（通信与信息系统专业论文）gsmtdscdma网络路测系统的实现.pdf

武汉邮电科学研究院硕士学位论文 摘要 随着电信业市场的竞争日益加剧，促使电信经营者越来越关注网络质量和用户 体验。经过多期大规模建设和扩容，网络中存在的问题逐渐显示出来，网络优化成 为提高网络质量的有效途径。 对无线网络进行优化，就是通过路测在无线网络上进行数据采集和评估分析， 准确定位网络问题，提出优化整改方案。路测系统，是整个路测过程的核心部份， 因此，一款准确可靠的路测系统是无线网络优化必不可少的重要工具。尤其在 t d s c d m a 网络即将大规模建设的今天，基于g s m 的t d s c d m a 网络建设模式 使得一款适应g s m t d s c d m a 混合网络环境的路测系统具有了广泛的应用前景。 本论文第一章首先介绍移动通信的发展历史及国内外厂商在路测系统方面的研 发情况，说明了实现支持g s m 厂i d s c d m a 双网络的路测系统的必要性；第二章介 绍了无线网络优化的概念及目的，阐述了其和路测的关系。对路测方法及路测设备 进行了说明；第三章对g s m 和t d s c d m a 网络各自的特点进行了探讨，分析了 g s m t d s c d m a 混合组网的方式及在混合网络环境下的网络优化策略；第四章提 出了一种适应g s m t d s c d m a 双网络的路测系统的实现方式，讨论了系统中关键 策略的处理，详述了关键模块的实现流程；第五章使用基于本文架构所实现的路测 系统进行实网路测验证，结果表明该系统完全满足路测要求；第六章对全文进行了 总结，介绍了下一步工作的重点。 关键词：g s m ：t d s c d m a ：无线网络优化；路测 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 a b s t r a c t t h ec o m p e t i t i o ni nt h et e l e c o m m u n i c a t i o nm a r k e th a sb e c o m em o r ea n dm o r ef i e r c e ， w h i c hc a u s ear e s u l tt h a tt h es e r v i c ep r o v i d e rp a ym o r ea t t e n t i o nt ot h eq u a l i t ya n du s e r e x p e r i e n c e d u et ot h em a s sc o n s t r u c t i o ne a r l i e r , t h es h o r t c o m i n g sa r eg e t t i n gm o r ea n d c l e a r e r , a n dt h en e t w o r ko p t i m i z a t i o ni st h ee f f e c t i v ew a yt os o l v et h ep r o b l e m o p t i m i z a t i o no nt h ew i r e l e s sn e t w o r ki st oe s t i m a t ea n da n a l y z et h ec o l l e c t i o nd a t a o nt h ew i r e l e s sn e t w o r kt h r o u g ht h ed r i v e rt e s t ，l o c a t et h ep r o b l e m so ft h en e t w o r k a c c u r a t e l y , a n dp r o p o s ea i le n t i r eo p t i m i z a t i o ns o l u t i o n 。d r i v e rt e s ts y s t e m ，i st h ec o r eo f t h ew h o l ed r i v e rt e s tp r o c e s s ，t h e r e f o r e ，a na c c u r a t ea n dr e l i a b l ed r i v e rt e s ts y s t e mi sa n i m p o r t a n tt o o lw h i c hi si n d i s p e n s a b l ei no p t i m i z a t i o no nt h ew i r e l e s sn e t w o r k c h a p t e r1o ft h i st h e s i s ，f i r s ti n t r o d u c e dt h eh i s t o r yo ft h em o b i l ec o m m u n i c a t i o n a n dt h es t a t u so ft h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to ft h ed r i v e rt e s ts y s t e ma th o m ea n d a b r o a d ，i l l u m i n a t e dt h en e c e s s i t yo ft h er e a l i z a t i o no fad r i v e rt e s ts y s t e m w h i c h s u p p o r t e d b o t hg s m t d s c d m an e t w o r k s ；c h a p t e r2i n t r o d u c e dt h ec o n c e p ta n d p u r p o s eo ft h eo p t i m i z m i o no nt h ew i r e l e s sn e t w o r k ，i l l u m i n a t e dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e n t h eo p t i m i z a t i o no nt h ew i r e l e s sn e t w o r ka n dd r i v e rt e s t ，d e s c r i b e dt h em e t h o d sa n d e q u i p m e n to fd r i v e rt e s t ；c h a p t e r3d i s c u s s e dt h er e s p e c t i v ec h a r a c t e r i s t i c so fg s m a n d t d s c d m an e t w o r k s ，a n a l y z et h en e t w o r kd i s t r i b u t i o nw i t ham i x e dn e t w o r k ，a n dt h e n e t w o r ko p t i m i z a t i o ns t r a t e g yi nt h em i x e dn e t w o r ke n v i r o n m e n t ；c h a p t e r4p r o p o s e da w a yt o r e a l i z ead r i v e rt e s t s y s t e mt oa d a p tt og s m t d s c d m at w on e t w o r k s ， d i s c u s s e dt h es y s t e m sk e ys t r a t e g yt o d e a lw i t h , p r o v i d e dd e t a i l e dp r o c e s so ft h e r e a l i z a t i o no ft h ek e ym o d u l e s ；c h a p t e r5u s e dad r i v e rt e s ts y s t e mw h i c hb a s e do nt h e f r a m e w o r kp r o p o s e db yt h i sp a p e rt om a k ead r i v e rt e s to nr e a ln e t w o r k , t h er e s u l t ss h o w t h a tt h es y s t e mf u l l ym e e tt h er e q u i r e m e n t so ft h ed r i v e rt e s t ；c h a p t e r6o ft h et e x ta r e s u m m a r i z e d ，i n t r o d u c e dt h ef o c u so ft h en e x ts t e p k e yw o r d s ： g s m ：t d - s c d m a ；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 ；d r i v e rt e s t 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 第1 章绪论 本章对移动通信的发展、现状及趋势作了介绍，针对在g s m t t d s c d m a 混合 组网环境下对路测系统的需求，提出了实现适合在g s m t d s c d m a 混合组网环境 下适用的路测系统的必要性。同时对本课题的研究目的、意义、主要内容及创新点作 出了说明。 1 1 引言 移动通信的历史可以追溯到1 9 世纪8 0 年代，在第二次世界大战期间种种军事上 的需求导致了移动通信事业的巨大变化，二次大战后，移动通信开始转为民用，从 8 0 年代初模拟蜂窝移动通信系统出现以来，移动通信技术得到了迅猛发展，特别是 9 0 年代以后，无论是发展中国家还是发达国家，移动通信都以更高速度进入千家万 户。 移动通信的高速发展是建立在技术发展和市场需求的基础上的，第一代移动通信 系统出现在7 0 年代中期，采用模拟调制技术，主要提供话音业务，a m p s ( 北美蜂 窝系统) 、n m t ( 北欧移动电话) 和t a c s ( 全向通信系统) 是三种主要的窄带模拟 标准。第一代无线网络技术使用户第一次能够在他们所在的任何地方无线接收和拨打 电话。由于其频谱利用率低、保密性能差( 第三方只需将接收机频点调整到合适的信 道，便能听到通话双方的信息) 、业务单一，所以逐渐被第二代移动通信系统所代替。 第二代移动通信系统出现在8 0 年代中期，采用数字调制技术，除提供语音业务外， 还提供少量短信息服务。它提供更高的网络容量，改善了话音质量和保密性，并为用 户引入了无缝的国际漫游。当今的g s m 、d - a m p s 、p d c 和i s 9 5c d m a 等第二代 数字无线标准，均为窄带系统【1 1 。第二代移动通信技术的应用和推广，推动了移动通 信系统的广泛使用，对无线通信领域以及人们的社会生活方式产生了深远影响。 2 0 世纪末，移动通信技术和i n t e r n e t 技术的发展极大地影响了人们的生活、学习 和工作方式，二者的结合是信息产业发展的必由之路。由于制式、技术以及其它各方 面的原因，第二代移动通信系统在支持全球漫游、频谱利用率以及数据业务方面都有 较大的不足。随着全球经济一体化和社会信息化的进程移动通信业务和移动通信用户 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 呈高速增长的趋势，这使第二代移动通信系统在系统容量和业务种类上趋于饱和，为 了适应对移动通信个人化、智能化、多媒体化的要求，r r u 和世界上其它的电信标准 实体和研究单位都早已经开始了对第三代移动通信的研究，提出了第三代移动通信系 统标准并将按照此标准开发第三代移动通信系统。 第三代移动通信( 3 g ) 系统也叫“未来陆地移动通信系统( f p l m t s ) ，后由国 际电联( i n t e r n a t i o n a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n 2 0 0 0 ，u ) 正式命名为i m t - 2 0 0 0 ， 即第三代移动通信系统是工作在2 0 0 0 m h z 频段，并计划于2 0 0 0 年左右正式投入商用。 i m t - 2 0 0 0 是一个全球无缝覆盖、全球漫游，包括卫星移动通信、陆地移动通信和无 绳电话等蜂窝移动通信的大系统。它可以向公众提供前两代产品所不能提供的各种宽 带信息业务，如高速数据、慢速图像与电视图像等，传输速率高达2 m b i t s ，带宽可 达2 m h z 以上【2 1 。第三代移动通信i m t - 2 0 0 0 技术标准，是一种真正的“宽频多媒体 全球数字移动电话技术 ，并与改进的g s m 网络系统兼容。 1 2 国内外的研究现状 目前从国内的t d s c d m a 实验网的建设来看，以后的t d s c d m a 商用网极有 可能采用以g s m 核心网为基础进行叠加组网的方式建设【3 1 。g s m 网络经过多年的建 设已经比较成熟，同时网络优化方面的经验累积也比较多，但是对于t d s c d m a 方 面的网优经验较少，尤其是面对双网络并存的复杂环境，更是缺乏相关的优化经验。 路测系统作为网优工作中的重要工具已经在国内外的运营商的网络优化过程中得到 了极为广泛的应用。虽然国内外的行业巨头都逐渐开始加大对t d s c d m a 路测产品 开发的力度，但是目前支持双网络的路测系统仍然比较少。 目前市面上的路测系统基本可以分为两类，一类是国外厂商开发的，主要以 e r i c s s o n 、a g i l e n t 、n e m o 为代表 4 1 。这些厂商的产品性能最成熟、表现最稳定，深 受业界专业测试人士的认可，但是一方面，这些产品在价格上往往比较高，这也提高 了运营商进行网络优化的成本。另一方面就是基本上很少有支持t d s c d m a 的路测 系统。第二类是国内厂商的产品，主要以鼎利的p i l o t ，大唐的o u t u m ，万禾的a n t ， 日讯的n t a s 为代表，这些厂商的产品普遍支持t d s c d m a 网络，但对于 g s m 厂r d s c d m a 双网络同时支持的产品还不多。 2 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 1 3 本课题的研究意义 2 0 0 2 年到2 0 0 8 年，“3 g 即将发牌这句话被整整说了6 年。3 g 带动的投资至 少有2 0 0 0 亿元，如今3 g 发牌近在眼前，2 0 0 0 亿元的“盛宴即将“开席。但是 经过十几年的发展，我国已经建成了世界上规模最大、用户数最多、覆盖面广的g s m 网络，为了保护运营商的投资，实现2 g 向3 g 的平滑过渡，在现有g s m 网络的基础 上叠加建设t d s c d m a 网络，是具有相当大的优势和很强的可操作性的组网方式1 5 j 。 并且可以预见的是，在比较长的一段时期里g s m t d s c d m a 共存的混合网络，将 是一个网络平滑演进的必经阶段。 对于未来的g s m t d s c d m a 网络运营商而言，如何经济有效地建设一个 g s m t d s c d m a 共存的混合网络，保证网络建设的高性价比是运营商所关心的问 题。概括地讲，就是在支持多种业务，并满足一定q o s 条件下，获得良好的网络容 量，满足一定的无线覆盖要求，同时通过调整容量、覆盖、质量之f 日j 的均衡关系提供 最佳的服务，提供传统的优质话音业务的同时，给用户带来可靠稳定的数据业务体验。 为了达到高性能，t d s c d m a 采用很多先进的技术，所以传统g s m 系统所使用的 规划和优化方法就不能满足需求，需要有新的规划方法和工具。 无论是在建网初期的网络规划还是以后的网络优化中都需要优化工具来测试网 络的各项性能指标。正是在这一需求背景的驱动下，本文提出了一种支持 g s m t d s c d m a 混合网络的路测软件的实现方式，希望通过软件，能够在未来的 g s m t d s c d m a 网络中为运营商提供一种相应的监测手段，使运营商能够有效地对 自己的移动网络进行监测，对网络性能指标进行直接的测量评估，及时地发现网络中 存在的问题并解决，从而使运营商的网络达到最优化，更好地为用户服务。 1 4 本课题的主要研究工作及创新点 网络优化工作是网络建设初期和网络建成后都必不可少的，通过网络优化提高网 络质量，增强用户体验，帮助网络运营商更合理的配置网络节省成本。路测系统是网 优工作的主要工具，一个方便、可靠的路测工具对网优工作来说具有极其重要的帮助。 目前，t d s c d m a 网络已经在全国多个城市试运营了，其网络建设型式基本是 3 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 原有的g s m g p r s 网络为基础，经过软件硬件的升级来完成t d s c d m a 网络的支 持【3 l 。在这样的一个混合网络环境下，网优工作就显得特别重要。尤其是t d s c d m a 网络的建设还没有完成成熟，在t d s c d m a 方面网络优化的经验累积不是非常多， 一个好的路测系统对于网优人员的帮助就显的格外重要了。目前的路测工具主要是以 支持单一的网络为主的，要么支持g s m ，要么支持t d s c d m a ，支持t d s c d m a 的路测工具只有国内少数厂商提供。 本课题正是基以上情况开展研究的，主要是总结了传统g s m 网络优化的流程， 根据在g s m 网络下进行网络优化的一般经验结合t d s c d m a 系统自身的特点，研 究了在t d s c d m a 网络优化中需要关注的方面。分析g s m 厂r d s c d m a 混合组网环 境的特点，总结了在混合网络环境中进行网络优化的策略。 根据混合环境网络优化的需求，提出了一种支持g s m 厂i d s c d m a 双网络的路 测系统的实现方式。作者根据参与路测系统开发的经验，完成了实现本课题中关键策 略的处理，包括路测系统状态的设置，对双网络的支持，系统内部消息队列以及对路 测系统加密方式的实现。对具备通用意义的关键模块主控模块、数据记录模块及测试 数据的导入，给出了比较详尽的设计流程。 4 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 第2 章无线网络优化与路测 本章对无线网络优化进行了介绍，阐述了无线网络优化与路测的关系即路测是网 络优化过程中必不可少的实测环节，对提高无线网络质量起了至关紧要的重作。对路 测系统的概念、路测的一般方法及常用的路测设备进行了说明。 2 1 网络优化的概念及目的 移动通信网是一个不断变化的网络，网络结构、无线环境、用户分布和使用行为 都在不断地变化，需要持续不断地对网络进行优化调整以适应各种变化。网络优化是 一个长期的过程，它贯穿与网络发展的全过程。只有不断地提高网络质量，才能让用 户满意，吸引和发展更多的用户。 所谓网络优化，就是根据系统的实际表现和实际性能，对系统进行分析，在分析 的基础上，通过对网络资源和系统参数的调整，是系统性能逐步得到改善，达到系统 现有配置下的最佳服务质量。即最佳的覆盖；满意的信号强度以及最佳的通话音质和 最低的掉话率等1 6 j 。 在网络大规模建设完成之后，由于站点获取的不确定性，网络建设与网络规划存 在不一致性，为了尽量减少工程建设对网络性能的影响，需要对全网做一次工程网优。 通过技术手段或参数调整使网络达到最佳运行状态，在保持网络质量的前提下，不仅 要使网络资源获得最佳效益，还要了解网络的增长趋势，为系统扩容提供理论依据， 确保网络今后运行维护工作的顺利进行。 根据网络优化阶段和目的不同，网络优化可以分为工程网优和运维网优网。工程 网优是在某期工程结束之后，对新建网络进行阶段性优化，一般由设备厂家完成工程 网优。该工作在工程建设完成后、投入运营之前进行，目标是通过调测和优化使网络 达到验收指标并可以正常开通。对于新建网络，由于没有正式投入商用，网络中没有 实际的用户，因此优化工作内容是通过大量d t ( d r i v e t e s t 路测) 和c q t ( c a l lq u a l i t y t e s t 话音质量测试) 的工作了解和验证网络性能，以保证网络的顺利开通【8 】。运维优 化是在网络验收之后，运营商接管网络，为保证网络质量而进行的长期优化。 根据网络优化的任务，可以分为持续性和阶段性两种网优模式1 9 1 。持续性网优需 5 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 要长期监控网络质量，并随时根据需要对网络作一些调整。持续性网优对网络改动较 少，只需要少量固定的优化工程师，属于运维网优的一部分。阶段性网优需要在某个 期限内提高网络质量。阶段性网优时间紧，任务重，需要对网络作较大调整，因此在 短时间内需要大量工程师。工程网优属于阶段性网优范畴。在运维网优中，需要不定 期地组织阶段性网优，来提高全网性能。 网络优化是在有限的资源和设备条件下，提高资源的利用率，使用户获得满意的 服务质量，最终提高投资收益比。注重网络整体结构、网络资源配置、网络性能和服 务质量，不为单一指标进行优化，而是全面地为用户提供整体最优的网络服务质量【l o l 。 注重用户的实际感受，各项网络优化措施应以提高用户满意度为目标，解决实际测试 中发现的问题。在优化过程中摸索一套科学的网络优化流程，规范的工作方法，形成 科学规范的网络优化体系。 2 2 网络优化与路测系统 无线网络优化的目的是达到全网的综合配置优化以及个别区域网络状况的服务 质量优化，经过全面而有针对性的考察和周密的分析，制定行之有效的解决方案，在 尽量减小投入成本的基础上，最大程度地提高服务质量。 不难看出，整个无线网络的优化需要经过考察、分析、制定方案、实施几个步骤。 考察阶段以取得网络状况的第一手资料为目的，能否在考察阶段得到足够的有效的数 据十分重要。路测是考察阶段的有效手段，从实际网络中取得足够的数据。 路测应选择实际商用网络中几种典型的区域：城市密集区、城市快速路以及高速 公路，分别进行相应行驶速度下的测试【1 1 l 。内容一般分为以下几部分：空闲模式测试、 终端主叫和被叫呼叫成功率、呼叫长时间保持、切换测试、定点测试1 1 2 1 。 空闲模式测试考察在测试区域内的终端在空闲模式下是否可以正常工作，以此来 反映被测网络区域的基本情况，包括能否成功搜索到各已知小区、各小区的无线信号 功率是否在正常范围、空闲切换能否成功等，同时在空闲模式的测试过程还可以包括 特定情况下无线网络覆盖的检验。 终端主被叫成功率主要考察无线网络的接通率和掉话率以及主、被叫通信流程是 否正确。 6 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 呼叫长时间保持主要考察无线网络的业务保持能力，一般要求对已有业务的保持 时间不低于3 0 分钟，在优化前的准备过程中应作好测试路线的选择，比如测试路线 包括偶尔出现掉话的地点以及小区边界等，以考察这些区域的通信效果。 切换测试通过考察终端在网络中的切换成功率以及通信过程的表现，对测试路线 的数据进行采集，来分析统计出测试路线的切换状态。 定点测试主要关注网络对业务的支持能力。包括各种业务的实现、各种业务的交 互以及一些异常测试例，主要考察各种业务的误码率误块率误帧率以及通信质量等 是否符合规范要求【”j 。 2 3 路测设备介绍 无线网络优化的路测设备一般包括空中接口监测工具、路测仪表、测试终端、 笔记本电脑、g p s 接收机及测试用车，其中测试车辆应考其内部空间和供电能力，以 保证路测的正常进行【1 4 1 。 考虑到路测得出的统计结果对后续分析有着重要意义，路测过程中必须对空中接 ， 口进行监测。空中接口监测主要是通过仪表、测试软件等手段，截获空中接口的信息， 以达到取得测试数据的目的。空中接口监测主要包括三个部分：射频参数监测、信令 监测以及上层应用监测。 。 射频参数监测以射频指标为考察目的，对射频参数作全网的射频情况统计，宏观 上选择测试路线和测试点；可以做敏感区域的射频情况记录，微观上显示个别区域或 地点的覆盖空洞。 信令监测的目的主要有二：对各种业务实现的信令流程进行记录和分析，判断信 令流程是否正确；主、被叫成功率以及长时间通信能力的信令流程可以进行后期分析， 得出成功率指标、长时间通话效果以及其他指标分析。 上层应用监测，对呼叫效果、数据业务以及多种增值业务的相应数据进行统计和 分析。 路测过程中应用到的测试仪表一般分为两大类。 7 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 第一类是扫频仪，扫频仪是专用的场强测试仪表，可以对无线网络的r f 信号强 度进行全面精确测量，对于采用c d m a 技术的无线信号还可以进行码域功率的测量 和分析。 部分扫频仪表还可以对信令进行比较全面而且完整的采集，同时在进行信令采集 的过程中，进行初步的分析和处理，这为路测后期数据分析处理减轻了负担。根据不 同路测仪表的功能，路测仪表还可以进行包括报告、报表以及路测图线的生成。其缺 点是价格一般都比较高。 第二类是参考终端+ 路测软件，参考终端是一部经过了严格的检验、可以认为其 表现相对比较标准的终端，参考终端最接近实际终端的工作情况，工作状态比较稳定， 配合路测软件取得的空中接口信令消息比较完整，对于后期处理分析都非常有利。其 早期代表是爱立信公司的t e m s 系列和高通公司c a i t 等。 此类仪表的缺点主要有两点：首先，参考终端可能需要进行开发，面对目前移动 通信系统、设备、终端的高速发展，参考终端的开发速度值得关注，特别是目前3 g 商用呼之欲出的时候，3 g 的三种制式终端还在发展阶段，参考终端的开发还需进一 步完善和加强。其次，由于参考终端也是由一个普通终端改进而成的，故其r f 信号 测量精度非常有限，使用寿命也较短。 综上所述，对于开展无线网络优化路测的开展和实施，应当将根据实际需求来 选择和配置设备。一般的网络建设和维护中的路测多使用路测软件+ 参考终端，这是 比较经济且可行的方案。而对于换代的新技术制式初建、高级网络优化和疑难问题解 决则需要高端的路测仪表完成。 2 4 路测方法简介 网优过程一般可分为几步：首先设定质量指标，定义端到端的质量目标和不同 业务类型的性能指标，设定相关的k p i 值( 关键性能指标) 。通过网管系统、路测设 备、协议分析仪甚至用户申告来收集网络性能数据，由网络报告工具提供质量统计和 预分析数据，基于网络配置，就可以进一步详细分析提高质量的方法。 应根据统计分析，确定需要进行网络优化的区域，包括覆盖盲区、多导频覆盖区 域、用户投诉有问题的区域和切换区域等。然后驱车前往，在确定区域进行适当的测 8 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 试，例如拨打、通话测试。尽量保证测试可以重现故障。在进行测试时，应对有价值 的数据进行全面、有效的记录。例如测量前向信道的导频和前反向链路的f e r 等。在 完成了测量以后，再对记录数据进行适合的分析，确定问题的发生原因，给出比较可 行的解决方案。 对于覆盖盲区、多导频覆盖区域，通过路测，确定其影响范围。对于切换测试， 应尽可能精确确定切换失败发生的地点，重现切换失败事实。 网络优化的任务包括：最佳的系统覆盖、最小的掉话和接入失败、合理的切换( 硬 切换、软切换、更软切换、接力切换) 、均匀合理的基站负荷、最佳的导频分布等。 优化的参数包括：每扇区的发射功率、天线位置( 方位角、下倾角、高度) 、邻区表 及其导频优先次序、邻区导频集搜索窗的大小、切换门限值等。 特别需要注意的是，网络优化是一个反复迭代的过程，只有在不断的进行网络 优化的过程中，弥补错误，发现新问题并解决，才能最终达到或尽可能接近最佳的服 务质量。 路测的最后一个步骤是数据的分析和处理，这也是无线网络优化的数据分析环 节的关键所在。分析和处理可以划分为数据统计和故障分析两部分： 数据统计主要包括测试时间统计、g p s 信息统计、信令消息统计、吞吐量统计等。 同时针对呼叫的多次主、被叫，统计其呼叫次数，计算其成功率。 ；+ 故障分析的主要目的是在路测出现异常情况时，实现故障定位。例如在进行长时 间通话保持性能测试时出现掉话，应对当时的基站信号强度作回放分析并结合收集的 信令消息，判断是网络侧原因还是测试设备或测试终端的原因所致。 通过分析和处理，一方面可以得到所关心的测试结论，同时配合处理软件，得 出报告、报表和路测图线。另一方面可以得出许多有意义的成果，例如故障分析、问 题定位等。 9 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 第3 章g s m t d s c d m a 系统特点及混合网络环境下的优化策略 本章对g s m 系统和t d s c d m a 系统各自的特点进行了分析，针对两系统的共 同点，提出了g s m f f d s c d m a 混合组网的2 g 到3 g 平滑过渡的组网方式，分析了 该组网方式的优势及面临的问题，对比传统g s m 单一网络下的优化方式，提出了针 对t d s c d m a 系统的优化方式。 3 1g s m 系统的特点及网络结构 3 1 1g s m 系统的起源 g s m 数字移动通信系统史源于欧洲。早在1 9 8 2 年，欧洲已有几大模拟蜂窝移动 系统在运营，但当时这些系统都是国内系统，不能漫游，不能在国外使用。为了方便 全欧洲统一使用移动电话，需要一种公共的系统，1 9 8 2 年北欧国家向c e p t ( 欧洲邮 电行政大) 提交了一份建议书，要求制定9 0 0 m h z 频段的公共欧洲电信业务规范。在 这次大会上成立了一个在欧洲电信标准会( e t s i ) 技术委员会下的移动特别小组 ( g r o u ps p e c i a lm o b i l e ) 简称“g s m ，来制定有关的标准和建议书【15 1 。 于1 9 9 0 年完成了g s m 9 0 0 的规范，共产生大约1 3 0 项的全面建议书，不同建议 书经分组而成为一套1 2 系列的技术标准。 1 9 9 1 年在欧洲开通了第一个系统，同时m o u 组织为该系统设计和注册了市场商 标，将g s m 更名为“全球移动通信系统”( g l o b a ls y s t e mf o r m o b i l ec o m m u n i c a t i o n s ) 。 从此移动通信跨入了第二代数字移动通信系统。同年，移动特别小组还完成了制定 1 8 0 0 m h z 频段的公共欧洲电信业务的规范，名为d c s l 8 0 0 系统。该系统与g s m 9 0 0 具有同样的基本功能特性，因而该规范只占g s m 建议的很小一部分，仅将g s m 9 0 0 和d c s l 8 0 0 之间的差别加以描述，绝大部份二者是通用的，二系统均可通称为g s m 系统。 3 1 2g s m 工作频段的分配 我国陆地公用蜂窝数字移动通信网g s m 通信系统采用9 0 0m h z 和18 0 0 m h z 频 1 0 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 段。 ( 1 ) g s m 9 0 0 工作的无线频率分配为： g s m 9 0 0 ：8 9 0 9 15 m h z上行频率 9 3 5 9 6 0 m h z 下行频率 双工间隔为4 5 m h z ，工作带宽为2 5 m h z ，载频间隔2 0 0 k h z 1 6 1 。 频道序号和频点标称中心频率的关系为： f u ( n ) = 8 9 0 2 0 0 m h z + ( n 一1 ) x 0 2 0 0 m h z 上行频率 f d ( n ) = f u ( n ) + 4 5 m h z 下行频率 n = l 1 2 4 频道 g s m 9 0 0 频段共有1 2 4 个载波频道。 在我国g s m 9 0 0 使用的频段为： 9 0 5 9 1 5 m h z上行频率 9 5 0 , - , 9 6 0 m h z下行频率 频道号为7 6 , - - 1 2 4 ，共1 0 m 带宽。 目前，在我国这1 0 m 带宽分别由两家g s m 运营商使用： 中国移动公司：9 0 5 9 0 9 m h ( 上行) ，9 5 0 9 5 4 m h z ( 下行) ，共4 m 带宽，2 0 个 频道，频道号为7 6 9 5 。 中国联通公司：9 0 9 - 9 1 5 m h ( 上行) ，9 5 4 , - , 9 6 0 m h z ( 下行) ，共6 m 带宽，2 9 个 频道，频道号为9 6 , - , 1 2 4 。 另外，由于中国移动公司拥有模拟a 和b 网的频段，各地移动分公司都不同程 度的挪用部分模拟网的频段用作g s m 9 0 0 网络，因此，实际上中国移动公司g s m 系 统占用不止4 m 带宽。 我国9 0 0 m 频段频道分配表如表3 1 所示： 表3 19 0 0 m 频段频道分配表 频道号 l 3 73 8 7 57 6 9 59 6 1 2 4 用途中国移动中国移动中国移动中国联通 ( 模拟a 网)( 模拟b 网)( g s m 9 0 0 )( g s m 9 0 0 ) 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 ( 2 ) g s m l 8 0 0 工作的无线频率分配为： g s m l8 0 0 ：1 7 1 0 1 7 8 5 m h z 上行频率 1 8 0 5 1 8 8 0 m h z 下行频率 双工间隔为9 5 m h z ，工作带宽为7 5 m h z ，载频间隔为2 0 0 k h z 。 频道序号和频点标称中心频率的关系为： ， m ( n 户1 7 1 0 2 m h z + ( n - 5 1 2 ) x 0 2 0 0 m h z 上行频率 f d ( n ) = f u ( n ) + 9 5 m h z下行频率 n - - 51 2 8 8 5 频道 目前只有中国移动公司拥有g s m l 8 0 0 网络，拥有1 8 0 0 网络的移动分公司大多 申请1 0 m 的带宽，频道号为5 1 2 5 6 2 。 ( 3 ) 保护带宽 当一个地区数字移动通信系统与模拟移动通信系统共存时，两系统之间( 频道中 心频率之间) 应有约4 0 0 k h z 的保护带宽，通常是由模拟b 网预留。中国移动公司与 中国联通公司的数字移动通信系统也应有4 0 0 k h z 的保护带宽，即它们之间必须有一 个网络少用一个频道，或由中国移动预留，或由中国联通预留。 3 1 3g s m 蜂窝网络结构 一个g s m 网络是由若干个基站提供覆盖和服务的，对于一个大容量的移动电话 网往往需要几十个甚至几百个基站才能覆盖整个服务区，并要能满足高话务密度的要 求( 即要求基站容量要足够大) ，而g s m 网络能利用的频率资源又是非常有限的， 这就构成了一对矛盾。早在6 0 年代，美国贝尔实验室提出了使用蜂窝结构来解决用 户量大与移动通信系统频率资源有限的矛盾。经过几十年的实践作为公用陆地移动系 统，采用蜂窝小区技术的模拟通信系统中已经发展的较为成熟了，该结构的有效性已 经为工程、规划人员所接受。 这里更简明地描述蜂窝网络结构，不妨假设基站设置在平原地区，地面无障碍物 阻挡，并采用全向天线的理想条件下，它的覆盖区是一个圆。而七个圆按照一定的交 叠深度相邻接，中心一个圆的交接边界( 在蜂窝网中就形成了切换边界) 就拟合成一 个正六边形【1 刀。对应的同频干扰也就较规则地分布于六边形的边缘。 1 2 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 如图3 1 所示t 图3 1 蜂窝结构的拟合 因此，在一个服务区内，以全向区来看，相互邻接的小区其正常切换边界形成了 多个两两相邻正六边形，形同蜂窝状，称为蜂窝结构。但是，为了在无线网络规划设 计中应用蜂窝结构实现同频复用和覆盖区不断扩大的要求，还需要将各蜂窝( c e l l ) 分成复用区族，由复用区簇两两相邻接来不断扩大覆盖区和实现频率复用。 复用区簇是若干个相邻接在一起的基站区群。在一个复用区簇内将全部可用频道 平均分配给每个基站区或扇形小区，如下图3 2 。两个相同的无线区簇彼此相邻接， 簇内处于相应位置的两个基站区就是同频复用区，而相邻的无线区簇为同频复用区 簇。 c l a l d 3 图3 2 由1 2 个小区组成的频率复用区族 1 3 瓣 戮潮嚣舵r翔鬻 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 显然，六边形只是无线覆盖方式的简化模型，实际上不可能有上面所讲到的各个 方向完全一致的传播情况，也就没有完全规则的正六边形相接的小区，覆盖和干扰分 布也就随地理环境发生偏差，这就要求在蜂窝结构思想的指导下，合理规划和配置各 个小区，使得覆盖和干扰保护达到要求。 另外，应用蜂窝分裂技术不断将基站覆盖区划小，提高频率复用次数，满足用户 密度不断增大的需要。该技术主要包括将一个全向大基站分裂为若干个扇形小区基 站，或将一个扇形小区基站分裂为多个覆盖半径更小的扇形小区基站。 就小区规划而言，蜂窝小区无论对模拟系统或数字系统在组网技术和工程设计上 都是相通的。数字系统在对载干比要求、传播损耗计算的模型等方面有不同于模拟系 统的特点。 综合可知，蜂窝小区体制主要特点有： ( 1 ) 无线频率资源复用； ( 2 ) 越区自动切换；， ( 3 ) 信道分配和小区分裂。 其中频率复用主要由系统所选用的调制方式、信道带宽确定载干比，在满足这个 载干比要求的前提下，考虑到多径衰落等因素的影响，确定同频复用保护距离和邻频 干扰等。为了满足用户从一个小区移动到另一个小区，使得通话不被中断，需要进行 自动切换信道。g s m 系统提供了软、硬件手段，是网络实体所必备的功能。而如何 配置与设计，使网络和终端能够成功地完成越区切换，并尽可能地减少系统中切换的 次数，将是小区系统设计的重要课题之一。 组网的最终目的是满足用户话务需求，而由于移动网自身的特点，话务分配极不 平衡，在闹市区中央和郊区的话务量可以相差上百倍。因此小区的覆盖半径，各个小 区分配到的信道是不同的，对应于小区的容量也就不同，并且随着话务量的增加，还 可能将原有小区进一步分裂为更小的新小区。要求在规划设计阶段不仅要考虑满足覆 盖、干扰以及系统容量，另外也要是要考虑系统的成本和经济效益，以及将来系统扩 容的灵活性。 g s m 系统中还有一个重要的功能，就是功率控制。由于小区覆盖半径的不同和 终端的移动性，需要在移动台和基站双向按照连接双方无线路径的远近控制其平均功 1 4 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 率，使保持传输质量在给定的门限上，而又尽可能处于最小的发射功率。这样就可以 减少对其它通话的干扰电平。 同样为了提高无线信号的传输质量，减少系统的干扰电平以及提高频谱效率，还 要在规划中配置功率控制方案，采用分集和跳频及不连续发信等技术，对规划设计提 出了较高的要求。 3 2t d s c d m a 系统的特点及主要技术 3 2 1t d - s c d m a 系统简介 1 9 9 8 年，原邮电部电信科学技术研究院( 大唐电信集团) 在原邮电部科技司的 领导和支持下，代表我国向国际电信联盟( i t u ) 提出了第三代移动通信t d s c d m a ( t i m ed i v i s i o nd u p l e xs y n c h r o n o u sc o d ed i v i s i o na c c e s s ) 标准建议【1 8 】。2 0 0 0 年5 月，世界无线电行政大会正式批准把t d s c d m a 作为第三代移动通信国际标准 之一( m 1 4 5 7i m t 2 0 0 0 r s p e c ) 。这是一百多年来我国第一次向国际组织完整地提出 自己的电信技术标准建议，标志着在移动通信技术方面我国已步入世界先进行列。 t d s c d m a 具有上下行链路可以不对称、频谱利用率高、发射功率低等优点， 非常适合第三代移动通信将大量应用的非对称数据业务，并可以提供较高的系统容 量。下面基于t d s c d m a 的主要技术特点，对其几个关键技术做一下介绍。 3 2 2t d s c d m a 系统结构 t d - - s c d m a 系统的设计集f d m a ，t d m a ，c d m a 和s d m a 技术为一体，并 考虑到当前中国和世界上大多数国家广泛采用g s m 第二代移动通信的客观实际，他 能够由g s m 平滑过渡到3 g 系统。t d 。s c d m a 系统的功能模块，如图3 3 所示，主 要包括：用户终端设备( e r e ) 、基站( b t s ) 、基站控制器( b s c ) 和核心网l l9 1 。在 建网初期，该系统的i p 业务通过g p r s 网关支持节点( g g s n ) 接入到x2 5 分组交 换机，话音和i s d n 业务仍使用原来g s m 的移动交换机。待基于的3 g 核心网建 成后，将过渡到完全的t d s c d m a 第三代移动通信系统。 1 5 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 - 叮 i 】e 自二， 图3 3t d - s c d m a 系统功能模块结构 3 2 3t d s c d m a 系统关键技术 1 智能天线技术 智能天线采用空分多址技术( s c d m a ) ，利用信号在传输方向上的差别，将同频 率或同时隙、同码道的信号区分开来，最大限度地利用有限的信道资源【2 0 1 。无线基站 中的智能天线由天线阵和基于基带数字信号处理技术组成。 图3 4 描述了一个具有智能天线、工作于t d d 方式c d m a 基站的示意方框图。 和传统的没有智能天线的基站比较，他在硬件上由一个天线阵和一组收发信机组成了 其射频部分，而在基带信号处理部分的硬件则基本相同【2 1 1 。必须说明的是，这一组收 发信机将使用同一个本振源，以保证此组收发信机是相干工作的。 1 6 酽铲 睨 睫 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 干扰 、 、 、 、 ， 主射缝 ， ， 图3 4 智能天线示意图 图3 4 中，每个射频收发信机都有a d c 和d a c ，将收到的基带模拟信号转换为 数字信号；将待发射的数字信号转换为模拟基带信号。而所有收发数字信号都通过一 组高