GSM扩容工程网络规划设计文献综述

文献综述 第 1 章 前言 从第一代模拟移动通信系统到目前的第三代数字移动通信系统，蜂窝移动通信已经经历了很长的发展历程，无线网络规划与优化也伴随着移动天线技术的发展从无到有，从简单到复杂。 随着我国移动通信事业的蓬勃发展，运营商越来越重视无线网络规划与优化工作，对于运营商来说，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 GSM 网络在覆盖、容 量、质量、成本等方面实现良好的平衡 1。 无线网络规划与优化的目标在于充分利用频谱资源，周密规划 ，在满足业务需求的前提下，用最小的分期动态投入实现最大的技术经济效益。网络覆盖满足客户和技术规范双重要求，具有较强的前后向兼容能力 ；容量和质量满足市场需要，具有灵活的扩容能力和质量持续改经的能力；网络的管理、控制、升级和代换能力都方便快捷；系统内和系统间具有良好的抗干扰协调措施；技术经济上兼顾企业经济效益和社会效益，有利于多制式、多系统的共存和发展。 无线 网络规划与优化 是 无线移动通信工程建设和运行的重要环节，其 技术领域包括传送网、交换网、业务支撑网和无线接入网， 是一项系统工程，从无线传播理论的研究到天馈设备指标分析，从网络能力预测到工程详细设计， 从网络性能测试到系统参数调整优化，贯穿了整个网络建设的全部过程。大到总体设计思想，小到每一个小区参数都 需要用到从有线到无线多方面的知识， 更 需要积累大量的实际经验 ，所以说网络规划与优化又是一门综合技术 10。 本文只对 GSM 无线网络规划与优化的通用部分及其他相关知识进行阐述。 第 2 章 正文 2.1 网络规划与优化的流程 网络规划的流程如图 1-1 所示 图 1-1 网络规划的流程图 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（ GoS）、可用频段、系统容量增长情况、人口分布、收入分布、固定电话使用情况等。 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。华为公司在这个阶段使用的是 ASSET 网络规划软件。 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、电磁背景、征地情况等）将可能的站址记录下来，再综合其 偏离理想站址的范围、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；于是又回到了话务覆盖分析阶段。 在上一节描述的 6 各阶段中，一般将前四个阶段称为预规划 /规划阶段，而将后两个阶段称为优化阶 段 110 2.2 GSM 网络规划 2.2.1 规划的主要工作 预规划是无线移动网络建设的基础，体现了网络规划的系统设计水平，决定了今后网络的格局。 预规划需要输出的内容包括：基站分布、信道分配、小区数据等。其主要工作如下： (1) 分析建设单位对覆盖区和容量的要求 分析 候选移动通信技术体制和频段的覆盖和容量特性，并进行网络规模的大致估算以分析投资可行性。 (2) 按照蜂窝结构勾划理想站址位置 可以在区域内选取数个制高点，手持当地地形图或行政图进行观察，将用户最密集的地区标注出来，将这些地方做为第一 步需要建站的站址，然后根据理想的蜂窝结构在地图上将其他基站站址标注出来。 (3) 分析并确定网络和基站结构 先根据用户分布、传播条件及城市发展规划分析网络是否需要进行分层网的建设；然后再针对区域内的不同地方进行分析，确定是采取全向还是定向站来满足其覆盖和容量需求。 (4) 计算各基站小区的信道数 根据各基站的地理位置预测其话务量，然后按照呼损率指标查 ERL 表得出各基站需要配置的信道数； 根据建设单位提供的频率带宽估算可以达到的最大基站站型，如果不能满足局部区域的容量要求，则需要根据实际情况按照小区分裂的原则 增加基站数目，重新在地图上选择理想站址位置并重新估算基站的信道数。 (5) 预测覆盖区，确定基站工程数据，即进行初步仿真 选定设计指标： 选择最小接收功率及覆盖区边缘可通率指标。 选择设计参数：天线高度（离地面）、天线方位角和增益、天线下倾角、基站海拔高度、基站类型、馈线长度及天馈系统损耗、合分路方式、发射机输出功率、接收机灵敏度、基站分集接收方式和分集增益等。 按照不同地区的传播模型对各基站小区的覆盖区进行预测，根据可能存在的盲区、弱信号区对基站站址、天线方向、下倾角和高度提出调整意见。最终得出实际基站的 工程数据。 (6) 选择实际站址，确定站型 按照理想站址实地查看，根据各种建站条件（包括电源、传输、电磁背景、征地情况等）将可能的站址记录下来，再综合其偏离理想站址的范围、对将来小区分裂的影响、经济利益、覆盖区预测等各方面进行考虑，推荐合适的站址方案。 站址选定后，根据基站的信道数确定实际站型。 确定站型后，需要制定天馈配置方案。搬迁网络要充分调查原有厂商的天馈组合情况，拟建基站今后容量的发展情况，设备目前支持的天馈组合情况，给出最优的天馈组合方案。 (7) 频率、邻区规划 根据实际基站分布和站型确定频率、 邻区计划。 (8) 小区数据制作 为保证网络良好稳定运行，还需要对各小区的相关性能参数进行设计，包括小区系统消息参数、各种切换和功率控制算法等无线参数。需要特别说明的是：在基站设计、容量覆盖和频率规划中，小区切换带的选取、开启何种切换算法以及是否使用调频、功控、 DTX 等都需要确定，仿真种需要用到这些数据 110。 2.2.2 预规划过程 1. 覆盖分析 在不同类型的区域采用不同的 信号传播模型，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。 一般将实现无线覆盖的区域划分以下几种 类型：大城市、中等城市、小城镇、 农村 以及 各类的交通干道。覆盖率 随覆盖区域的不同而不同，随着网络建设的深入，用户量越来越大，对网络服务的要求越来越高，需要逐步加强重点区域的室内覆盖建设 ，还要 根据不同类型干道限制其连续覆盖盲区的范围。 2. 网络结构分析 在考虑基站布局时需要对网络结构进行深入分析。一般可将网络结构按照层次划分为高层站、中层站、低层站，网络中的主要话务量由中层基站承担。 (1) 中层站指天线高度略高于建筑物的平均高度，一般为 25 30 米， 天线一般安装在建筑物天面，覆盖范围一般在几个街区范围内，它 即可以有效地利用频率资源又 可以有效地吸收话务量 (2)高层站指天线高度远高于建筑物的平均高度，一般为 40 50 米，覆盖范围内涵盖了多个中层站。它频率利用率 较低， 主要用于 解决市区内高层建筑的覆盖问题。城郊、公路、小城镇和农村中，为话务流向控制或广覆盖原因也建设部分高层站。 (3) 低层站指天线高度低于建筑物的平均高度，一般为 20 米以下，低层站的频率使用效率较高，但吸收话务量的能力较差 。 3. 容量分析 (1) 容量预测 在 GSM 系统中，计算网络可承担的话务密度采用爱尔兰话务模型。 受小区覆盖范围和可用频率带宽的限制，必须合理规划小区的容量，尽可能在保证良好话音质量的前提下提高信道的利用率。 (2) 小区分裂 小区分裂是一种用来扩充网络容量的有效措施。它包括将一个全向的大基站分裂成若干个扇形小区和将扇形小区继续分裂为更小的小区。换句话说，就是针对不同区域的话务密度情况规划不同的小区半径。 4. 站址规划 站址规划主要是为基站选择一个最佳位置。理想站址的选择是通过实地查看后，从用户预测较有把握的市区中心先建基站，然后按照蜂窝网孔半径的原则在地图上逐步扩展基站数目勾画出来的。在不同话务密 度的区域，基站站间距也不同。通常话务密度高的地区站间距较小一些，部分热点地区考虑采用微蜂窝和分布式天线提供多层次覆盖和满足容量。 5. 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线挂高。对于搬迁基站，需要根据网络建设情况、用户要求覆盖的目标、安装环境来决定是否进行天线高度调整。 6. 覆盖预测 根据已经选择的站址以及设计的站型，预测将要建设的网络覆盖，判断是否能满足用户的要求。覆盖预测可以借助 ASSET 网络规划工具，选择合适精度的电子地图。一个基站的覆盖区主要取决于以下因素： 服务质量指标；发射机输出功率；接收机的可用灵敏度；天线的方向性和增益；使用频段；传播环境；分集接收的应用。 7. 频率计划 在不同覆盖范围的小区中使用同一频率的无线信道，这种频率的重复使用就叫频率复用。频率复用的小区必须间隔一定的距离以满足同邻频载干比要求。频率复用的方式不同，相同频带的复用度也不一样。不同类型的区域使用不同的频率复用方式 。 预规划阶段，规划人员应根据无线网络规模和采用的频率计划方式，提出频率资源申请。 8. LAC 规划 规划人员要结合网络结构、规模提出 LAC 初步分配和资源申请 . 9. 小区数 据制作 为保证网 络良好稳定运行，还需要给各基站小区配置相关的数据 310。 2.2.3 预规划难度 预规划难度在于以下几个方面： (1) 传播环境复杂，信号起伏大，各种人为建筑物造成的多途径传播差别大，理论预测覆盖区比较困难。 (2) 干扰现象严重。除了人为噪声外，各种同邻频干扰、互调干扰以及其它无线电干扰等，都要在工程设计中加以考虑并采取必要措施将之抑制在允许的指标内。 (3) 频率资源受限。随用户的大量增长更趋紧张。 (4) 为频率复用而设计的蜂窝小区结构以及小区分裂行为有严格的规则。站址规划 在实际工程中因各种原因难以贯彻实现。 (5) 投资控制是建设网络不可忽略的技术经济问题 1。 2.3 网络优化 优化是为了追求网络资源的最大利用，是为了最大限度的提高服务质量，同时也为今后网络扩建积累依据和原则。优化是在规划已经良好实施前提下的优化，是对规划中没有考虑周到的方面的补充或是对突发情形如大话务量的资源调整。一般我们采取路测、话统和人为主观感觉作为优化依据，而信令跟踪与分析在解决疑难杂症时起着几乎决定性的作用 4。 2.3.1 网络优化流程 GSM 移动通信网主要分交换传输部分和无线部分，由于用 户的移动性和电波传播的复杂性，无线部分常常成为 GSM 网络质量的决定性因素。无线网络优化是指按照一定的准则，对通信网络的规划设计进行合理的调整，使网络运行更加可靠、经济，网络服务质量更高，资源利用率更高，这无疑对网络运营商和用户都有重要的意义。网络优化的流程如下： 前期的准备工作包括：对网络建设进度的了解、网络运行状况的分析、网络优化测试设备和分析软件的准备、网络规划报告和工程设计文件的收集等。 到现场后网络基本情况的获取，包括：对当地无线环境和话务热点地区的进一步考察、对实际安装的工程参数和网络参数的确 认、与用户方沟通及了解用户的具体需求等。数据收集包括：手机用户的主观反映、路测收集数据、 OMC 收集数据等。数据分析包括：优化软件的后台分析、 OMC 的话务统计分析、网优分析工具等。网络参数调整包括：网络工程参数的调整和网络功能参数的调整。网络性能指标按照国家统一指标。网络优化报告包括本次优化的措施、网络达到的性能的指标、对网络发展提出有益的建议 10。 2.3.2 网络优化常用工具介绍 1、 ANT 路测设备 ANT 软件可以采用的测试方法包括手机 Idle 状态下的重选测试、扫频测试、定时拨打测试、持续通话测试等。 通过模仿用户的实际使用情况，得到各小区场强分布、载干比、话音质量等现场数据，同时还可以验证天馈系统实际安装情况。 2、信令分析仪 MA-10 信令分析仪能在线测试 ABIS 接口信令消息； A-G 接口信令消息，ISUP、 TUP、 INAP 的 SS#7 接口信令消息；并能测试传输线路的误码（ PCM BERT、GSM BERT）；还可以在离线（ OFFLINE）状态下打开在线跟踪时保存的信令消息文件，进行后台分析 3、频谱分析仪 频谱分析仪主要用于测试信号的频域特性，包括：频谱、邻信道功率、快速时域扫描、寄生辐射、互调衰减等。 在网络优化中常常使用频谱分析仪进行电磁背景测试， 4、网络优化软件 网络优化软件是一种应用工具软件，能以适当的方式表现话统数据，协助开局维护人员、网络优化人员定位解决网络存在的问题。软件的输入是 BSC 数管台的配置数据、 BSC 话统台记录的话务统计结果和开局工程参数，软件的输出是将数据以图形、表格的方 式表现出来，并提供问题定位和解决建议，以及还支持输出灵活的报表 910。 第 3 章 小结 GSM 无线网络规划与优化伴随着移动通信网络的发展循环进行，并随