GSM移动通信.docx
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GSM移动通信
关键词………………………………………………………………………………….1
序言…………………………………………………………………………………..1
第一章GSM系统概述…………………………………………………………….1
第二章网络优化方法………………………………………………………………4
第三章GSM网络的优化…………………………………………………………14
第四章XX地区GSM网络优化…………………………………………………22
结束语……………………………………………………………………………….28
关键词：
GSM移动通信网络优化掉话覆盖通话质量
序言
当今科学技术尤其是信息技术的迅猛发展，正引领世界进入信息社会。
伴随着世界范围内的信息革命，通信技术正以前年未有的速度发展、更新。
特别是移动通信，它作为一个科技密集型和知识密集型的高新技术产业，能够满足人们在任何时间、任何地点与任何个人进行通信的愿望。
在我国，移动通信发展势头高涨，每年用户数保持着很高的增长速度。
随着移动用户数量的增加和消费意识的变化，用户对移动网络性能的要求已经越来越高，而且随着我国加入了世贸组织，不同移动网络经营商之间的竞争也越来越激烈。
因而网络质量的好坏已经越来越被人们重视，这就要求网络维护工作者们将工作重点从以前单纯的设备维护转移到更高层次的网络优化上来。
蜂窝移动通信系统的网络优化是在系统容量与实际话务量基本匹配、设备运行状态良好、网络结构相对稳定的前提下，以改进网络在规划和工程实施中存在的缺陷，使网络运行更加合理，通信质量达到最佳，充分发挥网络潜能为目的的高层次维护工作。
它的实质是在现有设备投资和所提经济与XX效益之间找到一个最佳的平衡点，是对现有设备和无线频谱资源的挖潜。
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，主要过程有系统调查、数据分析、制定和实施优化方案等。
本文将在阐述蜂窝移动通信系统网络结构和主要特点的基础上，结合XX地区的具体情况，尤其是针对山区，地形复杂，用户分布不均匀等实际特点，分析各种网络优化方法，从优化的主要内容入手，讨论参数数据的采集和分析，其中在无线网络优化部分主要讨论掉话产生的原因并提出相应的解决方案以及提高接通率的方法，争取最大限度地降低盲区范围，合理的设置和调整基站，为用户提供良好的网络服务质量，在充分利用现有资源的基础上，使XX移动公司GSM网络结构更加合理，现有的网络资源获得最佳效益。
第一章GSM系统概述
20世纪80年代初，模拟蜂窝技术的引进使移动通信技术向前迈进了一大步，但随着通信事业的深入发展和社会需求的不断提高，模拟蜂窝系统因其系统容量小、不能提供非话业务、保密性差、难以和综合业务数字网（ISDN）互联，而且设备不能小型化、制式不统一等弱点，已逐步被数字蜂窝系统取代。
数字蜂窝系统的代表制式有：
欧洲的GSM、英国的DCS1800、北美的ADC、日本的PDC和北美的CDMA等，其中GSM制式是一种全数字蜂窝移动系统，它是完全依照欧洲通信标准化委员会（ETSI）制定的GSM规范研制而成的，任何GSM数字蜂窝移动通信系统都必须符合GSM技术规范。
GSM系统是一种典型的开放式结构，作为一种面向未来的通信系统，它具有以下主要特点：
1）GSM系统由几个分系统组合，各分系统之间都有定义明确且详细的标准化接口方案，保证任何厂商提供的GSM系统设备可以互连。
同时，GSM系统与各种公用通信网之间也都详细定义了标准接口规范，使GSM系统可以与种公用通信网实现互连互通。
2）GSM系统除了可以开放基本的话音业务外，还可以开放各种承载业务、补充业务以及与ISDN相关的各种业务。
3）GSM系统采用FDMA/TDMA及跳频的复用方式，频率重复利用率较高，同时它具有灵活方便的组网结构，可满足用户的不同容量需求。
4）GSM系统具有较强的鉴权和加密功能，能确保用户和网络的安全需求。
5）GSM系统抗干扰能力较强，系统的通信质量较高。
GSM系统主要同基站子系统（BSS）、移动台（MS）、网络子系统（NSS）、操作维护中心（OMC）等几个主要部分。
见图1所示：
1．移动台（MS）
移动台是整个系统中直接由用户使用的设备，包括移动台物理设备和用户识别卡（SIM卡）两部分，是用户能够直接接入GSM系统中的唯一设备。
它的主要功能是通过无线接口接入GSM系统，通常具有无线处理能力。
SIM卡是一张符合ISO标准的智能卡，存有用于用户身份认证所需的信息及与网络和用户有关的管理数据。
移动台只有插入了SIM卡才能接入进网。
SIM卡可以为用户提供保密功能。
2．基站子系统（BSS）
BSS通过无线接口直接与MS实现通信连接，同时又连到网络端的交换机，为移动台和交换子系统提供传输通路，因此，BSS可看成是移动台和交换机之间的桥梁。
按GSM规范提出的基本结构，BSS由两个基本部分组成：
通过无线接口与移动台一侧相连的基站收、发信机（BTS）和与交换机相连的基站控制器（BSC）。
1）BTS主要负责无线传输，在网络的固定部分和无线部分之间提供中继，移动用户通过空中接口与BTS相连。
BTS包括收发信机和天线、与无线接口有关的信号处理电路等，它可以看作是一个复杂的无线解调器。
在GSM系统中，为保持BTS尽可能的简单，BTS往往只包含那些靠近无线接口所必须的功能。
2）BSC主要负责控制和管理，通过BTS和移动台的远端命令管理所有的无线接口，主要是进行无线信道的分配、释放以及越区信道切换的管理等，起着BSS系统中的交换设备的作用。
BSC由BTS控制部分、交换部分和公共处理部分等组成。
根据BTS的业务能力，一台BSC可以控制和管理多达几十个BTS。
此外，BSS还包括码型变换器TC。
码型变换器在实际应用中一般是置于BSC和MSC之间，完成16Kbit/SRPE-LTP编码和64Kbit/sA律PCM之间的码型变换。
3．网络子系统（NSS）
网络子系统包括实现GSM的主要交换功能的交换中心以及管理用户数据和移动性的所需的数据库。
它由一系列功能实体构成，各功能实体间以及NSS与BSS之间通过符合CCITT信令系统NO.7协议规范的7号信令网络互相通信。
它的主要作用是管理GMS用户和其它网络用户之间的通信。
NSS可分为如下几个功能单元：
1）移动业务交换中心MSC：
MSC是网络的核心，它完成最基本的交换功能，即实现移动用户与其它网络用户之间的通信连接。
为此，它提供面向系统其它功能实体的接口、到其它网络的接口以及与其它MSC互连的接口。
MSC从HLR、VLR、AUC这三种数据库中取得处理用户呼叫请求所需的全部数据，同时这三种数据库也会根据MSC最新信息进行自我更新。
MSC为用户提供承载业务、基本业务与补充业务等一系列服务。
作为网络的核心，MSC还支持位置登记、越区切换和自动漫游等移动性能及其它网络功能。
对于容量较大的通信网，一个NSS可以包括若干个MSC、VLR和HLR，在建立固定网用户与GSM用户之间的呼叫时，呼叫往往首先被接到GMSC，GMSC具有与固定网和其它NSS实体互通的接口。
2）拜访位置寄存器VLR：
VLR存储进入其覆盖区的所有用户的全部有关信息，为已经登记的移动用户提供建立呼叫接续的必要条件。
VLR是一个动态数据库，需要随时与有关的HLR进行大量的数据交换以保证数据的有效性。
当用户离开其覆盖区时，用户的有关信息将被删除。
VLR在物理实体上总是与MSC一体，这样可以尽量避免由于MSC与VLR之间频繁联系所带来的接续时延。
3）归属位置寄存器HLR：
HLR是系统的中央数据库，存放与用户有关的所有信息，包括用户的漫游权限、基本业务、补充业务以及当前位置信息等，从而为MSC提供建立呼叫所需的路由信息等相关数据。
一个HLR可覆盖几个移动交换区域甚至整个移动网。
4）鉴权中心AUC：
AUC存储用户的加密信息，用以保护用户在系统中的合法地位不受侵犯。
由于空中接口的开放性，经由空中接口传送的信息极易受到侵犯，因此GSM采用了严格的保密措施如用户鉴权、信息的加密等。
这些鉴权信息和加密密匙等均存放在AUC中，因此，AUC是一个受到严格保护的数据库。
在物理实体上，AUC与HLR共存。
5）设备识别寄存器EIR：
EIR存储与移动台IMEI有关的信息。
它可以对移动台的IMEI进行核查，以确定移动台的合法性，防止未经许可的移动台设备使用移动网。
4．操作维护中心OMC
OMC是操作人员与系统设备之间的中介，它实现了系统的集中操作与维护，完成包括移动用户管理、移动设备管理及网络操作维护等功能。
它的一侧与设备相连，另一侧是作为人—机接口的计算机工作站。
GSM系统的每个组成部分都可以通过特有的网络连至OMC，从而实现集中维护。
OMC由两个功能单元构成，OMC—S（系统部分）用于MSC、HLR、VLR等交换子系统各功能单元的维护与操作。
OMC—R（无线部分）用于实际整个BSS系统的操作与维护。
OMC也可以作为进入更高一层管理网络的关口设备。
本章简要介绍了GSM系统的组成和主要特点。
在此后的章节中，我们所做的网络优化工作都是基于本章内容，一般网络优化是针对网络的A、Um和Abis接口，BSS和NSS中的各个功能块，进行网络重整、参数调整及覆盖调整，对切换和漫游当中出现的问题进行定位和解决。
第二章网络优化方法
网络优化是一个长期过程，它贯穿于网络发展的全过程。
只有不断提高网络质量，才能获得移动用户的满意，吸引和发展更多的用户。
在日常网络优化过程中，可以通过OMC统计和路测来发现问题，当然最通常的还是用户的反应。
在网络性能经常性的跟踪检查中发现话务统计指标达不到要求、网络质量明显下降或用户的反映强烈、用户群改变或发生突发事件并对网络的质量造成很大影响时、以及网络扩容后应对小区频率规划及容量进行核查等情形发生时，都要及时对网络进行优化。
网络优化的方法很多，主要有以下几种：
2.1利用优化工具
测试技术在移动通信的发展中，特别是在网络优化中起着举足轻重的作用。
2.1.1场强测试车在网络优化中的应用
现行的蜂窝移动通信系统中频率规划和基站发射功率大都基于原CCIR推荐的Okumura-Hata（对于覆盖距离D>1km的基站）模型或欧洲电信科学研究联合会推荐的Cost-231Walfish-Ikegami（对于市区内高层建筑密集的区域，当基站覆盖半径r<1km时）传输损耗模型设计的，但由于实际地理位置不同，地形、地貌变化大，特别是城区各种高层建筑物对信号的反射、阻挡，街道走向效应对信号的影响，水面对信号的反射，加之基站设置不规则，都会导致网络规划精度下降。
利用场强测试车对无线覆盖区进行周密测试，有助于发现服务质量水准不高的症结。
利用场强测试车还可以有效地测试无线小区的干扰区、测试信号接收的质量、观察信号的接续过程、分析干扰源、检查小区切换关系、测定小区基站发射功率和频率等，通过对网络各类参数的测试收集，利用评估软件对系统作出客观的评价，同时为网络参数调整提供依据。
2.1.2利用测试手机优化无线接口
专用于测量GSM网络无线接口的测试手机在无线网络优化工作中常用的主要功能有以下几种：
（1）全网覆盖测试用已安装专用无线测试软件的便携式电脑连接测试手机，有条件的还可以连接GPS和安装数字化地图，拨通一个电话后在道路上测试。
在测试过程中，对测试结果进行LOG文件记录以便测试结果的后期处理分析和回放。
在测试过程中的每个测试点都包含当时无线环路的信息（包括服务小区的强度，邻近6个小区的信号强度，物理层二、三的信息等）。
测试当中，还可以对测试过程中出现的异常（如掉话，话音断续等）加入标记，便于分析测量结果时使用。
通过对这些测试结果的分析，可以得到GSM无线网络实际的覆盖情况，了解网内盲区，各基站的重叠以及重叠区的载干比等信息。
（2）特定小区覆盖测试专用测试手机具有“锁频”功能，它可以锁定在任何一个GSM频率上（无论该小区是否允许接入）并禁止切换。
利用这个功能可以得到待定小区的实际覆盖范围。
（3）小区切换性能测试测试手机具有强行切换功能，可以通过设置将目前的通话强行切换到某个频率上。
主要是通过将服务小区的信号强度向BSC报告为10（Rxlev），切换目标小区的信号强度报告为63的方法来实现。
通过这个测试，可以提高切换成功率，降低掉话率，可以调整小区切换参数，使相邻小区的切换合格化。
目前，XX移动公司维护人员使用的专用测试手机为NOKIA6210，通过它可以检测出手机使用的频点（CH）及它的信强度，手机与基站间的距离和区域识别码（LAC）等数据，功能非常丰富。
2.1.3利用GSM-NPA软件进行优化
GSM-NPA是ERICSSON公司专为GSM网络优化而设计的功能强大的软件工具。
目前已在多个省的移动公司及知名通信厂商的网络优化部门得到应用，取得良好的效果。
GSM-NPA所完成的主要功能有：
（1）无线小区覆盖和质量分析MS和BTS会产生上/下行链路的信号电平和质量报告。
用这些测量报告进行电平、质量和小区覆盖率的统计分析非常有效。
因为用户在小区的任何地方、任何时间都有可能出现并进行呼叫，而通常测试车要做到这一点很困难。
GSM-NPA的无线优化软件能在测量报告的基础上，产生与无线小区质量报告相关的各类分析报告。
（2）掉话分析GSM-NPA软件能够查出掉话并对掉话原因进行分析。
它不但能判定某一区域没有覆盖，而且能够指出该区域的位置。
在分析问题原因的同时还能指出该问题的严重程度。
在故障分析时，能够列出某一呼叫在A和A-bis接口上的全部信令序列。
（3）切换分析对某一小区的切换进行统计和分析，例如统计切换原因的分布，切换成功率以及对一次切换过程详细直观地分析。
2.1.4利用MA10仪表对Abis接口进行优化
利用MA10仪表进行网络优化的方法是指以分析OMC—R话务统计报告为基础，辅以NO.7信令仪表来进行Abis接口跟踪分析，最终判断障碍点。
MA10仪表的功能包括提供质量分布图、频率干扰检测图、接收电平分布图、话音信道占用时长图和孤岛效应检测图等。
利用MA10仪表的网络优化功能可查找和解决坏小区存在的隐性硬件故障及频率干扰问题，从而降低TCH中断率和TCH分配失败率，有效提高网络质量。
2.1.5利用七号信令仪K1103对A接口进行优化
在获得小区话务统计报告的基础上，配合K1103测试仪检测A接口，可准确得到：
主叫成功率、被叫成功率、位置更新成功率、A接口线路平均占用时长等。
针对各小区的情况，可统计出业务信道分配成功率、忙时话务量、业务信道平均占用时长、忙时占用业务信道数。
七号信令测试仪K1103可同时监测四条链路，并提供软件计数器。
利用软件计数器，可以实时记录各项统计指标，并以表格、直方图、圆饼图等形式输出统计结果。
2.2天线下倾调整
天线下倾技术是降低蜂窝移动通信系统中同频干扰的重要措施，在网络优化当中使用相当频繁，也是一种非常有用的技术。
它是利用天线垂直方向图，有效进行干扰控制和调整覆盖的重要手段。
在消除干扰方面，有时天线倾斜比降低天线高度更有效，特别是对高基站或有高树林的区域。
天线下倾会改变小区的覆盖范围，并不是天线下倾越大，蜂窝下区的载波干扰比状况越好。
以DB894H60E-SY天线垂直方向性图的数字化表示为例，如表2-1所示：
（θ）角度
衰减（DB）
（θ）角度
衰减（DB）
63°
19.0
77°
13.9
64°
20.6
78°
11.6
65°
22.1
79°
9.6
66°
23.3
80°
7.8
67°
23.8
81°
6.3
68°
23.8
82°
5.0
69°
23.6
83°
3.9
70°
23.6
84°
2.9
71°
23.8
85°
2.1
72°
24.3
86°
1.5
73°
24.0
87°
0.9
74°
22.1
88°
0.5
75°
19.4
89°
0.2
76°
16.6
90°
0.0
表2—1垂直方向性图的数字化表示
由上表可知，天线在θ=90°时有最大增益。
随着θ角减小（相当于下倾角增大），天线增益开始衰减，当θ角减少18°（即θ=72°）时，增益衰减至最大（24.3db）。
下表2—2给出当使用17DB增益和60°扇形的定向天线时，天线下倾角和天线高度与中心波束落地距离的关系。
天线下倾角
水平衰减值
（DB）
中心波束落地距离（M）
天线高度
30M
天线高度
50M
天线高度
70M
0°
0
无限
无限
无限
2°
0.8
859
1432
2005
4°
3.0
429
715
1001
6°
8.5
285
475
666
8°
15
213
355
496
10°
25
170
234
337
表2—2下倾角和天线高度与中心波束落地距离的关系
从两表中，我们可以看到，天线下倾有以下几种作用：
（1）天线下倾能使信号在水平方向传播的衰减值明显增加，达到控制本小区覆盖范围的目的，使信号限制在自己的覆盖范围内。
（2）天线下倾安装使天线在干扰方向上的增益减少，相当于天线在垂直面上去耦增加。
当天线下倾到一定角度时，天线水平方向图的主瓣方向将会出现凹坑可以减少同频干扰。
（3）天线下倾后加强了本覆盖区内的信号强度，即改善了本覆盖区内的场强，又增强了抗同频干扰的能力，尤其是可以降低高层建筑干扰严重问题，从而提高了通信质量。
天线下倾时，主波束对应区域覆盖范围减少较快，而离主波束范围较远的区域，覆盖范围减少较慢。
因此选择合理的下倾角，使天线至本小区边界的射线到天线至受干扰小区边界的射线之间处于天线垂直方向图中增益衰减变化最大的部分，这样可使得对受干扰小区产生的同频干扰得以减至最小，这也是天线下倾角选择的原则。
选择合理的下倾角，还可以起到均衡邻近小区话务分布密度的作用，用利于降低网络拥塞率，提高系统接通率。
2.21天线下倾应注意的问题
（1）天线下倾后，小区边缘信号电平的下降可通过增大天线发射功率来补偿。
这是因为天线下倾后，覆盖区边缘由于偏离了主瓣，信号强度下降，可通过合理增大基站发射功率来补偿。
这样既提高了载干比，又不会因天线下倾导致覆盖区边缘信号强度下降过大。
（2）天线下倾过大会引起水平方向图发生畸变。
随着天线下倾角的增加，水平方向图变成扁平，并开始出现豁口（一般下倾20°出现豁口），对载波干扰比及覆盖控制都不利。
（3）天线下倾过大时，必须考虑天线的前后辐射比，避免天线的后瓣对背后小区产生干扰和天线旁瓣对相邻扇区的干扰。
（4）天线下倾到副瓣时将会引起干扰增大。
副瓣的出现会增加对同频小区的干扰，因此天线下倾角度并不是越大越好。
（5）天线高度（H）与覆盖直径（2R）的比例不宜太大，若H/2R太小，天线下倾的效果不明显。
因为市内高层建筑物的阻拦，会使覆盖变差。
一般应使H/2R>0.1。
（6）下倾效果的测试。
在选定天线下倾的有关设计数据后，应进行场强测试以确认对载干比的改善程度和对覆盖区的影响。
下面举例说明天线下倾对载干比的改善情况，以XXGSM网中两个同频基站的实际情况为例进行讨论。
图2—1洪滩站与220国道站垂直示意图（天线下倾后）
两个同频小区分别为洪滩站第三小区C3与220国道站第一小区C1。
如图2—1所示，P点为C1覆盖边缘，Q点为C3覆盖边缘，A角为C3天线至本小区边界的射线与天线至C1边界射线之间的夹角。
要求C3对C1造成的同频干扰比（P点处）为C/I>15db（无跳频）。
已知洪滩基站天线高度H=64米，天线水平方向去耦角度为12.6°,为偏离天线垂直方向主波瓣的角度。
采用DB894A60E-SY天线，天线下倾13°，基站发射功率为5瓦，C3与C1覆盖直径均为1.1km，C3天线未下倾时C/I=13.5DB，不满足要求，天线下倾后：
A=arctg（D/H）-arctg（2R/H）=arctg（2.440/0.064）-arctg（1.10/0.064）=1.86°
β=13°-arctg（H/2R）=13-arctg（0.064/1.10）=9.67°
由垂直方向图可知：
C/I=13.5+1.9*1.86=17.3DB,>15DB
2.3微蜂窝技术
由于建筑物的阻拦，许多场所（如地下室、娱乐室、地铁、隧道等）会出现信号覆盖盲区。
另外，对于高建筑物的高层，会受到多个基站信号的重复干扰，解决这一问题的有效方法是采用微蜂窝技术。
微蜂窝技术实际上是调整覆盖，提高频率利用率。
随着容量需求的增加，高话务量地区已由点逐渐连成片，宏蜂窝已无法满足，而微蜂窝可以在一定范围内连续覆盖。
下表举例说明频带为7.2MHZ时微蜂窝对容量的提高情况。
见表2—3（其中GOS=0.02,0.025Erl/用户）
小区参数
宏蜂窝
微蜂窝
热点（1微蜂窝/扇区）
连续覆盖（6微蜂窝/扇区）
小区半径KM
1
0.1
0.1
微蜂窝/小区
3
18
小区配置
3/3/3
3/3/3+2TRX*3
3/2/2+2*TRX*3*6
容量（户）
1788
2868
7800
容量比
1
1.6
4.36
表2—3微蜂窝与宏蜂窝比较
微蜂窝主要有以下几个特点：
（1）容量可成倍增加，但需要付出较高的经济代价。
（2）设备体积小，容易安装。
因此应用灵活，可直接在需要的地方安装。
（3）不需改变现有网络结构，可直接加入到现有系统中，也无须特殊手机。
（4）可快速解决覆盖盲点，热点地区通信问题。
可采用分层结构，最大程度提高容量，但网络结构更加复杂，规划更加困难
在移动通信网络从覆盖受限转向容量受限、干扰受限的今天，早期基站（一般偏高）
的负面影响已显示出来。
几年前，随着第三代移动通信系统框架的提出，分级混合的多层小区概念已深入人心。
利用宏蜂窝解决覆盖，而用微蜂窝解决话务的方案也已逐频步实施。
XX千佛山是著名的旅游景点，每年吸引着大量的游客慕名而来，但是千佛山地形复杂，要解决覆盖问题非常困难。
我们在山下设有基站，但由于它三面环山，无法解决其它景点的话务问题，因此，我们决定采用微蜂窝技术，在山顶安装微蜂窝，定义信道数为14。
旅游高峰时的话务量为1.48Erl（平均值），呼叫次数为106次（平均值），掉话率为0.11%,收到了良好的经济效益和社会效益。
2.4抗干扰技术的应用
抗干扰技术可间接提高话务质量。
GSM系统本身有许多抗干扰技术，如非连续发射（DTX）技术、射频功率控制、跳频等，这些技术的有效利用在一定程度上会提高系统的抗干扰能力，减少或均衡频率干扰，从而降低了网络的同频和邻频干扰指标。
1.非连续发射（DTX）
非连续发射技术是指话音帧在有信息时开启发送和在无信息时关闭发送的系统传输控制技术。
在无线上的传输时间减少，从而使累计的干扰电平降低。
此技术可以分别单独实施于移动台到基站或基站到移动台。
对于话音通信，典型的有效通信时间对双方都是40%，在这种情况下，假如原来有50%的干扰电平低于—120db，使用DTX以后将有75%的干扰电平低于—120db,改善程度非常明显。
使用DTX的明显优点有：
（1）可减少发射时间约50%，降低发射端的耗电量。
（2）减少网络干扰，提高载干比，在采用跳频的情况下可提高C/I约3db。
2．射频功率控制
射频功率控制是指在一定范围内，改变移动台和基站的发射功率，在保证良好接收的前提下，尽量减少发射功率。
利用此技术调整无线小区的实际发射功率，可达到控制小区覆盖范围、均衡话务和降低系统拥塞率的目的。
同时也可以减少对其它同频小区内移动台的干扰，但不宜为扩大覆盖范围而增大发射功率，
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