（通信与信息系统专业论文）gsmr无线测量报告在abis接口监测系统中的开发与应用.pdf

北京交通大学硕士学位论文 中文摘要 中文摘要 捕要：g s m r 铁路综合数字移动通信系统是各种列车运行控制信息的传输平台。 为保证列车的行车安全，需要g s m - r 通信系统具有可靠的网络质量。因此如何保 证网络的可靠性，是当前g s m r 通信网络建设的一个重要问题。g s m - r 网络无 线测量报告包含了通信时所测量的关键信息，如通信所在的上下行信道的电平、 上下行信道质量、时间提前量及邻小区b c c h 电平等。通过对无线测量报告所包 含的这些信息进行分析处理。可对g s m - r 网络进行优化维护。本论文主要对 g s m - r 系统的无线测量报告进行了研究，并将无线测量报告应用到大秦线g s m - r 网络的a b i s 接口监测系统中。经过在a b i s 接口监测系统对无线测量报告进行绘图 处理开发，利用无线测量报告查找网络问题和进行网络性能评估。现场实验证明， 无线测量报告在大秦线a b i s 接口监测系统中的应用可以对g s m - r 网络维护起到 很好的作用 关键词：g s m r ；无线测量报告；a b i s 接口监测系统；网络优化：网络性能评估 分类号：t n 9 2 9 5 北京交通大学硕士学位论文 a b s t r a c t ：g s m - rr a i l w a yi n t e g r a t e dd i g i t a im o b i l oc o m m m a i c a t i o ns y j t e m i st h et r a n s m i s s i o np l a t f o r mo fd i f f e r e n tk i n d so ft r a i no l 删o nc o n t r o li n f o r m a t i o t x t o 锄哦t h et r a i nt r a 伍c ss a f e t y , t h eg s m - rc o m m u n i c a t i o ns y s t e mm u s tb ew i t h r e l i a b l en e t w o r kq u a l i t y s oh o wt og u a r a n t e et h er e l i a b i l i t yo ft h i sn e t w o r ki s 孤 i m p o r t a n ti s s u en e e d e dt ob es o l o v e di nt h ec 嘞tg s m rc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k s b u i l dp r o s s g s m - rw i r e l e s sm c 丛m o m o n tr e p o r ti n c l u d e st h ek e yi n f o r m a t i o ns u c h a st h eu p l i n ka a dd o w n l i n k sk _ c e l s , q u a l i t y , l i m i n ga d v m ea n dt h el e v e lo fa d j a c e n t c e l l sb c c hc h a n n e l u s i n gt h ei n f o r m a t i o nt h ew i r e l e s sm e 丛- u r e m e n t r e p o r t c o n t a i n e d nm a i n t a i na n do l 姑n l i z et h eg s m - rn e t w o r k sp e r f o r m a n c e t h i sp a p e r m a i n l yf o c u s e do n t h eg s m rs y s t a l l sw i r e l e s sm e a s u r e m o n t r o p o r ta n da p p l i c di tt o t h ed a t o n g - q i n h u a n g d a og s m - rn e t w o r k sa b i 争i n t 盯自m o n i t o r i n gs y s t e m a r e r t h e d e v e l o p m e n to fm e a s m e m e n tr e p o r t sg r a p h i c sp r o c e s s i n gf u n c t i o ni n t h e a b i s - i n t e r f a c em o n i t o r i n gs y s t e m i tt h e n 咖1l i s ct h em e a s u r e m e n tr e p o r tt oh a n d l e t h eg s m rn e t w o r k sp r o b l e ma n de v a l u a t et h en e t w o r k s p e r f o n n a n c f i e l d 懿p 面m e n tp r o v e d t h a t u s i n g w i r e l e s sm e a s u r e m e n t r e p o r t i nt h e d a t o n g - q i n h u a n g d a o sa b i s - i n t e r f a c em o n i t o r i n gs y s t e m 啪p l a yav e r yg o o dr o l ei n t h eg s m rn e t w o r k sm a i n t e n a n c e k e y w o r d s ：g s m - w i r e l e s sm e o s u r e m e n tr o p o r t ：a b i s - i n t e r f a c em o n i t o r i n g s y s t e m ；n e t w o r ko p t i m i z a t i o n ；n e t w o r kp e 怕m 柚c ee v a l u a t i o n c l a s s n o ：t n 9 2 9 5 i v 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通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， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：錾寺文 导师签名： 签字日期：1 川年1 , e l1 6 日 狠+ 订 i 签字日期：加7 年，2 月“日 北京交通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本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外。论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他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己在论文中作 了明确的说明并表示了谢意 学位论文作者签名：扛小乱 签字日期： 1 t 吲年、l 月矽多日 致谢 衷心感谢莸的导师张小律副教授两年多来对我研究生生活的指导和培养，在 我完成本文过程中，凝结了张老师大量的心血。正是在她的指导和支持下，我才 得以顺利完成论文。张老师渊博的知识、敏锐的思维、严谨的治学、认真工作的 态度都给我莫大的启发，使我受益匪浅。她不仅传授我知识，而且在生活中关心、 帮助、教导我。在她的指导和关心下，自己在各方面都有了很大的提高在此谨 向我的导师表示诚挚的敬意和衷心的感谢l 特别感谢钟章队教授对我的关心与指导。钟老师悉心指导我们完成了实验室 的科研工作，在学习上和生活上都给予了我很大的关心和帮助在此向钟老师表 示衷心的感谢。 同时非常感谢蒋文恰老师给我的指导与帮助，蒋老师知识渊博、为人正直， 是我今后学习的榜样。 感谢现代通信研究所的全体老师和同学在我学习期阃给予的帮助和关怀 感谢我的家人对我无微不至的关怀和照顾。 最后，向所有给予我帮助和鼓励的同学和朋友表示衷心感谢! 北京交通大学硕士学位论文引言 1 引言 1 1 综述 1 1 1g s m r 铁路综合数字移动通信系统简介 g s m r 是基于g s m 平台专门为满足铁路应用而开发的数字无线通信系统， g s m r 吸取了g s m 多年来的发展成果，又专门针对铁路的各种不同需求开发了 许多专用功能。从集群通信的角度来看，g s m r 是一种公开标准的数字式的集 群系统。它能提供无线列调、编组调车通信、应急通信、养护维修通信等语音通 信功甜“。利用g s m r 平台的数字传输能力，能传输列车诊断数据，提供货运 信息、车载旅客信息服务和其他增值服务。g s m r 可作为信号及列车控制系统 的良好传输平台。g s m r 系统中很多技术都借鉴了公网的g s m 技术，保留了 g s m 的大体结构，使得从一开始g s m r 系统就是一个成熟可靠的系统。而且由 于g s m r 与g s m 网络都可以工作在9 0 0 m 频段，因此两者在无线网络规划方 面基本相同，g s m r 系统的规划设计可借助于已成熟的g s m 系统工具，可以方 便快捷地为用户提供网络设计与安装。作为专门为满足铁路应用而开发的数字无 线通信系统，g s m r 更适应铁路运输，具有更成熟的技术优势以及更符合通信 信号一体化技术发展的需要。 1 工作频率 g s m r 系统可以在8 7 6 9 6 0 m h z 整个频率范围内工作，但c e p t ( 欧洲邮 政与电信会议) 为欧洲国家的铁路通信系统指定了一个专用频带，也即u i c ( 国 际铁路联盟) 的g s m r 频带：移动台到基站( 上行链路) 为8 8 5 8 8 9 m h z ，基 站到移动台( 下行链路) 为9 3 0 9 3 4 m h z ，双工问隔为4 5 m h z ，信道日j 隔为 2 0 0 k h z 。 g s m r 选择工作在9 0 0 m h z 频带有如下的理由：适合5 0 0 k m h 高速移动体 的通信( 最大多普勒频移为4 1 5 h z ) ：抗电气化铁道电火花干扰( 电火花的频率 多集中在( 4 0 0 8 0 0 m h z ) ：典型覆盖距离约为5 1 0 公里，对高速列车来说这是 保证系统容量和服务质量的最小范围；更适于隧道内通信( 相对4 5 0 m h z 和 1 8 0 m h z 频带) 。 2 系统结构与覆盖 g s m r 系统由六个子系统组成：交换子系统( s s s ) 、基站子系统( b s s ) 、 运行与维护子系统( 0 m c ) 、通用分组无线业务子系统( g p i 峪) 、终端子系统及 北京交通大学硕士学位论文 引言 移动智能网子系统( m ) ，并通过交换子系统( s s s ) 中的网关移动交换中心 ( g m s c ) 实现与其他通信网络的电路域业务的互联互逶通过通用分组无线业 务系统( g p r s ) 中的网关g p r s 业务支持节点( g g s n ) 实现与其他数据信息 网络的分组域业务的互联互通【2 】系统网络结构图如下所示： 图卜1g s i i - r 系统网络结构图 f i g l lg s m rn e t w o r ks t r u c t m e 根据欧洲g s m r 标准e i r e n e 和e r t m s 规范，g s m - r 网络在服务质量、 可用性、冗余可靠、容灾等方面，比公众移动通信网络的要求更为严格，因此 g s m r 网络的安全性应该定义到比较高的级别，以实现在带宽有限以及现有话 务模型不准确情况下，满足高速条件下通话及列控需求。根据铁路线路具体特点， 可以有针对性地对其g s m r 系统组成环节进行特殊设计，采用不同的组网解决 方案，以满足具体线路要求。根据国内外g s m - r 系统建设情况，g s m - r 无线网 络覆盖主要的方式有：单层无线网络覆盖和双网无线网络覆盖，其中后者又分为 共站址和交织站址两种方式口】。 3 业务介绍 g s m r 是专门为铁路通信而设计的综合专用数字移动通信系统，它基于 g s m 的基础设施及其提供的高级语音呼叫业务( a s c i ) ，其中包含增强多优先 级与强拆( e m l p p ) 、语音组呼( v g c s ) 和语音广播( v b s ) ，并提供铁路特有 的调度业务，包括：功能寻址、功能号表示、接入矩阵和基于位置的寻址，并以 此为平台，使铁路部门用户可以在此平台上开发各种铁路应用。 g s m r 业务= g s m 业务+ 语音调度业务+ 铁路应用 g s m r 系统层次结构模型如下图所示： 2 北京交通大学硕士学位论文 引言 二二二垂巫二二 臣蔓匦互 亘固 ，竺请f 呼叫 二三i j ! 二叵i 二! i ； 一一一= = = = = = ：_ = = - = = ：= = = = = = _ 图卜2g s g - r 系统层次结构示意图 f i g l - 2s y s t e mh l b e r a r c h ys k e t c hm a po f g s m - r 1 ) 高级语音呼叫业务( a s c i ：a d v a n c es p e e c hc a l li t e m ) 增强多优先级与强拆( e m l p p ：e l l l - l a n c em u l t i l e v e lv r e c o d o n c ea n d p r e - e m p t i o ns e r v i c e ) ：对各种铁路业务预先定义优先级，并将此设置存放于 h l r ( h o m el o c a t er e g i s t e r ) 。当网络出现无空闲业务信道或用户正处于通话状态 时，高优先级呼叫可以中断低优先级呼叫。 语音组呼业务( v g c s ：v o i c eg r o u pc a l ls e r v i c e ) ：指主叫用户呼叫属于预定 义组呼区域和组i d 的被叫用户。在v g c s 中需要预先设置调度员和业务用户。 所有业务用户通话时只占用一个业务信道，并且在同一时问只能有一个业务用户 讲话。 语音广播业务( v b s ：v o i c eb r o a d c a s ts e r v i c e ) ：与v g c s 具有相似的功能， 区别为业务用户没有讲话的权利 2 ) 铁路基本业务 功能寻址：功能寻址是g s m r 的特征，它允许通过用户的功能号来呼叫用 户。通过功能号的注册或注销，在功能号和用户的m s i s d n 号码之问建立一种 对应关系。功能号码用来表示一个工作岗位( 如火车司机) 。调度台通过呼叫功能 号码对当前在岗的真实用户进行调度和指挥。功能寻址业务分为语音呼叫功能寻 址和短消息功能寻址。 接入矩阵：铁路运营中，不同身份的用户拥有不同的功能号码。通过定义呼 叫矩阵表，根据主、被叫的身份进行呼叫裁决，判断是否允许呼叫继续。从而定 铁路应用 北京交通大学硕士学位论文 引言 义g s m - r 网络中主叫方与被叫方的接入关系。 基于位置的寻址：指网络根据用户所拔打的短号和用户自身位置确定目标地 址的路由。作业人员在与所在地调度员联系时，系统将当前呼叫路由到合适的调 度员 3 ) 铁路应用业务 调度通信：调度通信系统业务包括列车调度通信、货运调度通信、牵引变电 调度通信、其他调度及专用通信、站场通信、应急通信、施工养护通信和道口通 信等 车次号传输与列车停稳信息的传送：车次号传输与列车停稳信息对铁路运输 管理和行车安全具有重要的意义，它可通过基于g s m r 电路交换技术的数据采 集传输应用系统来实现数据传输，也可以采用g p r s 方式来实现。 列车尾部装置信息传送：将尾部风压数据反馈传输通道纳入g s m r 通信系 统，可以方便地解决尾部风压数据传输问题。 调车机车信号和监控信息系统传输：提供调车机车信号和监控信息传输通 道，实现地面设备和多台车载设备阃的数据传输，并能够存储进入和退出调车模 式的有关信息 列车控制数据传输功能：采用g s m r 通信系统实现车地间双向无线数据传 输，提供车地之间双向安全数据传输通道。 区日j 移动公务通信：在区问作业的水电、工务、信号、通信、供电、桥梁守 护等部门内部的通信，均可以使用g s m r 作业手持台。作业人员在需要时可与 车站值班员、各部门调度员或自动电话用户联系。紧急情况下，作业人员还可以 呼叫司机，与司机建立通话联络。 应急指挥通信话音和数据业务：应急通信系统是当发生自然灾害或突发事件 等影响铁路运输的紧急情况时，在突发事件现场与救援中心之间，以及现场内部 采用g s m r 通信系统，建立语音、图像、数据通信系统。 旅客业务：购票服务、预定服务、时刻表信息以及与公网通信等。 1 1 2g s m r 系统发展简介 g s m r 的发展大致分为以下三个阶段 4 1 ： 第一阶段标准制定 1 9 9 3 年国际铁路联盟u i c 与欧洲电信标准组织e t s i 协商，提出了欧洲各国 铁路下一代无线通信以g s mp h a s e2 + 为标准的g s m r 技术，这一提议在1 9 9 5 年经u i c 评估并最终确认之后，u i c 开展了一系列的标准制定和测试工作。 4 北京交通大学硕士学位论文引言 首先，u i c 建立标准化组织e i r e n e ( 欧洲集成铁路无线增强网1 ，制定一系列铁 路需求规范，涉及范围包括业务功能、调度台车载台需求、电磁环境等各项指标 其次，还密切与e t s i 合作，最终将其所提出的系列调度业务需求纳入到了g s m p h a s e2 + 规范中 第二阶段g s m r 系统试验 1 9 9 7 年，2 4 个国家的3 2 个铁路组织签署了g s m - r 谅解备忘录，签字的铁 路组织至少要将g s m r 用于过境运输通信同年，为了验证g s m r 系统的可 靠性、兼容性等指标，u i c 还成立了另一个专门组织m o r a n e ( 欧洲铁路移动无 线系统) ，它的主要成员包括铁路运营商、g s m r 制造商和研究机构m o r a n e 项目的重点放在测量高速环境的g s m - r 特性上。从1 9 9 7 年至2 0 0 0 年阃， m o r a n e 组织分别在法国、意大利、德国开展了三个试验项目，对g s m r 系 统进行了严格的测试。同时，m o r a n e 还制定了一系列技术标准用来规范一些 主要流程和设备接口，从而保证将来g s m - r 系统在各过程中不仅要设备兼容， 还要终端兼容、业务兼容 第三阶段o s m r 工程实施 1 9 9 9 年第一个g s m r 网络在连接瑞典到丹麦的o r e s u n d 大桥建成并投入运 营o r e s m u i 大桥铁路线属于焉； 典s i r b a n v e r k e t 全国线路工程的一部分，全国线 路工程分为四期实施，覆盖线路总长7 2 0 0 k m ，第一期工程的设备安装、调试和 验收已经在2 0 0 0 年夏天完成并投入商业运营。随后，瑞士、德国、荷兰、法国、 西班牙、匈牙利、美国等相继建设了自己的g s m r 系统。 我国从1 9 9 4 年就开始对专用移动通信技术跟踪研究，当时的重点是对 g s m r 和t e t r a ( 陆上集群无线电通信) 系统进行比较，经过专家们的论证认 为g s m - r 具有更适应铁路运输特点的功能优势更成熟的技术优势以及更符合 通信信号一体化技术发展的需要，更重要的是g s m - r 支持铁路移动通信的可持 续发展。 2 0 0 1 年底，中国铁道部派出高级代表团访问了国际铁路联盟和西班矛、意 大利，重点考察g s m - r 技术及其发展，确立了g s m - r 在中国铁路的发展。随 后铁道部科技司进行科研立项，开始对g s m r 的研究开发。此项目最终的目标 是研制具有我国独立知识产权的国产的全部g s m r 系统设备，并通过现场实验， 研究g s m r 在中国铁路上的使用方法，为铁路系统上最终推广g s m r 系统、 完善铁路系统的通讯系统和调度以及信息化积累经验。 2 0 0 2 年1 1 月2 6 同，铁道部在北京交通大学投资建成了第一个j 下式的g s m - r 科研实验室g s m - r 研究与应用模拟系统实验室，实验室由北京交通大学和 西门子联合s a g e m 、r , a p s c h 、天律通信广播集团、中铁等公司共同建设和研究， 北京交通大学硕士学位论文引言 并得到国家教育部的全力支持建设该试验室的目的是为验证g s m r 实现具有 无线通信的功能：验证g s m r 技术上的可行性和经济上的有效性；验证g s m r 向第三代移动通信演进的能力及满足我国铁路技术可持续发展的需要。该实验室 主要研究内容包括功能寻址、基于位置的寻址、无线列车调度通信、区间移动通 信、列车运行控制，尾部风压检测、车次号传递、列车位置跟踪、短消息业务、 高速传真、接近连续式的无线机车信号等铁路应用 2 0 0 3 年1 2 月，铁道部与华为公司签定了大秦铁路g s m r 工程合作框架。 华为公司将承建大同至秦皇岛铁路的g s m - r 系统工程，为全长6 0 0 余公里的晋 煤东运主干线提供综合通信服务保障。 2 0 0 4 年3 月铁道部与北电网络签署了青藏铁路g s m - r 网络的试用协议 该试验网覆盖长达1 8 6 公里的铁路线，是亚洲第一条采用g s m r 来传输用于列 车控制的安全数据的试验网，并采用双网覆盖的解决方案来增强系统的可靠性， 而无需传统的模拟系统作为后备支持。北电网络将提供先进的无线网络设备，其 中包括i n 、m s c 、b s c 和b t s ，并将g p r s 引入g s m - r 的网络中。g p r s 是 g s m - r 的主要组成部分，可支持数据传输应用和面向无线局域网( 、1 a n ) 等 全新的位置特定服务和应用。该项目已于2 0 0 4 年的1 1 月中旬完成g s m r 系统 的建设和测试工作，2 0 0 5 年4 月完成g p r s 系统的建设和测试 2 0 0 6 年7 月1 只青藏铁路开通试运营，成为亚洲第一条完全基于g s m r 铁 路移动通信系统的铁路。大秦铁路g s m r 也已经投入使用。铁道部g s m r 实 验室的升级工作也已经完成，所有的这些将为中国g s m r 今后的发展打下良好 的基础。 1 2 国内外研究现状 随着g s m r 网络在国内外建设的蓬勃发展，如何保证该网络的可靠性，已 是当静国内外关于g s m r 网络系统研究的重点。目前国内外g s m r 网络的维护 方法主要有两种：一是信令网管和话务网管系统，即从交换机等网元设备接收信 息进行管理：二是借助信令仪表来完成。当网络出现故障时，对于通信网络问题 的查找分析也多限于进行路测和拨测”】，它们都有各自的局限性【6 j 。随着我国铁 路g s m r 事业的发展，各种新业务的开通，g s m r 网络设备存在着多样性，这 更增加了网络的维护难度。实践证明现有的g s m r 网络维护方法远不能满足实 际工作的要求。它们在网络的维护管理中存在如下问题： 1 信令仪表仅能同时监测少量的信令链路，且自动化程度低，统计方式被 动。对于全网以及设备问配合故障等情况很难监测，因此通常用于设备开局时捧 6 北京交通大学硕士学位论文 引言 查故障时使用： 2 。话务网管和信令网管不能提供原始信令数据，信令网管不能对网络承载 的高层业务进行管理，话务网管对电话用户的个人行为和小群体行为无法管理， 对于服务质量的下降部分原因却无法确定； 3 多厂商设备环境，网元和链路数量多，网络承载业务种类多，同络互联 关系日趋复杂，各业务信息缺乏横向沟通，统计相关性不足； 4 全网缺乏对信令系统的统一监测，对信令系统中所发生的故障事件不 能及时分析和反应。对管理者缺乏全面及时客观有效的决策支持。 为此，我们提出了基于信令采集方式的网络实时a b i s 接口监测系统。该系统 通过采集和分析网络信令数据，实时监测网络性能，当发现异常时，系统及时告 警。同时，提供充足的数据源和稽查策略，为及时查找和定位故障提供技术支持。 而作为一种有效的反映网络情况的测量，g s m r 网络的无线测量报告起到 现在还没有引起人们足够的重视。对于无线测量报告原理和过程的介绍，只在文 献【l 】中有一章的关于电路域的无线测量的介绍，至今没有系统介绍电路域和分 组域的无线测量的文献。本论文系统详细地将g s m r 网络中的无线测量报告进 行了研究。利用a b i s 接口监测系统这一全新的通信网络监测维护手段网，将测 量报告应用于大秦线g s m r 网络的维护中，对网络展开优化和系统性能评估， 这在国内外g s m r 网络的维护上都属于首次提出。 1 3 本课题研究的意义 随着大秦线和青藏线g s m r 工程的建设完工，标志着中国铁路的g s m r 网络建设迸入了一个新的时期。作为专门为满足铁路应用而开发的数字无线通信 系统，g s m r 网络的可靠性对列车的运行安全起着关键的作用。如何保障g s m r 网络的可靠性，已是当前的主要任务。为了保证列车在g s m r 网络下能安全运 行，我们需要对g s m r 的网络进行优化维护，在网络出现问题时，能快速提出 解决的办法。出于维护g s m r 网络的目的，我们开发了a b i s 接口监测系统。该 接口监测系统提供了不同于挂接测试仪表或者对网元设备进行网络管理的 o m c ( o p e r a t i o na n dm a i n t e n a n c ec e n t e r ，操作维护中心) 的全新维护手段n 它面 向网络中的每一个呼叫，每一条信令消息，具有时问、地理位置信息的精确性， 能实时在线监测g s m r 网络的a b i s 接口的情况。论文利用a b i s 接口监测系统 从网络的a b i s 接e l 中采集无线测量报告消息，在监测系统中对测量报告进行分 析和绘图显示。通过在接口监测系统中观测测量报告的绘图显示情况，可对 g s m - r 的当前网络性能得出直观的了解在网络出现乒乓切换等问题时，由测 北京交通大学硕士学位论文引言 量报告的绘图，结合监测系统从a b i s 接口采集的其它信令消息，可对问题进行 分析处理，从而使o s m r 网络达到最佳运行状态。这有利于今后开展更加深入 细致的优化工作，全面提高g s m - r 铁路通信网络的质量，为列车安全可靠的运 行提供保障 1 4 主要工作与贡献 本论文在第一章介绍了g s m - r 网络的原理及当前在国内外的发展状况，国 内外对g s m - r 网络进行维护的主要方法。第二章研究了g s m - r 通信网络中无 线测量报告的相关原理，如无线测量报告所包含的参数、无线测量的周期、无线 测量报告的发送和测量数据丢失如何处理等关键问题。论文第三章对a b i s 接口 监测系统中的测量报告绘图功能模块的开发作了讲解。首先研究了g s m r 网络 的a b i s 接口，然后对a b i s 接口监测系统的整体设计作了阐述，最后对测量报告 绘图功能模块的编码设计作了详细的说明。论文第四章主要是测量报告在大秦线 的实际应用，根据观测测量报告数据的绘图，对相应的网络问题进行分析论文 最后对全文工作作了总结，提出进一步的工作方向 本论文的主要贡献： 研究了国内外当前对g s m r 网络进行维护的主要方法： 研究了g s m - r 网络无线测量报告的相关原理，提出利用无线测量报告 进行网络维护的方案； 参与设计a b i s 接口监测系统方案： 在w i n d o w s 环境下利用v c + + 对a b i s 接口监测系统的无线测量报告绘 图处理模块迸行开发； 对大秦线g s m r 网络的a b i s 接口进行监视； 一根据测量报告数据的绘图，分析监测中所发现的网络问题。 北京交通大学硕士学位论文 gsm r 无线测量 2g s m r 无线测量 无线测量过程主要是为了保证网络和移动台之间的通信干扰最小、发射功率 最低且拥有最佳的通信质量无线测量报告主要包含接收信号电平、接收信号质 量、定时提前量及邻小区b c c h 电平等参数。定时提前量反映了移动台和基站 之问的距离。无线测量过程作为判决准则通常包含在呼叫清除、功率控制和越区 切换等过程中。呼叫清除的判决基于移动台与基站之间的距离；功率控制基于接 收的平均电平及平均通信质量；越区切换基于移动台和基站之间的距离、平均电 平、平均通信质量及每个邻小区的功率估计。测量总是在判决前进行，通过对通 信质量、信号强度和距离进行测量形成无线测量报告，然后上交基站控制器进 行相关的判决处理。通过对无线测量的研究，可为在 b i s 接口监测系统关于无 线测量报告的应用作好理论准备。 2 1 无线测量的参数 2 1 1接收信号电平( 1 u 正e v ) 接收的信号电平可作为网络判决功率控制和越区切换的准则。移动台和基站 都要测量接收到的信号电平，测量结果以d b m 形式表裂引。基站测量上行链路 的接收信号电平( r x l e v l ) ，移动台测量下行链路的接收信号电平 ( r x l e v _ d l ) 。测量的信号电平范围为一4 7 d b i n 一1 1 0 d b m 。测量的参数r x l e v 为一个测量报告周期内接收的信号电平的平均值，长度为6 比特，范围从0 到 6 3 ，精确度为l d b 。r x l e v 与信号电平的对应关系如表2 1 所示f 9 】： 表2 - 1r x l e v 与电平映射关系 t a b l e 2 im a p p i n g o f r x l e v a n dr e c e i v e dl e v e l r x l e v电平参数d b m电平d b m o 一4 8 4 7 9 北京交通大学硕士学位论文 gsm r 无线测量 2 1 2 接收信号质量( r x q u a l ) 接收的信号质量可以作为网络判决功率控制和越区切换的准则。接收的信号 质量可以通过计算一个测量报告周期内信道编码前误比特率的平均值来进行测 量。例如，该测量过程可以作为信道量化、解码、伪误码率测量等过程的一部分 参数r x q u a l 表示的是一个测量报告周期内接收的信号质量的平均值，长度为 3 比特，范围从0 到7 ，r x q u a l 可以利用表2 2 转换成误比特率嗍。 表2 - 2r x 创a l 与误比特率关系 t a b l e 2 - 2 m a p p i n g o f r x q u a l a n d b i t c r m n 培 r x q u a l误比特率( b e r ) 平均值 o 1 2 8 1 8 1 0 误比特率与r x q u a l ( i ) 的换算公式为： 平均误比特率= 2 x 2 x 0 1 2 1 3 定时提前量( 1 a ) ( 2 1 ) g s m r 系统是时分复用的同步系统，因此系统在时白j 上的同步非常重要， 由于移动台和基站总是存在一定的物理距离。当移动台和基站通信时，会造成信 号传递的时延，如果不采取措施，时延会导致基站收到的移动台在本时隙上发送 的消息与基站在其下一个时隙收到的另一个消息重叠，导致无法j 下确解码信 息。因此，在呼叫进行的过程中，移动台发送给基站的测量报告的头上携带着移 动台测量的时延值，基站也必须监视呼叫到达的时问并在下行的s a c c h ( s i o w a s s o c i a t c dc o n t r o lc h a n n e l ) 消息头中向移动台发出指令，即定时提前量。移动台 按照指令调整时问提前发送，以达到同步的目的。 移动台收发之问存在三个时隙的白j 隔，即移动台在接收到信号后三个时隙后 才发送信号，所以移动是在偏移三个时隙的基础上考虑t a 值后发送信息的【i l 】 定时提前量是以比特时间为基本单位的，g s m r 系统中一个时隙时长 l o 北京交通大学硕士学位论文gsm r 无线测量 0 5 7 7 m s ，每个时隙传送的比特数是1 5 6 y a i t ，所以l b i t 持续的时问约为3 7 a 定时提前量的传送使用的是6 比特的二进制数，所以t a 值的范围是o 6 3 。每 个单位表示3 7 a ，电波传播的速度为光速，因此一个比特代表的距离值为： 0 7 9 s 3 0 x1 0 m 5 ) 2 = 5 5 5 m ，( 2 - 2 ) 因此系统支持移动台与基站问的最大距离为5 5 5 x 6 3 。3 5 h a t a 值对应的距离和精度如表2 3 所示f 2 1 ： 表2 - 3t a 值和距离，精度的对应关系 t a b l e 2 3t h em a p p i n go f t av a h l c 、d i s t a n c ea n d a m k y 定时提前量t a距离m精确度 0 0 5 5 4 2 5 l5 5 4 1 1 0 81 2 5 2 l 1 0 8 1 6 6 2 6 1 31 6 6 2 2 2 1 63 1 6 33 4 9 0 2 3 “5 6o 4 2 2 无线测量的周期 2 2 1 移动台处于空闲模式下的测量周期 当移动台初次开机，并且没有存储任何b c c h ( b r o a d c a s tc o n t r o lc h a n n e l ) 载 波信息时，需要搜索所有的r f ( r a d i of r e q u e n c y ) 信道，并测量每个r f 信道上的 接收信号强度，计算平均电平，每个测量过程持续3 5 s ，在这段时间内每个r f 信道上至少提取5 个测量样点，平均接收电平以降序排列。因此测量的周期取决 于移动台发现的r f 载波数目。 当移动台存储了b c c h 载波的数据后开机，同样需要对每个b c c h 信道进 行测量，每个测量过程持续3 5 秒，由于存储了b c c h 载波列表，周期比初次 开机减少了很多，一般情况下，移动台存储六个b c c h 载波，因此测量的周期 在1 8 秒到3 0 秒之间。 当移动台开机并选择小区以后，为了保证小区重选的可靠性和有效性，移动 台至少每5 秒对当前小区和相邻小区的b c c h 信道进行测量并计算c 1 和c 2 值 移动台同步到一个b c c h 载波的最大时问是0 5 秒，同步到b c c h 载波后， 最长的允许移动台读取b c c h 数据的时间是1 9 秒【1 2 1 。 北京交通大学硕士学位论文 gsm r 无线涮量 2 2 2 移动台处于专用模式下的测量周期 移动台使用的信道不同，测量的周期也会不同，当移动台使用 s d c c h ( s t a a d - a l o n ed e d i c a t e dc o n t r o lc h a n n e l ) ) 信道的时候，测量的周期是 4 7 0 8 n 瞄；当移动台使用t c h 信道的时候测量的周期是4 8 0 m s 2 2 3 移动台处于分组模式下的测量周期 移动台处于分组模式下时，测量的周期主要受网络发送的参数控制，由网络 下发的系统消息中所包含的n cr e p o r t i n gp a r a m e t e ri 和 n cr e p o r t i n gp a r a m e t e rt 控制。n cr e p o r l 嘲gp a r a m e t e ri 和 n ci 也p o r l r i n gp a r a m e r e rt 的取值范围是o 7 ，分别对应0 4 8 、0 9 6 、 1 9 2 、3 8 4 、7 6 8 、1 5 3 6 、3 0 7 2 、6 1 4 4 秒。 2 3 无线测量的过程 2 3 1 移动台处于空闲模式下的测量 移动台刚开机时，如果没有存储b c c h 列表值，需要对所有的r f 信道进行 测量并计算平均值，并按照c l 准则进行计算： c i = r x l , e v - a c c e s s _ m i n m a x ( m s _ t x p w rm a x - p ) ，0 】( 2 - 3 ) 其中，r x l e v 是移动台的平均接收电平，a c c e s sm i n 是移动台接入网络 所需的最小接收电平，m st x p w rm a x 是移动台接入网络时可以使用的最大 发射功率，p 是移动台的实际发射功率，p 值与移动台的功率等级及小区的频带 有关，a c c e s sm i n 和m st x p w rm a x 都是移动台从b c c h 上广播的系统 消息中获得。 当移动台开机并选择小区以后，为了保证小区重选的可靠性和有效性，移动 台至少每5 秒对当前小区和相邻小区的b c c h 信道进行测量并计算c l 和c 2 值。 c 2 准则由b c c h 载波的信号接收电平和重选参数决定，计算公式如下： c 2 = c l + c e l l 一- o f f s e t o t e m p _ o f f s e t + h ( p e n a l l yt i m e d( 2 - 4 ) 对于当前服务小区来说，h ( p e n a l t yt i m e - t ) = 司。对于邻小区来说，当 p e n a u yt l m e 设为全l 时，c 2 = c l - c e l lo f f s e t ；当p e n a u yt i m e 不 为全l 时，t p e n a u yt i m e 时，h ( p e n a l l yt 蹦e 删；t 兰p e n a u yt i m e 时，h ( p e n a l t y1 r i m e t 户1 其中，t 是一个定时器，初始值为，当某小区_ 0 2 北京交通大学硕士学位论文gsm r 无线测量 被移动台记录在信号接收电平最强的6 个邻小区列表中时则对该小区的定时器 t 开始计时；当该小区从信号接收电平最强的6 个邻小区列表中删除时，相应的 计数器t 被复位c e l lo f f s e t 的作用是人为的修正小区重选c 2 值。 t e m po f f s e t 的作用是从定时器t 开始计时后，到t 的值达到 p e n a l t yt i m e 规定的时问内，给c 2 值一个负作用的修正。p e n a l t yt i m e 是t e m po f f s e t 作用于c 2 值的时间。但p e n a l t yt i m e 的全l 编码用于改 变c e l l0 f f s e t 对c 2 值的作用，即给c 2 值一个负作用。 同时还需要周期性的解译一些对小区重选非常重要的参数并进行及时的更 新。对于当前服务小区，移动台至少每隔3 0 s 解译一次b c c h 数据；对于6 个接 收电平最强的邻小区，移动台至少每隔5 分钟解译一次每个小区的b c c h 数据， 其中包含影响小区重选的参数。当移动台发现一个新的b c c h 载波进入6 个接 收电平最强的邻小区列表中时，至少3 0 s 内解译新载波的b c c h 数据。移动台至 少3 0 s 内检查6 个接收电平最强的b c c h 载波之一的b s i c ( b a s t a t i o ni d e n t i t y c o d e ) ，以证实监测的是同一个小区，若b s i c 发生了变化，移动台则认为该b c c h 载波是一个新的b c c h 载波，将重新解译该载波的数据。空阔模式下移动台测 量的结果不会上报给系统。 2 3 2 移动台使用t c h 信道时的测量 当移动台使用全速率t c h 信道时，以四个复帧为单位，就是1 0 4 个t d m a 帧进行测量( 对于半速率信道，测量是基于5 2 复帧进行的) ，由于每个t d m a 复帧中都有一个空闲帧，所以，移动台在该空闲帧的时候去测量相邻小区的 b c c h 信号电平。测量分为两种结果：f u l l 和s u b 。 1 r x l e vf u l l 和r x q u a lf u l l ；即当i ；i 服务小区的信号电平和信号 质量。每个2 6 复帧中会有一个空闲帧，对空闲帧不进行测量，因此该测量是基 于4 组2 5 t d m a 帧进行的测量。 2 r x l e vs u b 和r x q u a l 姗；该测量主要针对移动台使用d i x 模式时 进行的，由于移动台使用d t x 模式时并不传送所有的帧，因此测量全部t d m a 帧是没有意义的。在d t x 模式下，移动台必须传送固定帧号的某些帧，如表2 - 4 所示： 北京交通大学硕士学位论文 osm r 无线测量 表2 - 4 移动台必须传送的删 帧号 t a b l e 2 - 4t h et d m af i l l t l n fn u m b e rt h a tm o b i l es t a