（交通信息工程及控制专业论文）GSM无线网络规划研究.pdf

摘要 g s m 无线网络规划和优化能够有效利用有限的频谱资源，设计出合理高效的 无线网络，满足用户对于无线网络中的覆盖、容量和质量的需求，对g s m 无线 网络建设能够进行指导，并不断提升网络运行水平。 本论文对g s m 无线网络规划的整个流程和各个步骤的具体实施进行了介 绍，对于规划中涉及的相关技术原理和各类工程参数等进行了探讨，并简要介绍 了无线网络优化原理。结合实际经验，提出了无线网络规划中应当关注的一些问 题和网络规划技术发展的新趋势。 在具体规划实例中，根据锦州地区移动用户和移动网络的现状，预测了移动 用户发展的趋势，并依据无线网络规划的流程和原则，对锦州地区g s m 无线网 络扩容建设进行了规划。重点分析了几个典型的规划环节及相关问题的解决方法， 提出了该地区g s m 无线网络建设方案。 关键字：g s m 无线网络规划优化 a b s t r a c t 1 k j o bo fg s m w i r c l e s sn e 脚o r kp l 卸m n ga i l do p t i l n i z a t i o nc a i ld oe 彘c tu s co f l i m i t e d 印l e c 仃l l mr e s o u r c e s ，d e s i g n j n gar e a s o m 山l e 柚de 珩c i e n tw i r e l e s sn e t w o r kt o m e e tc u s t o m e r sf 0 rt l l ed e m a n do f 、 ，i r e l e 鼹咖r kc o v e r a g e ，c 印a c 时锄dq u a l i 吼 c a p a b l eo f 嘶d i n gt l l eb u i l d i n go fg s m 她r e l e s sn e t w o r k 锄di m l 岫gn 圮o p c r a n o f n e 抑o r kl e v e lc o n s t a i l t l y t 1 1 i sp 印c ri r l 们d u c e st h e 酬r ep r o c e s sa n dc o n c r e t ei i n p l e m e n 叫o no fa l lt h e s t 印so fg s m 嘶r c l e s sn c t 、o r kp l a l l n i n g ，d i s c l i s s i n gr c l e 、，a l l tt c c l l l l i c a lp r i n c i p l e s 锄d v a r i o u se n g m e e r i n g p a r a m e t e r st l l a ti n v o l v e d i nt l l e p l 龇m i n g ng i v e s ab r i e f i n n 硼u c d o no n 谢r e i e s sn e 柳o r ko p t i 商z a t i o nm e o 阱c o m b i n i n g 衄枷c a le x p c r i e n c e ， p u ti i l s o i n eo ft l l ei s s u e st l l a ts h o u l db cc o n c 鲫脚i n1 ) l ，i r c l e s sn e r kp l 鲫【l i n ga n d n e w d e v e l o p m e n t 打e n d so f n c t w o r kp l 越m i n gt e c h n o l o g y hs p e c i f i ce x 锄p l e so fp l a 珈1 i n g ，f 碱砌n gm ed e v e l o p m e n t 仃e 1 1 do fm o b i l e u s e 碍a c c o r d a l l c et ot l l ec u n 切nm o b i l eu s e r sa n ds t a l ：u so fm o b i l en e “w ) r l 出i nj i n z h o u r e g i o n p l a nj i n z l l o ug s m 讲r e l e s sn e t w o r ke x p a n s i o nb i l i l d i i l g t l l eb 硒i so f 、i r e l e 站 饿帆阳r kp l 砌n gp r o c e s sa n dp r i l l c i p l e s f o c u s i n go nt l l e v e r a lt y p i c a lp l 赶l i l i n g s s i o n s 趾ds 0 1 u t i o n st ot l l er e l a t e dp r o b l e m s 姐dp r o p o s i n g 也ep l o g r a l m eo fg s m w i r c l e s sn e t w o f kd e v e l o p m e n ta i l dc o n 舭t i o ni n 也er e 西o n k e yw o r d s ：g s mw h l 伪sn e 细o r kp h n n i n go p 缸池t i 蚰 a u c b c c h b s c b s i c b t s c g i c w e d g e e 己 g g s n g o s g p r s h s n i s d n i s p k p i h l u 0 l p m s m s c n s s 0 m c p s t n p d c h q o s s d c c h s g s n t c h t d m a t r x t s u h f 论文说明：缩略语 a u m e n t i c a d o nc e m e r b m a d c a s tc o n t r o lc h 猢e i b a s t a t i o nc 0 n 仃o l b a s et r 缸s c e i v e rs 诅t i i d e r l t 时c o d e b a s em 咖够c e i v e rs t a 廿o n c o i 姗o ng 刮【c w z i vh 虹e r f h c e c 伪m n u o u sw a v e e 】：1 l l a i l c e dd a 乜r a t e sf b rg l o b a le ，o l u t i e q u i p m e n ti d e n t i t yr e 西s t e r g a t 即v a yg p r ss u p p o nn o d e g r a d eo f s e r v i c c g e i l e r a lp a c k e tr a d i os e n ，i c e h 唧i n gs c q u e n c en 啪b e r i m e 伊a t e ds e r v i c cd i g i t a ln 曲o r k i n t e m e ts e n ，e rp r o v i d e f k e vp e 哟瑚蚴n c eh l d i c a t i m 0 b i l ea l l o c a t i o ni n d e xo 妇f s c t m l l l 曲l er e l l s epa _ n e m m o b i l es t a t i o n m o b i l es 诵t c h i n gc e n t e r n e t 、v o r ks l l b s v s t e m o d e 洲0 n 受m a i n t c n a n c ec e n t e r p i l b l i cs w t c ht e l e d h o n en e t w o r k p a c k e td e d i c a t e dc h 籼e l q u a l 埘o f s e r 、，i c e s t a n d a i o i l ed e d i c a t e dc o n 灯o lc 1 1 甜m e l s e r v i c eg p r ss u p p o r tn o d eg p r s t r a 蚯cc h 锄e l n m ed i v i s i o nm 山t i d l ea c c e s s t t 锄s c e i v c r t i m es l o t u l 仃a h i 曲f r e q u e n c y 鉴权中心 广播控制信道 基站控制器 基站识别码 基站收发信台 公共网关接口 连续波 增强型数据传输全球演迸 设备标志寄存器 g p r s 网关支持节点 服务等级 通用分组无线业务 跳频序列号 综合业务数字网 因特网服务提供商 关键业务指标 移动配置索引偏移量 多重频率复用方式 移动台 移动交换中心 网络子系统 操作维护中心 公用交换电话网络 分组专用通道 服务质量 独立专用控制信道 服务支持节点 业务信道 时分多址 收发信机 时隙 超高频 v h f u s f a p w c d m a v e r yh i g hf r e q e n c y u p l i n ks t a t ef i g l l r e w n l e s sa p p l i c a t i o np m t o c o l w i d ec o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s 甚高频 上行状态标记 无线应用协议 宽带码分多址 创新性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或 其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。 本人签名：杜 日期j 堕唑 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保 留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内 容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后 结合学位论文研究课题再攥写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。( 保密的 论文在解密后遵守此规定) 本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。 本人签名：j 酗 导师签名：超熊日期：如增，；侈 第一章绪论 第一章绪论 1 1 背景和意义 随着移动通信技术的飞速发展，通信技术已经进入移动通信的时代。近3 年 来，全球g s m 的主流地位愈加凸显出来，与c d m a 相比，市场优势更加明显。 截至2 0 0 5 底，全球g s m ，w c d m a 体系的占7 5 1 4 ，而c d m a 体系在全球移动 市场的份额为1 3 9 l ，因此g s m ，w c d m a 用户是c d m a 用户的5 4 倍( 2 0 0 3 年 是5 3 倍) ，显然c d m a 与g s m 的市场差距在逐步拉大。中国有世界上最庞大的 g s m 系统，截至2 0 0 7 年9 月，中国移动电话用户已有6 亿多户，占全世界的五分 之一，是全球移动电话用户最多的国家。同时，我国的两大电信运营商，中国移 动和中国联通也在2 0 年的发展过程中，分别成就了规模全球第一和第三的移动通 信网络。由于移动用户分布的日趋广泛，热点城市中的话务越来越密集，通信网 络建设如满足日益增长的话务需求，在容量，覆盖和质量这三者之间达到最优， 这就对无线网络规划技术提出了新的挑战。同时，随着3 g 技术的进展，如何利用 现有2 g 网络的资源来规划建设3 g 的网络，也成为当今研究的一个热点。 由于无线频谱资源的有限性和无线传播的特性，要求在建设无线网络前要进 行细致周到的无线网络规划，错误的规划会造成投资的浪费和无线网络服务的下 降。由于众多不确定因素对于无线网络造成的影响，一个良好的无线网络还离不 开后期的无线网络优化工作。无线网络规划优化始终伴随着无线网络的建设和维 护中，是各运营商不断提升无线网络质量市场竞争力的重要砝码。作为移动通信 系统建设中的关键部分，优秀的无线网络规划方案，对于节约投资和网络运营成 本、充分发挥网络的容量和性能具有重要的意义。 1 2 无线网络规划现状 无线网络规划就是根据客户的要求，计算出满足覆盖要求和容量要求的基站 数量和载频数量，结合覆盖区域的地形地貌特征，设计合理可行且的无线网络布 局，并能满足未来网络发展的要求，以最小的投资满足客户需求。 经过多年的研究和实践，国内厂商也积累了一定的g s m 无线网络规划与优化 经验，但是随着无线通信市场的日益扩大，无线网络建设和搬迁日趋频繁，现有 的规划技术在高效，快速，准确性方面遇到了很多挑战。比如正在研究的覆盖仿 真中的自动布站技术，自动频率规划技术，邻小区自动设置等，都能大大提高无 线网络规划的效率。同时，随着3 g 技术的逐步成熟，未来3 g 网络的规划也必然 建立在现有2 g 网络的基础上，无线移动网络将更加复杂。很多科研单位、设计单 位、设备供应商都在无线网络规划领域展开新的研究，并且在实际网络建设中得 2 g s m 无线网络规划研究 到应用和验证。 1 3 论文的安排 无线网络规划工作是建设高质量通信网络的重要保证，做好无线网络规划要 遵循一定的流程和方法，本文将对此进行深入的研究。同时对网络优化进行简单 的介绍。结合自身经验，以辽宁锦州某运营商2 0 0 7 的g s m 无线网络扩容规划为 例，阐述无线网络规划的一般方法，并重点分析了一些典型的规划问题解决方法 和注意事项。 论文的安排如下： 第一章分析了g s m 无线网络规划研究的背景和意义，指出无线网络规划发展 的现状，并给出了论文内容的安排。 第二章介绍了g s m 系统的基本原理和关键技术，同时对无线传播原理和g p r - s 进行了阐述。 第三章研究了无线网络规划的方法及步骤，并重点对几个关键规划步骤的规划 原理和方法进行了分析。指出了规划技术的发展方向，并简要介绍了无线网络优 化。 第四章研究了锦州地区g s m 无线网络扩容规划，按照无线网络规划的步骤， 重点分析了几个规划环节的解决方法和应该注意问题，给出了g s m 网络建设的方 案。 最后对全文进行了总结，并在此基础上对下一步的工作做出一些展望。 第二章g s m 系统的基本原理 3 第二章g s m 系统的基本原理 2 1g s m 系统介绍 2 1 1g s m 系统基本特点 g s m 开始是欧洲为9 0 0 z 波段工作的通信系统所制定的标准。由于模拟通 信系统的扩充能力有限，因此基于增加业务容量的需求而发展了该项技术，取得 了全球性的成功。g s m 成为当今广泛认可的无线电通信标准。g s m 系统是完全依 照欧洲通信标准化委员会( e t s i ) 制定的g s m 规范研制而成的，任何g s m 系统都 必须符合g s m 技术规范，是一种典型的开放式结构。g s m 系统它具有下列主要 特点： 1 开放的接口。g s m 系统由几个分系统组成，各分系统之间都有明确定义 且详细的标准化接口方案，保证任何厂商提供的g s m 系统设备可以互连。同时 g s m 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g s m 系统可 以与各种公用通信网实现互联互通。 2 频谱效率。由于采用了用f d m a 佃m a 及跳频的复用方式以及高效调制 器、信道编码、交织、均衡和语音编码技术，使系统具有高频谱效率。 3 容量。由于每个信道传输带宽增加，使同频复用栽干比要求降低至9 d b ， 故g s m 系统的同频复用模式可以缩小到4 1 2 或3 9 甚至更小( 模拟系统为7 2 1 ) ； 加上半速率话音编码的引入和自动话务分配以减少越区切换的次数，使g s m 系统 的容量效率( 每兆赫每小区的信道数) 比1 a c s 系统高3 5 倍。 4 话音质量。鉴于数字传输技术的特点以及g s m 规范中有关空中接口和话 音编码的定义，在门限值以上时，话音质量总是达到相同的水平而与无线传输质 量无关。 5 g s m 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、 补充业务以及数据业务。 6 g s m 系统具有较强的安全性，通过鉴权、加密和1 m s i 号码的使用，能 确保用户和网络的安全需求。 2 1 2g s m 系统组成 g s m 数字移动通信系统主要由m s ( 移动台) 、b s s ( 基站子系统) 、n s s ( 移 动交换系统) 和o m s ( 操作维护子系统) 构成。下面具体描述各部分的功能【l 】o 4 g s m 无线网络规划研究 图2 1 g s m 网络结构 m s ：包括移动终端和客户识别卡( s i m 卡) 移动终端就是手机，它可完成话 音编码、信道编码、信息加密、信息的调制和解调、信息发射和接收。s i m 卡存 有认证客户身份所需的所有信息和网路和客户有关的管理数据。 b s s ：b s s 是n s s 和m s 之间的桥梁，主要完成无线信道管理和无线收发功 能。b s s 主要包括基站控制器b s c 和基站收发信台b t s 两部分。b s c 位于m s c 与b t s 之间，具有对一个或多个b t s 进行控制和管理的功能，主要完成无线信道 的分配、b t s 和m s 发射功率的控制以及越区信道切换等功能。b t s 由b s c 控制， 主要负责无线传输功能，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。 此外，b s s 系统还包括码变换和速率适配单元1 1 r a iy 。认u 通常位于b s c 和m s c 之间，主要完成1 6k b p s 的r p e l 1 p 编码和6 4k b p s 的a 律p c m 编码之 间的码型变换。 n s s ：n s s 主要完成交换功能以及用户数据管理、移动性管理、安全性管理所 需的数据库功能。n s s 可分为一下几个功能单元： 1 移动业务交换中心m s c 2 拜访位置寄存器v u t 3 归属位置寄存器h l r 4 鉴权中心a u c 存器腿 5 设备寄存器e 限 o s s ：操作与维护子系统是操作人员与系统设备之间的中介，它实现系统的集 中操作和维护，完成移动用户管理、移动设备管理及网络操作维护等功。 2 1 3g s m 的业务功能 g s m 是一种多业务系统，可以提供基本业务和补充业务，基本业务主要是涉 第二章g s m 系统的基本原理 及传输媒体和建立呼叫的方式，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。g s m 所提供的基本业务又可分为电信业务和承载业务。 电信业务：g s m 移动通信网能提供6 类1 0 种电信业务，主要包括【l j ： 1 语音业务语音业务是g s m 移动通信网提供的最重要业务。经过g s m 网 和p s t n 网，能为数字移动客户之问、数字蜂窝移动电话网客户与模拟蜂窝移动 电话网客户之间以及与固定网客户之间，提供实时双向通信。 2 短消息业务：g s m 提供类似于寻呼业务的短消息服务，使用户可以用g s m 移动台来传递一些简单的消息；短消息业务又可分为包括移动台起始和移动台终 止的点对点的短消息业务和点对多点的小区广播短消息业务 3 可视图接入可视图文接入是一种通过网路完成文本、图形信息检索和电子 邮件功能的业务 承载业务：g s m 系统一开始就考虑兼容多种在i s d n 中定义的承载业务，满 足g s m 移动客户对数据通信服务的需要。g s m 系统设计的承载业务不仅使移动 客户之间能完成数据通信，更重要的是能为移动客户与p s l n 或i s d n 客户之间提 供数据通信服务，还能使g s m 移动通信网与其它公用数据网互通，例如公用分组 数据网和公用电路数据网。 补充业务( 实际上为蜂窝网络的附加特性) 是在用户终端业务或承载业务之上 所提供的业务，包括提供呼叫识别类、呼叫提供类、呼叫完成类、多方通信类、 集团类、计费类、呼叫限制类、附加信息传送类共8 大类补充业。 2 2g s m 无线网络关键技术 2 2 1 工作频段的分配 蜂窝系统根据所用频段可以分为g s m 9 0 0 m 和d c s l 8 0 0 m 系统，载频间隔为 2 0 0 z 。其上、下行频率划分如下： g s m 9 0 0 ：上行8 9 0 一9 1 5 ( 移动台发，基站收) 下行9 3 5 9 6 0( 移动台收，基站发) 共2 5 m h z 带宽 按照中国无委会规定，中国移动占用8 9 0 曲0 9 9 3 5 9 5 4 m h z ，1 9 z 带宽。 中国联通占用9 0 9 9 1 5 ，9 5 4 9 6 0 m h z ，共6 m h z 带宽 d c s l 8 0 0 ：上行1 7 1 0 一1 7 8 5 ( 移动台发，基站收) 下行1 8 0 5 1 8 8 0( 移动台收，基站发) 共7 5 m h z 带宽 其中中国移动的g s m l 8 0 0 m k 的上下行频段为1 7 l o 1 7 2 5 1 8 0 5 1 8 2 0 删z 。 中国联通占用的上下行频段为1 7 4 5 1 7 5 5 1 8 4 1 8 5 0 m h z 。 6 g s m 无线网络规划研究 2 2 2 时分多址技术( t i ) m a ) g s m 的多址方式是时分多址t d m a 和频分多址f d m a 相结合并采用跳频的 方式，g s m 规定载波间隔为2 0 0 k ，每个载波分为8 个时隙，有8 个基本的物理信 道。一个物理信道可以由) m a 的帧号、时隙号和跳频序列号来定义。 在g s m 中的信道可分为物理信道和逻辑信道。一个物理信道就是一个时隙， 通常定义为t d m a 帧上的固定位置上的时隙( t s ) 【2 j ，逻辑信道是指依据移动网通 信的需要，为传送的各种控制信令和语音或数据业务在t d m a 的8 个时隙所分配 的控制逻辑信道或语音、数据逻辑信道。逻辑信道又可分为业务信道和控制信道。 业务信道用于承载话音和数据，可分为话音业务信道和数据业务信道。控制信道 用于携带信令或同步数据，可分为广播信道、公共控制信道和专用控制信道。 2 2 3 跳频技术 跳频是扩频通信方式的一种，在蜂窝移动通信系统中应用，可以提高系统抗 多径衰落的能力，并且能抑制同频干扰对通信质量的影响，具有较高的应用价值。 特别是现在频谱资源日益紧张，跳频技术就成为提高频谱利用率的最有效的途径 之一。 在g s m 中，由于每个逻辑帧的数据是分散交织在8 个n ) m a 帧中发送的， 而这些数据均经过卷积编码，如果这8 个突发脉冲码块有一小部分被干扰或损害， 通过良好的卷积解码器，仍然可能较好地恢复出发送的数据，但如果有过多的码 块被破坏，就很难恢复原来的数据了。而通过跳频，可以使一个信道的脉冲不至 于连续长时间处于深衰落区( 这对于工作在一个固定载频上静止或低速移动的移 动台是很容易出现的) ，也不至于总被某一个强的同频信号所干扰，这样借助信道 编解码就能够获得较好传输效果。这就是采用跳频技术改善通信质量的简单原理。 g s m 系统使用的跳频序列是一种泊松伪随机变量序列，它最多可以提供6 4 种跳频序列，长度与超高帧相同( 持续3 小时2 8 分s 3 秒7 6 0 毫秒) ，以尽量保证 各个序列之间正交，保证跳频的效果。g s m 中的跳频序列主要由两个参数描述： h s n 和m a l 0 ，通常不同的小区指定给不同的h s n ，而不同的m a l o 值指定给小 区中不同的信道。 可以看出，由于同一个小区中的各个信道是采用的同一个h s n ，仅仅是偏移 量m a i o 不同，这样就保证了同小区内各个信道不会同时占用相同的频点。不同 小区中由于h s n 不同，采用的是不同种类的跳频序列，这样使各个小区之跳频序 列尽量不相关，使强干扰源信号被分散到多个信道中从而保证编解码效果。h s n = o 时m a i 由低到高循环重复，称为循环跳( c y d 把h o p p i n g ) ，由于这种方式跳 频增益很低，在g s m 中一般不采用。 第二章g s m 系统的基本原理 7 g s m 支持基带跳频和射频跳频( 也有称合成跳频或综合跳频) l “。跳频主要 带来的好处是所谓频率分集( f r e q u e n c yd i v e r s i t y ) 和干扰分集( i n t e 向c n c ed i v e r s i 叻 的效果。频率分集实际上是提高了网络的覆盖范围，干扰分集则提高了网络的容 量。 ( 1 ) 频率分集增益 频率分集指其抗瑞利衰落的能力，由于不同载频上的瑞利衰落有一定的不相 关性( 频率差越大，相关性越小) ，这样，分散在不同载频上的脉冲不会受同一个瑞 利衰落的影响，这对于静止和低速移动的移动台意义是很大的，据说可以提供约 6 5 d b 的增益。而高速移动的m s ，同一信道的两个接连的脉冲在时间位置上的差 异已足以使他们与瑞利变化不相关，即几乎不会受同一次衰落的影响，此时慢速 跳频能够提供的频率分集增益很小。 在m s 以较高速度移动条件下，小区配置的频点数目对跳频性能影响很小。 而相对没有跳频的情况，大约有l 以d b 的频率分集增益。在m s 低速移动时，因 为频率分集效果，配置频点数目对系统性能影响显著，每增加一倍的频点大约可 以有o 2 1 d b 增益。 ( 2 ) 干扰分集增益 干扰分集指其抑制其他同频复用小区的干扰信号的能力，也就是提供跳频， 提供传输路径上千扰的参差，改善了最恶劣条件情况下的干扰，使所有用户能均 衡地获得较好的通信质量，这对于有大量用户的移动通信系统是十分重要的，特 别是对于通过提高频率复用率来增加通信容量是十分关键的。通常要提供干扰分 集效果，跳频频点数目不应小于3 。 跳频集m a ： z ，五，石，以) ， 珊【数目：m 图2 2 跳频示意图 考虑上图，设移动台在时刻t 使用f l 【在通话。此时，干扰小区位被激活的概 率是： p = c 譬 c ：= m h ( 2 _ 1 ) 8 g s m 无线网络规划研究 增益c ，c d 酌= ，。，o g 暑一，。o g 等= ，。o g 三 。2 ：， 2 2 ：4 信道编码技术 信道编码用于改善传输质量，克服各种干扰对信号产生不良影响。信道编码 采用专门的冗余技术，在发送端按一定的规律插入冗余位进行编码，接收端的解 码过程利用这些冗余位检测误码并尽可能地纠正错误，恢复出原始的发送信息。 g s m 中使用的编码方式有卷积码和分组码，在实际应用中是把这两种方式组 合在一起使用。卷积码是把k 个信息比特编成n 个比特，k ，n 都很小，适宜以串 行方式传输，而且延时也小，编码后的n 个码元不但与本组k 个信息码元相关， 还与前面( n 1 ) 组的信息码元相关，其中n 称为约束长度。卷积码一般可表示成( n ， k ，m 。卷积编码的纠错能力随n 的增大而增大，而差错率随n 的增大成指数下 降。卷积码主要用于纠错，当解调器采用最大似然估计方法时，可产生十分有效 的纠错结果。分组码是一种截短循环码，通过增加对信息比特的异或运算得到冗 余位，把k 个输入信息位通过异或运算映射到n 个输出二进码元( i l k ) 。分组码 主要用于检测和纠正成组出现的错码，通常与卷积码混合使用。 2 2 5 交织技术 交织可以在不附加任何开销的情况下，使数字通信系统获得时间分集。交织 技术实际上是把一个消息块原来连续的比特按一定规则分开发送传输，即在传送 过程中原来的连续块变成不连续，然后形成一组交织后的发送消息块，在接收端 对这种交织信息块复原( 解交织) 成原来的信息块【3 】。如图2 3 所示： 消息分组 交织 交织后的消息分组 囹发生误码 图2 3 交织技术 采用交织技术后，如果传送过程中某块消息丢失，在恢复后实际上只丢失每 个信息块的一部分，而不至于全部丢失，采用编码技术后就很容易恢复那些被丢 失的消息。 第二章g s m 系统的基本原理 9 2 3 1 无线传播环境 2 3 无线传播原理 在规划和建设一个移动通信网时，从频段的确定、频率分配、无线电波的覆 盖范围、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测试掌握。掌握移动环境中 电波传播的特性是蜂窝无线网络设计与优化的基础。 图2 4 无线电波传播方式 根据电波传播理论，不同的传播媒质对无线电波的影响不同，依不同的路径， 无线电波的传播方式可能有如上图2 4 所示的几种。视线内为反射区，视距外为绕 射区。在 f 和u h f 陆地移动通信通常都是利用视距传播( g s m 无线部分就是 工作在口频段中的) ，到达接收天线的信号主要是直射波和反射波还有表面波 的矢量合成。至于地表面波因受地形环境的影响而传播衰减较大。在刚好超过无 线电水平线范围时，主要的模式是绕射波传播。如果传播距离继续增大，绕射损 耗将迅速增加，而无线信号在对流层散射传播的不稳定和电离层反射传播的路径 遥远而产生的衰减大和稳定性差，使得绕射波对u h f 这一频段信号传播的贡献很 小，且在g s m 无线小区的半径都限制在3 5 k m 内，因此主要考虑视距内及近视距 内传播方式，对于视距外绕射的研究则适用于固定无线电通信。在规划工程设计 中，根据对电波传播的研究选择适用环境的模型设计无线模型，进行传播计算和 覆盖区预测。 蜂窝系统与其他无线通信系统相比，它具有以下的特点： 1 、移动台的天线比较低。 2 、移动台具有移动性。 3 、信号电平随机变化。 1 0 g s m 无线网络规划研究 4 、在城市环境中存在波导效应。 5 、人为噪声现象严重。 6 、干扰现象严重。 在设计蜂窝系统时研究电波传播技术有两个原因：第一，它对于计算覆盖不 同小区的场强提供必要的工具。第二，它可计算邻信道和同信道干扰。 2 3 2 无线传播模型 在设计与规划移动通信系统时，最为首要的问题在给定条件下如何计算出接 收信号的场强，由于引入了衰落的概念，就用接收信号中值来表示。由于移动环 境的复杂与多变性，对接收信号中值进行准确计算是相等困难的。工程上一般上 做法是，给定发射机天线高度、位置、工作频率，接收天线高度以及它们的距离 等条件下，在大量场强测试的基础上，经过对数据的分析与统计处理，找出各种 地形与地物下的传播损耗与距离、天线高度、工作频率的关系，给出传播特性的 计算公式，并建立对应的传播预测模型，从而能用较简单的方法预测接收信号的 中值。 传播模型是移动通信网进行无线规划的基础。模型的价值就是保证了精度， 同时节省了人力、费用和时间。在规划某一区域的蜂窝系统之前，选择信号覆盖 区的蜂窝站址使其互不干扰是一个重要的任务，必须使用传播模型进行预测。 传播模型分为统计型模型和决定性模型，统计型模型是利用测试数据，进行 统计分析得到的传播模型，一般计算量较小，对电子地图的数据要求也较低，统 计型模型一般可以利用测试数据加以修正；决定型模型是根据传播路径上的地物、 建筑物的信息，利用波的绕射和反射的理论得到的模型，一般计算量大，对电子 地图的数据要求也较高，它需要建筑物的信息，一般不能利用测试数据加以修正。 g s m 网络规划较为通用的传播模型主要有，统计型模型0 k u m u r a - h a t a 和决定型模 型c o 蛇3 1 w m f i s h 船g 锄i 模型【4 j ： 由于使用o k 啪u r a 模型，需要查找其给出的各种曲线，不利于计算机预测。 h a l a 根据o k i 蛐u r a 的基本中值场强预测曲线，通过曲线拟合，提出了传播损耗 的经验公式，即o l ( 1 蛐u r a h a t a 模型，该模型合适g s m 9 0 0 频段。 o k i 珊u r a - h a t a 模型公式如下： 工。( 城区) = 6 9 5 5 + 2 6 1 6 l g 厂一1 3 8 2 l g 吃+ ( 4 4 9 6 5 5 l g ) l g d 口( k ) ( 2 - 3 ) 上，( 农村) = 上，( 城区) 一2 【l o g ( 厂2 8 ) 卜5 4 ( 2 4 ) 上，( 开阔地带) = 三，( 城区) 一4 7 8 ( 1 0 9 力+ 1 8 3 3 i o g 厂一4 0 9 4 ( 2 - 5 ) 参数说明： 三。：基本传播损耗中值 第二章g s m 系统的基本原理 ，：载波频率( 适用于g s m 9 0 0 频段) ：基站天线高度( 3 0 2 0 0 m ) d ：基站与移动台的距离( 1 2 0 k m ) ：移动台天线至地面的高度( 1 - 1 0 m ) c o m 2 3 l 一蚴f i s h - 骶g 锄i 模型： c o s t - 2 3 1 w a l f i s h - 舭g 咖i 模型可以适用于2 0 n 卜5 k m 范围的传播损耗预测，既 可用作宏蜂窝模型，也可用作微蜂窝模型。在作微蜂窝覆盖预测时，必须有详细 的街道及建筑物的数据，不能采用统计近似值。 ( 1 ) 视线通畅情况 厶2 4 2 6 + 2 6 l g t h ) + 2 0 1 9 触 ( 2 回 ( 2 ) 非视线通畅情况 厶2 厶+ 三m + 三“ ( 2 们 公式说明： 厶：自由空间传输损耗 上协：屋顶至街道的绕射及散射损耗 ，：计算频率 厶。：多重屏障的绕射损耗 由于经验传播模型的传播环境与实际使用的传播环境不一定相似，为获得符 合本地区实际环境的无线传播模型，提高覆盖预测的准确性，为网络规划打好基 础，必须进行传播模型的校正。c w 测试即连续波测试，是进行模型校正的必经步 骤，通过c w 测试和数字地图可以获得进行模型校正的数据，这些测试数据中的 经纬度信息和接收电平形成模型校正的数据源。 2 4 1g p r s 网络结构 2 4g p r s 基本原理 通用分组无线业务( g p r s ) 是g s m 数据业务的一个重要里程碑。它为终端用 户提供新的数据服务菇且能让运营者提供新的定价权。使用通过在g s m 数字移动 通信网络中引入分组交换功能实体，以支持采用分组方式进行的数据传输，为g s m 用户提供了数据通信的应用的接口，如e m a i l 电子邮件、w w w 浏览、w a p 业务、 电子商务等。 g s m 无线网络规划研究 图2 5 g p r s 网络结构 如图2 5 所示，g p r s 网络在原有的g s m 网络的基础上增加了s g s n ( 服务 g p r s 支持节点) 、g g s n ( 网关g p r s 支持节点) ，两者是实现g p i 塔的核心实体， 它们也可以通称为g s n 。s g s n 是为m s 提供移动性管理、路由选择等服务的节 点，g g s n 是用于接入外部数据网络和业务的节点嘲。 2 4 2g p r s 业务介绍 g p r s 为用户提供端到端分组交换和传输方式数据业务，能有效地利用网络资 源。有很多应用适合与g p r s 最基本的应用业务有以下几个嘲： ( 1 ) 网上聊天。因为与因特网互通，g p r s 用户可以允许移动用户充分参与已有 的因特网聊天组，而不必另外设立专用的移动用户聊天组。g p r s 支持点对点，点 对多点的业务方式，短消息业务是聊天应用的主要技术。 ( 2 ) 文本和可视信息。g p r s 可以用来提供传送描述性信息的业务。传送给移动 电话的信息可以非常广泛，如天气资讯、航班信息、交通信息等这信息不一定要 使用文本形式，也可以是图形或表格等可视信息。 ( 3 ) 图像服务。无线通信业务正从文本信息转向图形，从图形转向照片，从照 片转向视频点播甚至电影欣赏。在移动环境下的图像服务有很多的市场应用，包 括视频会议，公务地区视频监控等。 ( 4 ) 网页浏览。对移动用户来说，使用基于电路交换的数据业务进行网页浏览 不是长久的应用。由于电路交换数据业务速率低，数据从因特网服务器到达浏览 器需要很长的时间，用户往往选择只浏览网上的文本，就这一点来说，g p r s 更适 合用于因特网浏览。 ( 5 ) 邮件服务。因特网邮件服务有两种形式，一种是网关服务，这种方式不保 第二章g s m 系统的基本原理 存邮件内容；一种是邮箱服务，它保存邮件内容。在网关方式下，无线电子邮件 平台将邮件从s m t p 形式转换成s m s 形式并s m s 中心。在邮箱服务方式下，邮 件被保存起来，用户在他们的移动电话上收到一个通知，然后拨打电话领取。通 过把因特网邮件服务与g p r s 通知机制联系起来，用户在收到一个新邮件的时候 就可以及时得到通知。 虽然g p r s 业务功能丰富，但是考虑到目前实际应用时，为了能高效利用信 道资源，对大数据量的应用业务，g p r s 网络要加以限制。主要原因是： ( 1 ) 数据业务量较小。g p r s 网络是依附于原有的g s m 网络，g s m 网络主要 还是提供电话业务，在一个小区内不可能有更多的信道用于g p r s 。 ( 2 ) 无线信道的数据速率较低。采用g p r s 推荐的c s l 和c s 2 编码时，数据 速率仅为9 0 5 k b i “s 和1 3 4 k b i 以，如果采用c s 3 和c s 4 编码时可达到1 5 6 k b i 讹 和2 1 4 b i 以，但对c i 的要求较高，仅适合于能满足较高的c i 值的特殊区域。 第三章无线网络规划的方法 第三章无线网络规划的方法 3 1 无线网络规划概述 网络规划的目标就是在一定的成本下，在满足网络服务质量的前提下，建设 一个容量和覆盖范围都尽可能大的无线网络，并能适应未来网络发展和扩容的要 求。对于电信运营商来说，系统所能提供的服务质量是最关心的问题，其中覆盖 范围是服务质量最重要方面。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，一个合理完备的规划最终可以使网络在覆盖、容量、质量、成 本等方面实现良好的平衡。 一个完整的规划方案需要完成下列各项工作： 1 资料收集与需求分析。为了能设计出适应当地通信环境的具有最佳服务质 量的g s m 网络，在开始网络设计前开始全面的、详尽的调查研究，收集资料工作， 主要包括： 了解规划区域地形地貌和人口分布状况：包括规划区域地形起伏、地貌信息、 稀疏程度、密集区分布等信息；对于郊区或乡村，还需要给出山地河流分布、公 路铁路分布、厂矿分布、村镇分布等信息；这些信息对于无线传播模型的选取及 覆盖规划有重要意义；人口分布为容量规划提供参考，要求提供人口分布情况， 可以按区域为单位( 乡村一般以乡镇为单位，城区以片区为单位，如x x 街道办、 x x 社区等，最好能够细化到大概一个站点的覆盖范围) ，要求同时给出大致的收 入情况，以便估算潜在的用户；掌握高话务密度、中等话务密度、低话务密度区 域分布情况。 了解规划区域的无线传播环境；无线网络频点环境需求分析阶段应该收集当 前项目准备所用频段范围信息，以及该频段当前占用情况，需要通过客户或其它 途径了解。条件许可的话，应该了解该频段是否被传呼或专网等无线网络占用， 如银行、公安、机场、火车站、有线电视、电力的专网。 客户的网络建设战略；客户网络建设整体的思路对规划影响也比较大，需要 了解现有网络，本期网络，下一期网络的容量和覆盖需求、现有网络存在的问题、 及各期网络建设的时间等信息，整个网络的建设应该作为一个整体考虑。 网络设计参数要求：包括每用户容量、阻塞率、数据业务速率、覆盖率等参 数，具体参数根据客户要求调整。这些参数对于系统设计非常重要，如每用户容 量和阻塞率，直接影响基站数的计算。 覆盖需求；网络规划的目的就是满足客户覆盖和容量要求，需要详细了解这 6 g s m 无线网络规划研究 方面的信息。覆盖需求包括覆盖区域范围和重点覆盖区域信息。对于扩容网络， 覆盖范围包括现有网络覆盖范围、存在的问题、本期网络要求覆盖的范围等信息， 对新建网络只有最后一项。重点覆盖区一般包括繁华商业区、重要办公区、重要 住宅区、流动人口密集区等，具体类型可根据客户要求确定。 获取现网站点信息；网络规划要求以最小的投资满足客户的需求，客户可提 供站点需要充分利用。 2 传播模型测试及校正 根据当地地型、地物进行传播区域划分，每种传播环境按照选址原则选择测 试站点，制定一定的测试路线进行路测，收集校正工作需要的相关数据。 传播模型校正指的是对大量有效测试数据，进行数据的筛选等操作，利用相 关的校正工具和校正方法，得到能反映现有网络无线传播环境的传播模型，得到 的模型用在仿真中，模拟规划网络在当前无线环境下的覆盖效果。 3 网络覆盖和容量设计 根据规划区域适用模型、链路预算、客户覆盖容量要求等内容，估算网络设 计规模，完成网络拓扑结构的设计。设计过程中根据客户要求优先利用客户可提 供站点。至该阶段可以输出初步的设计报告。网络拓扑结构设计阶段综合考虑容 量和覆盖因素，得到的网络拓扑结构能够满足客户对容量和覆盖的需求。 4 规划站点勘查 根据网络拓扑结构设计得到的规划站点信息，通过实地勘察得到实际的可用 站址以及相关工程参数。 5 无线网络规划仿真 根据勘查工程师勘查确定的基站站址，仿真和评估网络的覆盖效果、话务容 量是否满足需求。 6 网络参数规划 根据最终确定的网络拓扑结构，规划无线参数、工程参数等数据信息。