毕业设计GSM数字蜂窝移动通信系统网络优化设计.docx
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毕业设计GSM数字蜂窝移动通信系统网络优化设计
毕业设计
题目：
GSM数字蜂窝移动通信系统网络优化设计
学院：
计算机与通信学院
专业：
通信工程班级：
学号：
学生姓名：
导师姓名：
完成日期：
毕业设计（论文）任务书
题目：
GSM数字蜂窝移动通信系统网络优化设计
姓名学院计算机与通信学院专业通信工程班级学号
指导老师职称副教授教研室主任
一、基本任务及要求：
（1）撰写开题报告。
（2）初步方案：
先了解GSM的网络结构以及它的主要性能参数，贮备相关的原理知识，再熟悉其整个优化流程，在具体的案例分析中提高自己对网络优化的的认识。
（3）主要任务
（A）熟悉GSM的网络结构，了解其工作原理，知道它的主要性能参数，熟悉其具体的网络优化流程。
（B）通过具体的案例利用新技术手段以及优化工具解决GSM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。
进度安排及完成时间：
第1周老师集中指导，分析并明确课题任务与要求，学习资料收集检索方法，并搜索收集所需中英文资料。
第2～3周阅读资料、书籍，学习所需知识，撰写文献综述。
第4～5周毕业实习、完成毕业实习报告撰写。
第6周建立毕业设计实验环境；初步拟订设计方案；完成开题报告。
第7周完成总体设计。
第8～13周具体设计、调试、修改、实现。
第14～15周撰写毕业论文（说明书）。
第16周完成毕业答辩资格审查、毕业答辩准备。
第17周毕业答辩。
GSM数字蜂窝移动通信系统网络优化设计
摘要：
GSM的历史可以追溯到1982年。
在1982到1985年期间，讨论焦点是制定模拟蜂窝网还是数字蜂窝网的标准，直到1985年才决定制定数字蜂窝网标准。
中国，作为人口第一大国，移动电话的使用数量当然相当大。
于是，对通信网络的要求也就随之变大。
随着科学技术的飞速发展，人们的生活水平的不断提高，移动用户的数量也在日益增加。
因此，对网络的规模需要不断扩大。
可是，频率是有限的，用的人多了，频率复用这个问题就变得很重要了，于是乎，出现的问题也就越来越多了。
除此之外，现在的人对什么都要求很高。
更别说是对通信质量了。
我们可以想象，如果你打电话的时候，时而听得到声音时而听不到声音，你的感觉会怎么样？
毫无疑问，你一定会非常愤怒。
既然移动用户花了钱，那么运营商就得给予我们优质的服务，就得保证我们的通话质量。
因此，运营商就得想办法使得网络的运行达到最佳状态。
这样一来。
如何使得网络达到最佳的运行状态，而满足人们日益增长的需求便成了运营商不得不考虑的重大问题。
然而，通信的质量很大程度决定于网络的运行状况，而网络的很多问题需要通过网络的优化才能够得以解决。
因此，网络优化便成了一个值得研究的重要课题。
关键词：
GSM；通信质量；网络优化
TheGSMdigitalcellularmobilecommunicationsystem
network'designonoptimization
Abstract：
Historycanbetracedbackto1982GSM.From1982to1985,duringthediscussionfocusistodevelopsimulationofcellularnetworkordigitalcellularnetworkstandards,itwasnotuntil1985thatdeterminestandardfordigitalcellularnetwork.China,asapopulouscountry,theuseofthemobilephonenumberofcourseisconsiderable.Sogoestotherequirementofcommunicationnetwork.Withtherapiddevelopmentofscienceandtechnology,people'slivingstandardscontinuetoimprove,increasinginthenumberofmobileusers.Therefore,expandingthesizeoftheneedfortheInternet.Frequencyislimited,however,withmorepeopleandfrequencyreusethisproblembecomesveryimportant,asaresult,theproblemismoreandmore.Inaddition,peoplearedemandingabouteverything.Letalonethequalityofcommunication.Wecanimagine,ifyoumakeaphonecall,andsometimeshearvoicesfromtimetotimecan'thearvoice,howyoufeel?
Thereisnodoubtthatyouwillbeveryangry.Sincemobilecustomersspentmoney,operatorswillhavetogiveusthehighqualityservice,havetoguaranteethequalityofourconversation.Asaresult,operatorswillhavetofigureoutawaytomakenetworkoptimaloperation.Inthisway.Howtoachievethebestnetworkrunningstate,andsatisfypeople'sgrowingdemandbecameoperatorshadtobetakenintoaccount.Communication,however,largelydependsonthequalityofthenetworkrunningstatus,andalotofproblemsneedtothroughthenetworkoptimizationnetworkcanberesolved.Therefore,networkoptimizationhasbecomeanimportantsubjectworthstudying.
Keywords:
GSM；communicationquality；networkoptimization
前言
随着科学技术的不断发展，人们生活质量的不断提升，移动通信业务的不断发展，移动用户的数量也在日益增加。
国内三大运营商也各自为了获得更大的利润，而不断地更新自己的设备和技术，以确保为自己的客户提供更为优质的服务，从而获得更多的客户。
于是，通信系统发生了翻天覆地的更新。
无论是在通信网络的规模还是结构还是协议等多方面都有了很大的变化。
另外，人们对通信服务质量的要求以及业务的种类的要求也越来越高。
这样以来，谁能为用户提供可靠的网络，提供优质的服务，谁就能主宰市场，谁就拥有了最具竞争力的武器。
如果能够充分利用好现有的网络资源，就能很大程度上减少公司的成本，提高通信服务的质量。
除此之外，网络的运行过程中也不是一成不变的，运行过程中还会存在着很多意料之中和意料之外的事情，比如说：
业务的发展。
而这些事情可能会严重影响着网络的运行状况。
因此，对网络进行必要的维护、监测而使得网络能够比较平稳地运行成为了一个不容忽视的问题。
这个时候，网络优化这个词语便应运而生。
可以想象，网络优化是一项艰巨的任务。
她需要工作人员扎实的技术知识和基础理论知识，而且需要工作人员能够对现场网络出现的问题进行理性的分析和数据等的检查与测试。
除此之外，工作人员还得具有一定的耐心，因为，网络优化是一项持续时间长而且繁琐复杂的工作。
然而，我们别无选择。
网络优化将是并且长期是一项艰巨的任务。
只要网络运行，就一定会产生种种问题。
只有及时地进行网络的优化，才能保证网络的运行状态保持良好。
因此，逐渐地将网络优化过程中存在的问题详细地记录下来，将多年的网络优化经验记录下来将对日后的网络优化具有深远影响。
第1章绪论
所谓移动通信，就是通信双方至少有一方在移动的通信。
移动通信的主要目的是实现任何地点、任何时间、任何通信对象之间的通信。
通信网络可以包括无线网络和有线网络。
无线部分提供用户终端的接入，利用有限的频率资源在空中可靠地传送话音和数据；有线部分完成网络功能，包括交换、用户管理、漫游、鉴权等，构成公众陆地移动通信网PLMN。
GSM的起源是欧洲为900MHz波段工作的通信系统制定的标准。
因为模拟通信系统扩充的能力非常的有限，所以就基于增加业务容量的需求，从而就发展了这项技术，并且取得了全球性的成功。
GSM成为现在广泛认可的无线电通信标准。
1.1GSM的发展历史
1980年代初，第一代移动电话技术开始应用，当时存在众多互不兼容的标准。
仅在欧洲，就有北欧的NMT，英国的TACS，西德等国使用的C-450,法国的Radiocom2000和意大利RTMI等。
用户的手机无法在其他标准的网络上使用，造成很大的不便。
由于这个原因，西欧国家开始考虑制定一个统一的下一代移动电话标准，以便能够提供更多样的功能和使用户漫游更加容易。
最开始标准起草和制定的准备工作由CEPT〔欧洲邮电行政大会〕负责管理。
具体工作由1982年起成立的一系列“移动专家组”负责。
GSM的名字即是移动专家组（法语：
GroupeSpécialMobile）的缩写。
后来这一缩写的含义变为“全球移动通讯系统”，以方便GSM向全世界的推广。
1987年5月GSM成员国达成一致，确定了GSM最重要的几项关键技术。
1989年,ETSI〔欧洲电信标准协会〕从CEPT接手标准的制定工作。
1990年第一版GSM标准完成。
1992年1月，芬兰的OyRadiolinjaAb成为第一个商业运营的GSM网络。
亚洲最早的GSM运营网络是香港电讯CSL。
GSM的推出推动了移动通信的普及，用户持续快速增长。
1995年，全球用户达到1千万，1998年，达到一亿，2005年已经超过15亿.
1998年，目标为制订接替GSM的第三代移动电话（3G）规范的3GPP启动。
3GPP也接受了维护和开发GSM规范的工作。
ETSI是3GPP的成员之一。
在发展的过程中，GSM系统的功能不断得到丰富，提供更多样的服务。
由GSM系统首先引入的短信息服务（SMS）提供了一种新颖便捷廉价的通讯手段。
1994年，GSM实现了基于电路交换的数据业务和传真服务。
1999年，WAP协议使得用户可以通过手机访问互联网的应用。
2000年后开始商用的通用分组无线服务（GPRS）使得GSM系统能够以效率更高的分组方式提供数据通讯。
2003年,EDGE技术开始商用，提供了接近3G的数据通讯能力。
目前，3GPP组织还在发展GSM标准，以便利用已经大量部署的GSM基础设施，平滑地向3G技术演进。
1.2GSM无线网络优化的重要性
人们对通信服务质量的要求以及业务的种类的要求也越来越高。
这样以来，谁能为用户提供可靠的网络，提供优质的服务，谁就能主宰市场，谁就拥有了最具竞争力的武器。
如果能够充分利用好现有的网络资源，就能很大程度上减少公司的成本，提高通信服务的质量。
除此之外，网络的运行过程中也不是一成不变的，运行过程中还会存在着很多意料之中和意料之外的事情，比如说：
业务的发展。
而这些事情可能会严重影响着网络的运行状况。
因此，对网络进行必要的维护、监测而使得网络能够比较平稳地运行成为了一个不容忽视的问题。
这个时候，网络优化这个词语便应运而生。
可以想象，网络优化是一项艰巨的任务。
她需要工作人员扎实的技术知识和基础理论知识，而且需要工作人员能够对现场网络出现的问题进行理性的分析和数据等的检查与测试。
除此之外，工作人员还得具有一定的耐心，因为，网络优化是一项持续时间长而且繁琐复杂的工作。
只有不断地进行网络优化，才能使通信网络不断地稳定地运行。
第2章GSM系统概述
2.1GSM网络结构
GSM网络结构如图1所示。
由图可见，移动台、基站子系统和网络子系统共同组成了GSM蜂窝系统。
而基站收发台和基站控制器组成了基站子系统；移动交换中心（MSC）、操作维护中心（OMC）、访问位置寄存器（VLR）、原籍位置寄存器（HLR）、移动设备识别寄存器（ELR）和鉴权中心（AUC）等共同组成了网络子系统。
图2.1GSM系统结构
2.1.1MS（移动台）
移动台是GSM移动通信网中用户使用的设备。
移动台通过无线接口接入GSM系统，具有无线传输与处理的功能。
用户识别模块（SIM）和终端设备（TE）是移动台的重要组成部分。
2.1.2BSS（基站子系统）
基站子系统是GSM系统的基本组成部分。
BSC（基站控制器）和BTS（基站收发信台）共同组成了BSS。
它通过无线接口与移动台相接，进行无线接收、发送及无线管理。
2.1.3NSS（网络子系统）
网络子系统有很多功能实体构成。
它对GSM移动用户之间通信和GSM移动用户与其他通信网用户之间通信起着管理作用。
2.2GSM网络接口
在实际的GSM通信网络中，由于网络规模不同，运营环境不同和设备生产厂家的不同，上述的各个部分可以有不同的配置方法。
为了各个厂家所生产的设备可以通用，各部分的连接必须严格符合规定的接口标准以及相应的协议。
2.2.1主要接口
Um接口、Abis接口和A接口是GSM系统的主要接口。
其示意图如图2所示。
图2.2主要接口示意图
2.2.2网络子系统内部接口
它包括B、C、D、E、F、G接口，NSS内部接口如图3所示。
2.2.3GSM系统与其它公用电信网接口
MSC是GSM系统与公共电信网互连的桥梁。
系统接口一般用的是7号信令系统接口。
而其物理链接方式是PSTN和MSC或ISDN和MSC交换机之间用2.048Mb/s的PCM数字传输链路得以实现的。
图2.3NSS内部接口
2.3GSM系统的主要性能参数
2.3.1工作频段
陆地公用蜂窝数字移动通信网GSM通信系统采用900MHZ、1800MHZ频段。
其中：
900MHZ频段为：
890~915（移动台发，基站收）880~890E-GSM
935~960（基站发，移动台收）925~935E-GSM
1800MHZ频段为：
1710~1785（移动台发、基站收）
1805~1880（基站发、移动台收）
2.3.2频道间隔
相邻两频道间隔为200KHZ。
每个频道采用时分多址接入（TDMA）方式，分为8个信道（全速率）。
将来GSM采用半速率话音编码后，每个频道可容纳16个半速率信道。
2.3.3频道配置
采用等间隔频道配置方法，频道序号为1~124，共124个频点。
频道序号和频点标中心频率的关系为：
f1（n）＝890.2MHZ＋（n－1）＊0.2MHZ移动台发，基站收
fh（n）＝f1（n）+45MHZ基站发，移动台收
n＝1~124频道（或称为频点，载频）
2.3.4双工收发间隔
45MHZ，与模拟TACS系统相同。
2.3.5干扰保护比
载波干扰保护比（C/I）就是接收到的希望信号电平与非希望信号电平的比值，此值与MS的随时位置有关。
这是由于地形不规则性及本地散射体的形状、类型及数量不同，以及其他一些因素如天线类型、方向性及高度，站址的标高及位置，当地的干扰源数目等所造成的。
GSM规范中规定：
同频道干扰保护比：
C/I9dB
邻频道干扰保护比：
C/I－9dB
载波偏离400KHZ时的干扰保护比：
C/I－41dB
2.3.6频率复用方式
频率复用是指在不同的地理区域上用相同的载波频率进行覆盖。
这些区域必须隔开足够的距离，以致所产生的同频道及邻频道干扰的影响可忽略不计。
频率复用方式就是指将可用频道分成若干组，若所有可用的频道N（如N＝49）分成F组（如F＝9组），则每组的频道数为N/F＝49/95.4，即有些组的频道数为5个，有些为6个。
因总的频道数N是固定的，所以分级数越少，同频道复用距离越小，导致系统中C/I值降低。
因此，在工程实际中是把同频干扰保护比C/I值加3dB的冗余来进行保护，采用12分级方式，即4个基站，12组频率。
对于有方向天线而言，天线可采用120或60的定向天线，形成三叶草小区，即把基站分成3个扇形小区。
如采用4/12方式，每个小区最大到5个频道，一般地也可用到4个频道。
如采用3/9复用方式，则每个小区可用到6或5个频道。
对于无方向性天线，即全向天线，建议采用7组频率复用方式，其7组频率可从12组中任选，但相邻频率组尽量不在相邻小区使用。
以上所述每小区可用频道数都是在可用频段为10MHZ情况下，目前10MHZ中4MHZ为中国移动公司使用，另6MHZ为中国联通公司使用。
这样，移动公司建的GSM数字移动通信网如采用4/12频率复用方式时，每小区可用频道数最大仅2个（16个信道），有些只能用到1个（8个信道）。
为此，中国移动通信公司下发各省移动通信公司将4MHZ带宽向下扩展2MHZ，使GSM数字移动通信网从可用频道76~95（20）个扩展到66~95（30个），4/12方式每个小区一般可用3个频道（24信道），最小也能用到2个频道（16个信道）。
2.3.7保护带宽
400KHZ当一个地区数字移动通信系统与模拟移动系统共存时，两系统之间（频道中心频率之间）应有约400KHZ的保护带宽，通常是模拟网预留。
中国移动公司与中国联通公司的数字移动通信系统之间也应有400KHZ的保护带宽，即它们之间用一个频道，或由中国移动公司一方预留，或由中国联通公司一方预留。
2.4信道分类
控制信道与业务信道是逻辑信道的两个大类。
其信道如下图所示。
（1）.业务信道
数据业务信道和话音业务信道是主要的业务信道。
业务信道TCH主要传输数字话音或数据，其次还有少量的随路控制信令。
图2.4GSM信道系统
（2）.控制信道
控制信道（CCH）用于传送同步信号与信令。
广播信道（BCH）、专用控制信道（DCCH）与公共控制信道（CCCH）是控制信道的三种。
2.5GSM的无线通信基础
2.5.1电波传播理论
移动通信采用无线电波传播信息，即无线信道。
而移动台又经常处于不断运动状态之中，因而导致接收到的信号幅度和相位将随时间、地点而不断地变化。
特别是GSM等陆地移动通信方式，遭受到地形、地物的影响极大。
因此需要对网络所在无线环境进行研究。
图2．5GSM的无线通信基础
由于GSM移动通信系统，移动台天线离地面较低，受地形和人为环境的影响，直射波经常受到阻挡，研究表明，电波传播特性与电波频率、传播距离、天线的极化方式、天线高度有关，更重要的是电波传播路径的地形、地物、地面电特气性能参数、随着时间、季节等地理性因素变化而变化，调查和确定规划区域的综合环境状况就是网络规划中一项重要的工作。
2.5.2GSM的电波传播特性
研究电波传播的目的就是要能够预测移动通信的场强，估算出无线电路径的损耗，并根据电波传播的各种特性制定无线网络设备组网与优化方案。
从电磁场的经典理论可知，在一个自由空间较为精确计算的方法是近似于光滑地面或球面上的电波传播特征和损耗1引。
但由上述讨论可以看出非光滑地面且移动环境、条件的电波传播，现象复杂，理论推导难度大；并且在陆地移动通信中，由于移动体（行人、汽车）要在行进中进行通话，而移动台的天线高度又很低，通常就在地面上1—4米，因此就有区别于其他无线通信的重要特点：
随着移动的行进，由于建筑物、树木、地形起伏以及其他人为的、自然的障碍的连续变化，接收信号场强会产生两种衰落，即多径衰落和地形衰落。
前者是快速的微观性变化，也就称为快衰落；而后者是缓慢的宏观变化，又称为慢衰落或阴影效应。
在实际信号表现为两者是叠加在一起的，其接收场强就会出现随机起伏变化，即具有移动通信特点的衰落。
在城市环境中，衰落信号的平均场强与光滑平地面或球面地面传播相比要小得多（约低20dB以上，如下图），并且收信的质量要受到环境噪声和多径衰落的严重影响。
图2．6GSM的电波传播特性
移动环境对移动通信链路（也就是移动信道）特性起着关键性作用。
多径衰落是移动通信中最具有特色的部分。
由于多径传播，到达移动台包括的直射波、反射波和绕射波等都在变，且电波到达接收点的振幅和相位不可能一样，根据研究，在移动通信中由于多径效应、无线传输损耗和阴影衰落等综合因素的影响，因此典型的实测接收信号场强如下图所示：
图2．7接收信号场强图
从系统工程角度来看，传播损耗和阴影衰落主要影响到无线区域的覆盖情况。
必须采用合理的规划设计来消除这种不利的影响。
而多径衰落会严重影响信号传输质量，并且由于环境复杂的特点是不可以避免的，在GSM系统中采用了信道编码和交织技术、跳频和自适应均衡技术多种方式来对抗衰落，在规划中要求考虑到多径衰落，并对衰落率要留有设计裕量。
2.5.3GSM无线关键技术
（1）.交织技术
在陆地移动通信的无线接口中，比特差错经常是成串发生的。
这是由于多径衰落造成的持续较长的深衰落空洞会影响到一连串相关的比特。
然而，信道编码仅在检测和校正单个差错和不太长的差错串时才有效。
为了解决这一问题，就要找到把一条消息中的相关比特分开传播的方法，即一条消息中的相关比特以非相关方式被发送，以降低多径衰落的影响。
这样，在传输过程中即使发生了成串差错，恢复成一条相关比特串的消息时，差错也就变成单个（或长度很短）的差错，这时再用信道编码纠错功能纠正差错，就能恢复原消息。
这种方法就是交织技术。
（1）．交织技术的一般原理
如图所示。
假定序列A由4个4比特组成的消息分组，如直接发送，在空中受到干扰，第二个比特分组全部丢失，则导致在接收端无法解出第二个比特分组的信息。
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
序列A（发送）
1
2
3
4
×
×
×
×
1
2
3
4
1
2
3
4
序列A（接收一）
1
1
1
1
2
2
2
2
3
3
3
3
4
4
4
4
序列A（交织）
1
1
1
1
×
×
×
×
3
3
3
3
4
4
4
4
序列A（接收二）
1
×
3
4
1
×
3
4
1
×
3
4
1
×
3
4
序列A（去交织）
图2.8交织技术原理
如果把序列A的4个相
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