gsm无线网络设计与优化--大学毕业论文设计.doc

兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）

本科毕业设计（论文）

题 目 GSM无线网络的设计与优化
专 业 通 信 工 程

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摘要
随着我国GSM数字移动通信事业的蓬勃发展，移动用户对网络质量的要求越来越高，移动运营商也开始越来越重视移动网络的质量，因为移动运营商的核心竞争力就在于移动网络质量的好坏。网络优化是提高移动网络质量的最直接和最有效的方法，而其中对无线网络的优化又是网络优化中最重要、最复杂的一项内容。论文对GSM网络无线部分设计与优化进行了深入研究。简要介绍了GSM数字移动通信系统的发展现状、系统基本构成、各个子系统的结构组成和各组成实体的各自作用、接口，并对无线部分的接口作了较为详细的介绍。然后阐述了网络优化的重要意义，网络优化的基本概念、优化目标、网络优化的工作流程以及在无线网络优化中经常使用的几种方法。重点介绍了影响GSM网络运行的主要技术指标：掉话率、阻塞率、切换成功率、RACH接入有效性、分配失败率的分析和优化，提出了相应改善指标的解决办法。再联系现网实际情况，对日益复杂的无线环境进行了分析，对网络中可能存在的干扰种类和原因，以及如何排除干扰的措施。并对影响GSM网络覆盖的重要因素，实施了切合工程实际的无线网络优化方案,大幅度提升网络质量,并以此为基础进一步研究了用户话务行为,用户增长趋势,对工程建设和网络扩容提出了建议,完成了网络规划设计的初步方案。最后通过对无线优化室内覆盖中一些实际案例的分析，理论与实际相结合，将网络优化的一些方法在实际工作中进行了验证，，希望能对今后的优化工作有所帮助，取得更好的效果。

关键词：GSM 移动通信 网络优化

Abstract
With China's GSM digital mobile communications business of booming development, mobile users for network quality request more and more high, mobile operators also begin to pay more and more attention to the quality of the mobile network, because mobile operators core competitiveness lies in mobile network quality. Network optimization is to improve the quality of the mobile network the most direct and effective method for the wireless network, and the optimization of the most important and network optimization, the most complex a content. Papers on GSM network wireless part design and optimization were studied. Briefly introduced the GSM digital mobile communication system's development present situation, the basic structure, system composition and structure of each subsystem each composition entity respective functions, interface, and the interface for wireless part are introduced in detail. And then expounds the important significance of network optimization, the basic concept of network optimization, optimizing targets, network optimization work process and in the wireless network optimization of several methods of frequently used. Mainly introduces the GSM network operation affect main technical indices: recent success rate, switching optimization.some, RACH access effectiveness, distribution, and the analysis and the optimization of failure, and puts forward corresponding solutions to improve indexes. Contact again real situation of net now increasingly complex and wireless environment of network was analyzed, and the possible presence of interference types and reasons, and how to remove interference measures. And the affecting the GSM network coverage of important factors, implement the wireless network with the practical engineering, greatly enhance network optimization scheme based on the quality, and studied the user traffic behavior, the user growth trend of engineering construction and network, the proposed expansion, completing the network planning and design of the preliminary scheme. Finally based on optimal indoor coverage of wireless some actual case analysis, combining theory with practice, some methods of network optimization in the practical work, and verifies the hope of future help optimize work, and get better results.

Keywords：GSM mobile communication network optimization

目录
摘要…………………………………………………………………………………………...Ⅰ
Abstract……………………………………………………………………………………….Ⅱ
前言…………………………………………………………………………………………….1
1．GSM网络优化的概述………………………………………………………………………..2
1.1 GSM网络优化的概念………………………………………………………………..2
1.2 GSM网络优化的主要内容以及注意事项…………………………………………...2
1.2.1 GSM网络优化的主要内容…………………………………………………...2
1.2.2 网络化过程中的注意事项.............................................................................2
1.3 GSM网络优化的意义.2
2.GSM网络优化的基本原理和方法..........................................................................................4
2.1 GSM网络的基本原理...........................................................................4
2.2 网络优化的基本概念及其必要性.............................................................................9
2.3 网络优化的目标及前提条件.....................................................................................9
2.4 网络优化工作流程...........................................................10
2.5 GSM网路优化的方法..................................................................................................11
3.GSM系统主要技术指标的分析和优化.................................................................................15
3.1 GSM主要统计指标的分析及优化.................15
3.1.1 掉话率分析及优化方案...............................................................................15
3.1.2 阻塞率分析及优化方案...............................................................................21
3.1.3 切换成功率分析及其优化方案..................24
3.1.4 RACH接入有效性分析及其优化方案............................................................26
3.1.5 分配失败率分析及其优化方案...................................................................27
3.2 干扰指标..............................................................28
3.2.1 干扰产生的原因...........................................................................................28
3.2.2 减少干扰的方法...........................................................................................30
4.无线部分覆盖的优化................32
4.1 天线的主要性能指标...............................................................................................32
4.2 优化中天线的选择.................................................................................34
5.室内覆盖的优化设计与实现...............................................................................................36
5.1 室内覆盖的优化意义...............................................................................................36
5.1.1 室内覆盖的定义........................................36
5.1.2 室内覆盖的优化意义...................................................................................36
5.2 改善室内覆盖的方法及手段...................................................................................37
5.3信号分布的基本方式及比较.........................38
5.3.1 信号源分布基本方式...................................................................................38
5.3.2 几种信号分布方式的比较...........................................................................40
5.4 室内覆盖系统的优化..........................40
5.5如何评价一个好的室内覆盖系统............................................................................41
5.6 总结...........................................................................................................................41
结束语.......................................................................................................................................43
致谢...........................................................................................................................................44
参考文献......45

前 言
我国的GSM网络正在迅速的发展，最大的问题是城市通信热点的增多，以及农村的全面覆盖，为实现GSM网络无缝隙覆盖，保持高的通话质量，GSM网络优化工作任重道远。移动通信网络的维护与固定电话网络的维护之间的差别是很大的，最大的区别是移动通信网络的不可以预知性，比如周围环境，话务量等。另外，网络规划中有大量的小区设计参数，这在固定电话网中是没有的，这些小区设计参数大多数是可以调整的，比如接入电平门限，切换电平门限，相邻小区定义，频率配制等，他们会直接影响网络的服务质量，所以为了保证整个移动网络的服务质量，就必须不停的观察和检测整个移动网，找出并排除故障，提高网络质量（如提高接通率，提高话音质量，降低掉话率等），这是网络优化的基本任务，一个完善的网络往往需要经历从最初的网络规划，工程建设，投入使用，到日常维护，网络优化的历程，并进入循环，对相对稳定的GSM网络加强优化工作，搞好运行维护，提高通信网络质量。本文从理论技术方面对GSM网络优化进行探讨，在实际应用中，要根据不同的情况选择不同的优化方案。

1.GSM网络优化的概述
1.1 GSM网络优化的概念
GSM网络从1995年在我国开始作为商业用途，至今已经有十几年了。在这些年里取得了骄人的发展速度，目前，我国GSM网络用户已经超过五亿户，网络规模和容量已跃居世界第一。随着网络的不断扩大和完善，网络质量也得到不断提高，但随着竞争的激烈和用户的越来越高的要求，如何使运行网络达到比较佳的运行状态，已成为网络运营商的首要任务。所谓GSM网络优化工作是指对正式投入运行的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，并且通过参数调整和采取某些技术手段，使网络达到最佳运行状态，使现有网络资源获得最佳效益，同时也对GSM网络今后的维护及规划建设提出合理建议。
1.2 GSM网络优化的主要内容以及注意事项
1.2.1 GSM网络优化的主要内容
GSM网络优化主要包括交换网络优化和无线网络优化两个方面。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。可以采用室内分布、跳帧、同心圆技术、DTX、功率控制等手段减少干扰，增大网络容量，修改无线环境；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。
1.2.2 网络化过程中的注意事项
GSM系统优化是一个不断对系统参数及硬件设备进行动态调整的过程，同时优化工作也是一个对系统性能进行均衡的过程，修改某个参数可能提高某一性能，同时也伴随着降低其他性能的后果，这都需要我们来仔细均衡。对于优化过程中的每一次参数修改都应一一记录，以便出现问题后能够及时恢复旧的工作参数。因此在优化过程中应进行大量的数据统计工作，以便对系统性能变化有一个清楚的了解。
1.3 GSM网络优化的意义
网络优化工作涉及到移动通信网络的各个方面，贯穿于网络规划、工程建设及日常维护等各项工作中，因此网络优化工程师需要较全面的基础理论知识和专业技术知识，在优化过程中需对网络运行质量分析、网络性能分析、统计数据采集分析、测试数据分析及各类系统参数的检查，还要针对用户申告投诉的现象汇总分析以及各类故障处理、追踪测试等等，然后结合现有的网络结构和移动通信网络诸多不确定的因素，制定出、无线网络优化调整的方案，进行频率规划和数据检查、修改等调整措施。由于网优工作的复杂性，持续时间又长，目前仍只是作为工程项目操作，停留在阶段性优化和应急性优化的进程中，还没形成规范化制度。通过本人参与的优化项目中，最深的感受是：若确保网络运行质量和性能的稳定及平稳提高，应在实现网络优化工作日常化的前提下，时时地观测网络运行状态和随业务发展的动态变化，根据不同情况进行处理，不断调整参数并兼顾其它指标，作到调整观测--调整，使网络始终保持一种动态平衡，运行在最佳状态，应提倡网络优化规范化，数据分析系统化，调整测试条理化，实现网络优化与各项工作共同形成对于网络质量的闭环管理。

2.GSM网络优化的基本原理和方法
2.1 GSM网络的基本原理
1.GSM系统的构成
GSM系统由一系列功能单元组成，可以归纳为四个子系统：移动台（MS）、网络子系统（NSS）、基站子系统（BSS）、操作维护子系统（OSS）。
GSM系统的总体结构如图图2-1所示：
图2-1 GSM系统的总体结构
（1）移动台（MS
移动台就是移动客户设备部分，它由两部分组成，移动终端(MS)和客户识别卡（SIM）。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“身份卡”，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后移动终端才能接入进网，但SIM卡本身不是代金卡。
（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，它主要负责完成无线发送接收和无线资源管理等功能。功能实体可分为基站控制器（BSC）和基站收发信台（BTS）。 
BSC：具有对一个或多个BTS进行控制的功能，它主要负责无线网路资源的管理、小区配置数据管理、功率控制、定位和切换等，是个很强的业务控制点。 
BTS：无线接口设备，它完全由BSC控制，主要负责无线传输，完成无线与有线的转换、无线分集、无线信道加密、跳频等功能。
（3）网络子系统（NSS）
交换网路子系统（NSS）主要完成交换功能和客户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能。NSS 由一系列功能实体所构成，各功能实体介绍如下： 
MSC：是GSM系统的核心，是对位于它所覆盖区域中的移动台进行控制和完成话路交换的功能实体，也是移动通信系统与其它公用通信网之间的接口。它可完成网路接口、公共信道信令系统和计费等功能，还可完成BSS、MSC之间的切换和辅助性的无线资源管理、移动性管理等。另外，为了建立至移动台的呼叫路由，每个MS还应能完成入口MSC（GMSC）的功能，即查询位置信息的功能。 
VLR：是一个数据库，是存储MSC为了处理所管辖区域中MS（统称拜访客户）的来话、去话呼叫所需检索的信息，例如客户的号码，所处位置区域的识别，向客户提供的服务等参数。 
HLR：也是一个数据库，是存储管理部门用于移动客户管理的数据。每个移动客户都应在其归属位置寄存器（HLR）注册登记，它主要存储两类信息：一是有关客户的参数；二是有关客户目前所处位置的信息，以便建立至移动台的呼叫路由，例如MSC、VLR地址等。 
AUC：用于产生为确定移动客户的身份和对呼叫保密所需鉴权、加密的三参数（随机号码RAND，符合响应SRES，密钥Kc）的功能实体。 
EIR：也是一个数据库，存储有关移动台设备参数。主要完成对移动设备的识别、监视、闭锁等功能，以防止非法移动台的使用。
（4） 操作维护子系统（OSS）
GSM系统还有个操作维护子系统（OMC），它主要是对整个GSM网路进行管理和监控。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。OMC与MSC之间的接口目前还未开放，因为CCITT对电信网路管理的功能。OMC与MSC之间的接口目前还未开放，因为CCITT对电信网路管理的Q3接口标准化工作尚未完成。
2.GSM系统的各个接口，如图2-2所示：
图2-2 GSM系统的各个接口
（1）Um接口
Um接口是空中无线接口，是MS和BTS之间的通信接口，用于MS与GSM系统的固定部分之间的互通，其物理连接通过无线链路来实现。Um接口传递的信息包括无线资源管理、移动性管理和接续管理等。
（2） Abis接口
Abis接口是BSS部分的两个功能实体BSC和BTS之间的通信接口，用于BTS和BSO之间的远端互连方式，物理连接通过标准的2Mbit/s或64Kbit/s的PCM数字传输链路来实现。Abis接口支持向移动台提供的所有服务，并支持对BTS无线设备的控制和无线频率的分配。Abis接口是GSM系统的BSS的内部接口，是一个未开放的接口，可由各设备厂家自行定义。
（3）A接口
A接口是BSS部分与MSC之间的接口，它基于2Mbit/s的数字接口，采用14位七号信令方式，主要传递呼叫处理、移动性管理、基站管理、移动台管理等信息。
（4）B接口
B接口是MSC与VLR之间的接口，主要用于MSC向VLR询问有关移动台的当前位置信息，或通知VLR有关移动台的位置更新信息等。B接口作为设备内部接口，一般不作规定，但应能完成GSM规范所规定的功能。

（5）C接口
C接口是MSC与VLR之间之间的接口，它基于2Mbit/s或64Kbit/s的数字接口，采用24位七号信令方式。它主要完成被叫移动用户信息的传递以及获取被叫用户被分配的漫游号码。
（6）D接口
D接口是HLR与VLR之间的接口，它基于2Mbit/s或64Kbit/s的数字接口，采用24位七号信令方式。它主要交换位置信息和用户信息，当移动台漫游到某VLR所辖区域后，VLR将通知Ms的HLR，HLR向VLR发送有关该用户的业务消息，以便VLR给漫游客户提供合适的业务：同时HLR还要通知前一个为该移动用户服务的VLR删除该移动用户的信息。当移动用户要求进行补充业务的操作或修改某些用户参数时（如将呼叫转移功能激活），也是通过D接口交换信息。
（7）E接口
E接口是MSC与MSC之间的接口，它也是采用的24位七号信令方式，用于移动台在呼叫期间从一个MSC区域移动到另一个MSC区时，为了通话的连续性而进行的局间切换，以及两个MSC间建立用户呼叫接续时传递有关信息。
（8）F接口
MSC与EIP之间的接口为F接口，采用24位七号信令方式，用于MSC检验移动台的IMEI时使用。
(9) G接口
G接口是VLR之间的接口，当移动台以TMSI启动位置更新时，VLR使用G接口向前一个VLR获取MS的IMSI和相应的信息。
3.我国GSM网络的工作频段

表2-1 GSM网络的工作频段
GSM系统
上行频段
/MHz
下行频段
/MHz
宽带/MHz
双工间隔
/MHz
双工信
道 数
GSM900
890-915
935-960
2*25
45
124
DCS1800
1710-1785
1805-1880
2*75
95
374
（1）频道间隔
相邻两频点间隔为2000KHZ，每个频点采用时分多址(TDMA)方式，分为8个时隙，即8个信道（全速率）。
（2）频道配置
绝对频道号和频道标称中心频率的关系：
① GSM900MHz频段：
f1(n)=890.2MHz+(n-1)*0.2MHz（移动台发，基站收）
fh(n)= f1(n)+45MHz（移动台发，基站收）；nE(1,124)
② GSM1800MHz频段：
f1(n)=1710.2MHz +(n-512)*0.2MHz（移动台发，基站收）
fh(n)= f1(n)+95MHz（移动台发，基站收）；nE(512,885)
其中：f1(n)为上行信道频率、fh(n)为下行信道频率，n为绝对频点号（ARFCN）。
（3）无线接口的干扰保护比（载波干扰比（C/I））
是指接收到的希望信号电平与非希望信号电平的比值，此比值与MS的瞬间位置有关。这是由于地形的不规则性，以及散射体的形状、类型及数量不同，以及其他一些因素如天线的类型、方向性及高度，站址的标高及位置，当地的干扰源数目等造成的。同频干扰保护比:C/I是指不同小区使用相同频率时，另一小区对服务小区产生的干扰。它们的比值即C/GSM规范中一般要求C/I>9dB；工程中一般加3dB余量，即要求C/I＞12dB，邻频干扰保护比：C/A>-9dB。C/A是指在频率复用模式下，邻近频道会对服务小区使用的频道产生干扰，这两个信号间的比值即C/A。GSM规范中一般要求C/A>-9dB，工程中一般加3dB余量，即要求C/A>-6dB。
（4）无线接口使用的FDMA/TDMA的多址技术
实现多址技术的方法基本有三种，频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)。我国模拟移动通信网TACS就是采取的FDMA技术。CDMA是以不同的代码序列实现通信的，它可重复使用所有小区的频谱。GSM的多址方式为时分多址(TDMA)和频分多址(FDMA)相结合并采用跳频的方式，载波间隔为200K，每个载波有8个基本的物理信道。一个物理信道可以由TDMA的帧号、时隙号和跳频序列号来定义。它的一个时隙的长度为0.577ms。
（5）无线接口上的信道
在GSM中的信道可分为物理信道和逻辑信道。一个物理信道就是一个时隙，通常被定义为给定TDMA帧固定位置上的时隙(Ts)。而逻辑信道是根据BTS与MS之间传递的消息种类不同而定义的不同逻辑信道。这些逻辑信道是通过BTS来映射到不同的物理信道上来传送。
逻辑信道又可分为业务信道和控制信道。
①业务信道
业务信道用于携载语音或用户数据，可分为话音业务信道和数据业务信道。
②控制信道
控制信道用于携带信令或同步数据，可分为广播信道、公共控制信道和专用控制信道。
广播信道(BCH)：包括BCCH，FCCH和SCH信道。它们携带的信息目标是小区内所有的手机，所以它是单向的下行信道。
公共控制信道(CCCH)：包括RACH，PCH，AGCH和CBCH信道，除RACH是单向上行信道外，其余均是单向下行信道。
专用控制信道(DCCH)：包括SDCCH，SACCH，FACCH
2.2 网络优化的基本概念及其必要性
网络优化工作是指对正式投入运行的网络进行参数采集、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和采取一些技术手段，使网络达到最佳运行状态，使现有网络资源获得最佳效益，同时也对网络今后的维护及规划提出合理建议。网络优化主要包括无线网络优化和交换网络优化两个方面。本论文主要侧重于无线网络优化方面的研究。因为设计人员对移动网络的电波传播和业务情况的预测与实际情况总有一定的差别，所以在系统开通后就要通过多种测试，发现并找出系统设计中的不足，对网络进一步优化调整，纠正规划和设计中的一些偏差，使网络质量达到预期目标。通过网络优化可以改进规划设计和工程实施中的不足，使移动网络的话务分布符合用户的话务密度分布，最大限度提高网络运行质量，减少掉话率，降低阻塞率，提高通话质量，提高覆盖率，使用户满意度达到最高，同时通过优化可以进一步提高网络的容量，追求现有网络资源获得最佳效益，以最经济的投资获得最大的收益。
2.3 网络优化的目标及前提条件
网络优化的目标：提高网络覆盖率、系统接通率、降低系统掉话率，改善网络通话质量，均衡系统话务量，其实质就是在现有设备投资和当地经济效益与社会效益之问找到一个最佳的平衡点，保证运营部门能以经济的投入获得较高的收益。网络优化是针对正在运行的网络进行优化，必须具备一定的条件才能做好这项工作，这些前提条件如下所述
（1）网上话务负荷要低于网络容量或基本匹配：当网络中的话务负荷远高于网络容量时，此时的网络拥塞无法通过优化来解决。
（2）网络要处于正常的运行状态：网络优化是通过对网络的适当调整来达到网络资源的最佳利用，因此当网络未处于正常的运行状态时是谈不上网络优化的。
（3）网络结构在优化期间要相对的稳定：由于每次的网络扩容都会使网络情况发生很大变化，在一个不断变化的移动网络中实施网络优化必然会造成大量的重复和无效的劳动。
2.4 网络优化工作流程
网络优化的工作流程具体包括五个方面：系统信息收集，数据分析及处理，制定网络优化方案，系统调整，调整网络优化方案。
具体优化过程如图2-3所示
图2-3 网络优化的工作流程
1.系统信息收集
基站参数信息：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。
网络故障情况：收集系统内各部件故障情况。
测试数据：无线测试数据，CQT测试数据以及信令分析仪等测试数据。
用户申告：通过用户投诉了解网络质量，具有发现问题及时，针对性强等特点，也是我们了解网络服务状况一个重要的途径。
2.OMC统计数据分析及处理
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、drop_all、handover_success_rate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,PATH_ BALANCE, RF_LOSSES_TCH,
CHAN_REQ_MS_FAIL等载波统计指标，便于诊断射频硬件的故障。一般情况下，在非跳频系统中BER大于1.8可以认为通话质量较差；IOI大于10可以认为有干扰，可能是内部也可能是外部的，大于30一般可能是硬件故障了；PATH_BALANCE一般在100到120之间，超出范围则认为硬件有问题。统计一些关于网络拥塞状况的数据，譬如PCH拥塞，AGCH拥塞（CCCH拥塞），TCH拥塞和SDCCH拥塞等，对于这些参数不光要看拥塞的次数，还要统计系统没有资源可用的时间长度等。如果一个小区掉话率很高，则要进一步统计RFLOSS和HOLOSS各自的比例，以便对高掉话的原因进行进一步的定位。这些数据是进行下一步工作如参数调整的基础。
3.制定优化方案
根据采集到的数据和分析的结果，针对存在的问题，制定网络优化方案。通过改变基站位置，改变天线高度，改变天线方位角或俯仰角，改变C1，C2参数等手段调整小区覆盖，并通过功率参数调整，频率调整，抑制干扰