GSM原理及其网络优化GSM移动通信系统及优化概述.docx

第1章GSM移动通信系统及优化概述11 GSM数字移动通信的发展 移动通信是达到通信最终目的的有效手段，它在商业市场上所具有的巨大潜力已经越来越多的被人们所认识。移动通信并不是一项很新的技术，但它在最近几十年得到了飞速的发展。20世纪80年代初，随着模拟蜂窝技术的引进，移动通信技术向前迈进了一大步。20世纪90年代开始出现了数字移动通信系统，GSM系统是欧洲在20世纪80年代设计、1992年开通的数字移动通信系统。 第一代移动电话网是由人工操作使移动用户和有线网用户相连接。它的终端庞大、笨重而且昂贵，服务区域也仅限于单个发射台和接收站址的覆盖范围。由于它的可用频率很少，因而系统容量很小，并且很快出现饱和，服务质量也随用户数量的增加而迅速下降，甚至达到死锁的状态。 20世纪60年代随着半导体技术的发展，无线系统发展为自动接续系统，成本也开始降低，但其有所增加的容量与用户的需求相比仍然是远远不够，公众无线电话依然是一种奢侈品，只能被一小部分人所使用。 20世纪70年代，大规模集成电路和微处理器件的发展使实现复杂系统成为可能。由于覆盖区域受到发射功率的限制，系统开始改由一个发射台和多个中继接收站所组成，这种复杂配置扩展了系统的覆盖范围。真正的突破是蜂窝系统的建立，在蜂窝系统中有若干个收发信机，而且每个收发信机所覆盖的范围有一部分是重叠的。蜂窝系统的概念如图1_1所示。 蜂窝系统采用频率复用的方式增加其容量。在蜂窝系统中，同一频率可以被相距足够远的几个小区同时使用，在增大了系统容量的同时，系统网络和设备的复杂性也大大增加。蜂窝概念由贝尔实验室提出，20世纪70年代世界上几个不同地方的研究人员对其进行了研究。美国第一个AMPS(Advariced Mobile Phone Service)蜂窝系统于1983年在芝加哥开通，在欧洲，电信部门和生产厂家推出了旨在覆盖整个北欧的NMT系统，此系统于1981年在瑞典投入运行，并很快在挪威、芬兰和丹麦开通。20世纪80年代中期，世界上出现了很多基于上述两种系统的移动通信系统，例如，从AMPS中派生的TACS系统于1985年在英国投入使用。 上述蜂窝系统均是以模拟语音信道传输，采用频率调制，频率在450MHz或900MHz，一般覆盖整个国家，容量在几十万用户左右。欧洲最大的移动网络是英国的网络，它由两个覆盖全国的网络组成，到1990年网上用户已过百万。密度最高的是北欧的NMI系统，人均拥有量超过7，远远高于欧洲平均数字。 移动通信终端设备在20世纪80年代末得到飞速发展。最初只有车载设备，20世纪80年代中期出现了只有几公斤重的便携式设备，手机大约在1988年出现，发展至今，已经出现了重量只有100一200g重的手机。在重量和体积减小的同时，其价格也迅速下降到大多数人可以接受的水平。 由于不同系统不具有兼容性，用户得到的移动通信只限于某个系统内而不是更广的范围，例如，TACS终端不能接入NMT网，NMT的终端也不能接入TACS网。早在20世纪80年代初期，当模拟蜂窝移动通信系统刚投放市场时，欧洲的电信运营部门便发觉，56种移动通信系统将整个欧洲的蜂窝系统分割成四分五裂的状态，无法形成快速增长的市场所需求的规模经济。面对这一现状，欧洲电信管理部门(CEPT)成立了一个被称为GSM的移动特别小组，开始制定使用于泛欧各国的一种数字移动通信系统的技术规范。新诞生的“GSM”举行第一次会议是在1982年11月，在斯德哥尔摩，大会主席是来自瑞典电信管理部门的Thomas Haug，11个国家的31位代表出席了这次会议。 1990年，由英国提出将1800MHz频段归入GSM标准之中，带宽为2x75MHz，此建议的目的是针对PCN(Personal Communications Network个人通信网)的应用，以进一步适应城区更高容量的需求。 GSM的原意是“移动通信特别小组”，而随着设备的开发和数字蜂窝移动通信网的建立，GSM逐步成为泛欧数字蜂窝移动通信系统的代名词。欧洲的专家们将GSM。重新命名为“GlobSystem for Mobile Communications”，使之成为“全球移动通信系统”的简称。 GSM标准的制定花了约十年时间，在标准联合会及后来的欧洲电信标准协会ETSI的统一领导下，GSM系统由主要的欧洲通信设备制造商和操作维护部门共同进行设计。由于考虑到了未来用户的需要，GSM系统具有很大的灵活性。从1990年起，GSM开始向欧洲外扩展，目前，世界上已经有上百个运营商在GSM分配的频带内运行，可以想象，GSM能向用户提供相当范围的覆盖，使用户在众多国家内实现漫游，称为名副其实的“全球移动通信”。12 GSM数字移动通信系统121 GSM系统的基本特点 GSM数字蜂窝移动通信系统(简称GSM系统)是完全依照欧洲通信标准化委员会(ETSI)制定的GSM规范研制而成的，任何GSM数字蜂窝移动通信系统都必须符合GSM技术规范。GSM系统是一种典型的开放式结构，作为一种面向未来的通信系统，它具有下列主要特点： 1)GSM系统由几个分系统组成，各分系统之间都有定义明确且详细的标准化接口方案，保证任何厂商提供的GSM系统设备可以互连。同时，GSM系统与各种公用通信网之间也都详细定义了标准接口规范，使GSM系统可以与各种公用通信网实现互连互通。 2)GSM系统除了可以开放基本的话音业务外，还可以开放各种承载业务、补充业务以及与ISDN相关的各种业务。 3)GSM系统采用FDMATDMA及跳频的复用方式，频率重复利用率较高，同时它具有灵活方便的组网结构，可满足用户的不同容量需求。 4)GSM系统具有较强的鉴权和加密功能，能确保用户和网络的安全需求。 5)GSM系统抗干扰能力较强，系统的通信质量较高。122 GSM系统的组成 GSM系统由一系列功能单元组成，其具体组成如图1-2所示，分为MS(移动台)、NSS(网络子系统)、BSS(基站子系统)、OSS(操作维护子系统)等几个主要部分。1221移动台移动用尸(MS) 移动台是整个系统中直接由用户使用的设备，可分为车载型、便携型和手持型三种。应当指出的是，在GSM系统中，物理设备与移动用户是相互独立的。也就是说，用户的所有信息都存储在SIM卡(用户识别卡)上，系统中的任何一个移动台都可以利用SIM卡来识别移动用户。由网络来进行相关的认证，保证使用移动网的是合法用户。移动台有自己的识别码IMEI，称为国际移动台设备识别号。每个移动台的IMEI都是唯一的，网络对IMEI进行检查，可以保证移动台的合法性。SIM卡中存储着用户的所有信息，包括国际移动用户识别码IMSI等。在本书中，术语MS代表移动用户，因为移动台与呼叫无关。1222基站子系统(BSS) 广义来说，基站子系统包含了GSM数字移动通信系统中无线通信部分的所有基础设施，它通过无线接口直接与移动台实现通信连接，同时又连到网络端的交换机，为移动台和交换子系统提供传输通路，因此，BSS可以看作移动台与交换机之间的桥梁。按GSM规范提出的基本结构，BSS由两个基本部分组成：通过无线接口与移动台一侧相连的基站收、发信机(BTS)和与交换机一侧相连的基站控制器(BSC)。从功能上看，BTS主要负责无线传输，BSC主要负责控制和管理。值得指出的是，在GSM规范中，一个基站子系统是指一个BSC以及由它所管辖的所有BTS，而不是一个交换机所带的无线系统。 BTS在网络的固定部分和无线部分之间提供中继，移动用户通过空中接口与BTS相连。BTS包括收发信机和天线，以及与无线接口有关的信号处理电路等，它也可以看作是一个复杂的无线解调器。在GSM系统中，为了保持BTS尽可能的简单，BTS往往只包含那些靠近无线接口所必须的功能。 BSC通过BTS和移动台的远端命令管理所有的无线接口，主要是进行无线信道的分配、释放以及越区信道切换的管理等，起着BSS系统中交换设备的作用。BSC由BTS控制部分、交换部分和公共处理器部分等组成。根据BTS的业务能力，一台BSC可以管理多达几十个BTS。 此外，BSS还包括码型变换器TC。码型变换器在实际应用中一般是置于BSC和MSC之间，完成16kbits RPELTP编码和64kbits A律PCM之间的码型转换。1223网络与交换子系统(NSS) 网络与交换子系统包括实现GSM的主要交换功能的交换中心以及管理用户数据和移动性的所需的数据库，有时也称之为交换子系统。它由一系列功能实体构成，各功能实体间以及NSS与BSS之间通过符合CCITT信令系统No7协议规范的7号信令网络互相通信。它的主要作用是管理GSM用户和其它网络用户之间的通信。NSS可分为如下几个功能单元： (1)移动业务交换中心MSCMSC是网络的核心，它完成最基本的交换功能，即实现移动用户与其它网络用户之间的通信连接。为此，它提供面向系统其它功能实体的接口、到其它网络的接口以及与其它MSC互连的接口。 MSC从HLR、VLR、AUC这三种数据库中取得处理用户呼叫请求所需的全部数据，同时这三个数据库也会根据MSC最新信息进行自我更新。MSC为用户提供承载业务、基本业务与补充业务等一系列服务。作为网络的核心，MSC还支持位置登记、越区切换和自动漫游等移动性能及其它网络功能。 对于容量较大的通信网，一个NSS可以包括若干个MSC、HLR和VLR，在建立固定网用户与GSM移动用户之间的呼叫时，呼叫往往首先被接到入口MSC(GMSC)，再由入口MSC负责获取位置信息然后进行接续。GMSC具有与固定网和其它NSS实体互通的接口，也就是我们通常所说的关口局。 (2)拜访位置寄存器VLR：VLR存储进入其覆盖区的所有用户的全部有关信息，为已经登记的移动用户提供建立呼叫接续的必要条件。VLR是一个动态数据库，需要随时与有关的HLR进行大量的数据交换以保证数据的有效性。当用户离开其覆盖区时，用户的有关信息将被删除。 VLR在物理实体上总是与MSC一体，这样可以尽量避免由于MSC与VLR之间频繁联系所带来的接续时延。 (3)归属位置寄存器HLR：HLR是系统的中央数据库，存放与用户有关的所有信息，包括用户的漫游权限、基本业务、补充业务及当前位置信息等，从而为MSC提供建立呼叫所需的路由信息等相关数据。一个HLR可以覆盖几个移动交换区域甚至整个移动网。 (4)鉴权中心AUC：AUC存储用户的加密信息，用以保护用户在系统中的合法地位不受侵犯。由于空中接口的开放性，经由空中接口传送的信息极易受到侵犯，因此GSM采用了严格的保密措施如用户鉴权、信息的加密等。这些鉴权信息和加密密钥等均存放在AUC中，因此，AUC是一个受到严格保护的数据库。在物理实体上，AUC与HLR共存。 (5)设备识别寄存器：EIR：EIR存储与移动台IMEI有关的信息。它可以对移动台的IMEI进行核查，以确定移动台的合法性，防止未经许可的移动台设备使用移动网。1224操作与维护子系统OSS OSS是操作人员与系统设备之间的中介，它实现了系统的集中操作与维护，完成包括移动用户管理、移动设备管理及网络操作维护等功能。它的一侧与设备相连，(但并不包括BTS，因为在GSM技术规范中明确提出，对BTS的操作维护是经过BSC进行管理)，另一侧是作为人-机接口的计算机工作站。这些专门用于操作维护的设备被称为操作维护中心OMC。GSM系统的每个组成部分都可以以通过特有的网络连接至OMC，从而实现集中维护。OMC由两个功能单元构成。OMC-S(操作维护中心-系统部分)用于MSC、HLR、VLR等交换子系统各功能单元的维护与操作。OMC-R(操作维护中心-无线部分)用于实现整个BSS系统的操作与维护，它一般是通过SUN工作站在BSS上的应用来实现。OMC也可以作为进入更高一层管理网络的关口设备。123 GSM系统的业务功能 GSM是一种多业务系统，可以依照用户的需要为用户提供各种形式的通信。习惯上，人们把话音业务与数据业务(或称为非话音业务)区别开来：话音业务中，信息是话音，而数据业务传送包括电文、图像、传真及计算机文件等在内的其它信息。除了这些传统业务以外，GSM还提供一些非传统的业务，如短消息业务，它区别于目前固定网提供的各种业务，而更像无线寻呼业务。 一般来说，电信业务的定义不仅仅取决于所传信息的特征，还涉及到通信的其它特性，如传输结构、资费处理、用户的通信特点等等。为用户提供的服务取决于三个独立因素： (1)用户注册的业务：网络运营部门为用户提供了所有可提供服务的项目，同时确定相应的费率，用户将按照自己的需要在其中进行选择并为之付费，网络运营部门也只为用户提供其注册登记的业务。 (2)网络能力：并不是所有的网络都能提供同样的服务范围，用户使用的业务可能会于它漫游进入的网络有关。(3)用户终端性能：有些业务需要用户终端的配合，例如，传真业务在只有话音业务的终端上就无法提供。 通信网络提供的基本业务主要涉及传输媒介和建立呼叫的方式。补充业务则使用户能够更好的接受基本业务或是简化电信的日常使用，为用户提供方便，如呼叫前转、来电显示等等。基本业务与补充业务的区别在于，一项补充业务可以适用于几个基本业务。在已存在的网络中，这些补充业务被要求附加在基本业务之上，而未来它们很有可能从补充业务转化为基本业务。 GSM所提供的基本业务可分为承载业务和电信业务，这两种业务是独立的通信业务，其差别在于用户接入点的不同。电信业务主要包括话音业务、数据业务及短消息业务等。此外GSM还提供了多种多样的附加业务，下面将分别进行介绍。1231承载业务 承载业务提供接入点(ISDN协议中称为用户-网络间接口)之间传输信号的能力。GSM系统一开始便考虑到了兼容多种在ISDN中定义的承载业务，以满足GSM移动用户对数据通信服务的需要。GSM系统设计的承载业务不仅使移动用户之间能完成数据通信，更重要的是能为移动用户与PSTN或ISDN用户之间提供数据通信服务，同时还能使GSM移动通信网与其它公用数据网(如公用分组数据网和公用电路数据网)实现互通。 在传输数据业务时，MSC需启用互通功能单元IWF。互通功能单元是为完成数据连通而规定的全部功能。用户总是需要不同种类的承载业务，要支持各种承载业务也就要经过不同类型的MS或IWF接入接口和终端网络。下面简要介绍一下不同种类的承载业务所能支持的各种用户应用： 1)承载业务中具有透明和不透明非限制数字能力的非结构电路型，所支持的用户应用是经过速率适配的子速率信息流； 2)承载业务中分组组合和分解器(PAD)业务所支持的用户应用包括：经过速率适配的高速率信息流；接入分组组合分解功能； 3)承载业务中分组业务所支持的用户应用包括：采用X32或X31选择A接入X .25公用数据网；X31选择B接入的应用(虚拟电路承载业务) 4)承载业务中具有透明和不透明交替话音非限制数字能力的非结构电路型所支持的用户应用包括：经过速率适配的子速率信息流；具有在呼叫中交替话音和数据的能力； 5)具有透明和不透明话音后接非限制数字能力的非结构电路型所支持的用户应用包括：经过速率适配的子速率信息流；开始建立话音呼叫，然后在呼叫持续过程中的某段时间能使用户转换为数据通信。 实际上，以上对不同种类的承载业务所支持的用户应用阐述也就是各种承载业务在定义上的差异点。1232话音业务 话音业务是GSM提供的最重要的业务，它为GSM用户和其它所有与之连网的用户之间提供双向通话。随着ISDN的发展，数据业务将在电信业务中占据越来越大的比例，但对于移动通信系统而言，话音业务仍然是最重要的服务。固定电话线路并非随处可得，而能随身携带的移动电话正使蜂窝移动电话成为人与人之间一种重要的通信手段。 根据GSM的专用术语，紧急呼叫是由话音业务引伸出的一种特殊业务。它允许用户通过一个简单的固定步骤使电话接入紧急服务部门，如警察局或消防队，接入过程简单而统一。紧急呼叫业务优先于其它业务，在移动台没有插入SIM卡或用户处于锁定状态时也可接通紧急服务中心。由于我国各紧急呼叫中心尚未连网，因此我国目前使用的移动台在紧急呼叫时虽然是按欧洲标准拨112或SOS，但系统将回送提示录音指导用户拨不同的号码来呼叫不同的紧急服务中心。 另一项从话音业务中派生出的业务是语音信箱业务。GSM规范中并没有将这一业务单独作为一种业务，但许多运营部门都将这种服务作为基本服务。当电话无法接通或是主叫用户直接接入话音信箱时，这种业务可以实现将话音存储起来，事后再由被叫的移动用户提取的功能。1233数据业务 GSM规范在制定时便按照ISDN模式为用户提供各种数据业务。目前，提供给固定用户和ISDN用户的大部分数据业务GSM都能提供，包括公用分组交换数据网(PSPDN)所提供的业务。在无线传输允许的条件下，GSM技术规范中列举了35种数据业务，可以适用于不同的场合。 数据通信可以按照通信者的不同或是端到端信息流的性质或传输模式来划分。GSM规范中不能提供所有的描述，但可以按照通信者的类型来进行分类。在GSM规范中，所有的数据服务均作为特殊项目提出。GSM用户可以和PSTN用户相连接，所用的标准有V.21，V.22，V.22bis等。GSM用户也可以与ISDN用户相连接，关键问题在于两者速率的适配。此外，GSM用户间以及GSM用户同分组交换数据网用户、电路交换数据通信网用户之间都可以建立连接，其互连协议可参考GSM有关规范。1234短消息业务 上面提到的各种数据业务只是简单的将用于固定用户的业务扩展到GSM移动用户，但实现这些业务所用的笨重的终端并不适用于真正的移动环境。针对这种情况，GSM提供了一种类似于寻呼业务的短消息服务，移动台被设计成可用于通话又可用于寻呼，使用户可以用GSM移动台来传递一些简单的消息。 GSM可以提供传送点到点短消息的服务，包括发送往移动台(SMILMT)和从移动台接收(SMIMO)。系统通过GSM系统中一个相对独立的实体短消息业务中心实现这两种服务。点对点短消息的发送和接收应在处于呼叫状态或空闲状态时进行，由控制信道转送短消息业务的消息。 另一种短消息服务是“广播短消息，即系统周期性的对蜂窝中所有的用户广播数据信息。广播短消息也是在控制信道上传送，移动台只有在空闲状态下才可以接收广播消息。1235补充业务 补充业务修改和添加了基本业务，它主要是允许用户能够选择网络对其呼叫的处理以及通过网络为用户提供信息，使用户能更充分的利用基本业务。GSM所提供的补充业务共8大类，下面分别简要介绍如下： 1号码识别类补充业务 此类补充业务主要是为用户提供有关呼叫号码识别的功能选择，具体包括主叫号码显示(CLIP)，主叫号码拒绝显示(CLIR)，恶意呼叫识别(MCI)等。 2呼叫提供类补充业务 此类业务为用户处理来话呼叫提供了功能选择，使用户可以根据需要处理来话。具体包括无条件呼叫前转(CFU)，遇忙前转(CFB)，无应答前转(CFNRY)，不可及前转(CFNRC)等。 3呼叫完成类补充业务 此类业务主要是为已经建立了呼叫的用户提供呼叫中对通话进行处理的选择。主要包括呼叫等待(CW)、呼叫保持(HOLD)等。 4多方通信类补充业务 这类业务支持用户同时与多个用户进行通话，主要有三方通话(3PTY)和会议电话(CONF)两种。 5集团类补充业务 这类业务的代表是闭合用户群(CUG)，它可以将一些用户定义为用户群，实现对用户群内部通信和对外通信的区别对待。 6计费类补充业务 此类业务包括计费通知(AOC)、对方付费(REVC)等。 7附加信息传送类补充业务 用户至用户信令(UUS)支持移动用户通过信令信道的透明传输在呼叫建立的不同阶段向对方用户发送或接收有限的用户信息。 8呼叫限制类补充业务 此类业务为用户实现呼叫限制提供了多种选择。具体包括限制所有出局呼叫(BAOC)、限制所有入局呼叫(BAIC)、限制拨叫国际长途(BOIC)、漫游时限制所有入局呼叫(BAICROAM)等。值得注意的是，此类业务在使用时一般都有密码控制。13 GSM系统的编号计划 GSM系统是一个十分复杂的通信系统，它包括众多的功能实体和繁杂的实体间、子系统间及网络间的接口。为了将一个呼叫接续至某个用户，系统需要调用相应的实体，因此要实现正确的寻址，编号计划就显得尤为重要。由于GSM。系统的业务类似于ISDN网的延伸，因此GSM系统采用了CCITT建议中的“网号”编号方案，即将GSM系统作为一个电话网的独立编号方案，此时的PLMN相对于PSTN完全独立，其各种号码也就完全独立于PSTN。下面我们依次对GSM移动通信网中的各种号码进行介绍。131移动用户号码(MSISDN) MSISDN指主叫用户为呼叫GSM移动用户所拨的号码。一个移动台可以分配一个或多个MSISDN号码。其组成如图1-3所示。图中：CC：国家码。即移动台登记注册的国家码，中国为86。NDC：国内网络接入号码。中国移动网为135139，联通网为130131。SN：用户号码。采用等长8位编号计划，具体号码分配由运营公司决定。132国际移动用户识别码(I MS I) 为了在GSM系统中，每个用户都分配有一个唯一的IMSI，此号码在整个GSM系统中有效，用于用户身份的识别。它的组成如图14所示。 图中： MCC：移动国家码。唯一的识别移动用户所属的国家。中国的MCC为460。 MNC：移动网号，识别移动用户所归属的移动通信网(PLMN)。中国移动的MNC为00和02，中国联通为01 MSIN：移动用户识别码，唯一地识别某一移动通信网中的移动用户。 NMSI：国家移动用户识别码，由MNC与MSIN组成。133临时移动用户识别码(TMSI) 考虑到系统的安全性，GSM系统提供了在空中接口传递TMSI代替IMSI的保密措施。TMSI由VLR为来访的移动用户在鉴权成功后分配，它是一个由VLR自行分配的4B的BCD编码，仅限在VLR管辖区内代替IMSI临时使用，且与IMSI相互对应。134移动用户漫游号码(MSRN) MSRN是在呼叫接续时由VLR临时分配给移动台的一个号码，用于GSM网络在接续时的路由选择。它同时也可以作为SCCP的全局码(GT)地址来寻找被叫用户当前所在位置。MSRN的组成与MSISDN类似，最大为15位数字。135位置区识别码(LAI) 位置区是指移动台可任意移动而不需要进行位置更新的区域，它可由一个或若干个小区组成，为了呼叫移动台，系统在一个位置区内所有基站同时发寻呼信号。位置区识别码LAI用于检测位置更新和信道切换的请求，其结构如图15所示。 图中： MCC、MNC与IMSI中该部分相同。LAC是位置区号码，用于识别GSM网络中的一个位置区，它可以由运营部门自定。136全球小区识别码(CGI) CGI是在所有GSM PLMN中用做小区的唯一标识，是在位置区识别号LAI基础上加上小区识别号CI构成，其结构如图1-6所示。图中LAI与图1-5中相同。CI是可由运营部门自定义的小区识别号码，是一个2B BCD编码。137基站识别色码(BSIC) BSIC用于识别相邻国家的相邻基站，是一个6bit编码，其组成如图17所示。 图中： NCC为PLMN色码，主要用于区分国界两侧的运营者(国内用于区别不同的省)。 BCC为基站色码，由运营者自行设定，用来唯一识别相邻的采用相同载频的不同BTS。138国际移动设备识别码(IMEI)IMEI唯一识别移动台，是一个15位的十进制编码，如图18所示，它由四部分构成。 图中： TAC：6位，型号批准码，由欧洲型号认证中心分配。 FAC：2位，工厂装配码，由厂家编码，表示生产厂家及装配地。 SNR：6位，序号码，由厂家分配，用于识别每个设备。 SP：1位，备用码。14 GSM系统的移动网络功能 GSM系统能够提供四大类移动网络功能，包括支持通信业务的网路功能，支持移动性 管理的网络功能，支持安全性管理的网络功能和支持呼叫处理的附加网络功能，这使得GSM系统在移动网络功能方面大大优于先前的模拟蜂窝移动通信系统。 1支持通信业务的网络功能 这是GSM系统最基本的网络功能，它支持系统的基本业务和补充业务，保证系统用户间通信的建立。它支持呼叫的建立和释放、寻呼、信道分配和释放等呼叫处理过程和对附加业务的激活、去活、登记、删除等业务操作过程。 2移动性管理网络功能 这项网络功能支持处理由于用户的移动性带来的一系列问题，主要包括三个方面：位置更新、切换和漫游。这项网络功能将在第3章进行详细介绍。 3安全性管理网络功能 移动通信中最重要的通路是空中接口，由于它的开放性所带来的不安全因素使GSM系统的安全性管理功能显得尤为重要。GSM系统在安全性管理方面设计了许多方法来保护空中接口信息的安全，这项网络功能支持移动用户鉴权，移动用户识别的保密，用户数据的保密及信令数据的保密等安全措施。 4支持呼叫处理的附加网络功能 这项功能支持呼叫重建、排队、非连续接收等附加网络功能。15 GSM网络优化151 网络优化的概念 目前GSM网正处于飞速发展阶段，仅仅几年时间已具备相当的规模。因此加强网络优化，搞好运行维护是提高移动通信网络质量的关键。一个完善的网络往往需要经历从最初的网络规划、工程建设投入使用，到网络优化的历程，并形成良性循环。 网络优化工作是指对正式投入运行的网络进行参数采集、数据分析，找出影响网络运行质量的原因并且通过参数调整和采取某些技术手段，使网络达到最佳运行状态，使现有网络资源获得最佳效益，同时也对网络今后的维护及规划建设提出合理建议。网络优化主要包括无线网络优化和交换网络优化两个方面。 系统的无线部分具有诸多不确定因素，它对无线网络的影响很大，其性能优劣常常成为决定移动通信网好坏的决定性因素。当然，无线网络规划阶段考虑不到的问题如无线电波传播的不确定性(障碍物的阻碍等)、基础设施变化(新商业区、街道、城区的重新安排)、取决于地点和时间的话务负荷(如运动场)、话务要求、用户对服务质量的要求的增加，都涉及到网络优化工作。 网络优化是一个长期的过程，它贯穿于网络发展的全过程。只有不断提高网络的质量，才能获得移动用户的满意，吸引和发展更多的用户。在日常网络优化过程中，可以通过OMC统计和路测来发现问题，当然最通常的还是用户的反映。在网络性能经常性的跟踪检查中发现话务统计指标达不到要求、网络质量明显下降或用户的反映强烈、用户群改变或发生突发事件并对网络质量造成很大影响时、以及网络扩容后应对小区频率规划及容量进行核查等情形发生时，都要及时对网络进行优化。 在发生以下情况时应有针对性地重点进行网络优化。 1)网络正式投入运行后或网络扩容后，即转入网络优化作业； 2)网络质量明显下降或用户投诉多时，应立即安排优化作业，解决网络质量问题；3)发生突发事件并对网络质量造成很大影响时，应立即安排优化作业； 4)当用户群改变并对网络质量造成很大影响时，应立即安排优化作业。152网络优化的安排及实施 移动通信系统的网络优化工作是一项复杂、艰巨的系统工程，贯穿于规划、设计、工程建设和维护管理的全过程，各方面的调整相互牵连、影响。因此在工作中应时时注意从全局出发。 网络优化工作主要过程有系统调查、数据分析、制定和实施优化方案等。1521 系统监测调查 在工作中，我们监测调查工作主要包括： 1确认监测目标和范围 利用BSS系统中固有的性能统计机制，定期地对网络运行状态进行分析，因此只有当网络拥有相当数量的用户时，统计数据给出的结果才会具备可靠性和真实性。 移动通讯网络是一个动态的多维系统，一旦投入使用，它会在以下四个主要范畴里发生变化： 1)终端用户的变化(新的呼叫模型、用户的地理分布)： 2)网络的运行环境的变化(新的建筑、道路、植被)； 3)网络结构的变化(覆盖范围、系统容量)； 4)应用技术的变化(新设备、新标准、新业务)。 因此网络优化的系统监测工作将会伴随着目标网络的发展而循序渐进，不可能一蹴而就，这就要求运行商和设备厂商之间密切配合，充分发挥设备能力，以保证终端用户得到优质的服务。 除了定期分析处理系统的观测数据以外，日常的维护、故障排除工作也是和网络的性能密切相关的。 2确定网络优化的对象和目标 网络中存在的问题和需要改进之处是指那些没有达到性能要求的部分。进行优化工作(包括日常性优化和阶段性优化)的主要目的是解决： 1)局部网络或个别网络单元(小区)的性能明显低于网络平均水平： 2)一项或多项指标明显恶化： 3)网络运营质量未达到运营商的预期目标； 4)性能观测数据的定义。 当前各个设备生产厂家对GSM系统的运行统计是由大量计数器完成的，并定期向OMC报告计数结果。每一个计数器都和GSM系统中的某一网络单元的某一事件相关，即某一特定事件的发生会触发对应的计数器作加一计数，这样通过在某一观测时间段内对某一事件的发生次数进行统计，就得到了网络的运行统计。观测和分析OMC各计数器数值，就可掌握网络的运行质量并进行故障分析，这就要求监测人员必须具备GSM网络的呼叫控制、信道管理、干扰分析等基础知识。 3计数器观测周期和统计报表 这是指计数器的记录/刷新时间。在报表中一般有忙时监测和全天监测两类。忙时的确定可分为网络忙时和系统单元忙时：前者由NSS话务统计的峰值时间确定，后者则为统计对象的话务峰值小时(例如小区忙时)或系统负荷峰值时间。往往有必要在一天中的多个观测时间段内采集数据以监测网络/小区/单元等在一天中不同时间的话务变化和负荷变化。尤为值得一提的是，在进行干扰分析时，研究干扰强度的昼夜变化，有助于确定干扰性质，比如：判断是系统内干扰还是外来干扰。 4网络性能报表的定义 计数器几乎记录了所有事件，但要准确明了地反映网络运行情况还需要对计数器的原始数据进行计算，从而得到网络性能报表。报表中的质量指标将网络性能的定量描述与终端用户对服务质量的感受直接连系起来，更便于理解和应用，主要有：掉话、呼叫困难、网络无法接入、话音质量问题。 上述任何一方面一旦出现问题，都会降低网络总体服务质量，必须及时处理。网络质量下降的原因可分为两类： (1)硬件故障：如坏板或局部设备中断服务。这类故障一般会在OMC上产生相应的告警信息，维护人员须查明故障位置、类型并及时解决。 (2)软故障：系统仍然运行，但出现局部不稳定状态或处于非最佳状态，如干扰、邻小区定义不完整、PCM工作不稳定等，从而导致服务质量下降，如：掉话率上升、接通率下降等。这些问题必须由优化人员通过网络性能监测、分析并采取相应优化措施来解决。对于后者，通常采用三种方式进行故障监测和诊断： (1)网络观测结果与要求的目标门限相比较：预先确定一组门限，一旦发现某些网络单元超标(如5%掉话率)，即定为优化对象，进行进一步分析和故障处理。需要强调的是，门限应根据网络的实际情况确定，同时还要考虑到： 1)局部与整体的关系，集中力量解决个别超标小区： 2)网络维护水平，高水平的日常维护是优良网络性能的前提条件； 3)网络的动态发展，不同规模、不同覆盖水平的网络显然要求不同的门限指标。 (2)动态变化比较：如网络稳定运行时，各观测项目不应有大的浮动。一旦发现局部网络的性能突然恶化，如掉话率由1激增至3，应引起充分重视。通过预置变化量门限，可以筛选出这类问题，以保证网络的稳定运行。 (3)找出N个最差小区：在日常优化工作中，每阶段对几个最差小区的故障处理可有效的提高整体网络性能指标。1522数据采集 数据采集包括OMC话务统计数据采集、路测数据采集、CQT测试数据采集、用户申告情况收集以及其它仪表的测试结果等等，其中优化工程师日常优化依据的重点是OMC话务统计数据和路测数据。优化中评判网络性能的主要指标项包括长途来话接通率、语音接通率、信道可用率、掉话率、接通率、拥塞率、话务量和切换成功率等，这些也是话务统计数据采集的重点。路测数据的采集主要通过路测设备，定性、定量、定位地测出网络无线下行的覆盖切换、质量现状等，通过对无线资源的地理化普查，确认网络现状与规划的差异，找出网络干扰、盲区地段，掉话和切换失败较高的地段。然后，对路测采集的数据进行分析，如测试路线的地理位置信息、测试路线区域内各个基站的位置及基站间的距离、各频点的场强分布、覆盖情况、接收信号电平和质量、邻小区状况、切换情况等，找出问题的所在从而提出解决方案。 1OMC数据采集 收集与优化有关的BSS（基站子系统）和NSS（网络子系统）各种软、硬件参数，如基站数、每个基站的小区结构和话音信道数；基站的：BSIC（基站识别码）、小区号、小区系统类型、信道类型；小区的CGI、：BCCH（广播控制信道）载频号、小区载频数及跳频方式；邻区关系定义；切换数据；功率控制数据以及系统消息数据等等。 收集话务统计数据：OMC话务统计数据是了解网络性能指标的一个重要途径，它反映了无线网络的实际运行状态。统计数据应包括：忙时TCH的业务量；忙时每PCH的业务量；忙时每AGCH的业务量；忙时越区切换请求次数；忙时位置登记请求次数；忙时7号信令信道拥塞情况；一定数量通话跟踪的SACCH信息采集；在采集上述统计数据和BSS参数搜集并详细分析的基础上，对某些特定信息在A接口上的提取；忙时掉话次数；忙时成功呼叫接通率；其它方面系统的工作失常现象；需要的其它统计资料。 2其它数据的采集 我们应根据话务统计分析的结果和用户投诉情况进行路测。路测采集的数据包括：测试路线区域内各个基站的位置、基站间的距离、各频点的场强分布、接收信号电平和质量、邻小区状况、覆盖和切换情况、测试路线的地理位置信息等。通过路测数据可以判断无线小区的实际覆盖范围及干扰区，分析干扰源；观察信令接续过程，检查邻区关系和切换参数；验证天馈系统实际安装情况；利用信令分析仪可以采集和分析Abis口数据、A接口数据、网络的上行信号数据，并与路测得到的下行信号对比，从而全面了解网络状态。这样，各小区掉话、切换等事件发生的主要原因和场所都能正确定位。 由此可见，通过分析OMC采集的数据，不仅能获得各基站小区的参数配置和网络各项质量指标，还可以找出网络大致存在的问题，在进行有计划的路测后，就可以得出各种问题的相应解决方法。此外，对比网络优化前后的话务统计数据可以验证网络优化调整的正确性。利用测试仪表进行干扰和场强的测试，利用测试手段进行呼叫测试。利用测试分析软件分析数据，可以得到场强覆盖、同频和邻频干扰以及切换等情况。 天馈线资料的收集，如所使用的天馈线类型、馈线衰耗、驻波比、天线增益、天线挂高、天线方向角、天线俯仰角等等。1523数据分析和问题的定位 网络问题主要从干扰、掉话、无线接通率和切换四个方面来进行分析。 无线接通率分析： 影响无线接通率的主要因素是TCH的拥塞和SDCCH的拥塞，以及TCH的分配失败。因此若要提高该指标，必须要进行话务均衡处理和分配失败率的分析处理。话务均衡是指各小区载频应得到充分利用，避免某些小区拥塞，而另一些小区基本无话务的现象。通过话务均衡可以减小拥塞率、提高接通率，减少由于话务不均引起的掉话，使通信质量进一步改善提高。话务均衡问题的定位手段包括话务统计数据、话务量、接通率、拥塞率、掉话率、切换成功率、路测和用户反映。话务不均衡原因主要表现在：基站天线挂高、俯仰角、发射功率设置不合理，小区覆盖范围较大，导致该小区话务量较高，造成与其它基站话务量不均衡；由于地理原因，小区处于商业中心或繁华地段，手机用户多而造成该小区相对其它小区话务量高：小区参数，如允许接入最小电平等设置不合理而导致话务量不均衡；小区优先级参数设置未综合考虑等。 掉话分析：掉话问题的定位主要通过话务统计数据、用户反映、路测、无线场强测试、CQT呼叫质量拨打测试等方法，然后通过分析信号场强、信号干扰、参数设置(设置不当，切换参数、话务不均衡)等，找出掉话原因。 干扰分析：GSM系统是干扰受限系统，干扰会使误码率增加，降低话音质量甚至发生掉话。一般规定误码率在3左右，如果误码率超出10则话音质量已经不可容忍。因此，通常对载波干扰设置一定的门限，规定：同频道载干比（CI）9dB；邻频道载干比（CA）9dB。通话干扰的定位手段包括分析话务统计数据、话音质量差引起的掉话率、干扰带分布、用户反映、路测(RxQual)及CQT呼叫质量拨打测试等。 切换分析：切换失败的分析定位必须要和其它指标的分析结合起来，首先去检查是否是目标小区的信道由于出现拥塞、硬件故障、传输故障而导致无法指配；其次去分析是否和无线干扰有关，导致MS无法占用系统所分配的信道；接下来应去检查是否和切换参数及切换邻小区参数定义有关，或是出现了孤岛效应(漂移小区与其相邻小区同BCCH、BSIC)：最后应去检查是否为NSS部分数据或路由定义有误。1524优化方案制定及优化调整实施 系统调整内容包含提高交换机处理效率，增加容量，调整信道数，变更基站位置，变更天线位置，改变倾角，变更切换参数、频率、小区参数等，在覆盖忙区或高话务量地区增加信道或设置微蜂窝。 下面就网络频率计划、邻区关系、小区覆盖范围和话务流量等方面的调整说明优化过程，并提供一些优化前后的统计数据进行比较。 1频率计划调整 通过分析BSC频率配置数据和OMC话务统计报告，我们曾经发现某些小区个别载频存在干扰，表现为其受到的干扰电平不是处于正常时的干扰电平带域1内，而是处于干扰电平带域3或4。路测结果显示这些小区的覆盖区域存在一定的重叠，而频点的配置存在着邻频。针对其中部分小区的频点进行调整后，上述干扰问题明显改善。 2邻区关系调整 正确、完整的邻区关系非常重要。邻区关系过少，会造成大量掉话；邻区关系过多，会导致测量报告的精确性降低。这两种情况都会造成网络质量的恶化和掉话。分析OMC中的TCH性能测量和小区间切换性能测量两个统计报表数据，发现切入、切出B2和B3小区的切换请求次数很多，两个小区的话务和信令流量也很大，C3小区的掉话率较大。检查BSC内的邻区关系设置，发现C3小区没有做基站A的邻区关系。通过这样的分析后对网络中的邻区关系作出调整，使网络的资源得以充分利用，各相关小区的话务分布更趋合理，各小区射频丢失率、掉话率均有不同程度的降低，网络性能得到明显改善。 3小区覆盖范围调整 基站小区的覆盖范围是衡量移动通信网服务质量的重要指标之一。将路测得出的小区实际覆盖情况和OMC话务分析相结合，可以对各相邻小区的话务均衡提供直接参考依据，是防止同、邻频干扰的必要步骤。 基站的发射功率、天线高度、下倾角调整是调整基站覆盖范围的常用方法。降低基站的发射功率、天线高度，增大天线下倾角都会减少基站对其它同邻频小区内移动台的干扰，但会使基站的覆盖范围变小，并且可能引入盲区。对于室内覆盖较差的情况，除了通过建设室内微蜂窝基站加以解决外，还可以通过降低参数MS最小接收信号电平”(RXLEV ACCESS MIN)使室内覆盖得到一定程度的改善，但通话质量有可能会因此下降。此外，小区参数“最大时间提前量”的设置，决定了该小区进行信道分配和切换的服务范围，取值过小会导致掉话。因此，进行小区覆盖范围的调整时要权衡考虑。 4话务调整 。 频率计划、邻区关系和小区覆盖范围的调整事实上已经起到了一定的话务均衡作用。此外，分析话务统计的结果、检查BSC内小区参数的设置可以得出不同的改善措施： (1)增加信道或基站：是解决由于无线信道的不足引起网络拥塞的最好办法，但需要对全网频率进行重新规划或调整。 (2)小区参数调整：小区重