（通信与信息系统专业论文）地理信息系统在gsm网络优化中的研究及实现.pdf

东北大学硕士学位论摘要 地理信息系统在g s m 网络优化中的研究及实现 摘要 g s m 全球移动通信系统，是一个开放的系统。g s m 数字移动通信系统标准是由 欧洲电信委员会( e t s ) 制定的。自1 9 9 2 年投入商用以来，g s m 标准得到不断的 认证，而且稳步发展，现已到了2 + 阶段，这一阶段的核心问题是数据通信，包括承 载业务和1 1 5 k b i t s 的分组交换数据业务。g s m 正在不断进入新的领域，如开发微 蜂窝、微蜂窝直放站，为室内商业提供无缝无线接入。 随着我国国民经济的提高和技术进步，用户对移动网性能的要求已经越来越高。 g s m 网络上开通的业务种类越来越多，不仅包括话音，还会开通数据、图像等，向多媒 体方向发展。这样，网络的维护质量要求也就越来越高，网络优化的任务越来越重。 网络优化是在充分了解网络运行状态的前提下，通过各种技术手段，对网络中不合理 的部分进行必要的调整，使网络达到最佳运行状态的过程。 地理信息系统产生是计算机技术和信息系统发展的共同产物，它集地理图形、 数据、分析技术为一体，以崭新的面貌出现在世界各个应用领域。地理信息系统是 以空间数据库为基础，在计算机硬件、软件环境支持下，对空间数据进行采集、管 理、操作、分析、模拟和显示，并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动 态的地理信息。我的课题主要是将地理信息系统( m a p i n f o ) ，应用到移动网网络 优化工程实践中。 关键词：全球移动通信系统；无线网络优化：地理信息系统；地图信息专业版 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t r e s e a r c ha n dr e a l i z a t i o no fg i s f o rg s m o p t i m i z a t i o n a b s t r a c t g s m ( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n ) i sa no p e ns y s t e m g s ms t a n d a r d w a se s t a b l i s h e db ye t s s i n c et h ec o m m e r c i a la p p l i c a t i o ni n19 9 2 ，t h eg m ss t a n d a r d w a sc o n t i n u a l l yc o m m i t t e da n dd e v e l o p e ds t e a d i l y n o wi tr e a c h e do n2 + p h a s e d u r i n g t h i sp h a s e ，t h ec o r ep r o b l e mi st h ed a t ac o m m u n i c a t i o n i ti n c l u d e dt h et r a f f i cs e r v i c ea n d 115 k b i t sp a c k e ds w i t c hd a t as e r v i c e n o wg s mi se n t e r i n gs o m en e wf i e l d s ，f o r e x a m p l e ，m i c r od e s i g n ，r e p e a t e rd e s i g na n dp r o v i d i n gs e a m l e s sw i r e l e s sa c c e s s w i t ht h et e c h n o l o g ym a k i n gp r o g r e s sa n do u rc o u n t r ye c o n o m i cp r o m o t i o n ，t h e nt h e m o b i l eu s e rr e q u e s tah i g hq u a l i t yc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k m o r ea n dm o r es e r v i c e sa r e p r o v i d i n go nt h eg s mn e t w o r k ，n o to n l yt r a f f i cs e r v i c eb u ta l s od a t aa n dp i c t u r es e r v i c e a n ds oo n n o wt h eg s m t e c h n o l o g yt r e n di st h em u l t i m e d i a a st h eq u a l i t yo ft h eg s m m a i n t e n a n c ei s b e c o m i n gh i g h e ra n dh i g h e r , t h em i s s i o no fg m so p t i m i z a t i o ni s b e c o m i n gh e a v y u n d e r s t a n d i n ga b o u tg s mo p t i m i z a t i o ne n o u g hi st h ep r e m i s eo ft h e n e t w o r ko p t i m i z a t i o n ，t h r o u g ha l lk i n d so ft e c h n o l o g ym e t h o d s ，w ec a na d j u s ts o m e p a r t s w h i c hi si n c o n s e q u e n c ei nt h eg s mn e t w o r k ，s ot h eo p e r a t i o ns t a t u so ft h en e t w o r kw i l l g e tt h eb e s ts i t u a t i o n g i si st h ei n t e g r a t i o no ft h ec o m p u t e rt e c h n o l o g ya n dc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , i t i n c l u d eg e o g r a p h yg r a p h 、d a t aa n da n a l y z et e c h n o l o g y , a st h en e wt e c h n o l o g y , i ti s a p p l y i n gi na l lk i n do ff i e l d so nt h ew o r l d s p a t i a ld a t a b a s ei st h eb a s eo ft h eg i s ，w i t h t h es u p p o r t i n ga b o u tt h ec o m p u t e re n v i r o n m e n to fh a r d w a r ea n ds o f t w a r e ，w ec a n h a n d l ew i t ht h es p a t i a ld a t a b a s e ，s u c ha sc o l l e c t i o n 、a d m i n i s t r a t i o n 、o p e r a t i o n 、a n a l y z e r 、 s i m u l a t i o na n dv i s i o n a ss a m et i m e ，t h r o u g ht h ea n a l y z e rm e t h o do fg e o g r a p h ym o d e l ，i t c a np r o v i d em u c hs p a t i a la n dd y n a m i cg e o g r a p h yi n f o r m a t i o n m ym a i n l yp r o j e c ti s r e s e a r c ho nt h eg i sa n da p p l yi ti n t ot h eg s m o p t i m i z a t i o ne n g i n e e r i n g k e yw o r d s ：g s m ；w i r e l e s sn e t w o r ko p t i m i z a t i o n ；g i s ；m a p l n f op r o f e s s i o n a l 东北大学硕士学位论文 独创性声明 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名：声在控 日期：胪群7 四训瑚 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师同意网上交流，请在下方签名；否则视为不同意。) 学位论文作者签名：艇枉 签字日期：枷町彳1 同动目 导师签名：习扔 签字日期：l 州名牟ff 1 旧 东北大学硕士学位论文第一章前言 1 1 课题的提出 第一章前言弟一早 月l ji 随着我国移动运营商的工程建设，目前g s m 移动通信网络规模十分庞大， 结构复杂，9 0 0 m 和1 8 0 0 m 双网并存，联通、电信、网通等其他电信运营商存 在着结构形式各异的接口。随着用户数量的增加，虽然采取了小区分裂及分层 技术以求增大系统容量，使频率复用距离越来越小，满足了一定的需求，但是 由于g s m 网络体制、频分复用技术和结构上的原因，g s m 的频率资源极其有 限。目前中国移动g s m 的网络容量已经接近了上限。尽管网络容量己接近饱 和，但网络质量仍然不能完全满足用户的要求，主要原因是：扩容期间因受到 工期紧的影响，质量监控体系不完善，使得安装和开通过程中存在较多质量问 题。随着设备使用时问的增加，一些故障，特别是隐性故障逐渐增多，这类故 障并未达到告警门限，但恶化了网络性能。由此产生的串话、掉话、单方通话、 噪声、无线拥塞等影响用户通话质量的各种问题日益突出，电信运营商每年接 收的用户投诉数量呈逐年增长的趋势。因此如何提高和改善网络服务质量成为 电信运营商必须解决的首要问题。运营商网络服务质量的提高途径也由初期的 粗放式的扩大网络规模向细致、系统的网络优化工作转变。另一方面，目前国 内各g s m 网络的设备利用率普遍比较低，也就是说，现有网络资源并未得到 充分利用，造成了大量的资源浪费。充分挖掘现有网络资源的潜力，提高网络 设备资源的利用率，改善网络的运行质量是网络优化工作的另一个主要内容。 1 2 课题的内容和目的 网络优化工作就是对运行中的网络进行参数采集、数据分析，找出影响网 络质量的原因，采取改进措施使网络达到最佳运行状态，以保证网络资源获得 最佳效益。随着网络用户数量爆炸式增长，网络规模迅速扩大，网络优化的工 作量和难度不断加大。目前国内的移动运营商在网络优化工作方面需要投入大 量的人力、物力实施到网络优化工作中。网络优化工作人员缺乏强有力的工具 支持，在实际工作中只能凭借个人经验，手工地查找数据和分析问题，一个问 题的解决往往需要较长的时间。网络优化工作过多地依赖网络优化人员个体， 东北大学硕士学位论文第一章前言 人员的变更对网络优化工作的开展影响较大，不利于本地网络优化工作的平稳 进行。因此，为g s m 网络优化工作提供网络优化软件支持具有很重要的意义。 本课题将g i s 十h 关技术应用于g s m 网络优化领域，为g s m 网络优化工作 提供计算机辅助支持，以提高网络优化工作的效率和准确性，为移动运营商带 来切实的经济利益。 1 3 论文结构 依据课题的研究工作，对本文内容做如下安排： 第一章前言介绍g s m 网络优化和g s m 网络优化软件研究的现状、课题的 内容和目的； 第二章g s m 工作原理和无线网络优化技术，主要介绍相关的g s m 工作原理 和无线网络优化技术及优化流程： 第三章地理信息系统理论及其应用，重点介绍g i s 系统的结构、功能、技 术特点及其在无线网络优化中的应用； 第四章基于g i s 的无线网络优化支持系统的设计和实现，论述课题所设计 无线网络优化支持系统的结构、功能及所涉及的相关技术问题。 第五章总结论文的工作成果，并结合现存问题提出对课题进一步研究的看 法。 查兰查兰竺主兰兰兰兰兰三兰竺! 竺三竺堡兰皇查竺! ! 竺! 坚苎 第二章g s m 工作原理和无线网络优化技术 2 1g s m 网络结构 仝球移动通信系统g s m ( g l o b a ls y s t e mo f m o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n ) 是欧 洲国家为了创造一个统一的、完整的泛欧蜂窝移动通信系统，联合了欧洲二十 多个国家的电信运营部门、研究所和生产厂家组成的标准化委员会设计的。该 系统是国际上继第一代模拟移动通信系统之后发展最为迅速的第二代数字蜂 窝移动通信系统。系统由一系列功能单元组成，其具体组成如图21 所示，分 为移动台( m s ) 、基站子系统( b s s ) 、网络交换子系统( n s s ) 、操作支持子系统( o s s ) 等几个主要部分，“g s m 网络结构图”如图2 1 所示。 话爵一。j 2 1 1 移动台( m s ) 图2 1g s m 网络结构图1 1 1 f i g2 1s t r u c t u r eo fg s m n e t w o r k 移动台( m s ) 是整个系统中宜接由用户使用的设备。在g s m 系统中，物理设 备与移动川户是相互独立的。刚户的所有信息都存储在s i m 卡l ，系统中的任 何一个移动台都可以利用s i m 柬l ；! 别移动用户。网络通过s 1 m 来进行相关 何一个移动台都可以利用s i m 卡束识别移动用户。网络通过s 1 m 卡柬进行相关 东北大学硕士学位论文 第二章g s m 工作原理和无线网络优化技术 第二章g s m 工作原理和无线网络优化技术 2 1g s m 网络结构 全球移动通信系统g s m ( g l o b a ls y s t e mo fm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n ) 是欧 洲国家为了创造一个统一的、完整的泛欧蜂窝移动通信系统，联合了欧洲二十 多个国家的电信运营部门、研究所和生产厂家组成的标准化委员会设计的。该 系统是国际上继第一代模拟移动通信系统之后发展最为迅速的第二代数字蜂 窝移动通信系统。系统由一系列功能单元组成，其具体组成如图2 1 所示，分 为移动台( m s ) 、基站子系统( b s s ) 、网络交换子系统( n s s ) 、操作支持子系统( o s s ) 等几个主要部分，“g s m 网络结构图”如图2 1 所示。 m o s s l l o 。j 2 1 1 移动台f m s ) 图2 1g s m 网络结构图 1 l f i g 2 1s t r u c t u r eo fg s mn e t w o r k 移动台( m s ) 是整个系统中直接由用户使用的设备。在g s m 系统中，物理设 备与移动用，- 是相互独立的。用户的所有信息都存储在s i m 卡上，系统中的任 何一个移动台都可以利用s i m 卡来识别移动用户。网络通过s 1 m 卡来进行相关 东北大学硕士学位论文第二章g s m 工作原理和无线网络优化技术 认证，保证使用移动台的是合法用户。每个移动台都有自己唯一的识别码i m e i 网络对i m e i 进行检查，可以保证移动台的合法性。 2 1 2 基站子系统( b s s ) 基站子系统( b s s ) 包含了g s m 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b s s 可以看作移动台与交换机之间 的桥梁。b s s 由两个基本部分组成：通过无线接口与移动台一侧相连接的基站 收、发信机( b t s ) 年n 与交换机一侧相连的基站控制器( b s c ) 。从功能上看，b t s 主要负责无线传输，b s c 主要负责控制和管理。b t s 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b t s 相连。b t s 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，也可以将之看作无线解调器。 b s c 通过b t s 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b s s 系统中交换设备的作用。 b s c 由b t s 控制部分、交换部分和公共处理部分等组成。一台b s c 可以管理多 个b t s 12 1 。 2 13 网络交换子系统( n s s ) 网络交换子系统( n s s ) 包括实现g s m 的主要交换中，i h , 以及管理用户数据和 所需数据库，也称之为交换子系统。它由一系列功能实体构成，各功能实体问 以及n s s 与b s s 之间通过7 号信令网络互相通信。n s s 的主要作用是管理g s m 用 户和其它网络用户之间的通信。n s s 分为如下几个功能单元： ( 1 ) 移动业务交换中心m s c ：m s c 是网络的核心，它完成最基本的交换任 务。实现移动用户和其它网络用户之间的通信连接，提供面向系统其它功能实 体的接口、其它网络的接口以及其它m s c 互联的接口。m s c 从h l r ，v l r ，a u c 这三种数据库中取得处理用户呼叫请求所需的全部数据，同时这三种数据库也 会根据m s c 最新信息进行自我更新。对于容量较大的通信网，一个n s s 可以包 括若干的m s c 、h l r 并i v l r 。在建立固定网用户与g s m 移动用户之间的呼叫时， 呼叫首先被接入到入口m s c ，再由入口m s c 负责获取位置信息，然后进行接续。 ( 2 ) 拜访位置寄存器v l r ：v l r 在物理实体上与m s c 是一致的，它存储进 入其覆盖区的所有用户的全部有关信息，为己登记的移动用户提供建立呼叫的 东北大学硕士学位论文第二章g s m 工作原理和无线网络优化技术 条件。v l r 是一个动态数据库，随时与有关的h l r 进行数据交换。当移动用户 离开覆盖区时，移动用户的有关信息被删除。 ( 3 ) 归属位置寄存器h l r ：h l r 是系统中的中央数据库，存放移动用户的 所有信息，为m s c 提供建立呼叫所需的路由信息等相关数据。一个h l r 可以覆 盖几个移动交换区域。 ( 4 1 鉴权中4 l a u c ：a u c 存储移动用户的加密信息，保护移动用户在系统 中的合法地位不受侵犯。由于空中接口的开放性，空中接口传送的信息极易受 到侵犯，所以g s m 采用用户鉴权、信息加密等保护措施。这些鉴权信息和密钥 均存放在a u c 中。在物理实体上，a u c 与h l r 共存。 ( 5 ) 设备识别寄存器e i r ：e i r 存储与移动台i m e i 识别码有关的信息。它可 以对移动台的i m e i 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。 2 1 4 操作支持子系统( o s s ) 操作支持子系统( o s s ) 是操作人员与系统之间的媒体，它实现了系统的集 中操作与维护，完成包括用户管理、设备管理和网络操作维护等功能。它的一 侧与设备连接，另一侧作为人机接口的计算机工作站。用于操作维护的设备被 称为操作维护中心( o m c ) 。g s m 系统的每个功能部分都可以通过特有的网络 连接到o m c ，实现集中维护。o m c 包括两个功能单元：o m c s ( 操作维护中心 一交换部分1 用于m s c 、h l r 、v l r 等交换子系统功能单元的维护和操作； o m c r ( 操作维护中心无线部分) 用于实现整个b s s 系统的操作与维护。 2 2g s m 系统内部接口 u m 接口 几习 a b i s 接口 l i a 接口 l 图2 2g s m 系统的主要接口 f i g 2 2m a i ni n t e r f a c eo fg s ms y s t e m 东北大学硕士学位论文 第二章g s m 工作原理和无线网络优化技术 g s m 系统的主要接口是指a 接口、a b i s 接口和u m 接口这三个接口标准使得 电信运营部门能够把不同设备纳入同一个g s m 数字通信网中。 ( 1 ) u m 接口 u m 接口是空中无线接口，是m s 移动台和b t s 之间的通信接口，用于m s 与g s m 系统的固定部分之间的连接互通，其物理连接通过无线链路实现。u m 接口传递的信息包括无线资源管理、移动性管理和接续管理。 ( 2 ) a b i s 接口 a b i s 接口是b s s 系统的两个功能实体b s c 和b t s 之间的通信接口，用于b t s 和b s c 之间的远端互连方式，物理连接通过标准的p c m 数字传输链路来实现。 a b i s 接口支持系统向移动台提供的所有服务，并支持对b t s 无线设备的控制和 无线频率的分配。a b i s 接口是g s m 系统b s s 的内部接口，所以该接口视为开放 的。 ( 3 ) a 接口 a 接口定义为网路子系统( n s s ) 与基站子系统( b s s ) n 的通信接口，从系统 上来讲就是交换中心( m s c ) 与基站控制器( b s c ) 之间的接1 ：3 。物理链路采用标 准的2 0 4 8 m b s 的数字传输链路，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【3 1 。 2 3g s m 网络无线接口理论 2 3 1g s m 网络工作频段 g s m 系统采用9 0 0 m h z 与1 8 0 0 m h z 频段。g s m 9 0 0 m h z 频段： 8 9 0 9 1 5 m h z ( 移动台发，基站收) ，9 3 5 9 6 0 m h z ( 基站发，移动台收) ；g s m 1 8 0 0 m h z 频段：1 7 1 0 1 7 8 5 m h z ( 移动台发，基站收) ，1 8 0 5 1 8 8 0 m h z ( 基站发， 移动台收) 。g s m 系统的频点间隔为2 0 0 k h z ，每个频点采用t d m a ( 时分多址) 方式，分为8 个时隙( 信道1 ，不同的移动用户可以占用频点上不同的信道来进行 通信。事实上，在移动通信中，通常采用绝对频点号n ，绝对频点号和频道标 称中心频率的对应关系为： g s m 9 0 0 m h z 频段： f ( n ；8 9 0 2 m h z + ( n 一1 ) o 2 m h z ( 移动台发，基站收) ( 2 1 ) 东北大学硕士学位论文第二章g s m 工作原理和无线网络优化技术 ( n ) = f ( n ) + 4 5 m h z( 移动台收，基站发) ；n 1 ，1 2 4 ( 2 2 ) g s m l8 0 0 m h z 频段： ( n ) = 1 7 1 0 2 m h z + ( n 一5 1 2 ) x 0 2 m h z ( 移动台发，基站收) ( 2 3 ) ( n ) = f ( n ) + 9 5 m h z( 移动台收，基站发) ；n 5 1 2 ，8 8 5 ( 2 4 ) 其中：八n ) 为上行信道频率、 1 ( n ) 为下行频道频率，n h 绝对频点号( a r f c n ) 。 2 3 2g s m 网络干扰保护比 g s m 网络于扰保护比是衡量无线网络中同、邻频干扰的重要指标。g s m 、 网络是干扰受限系统，当距离足够近时，由于相同频率或相邻频率信号的衰落 特性相一致、频率间相关性较强。随着频率复用系数的提高，在g s m 无线网络 系统中，同、邻频干扰成为最主要的干扰原因。载波干扰比( c i ) 是衡量频率间 干扰的重要指标，是指直接收到的希望信号电平与非希望信号电平的比值。 同频干扰保护比：c i - 9 d b 。所谓c i ，是指当不同小区使用相同频率时， 另一小区对服务小区产生的干扰，这两个信号问的比值即c i ，g s m 规范中一般 要求c i - 9 d b ；工程中一般有3 d b 的余量，即c i 1 2 d b ； 邻频干扰保护比：c i 一9 d b 。所谓c i ，是指在频率复用模式下，邻近频 道会对服务小区使用的频道进行干扰，两者的比值即c i ，g s m 规范中一般要求 c i - 9 d b ；工程中一般有3 d b 的余量，即c i 6 d b 4 】 2 3 3t d m a 信道 g s m 的多址方式为时分多址t d m a 和频分多址f d m a 相结合并采用跳频的 方式，载波间隔为2 0 0 k h z ，每个载波有8 个基本的物理信道。一个物理信道由 t d m a 的帧号、时隙号、和跳频序列号来定义。 g s m 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。 而逻辑信道是根据b t s 与m s 之间的传递的消息种类不同而定义的不同逻辑信 道。逻辑信道是通过b t s 来映射到不同的物理信道上来传送。 逻辑信道又分为业务信道和控制信道。业务信道用于携带语音或用户数 据，而控制信道用于携带信令或同步数据，可分为广播信道、公共控制道和专 用控制信道。业务信道( 如t c h 信道，t r a f f i cc h a n n e l ) 干f l 控制信道( 如s d c c h 信 道，s t a n da l o n ed e d i c a t 矬o n t r o lc h a n n e l ) 上的拥塞是经常引起掉话的原因之 东北大学硕士学位论文第二章g s m 工作原理和无线网络优化技术 2 3 4 跳频技术 跳频技术是降低无线网络内部干扰的有效手段，同时也是衡量网络质量的 方法。其特点是按照固定的间隔改变一个信道使用的频率。基站无线信道的跳 频是以每一个物理信道为基础的，对于移动台来说，只要在每个帧的相应时隙 跳变一次即可。跳频技术具有以下优点。 ( 1 ) 跳频起到频率分集的作用 不同频率信号的衰落特性不同，随着频率差别的增大，衰落特性更加独立， 相距足够远时，可以看成完全独立。通过跳频，使携带同一部分信息的所有突 发脉冲不会被瑞利衰落( 移动台的移动以及信号的直射、反射、散射等因素都 会造成信号幅度时延和相位差，使接收信号的矢量和接近零1 以同一方式破坏。 ( 2 ) 跳频起到干扰源分集的作用 干扰电平的变化依赖于此频率是否被附近蜂窝的另一呼叫使用，同时它还 随着干扰源距离、电平的变化而变化。当不选用跳频技术时，如果某一频点出 现干扰，则当用户占用该频点时就会造成通话质量变差，而当使用跳频时，该 干扰情况就会被该载波的其它呼叫所共享，整个网络的性能将得到提高。 2 3 5u m 无线接口信令协议 u m 接口用于移动台和基站之间的无线通信，其接口信令分层结构如下： ( 1 ) 物理层( 信令层一) 这是无线接口的最底层，用来提供传送比特流所需的物理链路f 例如无线 链路) ，为高层提供各种不同功能的逻辑信道、包括业务信道和控制信道。 ( 2 ) 链路层( 信令层二) 该层主要建立移动台和基站之间可靠的专用数据链路，第二层的数据链路 层协议基于i s d n 的d 信道链路接入协议( l a p d ) ，因为在g s m 规范中对它进行 了修改，使它适合在无线路径上传播，因此在u m 接口中的第二层协议被成为 l a p d m 。 ( 3 ) 网络层( 信令层三) 该层是具体负责控制和管理的协议层，把客户和系统控制过程的特定信息 按一定的协议分组安排到指定的逻辑信道上。 东北大学硕士学位论文第二章g s m 工作原理和无线网络优化技术 2 4g s m 网络呼叫流程 2 4 1 被叫流程 按照通信规范，用户之间的通话都有一定的流程，被叫流程”如图2 3 所示。 c 图2 3 被叫流程 f i g 2 3f l o wo fm o b i l et e r m i n a lc a l l 被叫流程是指有m s c 发起寻呼，手机在接到寻呼的信息后，申请信道同发 起呼叫的用户进行通话的过程。 在发起被叫的过程中，用户所在的基站话务信道的情况由b s c 进行统计如： 东北大学硕士学位论文 第二章g s m 工作原理和无线网络优化技术 话务信道的干扰情况、话务信道的目前被占用等情况。b s c 根据话务信道的使 用状况来分配给申请用户。如果当前的话务信道全被占用，则会出现被叫用户 无法接通的状况；如果当前基站出现被网外的干扰源干扰的问题，同样也会出 现被叫无法被接通的问题。仔细分析网络的被叫流程，有利于提高网络的寻呼 成功率、呼通率等通信指标1 5 1 。 2 4 2 主叫流程 m sb t sb s cm s c c h a n n e l r e q e s t a b l i s h _ l n o ( c s 叭啪r 。q j c r ( c o m p l e t e 一1 3 _ i n f o r m a t i o 唑 r c c c ms e r v = c ae p i e d c a f 】p d m o j c h a r t n e l a c t i v e s s i g n me n t _ r 自q c h a n n o l a c t i v e a c k ：m p a s s i g n m e n t c m p r 一 通话 l 1r j ， c l e a r _ c m p 矧2 4 主叫流程 f i g 24f l o wo fm o b i l eo r i g i n a lc a l l 网络的主叫过程是，用户向m s c 发出申请呼叫某位用户，m s c 接到信息后， 向网络发出寻呼消息，经网络确认后同被叫用户进行通话。详细的研究网络的 主叫流程，进行相应的网络优化：r 作，有利于提高网络接入成功率、掉话率等 东北大学硕士学位论文第二章g s m 工作原理和无线网络优化技术 通信指标。 2 4 3b s c 内切换流程 b s c 内的切换流程如图2 5 所示。 ms b t s lb s cb t s 2msms c ? 3 “o o 。4 。8 管- h a n d o v e r d e t e t ! 1 8 “v e s t a b i i s hi n o o 0 0 5 8c o ”9 0 e 7 苎 图2 5b s c 内切换流程 f i g 2 5f l o wo fh a n d o v e ri n t r ab s c g s m 网络的切换流程可以分为：b s c 内和b s c 问的切换流程。b s c 内的切 换由b s c 控制完成。在切换的过程中首先，手机根据自身搜集到的邻小区的情 况，依据载干比等条件向b s c 发出切换申请，b s c 根据被申请的小区信道的情 况，来分配t c h 信道，切换完成后b s c 以一条h a n d o v e rp e r f o m e d ( 切换执行) 报文通知m s c 发生了一次切换。b s c 内切换的基本步骤如下：b s c 预订新的b t s 激活一个t c h ；b s c 通过旧b t s 发送个包括频率及时隙及发射功率参数的信 息至m s ，此信息在f a c c h 上传送；m s 在规定新频率上发送一个切换接入突发 脉冲( 通过f a c c h 发送) ；新b t s 收到此突发脉冲后将时间提前量信息通过 f a c c h 回送m s ；m s 通过新b t s 向b s c 发送一切换成功信息；b s c 要求旧b t s 释放t c h ： 东北大学硕士学位论文第二章g s m 工作原理和无线网络优化技术 引起手机进行切换的凶素较多，一般来讲主要分为：电平切换、语音质量 切换、距离切换、功率余量切换等情况。一个运行良好的移动网络，由于语音 质量引起的切换所占全部切换的比例应当是较少的，而功率余量切换的比例相 对来讲，应当占较大的比例，一般的工程经验值为：8 0 左右。 认真分析网络的切换流程，对于提高网络的切换成功率，具有重要的意义。 网络切换成功率的高低，是衡量网络通信质量重要指标之一。网络切换成功率 直接关系到网络的掉话率、基站小区话务量的均衡情况等指标。 2 4 4b s c 间切换流程 m sb t s l b s c lm s cb s c 2b t s 2m s h a n d o v e rr e q u i r e d h a n d o v e rr e q u e , l l n d o v e r _ r e q u e s l a r h a n d o v e r - d e r e c t p h y i n f 0 7 f ir s ts a b m h a n d o v e r _ c m p c l e a o c r a gl 削26b s c 间切换流程 f i g ，2 6f l o wo fh a n d o v e ri n t e rb s c b s c 之间的切换体现在a 接口上向目标b s c 发起切换请求，m s c 向目标 b s c 请求切换得到认n 司l h a n d o v e r r e q u e s t a c k 舌，给发起方b s c 发出要求切换 东北大学硕士学位论文第二章g s m 工作原理和无线网络优化技术 命令语句：h a n d o v e r c m d ；体现在a b i s 接口上为b s c 下发切换命令给原b t s 在新b t s 检测至i j m s 的切换接入后上报切换检测h a n d o v e r d e t e c t ，与m s 建立链 路后上报切换执行完成的命令语句：h a n d o v e rc o m p l e t e 。在旧a b i s 口上 将拆链，释放资源 6 1 。 2 5 无线网络优化概念 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。 由于系统的无线部分具有许多不确定因素，它对网络的运行质量具有很大的影 响。其性能优劣常常成为决定移动通信网好坏的决定性因素。因此无线网络优 化才是网络优化的核心部分。本论文只讨论无线网络优化部分【7 】。 2 6 无线网络优化流程 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 工作中应注意从全局出发，无线网络优化工作是一个发现问题、分析问题、解 决问题的循环过程。 2 6 1 无线网络数据采集 数据采集是网络优化工作的基础。数据采集包括o m c 话务统计数据采集、 路测数据采集、c o t 测试数据采集、c d d ( 小区设计数据) 、小区工程等数据。 其中优化工程师日常优化依据的重点是o m c ( 话务统计数据) 和路测数据。 ( 1 ) 话务统计数据 话务统计数据是网络中各种话务统计指标的整体数据，统计数据应包括： 忙时t c h 的业务量；忙时p c h 业务量；忙时a g c h 的业务量；忙时切换请求次 数；忙时业务信道的阻塞率等情况。 ( 2 ) 路测数据 路测数据是借助路测设备进行网络数据的收集。收集的网络数据中包括： 东北大学硕士学位论文第二章g s m 工作原理和无线网络优化技术 接收信号的场强、接收信号的质量、基站的b c c h 等无线信息。 ( 3 ) 小区设计数据 收集与无线网络优化有关的b s s 、n s s 各种软、硬数据，例如：基站数、 小区话音信道数、基站b s i c 码、邻区切换关系定义等数据。 ( 4 1 小区工程数据 指施工完成后的基站小区数据，例如：基站的高度、经纬度、天线的方向 角、俯 c p 角等自然数据。 ( 5 ) 无线环境信息 是指基站周围的无线传播环境等。 ( 6 ) 用户反映 指手机用户在使用的过程中反映的网络运行状况f8 1 。 2 6 2 无线网络数据分析 分析步骤： ( 1 ) 先进行话务统计数据分析，全面评估整网运行情况，从全网到小区， 逐层定位。话务统计数据指的是网络中各种指标的总体统计数据，通过它可以 了解接通率、拥塞率、掉话率、切换成功率和每线话务量等指标变化情况，但 是由交换机得到的话务统计数据是一种统计意义上的结果，通常反映的只是无 线信道中的上行信号情况，而不能全面反映出下行信号的情况。 ( 2 ) 对全网进行话务专题分析，包括：接通率分析、掉话分析、拥塞分析、 切换分析、话务量分析等。 ( 3 ) 对问题小区进行定位分析，包括：掉话定位、拥塞定位、切换定位。 ( 4 ) 对问题小区给出各定位分析的结论和建议。 ( 5 ) 当确定为无线问题时，建议进行路测，提供具体的优化信息。实地的 驱车路测更能真实反映系统的实际运行情况。通过对路测数据进行分析，可以 反映出下幸亍信号的情况，判断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；验证天馈系统的实际安装情况- 。 通过这种手段，小区掉话、切换、拥塞等事件发生的主要原因和场所都可以准 确定位。 ( 6 ) 对问题小区进行相关参数检查和调整。 按分析的内容来划分，无线通信网络中的问题主要从干扰、掉话、话务均 东北大学硕士学位论文第二章g s m 工作原理和无线网络优化技术 衡和切换四个方面来进行分析。 f a ) 干扰分析 g s m 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。 一般误码率规定在3 左右，如果误码率超出1 0 则话音质量已经不可接受。因 此，通常对载波干扰设置一定门限：同频道载干比c i - 9 d b ；邻频道载干比c i 9 d b 。 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 分布、路测( r x l e v s u b 、r x q u a l ) , 7 ) c q t i i 乎叫质量拨打测试等f 9 1 。 ( b ) 掉话分析 掉话可分为两种形式，一类是在s d c c h 信道上的掉话，一类是在t c h 信道 上的掉话。s d c c h 的掉话是指在b s c 给移动台分配了s d c c h 信道还未分配成 功期间发生的掉话。t c h 的掉话是指在b s c 给移动台成功分配了t c h 信道后发 生的不f 常掉话。 掉话的原因主要可以分为以下几类：无线射频掉话、切换掉话、干扰掉话、 接口间掉话( 包括a b i s 和a 接口间) 和用户原因等多种。根据掉话的原，因，降低 掉话率的一般性措施为：均衡话务量、改善无线覆盖、。分析和抑制干扰、改进 切换模型等。 掉话问题的定位主要通过话务统计数据、路测、场强测试、c o t 呼叫质量 拨打测试和用户反映等方法，然后通过分析信号场强、信号干扰、参数设置等， 找出掉话原因【10 1 。 ( c ) 话务均衡分析 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。 话务均衡处理是指各小区的载频应该得到充分利用，避免某些小区拥塞， 而某些小区基本没有话务的现象。通过话务均衡可以减小拥塞率、提高接通率， 减少由于话务不均衡而引起的掉话，使通信质量提高、网络资源充分、合理的 利用。 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、路测等。 话务不均衡的主要原因有：( 1 ) 基站天线挂高、俯仰角、发射功率设置不 合理，小区覆盖范围过大，导致该小区话务量过高，引起拥塞，产生掉话，同 东北大学硕士学位论文第二章g s m 工作原理和无线网络优化技术 时也造成与其它基站话务量不均衡：( 2 ) 由于地理原因，用户过多造成该小区 比其它小区话务量较高；( 3 ) 网络中无线数据库中小区参数设置，如允许接入最 小电平设置不合理而导致话务不均衡，邻区切换关系中设置的允许发生切换的 功率电平余量等参数：4 ) 小区优先级参数设置为综合考虑等。 ( d ) 切换分析 切换分析主要是指分析切换请求数、切换成功率、切换未接收率和切换丢 夫率。在g s m 网络中，切换成功率比较高，一般情况下应 9 5 。切换分析的 定位手段主要包括话务统计数据分析和实际路测。 定位分析切换失败的原因，必须和其它指标的分析结合起来。首先可以检 查是否目标小区的信道出现拥塞、硬件故障而导致切换失败：然后再分析是否 和无线干扰有关，导致m s 无法占用系统指派的信道；接下来检查是否和切换 参数定义有关( 切换门限电平过大) ，或者在附近范围出现了孤岛效应( 当存在一 个与服务小区的邻小区具有相同b s i c 和b c c h 的小