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南京邮电学院工程硕士论文 g s m 无线网络的规划和优化 摘要 g s m 无线网络的规划和优化工作能够有效的利用有限的频谱资 源，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。 本论文对于g s m 无线网络的规划和优化的流程和方法进行了详 细的介绍，对于规划和优化中涉及的各类工程参数、小区参数等进行 了探讨，结合实际工作经验提出了规划和优化中应关注的问题和一些 典型参考值。 在具体应用中，根据镇江地区未来3 年内移动用户发展的趋势和 现有的网络状况，依据无线网络规划的流程和原则，对镇江地区2 0 0 5 年- - 2 0 0 7 年的g s m 无线网络建设进行了规划，确定了3 年内镇江地 区g s m 无线网络发展策略和建设方案。 主题词：g s m 网络、无线网络规划、优化 南京邮电学院工程硕士论文 t h ep l a na n do p t i m i z a t i o no fg s mw i r e l e s sn e t w o r k a b s t r a e t t h ej o bo fg s mw i r e l e s sn e t w o kp l a na n do p t i m i z a t i o nc a l ld oe f f e c t u s et ot h er e s o u r c eo fr a d i of r e q u e n c e ，m e e t i n gt h eu s e rr e q u i r e m e n tt o c o v e r a g e 、c a p a c i t ya n dq u a l i t yo fw i r e l e s sn e t w o r k ，a n di m p r o v et h e s e r v i c el e v e lo fw i r e l e s sn e t w o r k t h ea r t i c l ei n t r o d u c et h ef l o wa n dm e t h o do fg s mw i r e l e s sn e t w o r k p l a n a n do p t i m i z a t i o n ，d i s c u s s i n gt h e e n j i n e e r i n gp a r a m e t e ra n dc e l l p a r a m e t e rr e l a t i n gt op l a na n do p t i m i z a t i o n ，i n t r o d u c i n gt h ef a c ts h o u l d b e e na t t e n d e da n d t y p i c a lv a l u ea c c o r d i n gt h ee x p e r i e n c eo fp r a c t i c e a c c o r d i n gt ot h ed e v e l o p m e n to ft h em o b i l e p h o n eu s e ri nz h e n j i a n g a n dt h es t a t u si nq u oo fg s mr a d i on e t w o k ，i nt e r mo ft h ef l o wa n d p r i n c i p l eo fr a d i on e t w o r kp l a n ，m a d eap l a nf o rt h eg s mr a d i on e t w o r k f r o m2 0 0 5t o2 0 0 7 ，d e c i d i n gt h ep r o j e c t a n dt h ei n v e s t m e n to fg s m r a d i on e t w o r ki nf u t u r e3y e a r si nz h e n j i a n ga r e a k e yw o r d ：g s mn e t w o r k r a d i on e t w o r k p l a no p t i m i z e 南京邮电学院工稗硕士论文 a r q a u c b c c h b s c b s s b t s c p c r h c w d t x e i r e t s i f d m a g g s n g o s g p r s g s m h l r 工c p 缩略语 a u t o m a t i cr e q u e s tf o rr e t r a n s m i s s i o n a u t h e n t i c a t i o nc e n t e r b r o a d c a s tc o n t r o lc h a n n e l b a s es t a t i o nc o n t r 0 1 1 e r b a s es t a r i o ns y s t e m b a s et r a n s c e i v e rs t a t i o n c e n t r a lp r o c e s s e r c e l lr e s e l e c th y s i s t c o n ti n u o u sw a v e d i s c o n t i n u o u st r a n s m i s s i o n e q u i p m e n ti d e n t i t yr e g i s t e r e u r o p e a nt e l e c o m m u n i c a t i o n ss t a n d a r d s i n s t i t u t e f r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s g a t e w a yg p r ss u p p o r tn o d e g r a d eo fs e r v i c e g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e 自动重发请求 鉴权中心 广播控制信道 基站控制器 基站子系统 基站 中央处理器 小区重选滞后 连续波 非连续发射 设备标识寄存器 欧洲通信标准化委 员会 频分多址 g p r s 网关支持节点 服务等级 通用分组无线业务 g l o b a ls y s t e mf o rm o b il ec o m m u n i c a ti o n s 全球移动通信系统 h o m el o c a t i o nr e g i s t e r i n t e r n e tc o n t e n tp r o v i d e r 一7 1 归属位置寄存器 因特网内容提供者 南京邮电学院t ：群硕十论文 i m e i i s d n i s p m b r m r p m s m s c n s s o s s p c u p d c h p i r p i n t e r n a t i o n a lm o b i l es t a t i o ne q u i p m e n t i d e n t i t y i n t e r g r a t e ds e r v i c ed i g i t a ln e t w o r k i n t e r n e ts e r v i c ep r o v i d e r m u l t i b a n dr e p o r t m u l t i p l er e u s ep a t t e r n m o b i l es t a t i o n m o b i l es w i t c h i n gc e n t e r n e t w o r ks u b s y s t e m o p r a t i o ns u b s y s t e m p a c k e tc o n t r o lu n it p a c k e td e d i c a t e dc h a n n e l p r a r e m e t e ri n d i c a t e r r e g i o n a lp r o c e s s o r s d c c hs t a n 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 s g s n s i m t c t c h t d m a t s v l r s e r vie eg p r ss u p p o r tn o d e s u b s c r i b ei n f o r m a n t i o nm o d u l e c o d e t r a f f i cc h a n n e l t i m ed i v i s i o nm u l t i p ea c c e s s t i m es 1 0 t v i s i t o tl o c a t i o nr e g i s t e r - 7 2 国际移动台设备标 识 综合业务数字网 因特网服务提供者 多频段报告指示 多重频率复用方案 移动台 移动交换中心 网络子系统 操作维护子系统 分组控制单元 分组专用信道 小区重选参数指示 区域处理器 独立专用控制信道 g p r s 服务支持节点 用户信息模块 码型转换器 业务信道 时分多址 时隙 访问位置寄存器 南京邮电学院t 程硕士论义 w a pw i r e l e s sa p p l i c a t i o np r o t o c a l无线应用协议 w c d m aw 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 宽带码分多址 - 7 3 南京邮电学院学位论文独创性声明 矿7 6 5 1 9 7 本人声明所呈交的学位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的 地方外，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 含为获得南京邮电学院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作了 明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 瞄垒! 墨 日期：竺! ! ：! ：? z 南京邮电学院学位论文使用授权声明 南京邮电学院、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留 本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权 南京邮电学院研究生部办理。 酉怯够如m 舢家，照议垒干詹岔彳 研究生签名：蝉导师签名：呈f 圭2 ；日期：丝：生! 南京邮电学院工程硕士论文 第一章绪论 1 1 概述 随着移动通信技术的飞速发展，移动通信用户数也以每年近6 0 0 0 万的数目快速增长，中国移动通信用户数在2 0 0 4 年末已达到3 2 5 亿，在全球移动运营商中用户数排名第一，目前移动电话普及率早 已经超过固定电话，并进一步向个人通信的方向发展，在城市的中 心区域话务越来越密集，同时用户的分布区域几乎无处不在，移动 通信无线网络建设如何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，如何合理利用有限的无线频率资源提供 尽可能高质量的无线网络，无线网络规划和优化工作显得尤其重要。 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，而由于众多不确定因素对于无线网络 造成的影响，无线网络优化工作会始终伴随着无线网络的建设和维 护中，不断提升无线网络质量是各运营商市场竞争的重要砝码。 1 2 无线网络规划的现状 无线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。 所有移动通信的运营商在每期扩容工程进行之前，对无线网络必 须做出详细的规划。无线网络规划能够通过分析用户发展趋势，确 定无线网络的合理容量，确定无线网络的布局，确定无线网络的发 南京邮电学院工程硕士论文 展方向。很多设计单位、设备供应商、科研机构都对无线网络规划 提出过方法和建议，并在实际网络中得到应用和验证。 1 3 无线网络优化的现状 无线网络优化是通过分析和衡量现有无线网络的质量，找出问题 所在，提出调整方案，提升无线网络的服务质量。由于移动通信的 不断变化的特性，无线环境的不断变化和用户分布的不断变化，所 以无线网络优化是一个循环往复的过程，是一个动态的过程。 由于无线网络质量是移动通信中对用户满意度影响最大的因素 之一，所以对于无线网络质量的优化是各运营商最为重视的事情， 省、市各级公司都有专门的机构从事无线网络优化工作，并在实践 中总结出很多有益的经验。 1 4 关于本论文 无线网络规划和优化工作是保证无线网络高服务质量的重要因 素。做好无线网络规划和优化工作要遵循一定的流程和方法，本论 文对此进行了探讨，并结合自身工作经验介绍了一些典型问题的考 虑方法和注意事项，并介绍了镇江2 0 0 5 - - 2 0 0 7 年无线网络规划的情 况。 本文以后的章节组织如下： 第二章g s m 网络的原理 第三章无线网络规划和优化的方法 第四章镇江g s m 无线网络的规划和优化 第五章结论 南京邮电学院工程硕士论文 第二章g s m 网络的原理 2 1g s m 系统介绍 2 1 1g s m 系统的基本特点 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 】： 1 ) 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 ) 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。 3 ) g s m 系统采用f d m a t d m a 及跳频的复用方式，频率重复利 用率高，同时它具有方便的组网结构，可满足用户的不同容量需求。 4 ) g s m 系统具有较强的鉴权和加密功能，能确保用户和网络的 安全需求。 s ) g s m 系统抗干扰能力较强，系统的通信质量较高。 2 1 2g s m 系统的组成 g s m 系统1 6 1 由一系列功能单元组成，其具体组成如图所示， 分为m s ( 移动台) 、b s s ( 基站子系统) 、n s s ( 网络子系统) 、o s s ( 操作维护子系统) 等几个主要部分。 南京邮电学院工程硕士论文 幽2 1 m s ：移动台是整个系统中直接由用户使用的设备。在g s m 系统 中，物理设备和移动用户是相互独立的，用户的所有的信息都存储在 s i m 卡中，移动设备有自己的识别码i m e 。 b s s ：在g s m 的规范中，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的基站收、发信机( b t s ) 和与交换机一侧相连 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。此外，b s s 还包括码型变换器t c ，码型变换 器完成l6 k b i t sr p e e t p 编码和6 4 k b i t sa 律p c m 之间的码型转换。 n s s ：网络与交换子系统包括实现g s m 的主要交换功能的交换中 心以及管理用户数据和移动性的所需的数据库。n s s 可分为如下几个 南京邮电学院工程硕士论文 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 l r ( 3 ) 归属位置寄存器h l r ( 4 ) 鉴权中心a u c ( 5 ) 设备识别寄存器e i r 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 络操作维护等功能。 2 1 3g s m 系统的业务功能 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 务又可分为承载业务和电信业务。【1 】 承载业务：它提供接入点之间传输信号的能力。 话音业务：它是g s m 提供的最重要的业务，为g s m 用户和其他 所有与之联网的用户之间提供双向通话。 数据业务：g s m 规范在制定时便按照i s d n 模式为用户提供各种 数据业务。 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。 补充业务：g s m 提供呼叫识别类、呼叫提供类、呼叫完成类、多 南京邮电学院工程硕士论文 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 补充业务。 2 2 无线传播特性 2 2 1 无线传播基本原理 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。它是进行系统工程设计与研究频谱有效利用、电磁兼容 性等课题所必须了解和掌握的基本理论。 无线电波可通过多种方式从发射天线传播到接收天线：直达波、 地波或表面波、对流层反射波、电离层波。 在设计蜂窝系统时研究无线传播有两个原因：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。 蜂窝系统于其他无线通信系统相比，它具有以下的特点： l 、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。 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。 南京邮电学院工程硕士论文 2 2 2 无线传播环境 无线电波分布在3 h z 到3 0 0 0 g h z 之间，在这个频段内划分为1 2 个带，如下表所示，在不同的频段内的电波具有不同的传播特性，对 于移动通信来讲，我们只关心u h f 的频段。1 4 1 i 誊器i ；纛b 蠢零蠢l 霹壤鬻! _ | 国n 童i ：j - 曩j。b e s ! g n a t i o n 3 3 0h z 3 0 3 0 0 h z 3 0 0 3 0 0 0h z 3 3 0k h z 3 0 3 0 0k h z 3 0 0 3 0 0 01 4 4 z 3 3 0m z 3 0 3 0 0 m h z 3 0 0 3 0 0 0m h z 3 3 0g h z 3 0 3 0 0 g h z 3 0 0 3 0 0 0 g h z e x t r er n e l yl o wf r e q u e n c ye l f v o l c ef r e q u e n c yv f v er y l o wf r e q u e n c yv l f l o wf r e q u e n c yl f m e d l u r nf m q u e n c ym f h i g hf r e q u e n c y h f v e r yh i g hf r e q u e n c y v h f u l t r ah i g hf r e q u e n c yu h f s u p e rh i g hf r e q u e n c y s h f e x t r e m e l yh i g hf r e q u e n 斜 e h f 快衰落和慢衰落：蜂窝基站于移动台之间的通信不是通过直达路 径，而是通过许多其他路径完成的，这种现象叫多径效应，其合成波 的幅度和相位随移动台的运动产生很大的起伏变化，称为多径衰落或 快衰落。对于快衰落一般采取的措施就是时间分集、频率分集和空间 分集。移动台接收的信号的场强中值会随着地区位置的改变出现较慢 的变化，这种变化称为慢衰落，其变化服从对数正态分布。下图是场 强中值变化情况。【5 】 南京邮电学院工程硕士论文 l 焱 浮。 一 v od a s o n sd u et o d i s t a n s 卜a d o w i n g gi o b a im e a n s 图2 2 传播损耗【4 】是指对于某一无线链路，从发射天线输出端的信号 经过一定的传播路径到达接收天线的输入端，功率电平的损耗值，一 般用d b 表示。在移动通信中，随着传播距离的增加，传播损耗将增 加，在l 2 0 k m 范围内，大致为4 0 r i b d e c ，当距离再增大时，将增 大到5 0 6 0d b d e c ，其中d e c 为1 0 倍距离。 传播损耗的常见类型：自由空间的损耗、绕射损耗、反射损耗、 建筑物穿透损耗、人体损耗、车内损耗、植被损耗等。 2 2 3 无线传播模型 传播模型是非常重要的，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 南京邮电学院工程硕士论文 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。下面介 绍两个较常用的无线传播模型 3 3 ，统计型模型o k u m u r a - h a t a 模型和 决定型模型c o s t 2 3l w a l f i s h i k e g a m i 模型： o k u m u r a h a t a 模型公式如下： l 。( 城区) = 6 9 5 5 + 2 6 1 6 1 9 f - 1 3 8 2 1 9 h b + ( 4 4 9 6 5 5l g h b ) l g d a ( h m ) l p ( 农村) = l p ( 城区) - - 2 1 0 9 ( f 2 8 ) z - 5 4 l p ( 开阔地带) = l p ( 城区) - - 4 7 8 ( 1 0 9 f ) 2 + 1 8 3 3 1 0 9 f - 4 0 9 4 式中l p无线衰耗 f 载波频率( 适用于g s m 9 0 0 频段) h b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 ) h 。移动台天线至地面的高度( 1 1 0 m ) c o s t 2 3 1 一w a l f i s h i k e g a m i 模型基本公式： 1 ) 视线通畅情况 l b = 4 2 6 + 2 6 l g d + 2 0 l g f 2 ) 非视线通畅情况 南京邮电学院工程硕士论文 l b = l o + l n s + l m s d 式中l o自由空间传输损耗 l n 8 l m s d 屋顶至街道的绕射及散射损耗 多重屏障的绕射损耗 2 2 4 传播模型校正 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 3g s m 无线网络的主要技术 2 3 1 工作频段的分配 工作频段 g s m 9 0 0 m h z 数字蜂窝移动通信系统工作频段为： 8 9 0 o o o 一9 15 0 0 0 m h z ( 移动台发，基站收) 9 3 5 0 0 0 - - 9 6 0 0 0 0 m h z ( 移动台收，基站发) 共2 5 m h z 。 中国移动通信所用频段为： 8 9 0 0 0 0 - - 9 0 9 0 0 0 m h z ( 移动台发，基站收) 9 3 5 0 0 0 - - 9 5 4 0 0 0 m h z ( 移动台收，基站发) 共1 9 m h z 带宽。 南京邮电学院工程硕士论文 g s m l 8 0 0 m h z 数字蜂窝移动通信系统工作频段为： 1 7 1 0 0 0 0 1 7 8 5 0 0 0 m h z ( 移动台发，基站收) 1 8 0 5 0 0 0 一1 8 8 0 0 0 0 m h z ( 移动台收，基站发) 共7 5 m h z 。 中国移动通信所用频段为： 1 7 1 0 0 0 0 一1 7 2 0 0 0 0 m h z ( 移动台发，基站收) 1 8 0 5 o o o 1 8 1 5 0 0 0 m h z ( 移动台收，基站发) 共i o m 带宽。 频道间隔 相邻频道问隔为2 0 0 k h z ，标称频率最后三位有效数字为0 0 0 ， 2 0 0 ，4 0 0 ，6 0 0 ，8 0 0 ( k h z ) 。 每个频道采用t d m a 方式，分为8 个时隙，即8 个信道，采用半 速率编码，每个频道可容纳1 6 个信道。 频道配置 可采用等间隔频道配置或优选频道配置方法。9 0 0 m 频道序号为1 1 2 4 ，共1 2 4 个频道，本工程使用其中的9 5 个频道，为1 9 5 号频 道，其中9 5 号频点留作隔离频点，并预留9 0 9 4 号频点作为微蜂窝 的专用频点。 频道序号和频道标称中心频率的关系为【1 0 】： f n = 8 9 0 2 0 0 + ( n m1 ) o 2 0 0 m h z移动台发，基站收 f n = 9 3 5 2 0 0 + ( n 一1 ) + o 2 0 0 m h z 移动台收，基站发 g s m l 8 0 0 的频道序号为5 1 2 7 3 6 ，共2 2 4 个频道，本工程使用 南京邮电学院工程硕士论文 其中的4 9 个频道，频道序号为5 1 2 5 6 1 。频道序号和频道标称中心 频率的关系为： f n = 1 7 l o 2 0 0 + ( n 一5 1 2 ) 4 0 2 0 0 m h z移动台发，基站收 f n = 1 8 0 5 2 0 0 + ( n 一5 1 2 ) + 0 2 0 0 m h z 移动台收，基站发 2 3 2 时分多址技术( t d m a ) 多址技术 6 1 就是要使众多的用户公用公共的信道所采用的一 种技术，实现多址的方法基本有三种，频分多址( f d m a ) 、时分多 址( t d m a ) 、码分多址( c d 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t d 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 ) ，而逻 辑信道时根据b t s 和m s 之间的消息种类不同而定义的不同的逻辑 信道，它通过b t s 来影射到不同的物理信道上来传送。 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 3 3 跳频技术 跳频可分为快速跳频和慢速跳频，在g s m 中采用的是慢速跳频， 其特点是按照固定的间隔改变一个信道使用的频率，g s m 中的跳频 南京邮电学院工程硕士论文 可分为基带跳频和射频跳频。 g s m 采用跳频有两个原因，是因为它可以起到频率分集和干扰 源分集的作用。 5 1 l 、跳频是要保证同一个消息使用几个频率来发送，从而提高无线 信号抗衰落的能力。不同的频率信号的衰落特性不同，而且随着频率 差别的增大，衰落特性更加独立。通过跳频，可使携带同一部分的所 有突发脉冲不会被瑞利衰落以同一方式破坏。 2 、在业务量密集的地方，网络的容量将受到由于频率复用产生的 干扰的限制。载波干扰比c f l 是保证话音质量的重要指标，如果某 频点出现干扰，在使用跳频的情况下，该干扰情况会被该载波的其它 呼叫所共同分担，从而提高网络性能。 经分析使用跳频的网络可比不采用跳频的网络高出3 d b 的增益。 2 3 4 信道编码技术 信道编码用于改善传输质量，克服各种干扰因素对信号产生的不 良影响，但它是以增加比特降低信息量为代价的。信道编码的基本原 理是在原始数据上附加一些冗余比特信息，它通过某种约定进行计 算，在接收端的解码过程利用这些冗余比特来检测误码并尽可能进行 误码纠正。 g s m 中使用的编码方式【7 】主要有块卷积码、纠错循环码、奇偶 码。块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 以产生时分有效的纠错结果。纠错循环码主要用于检测和纠正成组出 现的误码，通常和块卷积码混合使用，用于捕捉和纠正遗漏的组误差。 南京邮电学院工程硕士论文 奇偶码是一种普遍使用的最简单的检测误码的方法。 在g s m 中一般全速率t c h 编码会在每2 0 m s 中形成4 5 6 b i t 的编 码序列 2 4g p r s 基本原理 2 4 1g p r s 网络结构 通用分组无线业务( g m r s ) 【2 】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 、i n t e m e t 、w a p 等。g p r s 是利用现有的g s m 网络并通过增加新的分组交换网络设备实现的。 “。1 1 。“s i g n a l l i n gi n t e r f a c e 。s i g n a l l i n ga n dd a t at r a n s f e ri n t e r f a c e 图2 3 如图所示，g p r s 是在g s m 网络的基础上增加了s g s n 和g g s n 这两个网络实体和g b 、g n 、g p 、g i 、g r 、g f 、g d 、g s 、g c 等接口 而实现的。s g s n ( 服务g p r s 的支持节点) 和g g s n ( 网关g p r s 支持节点) 是实现g p r s 的核心实体，它们也可以通称为g s n 。s g s n 1 2 南京邮电学院工程硕士论文 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。 2 4 2g p r s 的业务功能 g p r s 提供应用业务的特点 2 1 ： 1 )适用于不连续的非周期性( 突发) 的数据传送，突发出现的 时间间隔远大于突发数据的平均传输时延。 2 ) 适用于小于5 0 0 字节小数据量事务处理业务，允许每分钟出 现几次，可以频繁传送。 3 ) 适用于几千字节大数据量事务处理业务，允许每小时出现几 次，可以频繁传送。 g p r s 非常适合突发数据应用业务，能高效利用信道资源，但对 大数据量应用业务，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 t s 和1 3 4 k b i t s ，如果采用 c s 3 和c s 4 编码时可达到1 5 6 k b i t s 和2 1 4 b i t s ，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。 南京邮电学院工程硕士论文 第三章无线网络规划和优化的方法 3 1 无线网络规划概述 3 1 1 网络规划流程 网络规划的目标1 3 1 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，通过网络规划可以使网络在覆盖、容量、质量、成本等方 面实现良好的平衡。 网络规划的流程如图3 1 所示： 南京邮电学院工程硕士论文 图3 一l 网络规划地流程图 第一阶段是话务覆盖分析。话务覆盖分析的目的是为网络规划提 供依据，需要收集如下信息：成本、容量、覆盖、质量、服务等级( g o s ) 、 可用频段、系统容量增长情况、人口分布、收入分布等等。 第二阶段是仿真。仿真即借助规划软件对一定区域内的用户分布 进行站点规划，目的是为了确保区域内的覆盖和容量并避免干扰。 第三阶段是勘测。按照理想站址实地查看，根据各种建站条件( 包 括电源、传输、业主谈判情况、市政规划等) 将可能的站址记录下来， 再综合其偏离理想站点的范围、对将来小区分裂的影响、经济效益、 覆盖区预测等各方面进行考虑，推荐合适的站址方案，并确定基站附 1e 南京邮电学院工程硕士论文 近的电磁环境是否纯净。 第四阶段是系统设计。根据实际基站分布和站型确定频率、邻区 计划，确定各小区运行参数。 第五阶段是安装调测。按照设计数据进行系统的安装和调测，使 系统正常运行。 第六阶段是优化。随着用户的增加，网络需要不断地进行优化调 整。当话务量增长到一定阶段时，网络需要扩容；于是又回到话务覆 盖分析阶段。 3 1 2 无线网络规划的过程 覆盖分析 覆盖区的区域类型：在不同类型的区域采用的信号传播模型不同， 并由此决定了其覆盖区无线网络的设计原则、网络结构、服务等级和 频率复用方式。一般可简单分为以下几种类型： 区域类型描述 密集城区指人口密集、经济发达、话务量巨大的地区。 一般市区指人口相对密集、经济较发达、话务量较大的地区。 郊区、集镇人口较多、经济发展有潜力、话务量适中的地区。 农村人口密度小、经济有待发展、话务量较小地区 在上述区域的连接部，还有各类的交通干道。类型包括：高速公 路、国道、主要省道、主要铁路和主要航道等、一般省道、铁路、航 道等。 覆盖区边缘场强的确定：服务区下行边缘场强的确定考虑以下因 南京邮电学院工程硕士论文 素：手机灵敏度一1 0 2d b m ，快衰落保护4 d b ( 农村为3d b ) ，慢衰 落保护8d b ( 农村为6d b ) ，噪声( 环境噪声和干扰噪声) 保护5d b ， 考虑室内要求，室外需加平均穿入损耗1 5d b 。由于无线链路分上行 和下行两个方向，因此一个理想的网络应做好功率预算，做到上下行 链路尽可能平衡。 覆盖率的确定：国家规范对覆盖率的要求为在覆盖区内9 0 的地 点和9 9 的时间可接入网络。但是随着网络建设的不断扩大，用户 对网络服务的要求不断提高，对于覆盖率在不同区域的要求也不尽相 同，中国移动从打造精品网络的目的出发向着全覆盖的目标努力。 容量分析 网络的建设必须考虑经济可行性和合理性，只有对网络初期和最 终容量作出预测，才能作出合理的投资决策。网络的容量预测要从人 口分布、国民经济发展、电话普及率、运营商竞争格局、资费政策等 多方面进行考虑，在得到网络建设总容量后需要对用户话务分布密度 进行预测，确定工程建设方案。 站址规划 站址规划主要是为基站选择一个最佳位置，理想站址的选择是在 蜂窝网的节点上，但实际工程中，选择站点是比较困难的，首先因为 地形和地貌的不规则性造成信号覆盖的不均匀性，其次在理想位置有 否合适站点，规划和业主是否可以批准建设都是选择站点的难点。 基站工程参数设计 针对不同的覆盖区类型、网络结构、建筑物平均高度确定基站天 南京邮电学院工程硕士论文 线挂高，根据需要覆盖的要求确定天线的类型，全向还是定向，天线 的增益大小，天线的方向角和俯仰角的确定等，另外根据具体情况选 择合适的馈线、合路器合塔放单元。 覆盖预测 根据已经选择的站址以及设计的站型，使用网络规划工具，选择 合适精度的电子地图，对网络覆盖情况进行预测。 频率计划 由于g s m 系统采用频率复用，为满足系统对同邻频载干比的要 求，根据基站的分布要按照一定的复用方式如m r p 、1 3 等对基站 的频点进行合理规划。 小区数据制作 为保证网络良好稳定的运行，需要给各基站小区配置相关的数据。 如小区属性参数、小区切换控制参数、信道分配算法选取，以及是否 使用跳频、功控、d t x 等功能。 3 2 无线网络设计 无线网络设计中最重要的是进行网络布局的设计，在确定网络基 站布局后的基础上，对频率、邻区进行规划，再完成相关的小区数据， 从而完成整个规划过程。 3 2 1 站址设计 在无线网络的规划中，基站的站址选择一般需要满足以下的要求： l 、站址应尽量以满足合理的小区结构为目标，利用电子地图和市 区地图综合分析，在选取基站的过程中要求有备用站址。一般站址范 i r 南京邮电学院工程硕士论文 围应在蜂窝基站的半径的1 4 区域内。 2 、新建基站应建在交通方便、市电稳定、环境安全及少占良田的 地方。在不影响基站布局的情况下，在城市区域内尽量选取高层建筑， 降低建设成本。 3 、将天线的主瓣方向指向高话务密集区域，可以加强地区的信号 强度，从而提高通话质量；将天翔的主瓣方向偏离同频小区，可以有 效的控制干扰，相邻小区的交叉覆盖深度不超过1 0 。 4 、城市市区和市郊的海拔较高的山峰不宜作为站址选择，一是为 了避免同频干扰，二是为了减少工程建设难度，方便维护。 5 、在山区、湖泊区、丘陵城市及有高层金属建筑的环境中选址要 注意时间色散的影响，将站址尽量选择在离反射物较远的位置或将定 向天线背向反射物。 6 、站址设计远离树林处以避开接收信号衰落。 7 、针对公路即山区覆盖时，要充分利用地形的特点，如公路的拐 弯处等开阔的地方。 3 2 2 基站工程参数设计 在完成站址设计后，需要对各基站的工程参数进行确定，这包括： 基站天线的挂高、天线的方向性、增益、方位角、下倾角、馈线型号、 各小区发射功率等。 天线的安装环境可分为天线附近环境和基站附近环境。对于天线 附近环境主要考虑天线之间的隔离度和天线受铁塔、楼面的影响，对 于基站附近环境则主要考虑5 0 0 米以内高层建筑物对传播的影响。 南京邮电学院t 程硕士论文 为获得最理想的覆盖范围，天线周围净空要求为5 0 1 0 0 m ，对 9 0 0 m 的g s m 系统来说，在此距离的第一菲涅尔区的半径为5 m ，这 意味着基站天线的底部要高出周围环境5 m 。基站天线在安装时还应 该注意其在覆盖区内是否会产生较大的阴影，主要是考虑基站附近较 大的阻挡物，如大楼、高山等。当利用大楼的顶面安装天线时，必须 注意避免大楼的边沿阻挡，应尽量靠近大楼边沿安装，这样可以减少 和消灭阴影的形成，当天线必须离大楼边沿较远安装时，天线应尽量 架设在离楼面较高的地方。 3 2 3 链路预算 在确定基站的工程参数后，需要进行链路预算才能进一步估算其 覆盖范围。在移动通信系统中，无线链路分为上行和下行两个方向， 一个优良的系统应在设计时就要做好功率预算内，使覆盖区内的上行 信号和下行信号达到平衡，如果上行信号覆盖大于下行信号覆盖，小 区边缘下行信号较弱，容易被其他小区的强信号“淹没”，如果下行 信号覆盖大于上行信号覆盖，移动台将被迫守候在该信号下，但上行 信号太弱，话音质量不好。一般上下行电平差值为基站接收机和手机 接收机灵敏度的差值时就认为达到了平衡，在考虑上下行信道的衰落 性不完全一致、接收机噪声恶化性能差异等一些因素，这个差值一般 会波动2 - - 3 d b 。 下图是链路预算模型 8 1 ： 南京邮电学院工程硕士论文 g d s t s ，、 l f b t s 乏 p o u t sp i n m s g = g a i n 。l = l o s s a = a n t e n n a 。f = f e e d e r 。c = c o m b i n e r 。 m s = m o b i l es t a t i o n ,b t s = b a s et r a n s c e i v e rs t a t i o na n d d = d i v e r s i t y 下行链路信号强度计算： f i t l f s p o u t b 7 & - l c s 一乙| 。b t s 七g am s l | ，4 - g au 一l | t i s 上行链路信号强度计算： p i q 1s p o l i f s l 。t g n l s l p + ( ；c l h t + g d ”s l l 。l i | 、 由此得到： 1 1 i nm 、一p i n 阶= p o u t s p o u t m t l cr r 一g dl m p o z z tm 一p o z t l ；七l c 。；+ g dn 。七