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无线网络优化专业：通信工程 学号：1002587 姓名：杨伟亮 指导教师： 陈忠辉、林旭辉中文摘要移动通信发展到今天可谓是日新月异,变幻莫测人们对无线通信的需求与日俱增,因而无线网络优化的重要性就不言而喻本文主要是介绍了无线网络优化过程中所遇到的问题和优化方法.为了方便大家的理解,本文还介绍了无线传播的一些理论知识.鉴于目前 GSM 系统在社会上的广泛流行和运用,本文的无线网络优化大多是对 GSM 系统而言 考虑到移动通信运营商对利润的追求,在网优的过程中始终要考虑到成本问题,即尽量合理配置资源网络优化要从宏观布站入手,要分析市场需求,人文环境,地理位置,自然环境等等,做到合理的布局,充分利用资源,尽量避免造成资源浪费GSM 系统的优化指通过各种技术手段和措施,解决系统运行过程中存在的各种问题,使系统始终处于较好的运行状态针对网络中存在的问题,调整不同类型的参数设置,包括:无线小区设计参数,硬件参数设计和调整,软件参数设计和调整等无线网络优化主要是通过调整个中相关的无线网络工程设计参数和无线资源参数,满足系统现阶段对各种无线网络指标的要求优化调整过程往往是一个周期性的过程,因为系统对无线网络的要求总在不断变化 GSM 通信系统的特性,如移动性随机性不可知性等,决定其本身是一个复杂的大系统,从大系统的角度来看,对无线网络优化最终只能提供一组满意解,而不是最优解所以,对 GSM 网络优化的意义在于 GSM 网络处于较好的运行状态,而对于优化结果的评价是通过一系列网络服务指标来反映的:如覆盖率,掉话率,切换成功率,话务均衡等等 关键词：网络优化，通信质量指标，基站，问题，方法与流程 THE WIRELESS NETWORK OPTIMIZING AbstractThe wireless communication changes with each passing day .For people ,the requirement for wireless communication is growing day by day ,so the wireless network optimizing becomes more and more important. In the text ,I will introduce the method of optimizing .First ,I will talk of some theory about how electromagnetic wave transmits . It is the increasing demand for wireless communications, and thus optimize the wireless network on the importance of self-evident. This is the process of introducing wireless network optimization problems and optimization methods. To facilitate our understanding, this article also introduced a number of wireless communication theoretical knowledge. At present ,GSM system is more popular ,so I will talk more about GSM not CDMA. As we all know, all people pursue the profits ,so how to reduce the cost of communication is very important .We must collocate the resource with reason .In optimizing ,we must know about the market ,the people ,the location ,the circumstance and environment ,and so on .We must make full use of resource not be waste of it .The optimizing of GSM means how to resolve the problem in the running by all sorts of method .For example ,the parameter for wireless cell ,the parameter for hardware ,the parameter for software and so on. The course of optimizing and adjusting is periodicity ,for the system of wireless network changes all the time . Optimize the adjustment process is often a cyclical process, because of the wireless network system requirements are constantly changing. GSM communications system characteristics, such as mobility, random nature, the unknown nature, determine their own is a complex systems .GSM system is large and complex ,for is motive and randomicity ,so what we pursue is the better not the best. How to judge the GSM system is good or bad? There are some guide line for us .The are call setup_success _rate, drop_callhandover_success_rate Key words: The Wireless Network, Optimize, Bit,Method, Flow无线网络优化- - 1 - -第一章绪论1.1 引言移动用户数量的剧增，业务种类复杂多样和灵活多变以及各运营商网络之间互连互通，使得移动通信网络在规模上、结构上不断地向多协议功能、多层面平台演进，随着通信市场竞争加剧，广大用户对网络质量的要求和业务需求越来越高，如何改善网络运行性能，提高网络服务质量，已成为移动通信市场企业掌握主动权和增强核心竞争力的基本前提。若能充分利用好现有网络的设备资源和频率资源，获取企业最佳效益，可降低网络运营成本，提高设备利用率。同时，多变的外界因素（如业务发展、网络扩容增建、城市基础设施的建设等）也时刻影响着移动网络的无线环境，而使得 GSM 这个动态的网络处在不平衡状态。因此，深化网络优化工作不容忽视，势在必行，它的地位和作用对网络的运行维护、网络规划及工程建设日趋重要，并具有积极的指导意义。1.2 研究背景全球的移动通信产业目前将关注的焦点由第二代（2G）移向第三代（3G）技术。随着 3G 技术的出现，运营商们也在研究网络优化问策略。在 2G 和 3G 过度时期，运营商首先考虑到了是如何节省成本，如何充分利用当前的 GSM 网络，如何优化 GSM 网络，使之慢慢趋进 3G 技术。因此，无线网络优化更显得至关重要！1.3 研究内容网络优化作业的主要过程有：网络普查、数据采集、数据分析、制定和实施优化方案、检查优化效果并总结留档。总之，通过一系列优化手段来达到通信质量指标。1.3.1 网络普查网络优化是一个系统工程。它要求优化人员对全网了解，优化的对象是网络，不是单点。切切不可在不了解全网的情况下，就开始优化。网络普查主要包括：(1)资料调查：调查本次优化前的最新技术文件（如已有设计、测试结果、上一次代化的技术总结报告和用户申告等） ，包括全网 MSC、HLR、BSC、BTS 的容量和所在的物理位置，网络结构，中继电路数量及质量，同步方式和信今方式，当前网上本地用户、漫游用户数及密度分布，用户投诉的热点地区等内容。(2）系统检查：利用 S113 测试仪表检查无馈线系统，如：天馈线接地、无线输出功率、馈线回损及天线角度、类型、高度与设计是否一致。同一小区的天线是否保持同一高度、角度、倾角。利用 HP8595A 测试仪表检查基站硬件，如：设备模块输出功率，放大增益，测试点工作电平，滤波器输出波形等。利用操作维福州大学本科生毕业设计(论文)- - 2 - -护中心（OMC）检查网管上显示的告警点；检查 BTS 和 BSC 数据库，核实频点分配、LAC划分、载频数量、临近小区关系、切换条件等；检查交换机数据库，核实有关 HLR、VLR无线网络参数。有时在网络普查之后，就可发现明显不合理、需要优化的方面，就可以制定和实施优化1.3.2 数据采集网络优化是在充分了解网络运行状态的前提下进行的。因此，数据采集是一个非常重要的环节。数据采集包括：(1)通过交换操作维护中心（OMCS）可以获得 MSC 话务量统计，包括网内 MSC、VLR、HLR、CCS7、小区、中继群、录音通知等。对于交换机可统计到各信令点的信令负荷、忙时鉴权次数、忙时 TMSI 分配次数、VLR 用户数、关机或脱网用户数、业务类型使用频率、忙时位置更新次数等。利用这些数据，结合 GSM 的当时运行情况，可修改 MSC 和 BSC 参数，减轻其工作负荷。(2）通过基站操作维护中心（OMC-B）可以获得 BSC 话务量统计（MOC 话务量、MTC 话务量、位置更新、切换、小区话务量、话务信道和信今信道等） 。可统计小区内主被叫应答率、TCH 分配成功率、TCH 分配失败原因占有率、掉话率、忙时话务量、TCH 平均占用时长、忙时占用 TCH 信道数、切换（来去）邻近小区及成功率、切换失败原因占有率等。结合 GSM 规范，就可知道话音信道分配失败过程中，各种原因所占比例；切换失败过程中，各种原因所占比例；掉话率等指标。借助测试仪表、测试手机及测试车等工具结合地理信息图和网络资源配置对无线接口（Um）部分进行测试采集。需要测试的主要内容有：呼叫通话测试、扫频测试、杨强测试、干扰测试、切换测试、位置更新测试、双频网评估测试等。需要采集的主要参数有：主邻小区场强、载于比、越区切换位置、越区切换电平、掉话数、误码率、失帧率、小区归属参数、全部第三层上下行信令采集和解码等。1.3.3 数据分析综合从交换机、基站和有线及无线部分的电测所获得的数据，进行数据分析。从交换机的操作维护终端 OMCS 和基站系统的操作维护中心 OMCR 获得话务统计报表。然后用后台软件加以处理。包括针对无线网络而言的全网接通率、话音信道掉话率、信令信道掉话率、切换成功率和切换失败原因占有率等。对无线部分测试采集到的数据进行分析得到场强覆盖分布图、比特误码率分布图、帧丢失率分布图、有效相邻小区分布图、同邻频干扰分布图等；以及双频网评估，呼叫过程事件和发生的频度统计报告。 （掉话率、切换成功率、拥塞率、CQT 拨打测试结果分布等） ，从而得到网络覆盖盲区定位、网络干扰（上下行）区定位、切换分析报告等。1.3.4 制定和实施优化方案根据网络普查时就发现的明显不合理之处制定和实施优化方案。一般这时是进行初无线网络优化- - 3 - -级层次的优化。进一步提高门组运行质量就要进行较高层次的优化，它需要周期性地、渐进地进行。根据数据分析结果制定和实施优化方案。(1)初级层次的优化：“清网排障”很见效，如：数据库中数据垃圾的清理，故障盘替换等。根据话务量报表及销售计划，调整每个小区所需载频数目和各局向中继电路数，及时修改配置。应用频率规划软件和手工补偿，获得新增载频频点。另外，可以看到良好的初期越址选择可减轻大量的网络优化工作量。(2）常规的调整方法：根据数据分析得到的用户分布及话务分布提高交换机处理效率，增加容量，调整信道数。变更基站位置、切换参数、频率、小区参数等。对盲区覆盖、高速公路、室内区域、偏远地区，高话务量地区可考虑增加信道或增建基站、设置微蜂窝、宏蜂窝、直放站及（智能）同心圆、频率复用等技术。直放站选型时，应重视天线前后向比和非线性失真根据测试到的盲点和话音质量较差地区数据，调整天线的角度、高度、倾角、类型、连接及 BTS 发射功率。必要时，可更换基站位置。首先，利用频率规划软件模拟计算调整后的效果。满意时，调整天线多数。然后进行无线测试工作，反复进行模拟、调整、测试、比较工作，直到获得良好的服务状态。根据有线部分的测试得到统计数据，分析网络服务质量（QOS）差的原因。修改 MSC 或 BSC 数据库（诸如位置区域 LAC、切换条件、鉴权条件、邻近小区、TMSI 再分配条件，BSC 和 BTS归属关系等）后，再进行统计。每次尽量只修改一个参数，通过反复修改、统计、比较以得到较佳的指标。福州大学本科生毕业设计(论文)- - 4 - -第二章移动无线环境的传播特性移动信道与其他通信信道相比，是稳定性最差的一种。由于受到地形，温度，湿度等环境因素的影响，无线电波在空中传播时将受到多方面的衰落。与在固定传输链路（如同轴电缆或光缆）中电波传输的可控性和预见性相反，由于电波在移动信道中传输时在空间上或空间上都有较大的起伏，因此要对移动信道进行控制和预测是非常困难的。本章主要介绍几个表征移动信道特性的参量,分为两部分，第一部分介绍有关天线的基本概念，第二部分介绍移动通信受到的主要影响。2.1 基本天线单元无线电波是电磁频谱中的一个组成部分。无线电信号可以表示为行进中的电磁波，其中包含电场分量和磁场分量，电场分量可以用来对发射电磁波的功率密度进行测量。电波可以沿给定的方向传播，所谓的天线指向这一概念就是以这一特点为基础的。简而言之，天线就是一种用导电良好的材料制造，用于连接发射（接收）信号与发射（接收）机的一种结构件。天线的形状和尺寸要经过设计以便天线更能有效辐射和接收电磁能量。天线的基本功能就是完成空间与传输线，同轴电缆或波导之间的电磁能量的连接。2.1.1 天线的主要特性2.1.1.1 点天线所谓点天线指的是理论上的点发射源，它向各个方向均匀地发射信号功率。点天线在实际中是不可实现的，但常作为实际天线的参考天线或基准天线 1。2.1.1.2 定向天线定向天线是指在某些确定的方向上具有比其他方向上更高的发射和接受率的天线。定向天线具有水平或垂直等多种辐射方式，可以用在扇形小区中。定向天线可以用来在无线通信系统中实现覆盖区域的扩展和频率复用等目的。定向天线增益的典型值在 916dB之间。参见图 2-1无线网络优化- - 5 - -2.1.1.3 全向天线全向天线的方向图在方位角上是无方向性的， （参考图 2-2）但在垂直高度上是有方向性的 2。可以在同一个垂直轴上安装多副偶极子来增大水平方向的辐射功率。全向天线的典型增益为 6-9dB，偶极子的数量每增加一倍，天线的增益增加 3dB。当然由于天线阵尺寸的限制，天线增益的增大是有限的。全向天线常用做移动台的发射和接收天线，所以用户在使用移动台时就不必要天线对准特定的方向。 图 2-2 全向天线方向图2.1.2 常用天线常用的天线只占无线家族中的一小部分，在一些特定场合，如高性能通信链路、雷达系统、以及某些科学实验中，往往需要设计非常复杂的天线。无线的形状是多种多样的，常用的天线一般是结构简单、造价经济的天线。本文主要介绍 4 种类型的天线：线天线、口径天线、阵列天线和反射天线。2.1.2.1 线天线线天线是用途最广的天线，在汽车、楼房、轮船、飞机等场合都采用线状天线作为通图 2-1 定向天线方向图福州大学本科生毕业设计(论文)- - 6 - -信天线。线天线有多种形状，常用的有偶极子天线、环状天线、螺旋天线（广泛用于手机，可以减小物理尺寸） ，也可以是上述天线的混合型。偶极子天线结构最简单，在移动通信系统中常被用做参考天线。环状天线可以是圆形，也可以做成其他形状，如方形、三角形、椭圆形等。折叠（环状）的偶极天线特性阻抗很容易与馈线的特性阻抗匹配，因而常用做基站的发射天线。基站用的全向天线一般由数个偶极子天线组成，而移动台常用做 1/4 波长的单极天线。2.1.2.2 口径天线常见的口径天线由两大类：抛物面反射器天线和喇叭天线。为了提高增益，天线口径的长度和宽度必须为几个信号波长。口径天线一般用于微波传输，这种类型的天线主要用于卫星通信和雷达。2.1.1.3 阵列天线把多个偶极子（或其他单元天线）排成一个天线阵列，可以产生一个方向性很强的辐射波束，在单个阵子无法满足所需的天线性能时，往往采用阵列天线。把一组阵子按一定的几何形状和电气方法排列起来，就可能得到特殊的、可调整的辐射特性，每个阵子的辐射场强相互叠加后，可以在一个或几个方向上形成很大的辐射功率，而其他方向上的辐射功率会很小。八木天线是最常用的阵列天线之一，多用于电视接收天线，有时也用在 PMR 系统中作为站点之间的传输天线。在蜂窝系统中，常采用扇区化的天线，基站的每副天线覆盖120 度的范围。这些天线一般是在一个反射面板前安装一组定向的偶极子阵列，通过精心设置阵子的间距，可以使天线的方向图向下倾斜，这样可以限制最大的传输距离，有利于蜂窝系统的规划，同时也还可以增加中距离范围内地面场强的强度。2.1.1.4 反射天线反射天线的辐射源位于一个反射面上，这种类型的天线主要用于空间通信（通信范围从几千公里到几百万公里） 3。抛物面反射天线是这类天线中最常用的天线。2.1.3 天线间的互偶当几副天线安装在同一副塔架上时，不同用途的天线之间，发射天线和接收天线之间的互相耦合会带来新的问题。两副天线之间的去耦衰耗（以 dB 表示）定义为一副天线的输入功率于另一副天线输出端的比值。去耦衰耗（消除耦合引起的衰耗）越大说明天线之间的互相影响越小。在相距很近的情况下，两副固定天线间的去耦衰耗是一个常量。发射天线与接收天线之间的互耦会给接收一方带来宽带发射噪声和接收阻塞，从而导致接收灵敏度的下降。不同无线网络优化- - 7 - -信道间的互耦可以导致互调产物，其结果可能产生虚假信号，并降低接收灵敏度。天线间的互耦一般可以归纳为以下三类。（1） 垂直互耦当两副垂直极化的天线一上一下安装在同一垂直轴上时，就产生垂直互耦。垂直互耦与天线间距有关。例如两副间距 30cm 的天线工作在 900MHZ 时，去耦衰耗为 30dB。（2）水平互耦两副天线安装在同一水平面上时，要产生同样的去耦衰耗需要更大的天线间距。如工作频率为 900MHZ，去耦衰耗为 30dB 时，天线间距需 1.5m。（3）交叉互耦当两副天线以一定的相对角度放置时，会产生交叉去耦衰耗，当两副天线的夹角等与 90 度时，交叉去耦衰耗最大 4。2.1.4 设计和选择天线时需要考虑的参数电性能参数；天线相对与点天线的增益或相对于半波长偶极子的增益；电压驻波比（VSWR） ；方向图，特别是垂直面和水平面的波瓣宽度；定向天线的前后比；输入功率；互调性能；带宽；机械性能参数；天线及支撑体的结构设计；特殊环境的适应能力；2.2 移动信道中电波的传输电波传输受到下列因素的影响：（1）发射；（2）绕射；（3）散射，当电波传输过程中存在物理尺寸小于电波波长的物体，且这些物体的分布较福州大学本科生毕业设计(论文)- - 8 - -密集时，就会发生散射现象。信号在移动无线环境中传输时受到的损害可以归结为如下三种：（1）由传输距离引起的损耗；（2）由阴影效应（发射与接受间的障碍物引起的）引起的损耗；（3）由多径传播引起的信号衰落。以下几种也会对信号传输构成不利的影响：（1）由其他发射机引起的干扰信号（同道干扰或邻道干扰） ，在设计频率复用系统时，避免这种干扰是非常必要的。（2）由外部环境中的噪声引起的干扰，如汽车马达的点火噪声。信号的传播还因地理环境的不同而有所变化。一般根据下面所列的不同参数来确定地理环境类型：（1）地形形态（2）植物稠密程度（3）建筑群及其密度和高度（4）空旷区（5）水面2.2.1 传输路径损耗2.2.1.1 自由空间中的传输路径损耗灾自由空间中，假设存在一个无方向性的点辐射源，其发射功率为 Pt，则在距离发射天线 d 处，信号功率均匀地分布在一个半径为 d 的球面上。其功率密度为：Sr= （21）24dPt如果接收天线离发射天线的距离为 d，则天线接收到的信号功率与接收天线的有效面积Ae 成正比。接收天线接收到的功率可表示为：Pr= (22)24dAePt无线网络优化- - 9 - -又天线的增益Gr= 24Ae（23）把 2.3 代入 2.2 得Pr= （24）2)/(4dGrPt最后用一增益为 Gt 的发射天线代替点天线，并用一增益为 Gt 的接收天线接收信号，则有：Pr= （25）2)/(4dPtGr传输路径损耗PL(dB)=-10 =-10 （26）10)Pr(t10)4(2drt可见路径损耗与频率有关，路径损耗（可通过测量发射机的输出功率和接收机的接收功率而得到）在频率低时小，随着频率的增高而增大。传输损耗也随着信号的极化特性的变化而变化。2.2.1.2 阴影效应电波传播过程中受到的最大损耗源自自然或人造的阻挡物，这种阻挡叫做阴影效应或阻挡效应 5。发射天线与接受天线之间的阻挡物越高，信号遭受的损耗越大。 阴影效应引起的信号电平的衰落叫阴影衰落。阴影衰落的信号电平比较缓慢，阴影衰落为慢衰落。阴影衰落的速率取决于地形地物的分布，高度和移动体的速度。2.2.2 植被引起的损耗在市区，树木的总量不是很大，因而其影响可以忽略不计，而在农村，又树木引起的衰耗占了很重要的一部分。树木引起的损耗取决于树木的高度，树冠起伏，茂密程度，树龄，季节以及周围环境的湿度等。福州大学本科生毕业设计(论文)- - 10 - -2.2.3 大气层引起的损耗电波在大气层中传播时的损耗主要是大气分子吸收衰耗和降雨，云，雾等衰减。在大气中，氧分子，水分子，对电波的吸收衰减起主要作用，氧分子的吸收频率在60-118GHZ 之间，水汽的吸收峰为 22GHZ，183GHZ，325GHZ。降雨对电波传输的影响也是很明显的。一方面，雨滴吸收电波能量引起吸收衰落；另一方面，雨滴对电波又具有散射作用。大气分子吸收引起的损耗一般是不变的。2.2.4 绕射和菲涅尔区在多径环境中，当电波遇到一个契形表面时就会发生绕射现象。绕射后的第二次波会绕过障碍物而达到阴影区，这个区叫菲涅尔区 6。2.2.5 多径当无线电波在传输过程中遇到障碍物时，会受到反射和吸收。在市区环境中，由于反射物（障碍物）比农村大得多，因而反射波的数量要大得多。电波可以被多种物体反射，如高山，建筑物，运输车辆，飞机，甚至大气层中的不连续性（管道效应） ，都可以使电波发生反射。建筑物的高度、宽度、建筑材料、走向以及电波传输方向等，都是影响反射现象的因素。当建筑物的表面所形成的通道类似于“波导”时，由于反射作用，在信号传输的阴影区会收到很强的信号。在这些情况下，反射信号可能会被很大的衰减，而其他情况下，可能大部分信号能量都被反射，被吸收的很少。多径反射会造成在发射点和接收点之间存在多条传播路径。多径传输会带来两方面的影响：正面影响和负面影响。（1） 多径传输的正面影响多径传输主要的有利之处是它可以发射点与接收点在非视距的情况下也能实现通信。多径传输可以使电波有效绕过障碍物从而或多或少有助于电波覆盖连续区域。（2） 多径传输的不利影响多径也可以使信号受到负面影响。三个主要的不利影响是时延扩散；多径信号的相互干扰而造成接收信号的快衰落（瑞利衰落） ；不同路径的多普勒频移引起的随机频率调制。强烈的信号反射会带来无法容忍的信号延时。见图 2-3无线网络优化- - 11 - -图 2-3 传输多径示意图2.2.6 时延扩散反射传输的路径通常比直射传输的路径长，即经反射路径传输的信号到接收机要比经直射路径传输的信号晚。这样从同一发射天线发出的信号会经不同时延而在不同时刻到达接收机。时延扩散或多径扩散可以由下面的简化公式来计算；多径扩散=（最长路径最短路径）/C，其中 C 为光速。信道脉冲响应的时延扩散取决于方向，反射系数以及反射物（建筑群，山峦，墙壁，交通工具，等）之间的距离等物理因素。时延扩散的取值范围一般从几十纳秒（室内环境）到几微妙（室外环境） 。2.2.7 瑞利衰落信号经不同的路径传输具有不同的传输时间，并在接收端造成相互干扰。如果两条路径具有相同的损耗，且其传输时延刚好是信号波长的奇数倍时，这两个信号到达接收天线时会完全抵消。如果是偶数倍时，则两个信号相叠加得到一个幅度增加一倍的信号7。在实际环境中，到达接收端的信号往往是多个多径信号的合成信号，这些信号一般是相互独立的，并具有随机幅度，随机相位，其结果造成信号在幅度上产生波动，这种波动叫做小尺度衰落。且这种衰落服从瑞利、莱斯分布。见图 2-4 所示。福州大学本科生毕业设计(论文)- - 12 - -图 2-4 信号衰落波形图2.2.8 多普勒频移多普勒效应是由于发射机和接收机之间相对运动引起的一种现象。这种现象会引起接收信号频率的变化，既多普勒频移或多普勒扩散。这种频移主要由两个因素确定，接收机相对于发射机的运动方向和运动速度。如 多普勒频移Fs= （27）cf0为信号载频，c 为光速， 为发射机与接受机之间的相对速度。0f c多普勒频移导致信号产生随机频率调制，并影响多径信号，使一些多径信号具有正的频移，其他的多径信号具有负的频移。一般认为多普勒频移能引起多径信号相互之间出现短暂的非相关性，因而又常叫做时间选择性衰落效应。2.2.9 室内环境中的传输室内电波传输的两个基本特点：（1）阻挡效应（由人员，家具或墙壁等引起的）无线网络优化- - 13 - -图 2-5 信号穿透损耗图（2）多径引起的失真（由墙壁，地板，天花板等反射引起的）室内环境中的信号传输预测要比室外难得多，一般要采用动态分配。室内信道不管在时间上或空间上都是不平稳的。与室外移动信道相比，室内信道表现为深度衰落和快变化的特点。2.2.10 密集市区环境中的传播在市区，建筑物都比较高，且相互之间靠得很近，设计高业务容量系统要求在屋顶上安装的天线不得高于 5m，在这种情况下，在进行覆盖区域预测计算时就不得不考虑局部地区的布局。即使在最简单的情况下，信号的传输曲线都具有两个斜率，刚开始比较平缓，在经过一个突变点之后，信号的斜率会变得陡峭起来。在 900MHZ 时，突变点的位置在距发射点 200m 到 300m 之间。在传输路径存在建筑物时，情况会变得更复杂。非视距的情况下，还存在拐角效应，在建筑物的拐角附近几米范围内，信号的场强的衰减量可能达到 20-50dB。2.3 干扰和噪声除了前面所介绍的衰落和损耗外，通信信号还受到其他信号的干扰，这种干扰一般称为噪声。从广义上讲，噪声包括接收机收到的任何不需要的信号。2.3.1 噪声噪声可分为两大类：一类是源于系统外部的噪声；一类是源于系统内部，与外部环境无关的噪声。内部噪声又分为两种：一种是逻辑器件及其通断电流引起的噪声；一种是源于器件内部电子的热运动引起的。前一种噪声的影响是可以减小的，甚至完全消除；而后一种背景噪声是无法消除的，这类噪声可分为三部分：热噪声，散弹噪声，低频加性噪声。福州大学本科生毕业设计(论文)- - 14 - -2.3.2 干扰移动通信系统中，通信链路主要受到两类干扰的影响；一种是同道干扰，由同频率的发射信号引起的；一种是邻道干扰，由邻近信道内的发射信号引起的。2.3.2.1 邻道干扰为了充分利用系统所分配的频率资源，常把信道之间频率的间距设计得很小，这是造成邻道干扰的主要原因。当相邻两个信道同时传输信号时，信号频谱不可避免要超出信道带宽的限制而扩散到相邻信道内，而被使用相邻信道的接收机得到。当邻道干扰功率特别大时，可以引起通信质量下降，甚至无法正常通信。2.3.2.2 同道干扰当频率为 f1 的信号被同频率的其他信号归纳人时，就会发生同道干扰。同道干扰在频率重用系统如蜂窝系统中经常发生。2.3.2.3 互调干扰互调现象是由于带外几个信号的混频而产生一个出现带内的频率分量而造成的。在任何非线性部件（通常接收机和发射机中）的地方都会出现互调现象。接收机内的互调是由接收机的输入端同时存在的几个不同频率的强信号所引起的。发射机产生互调是由于多台发射机安装在同一基站内，且发射天线离得很近的情况下，或者用同一台发射机发射多路信号时。无线网络优化- - 15 - -第三章 数据采集和分析数据采集是网络优化的前提和基础。主要包括：基站参数表、OMC 统计数据、路测数据、CQT 数据、系统告警事件记录和客户投诉中心反馈的投诉信息等。3.1 数据采集3.1.1 基站站点参数表基站参数表主要包括：站名、站号、LAC 号、配置、频点、经纬度、天线高度、天线增益、天线半功率角（垂直和水平）、方位角、俯仰角、基站类型等。同时准备标明站号、频点、BSIC、方位角（天线方向）的地图；记录目前系统版本和支持的特殊功能清单等 3.1.2 OMC-R 统计数据OMC-R 统计数据中记录了无线网络的各项运行指标，反映了网络的实际运行状态。我们常用的有 call_setup_success_rate（呼叫成功率）、drop_call（掉话）、handover_success_rate（越区切换成功率）以及话务掉话比等统计项目，这些主要指标我们需要每天统计，一般是忙时的即可，忙时是上午一个和晚上一个，根据具体情况而定。统计 BER，IOI（ INTERF_ON_IDLE 空闲状态下的干扰强度），PATH UNBALANCE，RFLOSSESTCH，CHANREQMSFAIL 等载波统计指标，便于诊断射频硬件的故障。3.1.3 路测记录数据路测的目的是要了解基站附近的无线环境，核实基站的覆盖、切换、确定基站的工作是否正常以及查找基站工作不正常的原因。下面是给定的指标表达式 3：(3-1)测 试 路 段 里 程 数的 测 试 路 段 里 程 数大 于覆 盖 率 dB94(3-2)呼 叫 总 次 数接 通 总 次 数接 通 率(3-3)呼 叫 总 次 数掉 话 总 次 数掉 话 率 福州大学本科生毕业设计(论文)- - 16 - -(3-4)掉 话 总 次 数的 测 试 路 段 里 程 数大 于掉 话 比 dBm94通过路测设备，到有问题的地方进行实地路测测试，可以将测试点附近的接收电平、接收质量、所占用的小区和信道、3 消息、6 个最强邻小区、切换等数据记录下来。 3.1.4 定点 CQT 测试和用户投诉信息数据评估室内的无线网络质量指标主要包括覆盖率，接通率，掉话率以及质差通话率等，下面给出这些指标的表达式 3。(3-5)总 拨 打 测 试 点 打 测 试 点信 号 强 度 符 合 要 求 的 拨覆 盖 率 (3-6)呼 叫 总 次 数接 通 总 次 数接 通 率(3-7)呼 叫 总 次 数掉 话 总 次 数掉 话 率 (3-8)接 通 总 次 数 断 续 的 总 次 数回 声单 通窜 话出 现 无 话 音质 差 通 话 率 CQT 测试能够比较客观地反映网络的状况，选点原则要能够反映网络整体情况，应选择尽量多的地点进行，这些地点要涵盖各种有代表性的地点；同时突出重点，大部分测试选择用户相对集中的地点进行，如宾馆，商场，居民小区等；选点应在 30 个以上。对客户地投诉要按掉话、接入困难、通话质量不好、提示音不正常等进行分类，并注意投诉的时间、地点，通话双方号码：主叫，被叫号码等。收集并分析以上这些信息便于我们抓住网络的主要矛盾，提高工作效率。3.2 优化过程与网络存在问题的定位分析网络优化的关键是进行网络分析与问题定位，现行 GSM 网络存在问题主要从干扰、掉话、话务分布的均衡与流向和切换等方面进行分析，分析依据是得到可靠的网络数据。无线网络优化- - 17 - -（1）OMC-C&S 数据分析OMC 数据采集主要从 OMC 上 UPLOAD 现行网络数据库进行分析，容易发生问题的数据有：基站小区结构和语音信道数、BSIC、小区系统类型、信道类型、时隙（包括子时隙）分配、小区跳频方式、PWR 功率等级，邻区关系定义，以及小区内相关参数设置（系统消息数据、功率控制数据）等（2）话务统计数据分析OMC 话务统计数据是了解网络性能指标的一个重要途径，它反映无线网络的实际运行状态，包含了 BSC 整体性能指标、小区 TCH/SDCCH 性能的测量、小区间/内切换性能测量、无线衰落率、接通与分配率等。（3）测试数据的提取和分析根据话务统计和用户的投诉情况进行路测，获取最直接的网络分布数据，测试结果通过测试软件 VMS2WLE 与 BTS-CHI 进行分析。路测数据有：测试区域内基站的相互地理位置、6 个相邻小区的方位、覆盖以及相互切换情况等，规划中要确保基站经纬度数据的准确性以免造成邻近小区的漏创与误创。重点分析路测中发现的问题，如所测数据与理论设计数据不符合；掉话；非信号强度引起的通话质量差；阻塞；不正常切换；信号电平低；TA 过大；信号盲区。然后在分析路测数据的基础上，检查修改邻区关系和切换参数、调整天线倾角和方向、查找干扰来源、分析空中接口的信令接续过程、发现天馈系统的安装错误等。 （4）网络数据的分析数据分析要结合无线网络性能指标进行定位，网络优化中常用到的无线指标有：TCH 掉话率较高 信号覆盖差，RXLEV 较低， 网内存在较严重的同、邻频干扰，造成误码率上升，RXQUAL 较高 邻区关系的不完整与不正确，造成的切换掉话以及其他切换原因 设备硬件存在故障，特别注意检查天馈系统 掉话严重小区是否是由于话务溢出而造成的无可利用信道切换而引起的掉话 网外干扰，加强与当地无线管理部门的联系，特别是直放站的非法使用问题 不同 LAC、MSC、BSC 交界处，适当调整小区重选等参数，避免频繁切换的发生 确保小区内天线收发方位与俯仰一致，避免收发覆盖范围不同引起掉话SDCCH 阻塞与掉话 信令流量联系较紧的各项设置：周期位置更新、最大重发次数、寻呼次数设置等，如周期位置更新时间太短使的高话务量基站 SDCCH 阻塞形成的掉话；位置更新太多，开关机较多地带 检查硬件故障，如 MSC 是否有模块吊死和内存溢出的现象福州大学本科生毕业设计(论文)- - 18 - - 检测 A1 接口是否存在误码较高现象造成 SDCCH 掉话 TCH 问题（硬件、严重干扰、TCH 阻塞） ，SDCCH 指派 TCH 失败造成的掉话 检查时隙分配问题，SDCCH 是否开跳频（5）无线衰落率分析 结合实际基站所处位置的地形地貌以及人造结构 检查网内/间干扰 基站硬件故障无线网络优化- - 19 - -福州大学本科生毕业设计(论文)- - 20 - -第四章 无线网络优化方案4.1 蜂窝系统4.1.1 六边形小区本章有关的无线网络一般是指蜂窝网络。能覆盖整个区域而没有重叠和间隙的几何形状只有三种可能的选择：正六边形，正四边形，正三角形。在蜂窝小区设计时，可采用三种多边形中的一种。设圆的半径为 r，那么圆的面积 ；六边形的面积 ；正方形的面积214.3rS26.rS；三角形的面积 。由此可见，六边形在三种几何形状中有最大的面积 9。20.rS2.1r如果用六边形做覆盖模型，则可以用最少的小区数覆盖整个移动通信网的地理区域，而且正六边形最接近于圆形的辐射模式。在移动通信网规划的初级阶段，蜂窝被看作六边形，因为六边形的使用可以简化蜂窝系统的规划何设计。4.1.2 蜂窝小区类型覆盖服务区的蜂窝小区尺寸随着用户量增加及频率资源紧张而变得越来越小 10。目前的移动通信系统一般采用小区制，即将整个网络服务区域划分为若干小区，每个小区分别设有一个或多个基站。因此移动通信网的覆盖区可以看作由若干个规则六边形的无线小区邻接而构成的面状服务区。由于服务区的形状很像蜂窝，这种网络便称为蜂窝式网络。（1）宏蜂窝小区(macrocell)传统的蜂窝系统是由宏蜂窝小区构成的。宏蜂窝覆盖半径大多为 1-25km，基站的发射功率较大，超过 10W，基站天线尽可能做得高 11。宏蜂窝的优点是：节省投资，实现大面积覆盖。适用于低话务阶段或区域，网络建设初期，农村，交通干线覆盖。宏蜂窝的缺点是存在两种特殊的小区：一种是盲点，指由于电波在传输中遇到障碍物而造成的阴影区域，该区域会引起通信质量恶化；一种是热点，指由于客观存在商业中心或交通要道等业务繁忙的区域，该区域会造成空间业务负荷的不均匀分布。以上两点问题的解决往往依靠设置直放站，小区分裂等办法来解决。直放站实质上是个宽带放大器，设置不合理或设置过多，很容易造成对周围信号的干扰；小区分裂的实质是采用使宏蜂窝半径减小的办法来增加系统的容量，但当蜂窝半径减小到一定程度时，由于干扰合基站接入等问题，这种办法很难再进行。于是产生的微蜂窝小区技术。（2）微蜂窝小区(microcell)微蜂窝小区的覆盖半径为 30-300m，基站高度低于屋顶高度，信号传播及覆盖主要沿无线网络优化- - 21 - -街道的视线范围进行，绕过楼顶的信号很小 12。微蜂窝小区最初被用来加大无线电覆盖，消除宏蜂窝盲点。由于微蜂窝基站的发射功率较低，频率复用距离较短，随着单位面积信道数的增加，业务密度得到了巨大的增长，且射频干扰很低，将它安装在宏蜂窝小区的热点上，可满足该微小区域质量与容量两方面的要求。在实际蜂窝设计中，微蜂窝可作为无线覆盖的补充，主要用于两种情况，一种是宏蜂窝覆盖不到的又有较大话务量的地点，如地下室，娱乐室，地铁，隧道等。另一种是话务量比较集中的地区，如购物中心，会议中心，商务楼，停车场等。微蜂窝的优点是：设备体积小，安装灵活，可快速解决热点地区的容量与覆盖问题，无须改变网络结构，容量可明显提高缺点是：为解决大城市的连续覆盖，需要大量的微蜂窝，投资十分巨大。采用分层结构时，网络结构复杂，增加频率规划的难度。（3）微微蜂窝小区(picocell)随着系统容量需求的进一步增长，移动通信运营商可按同一规则安装第三或第四层网络，即微微蜂窝小区 13。微微蜂窝小区实质上是微蜂窝小区的一种，只是它的覆盖半径更小，只有 10-30m，基站发射功率更小，大约几十毫瓦左右；其天线一般安装在建筑物内业务集中的地点。因此，一个多层网络，往往是由一个上层宏蜂窝网络和数个下层微蜂窝网络组成的多元蜂窝系统。如图 4-1144-1 蜂窝分层示意图当用户接入时，系统根据所测得的信号强度和蜂窝的容量为某一呼叫选择最恰当的蜂窝（宏蜂窝、微蜂窝、微微蜂窝） 。层间切换与普通切换一样，切接点由系统决定，由GSM 移动台自动辅助切换测量来完成。切换过程还取决于当时各级的容量，如果微蜂窝和微微蜂窝已经饱和，业务将切换到更高一级的蜂窝。福州大学本科生毕业设计(论文)- - 22 - -4.2 对移动通信市场的分析我们知道，移动通信运营商费那么多的精力进行网络优化，目的就是为了追求利润的最大化。即用尽量节省的投资来达到最大的效果，即满足用户的通信需求又能尽量的节省成本。我们知道，如果某地区，基站设置过多，而话务量却很小，这就造成资源浪费，增加移动通信运营商的成本，相反，如果某地区话务量很大，而基站数量却很少，虽然节省成本，但是，通信质量却满足不了用户的需求。所以，无线网络优化的原则就是在满足用户通信需求和运营商花费的成本之间寻求一个平衡点。在无线网络规划之前应收集以下信息。（1）地理信息主要的城市，交通干线，山区位置和范围居民区，海岸线（2）城市信息城市轮廓范围，主体建筑结构，城市结构，当地习俗（3）人口分布大城市、中小城市、乡镇、旅游区、公路，热点区域如：购物中心，会议中心，商务楼，停车场。无线覆盖的区域划分以下几种类型：大城市、中等城市、小城镇和农村。如表4-1表4-1覆盖区域类型表在不同类型的区域采用的信号传播模型是不同的，并由此决定了其覆盖区无线网络的设计原则、网络结构（具体采用何种蜂窝小区：宏蜂窝、微蜂窝、微微蜂窝） 、服务等级和频率复用方式。在收集了各种话务需求信息之后，我们就可以初步的做出网络规划。大体方案如图无线网络优化- - 23 - -4-2图 4-2 网络规划流程图4.3 优化调整为了方便大家理解，我先把 GSM 系统图画出来给大家看，参见图 4-3图 4-3 GSM 系统体系结构福州大学本科生毕业设计(论文)- - 24 - -4.3.1 站址选择与优化4.3.1.1 初始布局和规划网络优化的首要工作是要确定基站的初始布局。初始布局是根据用户预测和用户话务分布，由规划人员根据经验估算网络所需要的基站数量，并初步选定站址并配备信道，假定基站的各项参数，如天线类型，天线高度，发射功率等，确定初始布局的主要步骤如下：首先给出用户预测和用户话务分布；根据频道宽度决定频率复用方式；根据经验估算网络所需的基站数；确定基站的理论位置；估算网络容量；每小区 TRX 数量=网络带宽/频率复用度 15 （41）假定基站的有关参数（包括网络层次结构，发射功率，天线类型，挂高，方向，下倾角等） ；在确定网络基站布局的基础上，对频率，邻区进行规划，在完成相关的小区数据，从而完成整各网络规划过程。具体可参考图 4-4：图 4-4 基站站点规划框图4.3.1.2 具体基站的布置无线网络优化- - 25 - -在宏观上把握好基站的布局之后，接下来就要具体布站了。具体布站应当遵循以下几点原则：（1）如无其他原因尽量避免在山顶建站，因为：信号不好控制，容易引起干扰； 交叉覆盖严重；切换紊乱；但对于使用微波链路的网络来说，比较有利。（2）避免建在山上这样可以利用山丘阻挡分割小区，避免干扰（3）覆盖区域连续覆盖（4）基站稍微高些就可以降低铁塔高度（5）无线方面准则主瓣方向场景开阔周围无对覆盖区形成阻挡的高大物体地形可见性好足够的天线安装空间使用微波传输有视距线馈线尽可能短（6）非无线方面准则其实一个站点的建立并不是想象中的那么容易，站点需要馈电，需要租赁别人的地点，需要把器材运道施工点，所以我们还应当在理想的规划站点和具体施工以及所要付出的成本之间寻找平衡点。我们必须结合实际情况，考虑道以下几点因素：设备安装空间传输电源交通方便房东租赁费用和期限站址选择在建网初期相对较为容易，主要是为解决无线覆盖问题。但在网络不断扩容的过程中，特别是已具相当规模的今天，覆盖问题只存在于极少数山区及市区的地下室与部分室内娱乐场所，已不是主要问题。因此，站址选择的思路也发生了重大变化，以解决高话务区的高阻塞和盲点问题。多个微蜂窝组成一个连续覆盖的环，可以为宏蜂窝吸收了大量话务量，减轻了负担。但目前市区高话务基站 TCH(话务信道)阻塞率仍较高，TCH 阻塞率在 10%左右。因此决定将中心区内已有基站的天线高度降低，根据具体地形大力寻找新站，对于娱乐场所及商业街则可通过增加微蜂窝来解决。福州大学本科生毕业设计(论文)- - 26 - -4.3.2 频率规划频率规划在网络规划中是一个技术性很强的环节。由于网络规模越来越大，而频率资源又非常有限，在现有的频率资源的条件下，要兼顾容量和质量则存在较大的难度。在站址选，容量配置时，也要兼顾频率规划的可操作性。4.3.2.1 频率复用在我国，模拟公用移动通信网的频率复用方式主要有以下几种 16：121 复用模式；46 复用模式；43 复用模式；73 复用模式；（1）12 个基站小区为一簇的频率复用方式此时，每个小区中心为基站位置，基站 天线为全向天线。在满足同频干扰保护比的情况下，采用 12 个基站小区为一簇的频道配置。这种模式平均每个基站的可用信道数会比较少，适应于话务量比较低或用户密度较小的地区。（2）4 个基站 24 扇区为一簇的频率复用模式每个基站设在六角形的中心，基站采用六副 60 度定向天线。将一个基站区分成 6 个扇形小区，在满足同频干扰保护下，使用相同频率组必须相隔 4 个基站。因此形成 4 个基站24 个扇区为一簇的频道配置。该复用模式适应话务量较大，人口密度较高的地区。（3）4 个基站 12 个扇区为一簇的频率复用方式该复用方式实际上是采用了信令信道为 7*3 复用、话音信道为 4*3 复用混合复用方式。该模式适用于话务量特别高，密度特别大频率资源短缺的地区。（4）7 个基站 21 扇区为一簇的频率复用方式。基站天线采用 3 副 120 度的定向天线。一个基站分裂成 3 个扇区，适用于话务量较高和移动用户较密集的较大的地区。采用了定向天线和基站扇形化的技术措施可以使同频干扰地以降低。4.3.2.2 频率分组的确定（1）根据规划区采用的频率复用模式和许可的带宽计算最大载频数（2）对于 GSM 系统，每个载频有 8 个信道，减去控制信道后，计算每个基站可配置的最大话音信道。（3）根据话音信道和呼损率指标（高话务密度区取 2%，其余取 5%） ，查爱尔兰 B 表，计算出每个基站可提供的最大话务量。无线网络优化- - 27 - -（4）根据基站半径计算最小覆盖面积。（5）从话务密度预测可以计算出高话务密度区的面积及话务量。（6）用高话务密度区的面积除于基站最小的覆盖面积可以确定该区域所需要的基站数。（7）用上述基站数量乘以每个基站可以提供的最大话务量，及可得出在该频率复用模式下，高话务密度地区最多可以满足的话务量。（8）将上述值和预计的话务量比较一下，看是否满足要求。（9）如果不满足，则需要采用更为紧密的频率复用方式，重复以上步骤。在频率分组时有一点值得注意：从爱尔兰B表可以看出，小区的载波数越多，呼损率越大，每TCH可承担的话务量越大，TCH信道的利用率越高。信道利用率是评价规划设计质量的重要指标。我们应当在充分利用小区载波数的时候考虑到呼损率的允许，我们应当在它们之间找到平衡点。4.3.2.3 频率复用详细说明如果用于 GSM 网的频率带宽为 7.2MHz，那么，可用载频数为 36 对，频道号6095，按 12/9/8/7 分成 4 组，分组方式参见表 4-2 和图 4-5。表 4-2 频道分配表福州大学本科生毕业设计(论文)- - 28 - -图 4-5 BCCH 和 TCH 频率复用示意图其中，广播控制信道（BCCH ）组有 12 个载频可供复用，业务信道分TCH1、TCH2、TCH3 三层，每层分别有 9、8、7 个载频可供复用，在作频率规划时，为了保证网络安全，要求先配置 BCCH，12 个载频按 43 复用方式，12 个扇形小区，每个小区分配 1 个 BCCH 载频；接着按 33 方式配置 TCH1，每个小区分配 TCH1 层中 1 个载频，再依次按 23 方式配置 TCH2、TCH3。这样，每个基站 3 个扇形小区都可配置 4个载频（4/4/4 站型） 。配置载频时，应尽量避免相邻载频在同一小区或相邻小区使用4.3.2.4 案例目前漳州某地区话务区基站间隔距离很近，且频率资源相对较为紧张，仅 10.6MHz。其中有 5 个频点留给微蜂窝用，因此频率复用密度较大。若规划不当，基站之间必然存在大量同频及邻频干扰，影响网络质量。该地区现有网络频率复用模式为1212996，最大的 BTS(基站)配置为 655。因为频率资源不够，目前第六个TRX(收发信机)已被闭住。我们在进行频率规划时，为避免 BCCH(广播控制信道)频点之间邻频干扰，在常规方法上将部分频点互换(即交替将第一、二两个频点交换)。在网络扩容时，GSM 将拥有 14.4MHz 的频率，BTS 配置将扩展到 888 的模式。在进行频率规划时，可有两种方案选择，一种是在目前的基础上扩充为1212999664 模式；另外一种则为 1512999661 模式。前种方法可使系统拥有尽可能大的容量，但网络质量相对受到限制，而后种方法则因 BCCH 频点复用密度相对宽松，因而频率也相对较为干净，相对前者，系统可获得较高质量，但无线网络优化- - 2