短信猫课程设计论文-正文.doc

吉林工程技术师范学院课程设计论文第一章 设计目的与要求1.1 设计的目的 移动通信课程设计是通信工程专业课程。本课程设计练习移动通信的一般原理与组网技术，是一门实用性很强的课程。设置本课程的目的是使学生通过本课程设计之后，对移动通信的基本概念、基本原理和组网技术有较全面的了解和领会，应能应用移动通信的原理与技术分析阐释常见移动通信方式中信息传输的发送与接收原理，应能分析设计一些简单移动通信系统，为移动通信系统的管理维护、研究和开发打下必要的理论基础和技能。1.2 内容及要求 对正式投入运行的GSM网络进行参数采集、数据分析、找出影响网络运行质量的原因，并且通过参数调整或采取某些技术手段使网络达到最佳运行状态，使现有网络资源获取最佳效益，同时也对GSM网络今后的维护及规划建设提出合理化建议。 优化调整方案：在对数据进行详细采集、分析和研究后，常常会涉及到天馈系统的调整、基站的调测、频率规划的调整、系统参数的调整、话务均衡以及增加一些微蜂窝等优化方案实施活动。要求：(1)学生对移动通信网络熟悉。 (2)要求学生优化方案正确合理。 (3)方案能解决一些问题。(4)设计报告内容的正确性、全面性、逻辑性等。（5）优化调整方案的每个方面调整的具体要求包括：天馈系统调整、基站调测、频率规划调整、参数调整、话务均衡、利用微蜂窝完善网络。第二章 移动通信系统的概述 移动通信系统从20世纪80年代诞生以来，到2020年将大体经过5代的发展历程，而且到2010年，将从第3代过渡到第4代(4G)。到4G，除蜂窝电话系统外，宽带无线接入系统、毫米波LAN、智能传输系统(ITS)和同温层平台(HAPS)系统将投入使用。未来几代移动通信系统最明显的趋势是要求高数据速率、高机动性和无缝隙漫游。实现这些要求在技术上将面临更大的挑战。此外，系统性能(如蜂窝规模和传输速率)在很大程度上将取决于频率的高低。考虑到这些技术问题，有的系统将侧重提供高数据速率，有的系统将侧重增强机动性或扩大覆盖范围。 从用户角度看，可以使用的接入技术包括：蜂窝移动无线系统，如3G；无绳系统，如DECT；近距离通信系统，如蓝牙和DECT数据系统；无线局域网(WLAN)系统；固定无线接入或无线本地环系统；卫星系统；广播系统，如DAB和DVB-T；ADSL和Cable Modem。移动通信的种类繁多。按使用要求和工作场合不同可以分为： (1)集群移动通信，也称大区制移动通信。它的特点是只有一个基站，天线高度为几十米至百余米，覆盖半径为30公里，发射机功率可高达200瓦。用户数约为几十至几百，可以是车载台，也可是以手持台。它们可以与基站通信，也可通过基站与其它移动台及市话用户通信，基站与市站有线网连接。 (2)蜂窝移动通信，也称小区制移动通信。它的特点是把整个大范围的服务区划分成许多小区，每个小区设置一个基站，负责本小区各个移动台的联络与控制，各个基站通过移动交换中心相互联系，并与市话局连接。利用超短波电波传播距离有限的特点，离开一定距离的小区可以重复使用频率，使频率资源可以充分利用。每个小区的用户在1000以上，全部覆盖区最终的容量可达100万用户。 (3)卫星移动通信。利用卫星转发信号也可实现移动通信，对于车载移动通信可采用赤道固定卫星，而对手持终端，采用中低轨道的多颗星座卫星较为有利。 (4)无绳电话。对于室内外慢速移动的手持终端的通信，则采用小功率、通信距离近的、轻便的无绳电话机。它们可以经过通信点与市话用户进行单向或双方向的通信。使用模拟识别信号的移动通信，称为模拟移动通信。为了解决容量增加，提高通信质量和增加服务功能，目前大都使用数字识别信号，即数字移动通信。在制式上则有时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)两种。前者在全世界有欧洲的GSM系统(全球移动通信系统)、北美的双模制式标准IS一54和日本的JDC标准。对于码分多址，则有美国Qualcomnn公司研制的IS-95标准的系统。总的趋势是数字移动通第三章 GSM网络优化系统的概述3.1网络优化的范畴网络优化是高层次的维护工作，是通过采用新技术手段以及优化工具对网络参数及网络资源进行合理的调整，从而提高网络质量的维护工作。可采用室内分布、跳频、同心圆技术、DTX、功率控制等手段减少干扰，增大网络容量，改善无线环境；通过调整天线角度，增益，方位角，俯仰角以及功率大小，选择最佳站址，调整载频配置，均衡话务分布，改善网络质量，获得最佳覆盖效果等等。3.2 GSM系统的组成GSM系统（Global System for Mobile Communication）又称全球移动通信系统（全球通）。 GSM通信系统主要由移动交换子系统（MSS）、基站子系统（BSS）和移动台（MS）三大部分组成，如图所示。其中MSS与BSS之间的接口为A接口，BSS与MS之间的接口为Um接口。GSM规范对系统的A接口和Um接口都有明确的规定，也就是说，A接口和Um接口是开放的接口。 1移动交换子系统MSS 完成信息交换、用户信息管理、呼叫接续、号码管理等功能。 2基站子系统BSS BSS系统是在一定的无线覆盖区中由MSC控制，与MS进行通信的系统设备，完成信道的分配、用户的接入和寻呼、信息的传送等功能。 3移动台MS MS是GSM系统的移动用户设备，它由两部分组成，移动终端和客户识别卡（SIM卡）。移动终端就是“机”，它可完成话音编码、信道编码、信息加密、信息的调制和解调、信息发射和接收。SIM卡就是“人”，它类似于我们现在所用的IC卡，因此也称作智能卡，存有认证客户身份所需的所有信息，并能执行一些与安全保密有关的重要信息，以防止非法客户进入网路。SIM卡还存储与网路和客户有关的管理数据，只有插入SIM卡后移动终端才能接入进网。 4操作维护子系统 GSM子系统还包括操作维护子系统（OMC），对整个GSM网络进行管理和监控。通过它实现对GSM网内各种部件功能的监视、状态报告、故障诊断等功能。 3.3 GSM系统的网络结构 GSM的历史可以追溯到1982年，当时，北欧四国向CEPT（Conference Europe of Post and Telecommunications)提交了一份建议书，要求制定900MHZ频段的欧洲公共电信业务规范，以建立全欧统一的蜂窝系统。同年，成立了移动通信特别小组（GSM-Group Special Mobile)。在1982年1985年期间，讨论焦点是制定模拟蜂窝网标准还是制定数字蜂窝网 标准问题，直到1986年决定为制定数字蜂窝网标准。1986年，在巴黎对不同公司、不同 方案的系统（8个）进行了比较，包括现场试验。1987年5月选定窄带TDMA方案。与此同时，18个国家签署了谅解备忘录，相互达成履行规范的协议。1988年颁布了GSM标准， 也称泛欧数字蜂窝通信标准。在现阶段，GSM包括两个并行的系统：GSM900和DCS1800， 这两个系统功能相同，主要是频率不同。在GSM建议中，未对硬件作出规定，只对功能和接口制定了详细规定，这样便于不同产品可以互通。GSM建议共有12个系统。 1.GSM系统的主要组成 GSM数字蜂窝通信系统的主要组成部分可分为移动台、基站子系统和网络子系统。 基站子系统（简称基站BS）由基站收发台（BTS）和基站控制器（BSC）组成；网络子系 统由移动交换中心（MSC）和操作维护中心（OMC）以及原地位置寄存器（HLR）、访问 位置寄存器（VLR）、鉴权中心（AUC）和设备标志寄存器（EIR）等组成。2.GSM的区域、号码、地址与识别 1）区域划分 从地理位置范围来看，GSM系统分为GSM服务区，公用陆地移动网（PLMN）业务区、移动 交换控制区（MSC区）、位置区（LA）、基站区和小区。 *GSM服务区 由联网的GSM全部成员国组成，移动用户只要在服务区内，就能得到系统的各种服 务，包括完成国际 漫游。 *PLMN业务区 由GSM系统构成的公用陆地移动网（GSM/PLMN）处于国际或国内汇接交换机的级别上，该区域为PLMN业务区，它可以与公用交换电信网（PSTN）、综合业务数字网（ISDN） 和公用数据网（PDNN）互连，在该区域内，有共同的编号方法及路由规划。一个PLMN 业务区包括多个MSC业务区，甚至可扩展全国。 *MSC业务区 在该区域内，有共同的编号方法及路由规划。由一个移动交换中心控制区域称为 MSC业务区。一个MSC区可以由一个或多个位置区组成。 *位置区 每一个MSC业务区分成若干位置区（LA），位置区由若干基站区组成，它与一个或 若干个基站控制器（BSC）有关。在位置区内移动台移动时，不需要作位置更新。当寻 呼移动用户时，位置区内全部基站可以同时发寻呼信号。系统中，位置区域以位置区 识别码（LAI）来区分MSC业务区的不同位置区。 *基站区 一般指一个基站控制器所控制若干个小区的区域称为基站区。 *小区 小区也叫蜂窝区，理想形状是正六边形，一个小区包含一个基站，每个基站包含 若干套收，发信机，其有效覆盖范围决定于发射功率、天线高度等因素，一般为几公 里。基站可位于正六边形中心，采用全向天线，称为中心激励；也可位于正六边形顶 点（相隔设置），采用120度或60度定向天线，称为顶点激励。 若小区内业务量激增时，小区可以缩小（一分为四），新的小区俗称“小小区”， 在蜂窝网中称为小区分裂。 3.4 GSM无线网络的结构分层和虚拟分层 无线网络结构分层是指在现有单层无线网络的基础上建立第二层无线网络，对服务区提供二次覆盖。原网络采用低天线位置，吸收地面及低层空间活务；上层网络选择高天线位置，吸收高层空间话务和快速传输话务，同时充当底层网络的安全备份。当底层网络某基站话务饱和时可向上层网络相关基站分流活务，从而减少基站阻塞的可能性。当底层网络的基站障碍时，上层网络的基站将自动接替相关底层障碍基站提供服务，不会造成话务丢失。通过提供立体空间面覆盖解决了高层建筑手机用户通信问题。分层网的上层由于天线位置较高，电波可以以较大的角度向下传播，受障碍物阻挡的机会减小，从而改善了市区阴影地区的覆盖状况。通过调整上下两层网络之间的接入关系，分层网络可以达到均衡网络话务的目的。同时，分层网建设还为基站密度饱和无法建设新基站的市区提供了一种扩容手段。 常规的无线网络结构分层是物理上的分层，不占用原网络的基站，而是选择适当地点，重新投资基站设备另建新站，形成物理上独立的分层。这种分层方法建设时间长，投资大，短时间内难以实现，而且对网络规模不是特别大，话务不是特别繁忙的城市不能普遍适用。因此，大多数城市至今仍未对其GSM网络无线结构进行分层。以下介绍的是一种有别于常规物理分层的虚拟分层方法。 虚拟分层的具体做法是引入虚拟网络概念，在原网络基础上不增加任何设备，而是从现有无线网络中选择若干天线位置较高的基站，赋予这些站新的频率，加大其发射功率，适当调整天线俯仰角，增大覆盖范围，同时修改相关小区的切换参数和接人参数，使物理上归属底层网络的某些基站，不仅要覆盖原服务区，还要扩大服务范围，为相邻的其它基站提供二次覆盖，从而虚拟为上层网络的一个基站，承担起上层网络的任务。这些虚拟为上层网络的基站在物理上利用的是原底层网络的基站，但在网络层次上和承担的任务上，归属上层网络。虚拟为上层网络的基站之间建立切换关系后构成一个相对独立的完整网络石加在原网络上提供原网络二次覆盖成为原网络热备份，从而实现分层网的功能。 虚拟分层的方案在小区参数的设置上，参考了同心圆技术的小区参数设置，在网络层次上引进了虚拟网的概念，具有不增加任何设备、零投资的特点。通过重新设置原网络相关无线小区的参数（主要是接入控制参数、小区切换参数、功率控制参数）即可虚拟出第二层网络，实现分层网功能，从而有效克服单层无线网络结构的弊端。这种虚拟分层的方法灵活性高、易修正，是适应当前网络发展水平的普遍适用方法。当网络规模发展到相当程度后，运营商也可根据需要选择物理分层。第四章 GSM网络优化调整方案设计4.1天馈系统调整 天馈系统是指天线向周围空间辐射电磁波。电磁波由电场和磁场构成。人们规定：电场的方向就是天线极化方向。一般使用的天线为单极化的。下图示出了两种基本的单极化的情况：垂直极化和水平极化。图4-1 天馈系统框图4.1.1影响天馈系统性能的原因分析天馈系统的性能指标较多，但在日常维护中两个指标容易劣化，一是天馈系统的驻波比增高，二是天线增益下降。根据多年的实践经验，造成这两个重要指标下降的原因主要有以下几个方面。 1.天线安装不规范 天线的俯仰角和方位角与设计不符。天线俯仰角过大时，天线的主瓣将随着天线俯仰角的加大而发生不同程度的变形，影响基站的无线覆盖效果和质量；天线俯仰角过小时，会出现越区覆盖，易造成小区间相互干扰，影响网络质量。天线的方位角主要影响网络区域覆盖。 天线的主瓣覆盖受到阻挡会造成天线覆盖区受影响而容易产生掉话等影响网络覆盖的现象，同时还容易造成小区间的信号干扰，影响通话质量。 2.馈线、跳线安装不规范 馈线、跳线安装中常见的问题有：一是馈线、跳线的各类接头密封不严，匹配不好，造成驻波比升高；二是馈线的安装工艺达不到要求，如馈线有外力受损、过弯半径太小、固定不牢等。这些问题都会使馈线的驻波比升高。 3.天馈系统受潮进水 由于天线及馈线长期暴露在外，雨雪等天气可能会造成其接口处受潮，甚至在跳线和天线、馈线和跳线的接口处聚集冷凝水，使整个天馈线系统驻波比升高，引起功率损失，使基站覆盖范围缩小。 4.天线的外罩积结尘垢较多 由于天线外罩长期处于暴露的大气中，外罩结的尘垢较多。天线表面的灰垢在大雾及雨雪天气及结冰时易受分布电容的影响，天线的驻波比有较大变化。4.2基站调测 基站即公用移动通信基站是无线电台站的一种形式，是指在一定的无线电覆盖区中，通过移动通信交换中心，与移动电话终端之间进行信息传递的无线电收发信电台。移动通信基站的建设是我国移动通信运营商投资的重要部分，移动通信基站的建设一般都是围绕覆盖面、通话质量、投资效益、建设难易、维护方便等要素进行。随着移动通信网络业务向数据化、分组化方向发展，移动通信基站的发展趋势也必然是宽带化、大覆盖面建设及IP化。 以GSM网络网络的基站包括基站收发信机和基站控制器。一个基站控制器可以控制十几以至数十个基站收发信机。而在WCDMA等系统中，类似的概念称为NodeB和RNC。 基站小区的覆盖范围是衡量移动通信网服务质量的重要指标之一。将路测得出的小区实际覆盖情况和OMC话务分析相结合，可以对各相邻小区的话务均衡提供直接参考依据，是防止同、邻频干扰的必要步骤。基站的发射功率、天线高度、下倾角调整是调整基站覆盖范围的常用方法。降低基站的发射功率、天线高度，增大天线下倾角都会减少基站对其它同邻频小区内移动台的干扰，但会使基站的覆盖范围变小，并且可能引入盲区。对于室内覆盖较差的情况，除了通过建设室内微蜂窝基站加以解决外，还可以通过降低参数“MS最小接收信号电平”（RXLEV ACCESS MIN）使室内覆盖得到一定程度的改善，但通话质量有可能下降。此外，小区参数“最大时间提前量”的设置，决定了该小区进行信道分配和切换的服务范围，取值过小会导致掉话。因此，进行小区覆盖范围的调整时要权衡考虑。 经过对内蒙伊盟GSM900网的多次测试，得到了大量的统计数据。利用测试软件分析基站的BCCH信道覆盖图、信道切换分布图，没有发现异常情况。将原设计的各个基站工程参数与之对照，发现个别小区的天线朝向与原设计不符，表现为在基站附近该小区的频点的最强接收信号电平没有出现在原设计的天线主瓣方向上。调整该小区的天线方向后进行测试，基本符合对基站覆盖区的设计。对BSC内设置的MS最小接收信号电平、基站发射功率等级、最大时间提前量等直接影响小区服务范围的参数进行检查后，表明目前内蒙GSM900网的覆盖情况良好，没有出现明显盲区，参数设置比较合理。4.3频率规划调整 干扰和掉话率等指标与频率规划关系最密切。一个好的频率规划可以使系统的整体干扰水平最低。由于工程初期预分配的频率方案不可避免存在着缺陷，往往还存在着一些严重的邻频现象，加上实际环境和地形变化的影响，我们必须再微调，必须在日常工作中通过实测来加以修改和调整，以进一步减少干扰，得出最佳频率方案。在频率规划时认为不可用的许多频点，在实施中却可用；而规划时认为可以用的频点，在实施中却有可能因为地形的高度、反射等原因干扰严重。另外，地形造成的跨区覆盖的现象特别多，而这些站的天线往往又因为客观原因无法降低，这就必须依靠更仔细的频率调整来解决。在实践中，我们针对部分小区的频点进行调整后，干扰问题明显改善。但这是一个反复的工作，需要不断地加以调整，才能达到最佳效果。好的频率规划是实现良好切换性能的基础，特别是BCCH的规划更为重要。如果做得不好，就会导致MS在解码BSIC时由于质差要花更多的时间，从而使切换变得很慢，或解不出BSIC而导致掉话。同时BSIC的规划也是相当重要的。BSICNCCBCC，其中TSCBCC，NCC和BCC分别为07。以十进制为例BSIC码为063。一般一个站分配一个BSIC码，但也可以一个站内不同小区用不同的BSIC码。在NCC不变的情况下，我们只作BCC的规划。如果两个站同BCCH、同BSIC，但相隔又不是足够的远，这种情况下，MS就不能正确地区分它们，可能MS会去测量并报告其中的某个小区，但这个小区也许根本就不是当前小区的邻区，这样就会导致切换失败。邻区关系的定义也是需要重点考虑的对象。如果该做的邻区关系没有做，显然会造成大量掉话；而如果邻区关系过多，则会影响切换性能。所以要分析OMC-R的统计，然后删除那些长期没有切换发生的邻区关系；通过实测，增加应该做而没做的邻区关系，从而得到一个简洁、完整的邻区关系。频率优化 根据现有网络高话务高密度的特点，原有的各类频率规划方案（一般4*3、5*3频率复用方式）已不能适用，由于频率资源对移动通信发展制约很大，因此，如何开发新的频率资源以及进一步提高现有频率资源利用率，尽可能增加系统容量，已成为网络规划与优化中的重点。跳频技术可以实现GSM系统频率的紧密复用，从而为大幅度提升网络容量提供了便利条件。跳频的频率分集效果改善了网络质量和话音质量，虽然跳频技术使小区间同频或邻频干扰源可能增加，但来自不同小区或频率时隙干扰的相关性很小，干扰能得到均化或克服。跳频的干扰分集使系统的干扰分散和平均，可方便地实现MRP、13、11等紧密频率复用方案。现在网络中较多使用MRP技术进行新的频率规划，提高系统频率利用率。其基本原理就是把所有可用载频分成几种不同的组合，每一组合作为独立的一层，代表不同的复用组。做频率规划时逐层分配载频，不同层的频率采用不同的复用方式，频率复用逐层紧密，也就是说在整个网络中采用不同的复用类型。采用MRP技术必须采用跳频、动态功率控制、不连续发射等技术处理干扰，这是MRP技术应用的前提条件。在实际频率规划时，对于BCCH，由于控制信道不使用DTX和跳频，发射功率大，干扰特性与TCH不同，一般在BCCH载频使用4*3复用方式，且BCCH频段单独划分，不与TCH混用，从而能保证BCCH载频的受到干扰最小，单独频段便于减少以后系统扩容时网络规划的工作量。 TCH载频分组遵循：在所规划的区域内，某小区需要最大的载频数为TCH载频的分组数；各层TCH载频尽量采用不同复用方式；如有与BCCH相邻的频点，设置在频率组最后，以最大限度减少对BCCH的干扰。4.4参数调整对参数进行合理的调整常能取得很大的效果。GSM网络的优化在某种意义上说就是网络中各种参数的优化设置和调整的过程。无论哪家厂商的设备，都有大量的参数来控制小区的信道配置及手机的寻呼、接入、位置更新等行为。这些参数对小区的覆盖范围、小区间切换、话务负荷的分布等网络的各项性能具有重要的影响。我们要把握参数调整的基本原则是为了充分利用已有的无线资源，通过业务量分担的方式使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。要注意的一点是任何事物都具有两面性，过犹不及。参数的修改要适度，太小就不起作用，太大则会带来负面影响。在得到某些优化效果的同时，必然会牺牲另外一些指标。由于蜂窝网络是一个整体的系统，因此在作参数调整时必须考虑到局部的参数调整对其它地区尤其是相邻区域的影响，否则参数的调整会带来负面影响，有悖我们的初衷。4.5话务均衡 在网络运行中，总会有一些小区因为高话务量而拥塞，而另一些小区却比较空闲。这就需要我们在对现有网络影响最小的前提下去均衡相关小区间的话务分布，达到降低拥塞提高有效话务的目的。均衡话务一般有以下几种方法：扩容，即通过增加高话务小区的信道来解决拥塞；建设微蜂窝，在实践中，我们认为这是一种最好、最有效的办法；调整天线方向，使两个或多个小区的边界穿过高话务地区，达到分担话务量的目的，但是会带来大量的切换，增加系统负荷；参数调整，可以通过OFFSET、CRO等相关参数来人为干预或鼓励移动台进入某些小区。在实践中，应根据具体情况来选择最好的方法。 频率计划、邻区关系和小区覆盖范围的调整事实上已经起到了一定的话务均衡作用。此外，分析话务统计的结果、检查BSC内小区参数的设置可以得出不同的改善措施：1）增加信道或基站：是解决由于无线信道的不足引起网络拥塞的最好办法，需要对全网频率进行重新规划或调整。 2）小区参数调整：小区重选偏移CRO、接入允许保留块数（BS-AG-BLKS-RES）、相同寻呼间帧数编码（BS-PA-MFRMS）、各类切换门限参数和余量参数等都会影响小区内的话务量。通过这些参数的合理设置，可以鼓励或阻碍移动台进入某些小区，从而达到平衡网络业务量的目的:内蒙伊盟GSM900网主要是通过对小区参数的反复调整达到平衡话务的目的。对比优化前后的话务统计报表结果，网络性能有了明显改善，具体表现在网络的掉话率、拥塞率下降，切换成功率、接通率都有提高。4.6利用微蜂窝完善网络与宏蜂窝相比，微蜂窝有以下特点：覆盖范围小(一般为几百米)，安装、使用方便。基于这些特点，微蜂窝一般作为宏蜂窝的补充。可以从以下几方面来完善网络：通过在信号复杂的路段建微蜂窝，可以在那里形成主导信号从而改善通信质量；通过微蜂窝加室内分布系统的方法可以解决宏蜂窝很难覆盖到的盲点地区的通信(如商场、酒店、地下室等)；热点地区的话务分担(如各类市场、商业中心、车站等)；完善高速公路覆盖，高速公路由于地形的影响造成了许多盲区，而这些盲区一般分段存在，每段的距离又比较短，采用宏蜂窝来解决显然不经济，而用微蜂窝加两个90的定向天线，分别向公路的两个走向发射，就可以低成本地解决高速公路的盲区覆盖。第五章 心得体会这次的课程设计总的来说，不是很难！整个设计需要通过软件和硬件上的调试。我想这对于自己以后的学习和工作都会有很大的帮助。在这次设计中遇到了很多实际性的问题，在实际设计中才发现，书本上理论性的东西与在实际运用中的还是有一定的出入的，所以有些问题不但要深入地理解，而且要不断地更正以前的错误思维。一切问题必须要靠自己一点一滴的解决，而在解决的过程当中你会发现自己在飞速的提升。对于销售管理系统，其程序是比较简单的，主要是解决程序设计中的问题，而程序设计是一个很灵活的东西，它反映了你解决问题的逻辑思维和创新能力，它才是一个设计的灵魂