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华东师范大学硕士学位论文 摘要 p h s 是个人手持电话系统( p e r s o n a l h a n d y p h o n es y s t e m ) 的简称，由日本无 线系统研发中心但c r ) 在上世纪9 0 年代初开始研发。p h s 与目前广泛使用的 g s m 、窄带c d m a 等同属于第二代移动通信系统。在我国p h s 俗称小灵通，所 采用的无线接入系统是在日本p h s 系统的基础上经过改进后推出的。 上海电信的小灵通网络始建于2 0 0 2 年，目前已经具有一定的规模。但是， 由于上海是一个国际化的大都市，建筑物的地理分布复杂，高层建筑多，电波的 传播环境比较复杂，加上一些人为的因素，目前的网络存在诸如信号覆盖不足、 掉话、频繁切换等问题，严重影响了网络的质量。因此迫切需要对现有网络进行 优化，提高网络的质量，减少用户的投诉率，提高用户的满意度。 小灵通系统属于移动通信系统，本文首先分析了p h s 无线网络的基本原理， 了解其空中接1 ：3 的结构、机制和流程。 本文重点研究了p h s 系统无线电波的传播特性，从对无线通信损耗衰落和多 径特性理论分析研究开始，结合小灵通系统特点，建立了适合小灵通无线网络的 传播预测模型，给出了一种基于三维射线跟踪八叉树算法的p h s 系统微小区电 波传播预铡的算法，为无线网络优化工作提供了理论依据，这也是本论文的主要 创新之处。p h s 无线网络具有发射功率低、使用频段高、传播损耗大等特点，极 易受周围环境变化的影响，因此建立无线电波传播损耗模型和进行覆盖预测对进 行网络优化、改善网络质量具有重要意义。无线电波的损耗模型和传播预测是进 行p h s 无线网络规划和优化工作的理论基础，并为后者提供指导意见。 另外，对于无线网络中存在的主要问题如网络覆盖、基站同步、基站干扰、 基站切换和p a 区规划等，本文提出了优化解决的方法，并在网络优化的实践中 得到了验证。无线网络优化是对投入运行的小灵通无线网络进行参数采集和数据 分析，从中找出影响无线网络质量的因素，通过技术手段或参数调整使得无线网 络达到最佳运行状态。无线网络优化是一项长期复杂的工作，因此要清楚网络优 化需注意的问题以及无线网络优化的流程，熟悉无线网络性能分析和问题定位。 结合本文提出的电波传播预测模型和算法以及无线网络优化的流程和方法， 本文给出了几个上海电信p h s 无线网络优化的典型案例。 关键词：p h s ，无线网络优化，传播预测，射线跟踪 华东师范大学硕士学位论文 a b s t r a c t p h s ( p e r s o n a lh a n d y p h o n es y s t e m ) i sap e r s o n a lw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n s y s t e mb e l o n g i n gt ot h es e c o n dg e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o n i tw a sd e v e l o p e d b yt h er c r ( r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n tc e n t e rf o rr a d i os y s t e m s ) o f j a p a ni nt h e e a r l y1 9 9 0 s a n di t sc r i t e r i o ns t a n d a r di sr c r - s t d 2 8 n ec o n s t r u c t i o no ft h ep h sn e t w o r ki ns h a n 曲a ib e g a ni n2 0 0 2 i th a sa r a p i d d e v e l o p m e n ta n dt h es u b s c r i b e r sh a v eb e e no v e r1 ，0 0 0 ，0 0 0 a tp r e s e n t , t h es y s t e mh a s s o m ep r o b l e m ss u c ha ss h o r to f s i g n a lo v e r c a s t ，b r e a k i n go f fo ft h ec o m m u n i c a t i o n a n df r e q u e n th a n d o v e ge t c a l lt h e s ep r o b l e m sh a v ea f f e c t e dt h es e r v i c eq u a l i t y s o i t sn e c e s s i t o u st od os o m e o p t i m i z a t i o nf o rt h ew i r e l e s sn e t w o r k f o rt h eg o o do f o p t i m i z a t i o no f t h en e t w o r k , f i r s tw en e e dt oa n a l y z ei t sp r i n c i p l e a n dk n o w s o m e t h i n g a b o u tt h es t r u c t u r e ，m e c h a n i s ma n df l o wo f t h e s p a c e a c c e s s t h e p r e d i c t i o no f t h ep r o p a g a t i o no f e l e c t r o m a g n e t i c w a v ei sm o s ti m p o r t a n ti n u r b a na r e a sw h e r es u b s c r i b e rd e n s i t yi sh i g h ，a n dt h eb u i l d i n g sh a v ea p r o f o u n d i n f l u e n c eo nt h ep r o p a g a t i o n i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，w ef o u n dap r o p a g a t i o nm o d e lt o a n a l y z et h ep a t hl o s sa n d a na r i t h m e t i cb a s e do nr a y t r a c i n go c t r e et e c h n i q u e f o rt h e p r o p a g a t i o np r e d i c t i o n t h i sg i v e s t h et h e o r e t i c a lf o u n d a t i o nf o rt h eo p t i m i z a t i o no f t h ep h sn e t w o r k t h em o s t t r a n s m i t t i n gp o w e r o f t h eb a s es t a t i o ni so n l y5 0 0m w a n d t h e 丹e q u e n c yb a n d u s e di np h si s1 9 0 0m h z ，s ot h e r ei sag r e a tl o s so f e n e r g y a l o n g t h et r a n s m i s s i o n p a t h t h eo p t i m i z a t i o no ft h ep h sw i r e l e s sn e t w o r ki sal o n ga n d t o u g hw o r k f i r s t l y w e g a t h e rt h eo p e r a t i n gd a t af r o mt h es o f t w a r eo f t h en e t w o r km a n a g e m e n to ru s i n g t h em e a s u r e m e n tt o o l s ；s e c o n d l yw ea n a l y z et h ed a t aa n df i n dt h ep r o b l e m si nt h e w i r e l e s sn e t w o r k ；t h i r d l yw ef i n dt h em e t h o d st os o l v et h e s ep r o b l e m s s o m em e t h o d s f o rt h e t y p i c a lp r o b l e m si sg i v e n , t h i sw i l la c c e l e r a t et h eo p t i m i z a t i o n t h e r ei sas h o r th i s t o r yo ft h eo p t i m i z a t i o ni ns h a n g h a i ，a n dw em u s tl e a r na n d a c c u m u l a t ee x p e r i e n c ed a r i n gt h ep r a c t i c e a tt h ee n do ft h i sd i s s e r t a t i o n ，w eg i v e s e v e r a l t y p i c a l c a s e so ft h ew i r e l e s sn e t w o r ko p t i m i z a t i o nw i t ht h em o d e l sa n d m e t h o d sg i v e ni nt h i sd i s s e r t a t i o n k e yw o r d s ：p h s ，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 , p r o p a g a t i o np r e d i c t i o n ，r a yt r a c i n g i i 孙讹给硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 一 静砖鸯 嬲 像孑l j p 抛占承 研 融杰群撇啤辱仰凡蝴 序捌 渤缴救佯拿啼蒯糸 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名：燕池显k 日期：a 然lq 厶n 争 学位论文授权使用声明 本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版。有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论 文进入学校图书馆被查阅。有权将学位论文的内容编入有关数据库进 行检索。有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在 解密后适用本规定。 学位论文作者签名：南怕峪导师签名：翁奇眇 日期；a 们r 、b6 。b 工 日期：2 。- 上、6 、6 华东师范大学硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 p h s 系统简介 p h s 是个人手持电话系统( p e r s o n a lh a n d yp h o n es y s t e m ) 的简称，由日本无 线系统研究开发中心( r c r ) 在上世纪9 0 年代初开始研发，并以r c r - s t d 2 8 作为 p h s 的规范标准。p h s 采用数码通讯技术，与目前广泛使用的g s m 、窄带c d m a 等移动通讯同属第二代移动通讯系统。在我国p h s 俗称小灵通，所采用的无线 接入系统是在日本的p h s 系统的基础上经过改进后推出的。根据信息产业部的 有关文件定义：小灵通无线市话业务是固定电话网的补充和延伸。我国小灵通于 1 9 9 8 年在浙江余杭首次投入商业运营。目前，国内已经开通小灵通业务的城市 接近4 0 0 个，用户总数己突破5 0 0 0 万。 小灵通的强大生命力来源于其对用户要求的把握和对运营商业务拓展的匹 配上。在国内，大部分用户是在城市内部移动，他们需要一种能提供在城市内部 移动的通信方式，而不太在意是否能够在不同城市之间漫游使用。对这些应用户 而言，通信的成本也是一个关键因素。 小灵通正好满足了这些用户的需要：由于是无线市话，因此小灵通首先是一一 种移动通信业务，可以为用户带来使用的方便；其次小灵通是市话，主要考虑的 是在城市内部的移动使用，因此收费向市话看齐，对大部分用户来说，买得起用 得起。当然，小灵通系统能提供高质量的无线数据通信业务也是一个重要因素。 对运营商来说，目前在城市内传统的语音业务已经接近饱和。新的用户主要 来源于移动用户。小灵通是无线接入系统，系统安装方便，建设周期短；成本低 ( 目前每用户平均成本已经低于有线用户了) 、收效快，能为系统投资者带来巨 大的经济效益。加上能提供于其他移动通信方式类似的业务，因此，小灵通系统 在国内得到了广泛的应用。 1 2 p h s 标准起源 1 9 9 0 年，日本邮政省开始着手“p h s ”标准规范作业；1 9 9 3 年1 0 月，邮政省 宣布r c r - s t d 2 8 作为p h s 的规范标准；1 9 9 3 年，在北海道成功开了p h s 第一 个实验局；1 9 9 4 年，在东京也开始了相同的实验并开始投入商用；1 9 9 6 年7 月 3 日，来自1 2 个国家6 5 个通讯运营机构在新加坡国际展览中心成功召开了p h s 理解备忘录会议，并且成立p h sm o u 小组。 华东师范大学硕士学位论文第一章绪论 在中国，小灵通所采用的无线接入系统是在日本的p h s 系统的基础上经过 改进后推出的。1 9 9 5 年，原邮电部( 信息产业部前身) 主持进行了无线接入网 的论证和选型。共有1 5 家世界上主要的通信设备企业参加，会议认为p h s 在中 国是适用的。1 9 9 9 年5 月，小灵通的系统设备通过了信息产业部计量中心各项 测试。1 9 9 9 年3 月和2 0 0 0 年1 月，这个系统分别通过信息产业部电信管理局接 入网设备专家评审组初审及终审鉴定。 1 3 p h s 的发展情况 1 3 1p h s 在日本的发展情况 1 9 9 5 年中旬，第一个商用的p h s 系统在日本正式开通。从那以后，p h s 在 日本经历了一个爆炸式的增长过程 1 。1 9 9 5 年年底，已经售出了6 1 1 0 0 0 部p h s 手机【2 】。1 9 9 6 年7 月，发展到4 0 0 万用户。1 9 9 7 年7 月，发展到7 0 0 万用户。 其中d d ip o c k e t5 9 ，n t t p e r s o n a l2 4 ，p a s t e l1 7 ，如图1 1 所示。预计随着 费用的降低，到2 0 0 5 年p h s 的用户数将突破2 0 0 0 万 3 】。 图1 1 日本三大p h s 运营商的市场占有率比较 由于采用早期开发的1 0 r o w 的小功率基站，致使系统容易产生掉话、静音、 盲区多、维护费用高等缺点，因此1 9 9 8 年7 月起，日本p h s 用户开始停滞不前。 为了进一步的发展用户，d d i 开始网络改造，采用第三代大基站替换小基站。虽 然n t t 和a s t e l 在后退，但d d i 的用户数和业务量都在不断上升。 1 3 2p h s 的国际发展情况 图1 2 为p h s 的国际发展情况示意图。 从图中可以看出，p h s 的发展已经遍布世界各地。亚洲、拉丁美洲、大洋洲、 非洲等2 0 多个国家引入了p h s 技术。国际p h s 论坛在美国、澳大利亚、印度 等国家定期举行。 华东师范大学硕士学位论文 第一章绪论 图1 2p h s 的国际发展情况示意图 1 3 3p t l s 在中国的发展情况 1 9 9 7 年，浙江余杭开始了我国第一个小灵通试点，并于1 9 9 8 年1 月首次投 入商业运营。小灵通业务的推出，受到用户的热烈欢迎，并迅速在全国发展壮大。 目前，国内已经开通小灵通业务的城市接近4 0 0 个，用户总数已突破5 0 0 0 万。 浙江省余杭市是国内最早开放移动固话业务的城市。目前，该市移动圆话网络已 实现l o 乡镇统一联网，昆明与西安是国内最早建成并开放此项业务的省会城市， 昆明第一个月就放号4 0 0 0 多户，西安采用边建设边放号的方法，仅4 个月就有 7 万多市民购买了移动固话。可以毫不夸张地说，国内哪个城市开放了”小灵通” 业务，哪个城市就会刮起一股”小灵通”旋风。 1 3 4p i t s 的未来发展 在3 g 成为下一代移动通信主角的背景下，p h s 的发展也没有止步。根据日 本下一代p h s 研究工作组的报告，下一代p h s 的目标与3 g 类似，也是一个提 供个人无线多媒体服务的信息系统，同样是与i p 技术相结合，数据通信速率要 在3 8 4 k b i t s 以上。 目前p h s 的最高数据通信速率为6 4 k b i t s ，这是靠捆绑2 个信道实现的，下 一代p h s 的最高数据传输速率可达1 m b i t s 。以目前数据通信6 4 k b i t s 为基准速 率，下一代p h s 数据通信速率的提高主要体现在如下方面：采用1 6 q a m 的调 制方式，提高3 倍；频段加宽3 倍以及r o l lo f r 系数改善，提高3 3 倍；时隙构成 的高效化，提高1 2 倍；每帧分配的时隙数：4 ，提高2 倍。合计提高了1 6 倍。 下一代p h s 的标准化工作也在进行，相关的标准r c rs t d 。2 8v 4 0 已在2 0 0 2 年推出。 华东师范大学硕士学位论文 第一章绪论 1 4 小灵通的基本特点 小灵通采用了p h s 空中借口，因此小灵通也具有p h s 空中接口的典型特点： 低辐射、微蜂窝和优音质。 小灵通基站的发射功率最高为5 0 0 m w ，甚至低于普通g s m 手机的最大发射 功率，更不用说小灵通手机的平均发射功率只有l o m w ，这些构成了小灵通的最 大特色：“环保”。在日本，g s m 手机是不允许在医院使用的，但p h s 手机却可 以畅行无阻。如果一定要选择一种颜色来形容小灵通手机的话，“深绿”也许是 最恰当的。 由于小灵通基站的发射功率低，自然覆盖半径小，每个基站的蜂窝半径只有 百米级，与g s m 基站的公里级的蜂窝半径无法相比，因此，小灵通基站的覆盖 是采用微蜂窝甚至微微蜂窝的方式完成的。微蜂窝与蜂窝相比，有其利也有其弊。 其利在于同样的面积，由于微蜂窝的基站数量多，相对容易吸收业务；缺点是增 加了中断的切换频率。针对微蜂窝的这一特点，有两种解决思路：其一，强调小 灵通适合慢速移动，如步行时使用，这时的切换频率还是可以接受的；其二，在 终端上加以改进，有一种h 型的终端切换时间只有0 2 s ，这种终端即使是在快 速移动的情况下也可以自如切换。 小灵通语音编码采用了3 2 k b i t sa d p c m ( 自适应差分脉冲编码调制) 技术， 该技术是传统6 4 k b i f f s p c m 技术的改进，数据量降低了一倍，效果却不相上下。 因此，小灵通的音质与固定电话没有多大的差别，比g s m 系统效果要好。 1 5 本课题的提出及主要研究内容和创新之处 上海电信的小灵通网络建设开始于2 0 0 2 年，2 0 0 3 年5 月1 7 日在郊区开始放 号，市区于2 0 0 4 年5 月1 7 日开始放号。自放号之日起，小灵通的用户增长呈现 快速发展的趋势，至今上海市区和郊区已发展用户1 0 0 多万，且增长势头不减。 目前，上海的小灵通网络已经具有一定的规模，市内大部分地区都已经实现了信 号的覆盖。但是由于上海是一个国际性的大都市，建筑物的地理分布复杂，高层 建筑物多，电波的传播环境比较复杂，加上一些人为的因素，给基站的选址和布 设带来很大的不便，有些基站并没能按当初规划的位置进行布设，这就给后期的 网络质量带来了一些不良的影响。目前上海市的小灵通网络主要存在以下一些问 题： 1 部分地段信号欠覆盖。由于在网络规划和建设过程中考虑的不足，加之 一些人为的因素，造成某些地段没有无线信号的覆盖，形成覆盖的盲区，使这一 地区的小灵通用户无法使用小灵通的网络资源。 2 部分地区存在频繁切换和掉话的现象。在某些地区，用户在使用小灵通 4 华东师范大学硕士学位论文 第一章绪论 的时候，发现通过过程中经常会有短暂的中断现象，有时会发生掉话。这可能是 由于网络中存在过度的覆盖重叠，且此地区处于各个覆盖区的边缘，造成频繁的 切换，严重时会造成掉话。 3 + 室内覆盖的不足。由于小灵通基站的发射功率只有5 0 0 r o w ，覆盖范围有 限，再加上建筑物墙壁所造成的衰减，使得室内的信号很弱，容易造成小灵通手 机的无法呼叫或者频繁的掉话。 4 某些基站的同步情况不好。由于基站同步参数的设置不当，造成有些基 站同步情况不好，容易造成基站间的干扰。 5 有些寻呼区的规划不够合理。 由于现有网络存在以上一些问题，使得用户的投诉现象比较多，给运营商的 企业形象和经济效益都带来不利的影响，因此追切需要对现有网络进行优化，提 高网络的质量，减少用户的投诉率，提高用户的满意度。本课题就是在这样的背 景下提出的，作者本人自2 0 0 4 年5 月份一直在上海电信无线通信部实习，主要 从事的就是小灵通无线网络的优化工作，几乎参与了网络优化的每一个环节。 本课题的主要研究内容和创新之处有以下几个方面： 1 无线电波传播损耗分析和预测的研究。对无线电波的传播损耗进行深入 的研究，通过比较不同的损耗模型，结合无线统计学的原理，找出一种适合小灵 通无线市话工作频率内的较准确的预测模型，以此来指导实际的网络优化工作； 另外利用三维射线跟踪理论，提出一种基于三维射线跟踪八叉树算法的城市微区 电波传播预测算法模型。这也是本文的主要刨新之处。 2 无线网络优化工作的内容和方法。研究无线网络优化的主要内容，对于 无线网络中存在的主要问题如网络覆盖、基站同步、基站干扰、基站切换和p a 区规划等，提出了优化解决的方法。 3 结合上海电信小灵通无线网络优化的工作，利用文中提出的电波传播的 损耗预测模型和传播模型以及无线网络中存在的主要问题的解决方法，给出了几 个网络优化的典型案例。 1 6 国内外网络优化的发展情况 日本是最早研发p h s 并投入商业运营的国家，其网络结构比较完善、运营经 验也比较丰富，在网络优化方面也积累了大量的经验，值得国内的运营商和设备 制造商学习借鉴。在国内，各地的网络建设和投入运营的时间各不相同，因此各 地在网络优化方面经验也不尽一致，像浙江、广东等p h s 投入商用较早的省市在 网络优化方面积累的经验要丰富一些；另外不同的设备提供商之间在这方面积累 的经验也不一样。上海的p i t s 系统投入商用的时间较短，目前的网络建设也还不 是很健全，在无线网络优化方面的经验比较匮乏，需要更多的向兄弟省市和设备 华东师范大学硕士学位论文第一章绪论 提供商学习。 另外，由于p h s 、g s m 和c d y 9 、同属于第二代移动通信系统，而且它们在网络 结构方面有很多相似之处，g s m 和c d m a 由于运营时间长，网络建设和优化比较 成熟，在优化方面积累了很多的经验，因此p h s 的无线网络优化可以借鉴g s m 和c d m a 网络优化的经验和方法。 1 7 本章小结 本章首先介绍了p h s 技术的相关基础，包括p h s 技术的标准起源以及p h s 技术在世界各地的应用和发展情况，然后介绍了p h s 小灵通的基本特点，最后 结台上海电信p h s 系统存在的问题提出了网络优化的课题，并简要介绍了国内 外网络优化发展的现状。 6 华东师范大学硕士学位论文第二章p h s 无线网络基础 第二章p h s 无线网络基础 2 1 小灵通系统结构 小灵通系统从结构上可以分为两大部分：核心网络和无线网络。核心网络负 责与上层网络或者其他业务网络联系，无线网络负责业务覆盖。系统的结构如图 2 1 所示。 图2 1p h s 的系统结构示意图 以u t s t a r c o m 公司的小灵通产品p a s i p a s 为例，其系统的发展经历了核心 网络的两个发展阶段和无线网络的两个发展阶段。 2 1 1 核心网络的发展 早期的小灵通产品称为p a s ( p e r s o n a l a c c e s ss y s t e m ，个人接入系统) ，从其 名称上可以看出，这时定位为无线接入的系统，其核心网络利用v 5 接口和p s t n 网络中的交换机对接。 p a s 核心网络中的主要设备是r t ( r e m o t et e r m i n a l ，远端) 。r t 一方面利 用v 5 接口与交换机l e 相连，另一方面又通过q 9 3 l 协议与无线网络相连，承 担将交换机的资源传递到无线网络的中间人的角色，相当于接入网的功能。a t c ( a i rt r a f f i c c o n t r o l ，空中话务控制器) 通过e 1 链路与r t 连接，为用户提供 华东师范大学硕士学位论文 第二章p h s 无线网络基础 r t 之间的漫游服务，用来解决同一城市内的用户漫游。 随着系统容量的扩大和新技术的不断成熟，新一代的小灵通产品i p a s 诞生 了。顾名思义i p a s 即i p + p a s ，是在p a s 系统的基础上，对核心网络做了显著 的改进，将基于i p 的软交换技术引入了小灵通的核心网络。 在i p a s 核心网络中，服务器起着系统控制和业务管理的作用，相当于人的 大脑。服务器群有许多服务器组成，这些服务器以数据库为核心，各个服务器和 子系统通过局域网( 1 0 0 b a s e t 以太网) 与数据库相连。典型的服务器包括o s s ( 运行支持系统) 、n m s ( 网络管理系统) 和t s ( 软交换子系统) 。 g w ( 网关) 是i p a s 核心网络中非常重要的设备，g w 处于i p a s 核心网络 的中枢，是p s t n 、服务器群和无线网络联系的桥梁。与p a s 系统中的r t 不 同，g w 本身具有强大的本地交换能力，根据版本不同，一台g w 可以支持2 5 万个无线用户。 g w 通过s s 7 信令与p s t n 网路相连，通过i p 协议和服务器通信，利用q 9 3 1 协议与无线网络相连。值得一提的是，g w 、t s 采用了软交换等先进技术，保证 了i p a s 核心网络能支持百万计的用户容量。 2 1 2 无线网络的发展 无线网络使用基站与用户终端联系。早期小灵通无线网络中的激战发射功率 为1 0 m w ，称为r p ( r a d i op o r t ) ，因此其上层控制设备称为r p c ，即基站控制 器。r p 负责业务覆盖，r p c 负责管理r p ，并担当与核心网络的接口。r p 和r p c 构成了无线网络的主体。 基于r p 的无线网络固然有其特有的一些优点，如布设简单、对安装环境要 求低、可以远程供电等，但在使用中也发现由于r p 发射功率低，覆盖效果不够 理想。因此。后期的无线网络引入了c s ( c e l ls t a t i o n ) 。 c s 也是基站，其发射功率提高到5 0 0 m w 。c s 的上级设备为c s c ，即基站 控制器。c s 负责业务覆盖，c s c 负责管理c s ，并担当与核心网的接口。c s 和 c s c 构成了无线网络的主体。 由于c s 的发射功率比r p 高，因此利用c s 做大范围的覆盖效果远远超过 r p 覆盖的效果，而且c s 加强了信号的穿透能力，对室内的覆盖效果也有了很 大改进。当然，c s 相对于r p 而言，对安装环境要求高、布设相对复杂、需要 本地供电，在某些环境下，如室内、无本地供电的情况下，r p 还是有其用武之 地的。 目前，小灵通系统的无线网络是r p 和c s 结合的网络，c s 是无线网络的业 务覆盖的主干，r p 作为无线网络的业务覆盖的补充。 兰查! ! 雯型查兰堡主堂垡笙壅 兰三兰! 坚兰垂丝旦苎墨堕 2 2 p h s 空中接口 空中接口是移动通信基站和用户终端之间的接口，可以看作用户接口。与普 通用户接口不同，空中接口采用无线电波传递信息，而不是利用用户线传递信息， 所以空中接口又称为无线接口。 图2 2 p h s 空中接口 2 2 1p h s 空中接口参数及其与g s m ，c d m a ，c d m a 2 0 0 0 ，w c d m a 的比较 p h s 空中接口参数具体如表2 1 所示【4 】【5 】 6 】： 项目参数 使用频段 1 8 9 3 5 1 9 1 9 6 m 田 z 波长1 6 c m 载波间隔3 0 0 k 毗 频点数 8 7 频点宽度 2 8 8 k h z 多址方式t d m a 工作方式 t d d 调制方式 4 q p s k 语音编码3 2b i t s a d p c m 每载波信道数 4 传输速率3 8 4 kb i f f s 比特时常 2 6u s 表2 1p h s 空中接口参数 华东师范大学硕士学位论文 第二章p h s 无线网络基础 p h s 与g s m ，c d m a ，c d m a 2 0 0 0 ，w c d m a 的比较具体如表2 2 所示 7 ： 项目 p h sg s mc d m ac d m a 2 0 0 0 绛c d 髓以 颓率范围( h z ) 1 9 g h z 9 0 0 m ， 8 0 0 mi 9 g1 9 g 1 8 0 0 m 多址方式t d m a t ) m ac d m ac d m ac d m a 双工方式 t d df d df d df d df d d 频点间隔( h z ) 3 0 0 k2 0 0 k1 2 5 m1 2 5 m5 m 传输速率( b i f f s ) 3 8 4 k2 7 0 8 k1 2 3 m1 2 3 m3 8 4 m 比特时长( “s ) 2 63 70 80 802 调制( 上行) r 4o3 g m s k o q p s k h p s kh p s k q p s k 调制( 下行)r j 4 q p s k0 3 g m s kq p s k q p s kq p s k 语音编码方式a d p c m r p e - i t _ pc e l p c e l pa m r 语音码率( b i f f s ) 3 2 k1 3 k8 k 8 k1 2 2 k 滤波方式平方根升0 3 高斯h rf i r 平方根升余 余弦滚降 弦滚降 数据码率( b i f f s ) 6 4 k】4 4 k1 4 4 k 3 0 7 2 k3 8 4 k 终端最大功率1 0 m w0 8 w 或2 w1 w 表2 2p h s 与g s m ，c d m a ，c d m a 2 0 0 0 ，w c d m a 的比较 2 2 2p h s 空中接口的物理结构 2 2 2 1 帧结构 p h s 系统的接入方式采用4 信道时分多址复用( t d m a ) ，传输方式采用时 分双工( t d d ) 。每个载波按5 m s 一帧分成8 个时隙( 每时隙6 2 5 u s ) ，给下行信 道( 基站一手机) 分配4 个时隙，上行信道( 手机一基站) 也分配4 个时隙，因 而每个载频可容纳4 个双工信道。图2 3 所示为t d m a t d d 的帧结构。 依据p h s 的帧结构，我们把每个时隙称为一个物理信道。同时，前面已经提 到，物理层要传输两种信息，一是用户的业务信息，包括话音和数据；二是系统 的信令信息a 因此，可以把物理信道分为控制信道( 控制时隙) 和通信信道( 通 信时隙) ，其中控制时隙用于信令的传输；通信时隙用于用户信息的传输。 每个物理信道中可以包含一个或多个逻辑信道，视逻辑信道需要的比特数确 定。逻辑信道指具有某种功能的数据组，如用于用户信息的信息( 业务) 信道和 呼叫控制的控制( 信令) 信道。常常在一个物理信道中同时安排信息和控制这两 华东师范大学硕士学位论文 第二章p h s 无线网络基础 种逻辑信道。 控制时隙 通信时隙 图2 3t d m a t d d 的帧结构 控制时隙使用控制载频，因此是固定的。通信时隙的载频可以不固定，由基 站根据信号的强度和干扰等情况在频点范围内灵活选择，当然控制载频及其保护 载频是不能选择的。此外，由于p h s 系统空中接口采用t d d ，其上下行对应时 隙还是使用同一频点。 p h s 帧的每个时隙包含2 4 0 b i t 的数据，因为每秒钟有2 0 0 8 = 1 6 0 0 个时隙， 传输1 6 0 0 2 4 0 b i t = 3 8 4 k b i t 的数据，因此p h s 空中接口的传输速率为3 8 4 k b i t s 。 各种功能的逻辑信道分类见表2 3 。 占用 逻辑通道名称功能 时隙 下行，单向传送用于校正p s 频率，c s 的识 广播控制( b c c h ) 别码等公用信息 控 寻呼( p c h ) 下行，用于单向寻呼p s ，可在一个或数个 制 微蜂窝内同时进行 时 上下行，双向，用于呼叫建立过程中双向传 隙专用控制( s c c h ) 送系统信令，如登记、鉴权、信道分配等 上行，用于p s 主叫的建立，请求分配一个 用户寻呼( u p c h ) s c c h 信道等 通 同步( s y n )上下行，使双向通信时隙同步 信 时 隙信息( t c h )上下行，双向传输用户信息 华东师范大学硕士学位论文 第二章p h s 无线网络基础 上下行，占用部分通信时隙，双向传输与某 慢速随路控制( s a c c h )信道有关的功率控制、用于微蜂窝切换的小 区信号强度信息等 上下行，占用全部通信时隙，传输与某信息 快速随路控制( f a c c h )信道有关的指令，如进行小区切换时，因占 用时间短，不妨碍通话 表2 _ 3 各种功能的逻辑信道分类 2 2 2 2 时隙的结构 1 控制时隙 下图表示了控制时隙中上下行数据的安排结构。控制时隙数据帧结构可用于 各种逻辑信道，各种信令逻辑信道的数据放在控制时隙的信息比特( i ) 的位置 传输。 下行： t 型型! ! 塑 ，l i rs sp ru wc ic s i dic r cg u a r d b c c h 上行 rs sp ru wc ic s i di c r cg u a r d p c h rs sp ru 孵c ic s i d p s i dic r cg u a r d s c c h rs sp ru wc ic s i dp s i dic r cg u a r d s c c h 图2 4 控制时隙结构 2 通信时隙 通信时隙的上下行结构是一样的，如图2 5 所示。 通信时隙主要用于用户信息的传输，但在其中也安排部分随路信令。在传输 f a c c h 信令时，占用全部时隙。在t c h 和f a c c h 逻辑信道中的s a 代表s a c c h 逻辑信道的数据。 华东师范大学硕士学位论文 第二章p h s 无线网络基础 l 塑型! ! 塑一 rs sp r j w c ic s i d p s i dic r cg u a r d s y n rs sp rt a wc is a ic r cg u a r d t c h rs sp ru wc is aic r cg u a r d f a c c h 图2 5 通信时隙结构 3 时隙中各信号功能 如上面两图所示，一个时隙2 4 0 b i t 分别由各种信息组成，其各自的功能总结 如表2 4 1 8 j 英文代码信号名称用途 r应答 相邻时隙缓冲间隔，可取4 位全“0 ” s s初始码元帧同步码字，用于8 时隙帧同步或复帧同步 p r前缀用于位同步 u w用户字用户代码，一般由个人和群地址两部分组成 c i信道类别给出各逻辑信道标识符 c s )基站标识码给出主叫或被叫基站标识码 p s i d手机标识码给出主叫或被叫手机标识码 i信息要传输的信息比特 c r c循环冗余校验放检错编码产生的监督位 防止同步较差情况下相邻时隙数据重迭，一 g u a r d保护位 般全取0 2 3 手机工作方式 表2 4时隙中各种信号的功能 2 3 1 开机搜索过程 c s 每隔1 0 0 m s 发送一次c c h 信号，当p s 开电时，马上开始寻找c s ，当 p s 与c s 同步上后，手机每隔l o o m s 向c s 发送一次短跟踪消息，手机开始寻 华东师范大学硕士学位论文第二章p h s 无线网络基础 求登记，当c s - i d 是同一个i d ，手机不会再登录，接下来开始短跟踪和长跟踪。 具体过程描述如下： 当c s i d 未发生改变： 1 ) 开机搜索：大概l o o m s 2 ) 短跟踪：1 0 0 m s 3 ) 本地登记或验证 当c s i d 是同一个i d 1 ) 开机搜索：约1 0 0 m s 2 ) 短跟踪：1 0 0 m s 3 ) 长跟踪：1 2 s l o o m s c s h nnnnnn 几_ 图2 6 手机搜索示意图 2 3 2 本地登记 如果手机烧过号，其登记过程如下： n 开电。 2 ) 每隔一段时间寻找c c h ，检测载波信号。 3 ) p s 向c s 发接入信号，但是如果所给的操作号( o p e r a t o ri d ) 不对，p s 将不发c c h 。 4 ) 如果p s 检测到c c h 信号大于某个设定值( 如：2 6 d b u v ) ，将显示“公 众”标志。 接下来，p s 寻找自己内存中的c s i d ，如果无c s - d 或检测到的c s i d 与 内存中不同，p s 会要求本地登记，如果一样的c s i d ，p s 会显示接收信号强度。 2 3 3 手机作主叫 当手机显示“公众”时，就可以打电话了，基站验证手机的p s 一工d ，如果p s i d 和用户校验码、用户属性是正确的，此时无论手机是否作了登记，都可以打电话。 并 j萏舀墨 华东师范大学硕士学位论文 第二章p h s 无线网络基础 p s 手机发起呼叫时，先到接收信号最强的c s 去发起请求，如果c s 信道忙 会切换次强的c s 请求，最多可以切换8 个基站，仍然失败则手机送忙音。 需要说明的手机选择c s 接入并非严格按信号强弱来接入，只是一个大致的 顺序。 2 3 4 手机作被叫 如果p s 未结束本地登记，p s 将无法接听电话。如果打电话时登记基站忙， 则在预先分好的呼叫区内寻找其他的基站接入。 当p s 作被叫时，访问h l r 由m p 控制到h l r 中查找位置，由h l r 得知被 叫所在呼叫区( p a ) ，由m p 控制p a 所有的c s 发寻呼消息。 p s 手机被寻呼时，当收到基站控制信道广播的寻呼消息，p s 会到收到信号 最强的c s 发出接入请求，如果c s 信道忙，则切换到次强的c s 请求接入，最 多可以切换4 个c s ，如果仍然没有信道，此时网络侧一般情况下已经寻呼超时， 从而产生一次被叫不振铃，另外在基站之间的同步不太好时，基站之间的干扰会 导致基站和手机之间的消息丢失，也会产生被叫不振铃。 2 3 5 手机切换 p s 从和某基站的连接转换到和另一基站的连接时，通话依然保持着，称为 切换。 当p s 的接收信号强度低于某个阀值时( 2 6d b u v ) ，p s 将接收另一个基站 的信号，如果此c s 无空闲信道，还须寻找下一个c s 进行切换。在切换时如果 信道忙，最多搜索1 2 个c s ，搜索最长时间为8 s ，此时还不能完成切换，将返 回原基站进行通话，如果信号仍然很弱，手机会很快发起第二次切换。如果返回 时原基站信号太弱，就会断话，昕到手机送的忙音。在信号很弱的交叉覆盖区， 手机可能会在几个c s 之间反复切换，从而导致话音时断时续。 当手机移动到新的呼叫区时，会向网络侧发出登记请求，通话过程中跨p a 切 换时，先切换，等通话结束后再向网络侧发起登记。 2 3 6 t c h 切换 当基站的f e r 超过某一值时，p s 的t c h 将寻找更好的t c h ，以便保持高 质量的通话。 2 4 基站 在p h s 无线通信系统中，基站是连接个人终端和网络的桥梁。它提供p s 用 户主叫、被叫、位置登记、t c h 切换和不同基站间切换的服务功能。 此外，基站还提供了操作维护的功能。维护人员可以登录基站；查看基站的 华东师范大学顽士学位论文 第二章p h s 无线网络基础 服务状态、资源状态、故障信息；变更基站的服务状态；收集话务量信息以及进 行参数和程序下载管理等。同时，基站在检测出自身的异常和故障时，启动自动 复原功能，将故障信息存储在基站内并主动将告警信息上报给操作维护台。 2 4 11 0 m w 基站 l o m w 基站分为室内型和室外型两种，统称为r p ( r a d i op o r t ) 。r p 通过双 绞线与基站控制器连接r p c 连接，可提供1 c 3 t ( 1 个控制信道，3 个话务通道) 的空中信道。r p 由于发射功率低，因此可以由线路馈电，不需要本地的电源， 称为远端供电。因此r p