毕业设计（论文）-GSM系统基站的设计.doc

813490aa21d4b8ba26f459f20c142585.pdf郑州升达经贸管理学院 本科毕业设计（论文）题 目 _ GSM系统基站的设计 学生姓名 专业班级 电信一班 学 号 2009058137 院 （系） 信息工程系 指导教师(职称) 副教授） 完成时间 2013 年 4月 25日 目 录摘 要IAbstractII1 GSM基站系统结构11.1 MS11.2 NSS21.3 BSS31.3.1 基站收发台（BTS）31.3.2 基站控制器（BSC）41.4 OSS52 GSM基站系统原理概述62.1 GSM工作频段的分配62.2 GSM信号的处理过程72.3七号信令简述92.4 GSM系统呼叫流程92.5 TDMA帧结构112.6 GSM无线路径的损耗和衰落与分集接收122.6.1无线路径的损耗和衰落122.6.2 GSM分集143蜂窝网络的覆盖技术163.1 室外覆盖系统163.1.1 宏基站室外覆盖163.1.2 室外分布式覆盖163.1.3 一点对多点的室外覆盖163.1.4 室外覆盖的信源选择173.2 室内覆盖系统173.2.1无源分布式室内覆盖系统173.2.2 电+无源混合分布式室内覆盖系统183.2.3 光纤+电+无源混合分布式室内覆盖系统184 GSM系统基站模块设备194.1 UltraSite基站的硬件构成194.1.1 供电单元194.1.2 BASE OPERATION AND INTERFACE Unit (BOIx)基本操作与接口单元204.1.3 DUAL BASEBAND Unit (BB2x)基带单元214.1.4 TRANSCEIVER RF Unit (TSxx)收发信机单元224.1.5 FXC E1 TRANSMISSION Unit (VXxx)传输单元224.1.6 Wideband Combiner (WCxx)宽带合路器234.1.7 Dual Variable Gain Duplex Filter Unit (DVxx) 对偶变量增益双工滤波器单元244.1.8 远程调谐合路器单元254.1.9 Receiver Multicoupler Unit （MxxA）多路耦合器单元254.2 Flexi EDGE BTS基站的硬件构成274.2.1 Flexi EDGE BTS 介绍274.2.2 Flexi EDGE BTS 的模块274.3 MCPA硬件构成304.3.1 MCPA的特点304.3.2 18载频3 扇区射频模块304.3.3 12载频2扇区RRU314.3.4 大容量 GSM/EDGE系统模块314.3.5 Flexi电源转换模块FPMA (3HU)314.3.6 FLEXI MCPA 配置原则324.4 基站控制器BSC325 GSM系统网络优化流程335.1 网络的规划335.2 网络普查准备阶段335.2.1 资料调查335.2.2 系统检查335.3 数据采集345.3.1 OMC数据采集345.3.2 用户投诉数据收集355.3.3 路测数据采集355.3.4 测量统计收集365.3.5 其他资料收集36致谢37参考文献38摘 要蜂窝移动通信是采用蜂窝无线组网方式，在终端和网络设备之间通过无线通道连接起来，进而实现用户在活动中可相互通信。其主要特征是终端的移动性，并具有越区切换和跨本地网自动漫游功能。蜂窝移动通信业务是指经过由基站子系统和移动交换子系统等设备组成蜂窝移动通信网提供的话音、数据、视频图像等业务。GSM数字移动通信系统是由欧洲主要运营商和制造厂家组成的标准化委员会提出来的，是在蜂窝系统的基础上发展而成。进入21世纪，移动通信正由第二代向第三代逐步过渡。作为第二代系统的骨干网，为了满足不断增长的用户需求，在不断扩容的同时，也在追求实现全服务区的无缝覆盖，这也是移动通信运营部门进行无线网络优化的重要目标。关键词：GSM基站系统，BCF, BTS，BSC，模块，BBU，RRU, RRHAbstractCellular mobile communication using cellular wireless networking is, between the terminal and network equipment connected through wireless channels, to achieve user can communicate with each other in the activity. Its are main the feature is terminal mobility, and a handoff and automatic roaming function across local networks. Refers to the process of cellular mobile communication business of base station subsystem and the mobile switching subsystem equipment such as cellular mobile communication network to provide voice, data, video, images, etc. GSM digital mobile communication system is by the European committee for standardization of major carriers and manufacturers, is developed on the basis of cellular systems. Entering the 21st century, mobile communication is gradually transition from the second generation to the third generation. As the backbone of the second generation system, in order to meet the growing demand of users, in the constantly expanding at the same time, also in the pursuit of full service seamless coverage, which is mobile operations department important goals for wireless network optimization.Keywords: GSM base station system, BCF, BTS, BSC, Module, BBU, RRU, RRH。II1 GSM基站系统结构 蜂窝移动通信系统主要是由移动台（MS）、交换网路子系统（NSS）、无线基站子系统（BSS）、操作维护子系统（OSS）四大部分组成。GSM的典型结构如图：图 GSM系统结构OSS：操作支持子系统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PDN：公用数据网PSTN：公用电话网ISDN：综合业务数字网MS：移动台1.1 MS 移动用户所有信息都存储在SIM卡，SIM卡存储着IMEI国际移动用户识别码等。 SIM卡就是“身份卡”，它类似于现在所用的IC卡，因此也称作智能卡，存有认证客户身份所需的所有信息，并能执行一些与安全保密有关的重要信息，以防止非法客户进入网路。SIM卡还存储与网路和客户有关的管理数据，只有插入SIM后移动终端才能接入进网，但SIM卡本身不是代金卡。在典型的移动通信系统如GSM中，移动用户和移动台二者是完全独立的。任何一个移动用户只要拥有自己的用户识别卡（SIM），就可以使用不同的移动台。SIM卡是一张符合ISO标准的“智慧”卡，它包含与用户有关的被储存用户无线接口一边的信息，其中也包括鉴权和加密信息。使用GSM标准的移动台都需要插入SIM卡，只有在处理异常的紧急呼叫时，可以在不用SIM卡的情况下操作移动台。SIM卡的应用使移动台并非固定地束缚于一个用户，因此，GSM系统是通过SIM卡来识别移动电话用户的，这为发展个人通信打下了基础。1.2 NSS网络子系统（NSS）主要包含有GSM系统的交换功能和用于用户数据管理、移动性能管理、安全性管理、移动设备管理等所需要的数据库功能，并对GSM移动用户间通信和GSM移动用户与其他通信网用户间通信起着管理作用。NSS包括移动业务交换中心(MSC)、拜访位置寄存器(VLR)、归属位置寄存器(HLR)、设备识别寄存器(EIR)、鉴权中心(AUC)，而BSS有基站（BTS）和基站控制器（BSC）组成。MCS：移动业务交换中心MSC是整个网路的核心，完成或参与网络子系统(NSS)的全部功能，协调与控制整个GSM网络中BSS.OSS的各个功能实体。 首先，MSC提供与BSC的接口，A接口提供GSM90011800的TDMA方式，At接口提供CDMA的接入，提供内部各功能实体的接口，实现各种相应的管理功能，提供与PSTN、ISDN、PSPDN、PLMN的接口；其次，支持一系列业务电信业务，承载业务和补充业务；最后，支持位置登记、越区切换和自动漫游等其它网路功能。VLR：拜访位置寄存器访问用户位置寄存器(VLR)是服务于其控制区域内移动用户的，存储着进入其控制区域内已登记的移动用户相关信息，为已登记的移动用户提供建立呼叫接续的必要条件。当某用户进入VLR控制区后，此VLR将由该移动用户的归属用户位置寄存器(HLR)获取并存储必要数据。而一旦此用户离开后，将取消VLR中此用户的数据。VLR通常在每个MSC中实现。HLR：归属位置寄存器相对于VLR，归属用户位置寄存器(HLR)是一个静态数据库（当然，也存储部分漫游移动用户所在MSC区域的有关动态数据，包括用户识别号码，访问能力、用户类别和补充业务等数据，由它控制整个移动交换区域乃至整个PLMN）。AUC：鉴权中心用于产生为确定移动客户的身份和对呼叫保密所需鉴权、加密的三参数（随机号码RAND，符合响应SERS，密钥Kc）的功能实体。 EIR：设备识别寄存器移动设备识别寄存器(EIR)存储着移动设备的国际移动设备识别码(IMEI)，通过核查三种表格（白名单、灰名单、黑名单）使用得网络具有防止无权用户接入、监视故障设备的运行和保障网络运行安全的功能。1.3 BSSBSS包含了GSM系统中无线通信部分的所有基础设施，通过无线接口直接与移动台实现通信连接，又连到网络的交换机为移动台和交换子系统提供网络。BSS由两部分组成：通过无线接口与移动台一侧相连的基站收发机(BTS)和与交换机一侧相连的基站控制器(BSC)。功能上BTS负责无线传输，BSC负责控制和管理。BSC通过BTS和移动台的远端命令管理所有的无线接口。BSS还包括码型变换器TC，置于BSC与MSC之间，16kbit/s RPE-LTP编码和64kbit/s A律PCM之间码型变换。1.3.1 基站收发台（BTS）BTS是无线接口设备，它完全由BSC控制，主要负责无线传输，完成无线与有线的转换、无线分集、无线信道加密、跳频等功能。BTS包括下列主要的功能单元：收发信机无线接口(TR1)、收发信机子系统(TRS)。其中TRS包括收发信机组（TG）、本地维护。TR1具有交换功能，它可使BSC和TG之间的连接非常灵活；TRS包括基站的所有无线设备；TG包括连接到一个发射天线的所有无线设备；LMT是操作维护功能的用户接口，它可直接连接到收发信机。发信机子系统包括基站所有无线设备，主要有收发信机组（TG）和本地维护终端（LMT）。一个收发信机组是由多个收发信机(TRX)组成，连接同一发射天线。由于信号传输到基站时可能比较弱，并且有一定的信号干扰，所以要经预选器模块滤波和放大，进行双重变频、放大和鉴频处理。输入的高频信号经放大后送入第一变频器，由变频器提供的第一本机振荡信号频率为766.9125-791.8875MHz，下变频后，产生123.1MHz的第一中频信号。第一中频信号经放大、滤波、混频后，产生第二中频信号(21.3875MHz)，它经过放大、滤波后送到中频集成块。 由中频集成块(包含第二中频信号放大器、限幅器和鉴频器)产生的音频输出信号和接收信号强度指示信号(RSSI)送到音频/控制板，在音频信号控制板内，由分集开关不断地比较奇数和偶数信号，并选择其中的较强信号，通过音频电路传送到移动控制中心去。基站常见告警 7606：TRX坏、7744：干扰告警、7745 ：掉话告警、7746：话务拥塞告警、7620：停电告警，伴随着断站、7704：传输告警、7705：TRX的LAPD链路告警、7706：基站的O&M链路告警、7708：载频重启、7767：断站告警1.3.2 基站控制器（BSC）BSC：具有对一个或多个BTS进行控制的功能，它主要负责无线网路资源的管理、小区配置数据管理、功率控制、定位和切换等，是一个很强的业务控制点。基站控制器包括无线收发信机、天线和有关的信号处理电路等，是基站子系统的控制部分。主要包括四个部件：小区控制器(CSC)、话音信道控制器(VCC)、信令信道控制器(SCC)和用于扩充的多路端接口(EMPI)。一个基站控制器通常控制几个基站收发台，通过收发台和移动台的远端命令，基站控制器负责所有的移动通信接口管理，主要是无线信道的分配、释放和管理。当你使用移动电话时，它负责为你打开一个信号通道，通话结束时它又把这个信道关闭，留给其他人使用。除此之外，还对本控制区内移动台的越区切换进行控制。如你在使用手机时跨入另一个基站的信号收发范围时，控制器又负责在另一个基站之间相互切换，并保持始终与移动交换中心的连接。GSM系统越区时采用切换方式，即当用户到达小区边界时，手机会先与原来的基站切断联系，然后再与新的服务小区的基站建立联系，当新的服务小区繁忙时，不能提供通话信道，这时就会发生掉线现象。因此，用户在使用手机通话时，应尽量避免在四角盲区使用，以减少通话掉线的机率。 BSC常用维护指令ZAHO:查看BSC当前告警、ZAHP:查看BSC历史告警、ZEEI:小区整体的工作情况、ZERO:查看干扰及载频的详细情况、ZEQO:小区的参数设置情况、ZEAO:查看相邻小区信息、ZEOH:查看小区的历史告警、ZEOL:查看小区的实时告警、ZEUO:查看小区功率相关的设置、ZEHO:查看小区的切换参数BSC告警格式通知（Notices )告警号 0 999、干扰（Disturbance printouts )告警号 1000 1999、告警（Failure printouts (ALARM)告警号 2000 3999、诊断报告（Diagnosis reports )、诊断报告号 3700 3999、基站告警（Base Station Alarms ）告警号、7000 7999、传输告警（Transmission Equipment Alarms）告警号、8000 - 89991.4 OSS 操作人员与系统设备的中介，实现系统的集中操作与维护。OMC 操作维护中心包括两个功能单元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维护操作。OMC-R(操作维护中心-无线部分) 实现整个BSC系统的维护操作。2 GSM基站系统原理概述2.1 GSM工作频段的分配我国陆地蜂窝数字移动通信 网GSM通信系统采用900MHz与1800MHz频段: GSM900MHz频段为：890915(移动台发,基站收)上行,935960(基站发,移动台收)下行; DCS1800MHz频段为：17101785(移动台发,基站收)上行,18051880(基站发,移动台收)下行;相邻两频点间隔为为200kHz，每个频点采用时分多址（TDMA）方式，分为8个时隙，既8个信道（全速率），如GSM采用半速率话音编码后，每个频点可容纳16个半速率信道，可使系统容量扩大一倍，但其代价必然是导致语音质量的降低。绝对频点号和频道标称中心频率的关系为：GSM900MHz频段为: fl(n)=890.2MHz + (n-1)0.2MHz (移动台发,基站收）； fh(n)=fl(n)+45MHz (基站发,移动台收); n1，124GSM1800MHz频段为： fl(n)=1710.2MHz + (n-512) 0.2MHz (移动台发,基站收）； fh(n)=fl(n)+95MHz (基站发,移动台收）；n512，885fl(n)为上行信道频率、fh(n)为下行信道频率,n为绝对频点号（ARFCN）。在我国GSM900使用的频段为：905915MHz（上行频率）以及950960MHz（下行频率），频道号为76124, 共10M带宽。中国移动公司：905909MH（上行），950954MHz（下行），共4M带宽，20个频道，频道号为7695。中国联通公司：909915MH（上行），954960MHz（下行），共6M带宽，29个频道，频道号为96124。目前只有中国移动公司拥有GSM1800网络，拥有1800网络的移动分公司大多申请10M的带宽，频道号为512562。2.2 GSM信号的处理过程话音先要经A/D电路的数字化处理，分成20ms的音段。此后是话音编码，以降低比特率，信道编码以控制差错。经交织处理和加密，然后，这些比特形成8个1/2突发脉冲串（对应每20ms的话音）。最后，它们填充在适当的时隙内，以约270Kbit/s的速率发送。因此有每比特3.7ms，相对于1.1公里的空中距离。接收机的工作流程是：接收突发脉冲串，在均衡器中计算评估比特序列的同时，还建立起信道模型。在全部8个1/2突发脉冲串接收齐和解密之后，它们被重新装配成456个比特的消息。该消息序列被解码，以便检测和校正传输期间的差错。解码器使用来自均衡器的、能改善差错校正功能的软信息，即比特正确的概率。最后是对该比特流进行话音解码，把它转换成模拟话音。图 信号处理过程 1、语音编码：由于GSM系统是一种全数字系统，话音和其它信号都要进行数字化处理，因此移动台首先要将语音信号转换成模拟电信号，以及其反变换，移动台再把这模拟电信号转换成13Kbit/s的数字信号，用于无线传输。2、信道编码：信道编码用于改善传输质量，克服各种干扰因素对信号产生的不良影响，但它是以增加比特降低信息量为代价的。编码的基本原理是在原始数据上附加一些冗余比特信息，增加的这些比特是通过某种约定从原始数据中经计算产生的，接收端的解码过程利用这些冗余的比特来检测误码并尽可能的纠正误码。如果收到的数据经过同样的计算所得的冗余比特同收到不一样时，我们就可以确定传输有误。根据传输模式不同，在无线传输中使用了不同的码型。GSM使用的编码方式主要有块卷积码、纠错循环码（FIRE CODE）、奇偶码（PARITY CODE）。块卷积码主要用于纠错，当解调器采用最大似然估计方法时，可以产生十分有效的纠错结果。纠错循环码主要用于检测和纠正成组出现的误码，通常和块卷积码混合使用，用于捕捉和纠正遗漏的组误差。奇偶码是一种普遍使用的最简单的检测误码的方法。 3、交织技术：在移动通信中这种变参的信道上，比特差错经常是成串发生的。这是由于持续较长的深衰落谷点会影响到相继一串的比特。但是，信道编码仅在检测和校正单个差错和不太长的差错串时才有效，为了解决这一问题，希望找到把一条消息中的相继比特分开的办法，即一条消息的相继比特以非相继的方式被发送，使突发差错信道变为离散信道。这样，即使出现差错，也仅是单个或者很短的比特出现错误，也不会导致整个突发脉冲甚至消息块都无法被解码，这时可再用信道编码的纠错功能来纠正差错，恢复原来的消息。这种方法就是交织技术。在GSM系统中，在信道编码后进行交织，交织分为两次，第一次交织为内部交织，第二次交织为块间交织。4、加密：在数字传输系统的各种优点中，能提供良好的保密性是很重要的特性之一。GSM通过传输加密提供保密措施。这种加密可以用于语音，用户数据和信令，与数据类型无关，只限于用在常规的突发脉冲之上。加密是通过一个泊松随机序列（由加密钥Kc与帧号通过A5算法产生）和常规突发脉冲之中114个信息比特进行异或操作而得到的。在接收端再产生相同的泊松随机序列，与所收到的加密序列进行同或操作便可得到所需要的数据了。5、调制和解调：调制和解调是信号处理的最后一步。简单的说GSM所使用的调制是BT=0.3的GMSK技术，其调制速率是270.833Kbit/s，使用的是Viterbi（维特比）算法进行的解调。调制的功能就是按照一定的规则把某种特性强加到的电磁波上，这个特性就是我们要发射的数据。GSM系统中承载信息的是电磁场的相位，即调相方式。解调的功能是接收信号，从一个受调的电磁波中还原发送的数据。从发送角度来看，首先要完成二进制数据到一个低频调制信号的变换，然后再进一步把它变到电磁波的形式。解调过程是一个调制的逆过程。2.3七号信令简述在网路子系统(NSS)内部各功能实体间接口通信均由7号信令系统支持。GSM系统与PSTN系统间通信优先采用7号信令。支持GSM系统的7号信令协议层如图所示。与非呼叫相关的信令是采用移动应用部分(MAP)，用于NSS内部各接口间的通信；与呼叫相关的信令则采用电话用户部分(TUP)和ISDN用户部分(ISUP)，分别用于MSC间和MSC与PSTN及ISDN间的通信。其中TUP和ISUP协议应符合各国家制订的相应技术规范，MAP信令则必须符合GSM规范。MTP是消息传送部分。它主要负责在同一网络范围内，将消息从一个网络组件传送至另一组件。它由三个子层组成。 TUP是MTP传送的消息的用户部分。这些消息处理呼叫连接的建立、监控和释放。它有两个可变部分NUP和ISUP。 SCCP是信令连接控制部分。它的主要功能是提供虚连接和无连接信令。BSSAP是基站子系统应用部分。协议层主要负责MSC和BSC、MSC和MS之间的GSM规范消息的通信。MAP是移动应用部分。对NSS网元间处理与呼叫无关应用的GSM规范协议。TCAP是事务处理能力和应用部分。通过处理多个组件间的MAP事务处理消息，协议层负责对MAP提供服务。2.4 GSM系统呼叫流程下例是一个固定电话用户拨打一个移动用户的呼叫接续过程，在呼叫过程中各种号码的应用如下图所示： 图 呼叫过程中各种号码的应用 1主叫拨号 市话用户A拨打GSM用户B的MSISDN号码，PSTN网络的交换机分析MSISDN号码，得知B用户为移动用户，它把呼叫转到GSM网络上距它最近的一个具有入口功能的移动业务交换中心GMSC。2GMSC分析被叫号码GMSC分析该号码为某位置寄存器HLR的用户后，就将MSISDN号码送至该HLR，要求查询有关该被叫用户目前所在的位置信息。3HLR申请漫游号码MSRNHLR把MSISDN号码转换成IMSI后查出用户目前处于哪个MSC，然后将该IMSI发至该MSC，向该MSC申请分配一个漫游号码MSRN。4选定漫游号码MSRNMSC收到IMSI后，临时给被叫用户B分配一个漫游号码，并将此号码送回HLR，再由HLR返回给GMSC使用。5连接呼叫至被叫所在的MSCGMSC收到MSRN后，用此号码选择一条出中继路由至MSC。MSC将负责本次呼叫的建立和计费功能。6MSC寻呼被叫MSC发出寻呼命令到MS所在位置区内的所有无线基站，再由基站向被叫用户B发呼叫信号。7基站寻呼被叫用户B基站收到寻呼命令后，将该寻呼消息（含有MS的IMSI）通过无线控制信道发射。MS接收到寻呼后向基站发回响应信号。8呼叫连接MS响应信号经BTS、BSC送回MSC，经鉴权、设备识别后认为合法，则令BSC给该MS分配一条TCH，接通MSC至BSC的路由，并向主叫送回铃音，向被叫振铃。当被叫摘机应答，则系统开始计费，通话开始。2.5 TDMA帧结构 在GSM的TDMA中，每个载频被定义为一个TDMA帧，相当于FDMA系统中的一个频率，每帧包括8个时隙（TS0-7），要有TDMA帧号，这是因为GSM的特性之一是客户保密性好，是通过在发送信息前对信息进行加密实现的。计算加密序列的算法是以TDMA帧号为一个输入参数，因此每一帧都必须有一个帧号。有了TDMA帧号，MS就可判断控制信道TS0上传送的是哪一类逻辑信道。每一频点（频率或叫载频TRX）上可分成8个时隙，每一时隙为一个信道，因此，一个TRX最多可有8个移动客户同时使用。复帧结构是针对TDMA帧中的一个特定时隙定义的。TDMA帧号是以3.5小时（2715648个TDMA帧）为周期循环编号的。GSM规范定义了两种不同的复帧结构，即含26帧持续时间为120ms和含51帧持续时间为235.8ms的两种。1）26帧的复帧它包括26个TDMA帧，持续时长120ms，51个这样的复帧组成一个超帧。这种复帧用于携带TCH（和SACCH加FACCH），用于话音信道及其随路控制信道，其中24个突发序列用于业务，2个突发序列用于信令。2）51帧的复帧它包括51个TDMA帧，持续时长3060/13ms=235.385ms。26个这样的复帧组成一个超帧。这种复帧用于携带BCH和CCCH，专用于控制信道。3）超帧为了用个公用结构来适应这两种类型的多帧结构，人们定义了超帧结构，它可包容26个复帧结构（每个复帧含51帧）或51个复帧结构（每个复帧含26帧）。在超帧结构的基础上，人们又定义了超高帧结构，一个超高帧结构包含了2048个超帧结构。超帧的周期均为1326个TDMA帧，即6.12秒。4）超高帧超高帧结构含26512048=2715648个TDMA帧，持续时间为3小时28分53秒760毫秒。每个TDMA帧由帧计数器FN来定标记。这些TDMA帧按序编号，依次从0至2715647，帧号在同步信道中传送，帧号在跳频算法中也是必需的。基站有规律地向MS发送帧标记信号，信号使得它能确定自己在超级帧结构中的位置。一个BTS的超级帧结构，对频率集来说，是在同时刻启动的。帧计数器FN以某种方式给出BTS的时间基准。另外，该计数器还用于A标法的计数。给定时刻A，两个不同BTS的计数器FN的取值不同。（GSM05.11）。 图 TDMA帧结构每一个TDMA帧含8个时隙，共占60/13=4.615ms，每个时隙含156.25个码元，占15/26=0.557ms。2.6 GSM无线路径的损耗和衰落与分集接收2.6.1无线路径的损耗和衰落当移动台和基站的距离逐渐增加时，所收到的信号会越来越弱，这就是发生了路径损耗。路径损耗不仅与载频频率、传播速度有关，而且还与传播地形和地貌有关。1、自由空间信号强度的传播衰落自由空间是指相对于介电参数和相对导磁率均为一的均匀介质所存在的空间 它是一个理想的无限大的空间，是为了减化问题的研究而提出的一种科学的抽象。在自由空间的传播衰落我们不考虑其它衰落因素，仅考虑由能量的扩散而引起的损耗。通过研究我们发现该衰落符合以下公式的规律：Pr=Pt(/4d)2 .G1G2其中，Pr为接收机的接收功率，Pt为发射机的发射功率（单位为瓦或毫瓦），为波长（即c/f），d为接收机和发射机之间的距离，G1为发射机的天线增益，G2为接收机的天线增益。Okomura模型如下：Lp(城区)=69.55+26.16logf-13.82loghb+(44.9-6.55loghb)logd-a(hm)Lp(农村)= Lp(市区)-2log(f/28)2-5.4Lp(开阔地带)= Lp(市区)-4.78（logf）2+18.33logf-40.94其中，Lp为无线衰耗， f为载波频率（适用于GSM900M频段），hb基站天 线高度（30 200m），d为基站与移动台的距离（1 20km）,hm为移动台的天线至地面的高度（1-10m）.Okomura模型在大量实测场强数据的基础上，采用数理统计分析方法，确认了市区移动通信场强预测模型，它适用于市区和郊区的各种不同条件，是一个比较全面的模式，此模式被目前移动通信场强预测广泛采用，必须指出在使用该模式时必须结合本地的地形地物特性做必要的修正。对非理想地面的条件下的更好近似是平均信号强度与距离的四次方成反比。2、对数正态衰落常常在移动台和基站之间有高大建筑物、树林和高低起伏的地势地貌，这些障碍物的阻挡造成电磁场的阴影，产生了阴影效应，致使接收信号强度下降。经过大量的野外测试表明，这种衰落服从对数正态衰落，它的接收信号的中值电场与基站和移动台的距离的四次方成反比。3、多径传播引起的衰落移动通信信道是一种多径衰落信道,发射的信号在城市中常常会受到建筑物或地形的阻挡要经过直射、反射、散射等多种传播路径才到达接收端，而且随着移动台的移动，各条传播路径上的信号幅度时延及相位随时随地发生的变化，所以接收到的信号是起伏不稳定的这些多径信号相互迭加产生的矢量和就会形成一个严重的衰落谷点，使矢量和非常接近为零。迭加后的信号幅度变化符合瑞利分布，因而又被称为瑞利衰落。瑞利衰落随时间而急剧变化。被称为快衰落。根据理论推导，衰落最快时为每秒2V/次（V为移动速度，为信号波长）严重衰落时深度达（2040）dB，这将严重的影响信号传播质量，从这里可以看出在经历衰落谷点的时间取决于移动台的运动速度及发射的工作频率，作为一种近似，两谷点之间的的距离可以认为是半个波长，对于900MHz频带，它约为17cm。根据该公式还可以看出当采用1800MHz时两衰落谷点的时间是900 MHz的一半。瑞利衰落在开阔地带的对通信影响要小一些。4、多普勒频移快速运动的移动台还会发生多普勒频移现象，这是因为在移动台高速运动时接收和发送信号将导致信号频率将发生偏移而引起的干扰。多普勒频移符合下面的公式：fI=f0-fDcosI= f0-（v/）cosIfI为合成后的频率，f0为工作频率，fD为最大多普勒频移，I为多径信号合成的传播方向与移动台行进方向的夹角，v为移动台的运动速度，为波长，当移动台快速远离基站时为fI=f0-fD，当移动台快速靠近基站时为fI=f0+fD。当运动速度过高时，多普勒频移的影响必须考虑，而且工作频率越高，频移越大。2.6.2 GSM分集由于衰落具有频率、时间和空间的选择性，因此分集技术包括空间分集、时间分集、频率分集和极化分集四种。1、空间分集在移动通信中，若在空间设立两副接收天线，独立接收同一信号，由于它们所处的传播环境和接收信号的衰落各不相同，且二者在同一时刻经受深衰落谷点影响的可能性也很小，相干性很小。因此这一设想引出了利用两副接收天线的方案，独立地接收同一信号，再合并输出，使之输出较强的有用信号，便降低了传播因素的影响，衰落的程度能被大大地减小，这就是空间分集。在移动通信中，空间的间距越大，多径传播的差异就越大，所收场强的相关性就越小。天线间隔可以是垂直间隔也可以是水平间隔。但是，垂直间隔的分集性能太差，一般不主张用这种方式。为获得相同的相关系数，基站两分集天线之间的垂直距离应大于水平距离。在同基站或小区，采用两副水平间隔数十个波长的天线接收同一信号，通过分集组合技术便可以选出最强信号或组合成衰落较小的信号。可以用分集增益来表示空间分集的改善情况，其大小与采用组合技术有关，但主要改善取决于分集天线的有效高度（h）与水平间距（d）之比值（h/d=g），及接收信号到达角（来波角）a。当接收正面来的信号（即a=0）时，两幅分集接收天线上信号相关系数最小，分集增益最大；当接收侧面来的信号（即a=90）时，则其相关系数最大，分集增益最小。这种方式在移动通信中是最有效的，也是应用最普遍的一种分集方式。这里所提相关性是个统计术语，表明信号间相似的程度，因此必须确定必要的空间距离。经过测试和统计，为了获得满意的分集效果，移动单元两天线间距大于0.6个波长，即d0.6l，并且最好选在l/4的奇数倍附近。若减小天线间距，即使小到l/4，也能起到相当好的分集效果。2、时间分集可采用通过一定的时延来发送同一消息，或在系统所能承受的时延范围以内在不同时间内各发送消息的部分。在GSM中采用的是交织技术来实现时间分集的。3、频率分集不同的频率在同一空间所受的干扰也不相同，因此不断变换发射频率可以降低干扰，提高增益，这种分集技术在GSM中是通过跳频来实现的，在后面将进行介绍。4、极化分集指把两副接收天线的极化角度互成一定的角度，这样就可以获得较好的分集增益，并且可以把这种分集天线集成在一副天线内实现，这样对于个扇区只需副TX天线和一副RX天线即可，若采用双工器，则只需副收发合的天线，但对天线要求较高。3蜂窝网络的覆盖技术3.1 室外覆盖系统3.1.1 宏基站室外覆盖所谓宏基站意味着基站的天线高度要在市区楼房平均高度3m以上，通常在2535m左右。郊区为了扩大覆盖区，基站的天线高度可达50m以上。宏基站的射频输出功率高、载频数多、天线增益高、有交直流供电系统的保证，是够称蜂窝网络覆盖的主体。宏基站的覆盖半径依据小区提供话务量的大小不尽相同，密集市区半径小至300m左右，郊区大至10km以上。3.1.2 室外分布式覆盖在我国经济较为发达的一些南方城市，农民的建房构成了“城中村”，其最大的特点是楼与楼之间的间隔狭窄不足1m，楼房密集多至千栋，楼高大都在8层以内，移动通信的宏基站，只能覆盖到城中村楼房最上边的6、7、8层，最下面的1、2、3层是信号的弱区或盲区。为了解决“成中村”大量的话务，引入了分布式外用的概念，产生了室外信号分布系统。3.1.3 一点对多点的室外覆盖一点对多点覆盖系统是专门为解决城市小区覆盖而设计的一套综合解决方案。由于能很容易地与小区环境相结合，因此，充分保证了系统的可实施性。一点对多点室外覆盖系统，实际上是无线移频直放站多远端方式的灵活运用，其中近端机通过直接耦合或者无线耦合获取基站信源信号f1，并将f1移频到f2（链接频率）发射到小区各群楼。小区楼上设多个远端机将f2移回到f1再全向发射供小区用户使用。3.1.4 室外覆盖的信源选择室外覆盖原则上是依据话务量大小来选择信源，覆盖区内有较大的移动业务需求时，就会选择基站做信源，在建设基站条件受限或话务量较小的覆盖区，则选择直放站做信源。（1） 基站用作信源大功率多载频基站、微蜂窝加功放、基带远端系统RRH均可作为基站信源。(2) 直放站用作信源一体化基站远端天线系统、光纤射频拉远系统、各种直放站均可作为直放站信源。3.2 室内覆盖系统随着GSM网络用户数的不断增长，话务量不断攀升，话务密度也随之增加，高话务热点地区如雨后春笋，这种条件下，对于北京、广州等经济发达、人口密集城市，室外大站站间距已达到二、三百米。显然，单纯依靠室外宏蜂窝不可能完全解决热点地区容量问题，而室内微蜂窝覆盖技术作为一种有效解决容量问题的手段而得到越来越多的关注。 为了达到室内、室外分开覆盖的目的，可在大楼内安装微蜂窝基站，通过有线接入的方式，将微蜂窝基站信号引入室内覆盖系统，再通过室内覆盖系统，将微蜂窝基站信号分配至各个室内天线点处对所需覆盖的区域进行覆盖。 目前，室内覆盖常用的是泄漏电缆覆盖方式和分布天线覆盖方式两大类。国际上通常采用泄漏电缆，对地铁、隧道等特定环境覆盖。由于泄漏电缆损耗较大，传输距离短，一般不用于楼宇的室内覆盖。而分布天线覆盖方式是信号经室内覆盖系统传输至所需覆盖的区域，通过布放在所需覆盖的区域内的天线将信号分布至所需覆盖的区域，适用于楼宇内覆盖。下面就我们常用的几种分布天线覆盖方式为进行讨论。3.2.1无源分布式室内覆盖系统无源分布式系统通过无源分配器件，将微蜂窝信号分配至各个需要覆盖的区域。这种方式具有许多优点：（1）技术成熟，价格便宜，应用广泛；（2）采用无源器件，无需供电，可靠性高。而且，元器件使用比较普遍，无需指定配件；（3）不受光，热，尘埃和湿度等影响；（4）交调和噪声性能良好；（5）每个天线的有效功率辐射比较大，覆盖范围比较宽；（6）系统动态范围大，且不会产生上行噪声；（7）由于无源，无需供电，所以有较好的可适应性。缺点是：（1）缆径较粗，体积较大，需要占有较大的空间，且施工时走线会受到限制；（2）由于路径损耗较大，所以，传输长度受限。由上面，我们可以看到无源分布系统价格便宜，易于维护，在可能的情况下，是我们的首先方案。当施工受限或基站覆盖范围过大时，则一般无源分布系统很难满足需求，需要采用其它方案。3.2.2 电+无源混合分布式室内覆盖系统对于中型楼宇，可采用基站接口单元，将基站信号接入后，通过电缆传输至各个需要覆盖的区域，但是电缆传输损耗大，在距离基站较远处，信号可能非常弱，所以在远端通过干线放大器产品，将信号放大后，再通过天线输出，这样就能保证在建筑物内各处场强分布均匀。3.2.3 光纤+电+无源混合分布式室内覆盖系统对于大型的建筑，传输距离长，为了尽可能的减少传输损耗，我们采用光纤传输信号，光纤的传输损耗是2dB/1000m，此外光纤重量轻，体积小便于施工，所以，我们在远距离传输时会考虑引入光纤分布系统。但是，光纤价格昂贵，动态范围较小，且远端需要供电，维护起来也不如无源系统简单，故此，在具体使用时我们常采用光电混合分布方式：在微蜂窝处安装光纤端机，取微蜂窝信号，通过光纤传输至安装在远处的光端机，再通过馈线和天线将信号输出。在微蜂窝附近采用无源方式，用馈线直接引用基站信号；距离微蜂窝较远的地方采用干线放大器，将信号放大后使用。4 GSM系统基站模块设备现在在使用的2G基站有四代站ULTRASITE、五代站FLEXI和六代站MCPA，随着基站的发展集成度越来越高，维护也越来越方便。4.1 UltraSite基站的硬件构成4.1.1 供电单元1、DC POWER SUPPLY Unit (PWSB)直流供电单元PWSB单元使用48VDC的可变输入电压，然后生成其它不同单元所需的规定电压值。2、 AC POWER SUPPLY Unit (PWSA)交流供电单元PSWA单元使用的输入电压为230VAC，通过功率因子补偿生成其它不同单元所需的规定电压值。4.1.2 BASE OPERATION AND INTERFACE Unit (BOIx)基本操作与接口单元 BOIx的构成（1）Unit Controller 单元控制器UC通过 网络和 Nokia BTS Manager软件执行操作维护功能, 它通过 D-bus线控制BTS的其他单元. BSC 或 Nokia BTS Manager下载SW 到 UC, 他存储这些软件在固定的存储器中. UC 通过D2-bus线下载这些软件到BTS的其他单元. LED 灯由主处理控制来表明BOIx 单元的状态（2）Field Programmable Gate Array 现场可编程门阵列FPGA 具有下列功能: 监测控制BTS的风扇状态检查外部帧时钟允许由TSxx和BB2x之间的软件所形成的多种连接（3）D-BUS D总线D-bus由 D1-bus 和 D2-bus两部分组成。BOIx ,BB2x, 和 Transmission unit (VXxx) 使用 D1-bus通过Abis 口传送BTS 和 BSC之间的下列数据:话务和接入信道数据，从 TSxx 或 TRX 模块来的信令数据，O&M 信令数据，The BOIx, BB2x, and RTxx units 使用 D2-bus 对于内部 O&M 信令合同信，例如下载软件。（4）Master Clock Generator MCLG 主时钟发生器MCLG为BTS生成精确的时钟，由该基准还衍生出其他时钟信号，并分配给其它单元。4.1.3 DUAL BASEBAND Unit (BB2x)基带单元1、BB2x基带单元的主要构成2、BB2x基带单元内部构成示意图4.1.4 TRANSCEIVER RF Unit (TSxx)收发信机单元TSxx 为射频载波提供调整和放大. 这个单元控制由手机到基站的上行信号和由基战到手机的下行信号。一个 TSxx 具有下列模块单元: 收发单元 (TRX)，跳