毕业设计（论文）-GSM扩容工程网络规划设计.doc

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、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。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。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。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。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2030dB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。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。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。图2-1 GSM系统结构1OSS：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。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。 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BSC175584159433BSC176681130407总计11165289810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、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。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40-700.75市区室外40-902.83.4.2 上下行平衡在对福州移动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 （32）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。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dBm33 (2W)46 (40W)馈线损耗dB03合路器损耗dB04.5dB天线增益dBi015EiRP3350收信部分天线增益dBi15*馈线损耗dB30分集增益dB3接受灵敏度dBm-110-102噪声值dB88最大路径衰耗dB149147.5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）CTSD09-09015-0DM8069609015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900-9000.4m1.0m1.5m2.0m5.0m另外，同一Site不同Cell间Tx-Tx、Tx-Rx