（通信与信息系统专业论文）基于phs网络的无线市话网络优化研究.pdf

摘要 p h s 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，了解了其空中接口的结构。 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 衰落进行理论分析研究开始，结合p h s 系统自身特点，建立了适合p h s 无线网络的传播预测模型，给出了一种基于自适应原理的无线传播损耗 预测算法。该方法基于己有的统计预测模型，针对被测小区的实际路测 数据，运用自适应原理构造出均方误差最小情况下的代价函数，推导出 计算公式，得出传播预测模型的参数，实现传播损耗预测，为无线网络 优化提供了理论依据。 结合实际，对于p h s 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、和p a 区规划等，本文提出了优化解决的方法。最后 本文结合提出的无线网络优化的方法给出了频域干扰优化和呼叫区网 络优化的实际案例。 关键词：p h $ 传播预测自适应无线网络优化 a b s t r a c t p h sb e l o n g st om o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m f i r s t l y , t h et h e s i s a n a l y z ei t sp r i n c i p l ea n dk n o ws o m e t h i n ga b o u tt h es t r u c t u r e 强et h e s i sm a i n l yr e s e a r c h e dt h e l e s sl o c a lt e l e p h o n en e t w o r k o p t i m i z a t i o nf o rp h s t h ep r e d i c t i o no ft h ep r o p a g a t i o no fe 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 nu r b a na r e a sw h a r es u b s c r i b e rd e n s i t yi sl l i 出，a n d t h eb u i l d i n g sh a v eap r o f o u n di n f l u 锨o nt h ep r o p a g a t i o n b a s eo nt h e o r y a b o u tt h ep r o p a g a t i o no fp h sw i r e l e s sh e , t w o r ke l e c t r o m a g n e t i cw a v ea n d t h ec h a r a c t e r i s t i co fp h s ，w ef o u n dap r o p a g a t i o nm o d e lt oa n a l y z et h e p a t hl o s sa n da na r i t h m e t i cb a s e do nt h ea d a p t i v ec o e 伍c i a n ti nt h i st h e s i s t h en e wa l g o r i t h mi sb a s e do ns e l f - a d a p t a t i o nt h e o r yw h i c hi m p r o v e s c a l c u l a t i o n p r e c i s i o n o ft h e p r o p a g a t i o np r e d i c t i o n m sg i v e s t h e t 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 sw i r e l e s sn e t w o r k t l l i st h e s i sp r o p o s e dt h ew i r e l e s sp u b l i co p i n i o nn e t w o r ko p t i m i z e d s o l u t i o nm e t h o dt os o l v et h ed i s t u r b a n c ei np h sn e t w o r ks u c ha sn e t w o r k c o v e r , c ss y n c h r o n i z a t i o n , c sd i s t u r b a n c ea n dp a g i n ga r e ad i v i s i o na n d s o o n 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 et h ea c t u a l l yt y p i c a lc a s e so ft h e w 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 dm e t h o d sg i v e ni nt h i s d i s s e r t a t i o n k e yw o r d s ：p h s ，p r o p a g a t i o np r e d i c t i o n ，a d a p t i v e ，w i r e l e s sn e t w o r k o p t i m i z a t i o n 长春理工大学硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的硕士学位论文，基于p h s 网络的无线市 话网络优化研究是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取 得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律 结果由本人承担。 作者签名：盘盘2 丝 年g 啁三日 长春理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“长春理工大学硕士、博士学 位论文版权使用规定”，同意长春理工大学保留并向国家有关部门或机 构送交学位沦文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 长春理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。 作者签名：孑孑02 纠7 年月- z h作者签名：寸吵飞2 纠7 年z 侗 指导导师签名：堑塾仝! 年旦月三同 1 1 无线市话的含义 第一室绪论 “无线市话”是采用数字无绳技术的无线接入系统，用户通过无线 传输媒质接入本地电话交换机，系统在为用户提供现有固定电话业务功 能的同时，还可以提供在本地范围内的移动性通信功能，其资费标准等 同固定电话，满足了广大用户以低廉的价格享受移动通信服务的需求。 这里有必要介绍一下无线接入这个概念，无线接入是指从业务节点接口 到用户终端之间的传输线路，部分或全部采用了无线传输方式，采用的 技术主要包括微蜂窝技术、蜂窝技术、微波点对多点技术和卫星通信技 术。无线接入从移动性角度可分为固定无线接入和移动无线接入两大 类。无线市话接入技术包括p h s 、c d m a 、s c d m a 、c t 2 、d e c t 等，其中基 于p h s 技术的产品占据了9 0 以上的市场份额，如u t s t a c o m 公司的i p a s 系统就是无线市话的典型代表m 。 1 2p h $ 系统简介及特点 1 2 1p 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，在我国俗称 小灵通，所采用的无线接入系统是在日本的p i t 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：p h s 无线市话业务是固定 电话网的补充和延伸。 1 2 2 小灵通的基本特点 小灵通采用了p h s 空中接口，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柬形容小 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 见时，反射场强可以用粗糙表面的修正反射系数来表示 t ，m 神= p ，。 3 2p h $ 无线网络传播特- 陛 1 短期衰落 短期衰落又称多径衰落，即快衰落。其概率密度函数是由瑞利分布 给出，所以又称瑞利衰落。 2 衰落深度和衰落速率 信号的衰落深度定义为实际接收机信号有效值与自由空问传播时 信号电平之差。由于差值在每次衰落时都不同，是随机变化的，因此定 义了平均衰落深度，它是信号中值与概率p r o b ( ， o ) 通过某一规定电平r 的每秒平均次数。其实际意义是如果把规定r 取为接收门限值则电平 通过率就是单位时间内信号包络低于门限的次数。因为信号包络是随机 的，所以电平通过率也是随机的。 4 衰落持续时间 衰落持续时间定义为接收信号低于某一电平的持续时间。如果接收 信号电平低于接收门限电平的话，通信就要中断。 5 莱斯衰落 当有一个起支配作用的不变的( 非衰落) 信号分量存在时，如视距 ( l o s ) 传播路径，小尺度衰落包络将服从莱斯分布。 6 长期衰落 长期衰落即慢衰落。当移动用户行进时，由于地形起伏或建筑物等 阴影效应，有一较强的反射波的逐渐加入或消失，引起信号场强中值的 缓慢起伏衰落，这种衰落也称为阴影衰落，它服从对数正态分布“- 1 1 3 1 。 3 3 传播预测方法分类 根据传播损耗预测方法的性质，可以将已有的传播损耗预测方法分 为确定性模型和统计模型两类1 1 4 | 。 确定性模型是对具体的现场环境直接应用电磁理论计算的方法。在 确定性模型中，己使用的几种技术通常基于射线跟踪的计算电磁学方 法：几何绕射理论( g t d ) 、一致性劈绕射理论( u t d ) 、几何光学( g 0 ) 以及 不经常用的精确方法，如积分方程( i e ) 法或有限差分时域法( f d t d ) 。在 市区、山区和室内环境情况中，确定性的无线传播预测是一种极其复杂 的电磁学问题。电磁覆盖的数学复杂度使它不可能预测高度精确的无线 传播。无线传播和环境特征( 诸如建筑物高度、街道宽度、地面类型等) 有很大关系。“”叫棚。 统计模型是根据大量的测量结果统计分析后导出的公式。用经验模 型预测路径损耗的方法很简单，不需要相关环境的详细信息，但是不能 提供非常精确的路径损耗估算值。由于经验模型计算的是闭式形式的公 式，所以可以很容易和快速地应用它们r 2 1 。 由于移动通信所在环境的多样性，所以每个传播模型都是针对某特 定类型环境设计的。因此，可以根据传播模型的应用环境对它分类。通 常考虑的3 类环境是：宏小区、微小区( 或微蜂窝) 、微微小区( 或微微 蜂窝) 。 宏小区是面积很大的区域，覆盖半径约l k m - 3 0 k m ，基站发射天线通 常架设在周围建筑物上方。通常，在收发之间没有直达射线。 微小区的覆盖半径在0 1 k m l k m 之间，覆盖面积并不一定是圆的。 发射天线的高度可以和周围建筑物高度相同或者略高于或低于周围建 筑物。通常，根据收发天线和环境障碍物的相对位置分成两类情况： l o s ( 视距) 情况和n l o s ( 非视距) 情况。 微微小区的典型尺寸是在0 0 1 k m 一0 i k m 之间。微微小区可分为两 类：室内和室外。发射天线在屋顶下面或在建筑物内。无论在室内还是 在室外情况中，l o s 和n l o s 通常要分别考虑。 3 4 传播损耗预测模型 理论上，计算传播损耗时，自由空间和平坦地面模型可以用来描述 影响接收信号场强的许多基本参数。但是，实际情况是移动通信信道是 随参信道，变化迅速，受传播环境影响极大。运用理论上的这些方法没 有考虑影响传播损耗下列因素： ( i ) 发射信号在到达接收端之前经过了多次反射和绕射。比如很多 情况下信号经过人工建筑物，如房屋、高楼等，以及其他的散射体，如 树木、车辆等。甚至有时从发射端到接收端没有直达路径。 ( 2 ) 传播路径上各种散射体分布的无序。 ( 3 ) 移动终端( 接收端) 的运动。 ( 4 ) 地貌特征的不规则变化。 以上因素的影响产生的衰落为快衰落和阴影衰落。其中快衰落主要 是由前3 类因素引起的，可以分别用瑞利分布或者莱斯分布来描述。而 阴影衰落则主要是由第4 类因素引起的，通常服从对数正态分布。上述 影响传播损耗预测的多种因素及它们的随机性表明：使用理论上简单确 定的预测方法进行传播损耗预测是很难行得通的。而如果使用前面所述 的确定性预测方法，考虑上述影响因素，计算每一点上可能到达的射线 幅度和相位，其计算量是极其庞大的，对一个微微小区的计算可能就会 耗费几小时，甚至几天。同时需要精确的地理信息库，这往往又是很难 得到。基于此原因，发展起来许多基于统计方法传播损耗预测模型。这 些模型中又以h a t a 模型和c o s t 2 3 1 w a l f i s h i k e g a m i 模型比较典型，并 且在移动通信网络规划和优化中得到广泛应用，起到重要的作用 z 2 1 ”1 。 3 4 1 自由空间传播模型 自由空间传播模型属于确定性模型，通常被认为是基准传播模型， 它反映的是在信号发射端与接收端完全没有阻碍的情况下的电磁波传 播性能，它是下文所有其他传播模型的基准。其他传播模型都是参考在 它的基础上，基于各种环境特性，进行补充，以求更真实的反映传播环 境。自由空间传播模型的路径损耗公式如下所示： = i ( 丁4 n d j 、2 ( 3 3 ) 在上面的公式中，d 是收发信机之间的距离。九是发射波的波长。 由于九= c l f ( 其中e = 3 o x l 0 8 m s ) ，带入上式得到 ，1 4 , 1 a i ) 2 岛m 空间2 i j ( 3 4 ) 两边取对数后即得到常用的自由空间传播模型 岛自蜘( 招) = 3 2 4 5 + 2 0 1 9 f ( m h z ) + 2 0 1 9 d ( k m ) ( 3 5 ) 这也是自由空间的衰耗公式，其中：厂单位j 幽玉，是传输速率，在 p h s 网络中等于1 9 0 0 纰：d 的单位是b n ，在实际分析中可以理解为 是基站与手机终端之间的距离，一般情况d 1 0 m ，所以d 的取值可以考 虑为：l o 1 0 0 0 m 。 p h s 网络空间传播链路计算中需要定义以下几个参数： ( 1 ) 基站的发射功率只：p o = 5 0 0 m l = 1 3 5 7 4 9 ( d b ) ( d b 是p h s 网 络中衡量电平的单位) 。 ( 2 ) 基站天线的发射增益g ：一般在p h s 网络中所使用的天线增益 为g t ：9 d b 。 ( 3 ) 基站天线的发射功率霉：霉= + g ，= 1 3 5 7 4 + 9 = 1 4 4 7 4 ( d b 肛v ) 。 ( 4 ) 三：是从基站天线发射出的信号功率经过一定的路径到达手机 终端天线之间的衰耗，单位d b 。 ( 5 ) 手机终端天线的接收功率只= 只一l 。 自由空间的手机接收信号强度的仿真： c = 只- l = 1 4 4 7 4 - 3 2 4 5 - 2 0 1 9 ( f ) + 2 0 1 9 ( d ) ( 3 6 ) 根据上面的公式，用姒t l a b 仿真出如图3 2 。 理 瓣 辫 雷 g 辎 瘿 翦f g o 图3 2 自由空间模型仿真电平分布图 分析： ( 1 ) 自由空间的衰耗这是一种理想状态，是手机与基站天线之间的 直射路径上产生的衰耗。 ( 2 ) 从图形上看出，在信号传播1 公里后，还是很强，大于4 5 d b 肛v ， 但是在一个城市中由于建筑密集，建筑物之间平均距离为5 0 米，加上 一般情况下手机终端不可能固定不动，具有移动性，例如在走路或坐车 的时候。所以基站信号经过传播后到达一公里外是不会这么强。所以需 要一个适合城市的传播模型来模拟信号电平的分布情况。 3 4 2o k u m u r a - h a t a 模型和c o s t 2 3 1 一h a t a 模型 o k u m u r a - h a t a 模型属于经验模型，是在奥村曲线上进行修正得出 的。其模型中加入另外修正因子用以修正不同的地形特征( 市区、郊区、 乡村、山区等) 、天线高度、建筑物特性( 高度、材料等) 、街道的形状 与方向及水面等环境耻“。 其适用范围如下所示： = 1 5 0 1 5 0 0 m l - i z ； 基站天线有效高度瞳= 3 0 2 0 0 m ； 移动台天线高度在1 l o m ： 通信距离d = - l - 2 0 k m 时。 准平滑地形城市两个全向天线之间的传播损耗经验公式为 厶= 6 9 5 5 + 2 6 1 6 1 9 f 一1 3 8 2 1 9 ( h b ) 一口( k ) + l4 4 9 - 6 5 5 1 9 ( h h ) l l g d ( 3 7 ) 其中： 厂工作频率，单位为m h z ； 鬼基站天线的有效高度，单位为m ； d 基站与移动台之间距离，单位为k m ； 口( ) = ( 1 1 l l g f 一0 7 ) - ( 1 5 6 1 9 f - o 8 ) ，适用于中等城市； 口( ) = 8 2 9 ( 1 9 1 5 4 h m ) 2 - 1 1 ( 厂一 1 0 米，所以取l “1 0 0 0 m ； 只：基站天线的发射功率只= 只+ g = 1 3 5 7 4 + 9 = - 1 4 4 7 4 ( d b i _ t v ) 。 由于p h s 网络的组建是微蜂窝制的，该模型在小区域内可以将地理 环境近似为平坦区域。因此对魂、k 取值为相对地面高度，实际中通 常取有效高度为鬼= 2 4 米，一般人使用的移动终端大多放在腰间，所以 可以取吃2 1 5 米。根据公式口( ) - - ( 1 1 l l g f o 7 ) - ( i 5 6 1 9 f - o 8 ) 。 0 0 9 4 d b ，所以得出基站高度一定的情况下，在中小型城市c o s t 2 3 1 一h a t a 的模型。 厶= 4 6 3 + 3 3 9 1 9 ( 1 9 0 0 ) 一1 3 8 2 l g ( 2 4 ) - 0 0 9 4 + 【4 4 9 6 ，5 5 1 9 ( 2 4 ) l g ( d ) f 3 9 ) 手机接收信号强度的仿真公式为 0 = 只一上h 蛔 = 1 4 4 7 4 - 4 6 3 + 3 3 9 1 9 ( 1 9 0 0 ) - 1 3 8 2 1 9 ( 2 4 ) - 0 0 9 4 + ( 4 4 9 - 6 5 5 l g ( 2 4 ) l g ( d ) 】 ( 3 1 0 ) 根据上面的公式，用m a t l a b 仿真结果如图3 3 。 g 瓣 辫 雷 罄 巡 释 豁 图3 3c 0 s t 2 3 卜b a t a 模型仿真信号电平分布图 分析： ( 1 ) 是手机与基站天线之间的多条路径上产生的损耗。 ( 2 ) 从图形上看出，在信号传播1 0 0 米后，已经小于4 0d b ，传 播l 公里后信号电平几乎为0d b i j t v 。 3 4 3c o s t 2 3 1w a l f i s h i k e g a m i 模型 c o s t 2 3 1w a l f i s h - i k e g a m i 模型是欧洲科学与技术委员会推导出的 另一个经验模型。在此之前的传播模型是把基站与接收机之间的传输路 径考虑为直接到达。这种类型的模型对于小区覆盖半径较大或天线高度 较高的系统比较适合。但对于那些小区覆盖半径小于i k m 并且很少有视 距传播信号到达的通信系统不太适合。c o s t 2 3 1w a l f i s h - i k e g a m i 模型 就是开发用来计算典型市区环境下8 0 0 删z 到2 0 0 0 删z 的路径损耗的。 这个模型既考虑了视距传播环境也考虑了非视距传播环境。对于视距传 播部分，模型使用了自由空间传播模型，对于非视距传播部分，它多考 虑了两个损耗，即从基站所处的建筑物屋顶到街道的绕射与散射现象及 多次屏蔽损耗 2 4 1 。该模型主要由以下三个部分组成： 自由空间损耗( l 。) ； 多次屏蔽损耗( k ，) ； 屋顶到街道的绕射与散射损耗( 厶。) 。 该模型的使用范围如下： 频率( z ) = 8 0 0 2 0 0 0 m h z ； 基站天线高度( 卜和5 0 m ； 接收机天线高度( k ) = 1 3 m ； 基站的覆盖范围( d ) = 2 0 5 0 0 0 m 。 该模型的表达式由三个部分组成： 一 l k + + l c o s r 2 1 如( k + k o ) ( 3 1 1 ) 其中自由空间传播损耗k 的表达式为 - - 3 2 4 4 + 2 0 1 9 ( 缸) + 2 0 l g ( 屯) 屋顶到街道的绕射与散射损耗( k ) 的表达式为 ( 3 1 2 ) 厶，= 一1 6 9 一l o l g w + l o l g f + 2 0 1 9 a h 。+ 厶 ( 3 1 3 ) 其中： 街道宽度( 单位：m ) 以= 属耐一；呜。为建筑物屋顶高度( 单位：m ) 9 入射波与街道方向的角度( 单位：度) 图3 4 为c o s t 2 3 1w a l f i s h i k e g a m i 的街道模型，图中b 为电磁 波传播方向上的建筑物间隔( n ) ，为街道宽度( m ) ，觚为天线高度与 屋顶高度差( 必= 幺一k ) 。 卜叫卜j 叫 图3 4c 0 $ t 2 3 1w a l f i s h i k e g a m i 的街道模型 多次屏蔽损耗( z 0 ) 的表达式如下所示： 。= 毛 + t o + l g d + t 培无一9 1 9 6 婚1 4 ) 其中， ，f 一1 8 1 9 ( 1 + 幽b ) 1 m 2 1 0 历 a i s h “ 由上式可以看出当散射与多次屏蔽损耗之和等于o 时，该模型变为 自由空间传播模型。但是由于c o s t 2 3 1w a l f i s h - i k e g a m i 模型在计算链 路损耗时，必须知道街道宽度等详细地理信息，适于在峡谷型地带使用。 3 5 自适应参数传播损耗预测算法 3 5 1 基于实测数据进行场强传播预测的合理性 因果关系贯穿所有物理过程的始终。物理对象的状态与其结果之 间通过物理规律相关联。移动通信中场强传播损耗有其物理规律，特定 小区内的某一点的信号场强是该小区无线电波传播环境造成的路径损 耗，是阴影衰落和多径衰落的综合作用的结果。如果以合理的方法莰：得 小区内一些点的场强，经过处理得到这些点的场强传播损耗中值，那么 这些点的实测值就蕴涵了该小区的地理环境对无线电波传播损耗影响 的物理规律。如果能够获得相当多的实测数据，即经过预处理消除快衰 落的场强中值，从理论上将就可以从中提炼出该小区环境中场强传播损 耗的物理规律。事实上，许多己有的传播损耗预测方法正是这个思想在 实际中的应用。 传统的许多移动通信传播损耗预测方法是根据某地的大规模测量 来获得大量的传播损耗原始数据，通过曲线拟合的方式得到传播预测曲 线或者闭式的方程。由于这些模型是对传播环境进行分类来进行具体的 预测，那么使用这些模型进行传播预测时，对环境的正确分类将至关重 要。模型假设相同类型的环境具有类似的传播特性，因而在给定的距离 处的传播损耗基本一致。这个假设显然是合理的，因此使用时若分类正 确，就可以获得较好的预测效果。但是如果不能对当地的传播环境进行 正确分类就会出现很大的令人难以接受的偏差。实际情况是分类取决 于网络规划设计者对当地环境的主观认识，不同个人，不同国家和不同 城市分类标准会存在很大的差异。因此运用这些模型时必然受到模型本 身假设的局限性，同时也无法预先知道是否能够对特定的环境进行较准 确的传播损耗预测。 如果针对实际的小区基站，进行一些必要的场强实测，从测量数 据中提取该小区中无线信号的传播损耗规律，得到传播预测曲线或者闭 式的方程，这必然比主观判断更加符合当地实际情况。而且，移动通信 工程中，各个移动基站维护人员的日常工作就是进行路测来获得小区覆 盖的状况，这样预测用的实测数据也能够很方便的获得，符合移动通信 的实际情况。 3 5 2 自适应参数预测算法 运用路测数据进行无线传播损耗预测的实质是实现预测系数的自 适应选择。分析参考文献中已有的自适应思想显然对算法的设计有启发 作用。这些文献分别从不同的角度提出了运用自适应原理进行传播损耗 预测的思想，并针对已有的传播预测模型，包括o k u m u r a h a t a 模型、 i b r a h i m - p a r s o n s 模型、m a c i e l b e r t o n i x i a 模型、w a l f i s h b e r t o n i 模型等，提出了一套本质上相同的改进方案，即利用自适应技术修正各 个模型系数以提高预测精度“”。 纵观这些文献的理论思想和实现方法可以发现：首先，自适应算法 能够有效地提高预测精度：其次，自适应算法需要考虑影响传播损耗的 各种物理因素；第三，需要运用实测数据来进行计算修正系数。 考虑上述情况，结合本章开始部分讨论过的各种己有的传播方法， 综合考虑载波频率、发射天线高度、接收天线高度、以及收发天线问的 距离对传播损耗的影响，以c c i r ( 即i t u 国际电信联盟) 的推荐预测模 型对应的方程为基础，针对实际的测量数据，运用自适应原理设计了均 方误差最小代价下的最优算法“”。 重新抄录公式( 3 8 ) 如下： 厶= 4 6 3 + 3 3 9 1 9 f 一1 3 s 2 1 9 ( k j 一4 ( k j4 - l4 4 9 6 s s l g ( h 。) l 培d 分别以墨、墨、墨、蜀、墨代替上式的常数3 3 9 、1 3 8 2 、4 4 9 、 6 5 5 、4 6 3 ，则有 厶= k i l g f k k ( k ) + i 巧一k 4 l g ( h b ) i l g d + 髟一口以) ( 3 1 5 ) 令蜀= k - a ( k ) ，y 为传播路径损耗。 y = k + 墨l g f - k 2 l g ( h b ) 4 - k 3 l g d k 4 l g ( h b ) l g d ( 3 1 6 ) 在一次测量中，载频厂和发射天线高度玩是确定的值，接收天线高度也 可以认为是不变的。那么，对于每一个距离发射天线d 处的实测点，利 用( 3 1 6 ) 计算得到传播损耗为 夕= 蜀+ 墨l g f - 鹭i g ( h b ) + k ，l g d k 。l g ( h h ) l g d ( 3 1 7 ) 将蜀、k 、蜀、墨、蜀作为待定系数，利用自适应原理中的最小均 方误差构造代价函数如下： e = ( 奠一只) 2 ( 3 1 8 ) 其中咒表示与允相对应实际测量到的传播损耗中值，n 为用于计算的测 量值的总数，p 为均方误差。将式( 3 1 7 ) 代入式( 3 1 8 ) 得 。：n 一乃) 2 = 兰t = l ( 蜀+ 墨k 厂一哎1 9 ( h a + 墨l g d k 4l g ( h b ) l g j ) 一y ， 2 ( 3 1 9 ) 要使f 最小，蜀、置、恐、玛、蜀的最优值可以通过对式( 3 1 9 ) 分别对、置、岛、蜀、蜀求偏导数，令其值为0 来获得。这样就 得到了一个线形方程组，即 n k 培2 ，+ 培，( k 培( 恁) + 墨培d 一墨培( 磊) 培d 一只) = o ( 3 2 0 ) 忙ij = l n 墨培2 吃一k ( k k 厂+ 墨培d 一蜀k ( 吃) k d 一只) = o ( 3 2 1 ) ，；lt ；l 玛1 9 2 d + l g d ( k l l g f k k ( 魄) 一蜀培( ) l g d 一只) = o ( 3 2 2 ) t = l，= l n 乏：五廷2 噍1 9 2 d 一塘( 噍) 琏翻( 墨培。卜墨培( 磊) + 墨垮d z ) = o ( 3 2 3 ) ，爿，-l n e ( k i l g f k 2 1 9 ( h b ) + k 3 1 9 d - k 4 1 9 ( h b ) l g d + k o - y , ) = o ( 3 2 4 ) t = l 解由式( 3 2 0 ) 一式( 3 2 4 ) 组成的方程组，可以获得局、墨、砭、为、 蜀基于最小均方误差下的最优值，也即获得被测小区场强传播损耗预 测方程。 3 5 3 算法性能分析 利用已有的路测数据，对市区内的几个小区进行了计算。首先将预 处理的路测数据分为预测用数据和校验用数据两部分。预测用数据用来 带入式( 3 2 0 ) 式( 3 2 4 ) 进行计算以获得预测参数，校验用数据用来计 算预测误差。实现方法是根据预处理后的数据文件中测量点的数量随机 抽取相应数目的点作为校验用数据，其余的点作为预测用数据。 然后将小区基站参数( 载频厂和发射天线高度鬼) 和预测数据带入 式( 3 2 0 ) _ _ 式( 3 2 4 ) 进行计算，得出相应小区蜀、k 、墨、匠、蜀的 值。 最后将计算结果制成曲线和校验用数据比较后得出大致的预测误 差。再利用c o s t 2 3 1 一h a t a 模型计算被测小区的传播损耗，计算出其预 测误差。下表给出了c o s t 2 3 1 一h a t a 模型得出的标准差及其对应的自适 应参数预测算法的标准差。 表3 - 1 预测标准差比较 从表3 1 可以看到，c o s t 2 3 1 - h a t a 模型预测标准差都在1 3 d b 以上 ( 考虑了模型修正因子之后的结果) ，比自适应参数预测算法的标准差大 得多，说明白适应参数预测算法的精度高于c o s t 2 3 1 - h a t a 预测模型。 这与设计自适应参数算法时的分析结论是一致的。因为在自适应参数预 测算法中，针对每个被测小区的实际情况来调整预测参数，实现了预测 方程系数的自适应选择。具体来说，自适应参数算法从实际路测数据中 提取当地的传播损耗特征，而利用c o s t 2 3 1 - h a t a 模型时是由移动通信 网络设计者对当地的传播环境作主观判断，显然，自适应参数预测算法 更加切合实际的传播损耗情况。实验结果证明了自适应参数预测算法的 有效性。 因为算法的是在路测数据基础上得到预测模型的，如果数据能够反 映小区的路径损耗情况，预测精度将会有很大提高；反之，如果路测数 据本身不能反映小区的实际路径损耗情况，或者说路测数据缺乏理论上 的相关性，结果将很差。这是算法的不足之处，即对覆盖范围内传播环 境差异很大的小区，不能够进行有效预测。因此，对于这种情况，需要 采取措施来解决该问题。合理的思路是依照小区的实际情况，将小区分 为不同区域来分别测试和预处理，根据获得的数据来进行区域预测。 4 1 概述 第四章无线市话网络优化 无线网络优化是对投入运行的p h s 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。 网络优化是p h s 网络维护工作中的重要组成部分。网络优化若根据 网络建设的不同阶段，又可以分为工程网优、例行网优和专题网优：无 论是工程网优、例行网优还是专题网优，其优化的内容都包括核心网络 优化和无线网络优化。核心网的优化主要是系统状态的检查和局部数据 的优化；无线网络优化包括检查系统状态、优化系统无限参数、寻呼区 设置、覆盖质量以及解决局部容量不足和干扰等问题。由于用户对无线 网络质量的直接体验来自于信号的好坏，无线网络优化自然成为移动网 络优化工作的重点，但是由于核心网负责呼叫控制和路由选择，此外还 负责全局性的移动性管理，核心网络的数据都是全局性的数据，一些设 备故障或者参数配置等的错误都可能导致网络质量指标下降，因此，p h s 网络优化应以无线网络的优化为主，核心网的优化为辅，两者缺一不可。 网络优化可以使现有网络资源的配置更加合理，基站的分布与业务 分布更加吻合，充分挖潜，减少网络在运行过程中的问题，使现有网络 资源得到充分的利用，降低网络的运行成本，增强市场竞争力，促进业 务的进一步发展，同时通过网络优化提高网络质量指标包括系统接通 率、切换成功率、寻呼成功率和来话接通率等，并降低掉话率。 4 2 无线网络优化流程 网络优化是一项长期的工作，只有通过持续不断的优化，才能使网 络保持良好的运行状态，提高网络资源的利用率。因此，网络优化实际 上是一个循环往复的闭环管理过程。如图4 1 所示。 网络质量 评估 网优 实施方案 网络质量 目标确定 网络质量 监控测试 网络优化工作足一个闭环过程 制定完整 网优方案 专题 问题处理 图4 i 网络优化过程 网络细节 情况分析 网络质量 测试报告 网络总体 情况分析 从图中可以看到，无线网络优化需经过若干步骤。其中网络质量评 估是优化的起点也是优化的终点，是进行网络优化的原因，也是对其结 果的检验。进行网络性能分析和问题定位是网络优化的关键步骤，而进 行网络分析的前提是做好数据的采集工作。一般而言，数据采集包括话 统数据采集、路测数据采集和设备运行数据采集三部分。 话统数据采集可以得到无线网络的整体性能以及各个设备的性能 指标，这些主要指标包括网络性能数据、信道可用率、掉话率、接通率、 拥塞率、话务量和切换成功率以及话统报告图表等。话统数据采集相当 于无线网络的初选工作，从话统数据中可以找到性能指标异常的设备， 为进一步的网络优化确定工作目标。 路测类似于客观性测试，由无线网络优化人员根据话务统计分析的 结果和用户投诉情况，利用测试记录仪器记录一定区域的无线环境。路 测采集的数据包括：测试路线区域内各个基站的位置、基站间的距离、 各频点的场强分布、接收信号电平及质量、覆盖及切换情况和测试路线 的地理位黄信息等。通过路测数据可以判断基站的实际覆盖范围及干扰 区域、分析干扰源；观察信令接续过程，检查切换参数；验证天线和馈 线系统实际安装情况等。这样，就能正确定位掉话、切换等事件发生的 主要原因和场所。 设备运行数据采集类似于主观性测试，主要采集基站和基站控制器 的运行数据。利用这些数据可以协助优化人员判断设备的运行状态和运 行环境，结合话统数据和路测数据，以便更准确的对各种现象进行分析 和判断。 由此可见，通过分析话务统计数据，不仅能获得各基站的参数配置 和网络各项质量指标，还可以找出网络大致存在的问题。在进行有计划 的路测和检查设备运行数据后，就可以得出各种问题的解决方法及相应 的优化方案。 4 3 网络性能指标及分析 进行无线网络优化时，必须全盘考虑各项指标。目前，p h s 无线网 络优化所涉及的基本网络性能指标包括话务量、寻呼响应率、l c h 分配 成功率、t c h 分配成功率、位置登记率、切换频繁度、无线信道阻塞率 和无线频率阻塞率等。n 3 7 1 1 话务量 话务量是度量通信系统通话业务量或电话交换量的指标，根据该指 标，能够了解网络的话务分布状况和忙时每用户话务量，是衡量网络性 能最基本指标。 话务量的标准定义是单位时间内( 通常1 小时) 进行的平均电话交换 量，用公式表示为 4 = c r( 4 1 ) 式中a 是指话务量，c 指时每小时的平均呼叫次数，t 是每次呼叫平均 占用信道的时间。 举例而言，某个基站控制器下有2 0 个i c 7 t5 0 0 m w 基站，系统忙时 平均每小时有3 6 0 0 次呼叫，平均每次呼叫时间为1 分钟，可以得 出如下结果： 总话务量a = 3 6 0 0 ( 1 6 0 ) = 6 0 e r l 平均每基站话务量a = 6 0 2 0 = 3 e r l 平均每信道话务量b = 3 7 = 0 4 3 e r l 从直观上理解，话务量就是单位时间内信道被占用的时问。如果t 以h ( 小时) 为单位，则话务量的单位是e r l ( 爱尔兰) 。显然，一个信道 的最大话务量是1 e r l ，这种情况就是一小时内连续不断的占用一个信 道。由于话务量是平均的概念，因此在单位时间内总会有段时间是话务 高峰期，在此期间的话务量远大于单位时间的话务量。当此期间的话务 量为i e r l 时，出现了话务峰值。 每信道话务量代表了信道的利用率，作为运营商，当然是希望话务 3 7 量越高越好。但这只是问题的一个方面，随着信道话务量的增加，信道 变得更加繁忙，话务峰值出现的机会就更多。于是，更多的用户由于信 道忙而被系统拒绝，这就产生了呼损，一般用g o s 表示。呼损会降低服 务质量和用户的满意度，是需要尽量避免的。 通常关注的基站话务量不是全天任何时段的话务量，而是基站忙时 话务量。现在小灵通系统的忙时基本在上午1 1 时左右和晚上6 时左右， 因此一般重点分析这两个高峰时段的话务量。在g o s ( 呼损) = 5 的条件 下，r p ( 有3 个信道) 所能承受的话务量为0 8 9 9 e r l ，如果单个r p 的忙 时话务量超过0 8 9 9 e r l ，就可能存在过载的状态。c s ( 有7 个信道) 所 能承受的话务量为3 7 3 8 e r l ，如果单个c s 的忙时话务量超过3 7 3 8 e r l 就可能存在过载的状态。 如果单个c s 处于繁华地段，忙时话务量一直高于3 7 3 8 e r l ，可以 考虑在该处增加组控基站，增加话务信道，缓解忙时用户多而占不到信 道的现象。如果该处改成组控基站而仍然话务量高居不下，则可以考虑 降低天线高度或增加天线下倾角，减少覆盖区域，防止基站由于太忙而 造成g 0 s 大幅上升的现象。 2 来去话接通率 来话接通率= 丝堕堕萎蠹蓑斋驴- o 。 c a z ， 来话接通率是指终端作为被叫时建立通信连接的成功率。从呼叫流 程上看，即c c ( 呼叫控制) 连接确认次数与呼叫建立请求次数的比值。 去话接通率= 圭堕秀蓦| 粪言；i ：i ：墼丝。 c a s ， 去话接通率是指终端作为主叫时建立通信连接的成功率。从呼叫流 程上看，即c c 连接次数与基站收到终端发起的呼叫建立请求总数的比 值。 该指标与无线传播环境、接入网和核心网设备的配置、性能都有关 系，是综合反映网络质量的重要指标，高的来去话接通率一定程度上 意味着高质量的网络。 3 l c h 分配成功率 成婚篙糍篙蔫裂嚣姗慨 t ， 终端发起链路请求次数的总和 。 、 该指标综合反映了建立呼叫接续过程中基站的处理成功率。终端发 起链路请求的次数是指呼出、呼入、切换和位置更新的链路建立请求次 数的总和。造成l c h 分配失败的原因可能是基站信道阻塞、频率阻塞以 及网络处理能力不足造成的阻塞等。信道阻塞反映了无线时隙的繁忙程 度，可以通过增加组控基站来解决信道不足的问题。频率阻塞是指没有 空闲的可用频率资源，它反映了无线网络中存在t c h 干扰。 4 t c h 接入成功率 嫩喇棼型型篆鬻然器燮x l 慨( 4 s ) t c h 信道的建立在l c h 分配成功之后才有可能发生，在统计t c h 接 入成功率时，t c h 建立成功的标志反映在呼出信令流程及重呼叫流程中 基站侧c c 连接消息成功发送。呼入信令流程中为基站侧c c 连接确认消 息成功发送；位置登记流程中位置登记成功确认。 该指标反映出无线信道信号稳定性和存在干扰强弱程度，信号不稳 定或t c h 干扰等原因都会导致该指标偏低，当然，基站本身的故障也是 造成该指标偏低的常见原因。 5 位置登记率 位髅降塑怒篡舞铲枷 e ， 该指标可以帮助判断寻呼区规划是否合理，当网络中的位置登记率 较高时，就需要关注网络的寻呼区的大小和区域。不必要的位置登记增 加了网络的负担，用户在频繁登记过程中也容易错过寻呼消息时被叫接 通率下降。如果位置登记率较高而话务量较低，说明该基站的大部分时 间和资源都花费在处理位置登记过程中而对话务的支持和分担作用较 少，即基站的话务利用率较低。如果需要提高基站的话务量，可以通过 调整基站所属的寻呼区来解决。 6 切换频繁度 切换频繁度= j ；j 糕l o o ( 4 7 ) 该指标衡量了切换发生的频度。当该指标高时，表明切换频繁，加 大了基站的呼叫处理负荷，而且还增加了掉话的机会。 由于切换分为t c h 切换型切换和重新呼叫型切换两类，因此切换频 繁度指标也有两个。t c h 型切换率用( 终端向基站发起t c h 切换请求的 次数+ 基站向终端发起的t c h 切换应答次数) ( 终端做主叫的成功次数+ 终端做被叫成功的次数) 得到，重新呼叫型切换率用( 基站发起的重新呼 叫型切换次数) ( 终端做主叫的成功次数+ 终端做被叫成功的次数) 得 到。 7 无线信道阻塞率 无线信道阻辫丽d 然鬻攀晶灏t 嗍( 4 s ) 其