GSM移动通信系统的网络优化问题研究-郑雪莉.doc

河北北方学院河北北方学院 毕业论文毕业论文 题 目： GSM 移动通信系统的网络优化问题研究 天线分裂技术在 GSM 网络优化中的应用 专 业： 通信工程 姓 名： 郑雪莉 指导教师： 杨 磊 院 系： 宣化教学部 年 级： 2005 级 河北北方学院教务处制河北北方学院教务处制 目目 录录 摘摘 要要I ABSTRACT.II 引引 言言.III 第第 1 章章 GSM 移动通信网络及网络优化概述移动通信网络及网络优化概述.1 1.1 GSM 移动通信网络的发展1 1.2 GSM 移动通信系统基本组成原理简述2 1.2.1 GSM 系统组成结构2 1.2.2 GSM 系统的接口3 1.3 GSM 移动通信系统的网络优化5 1.3.1 GSM 网络优化的必要性5 1.3.2 网络优化的概念和内容.5 1.3.3 网络优化的流程6 第第 2 章章 天线分裂技术天线分裂技术.8 2.1 天线基础知识8 2.1.1 天线工作原理及特性.8 2.1.2 基本电振子的辐射特性11 2.1.3 基站天线类型12 2.2 天线分裂技术13 2.2.1 天线分裂技术的概念.13 2.2.2 天线分裂技术的原理14 2.2.3 天线分裂技术在 GSM 网络优化中的应用.15 第第 3 章章 结束语结束语.19 致致 谢谢.20 参考文献参考文献.21 - I - GSM 移动通信系统的网络优化问题研究 天线分裂技术在 GSM 网络优化中的应用 作者：郑雪莉 指导教师：杨磊 摘摘 要要 随着 GSM 移动通信技术的高速发展，网络优化已成为移动通信网络运行维护工作中 的一个重要组成部分，其目的就是提高网络通信质量，改善服务形象，充分挖掘网络资 源。如何提高移动通信网络质量是运营商的首要任务。本文主要针对一些建筑物密集， 周边覆盖复杂的狭长地段存在的网络问题，阐述了一种网络优化中的非常规方法天 线分裂技术。它是通过对统一小区的覆盖天线进行分裂调整，达到网络优化目的，从而 改善网络质量。 关键词关键词：移动通信 GSM 网络优化 交换数据 天线分裂 - II - GSM Mobile Communication System Network Optimization Research The Technology of Antenna-divided Use in the Net Optimize of GSM Abstract With the GSM high-speed mobile communication technology development, network optimization has become an important part of the mobile communication network operation and maintenance work, the aim is to improve the quality of network communication, to improve the service image, and to fully tap the network resources. All commission merchants have pay more attention in how to improve the quality of mobile communication network system. This article expounds on the technology of antenna-divided which is a non-normal method in network optimizing working.The technology can optimize net and improve the net quality by dividing and adjusting the antenna of uniform zone.It is used for resolving of many network problems,which always be connected with closing buildings or narrow places covered complex things in many areas. Key words:mobile communication Grouped Special Mobile network optimization exchange-data antenna-divide - III - 引引 言言 进入 21 世纪移动通信技术得到高速发展，从 90 年代的模拟移动通信网络技术发 展到 21 世纪的数字移动通信网络技术，即移动通信从 1G TACS 系统向 3G GSM 系统 发展，解决了模拟移动通信网络中的用户容量、话音质量、数据传输等技术瓶颈问题， 同时大大减少了运营商经营成本。近几年来，数字移动通信技术得到飞速发展，我国数 字移动电话用户目前已增长至将近 3 亿用户，数字移动电话改变了人们的生活方式。 随着移动电话的普及，人们对数字移动通信网络所能提供的众多功能服务及网络的 服务质量要求越来越高，为满足人们的使用要求，运营商们对 GSM 网络不断升级优化， 我国目前数字移动通信技术已发展到 2.5G GPRS 系统，进一步发展到 2.75G EDGE 系统， 并发展到了 3G CDMA 系统，大大提高了移动通信网络的数据通信速度，同时衍生出更多 的数字通信功能。如何提高数字移动通信网络质量，称为网络运营商最为关心的问题。 网络优化，是对整个移动网络资源进行合理的调配和调整，最大限度的提高网络质量及 服务水平。网络优化是一个长期的复杂的艰巨的系统工程，是移动通信服务运营商提高 服务水平，保障通信质量的重要工作内容。 当前运营商都有专门的系统网络优化部门，通过一些常规的网络优化手段，如路测 （DT） 、拨测（CQT）收集网络数据，进行用户接通率、掉话率、切换成功率等数据的分 析，对网络的覆盖天线及交换数据等等进行调整，达到网络优化的目的。本文所阐述的 天线分裂技术，是网络优化中的非常规方法，它针对一些建筑物密集，周边覆盖复杂的 狭长地段存在的网络问题，通过对统一小区的覆盖天线进行分裂调整，达到网络优化目 的，改善网络质量。 - 1 - 第第 1 章章 GSM 移动通信网络及网络优化概述移动通信网络及网络优化概述 1.1 GSM 移动通信网络的发展移动通信网络的发展 随着社会科学技术的不断发展，特别是无线电通信技术的发展和成熟，从 18 世纪末 以来，移动通信技术取得了极大的发展。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。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，但其所增加的容量与用户的需求 相比仍然是远远不够的，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 （如下图 1-1）所示： 图 1-1 蜂窝系统概念示意图 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，在增大系统容量的同时，系统网络和设备的复杂性也大大增 加。20 世纪 80 年代中期，北美、欧洲国家和日本也分别建立了自己的蜂窝移动通信网， 主要制式有：英国的 ETACS 系统、法国的 450MHZ 系统和美国的 800MHZ 的 AMPS 系 统。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。 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。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 - 2 - 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。 1990 年，由英国提出将 1800MHZ 频段归入 GSM 标准之中，带宽为 275MHZ，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 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，即“全球移动通信” 。 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联互通。 （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 FDMA/TDMA 及跳频的复用方式，频率复用利用率较高，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。 GSM 系统具有以上诸多优点，真正实现了个人移动性和终端移动性，因此在全球得 到广泛应用。在全球移动通信市场中占据绝大多数的份额。至 2002 年第一季度，全球 10.27 亿移动用户中，GSM 用户数已达到 7.04 亿户。而我国的移动用户至 2002 年 9 月达 到了 1.9 亿户，与 110 个国家和 198 个运营商有自动漫游业务。 1.2 GSM 移动通信系统基本组成原理简述移动通信系统基本组成原理简述 1.2.1 GSM 系统组成结构系统组成结构 GSM 系统由许多功能单元组成，由系统结构图（如下图 1-2 所示）中可以看出，整 个系统可以分为 4 个相互独立的子系统：移动台（MS） 、基站子系统（BSS） 、网络交换 子系统（NSS）和操作支持子系统（OSS） 。 - 3 - MS BTS BTS BSC MSC/VLR OMC HLR/AUC ETR PSTN ISDN PDN NMC DPPS PCS SEMC BSS OSS NSS 图 1-2 GSM 系统结构图 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。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他通信网用户 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。BSS 主要负责无线信息的发送与接收及无线资源管理，同时 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，传送信息系 统和用户信息等。通过 A 接口和 Um 接口，移动台（MS） 、BSS 和 NSS 组成 GSM 系统 的信息传输实体部分。操作支持子系统（OSS）则为运营部门提供一种手段，用来控制和 维护这些实际运行部分。 1.2.2 GSM 系统的接口系统的接口 GSM 系统接口示意图，如图 1-3 所示。 - 4 - AUC_P AUC_V HLR S-GMSC GSMC SC PSTN MSC/VL BSC DTI BTS OMC EIR IOG MAP MAP MAP MAP TUP ISUP ISUP BSSAP MAP LAPD LAPDM IWUP 图 1-3 GSM 系统接口示意图 GSM 系统有四个主要接口： （1）MSC 与公众网接口ISUP 和 TUP 通过 ISUP 和 TUP，MSC 可分别与综合业务数字网（ISDN）和公众电话交换网 （PSTN）连接。因而，GSM 系统具有广泛的联网能力。 （2）MSC 与 BSC 接口A 接口 该接口采用 NO.7 信令系统的信号接续控制部分（SCCP） ，去完成通信接续控制功能。 （3）BSC 与 BTS 间的接口ABIS 接口 ABIS 接口采用 D 通路链路接入程序 LAPD 功能级（二层） 。 （4）BTS 与移动台（MS）之间接口Um UM 接口是 GSM 系统接口中最重要的接口，UM 接口的物理层（一层）连接内容包 括: 工作频段：890MHz-915MHz（移动台发） ，935MHz-960MHz（基地台发） 。 射频载波：124 个。 载波间隔：200KHz。 多址方式：TDMA。 基本帧：每载波 8 时隙。 信道速率：270.83kb/s,码元宽度 3.7s。 调制方式：GMSK，调制指数：0.30。 除上述四处接口外，MSC 和 BSC 还将通过 NO.7 信令系统与 HLR 和操作管理中心 （OMC）互连，从而实现完整的 GSM 系统连接。 - 5 - 1.3 GSM 移动通信系统的网络优化移动通信系统的网络优化 1.3.1 GSM 网络优化的必要性网络优化的必要性 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，这主要是因为： （1）虽然移动通信技术发展很快，第三代（3G）移动通信的标准也在不断完善， GSM 网络仍将在较长的时间内继续存在下去。目前全世界有 100 多个国家，约 190 多个 运营商正在经营 GSM 网络，服务十亿多用户，从保护投资、保护运营商利益的角度出发， GSM 网络将继续存在并且不断发展。GSM 网络需要通过优化保持其服务质量。 （2）通过对 GSM 网络的优化，可进一步挖掘系统的潜力，发挥 GSM 网络的优势， 提高网络的服务质量，满足用户的需求，为运营商创造经济效益。 （3）即使进入 3G 时代，由于双模手机的大量生产，为 GSM 与 CDMA 系统间的切 换提供了可能，GSM 系统和 CDMA 系统将长期共存。因此，必须通过 GSM 网络优化， 保持 GSM 网络良好的网络质量，在网络覆盖和功能上与 CDMA 系统互补。由于移动网 中出现的大多数问题在网络规划阶段是不可能预料到的，例如： 从技术角度来看，由于地形地物数据库的精度因素，不可能对实际的无线电传播 和信号的变化做到完全精确的预测； 真实的话务负荷与规划中所采用的统计预测的话务负荷并不完全一致； 用户行为与所假设的每用户话务量不相符合； 基础设施（新的商业区、主要道路、城区的重新安排）的变化； 话务要求、用户对服务质量的要求在不断地增加； 取决于地点和时间的话务负荷（例如运动场） 。 所以，有必要对正常运动的移动网络进行持续不断的优化。 1.3.2 网络优化的概念和内容网络优化的概念和内容 网络优化是移动通信运行维护工作的重要组成部分，是在日常运行维护工作的基础 上，在保证网络设备正常运行的前提下，对已验收投产的网络所进行的一系列旨在提高 移动通信质量和网络运行效率的调查、分析与调整作业。 GSM 网络优化的目的：从运营的角度出发，做到系统配置（硬件及参数）合理，争 取最大限度地利用网络资源，提高网络运行经济效益，降低运营成本；从用户的角度出 发，在移动通信网络的获得性、稳定性以及话音质量等方面获得满意服务。 对其定义如下：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， 找到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 - 6 - 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，内容有网络测试与分析、 网络调整及话务均衡、覆盖优化和用户申告处理等几项工作： （1）网络测试与分析工作包括移动通信网络性能、结构及效率的监测与分析，城区 路测，拨打通话测试（CQT）以及局数据等，它是作为一项日常性工作来开展的。 （2）网络调整及话务均衡是指在不影响用户及业务数据的条件下，对网络系统参数 和物理参数以及网络路由及电路进行调整，对载波及天线馈线进行优化整治，对基站及 直放站实行搬迁调整等。这部分优化工作应该针对具体的情况和技术条件，阶段性地开 展。 （3）覆盖优化主要包括公路、铁路等交通干线的覆盖优化，市区的室内、外覆盖优 化以及基站合理选址等。该工作根据相关标准和计划要求，并结合业务部门和用户的反 馈作为一项循序渐进的工作来开展。 1.3.3 网络优化的流程网络优化的流程 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。 网络优化工作具体是指，通过测试和分析发现系统的问题，修改调整系统的参数， 逐步改善系统的性能，如此反复不断进行，最终使系统在接近最优的状态下工作。网络 优化流程如图 1-4 所示： 系统调查 运行数据采集、路测、话音质量测 试、用户申告、小区频率规划核查 等 数据分析 通过系统评估的标准，对网络数据 库进行分析，正确评价网络 系统调整 制定优化方案并实施 是 否 符 合要求 符合 不符合 图 1-4 优化流程图 - 7 - 系统调查包括 OMC、MSC 及基站系统话务数据的统计，路测，话音质量测试，用户 申告，小区频率规划核查等，并建立各种必要的数据资料库，如小区设计参数数据库等。 数据资料库应包括原设计文件中的数据和调查所得到的当前运行统计数据。 用户申告是指通过来自业务部门或其他方面的问题。网络优化人员可以依此有针对 性地进行网络优化工作，有利于网络经常性地保持在最佳运行状态。 路测的目的就是取得蜂窝小区的覆盖范围和切换带范围，使其与网络规划要求相一 致，以达到建立一个话务分布合理、无线引起的掉话和阻塞最小的网络。路测的内容包 括小区覆盖测试、干扰测试和呼叫测试以及信号接收质量（RxQual） 、切换（Handover） 、 时间提前量（TA） 、GSM 三层信令和控制信道（BCCH） 、相邻小区的信息等。 测试路线的选择可以是一条或多条，一般应遵循下列原则： （1）穿越尽可能多的基站； （2）包含网络覆盖区的主要道路； （3）在测试路线上车辆能以不同的速度行驶； （4）包含不同的电波传播环境； （5）路线应穿越基站的重叠覆盖区。 话音质量测试主要以用户的主管评测为主，即用主观评价方法测试信道的话音质量。 具体方法是，由业务主管部门组织人力，按预定的测试方案在小区指定地点内进行拨打 通话测试（CQT） ，并记录拨打接通情况、通话的话音质量情况、掉话情况等等。通话话 音质量按 5 级评分标准，如表 1-1 所示： 表 1-1 OMC 主管评测标准 级 别 质量 5优秀（话音完全能听懂） 4良好（话音容易听懂，但有一点噪音） 3一般（稍作努力话音可听懂，偶尔需要重复） 2差（在注意力相当集中的情况下才可听懂，需不断重复） 1不可用（不能听懂话音） 实际工作中，GSM 系统的网络优化是一个不断反复的过程，对网络优化过程中采集 到的数据进行分析，对系统参数修改，如此反复不断进行，使系统的运行更加合理。由 于地面建筑物的经常变化，为了维持系统的性能最优，系统参数也要根据实际情况进行 调整。所以网络优化是一个经常性的必不可少的工作。 - 8 - 第第 2 章章 天线分裂技术天线分裂技术 2.1 天线基础知识天线基础知识 在对移动通信网进行规划和优化时，必须了解移动通信系统所用天线的性能，特别 是基站天线的性能和各种移动环境下的无线电波传播特性。 2.1.1 天线工作原理及特性天线工作原理及特性 （1）天线工作原理 根据麦克斯韦方程，当导线载有交变电流时，就可以产生电磁波辐射。辐射能力与 导线长短和形状有关。 如图 2-1（a）所示，当两根导线距离很近时，理想导线上产生的感应电动势相互抵 消，辐射到两根导线之外的能量很小；当两根导线张开一定角度（如图 2-1（b）所示） 后，由于两根导线的电流方向相同，产生的感应电动势方向相同，向外辐射的能量较大； 如图 2-1（c）所示，当张开导线的长度与波长可比拟时，导线上的电流就大大增加，因 而就能形成较强的辐射。通常将上述能产生显著辐射的直导线称为振子。两臂长度均为 1/4 波长的振子叫做对称半波振子。 发射机 发射机 发射机 同轴电缆 i i 电场 （a） i i 电场 （b） 1/2 波 长 i i 电场 （c） 图 2-1 天线辐射原理图 - 9 - 对称半波振子是移动通信天线中的基本单元，实际的天线是由多个振子组成的。 （2） 天线基本特性 在陆地移动通信系统中，基站天线的辐射特性直接影响无线链路的性能。基站天线 的辐射特性主要有天线的方向性、增益、极化、输入阻抗、驻波比等。 方向图 当天线作为发射天线时，在空间各个方向上辐射的能量是不均匀的，而当天线作为 接收天线时从空间各个方向上接收到的能量也是不均匀的。天线的这种方向选择性可以 用它的辐射方向图来描述。辐射方向图就是在以天线为球心的等半径球面上，相对场强 随坐标变量 和 （球面坐标系）变化的图形。二维的天线方向图，如图 2-2 所示。当 为常数时，电场强度 E 随仰角 变化并经过主最大方向的二维方向图通常称为子午面 方向图（或垂直方向图） ，而当 为常数时，E 随方位角 变化的二维方向图通常称为 赤道面方向图（或水平方向图） 。 图 2-2 天线的二维方向图 方向图可以用不同的方式来描绘。最常见的是用极坐标或直角坐标绘制的二维图形。 利用方向图可获得主波束的波束宽度（如图 2-3） 。主波束宽度（简称为波束宽度）通常 被定义为：在天线主波束方向图上，功率下降到为最大值一半的两点之间的夹角，如用 分贝表示的话即相对最大值下降了 3dB 的两点之间的夹角。它表征了天线在指定方向上 辐射功率的集中程度.一般地，GSM 定向基站水平面主波束宽度为 65 度，在 120 度的小 区边沿，天线辐射功率要比最大辐射方向上低 9-1OdB。 - 10 - 图 2-3 波束宽度 增益 天线的功率增益是用来表示天线在某一特定方向上能量被集中的能力。天线增益的 定义是，在相同的输入功率下，天线在最大辐射方向上某点产生的辐射功率密度和将其 用参考天线替代后在同一点产生的辐射功率密度之比值，用公式表示如下： G= o max s s mompp 当用分贝表示时，则为：G（dB）=10lgG 若参考天线为各向同性天线时，即在所有方向上辐射功率密度都均匀相同的天线， 那么所得到的天线增益用 dBi 表示。 若参考天线为半波振子天线时，增益用 dBd 表示。由于半波振子的增益为 2.14dBi， 所以同一个天线用 dBd 和 dBi 分别表示时的转换关系为：0dBd=2.14dBi。 相同的条件下，增益越高，电波传播的距离越远 极化 天线所产生的电磁波，在远区接收点处的局部范围内可视为平面波，该平面波按极 化可分为线极化波、圆极化波（如下图 2-4 所示）或椭圆极化波。 图 2-4 圆极化波 - 11 - 极化的定义是指在垂直于传播方向的波阵面上，电场强度矢量端点随时间变化的轨 迹，如果轨迹为直线，该平面波就是线极化波；如果轨迹为圆或椭圆，则该平面波就是 圆极化波或椭圆极化波。发射天线和接收天线应具有相同的极化方式。 输入阻抗 输入阻抗是指天线在工作频段的高频阻抗，即馈电点的高频电压与高频电流的比值。 可用矢量网络测试分析仪测量，其直流阻抗为 0 。一般移动通信天线的输入阻抗为 50。 驻波比 由于天线的输入阻抗与馈线的特性阻抗不可能完全一致，会产生部分的信号反射， 反射波和入射波在馈线上叠加形成驻波，其相邻的电压最大值与最小值的比即为电压驻 波比 VSWR 。一般地说，移动通信天线的电压驻波比应小于 1.5，但实际应用中 VSWR 应小于 1.2。 2.1.2 基本电振子的辐射特性基本电振子的辐射特性 基本电振子是指无限小的线电流元，即其长度 l 远远小于波长 （ll） ，对于天线问题来说最有意义的是远区场或称为辐射场。 在远区场中，基本电振子的辐射场表示式可以简化为只有 E、H 两个分量，即 sine r I60 j jkr E l - 12 - sine r2 I j jkr H l 基本电振子的辐射是有方向性的，由上式可知在 =0或 180的振子轴线方向上 E=0、H=0 即辐射为 0；在 =90的赤道平面上，场强达到最大值，即辐射最强； 在其他方向上，场强与 sin 成正比，如图 2-5 所示。这就是所谓的辐射方向性，即在不 同的方向上，相同距离处电基本振子的辐射是不同的。 图 2-5 基本阵子的方向图 子午面方向图也成为 E 面方向图，E 面是指通过天线最大辐射方向并平行于电场矢量 的平面。赤道面方向图也称为 H 面方向图，H 面是指通过天线最大辐射方向并垂直 E 面 的平面。 2.1.3 基站天线类型基站天线类型 根据所要求的辐射方向图（覆盖范围） ，可以选择不同类型的天线。下面简单地介绍 蜂窝移动通信系统中基站最常用的天线类型：全向天线、定向天线、特殊天线、多天线 系统。 （1）全向天线 全向天线在水平各个方向上功率均匀地辐射，因此水平方向图的形状基本为圆形。 不过在其垂直方向图上，可以看到辐射能量是集中的，因而可以获得天线增益。 全向天线一般由半波振子排列成的直线阵构成，并把按设计要求的功率和相位馈送 到各个半波振子，以提高辐射方向上的功率。振子单元数每增加一倍（相应于长度增加 一倍） ，增益增加 3dBd。 典型的增益值是 6-9dBd。受限制的因素主要是物理尺寸，例如 9dB 增益的全向天线， 其高度为 3m。 （2）定向天线 - 13 - 这类天线的水平和垂直辐射方向图是非均匀的，它经常用在扇形小区，因此它们也 经常称为扇区天线。辐射功率或多或少集中在一个方向。在蜂窝系统中使用方向天线有 两个原因：覆盖扩展及频率复用。使用方向天线可以改善蜂窝移动网中的干扰。 定向天线一般由直线天线阵加上反射板所构成（如图 2-6 所示）或直接采用方向天线 （如八木天线） 。定向天线的典型增益值是 9-16dBd。结构上一般为 8-16 个单元的天线阵。 图 2-6 定向天线 （3）特殊天线 第三种天线用于特殊用途，例如用于室内覆盖、隧道覆盖等等。它们的辐射方向图 是根据用途来选择天线类型使其适应要求。 特殊天线的一个例子是泄漏同轴电缆，它能起到连续不断地覆盖的作用，以解决室 内或隧道中的覆盖问题。泄漏电缆适用于任何形式的或是封闭形式的、需要局部限制的 覆盖区域。 （4）多天线系统 多天线系统是许多单独天线形成的合成辐射方向图。这种系统最简单的类型是在塔 上相反方向安装两个方向性天线，通过功率分配器馈电。其目的是用一个小区来覆盖大 的范围，例如沿一条街道，它比用两个小区情况所使用的信道数要少。 2.2 天线分裂技术天线分裂技术 2.2.1 天线分裂技术的概念天线分裂技术的概念 移动通信网络是一个蜂窝系统，在蜂窝系统中有若干个收发信机，而且每个收发信 - 14 - 机所覆盖的范围有一部分是重叠的，基于这种蜂窝系统，目前的覆盖技术主要是蜂窝覆 盖技术，即采用全向或定向基站对网络进行覆盖，如图 2-7 所示。 图 2-7 全、定向站覆盖示意图 随着网络覆盖的不断深入，采用蜂窝覆盖技术进行网络覆盖的方式也开始凸显出其 不利的方面，由于基站建设受其周边环境、天线架设高度、电波辐射方向等方面的限制； 而无线电磁波的覆盖效果往往与预期的效果有所差距，因此产生了一系列的覆盖难题。 以下将从另外一个角度来分析网优中的无线网络的覆盖技术。 对于一些建筑物密集，周边覆盖复杂的狭长地段存在的网络问题，在网络优化中采 用一种非常规方法天线分裂技术。它是无线网络优化中的一种优化技术，通过对统 一小区的覆盖天线进行分裂调整，达到网络优化目的，从而改善网络质量。 2.2.2 天线分裂技术的原理天线分裂技术的原理 （1）功分器 功分器在无线网中的应用已经十分广泛，它是一种低耗的无源器件，能把一个输入 信号等分为二个或多个输出，输出信号间具有等幅、同相、互相隔离三个特点。现在我 们将大功率的功分器用于宏蜂窝基站，在基站的天馈部分通过增加功分器向两个扇区的 天线馈电，从而节省基站一个扇区的资源供再利用，或将全向基站功分为二个或三个扇 区的定向站，提升其覆盖效果及通信指标。 （2）天线分裂技术原理 天线分裂技术就是利用功分器将天线一分为二，在基站的一个扇区分出两面天线， 从两个角度进行覆盖，扩大单一小区的覆盖范围。 我们知道使用功分器必然会有一定的损耗(约 33dBm)，这样也必然会使基站的发射 功率下降，从而影响到基站的覆盖，为此，我们尽量调用更高增益的天线来弥补功率的 损耗，请看下面的公式： 基站进行功分前，定向基站使用的天线增益为 14dBm，则基站发射功率为： P 基站发功率=P 机项功率-P 馈损+P 天线增益 =43dBm-P 馈损+14dBm - 15 - =57dBm 基站进行功分后，我们使用高增益天线(16dBm)，则基站发射功率为： P 基站发功率=P 机顶功率-P 馈损+P 天线增益-P 功分器损耗 =43dBm-P 馈损+16dB-3.3dBm =55.7dBm 而对于全向基站(天线增益为 9dBm)，从下面公式可知，不会导致基站发射功率的下 降。 P 基站发射功率=P 机顶功率-P 馈损+P 天线增益 =43dBm-P 馈损+9dBm =52dBm 基站进行功分后，使用高增益天线(16dBm)，则基站发射功率为： P 基站发射功率=P 机顶功率-P 馈损+P 天线增益-P 功分器损耗 =43dBm-P 馈损+16dBm-3.3dBm =55.7dBm (注：以上数据在馈损不计的情况下计算得出的。) 功分后调用更高增益的天线，不至对基站的覆盖造成太大影响，因此可以从两个角 度对所定区域进行覆盖，以扩大小区的覆盖范围。 如图 2-8 所示为天线分裂技术示意图： 图 2-8 天线分裂技术示意图 - 16 - 2.2.3 天线分裂技术在天线分裂技术在 GSM 网络优化中的应用网络优化中的应用 通常在进行系统网络优化时，技术人员会通过一些常规的网络优化手段，如路测 （DT） 、拨测（CQT）收集网络数据，分析用户接通率、掉话率、切换成功率等等数据， 对网络的覆盖天线及交换数据等进行调整。而这里说到的天线分裂技术，是网络优化中 的非常规方法，它针对一些建筑物密集，周边覆盖复杂的狭长地段存在的网络覆盖问题， 对统一小区的覆盖天线进行分裂调整，以优化网络，改善网络质量。 以下通过具体实例对天线分裂技术在 GSM 网络优化中的应用做分析论证。 （1）三条平行交叉高架桥，桥高 1530 米，桥上车流量大，车速 5080 公里， 并且高架两旁有较多高楼大厦，流动客户量大，周边基站较为密集，覆盖环境复杂。 （2）网络优化前网络存在问题 在进行网络优化前，覆盖区域接通率、掉话率、话音质量不达标，通过 DT 测试， 覆盖效果如图 2-9 所示：图中两个圆圈处由于处于拐角及楼群阻挡区域，造成弱信号覆 盖，易导致较多异常情况出现，如切换失败率、掉话率、接通率、话音质量差等。 图 2-9 天线分裂前覆盖图 （3）对存在的问题进行分析 对覆盖区域进行详细全面的 DT 测试，分析测试数据，同时对话务量统计结果进行 分析。 为了降低频率干扰，我们通过改频、调整天线方向角和俯仰角、小区相邻关系参数 调整等方法，虽然成功解决了不少同频干扰，切换失败等问题，无线信号总体水平有所 - 17 - 改善，但效果还是不能令人满意。 为了降低掉话率，我们找到容易掉话的高架路段，将覆盖该路段沿途两边的小区作 参数调整：将参数 RLT（无线链路超时）的值由原来的 32 调高到 45 到 64 不等，通过反 复路测，结果发现掉话率是降低了，但话音质量却下降了。相反，将参数 RLT 调低了， 话音质量有所改善，但代价是更容易掉话。显然，两种结果违背网络优化原则。参数 RLT 过大，在用户不能接受的语音质量情况下，过长占用原有信道，浪费无线资源； 参 数 RLT 过小，容易引起掉话。 从 OMC 和路测得来的数据统计发现，出现掉话的主要原因是话音质量差和切换失 败引起的。从话务统计中，我们发现出现掉话的小区并无 SDCCH 或 TCH 的拥塞，检 查它的切换关系也正常，共同特点是切换过于频繁，也就是说，基站本身是正常的，只 是他们在高架上形成的覆盖不好。通过最差路段和最优路段的对比，我们发现质量好的 路段切换较少，当前服务小区信号强度明显比邻小区强；而信号差的路段切换频繁，当 前服务小区信号强度和邻小区相当。可以得出结论：两者最根本的区别在于该路段是否 有固定的小区形成主力覆盖。有了这个思路后，我们开始对问题高架路段进行实地考察， 发现这些路段都是基站密集，建筑环境很复杂。有的基站虽然离高架很近，但由于建筑 物的阻挡，覆盖到高架上的角度很窄；有的基站很高，能覆盖的高架路段也很长，但它 位于高架正上方，高架上实际收到的信号强度并不高，很难形成主力覆盖。调整天线和 参数效果不大，在这种路段加站成本过高，显然不太现实。那么，通过什么方法实现网 络优化呢？ （4）解决方案天线分裂技术 在覆盖环境复杂的区域，要实现网络优化，必须形成主力覆盖，保证信号强度的情 况下扩大覆盖面积。由于高楼的阻隔，特别是在转弯处，一个定向天线是无法在两个方 向上形成连续覆盖的，解决覆盖区域不连续的方法，就是想办法扩大覆盖区域，我们利 用功分式天线分裂技术，在不增加机架及载波数量，只增加天馈线的情况下扩大单一小 区的覆盖范围。由于目前城市已是密集覆盖，功分后的天线辐射功率依然满足原先覆盖。 我们在高架上尝试，将这种分裂天线的技术用于只有一个方向对高架形成主力覆盖的小 区（基站只有一个小区覆盖高架桥） 。我们将主力覆盖小区的天线一分为二，从两个角度 对高架覆盖，提高主力覆盖距离，结果取得了令人满意的效果：通过路测发现，在以前 切换频繁的路段形成了主力覆盖后，不但使该路段切换大为减少，话音质量也有明显的 提高。另外，我们对被改动的基站和他们的邻小区做了两周的话务统计观察，总体切换 失败率和掉话率有所下降，个别站的位置更新(Location Update)次数有明显下降，其他指 标未发现有恶化现象，达到网络优化目的。 天线分裂后 DT 测试图如图 2-10 所示： - 18 - 图 2-10 天线分裂