考虑天线安装问题。 GSM900天线水平隔离间距要求 Tx-Tx， Tx-Rx之间的隔离度要不小于 30dB，根据这一要求，表 3-5适用于 Tx-Tx和 Rx-Tx的水平隔离度间距要求。 表 3-5 定向天线水平间隔 65度天线 90度天线 105度天线 120度天线 180度天线 900-900 0.4m 1.0m 1.5m 2.0m 5.0m 另外，同一 Site不同 Cell间 Tx-Tx、 Tx-Rx是定向天线时最小间距要求： 20cm。 3.5.3 覆盖预算 在本期规划中，基站的有效覆盖范围不仅取决于基站的有效发射功率和实际传播环境，还取决于覆盖指标的要求。结合移动通信网的服务质量指标要求，可以从理论上给出各种覆盖要求下的基站覆盖范围。移动通信网的服务质 量指标见表 3-65。 表 3-6 移动通信网的服务质量指标 应用环境 最小接收功率 备注 大楼室内 -70 dBm 手机灵敏度 -102 dBm，快衰落保护 3dB，慢衰落保护（室内） 7dB（慢衰落标准偏差室内 7dB，室外 8dB，覆盖区内可通率 90%），穿入损耗16dB，干扰噪声 2dB，环境噪声保护 2dB。 小卧车内或市区一般建筑物一层室内 -80 dBm 手机灵敏度 -102 dBm，快衰落保护 3dB，慢衰落保护 5dB，穿入损耗 8dB，干扰噪声 2dB，环境噪声保护 2dB。 室外 -90 dBm 手机灵敏 度 -102 dBm，快衰落保护 3dB，慢衰落保护 5dB，干扰噪声 2dB，环境噪声保护 2dB。 有了规划区域的数字化地图，就可以借助规划软件进行实际覆盖的计算机模拟预测，基本原理也是如上所述，只是结合地图再加上地貌损耗因素即可做全网的实际覆盖效果预测，再根据预测结果进行调整直到符合要求为止，最后在此基础上再进行频率计划、干扰分析等。 3.5.4 覆盖预测 福 州大学本科生毕业设计 ( 论文 ) 32 在对 福州移动扩容 工程进行计算机辅助模拟覆盖预测之前首先要明确覆盖要求，包括室内和室外覆盖要求，考虑到实际传播环境的复杂性，对 GSM系统，室内覆盖 H公司设 定覆盖要求为 -70dBm，室外覆盖设定为 -90dBm。在针对 福州移动扩容工程 GSM网络规划中， H公司依据移动公司覆盖要求并提供有关建议， H公司使用的规划软件是 Nestar软件，软件规划灵活性比较大，界面友好，操作方便，性能成熟稳定。在用规划软件进行覆盖预测前，传播模型的选取及模型参数的校正对覆盖预测的精确度有很大的影响。 H公司非常重视此项工作，并在模型校正方面积累了丰富经验，可以很好的保证覆盖预测的精度。 H公司规划软件使用的是 Okumura-Hata模型的改进模型： Ploss=K1+K2logd+K3(Hms)+K4lg(Hms)+K5lg(Heff) +K6lg(Heff)lg(d)+K7diffn+Kclutteer (3-3) 传播模型参数见表 3-7，地物损耗修正参数见表 3-8。 表 3-7 K参数列表 K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 130 38 1 0 -13.55 -6.3 1 表 3-8 地物损耗修正参数 Category Offset(dB) Category Offset(dB) Openland in Suburban -16 Parallel low Building 4 Sea -16 High Building 8 Inland Water -16 Wetland -16 Openland in Suburban -16 Town -13 Openland in Urban -16 Forest 4 Rangeland -16 Dense Old Building 5 Village -14 Large Building 9 Dense New 5 福州 GSM扩容工程网络规划设计 33 Building 根据现实环境中各种地物地貌对电波传播的影响灵活的 调整参数。 H公司可提供 CW测试，针对实际环境校准模型，从而更好的保证覆盖预测结果的准确性。 3.6 频率规划 3.6.1 频率计划 频率规划是网络规划的核心之一，直接关系网络质量，话音质量差，掉话率高，切换频繁并且成功率低、话务拥塞等许多想象产生的根本原因就是频率规划不够合理 3。对福州的频率规划是将 N公司基站和 H公司基站的工程信息输入规划软件，生成基站拓扑图，可以非常直观地规划或检查小区频点。 福州 GSM扩容工程可使用的频率资源为： 892MHz 909MHz（上行，移动台发，基站收）； 937MHz 954MHz（下行，移动台收，基站发）； 可供使用的带宽为 17MHz，频率编号为 1195，频点共 85个。由于福州存在在两家设备，决定了不同厂家设备在进行频率配置时要充分考虑与相邻其他厂家站点间的频率协调问题，保证系统同邻频干扰控制在允许的范围内。 原有网络频率对 BCCH和 TCH载频分段使用， BCCH载频使用 11 41之间的频点，TCH使用 42 95频点，本次我们规划频点根据网上基站插花特点重点考虑在 BCCH上如何避开与爱立信基站的同频、邻频干扰。 福州 GSM基站频率规划信息请见 附录：福州 GSM扩容工程参数 总表 。 3.6.2 干扰分析 根据 GSM工程规范的要求，必须满足以下条件： 同频道干扰保护比： C/I （载波 /干扰） =12dB； 邻频道干扰保护比： C/I（载波 /干扰） =-6dB； 载波偏离 400kHz 时的干扰保护比 C/I （载波 /干扰） =-38dB。 在频率规划中，根据干扰效果多次调整频率计划，本次频率规划确定后经规划软件预测得到的 BCCH干扰和整个载波干扰的统计情况见表 3-9、 3-10。 表 3-9 福州 GSM网络 BCCH层干扰统计 总面积： 85.74平方公里 所占面积 (平方公里 ) 所占百分 比例（ %） 福 州大学本科生毕业设计 ( 论文 ) 34 有干扰的地区 C/I12dB 85.68 99.94 表 3-10 福州 GSM网络整个载波干扰统计 总面积： 85.74平方公里 所占面积 (平方公里 ) 所占百分比例（ %） 有干扰的地区 C/I12dB 85.57 99.8 从 GSM网络 BCCH干扰统计分析来看，由于在频率计划中给 BCCH层分配的频点比较多，所以福州 GSM网络 BCCH层的干扰非常低，大部分区域符合 GSM工程规范要求；而对整个福州地区的干扰预测表明，覆盖区域 99%的区域 C/I大于 12dB，大部分区域满足网络干扰指标要求。对于不合要求的区域将在实际工程中通过调整基站工程参数来解决。 3.6.3 抗干扰措施 GSM是干扰受限的系统，随着频率复用越来越紧密，有效抑制同频、邻频和互调干扰是在网络规划时必须考虑的。除了仔细规划频点和提高射频部件性能外，还有一些无线网络技术要考虑。 首先是天线参数设计，设计合理的方向角，减少同频复用小区对向，设计合理的下倾角控制有效覆盖范围，避免同频小区出现重叠。 其次是功率控制。功控可以人为地调节基站有效覆盖距离，减少小区间干扰。在福州 GSM扩容工程网络规划中我们开启了上行功率控制。 再者是灵活使用了多种切换算法，包括边缘切换、基于质量和干扰的紧急切换、 PBGT切换等。 最后是 DTX技术的使用。 DTX分为上行和下行两种， DTX技术在上行和下行中的主要作用是：上行节省手机电池，减少系统内干扰。下行降低基站功耗，减少系统内干扰，减少基站内交调。当下行 DTX与上行 DTX一起使用时，将改善系统的福州 GSM扩容工程网络规划设计 35 C/