（通信与信息系统专业论文）移动网络实测与优化系统的设计与开发.pdf

摘要 本文从我国目前网络优化工作的现状出发，首先对网络优化的意义、目的、 工作流程和考核指标等各方面进行探讨。详细分析了g s m 的无线链路行为和空 中接口参数，进行无线测试的方法和步骤，以及g s m 无线优化的关键要素。 i 由于网络建设速度快，市场需求压力大，使得网络来不及调整就投入运行。 因此产生了通话质量上的各种问题。如串音，掉话，单边通话，干扰等。移动网 络的迅速发展给网络优化工作提出了新的挑战。 目前的网调工作缺乏一套完整的网调体系和思想，没有统一的评估网络质 量的标准，普遍采用国外各类测试仪表这些仪表仅提供普通的数据观测和检索 功能，利用它们所提供的数据进行分析，会花费大量的时间和精力。本文总结国 内积累的网调经验，跟踪世界先进技术，研究网络优化理论，设计并开发出了一 套先进实用的实测与优化系统。该系统具有先进的分析思想和分析方案，明确提 出了评估网络质量的指标和无线优化的流程，包含大量的分析模块，与图形操作 平台相结合，可对移动阿进行定性、定量、定位的分析与评估。大量试验结果表 明，该系统具有很大的使用价值，它可以解决目前移动网络中存在的各类问题， 利用该系统对实际网络进行优化之后。网络质量有了明显提高。 因为c d m a 系统是一个有功率控制的直接序列扩频系统，其中的许多关键 技术都是其自身特有的。这使褥c d m a 无线系统的优化工作与g s m 系统的优 化大相径庭。本文分析了c d m a 系统的关键技术以及c d m a 无线优化的关键要 素，并对c d m a 的优化进行了初步研究。、 ， 关键词：o s m 蜂窝移动通信； 空中接口参数测试； c d m a 蜂窝移动系统： 移动网络优化 聱张。磊# 笔十 a b s t r a c t a c c o r d i n gt ot h es t a t u sq u oo fn e t w o r ko p t i m i z a t i o ni no u rc o u n t r y ，t h ep a p e r f i r s td i s c u s s e st h em e a n i n g ，p u r p o s e ，c o n t e n ta n dw o r k - f l o wo ft h em o b i l en e t w o r k o p t i m i z a t i o n w ea l s oc r i t i c a l l ye x a m i n et h ew i r e l e s sl i n ka c t i o na n da i ri n t e r f a c e p a r a m e t e ro fg s ms y s t e m s t h em e t h o d sa n da p p r o a c ho f w i r e l e s sm e a s u r e m e ma n d t h ek e yi s s u e so f t h eo s mw i r e l e s so p t i m i z a t i o na r ep m 辩n t e d b e c a u s eo ft h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h en e t w o r k , p e o p l eo f t e nr u nt h en e t w o r k w i t h o ma d j u s t i n gi te x a c t l y a sar e s u l t , t h e ma r es e v e r ep r o b l e m sc o n c e r n i n gq u a l i t y f o re x a m p l e ，s i n g l es i d ec o m m u n i c a t i o n ，c r o s st a l k ，d r o pa n di n t e r f e r ea r ev e r y s e r i o u s n 地o p t h n i z a t i o no f m o b i l en e t w o r kh a se n c o u n t e r e dg r e a tc h a l l e n g eb r o u g h t b yt h er a p i dd e v e l o p m e n t t o d a y ，t h en e t w o r ko p t i m i z a t i o ni ss h o r to faw h o l eo p t i m i z a t i o ns y s t e ma n d o p t i m i z a t i o ni d e a t h e r eo n l ys o m et e s t i n gt o o l sm a d ei nf o r e i g nc o u n t r i e s t h e s e t o o l sa 托n o tv e r yp r a c t i c a la n du s e f u l b ys m n m a r i z i n gt h eo p t i m i z a t i o ne x p e r i e n c e t r a c i n gt h e 幽翱e dt 耽h n i q u ea n ds t u d y i n gt h eo p t i m i z a t i o nt h e o r y 。w eh a v e d e s i g n e da n dd e v e l o p e dt h eg s m m e a s u r e m e n ta n do p t i m i z a t i o ns y s t e m t h es y s t e m c o n s i s ta d v a n c e do p t i m i z a t i o ni d e aa n dal o to fa n a l y s i sm o d u l e s w ec a nd os o m e q u a n t i t a t i v ea n dq u a l i t a t i v ea n a l y s i sb y 璐i n gi t n er e s u l to ft h ee x a m i n a t i o ns h o w s t h en e t w o r k q u a l i t yh a v eb e e ni m p r o v e da f t e rb e r i go p t i m i z e d 他eo p t i m i z a t i o no fc d m aw i r e l e s sc e l l u l a rn e t w o r k sr e q u i r e sm e t h o d st h a t d i f f e rd r a m a t i c a l l yf r o mt h eo p t i m i z a t i o no fg s mn e t w o r k s n ed i f f e r e n c e so c c u r p r i m a r i l yb e c a u s eo f t h ee v e r yn a t u r eo f t h ep o w e rc o n t r o l l e dd i r e c ts e q u e n c es y s t e m i nt h i s p a p e r ，w ea n a l y z et h e n a t u r eo fc d m an e t w o r k sa n dt h ek e yc d m a o p t i m i z a t i o ni s s u e s o u rr e s e a r c ho f c d m aw i r e l e s so p t i m i z a t i o ni sa l s oo f f e r e d k e y w o r d s ：g s m ；c d m a ：a i ri n t e r f a c ep a r a m e t e n o p t i m i z a t i o no f w i r e l e s ss y s t e m 2 移动嘲络实测与优化软件的设计开发 第1 章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 1 1 1 我国g s m 蜂窝移动电话网现状及特点 自1 9 9 3 年我国首次开通g s m 移动试验网，1 9 9 4 年我国选用g s m 标准作为 我国移动通信( 暂行) 标准以后，移动通信在我国以一种前所未有的发展速度 迅猛发展。g s m 移动通信网已覆盖全国大、中、小城市和平原地区，实现全国3 1 个省、市、自治区自动漫游，与世界上6 5 个国家和地区的运营商实现自动漫游， 基本实现了国内各大、中、小城市间的无逢连接。截止到1 9 9 8 年年底，我国移 动通信网已成为世界上第三大移动通信网。9 9 年底用户数达4 2 0 0 力，预计今 年底将达到6 0 0 0 万用户而跃为世界第二移动用户国家。随着移动通信的迅猛发 展，移动通信网表现以下几个特点： 移动用户数进入大规模增长期； 移动网络仍处于大规模建设期； 话务密度分布不均匀； 网络频率资源紧张； 移动新业务不断增加。 由于网络建设速度快，市场压力大，使得网络来不及调整即投入运行。因 此产生了通话质量上的各种问题，如串话、掉话、单边通话、干扰等。移动网 络的优化一直是蜂窝移动系统维护和运营中非常重要的问题。随着移动用户的 急剧增加、网络容量不断扩大和用户对网络服务质量要求不断提高，使得改善 网络质量、提高网络运行效率成为我们面临的重要课题。 1 1 2 现阶段我国g s m 蜂窝移动电话网网络优化面临的问题 g s m 蜂窝移动电话网网络优化是通过对网络监测，收集系统运营过程中各 种动态的参数和统计数据，经综合分析对网络进行评估，进而修改和调整网络 的配置及参数，直到对网络质量满意为止。移动网的网络优化工作是结合交换、 传输、无线通信等各种技术，将g s m 规范应用到实际运行网络中，旨在提高网 移动剐络实测l j 优化软件的设计开发 第l 章绪论 络运行质量的一项复杂的，技术关联性很强的系统工作，是一项长期的，循序 渐进的工作。 要使蜂窝移动通信系统表现出良好的整体性能，网络优化必须综合考虑如 下问题： 业务量问题。业务密度随地域和人口密度不同而变化，人口的流动比例、 时间的不同都会影响到业务密度变化； 频率资源问题。g s m 系统目前可用频带总共才有2 5 m h z ，只有频率复用才 能满足业务量的需要，这也是采用蜂窝移动通信的原因所在。g s m 所有载频被 分组重复利用，复用组数称为频率再用因子。在干扰可以忍受的前提下，频率 再用因子越小，每个小区可以容纳的业务量越大；在频率再用因子相同的情况 下，小区面积越小，业务量密度越大。因此，减小小区半径，不断增加基站密 度是目前适应业务量增长的主要方法，当然，这样也会带来投资的加大； 覆盖范围。覆盖区地形、天线功率、高度和俯仰角、无线电波传播损耗、 多径衰落、时延、干扰等都会影响小区的覆盖范围。要求覆盖区域内无盲区是 网络优化的一个重要指标； 干扰问题。系统及环境噪音，特别是小区间的同频和邻频干扰是优化时要 考虑的主要问题； 越区切换设置对系统的影响。切换是蜂窝移动通信的重要特征，适当的切 换显然可以提高小区的平均和边缘接收电平，调整切换门限可以改变小区的覆 盖范围和小区负载，切换参数是否设置合理赢接影响到系统的效率和用户的感 受： b c c h ( 广播控制信道) 的频率选择。b c c h 信道的重要性高于普通专用信 道，并且它不采用功率控制，对同频信道影响很大，特殊考虑可以改善系统性 能。处理原则是在可用频带范围内选择尽可能高的复用系数： 是否采用功率控制。功率控制在保证接收质量的前提下可降低发射功率， 从而降低系统整体干扰水平，实现对系统质量的改善； 不连续传输的采用。采用不连续传输可以降低系统整体干扰水平； 是否采用跳频技术。把干扰均化在多个频点上，降低干扰强度，同时跳频 可以大大降低瑞利衰落的影响，降低误码及掉话的可能性，提高系统性能： 业务量的预测。对于一个系统，业务量不会维持常量，尤其在移动通信迅 猛发展的今天。网络建设不是一劳永逸的事情，随着业务量的增长、变化和无 线覆盏区域内建筑群和地貌的改变必须对无线覆盖和频率的分配作出新的调 整，有些靠增添设备和安置新的基站来解决，有些可以直接通过修改网络参数 来解决。 二移动网络实测i 优化软件的设计开发 第1 章绪论 1 2 论文的研究成果 在移动系统中，无线接口是直接面对用户的，体现整个网络的质量，因此， 对无线接口的测试是网络优化中最基本的测试，把无线优化的重点放在对无线 参数的优化上。目前，空中接口的实测与优化工作主要采用国外的仪器设备， 有着许多局限性，有的地区甚至不能独立地进行网调工作，需要依靠国外公司 的技术人员才能完成，造成了诸多不便。所以很有必要开发出套适合我国具 体情况，具有先进的优化方法和思路的功能强大的网络优化软件。 基于开发优化软件的必要性和重要性，通过深入研究，在此领域取得了较 大的进展，主要成果如下： i 通过对g s m d c s 系统理论和特性的研究，紧密结合网络优化的理论和方 法，完成了对g s m d c s 网络优化技术的研究，为软件的设计开发提供了科学的 理论基础和解决方案。 2 本着实用性的原则，重点突出网络优化中的核心问题，把软件功能具体 化、模块化，初步解决了包括干扰分析，多径效应分析，孤岛分析，质差分析 等模块的算法建模。 3 实现了软件的设计开发工作，并进行了实际某城市的网络优化工作，取 得了良好的效果，成功地完成了理论到实际的转化。 4 。通过对c i m a 系统理论和特性的研究，总结了它和g s m 系统在技术和实 现上的不同，并针对这些不同之处提出了解决方案。 具体的网络优化理论研究和软件的设计开发内容在后续章节详细介绍。 1 3 论文的基本结构 论文分为五个部分，其结构和各章节的内容如下： 第1 章：绪论，综述研究背景及论文期间本人所作工作的意义及内容； 第2 章：与g s m 系统优化相关的主要技术特点分析t 第3 章：g s m 网络无线优化理论以及优化中必须考虑的关键因素； 第4 章：g s m 网络实测与优化系统的软件实现和各功能模块的介绍； 第5 章：与c d m a 系统优化相关的主要技术分析及系统优化研究。 由于本人水平有限，论文中的错误和不足之处望各位老师批评指下。 移动网络实测与优化软件的设计开发 第2 章g s m 主要技术特点分析 第二章g s m 主要技术特点分析 2 1 g s m 系统概述 要做好优化工作，首先就要对g s m 系统有一个全面的了解。g s m 是一个数 字蜂窝移动通信系统。它工作在9 0 0 m h z 附近，采用时分多址方式工作。它的 工作频段是8 9 0 9 1 5 m h z ( 移动台发) ，9 3 5 - 9 6 0 m h z ( 基台发) ，共2 5 m h z 的 双工频率。g s m 允许一个载波携带8 个或1 6 个话音通路( 各自对应全速率和 半速率话音编妈) ，或支持6 4 个低速率的信令信道或这些信道的各种组合。 从网络的物理结构分析，g s m 系统一般可分为三个部分，即移动交换子系 统( m s c ) 、基站子系统( b s s ) 和移动台( m s ) 。从信令结构分析，g s m 系统中主要 包含了a 接口( m s c 与b s c 间的接口) 、a b i s 接口( b s c 与b t s 间的接口) 和u m 接 口( b t s 与m s 间的接口，通常也称作空中接口) 。 g s m 系统结构如图2 - i 所示： - 乡_ 叫u m 接口 拦换卤溅卤 切换 幽2 - l g s m 系统结构 6 移动列络实测j 优化软件的设计开发 第2 章g s m 主要技术特点分析 其中： m s c ：移动业务交换中心 b s c ：基地台控制器 b t s ：基地台收发信机 m s ：移动台 2 2 蜂窝覆盖范围 蜂窝覆盖范围是无线优化的重要指标。g s m 蜂窝系统的的覆盖范围主要受 两个方面的影响。一个是由电磁波的传播损耗造成的，另一个是出于可用频谱 稀少，从而限制了一个基站能同时支持的无线通信信道数目。 以上两个问题可以通过增加基础设施的成本、复杂性以及复用频率资源来 克服，从而可以在蜂窝覆盖的广大地区内达到高话务密度。蜂窝小区通常选用 六边形的蜂窝形状，一个蜂窝中使用的频率可被距离足够远的蜂窝复用。频率 复用的方法是提高容量的关键。同时，降低蜂窝大小也可以提高系统的总容量， 但蜂窝面积的减小将会引起成本业务量增加，而且系统很难对付微小蜂窝内用 户的快速移动。 在特定的高活务密度条件下，覆盏一定区域所需的站址数直接取决于复用 因子和从可用频谱中可得到的话务信道数目。 当地的地理环境。基站效目，基站发射功率，天线的高度、方向角都会直 接影响小区的覆盖覆盖过差的小区在其边缘处将会出现严重的掉话现象，而 如果小区覆盖过强，则会引起对其它相邻小区的干扰。所以，应根据网络的整 体情况，进行合理的配置。 2 3 g s m 信道类型 在移动台进入网络之后，将不断地接收各个信道上传输的信息，通过这些 信息，我们便可清楚地了解网络当前的状况。g s m 系统有两种类型的无线信道： 业务信道和信令信道。业务信道提供话音和数据传输，话音传输速率为1 3 k b s 净比特流，数据传输速率为9 6 k b s ( 全速) 和4 8 k b s ( 半速) 净比特流。 信令信道悬为遁信控制目的而设立的，包括有：广播信道( b c c h ) 、公用控 制信道( c c c h ) 和专用控制信遒( d c c h ) 。在这三种控制信道中。除b c c h 信道 是单向信道外，其它两种均为双向信道。下面分别予以介绍： 广播信道是下行的点到多点的信道，它包含网络及本小区的通用信息。具 移动埘络实测优化软件的设汁开发 第2 章g s m 土簧技术特点分析 体包括： 频率校正信道( f c c h ) 在其上传输未经调制的信号 广播控制信道( b c c h ) 包含网络及小区的特定信息 合、寻呼组和邻区信息。 使移动台能够调谐到广播频率。 如：小区所用的频率、跳频序列、信道组 公共控制信道被用来建立点到点的连接。具体包括 寻呼信道( p c h ) 它是下行信道，在特定位置区中所有b t s 通过寻呼信道来寻呼移动台。 随机接入信道( r a c h ) 它是公共控制信道中睢一的上行信道，是一个点到点的信道。移动台 用它来初始化一个报文，或者作为寻呼信道的响应。 允许接入信道( a g c h ) 它是随机接入信道的响应，被用来为移动台分配独立专用控制信道， 是一个下行的点到点的信道。 专用控制信道用于呼叫建立、发送测量报告及切换控制，是双向的点到点 的信道。具体包括： 独立专用控制信道( s d c c h ) 用于系统信令的传输。这些信令包括呼叫建立、鉴权、位置更新、话 务信道分配及短消息等。 慢速随路控制信道( s a c c h ) 它与独立专用控制信道、话务信道联系在一起，用于传送测量报告、 功率控制，有时也用来传输短消息。 快速随路控制信道( f a c c h ) 用于切换。它被映射到一个话务信道上，置换掉2 0 毫秒的语音。 专用信道的分配山以下原因引起：是初始情通分配，即在空闲模式下因 为建立呼叫、执行位置更新而产生通信需求时；二是在次通信中改变信道的 类型；三是切换操作的需要。信道选择的根本原则是：移动台应该获得满足条 件的小区和频点上干扰最小的空闲信道。 小区信道描述( c e l lc h a n n e ld e s c r i p t i o n ) 是用于让移动台知道本小区使 用的射频信道绝对频道号。移动台将存储小区信道描述中给出的频道表。移动 台用该表格作参考计算移动分配信息( 用于跳频) 。小区信道描述是根据网络的 频率分配决定的，新建的小区或载频改变的小区需根据当前小区中使用的频道 号重新设簧，在系统正常运行过程中无需调整。 8 移动时络实铡与优化软件的设计开发 第2 章g s m 主要技术特点分析 2 4g s m 抗干扰技术 各种噪声和干扰是使通信性能变坏的重要原因，为了保证接收质量，在g s m 系统中采用了许多减少干扰的技巧。主要有如下几种： 控制发射功率。功率控制是指在一定范围内，以无线方式来改变移动台或 基站( 或两者) 的传输功率。控制无线路径上的发射功率的目的是在保证传输 质量的情况下，降低发射功率，减少对其它通信设备的干扰。 在g s m 中，可以对上行链路和下行链路分别运用功率控制，而且可以对 每个移动台独立进行。规范中规定上行链路功率控制的范围为2 0 3 0 d b 。根据 移动台的功率类别，每步改变2 d b 。由b s s 管理两个方向上的功率控制。移 动台的传输功率由b s s 根据网络状况选择并以命令的形式发向移动台。 使用跳频技术。跳频可通过频率分集提高低速传输信号的质鼍，同时也提 高了频谱效率。将一个信息按几个频率发送，也就是将信号能量扩展至不相干 的频段上，假设这些频率上信号的干扰也不相关，这样，在收端对这些从互不 相关的衰落路径发射来的信号进行选择或合并，就可减小衰落的影响，提高传 输性能。对一组n 个给定频率，g s m 允许构成6 4 n 种不同的跳频序列，可用 m a i o ( 移动分配指针偏移) 和h s n ( 跳频序列号) 两个参数来表示。 不连续发射。通话期间如果有可能，利用不连续发射抑制有效发射。减少 对其它通话的干扰。根据要传输的用户信道信息的类型，有可能满足有效发射 的要求。对于话音来说，语音激活检测允许在用户不讲话时抑制发射，这样有 效发射通常可降低一半。 非连续发送方式是指用户在通话过程中，话音问歇期阅系统不传送信号的 过程。其目的是为了提高频谱利用率，并延长移动台的电池寿命。参数d t x 包 含于消息元素“小区选项”中，在每个小区广播的系统消息( b c c h 和s a c c h ) 中周期传送。d t x 的应用使无线信道的干扰得到有效的降低，从而使网络的平 均通话质量得到改善i 同时，d t x 的应用可以大大节约移动台的功率损耗。 2 5 无线接口控制协议 根槲o s i 模型的分层原则，g s m 无线分系统的阶议结构可分为j 鼍层：无线 资源管理层( r r ) ，移动性和安全性管理层( m m ) 和通信管理层( c m ) 。它们 分别向用户和运营者提供各种业务。它们之间的关系如图2 2 所示： 9 移动州络实测j 优化软件的敏计开发 始2 帝g s m 主要技术特点分析 运营者 用户 图2 - 2g s m 的功能平面 其中，o a m ：操作维护管理 c m ：通信管理 m m ：移动性和安全性管理 r r ：无线资源管理 2 5 1 无线资源管理俾r ) 该层的作用是在呼叫期间建立和释放移动台和m s c 之间的稳定连接，不 管用户如何运动，总维持连接的状态。 一方面，r r 层管理无线接口上的传输路径，负责移动台和m s c 之间的通 信。包括一次连接的接入过程、与接入相关的寻呼功能以及对传输链路主要特 性的处理。从空闲模式到专用模式的转变总是出移动台通过随机接入信道发起 的，接入过程如图2 3 所示： 0 移动网络实测i 优化软件的设计开发 第2 章g s m 主要技术特点分析 r a c h m sb t s 信道申请 - 斗 立即分配p a g c h 一 ( 或立即分配扩展) t a c h连接建立初始报文 圈2 - 3 初始接入过稃 图中：r a c h 为随机接入信道，p a o c h 为寻呼与接入准许信道，t a c h 为 业务和随路信道。 r r 层另一个非常重要的功能是负责切换管理。首先要估计服务的蜂窝和其 它可能服务蜂窝的传输质量，然后将通信从给定蜂窝中一个信道转移到另一蜂 窝中的另一个信道，理想情况是不被用户察觉，至少要对用户的干扰最小。 下面是切换决策中需要考虑的参数： 静态数据： 移动台的最大发射功率， 服务b t s 的最大发射功率， 邻近蜂窝的b t s 的最大发射功率： 移动台进行的实时测量： 下行链路传输质量( 原始误码率) ， 在当前信道上下行链路的接收电平， 来自相邻蜂窝的下行链路接收电平； b t s 进行的实时测量 上行链路传输质量， 在当前信道上，上行链路的接收电平， 定时提前。 2 5 2 移动性和安全性管理( m m ) 用户的移动性是g s m 与固定网的主要区别。在用户移动的过程中，移动 移动网络实捌垮0 旺化软件的设计开发 第2 章g s m 主蔓技术特点分析 台必须要知道自己所在的网络位置，系统也必须定位移动台，确定它目前位于 哪个蜂窝内。作为一个全球性的蜂窝移动通信系统，g s m 对网络中的每个位簧 区，基站和小区都进行了严格的编号。网络的识别参数主要有小区全球识另u ( c g i ) 和基站识别码( b s i c ) 。其中： c g i = l a i ( 位置区识别) + c i ( 小区识别) = m c c ( 移动国家号) + m n c ( 移动网号) + l a c ( 位置区码) + c i b s i c = n c c ( 网络色码) + b c c ( 基站色码) 将一组小区定义为一个位置区。一个小区只属于一个位鬻区。在小区内用 广播信道发送小区属于哪个位寅区的识别码( l a i ) ，从而移动台知道它目前所在 的位置区。位置区的大小在系统中是一个相当关键的因素。如果l a c 覆盖范围 过小，则移动台发生的位置更新过程将增多从而增加了系统中的信令流量。 反之，若位置区范围过大，则在网络寻呼移动台时，同一寻呼信息会在许多小 区中发送，这样会导致p c i - i 信道的负荷过重，同时也增强了a b i s 接口上的信 令流量。 蜂窝选择也是m m 层的一个重要的功能。它的目标是使传输质量最好，主 要包括c l 准则和c 2 准则。有关这两条准则的描述以及蜂窝选择的过程将在第 三章中详细介绍。 2 5 3 通信管理( c m ) 通信管理层的功能是：应用户的要求，在用户之间建立连接，并能维持和 释放这些呼叫。包括呼叫控制( c c ) 、附加业务管理( 8 s m ) 和短消息业务( s m s ) 三 个子系统。该层的中心议题是面向四处运动用户的呼叫建立，主要负责通过网 络到g s m 用户的路由选择。c c 子系统领域的协议如图2 4 所示： c c 囡e 令 蚓2 4c c 领域的协议 图中，v l r , 被访区位置寄存器 h l r ：归属区位鬻寄存器 移动网络实测与优化软件的设计开发第2 章g s m 主要技术特点分析 m s c ：移动业务交换中心 g m s c ：信关移动业务交换中心。 以上所分析的g s m 系统的主要技术特性是下一步进行g s m 无线优化研究 的理论基础，在后续章节中还将针对具体优化作进一步深入的探讨和研究。 移动刚络实测与优化软件的设计开发第3 章g s m 甥缝无线龇墨迨里堕 第三章g s m 网络无线优化理论研究 3 1 无线优化的基本概念 3 1 1 网络优化的实质 随着经济的发展，我国的蜂窝移动电话开始进入了一个高速发展的阶段。 如第一章所述，种种因素使得网络优化工作被提上议事日程。只有做好了这一 工作，才能提高网络的服务水平和效益。 网络优化技术是指按照一定的准则对通信网络的控制、规划、设计等进行 合理有效的配置，力求在保证网络服务质量指标的前提下，实现网络接通的任 意性和快速性，运行的可靠性，信息的透明性，质量的一致性以及经济的合理 性，提高网络资源的利用率。 g s m 蜂窝移动电话网网络优化是通过对网络检测，搜集系统运营过程中各 种动态参数和统计数据，经综合分析，对网络系统进行评估，从而修改和调整 网络的配置和参数，必要时增加某些硬件设备，修改原有硬件配置等，调整硬 件若干指标，直到对网络质量满意为止。网络优化是结合交换，传输，和无线 参数的调整，将g s m 规范等各项技术和规定应用到实际运行网络中，旨在提 高网络运行质量的一项复杂的、关联性很强的系统工作。 3 1 2 g s m 网络优化的评估指标 衡量g s m 网络优化的性能指标主要包括语音质量和服务质量。话音质量评 估有主观和客观两种方法，主观评估般用主观平均分来衡量，对于实际运行 的网络可以采用用户对话膏的感受来度量，客观评价可采用基带信噪比或射频 载千比( c i ) 来衡量。服务质量可用拥塞率( 阻塞率) 、掉话率、接通率、切换 成功率、信道利用率及无线覆盖率等来定量描述。 拥塞率是由于信道数量不足或其它原因而导致的未能成功的呼叫次数与总 的试呼次数之比率。在g s m 移动通信网中，有话音信道拥塞率与信令信道拥塞 率两种。 掉话率即呼叫中断概率，表示为射频中断次数及切换失败次数之和同呼叫 移动嘲络实测! i 优化软件的设计开发第3 章鱼墨丛塑塑玉塑垡些型堡! ! 堕 成功次数之比。射频因故中断，无线覆盖较差，切换目标基站无业务信道，外 部干扰使业务中断，目标基站未设置切换功能，处理器时延使切换拥塞，中继 线故障等原因都可能导致呼叫丢失和单向或双向掉话等方面的问题。掉话率的 统计反映了系统无线覆盖和网络切换的能力，直接影响系统的服务质量。 接通率定义为呼叫成功次数同呼口u 总次数之比率，包括固定用户呼叫移动 用户、移动用户呼叫移动用户、移动用户呼叫固定用户三部分。它与系统的服 务质量等级、系统的业务量、相应的无线控制和业务信道以及交换机的处理能 力等有关。 切换成功率是指目标基站切换成功次数与原慕站请求切换总次数之比率。 可分为小区制成功切换率，基站间成功切换率和m s c 之间成功切换率，该指标 体现了g s l d 网络切换处理水平。 信道可利用率指的是处于服务的信道数同总信道数之比率，它反映了系统 中信道可利用的效率。 无线覆盖率为业务区域内有效无线覆盖面积同业务区总面积之比，反映了 服务区域内无线电波的覆盖水平。 以上讨论了评价g s m 网络系统优化的有关指标，以求定量地比较网络优化 前后的服务质量，分析网络内部存在的问题，为网络进一步优化提供参考。 3 i 3g s m 网络优化流程 我们采用如下几个步骤实施网络优化：无线接口数据采集、数据分析、质 量评估、制定优化方案、系统调整，它们之间的关系如擎、3 1 所示： 移动嘲络实测与优化软件的设计开发第3 章g s 堕啤缝垂垡垡丝墨堡塑塑 图3 - 1g s m 网络优化流样 3 2 我们工作的着眼点和意义 3 2 1 无线参数优化的重要性 从信令结构分析，g s m 系统中主要包含了a 接口、a b i s 接口和u m 接口。所 有这些实体和接口中都有大量的配鼍参数和性能参数，其中的一些参数在设备 的开发和生产过程中已经确定，但更多的参数是由网络运营部门根据网络的实 际需求和实际运作情况来确定，而这些参数的设鬻和调整对整个g s m 网络的运 作具有相当的影响。因此，g s m 网络的优化在某种意义上是对网络中各个参数 的优化设置和调整的过程。 作为移动通信系统，g s m 网络中与无线设备和接口有关的参数对网络的服 务性能的影响最为敏感。g s m 网络中的无线参数是指与无线设备和无线资源有 1 6 移动列络实测一i 优化软件的设计开发 第3 垦鱼墨塑型鳖五垡垡些些堡里堕 关的参数，这些参数对网络中小区的覆盖、信令流量的分布、网络的业务性能 等具有至关重要的影响，因此合理调整无线参数是g s m 网络优化的重要组成部 分。根据无线参数在网络中的服务对象，g s m 无线参数一般可以分为二类，一 类为工程参数，另一类为资源参数。工程参数一般在网络设计中必须确定，在 网络的运行过程中一般不易改动。资源参数是指与无线资源的配置有关的参数， 这类参数通常会在无线接口( u m ) 上传送，以保持基站与移动台之间的一致。资 源参数的另一个重要特点是大多数资源参数在网络运行过程中可以通过一定的 人机界面进行动态调整，这便是我们进行无线优化的切入点。下面阐述其具体 内容。 无线参数优化调整是指对正在运彳亍的系统，根据实际无线信道特性，话务 量特性和信令流量承载情况，通过调接网络中局部或全部的无线参数来提高通 信质量，改善网络平均服务性能和提高设备利用率的过程。实际上，无线参数 调整的基本原则是充分利用已有的无线资源，通过业务量分担的方式便全网的 业务量和信令流量尽可能均匀，以达到提高网络平均服务水平的目标。 3 2 2 无线网络实测与优化系统功能设计 随着城市及其移动通信网的高速发展，城区中无线通信的环境日益复杂。 单纯依靠无线仪表，对城区无线移动网进行网络优化调整变得同益困难。这时， 需要一个高质量，功能强大的测试分析系统，完成城市的无线调查和系统优化 的整个工作流程。因此本系统应具有以下功能： 1 无线实测是进行无线优化的熏要手段和基础，要想高效率地分析实测结果， 关键是对测试信息进行定位分析，将测试所得的数据搭载于数字化矢量地 图之上，可以协助我们有效地对系统进行定位、定量、定性的分析，从而找 出问题所在。提出具体优化的建议。 2 面对大量的测试数据，必须引入计算机进行处理。g s m 空中接口规范规定 了大量信息，利用人工分析，根本不可能完成如此大量的工作。只有引入 计算机进行海量数据筛选、处理，再对经过处理后的测试数据进行检索和 综合分析，得出我们需要的综合分析报告。这份报告应包含以下内容： ( i ) 对无线网络的覆盏进行调查和分析； ( 2 ) 对具体通话情况进行分析，找出提高接通率，切换成功率，通话质量， 减少掉话的方法； ( 3 ) 对干扰问题进行分析，确定干扰源，找出干扰原因给出优化建议； ( 4 ) 分析网络参数设鬻是否合理，进行话务均衡，提高网络运行质量。 3 3g s m 空中接口实测 3 3 1 进行无线测试的重要性 目前，城市内基站密度高，建设速度快，所以单一的频率规划和预测工作 远远不能满足实际的需求。所有的扩容和调整都应根据实际情况而进行。无线 电波的传播受地形地物的影响较大，在基站密集的城区，由于建筑物道路和地 面山峰等的多样性，使传播路径十分复杂，会产生许多意想不到的情况，只有 实地测量，才能真正有效地进行优化工作。一方面，通过实测，可以真正了解 网络的运行情况，同时实测数据还可为网调和扩容工作提供依据。 3 3 2 无线测试的内容与手段 无线测试主要分为如下两个方面： 地理信息系统及全球定位系统的引入。 传统的无线测试，必须由专业分析人员随车测试，对发生过某些事件的地 点用人工或半自动的记录方式进行定位，极不方便。为此，在系统中引入了精 确的数字化矢量地图。在路测的同时准确地定位地理信息。有了精确的数字地 图作为参考平面，我们对网络的认识会非常清晰。同样，记录路测当时的时间 也是非常重要的。为此我们使用了全球定位系统( o p s ) ，将g p s 通过数据线与 计算机相连，随时将时间和位置信息输入计算机。 空中接口参数的采集 在测试的过程中采用专用测试手机，这种手机与普通手机的差别在于其开 放出数据接口。我们利用测试手机将它与无线基站之间的上、下行链路信息进 行解码，并通过专用数据线输入电脑。 3 4g s m 无线链路行为 要进行无线参数优化，就要深刻理解g s m 无线链路行为以及各无线参数 的重要作用。在此基础之上，才能综合各方两因素，有效地进行优化工作。 3 4 1 小区的选择和重选 小区选择和重选是移动管理层的问题，是移动台在空闲模式下的行为。小 移动埘绵实测，优化软件的设汁开发第3 帝g s m 网络光线优化理论研究 区的选择和重选决定了从哪个小区开始一次呼叫，在呼叫重建中小区选择算法 也被使用。 移动台始终测量本小区和邻小区的b c c h 载频的电平。为了使移动台知道与 当前小区相邻有哪些小区，在每个小区的系统消息中都会周期广播邻小区描述 信息( n e i g h b o rc e l l sd e s c r i p t i o n ) ，该小区中列出了当前小区b c c h 载频的绝 对频道号，移动台必须从系统消息中提取该消息作为测量邻小区信号的依据。 小区选择的原则是使传输质量最好，在g s m 0 5 0 8 中推荐了用于小区选择 的路径损耗准则( “p a t hl o s sc r i t e r i o n ”) ，其中c l 参数用于小区选择和重选， c 2 参数用于小区重选。它们考虑了移动台在定标频率上接收到的信号电平、移 动台的最大传输功率和一些小区特有的参数。 c 1 的表达式为： c l = ( a - m a x ( b ，o ) ) 其中：a = 接收电平的平均值一r x l e va c c e s s _ m i n b = m s _ t x p w rm a x _ c c h p r x l e va c c e s sm i n = 接入系统所要求的最小移动台接收电平 m st x p w rm a xc c h = 移动台接入系统时可以使用的最大发射 功率电平 pt 移动台的最大射频输出功率 所有这些值都用d b m 表示。 当c i o 时，满足小区选择条件。c l 参数的使用是让移动台能决定在不考 虑干扰的情况下与网络甸的通信是否可能。但因为干扰会降低通信质量，还要 采用其它辅助措施，这个措施就是监视移动台对寻呼子信道解码的成功率。如 果发生下行链路信令失败，即解码的成功率降得太低，就说明在下行链路上存 在较大的干扰，移动台将尝试寻找其它适合的小区。 c 2 的表达式为： c 2 。c i + c e l lr e s e l e c t _ o f f s e t t e m p o r a r yo f f s e t + h ( p e n a l t y _ t i m e t ) f o rp e n a l t yt i m e o l1l1l c 2 。c i - c e l l _ r e s e l e c t _ o f f s e t f o rp e n a l t l _ t i m e = 1 lll l 其中：h ( x ) = 0当x = 0 t 是记时器。当菜小区被列入最强小区列表时丌始从0 记时，退出列表时 复位 c e l l _ r e s e l e c to f f s e t 为c 2 小区重选准则提供一个偏移 t e m p o r a r yo f f s e t 是在t 计时器丌始计时的p e n a l t yt i m e 期削 移动刚络实测q 优化软件的设计开发麓! 垦鱼墨墅塑垫五丝丛些堡型堕 内提供给c 2 个负偏移 p e n a l t yt i m e 决定了t e m p o r a r y0 f f s e t 有效的期限 c 2 参数是一个用于优化小区重选的附加参数，它被每个小区通过广播信道 通知给要求接入该小区的移动台。如果小区重选标识没有被移动台收到或小区 不需要进行重选，移动台就将小区重选参数设为0 ，这时c 1 = c 2 。 另外，每个小区广播的系统消息中有一比特信息指示该小区是否允许移动 台接入，即小区接入禁止( c e l l b a r a c c e s s ) 。通常所用的小区均允许移动台 接入，该比特设置为0 。但在特殊情况下( 如双层网覆盖区) ，某小区只能用 于切换业务，该比特设置为1 。 3 4 2 无线测量 在移动台与系统之间的无线链路的活动中，为了确切掌握无线环境的情 况，系统和移动台要不断对接收到的无线信号进行测量、判断，从而决定移动 台应选择哪个小区、接入哪个信道、切换到哪个小区、是否需要做功率控制、 链路是否还能满足使用要求等，以满足系统正常工作之需要。 无线测量内容主要有如下几个部分： 在小区选择及重选过程中，移动台要从待选小区的8 c c h 载频读取数据， 获得接收电平值，并计算其平均值，作为c 1 、c 2 算法的支持数据，然后与从该 小区广播信道获得的小区参数、移动台固有的参数进行比较运算，最后求出c l 、 c 2 值； 在空闲模式下，移动台不断测量服务小区和邻小区的b c c h 载频信号强度以 及各小区的b s i c 值。在专用模式下，除了以上信息外，还要测量基站发射功率 及信号质量。专用信道下的无线信道测量结果是系统进行切换和功率控制的主 要依掘。信号强度( r x l e v ) 和信号质量( r ) ( q u a l ) 是无线优化中十分重要的参数， 下面进行详细说明。 通常，移动台的接收信号强度在- 1 1 0 d b m 至- 4 8 d b m 之间，是通过手机接 收功率计算得来，其计算公式如下： 信号强度( d b m ) = 1 0 1 9 ( 手机接收功率木1 0 0 0 ) 测量的信号强度是将- 11 0 d b m 至一4 8 d b m 的值映射为一个取值在0 到6 3 之 删的r x l e v 值，对应关系如下： r x l e v0=lesst h a n1 1 0d b m r x l e vl=- 1 1 0d b mt o 一1 0 9d b m r x l e v2= 一1 0 9d b m t o- 1 0 8d b m ： 2 0 移动叫络实测t i 优化软件的设计开发第3 章g s m 悯络无缋盟垡理造型堕 ： r x l e v6 2 =一4 9d b mt o一4 8d b m r x l e v6 3 = g r e a t e rt h a n 一4 8d b m 信号质量是