毕业设计（论文）-GSM移动通信系统的网络优化.doc

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1、江西现代职业技术学院江西现代职业技术学院 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 题目：题目：GSM 移动通信系统的网络优化 姓 名 学 院 信息工程学院 专 业 通信技术 班 级 08 通信 指导 教师 提交 时间 2010 年 10 月 31 日 2 论文题目: GSM 移动通信系统的网络优化 姓 名： 班 级：08 通信 指导教师： 摘要：1993 年，GSM 网络在我国开始进入商业用途，距今有 14 年， 目前我国 GSM 网络用户已超过 3.7 亿，网络规模和容量都居世界第一，我国 通信网络面临着严峻挑战。 一方面由于移动用户数目的惊人发展，网络规模不断扩大，但频率资源 匮乏，无线网络的频

2、率复用系数越来越小，网络规模庞大导致出现的问题也 越来越多样化和复杂化，此时单靠日常的维护已经无法切实地为广大移动用 于提供高质量的移动通信服务。 另一方面随着竞争的激烈和用户的高要求，如何使网络达到最佳的运行 状态，如何提高通信质量，提高网络的平均服务水平以及提高系统设备利用 率，已经成为网络运营商的首要任务。特别是我国 GSM 网络在扩容时普遍存 在周期短，速度快的情况，导致工程中留下很多质量问题，需要在后期的网 络优化中解决。 关键词：GSM 频率复用 通信质量 网络优化 3 目 录 引 言 4 1 GSM 系统简介5 1.2 GSM 网络接口 8 1.3 频率配置.10 1.4 信道分

3、类.11 2 GSM 网络优化目标和流程.14 2.1 GSM 无线网络优化的目标 .14 2.2 GSM 无线网络优化的流程 .15 3 室内覆盖的优化 20 3.1 室内覆盖优化的意义.20 3.2 改善室内覆盖的方法及手段.21 3.4 不同信号源比较.22 4 天线在网络优化中的作用 27 4.1 天线的主要性能指标.27 4.2 优化中天线的选择.30 5 掉话的分析和解决方法 33 5.1 由于切换导致的掉话 .33 5.2 由于干扰而导致的掉话.36 5.3 天馈线原因产生掉话的情况 .39 6 大学园区高话务解决方案.41 6.1 高话务简要分析.41 6.2 方案简要分析.4

4、2 6.3 对于高校话务问题的几点考虑.44 结束语 46 致谢 47 参考文献 48 4 引 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

5、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。 本文分五个部分进行讨论，首先介绍 GSM 系统的构造，网络接口等基本知识。然后 在第二部分中对优化工作目标和流程进行介绍，第三部分介绍室内网络覆盖的优化。天 线的优化在第四部分中介绍，第五章对掉话的原因进行分析和解决。 所以本文从理论技术方面对 GSM

6、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。 5 1 GSM 系统简介 1.1GSM 系统结构 GSM（Global System for Mobile Communications；全球移动通信系统） 主要分交换部分和无线部分。其中交换部分和 PSTN 网很类似，而无线部 分是 GSM 网络特有的由于无线特有的移动行，复杂性，以及传播条件恶劣 所带来的衰落等原因，直接影响了无线通信的质量，所以无线部分是优化 的重点对象。一套完整的 GSM 蜂窝系统主要由：MS（移动台）， BSS（基站子系统），NSS（交换网络子系统），OSS（操作支持子系统）， 这四大部分组成，G

7、SM 系统结构如图 1 所示。 图 1：GSM 系统结构 1.1.1 MS（移动台） MS 是用户唯一能接触到的 GSM 系统中的设备。他分为移动终端 6 （MT）和 SIM 卡两部分。SIM 卡也叫做用户识别卡，主要用于识别用户 的身份，计费等功能。 1.1.2 BSS（基站子系统） 由 BTS（基站收发信台）和 BSC（基站控制器）两部分实体组成。一 个 BSC 可以控制数十个 BTS，BTS 可以和 BSC 直接连接，也可以通过基 站接口设备（BIE）采用远程控制的连接方式于 BSC 连接。 (1) BTS 属于 BSS 的无线部分，主要负责接收和发送信息，由 BSC 控制， BTS 主

8、要由基带单元，载频单元，控制单元和天馈单元组成。 (2) BSC 属于 BSS 的控制部分，主要负责各借口的管理，承担无线资源 和无线参数管理。BSC 由朝向于 MSC 相连的 A 借口或者与变码交 换器的 Ater 接口的数字中继部分，朝向 BTS 相练的 Abis 接口或者 BS 接口的 BTS 部分，公共处理部分，和交换部分组成。 1.1.3 NSS（网络子系统） 网络子系统主要包括有 GSM 系统的交换功能和用于拥护数据与移动 性管理，安全性管理所需的数据库功能，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。NSS 由一系列功 能实体构成。 (

9、1) MSC 移动业务交换中心。 移动业务交换中心是网络的核心，他提供交换功能及面向系统其他功 能实体：BSS，HLR，AUC，EIR，OMC 和面向固定网的接口功能把移动 用户与移动用户，移动用户与固定网用户互相连接起来。 (2) 访问用户位置寄存器（VLR） 7 访问用户位置寄存器（VLR）是服务于其控制区域内移动用户的，存 储着进入其控制区域内已登记的移动用户相关信息，为已登记的移动用户 提供建立呼叫接续的必要条件。VLR 从该移动用户的归属用户位置寄存 （HLR）处获取，并存储必要的数据。一旦移动用户离开该 VLR 的控制 区域，则重新在另一个 VLR 登记，原 VLR 将取消临时记录

10、的该移动用户 数据。因此，VLR 可看作为一个动态用户数据库。VLR 功能总是在每个 MSC 中综合实现的。 (3) 归属用户位置寄存器（HLR） 归属用户位置寄存器（HLR）是 GSM 系统的中央数据库，存储着该 HLR 控制的所有存在的移动用户的相关数据。一个 HLR 能够控制若干个 移动交换区域以及整个移动通信网，所有移动用户重要的静态数据都存储 在 HLR 中，这包括移动用户识别号码、访问能力、用户类别和补充业务 等数据。HLR 还存储且为 MSC 提供关于移动用户实际漫游所在的 MSC 区域相关动态信息数据。这样，任何入局呼叫可以即刻按选择 路径送到被 叫的用户。 (4) 鉴权中心（

11、AUC） GSM 系统采取了特别的安全措施，例如用户鉴权、对无线接口上的 话音、数据和信号信息进行保密等。因此，鉴权中心（AUC）存储着鉴权 信息和加密密钥，用来防止无权用户接入系统和保证通过无线接口的移动 用户通信的安全。AUC 属于 HLR 的一个功能单元部分，专用于 GSM 系统的安全性管理。 (5) 移动设备识别寄存器（EIR） 8 移动设备识别寄存器（EIR）存储着移动设备的国际移动设备识别码 （IMEI），通过检查白色清单、黑色清单或灰色清单这三种表格，在表格 中分别列出了准许使用的、出现故障需监视的、失窃不准使用的移动设备 的 IMEI 识别码， 1.1.4 操作支持子系统（OS

12、S） 操作支持子系统（OSS）需完成许多任务，包括移动用户管理、移动 设备管理以及网路操作和维护。移动用户管理可包括用户数据管理和呼叫 计费。用户数据管理一般由归属用户位置寄存器（HLR）来完成这方面的 任务，HLR 是 NSS 功能实体之一。用户识别卡 SIM 的管理也可认为是 用户数据管理的一部分，但是，作为相对独立的用户识别卡 SIM 的管理， 还必须根据运营部门对 SIM 的管理要求和模式采用专门的 SIM 个人化设 备来完成。呼叫计费可以由移动用户所访问的各个移动业务交换中心 MSC 和 GMSC 分别处理，也可以采用通过 HLR 或独立的计费设备来集中处 理计费数据的方式。移动设备

13、管理是由移动设备识别寄存器（EIR）来完成 的，EIR 与 NSS 的功能实体之间是通过 SS7 信令网路的接口互连，为此， EIR 也归入 NSS 的组成部分之一。网路操作与维护是完成对 GSM 系统 的 BSS 和 NSS 进行操作与维护管理任务的，完成网路操作与维护管理的 设施称为操作与维护中心（OMC）。 1.2GSM 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 9 及相应的协议。 1.2.1 主要接口 GSM 系统的主要接

14、口是指 A 接口、Abis 接口和 Um 接口。这三种主要 接口的定义和标准化可保证不同厂家生产的移动台、基站子系统和网络子 系统设备能够纳入同一个 GSM 移动通信网运行和使用，主要接口示意图如 图 2 所示。 图 2：主要接口示意图 1.2.2 网络子系统内部接口 网络子系统内部接口包括 B、C、D、E、F、G 接口，NSS 内部接口如 图 3 所示。 1.2.3 GSM 系统与其它公用电信网接口。 GSM 系统通过 MSC 与公共电信网互连。一般采用 7 号信令系统接口。 其物理链接方式是 MSC 与 PSTN 或 ISDN 交换机之间采用 2.048Mb/s 的 PCM 数字传输链路实

15、现的。 10 图 3：NSS 内部接口 1.3 频率配置 1.3.1 工作频段 GSM900M 频段： 上行 890915MHz（移动台发，基站收）； 下行 935960MHz（基站发，移动台收）； 收、发频率间隔为 45MHz。 移动台采用较低频段发射，传播损耗较低，有利于补偿上、下行功率 不平衡的问题。由于载频间隔是 0.2MHz，因此 GSM 系统整个工作频段分 为 124 对载频，其频道序号用 n 表示，则上、下两频段中序号为 n 的载频 11 可用公式(1-1)和(1-2)计算： 上频段：MHz (1-1) )2 . 0890()(nnfl 下频段：MHz (1-2)2 . 0935

16、()(nnfh 式中：n1124。 例如 n1，MHz，MHz，其它序号的载频依次类推。 2 . 890) 1 ( l f 2 . 935) 1 ( h f 每个载频有 8 个时隙，因此 GSM 系统共有 1248992 个物理信道。 1.3.2 干扰保护比 同频干扰保护比：C/I（载频/干扰）9dB； 邻频干扰保护比：C/I（载频/干扰）9dB； 载频偏离 400kHz 时的干扰保护比：C/I（载频/干扰）41dB； 工程设计时需对以上的 C/I 值另加 3dB 余量。 1.4 信道分类 无线子系统的物理信道支撑着逻辑信道。逻辑信道可分为业务信道 （TCH）和控制信道（CCH）两大类，其中后

17、者也称信令信道，GSM 系统 信道如图 4 所示。 1.4.1 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。 (1)话音业务信道。载有编码话音的业务信道分为全速率话音业 务信道（TCH/FS）和半速率话音业务信道（TCH/HS）两者的总速率分别 12 为 22.8kb/s 和 11.4kb/s。 (2)数据业务信道。在全速率或半速率信道上，通过不同的速率适配和 信道编码，可使用不同的速率业务。 图 4：GSM 信道系统 1.4.2 控制信道 控制信道（CCH）用于传送信令和同步信号。它主要有三种：广播信 道（BCH）、公共控制信道（CCCH）和专用控制信道

18、（DCCH）。 (1) 广播信道（BCH）：广播信道是单方向控制信道，用于基站向移 动台广播公用的信息。传输内容主要是移动台入网和呼叫建立所需要的有 关信息。其中又可分为：频率校正信道（FCCH）、同步信道（SCH）、广 13 播控制信道（BCCH）。 (2) 公共控制信道（CCCH）：CCCH 是一种双向控制信道，用于呼叫 接续阶段传输链路连接所需要的控制信令。其中又可分为：寻呼信道 （PCH）、随机接入信道（RACH）、准许接入信道（AGCH）。 (3) 专用控制信道（DCCH）：DCCH 是双向控制信道，其用途是在呼 叫接续阶段以及在通信进行当中，在移动台和基站之间传输必须的控制信 息。

19、其中又可分为：独立专用控制信道（SDCCH）、慢速辅助控制信道 （SACCH）、快速辅助控制信道（FACCH）。 14 2 GSM 网络优化目标和流程 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。 2.1 GSM 无线网络优化的目标 2.1.1 满足所需的容量 站在用户的角度上，用户希

20、望在任何地方一打电话就通，话音质量很 好，并且不掉话。要做到这些，直接面以用户的无线网络必须能提供足够 的业务容量，有线通信中每个用户有自己的用户线，但移动则是用户共用 无线电信道，业务容量与每个用户的业务量有关，也与无线信道的呼损有 关，国外运营者呼损一般取 2%，我国由于经济原因在大区时呼损可用 5% 市区则要取 2%。 2.1.2 覆盖所需覆盖的地区 移动网应提供尽可能大的覆盖范围。许多国家电信主管部门在开始蜂 窝业务时，对运营者在地理的覆盖与人中的覆盖均限定在某个时间内要达 到一定目标。首先应覆盖用户最多的地方，同时要考虑有一定的面，面越 大越吸引用户。今年我们提出了要覆盖的重点地区，

21、同时还要求在全国铺 15 开，扩大覆盖面。覆盖与无线电传播有密切关系，所用频段、地面移动状 态决定了其传播的特点。 2.1.3 好的质量 覆盖率 90%； 话音质量 4 分 无线信道阻塞率 2-5% 掉话率 2% 移动通信的传播决定了在覆盖区内不可能是 100%覆盖，期望在覆盖 区内死角越少越好，关键是衰落储备是否足够。 话音质量取决于信号电平和干扰的电平。有时信号很强，但质量不好， 就是由于干扰问题。 掉话的原因很多，与信号的电平、干扰的电平、切换电平等都有关。 要达到这些目标，花很多钱能办到，但一个优秀的网络应是在能满足 上述要求的同时，花钱最少，这就需要精心地规划和设计。经济性依赖可 用

22、频率的多少和设备的价格，使用频率要经济，建网要经济。 2.2 GSM 无线网络优化的流程 网络优化的过程实际上是一个循环过程，首先要对网络进行普查，数 据采集，然后对数据进行分析，最后制定和实施方案。如果该套方案的实 施不能满足优化的要求，则从新从网络普查开始循环优化的流程，GSM 网 络优化工作流程图如图 5 所示。 网络普查数据采集数据分析 制定和实施优化方案 16 图 5：GSM 优化工作流程图 2.2.1 网络普查 网络优化是一个系统工程。网络普查是进行网络优化的准备阶段，它 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，上一次优 化的技术总结报告，

23、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 令方式，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 利用操作维护中心（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、邻近小区关系，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。 2.2.2 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

24、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进行数据采集 通过交换操作维护中心（OMC-S）可以获得 MSC 话务统计，包括网 17 内 MSC、VLR、HLR、 CCS6、小区，中继群、录音通知等，及网外侧呼 叫其他业务网（含固定网，130 网，90 网，长城网等）各方向的来去话务 量。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进行数据采集

25、 通过基站操作维护中心（OMC-R）可以获得 BSC 话务统计（MOC 话 务量、MTC 话务量、位置更新、切换、小区话务量、话务信道和信令信道 等）。可统计小区内主被叫应答率、TCH 分配成功率、ICH 分配失败原因 占有率、掉话率、忙时话务量、TCH 平均占用时长、忙时占用冗 H 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。利用这些指 标可分析该小区基站工作状况及优化方向。 (3) 使用仪表在有线部分进行测量采集 使用仪表在有线部分进行测量采集。将 MPA7300 信令测试仪跨接在 A 接口和 A 接口。 MPA7300 信令测试仪可启动计数器记录特定时段内事 件的发生次

26、数，并实时跟踪记录 CCS7 信令。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。 (4) 通过某些工具对无线接口进行测试采集 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 18 测试、扫频测试、场强测试、干扰测试、切换测试、锁频测试、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、载干 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。 2.2.3 数据

27、分析 综合所获得的数据，进行数据分析。从交换机的操作维护中心 （OMC-S）和基站系统的操作维 护中心（OMC-R）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，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。 2.2.4 制定和实施优化方案 根据网络普查发现的明显不合理之处制定和实施优化方案

28、。一般这时是 进行初级层次的优化，进一步提高网络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，特别是在工程割接后直到系统终验前这段时间进 行，如数据库中数据垃圾的清理。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。针对从 OMC 获得的告警点和 Um 测 19 量时发现的问题，利用 SITEMASTER 测试仪表检查天馈线系统，如：无线 输出功率、馈线回损及大线角度、类型、高度与设计是否一致。利用 HP8594

29、E 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。这样可对不良基站进行处理，故障盘 替换，调整天线，甚至基站搬迁等。 (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、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。

30、必要时，可更换基站位置。首先，利 用规划与优化软件模拟计算调整后的效果，若满意，调整天线参数，然后 进行无线测试工作，反复进行模拟、调整、测试、比较工作，直到实现良 好的服务状态。 根据有线部分的测试得到的统计数据，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 RTS 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。 另外，通过 MSC 和 BSC 软件版本升级、打补丁等可获得新的统计功 20 能、网络业务和更加良好的工作状态。采用

31、完善的录音通知系统、短信息、 语音信箱等新业务，有利于减少无效呼叫，提高接通率。 21 3 室内覆盖的优化 3.1 室内覆盖优化的意义 随着市区基站密度加大，优化工作的深入，城市的室外覆盖已基本做 到了无缝连接，话音质量也进一步得到改善。由于用户在大型建筑物（尤 其是酒店、商务和商业中心、大型购物商场、停车场等）内使用移动电话 所产生的话务量日益增加，用户已不满足于只有室外覆盖良好的移动通信 服务，同时也要求网络运营商能提供室内覆盖良好的服务，但此类场所由 于其建筑体自身的原因（如墙体较厚、面积较大、楼层较高等等），往往 是网络覆盖的盲区或信号特别差。尤其是目前大部分用户所使用的 GSM 系

32、统，其信号的穿透能力比模拟系统更弱，现象也就更明显。因此，解决好 室内覆盖，满足用户的需求，提高网络的通信质量，也就成为工程建设和 网络优化工作的一项重要内容。 从狭义上来讲，室内覆盖问题仅仅是对室内覆盖盲区的改善，解决电 话打不出去的问题。从广义上来讲，室内覆盖问题包括对室内移动通信话 音质量、网络质量、系统容量的改善问题。除了对诸如地下室，一、二层 等通信盲区提供覆盖外，同时也应对建筑物的高层部分因接收到来自多方 向的杂乱不稳定信号而导致掉话、断续、切换不成功等方面进行改善。同 时，室内覆盖作为一种扩容手段，对在高话务量地区分担室外基站话务， 增加网络容量，使室内话务在室内吸收，减少同频干

33、扰也起很大作用。另 外，良好的室内覆盖，对于提高网络运营商的形象，为用户提供更好更完 善的随时随地通信服务，提高企业竞争力具有很大的意义。 22 3.2 改善室内覆盖的方法及手段 改善室内覆盖，有两种基本方法：一种是加大室外信号解决室内覆盖； 另一种是采用室内信号分布系统方式。 3.2.1 加大室外信号解决室内覆盖方式 在存在室内盲区的地方附近安置直放站，或提高覆盖该地方基站发射 功率，提高室外信号强度，利用电磁波的穿透能力而达到解决室内覆盖问 题。这种方式的优点是：简单、快捷，不需要花很大的投资，工程工作量 较小，不需要在建筑物中作布线，建设速度较快。这种方式对于在一些网 络还不是很完善的地

34、方，一方面不但解决了室内覆盖的问题，另一方面也 解决了周围地区覆盖和话务吸收，是一种一举两得的事情。但在网络已经 比较完善、基站密集的地方，用这种方式就不是一种明智之举，特别是采 用直放站，对系统造成的影响比起解决这些方的室内覆盖可能是得不偿失。 这种方式缺点是：需要进行频率规划，有时甚至是必须对网络进行较大的 频率调整。同时，用这种方式并不是一种全面解决问题的方式，对于地下 室、大型建筑物和采用金属玻璃幕墙的建筑物，其室内可能有相当的地方 仍然是盲区，因此，该种方法已不能满足大型室内建筑的覆盖需求。 3.2.2 室内信号分布系统方式 建设室内分布系统是目前解决室内覆盖问题最有效的方法，它与前

35、一 种方案最根本的区别就是将无线信号通过有线方式直接引到室内的每一个 区域，消除室内覆盖盲区，抑制干扰，为室内用户提供稳定、可靠的信号， 使用户在室内也能享受高质量的通信服务。这种方案在设计时，要考虑信 号不外泄到建筑物外面，而对网络造成干扰。 23 3.3 室内分布系统组成 室内分布系统主要由三部分组成：信号源设备（微蜂窝、宏蜂窝基站 或室内直放站）；室内布线及其相关设备（同轴电缆、光缆、泄漏电缆、 电端机、光端机等）；干线放大器、功分器、耦合器、室内天线等设备。 建筑物室内覆盖要考虑的基本因素主要有：隔墙的阻挡为 520dB、 楼层的阻挡为 20dB、家具及其它障碍物的阻挡为 215dB、

36、多径衰落及高 层建筑物上的“孤岛效应”和“乒乓效应”。各种不同室内环境对无线环境的 影响是非常显著的，这在工程设计及优化中都要综合考虑。 3.4 不同信号源比较 最常用的信号源主要有以下两种：宏蜂窝直放站和微蜂窝室内覆 盖。 3.4.1 宏蜂窝直放站 这是采用室外天线将附近宏蜂窝基站的信号接收后经放大处理，再由 室内天线分布到所需覆盖的位置。这种采用无线耦合的方式，对于存在频 率复用较高的市区，需严格调试，以免对网络造成干扰。由于直放站本身 没有增加信道资源，只是信号的延伸，故直放站一般用于低话务量的地方， 覆盖范围也小，一般只能作为补盲点来使用。如小型酒楼、地下停车场等， 直放站示意图如图

37、6 所示。 3.4.2 微蜂窝室内覆盖 微蜂窝就是一个基站，只不过基站的发射天线是分放在室内。微蜂窝 增加了网络的信道资源，可提高网络容量和通话质量，适合于大范围的室 24 内覆盖。它一般用于话务量密集的地方（如：星级酒店、大型娱乐场所、 商业和商业中心等），既保证优良的覆盖，又分担了周围基站的话务量， 微蜂窝室内覆盖解决方案示意图如图 7 所示。 图 6：直放站 图 7：微蜂窝室内覆盖解决方案示意图 25 3.5 室内覆盖系统的优化 对于建成的室内覆盖系统，最重要的就是日常维护和优化。以下结合 实际工作中的例子进行说明。 3.5.1 相邻小区的确定 在城市的中心区，基站密度都比较大，平均站距

38、小于 1km，所以通常 进入室内的信号比较杂乱、不稳定。特别是在一些没有完全封闭的高层建 筑的中、高层，进入室内的信号非常多，邻近基站的信号直射，远处基站 的信号通过直射、折射、反射、绕射等方式进入室内，信号忽强忽弱不稳 定，同频、邻频干扰严重。手机在这种环境下使用，未通话时，小区重选 频繁；通话过程中频繁切换，易导致话音质量差、掉话现象严重。 解决这类问题的最主要方式是根据实际情况为微蜂窝选择适当的相邻 小区。相邻小区测量频点的限制，可以有效地控制微蜂窝与其他小区发生 联系。 例如，某酒店安装了微蜂窝室内覆盖系统。由于该地区基站分布密度 大，室内中庭信号复杂。由于对微蜂窝作的相邻小区较多，导

39、致切换频繁， 指标反映为切换成功率较低、掉话较多。通过实地测量，确定了三个最主 要的 900M 宏蜂窝服务小区：9141、9142、9143，并作双向切换关系。又 由于在三楼电梯口测得较强的 1800M 宏蜂窝 63141 的信号，考虑到用户占 用该小区进入微蜂窝的可能性极大，故作 62141 向微蜂窝的单向切换关系。 相邻小区精简后指标显示切换成功率显著提高、掉话率降低。 由这个典型案例可知微蜂窝的相邻小区一定要因地制宜，数目不在多 26 少，而在准确。一般确定两三个主服务小区即可，但同时要考虑若相邻小 区过少，宏蜂窝退服导致由外部到室内无法切换的问题。所以相邻小区至 少要两个以上。 3.5

40、.2 重选和切换的优化 现代建筑多以钢筋混凝土为骨架，再加上全封闭式的外装修，对无线 信号的屏蔽和衰减特别厉害；高层建筑物内电梯多，又多为金属全封闭结 构，这就导致在进出建筑物、电梯时信号变化非常强烈。这就要对微蜂窝 的相关重选、切换参数进行细致的设置、调整。 例如，某酒店大厅及低层为微蜂窝 A 覆盖，电梯及高层为微蜂窝 B 覆 盖。从大厅进电梯手机由 A 重选到 B 时正常，而由电梯进入大厅时，手机 由 B 重选到 A 上则明显迟缓，甚至出现短暂无信号情况。通过小区参数查 询发现，对小区重选偏置参数的设置 A、B 小区明显不一致，B 远大于 A。设计者本意是为让 B 更易吸收话务，而使手机在

41、空闲状态容易重选进 入该小区，但差别太大，致使在 B 小区信号很弱、A 小区信号已很强的情 况下手机仍然无法重选。通过调整上述情况消失，手机重选正常。 3.5.3 载频调整优化 对于许多大型酒店和购物中心采用多个微蜂窝小区分片覆盖，分担话 务的情况，我们都建议尽量通过调整载频分布，将多个小区合并为一个小 区，因为那样往往会出现话务量不均衡甚至相差悬殊以及各小区间的切换 成功率较低的问题。将多个小区覆盖优化调整为一个小区覆盖，用户可以 无切换通话，消灭了潜在的不稳定因素。 另外分布系统的工艺质量也会影响微蜂窝信号，例如上下行功率不匹 27 配导致上行干扰或信号弱，引起话音断续或掉话。这些则要在分

42、布系统厂 家的配合下进行优化工作。 28 4 天线在网络优化中的作用 天线技术是移动通信技术基础，基站天线是移动通信网络与用户手机 终端空中无线联结的设备，其主要作用是辐射或接收无线电波，辐射时将 高频电流转换为电磁波，将电能转换电磁能；接收时将电磁波转换为高频 电流，将磁能转换为电能。天线的性能质量直接影响移动通信网络的覆盖 和服务质量；不同的地理环境，不同服务要求需要选用不同类型，不同规 格的天线。天线调整在移动通信网络优化工作中有很大的作用。 4.1 天线的主要性能指标 表征天线性能的主要参数有方向图，增益，输入阻抗，驻波比，极化 方式，双极化天线的隔离度，及三阶交调等。 4.1.1 方

43、向图 天线方向图是表征天线辐射特性空间角度关系的图形。以发射天线 为例，从不同角度方向辐射出去的功率或场强形成的图形。一般地，用包 括最大辐射方向的两个相互垂直的平面方向图来表示天线的立体方向图， 分为水平面方向图和垂直面方向图。平行于地面在波束最大场强最大位置 剖开的图形叫水平面方向图；垂直于地面在波束场强最大位置剖开的图形 叫垂直面方向图，垂直，水平方向图如图 8 所示。 描述天线辐射特性的另一重要参数半功率宽度，在天线辐射功率分 布在主瓣最大值的两侧，功率强度下降到最大值的一半（场强下降到最大 值的 0.707 倍，3dB 衰耗）的两个方向的夹角，表征了天线在指定方向上 辐射功率的集中程

44、度。一般地，GSM 定向基站水平面半功率波瓣宽度为 65，在 120 的小区边沿，天线辐射功率要比最大辐射方向上低 9-10dB。 29 图 8：垂直，水平面方向图 4.1.2 方向性参数 不同的天线有不同的方向图，为表示它们集中辐射的程度，方向图 的尖锐程度，我们引入方向性参数。理想的点源天线辐射没有方向性， 在各方向上辐射强度相等，方向是个球体。我们以理想的点源天线作为 标准与实际天线进行比较，在相同的辐射功率某天线产生于某点的电场 强度平方 E2 与理想的点源天线在同一点产生的电场强度的平方 E02 的 比值称为该点的方向性参数 D=E2/E02。 4.1.3 天线增益 增益和方向性系数

45、同是表征辐射功率集中程度的参数，但两者又不 尽相同。增益是在同一输出功率条件下加以讨论的，方向性系数是在同 一辐射功率条件下加以讨论的。由于天线各方向的辐射强度并不相等， 天线的方向性系数和增益随着观察点的不同而变化，但其变化趋势是一 致的。一般地，在实际应用中，取最大辐射方向的方向性系数和增益作 为天线的方向性系数和增益。 另外，表征天线增益的参数有 dBd 和 dBi。DBi 是相对于点源天线 30 的增益，在各方向的辐射是均匀的；dBd 相对于对称阵子天线的增益 dBi=dBd+2.15。相同的条件下，增益越高，电波传播的距离越远。习惯 上我们采用 dBi 来表征天线的增益。 4.1.4

46、 输入阻抗 输抗是指天线在工作频段的高频阻抗，即馈电点的高频电压与高频 电流的比值，可用矢量网络测试分析仪测量，其直流阻抗为 0。一般 移动通信天线的输入阻抗有 50 和 75 两种，在湘潭的移动网中我们 采用的都是输入电阻为 50 的天线。 4.1.5 驻波比 由于天线的输入阻抗与馈线的特性阻抗不可能完全一致，会产生部 分的信号反射，反射波和入射波在馈线上叠加形成驻波，其相邻的电压 最大值与最小值的比即为电压驻波比 VSWR。一般地说，移动通信天线 的电压驻波比应小于 1.4，但实际应用中我们都要求 VSWR 应小于 1.2。 4.1.6 极化方式 根据天线在最大辐射（或接收）方向上电场矢量

47、的取向，天线极化 方式可分为线极化，圆极化和椭圆极化。线极化又分为水平极化，垂直 极化和45o极化。发射天线和接收天线应具有相同的极化方式，一般地， 移动通信中多采用垂直极化或45o极化方式。实际上采用垂直极化方式 是历史造成的错误，因为垂直极化波受天气，特别是受下雨的影响很大， 所以在今后的工作中如果可能的话要尽量少用此类型的天线。 4.1.7 双极化天线隔离度 31 双极化天线有两个信号输入端口，从一个端口输入功率信号 P1dBm，从另一端口接收到同一信号的功率 P2dBm 之差称为隔离度， 即隔离度=P1-P2。 移动通信基站要求在工作频段内极化隔离度大于 28dB。45o双极 化天线利

48、用极化正交原理，将两副天线集成在一起，再通过其他的一些 特殊措施，使天线的隔离度大于 30dB。 4.2 优化中天线的选择 4.2.1 城区内话务密集地区 在话务量高度密集的市区，基站间的距离一般在 500-1000 米，为 合理覆盖基站周围 500 米左右的范围，天线高度根据周围环境不宜太高， 选择一般增益的天线，同时可采用天线下倾的方式。天线下倾的倾角计 算公式为：=arctg(h/(r/2) (4-1) 式中：-波束倾角； h-天线高度； r-站间距离。 天线倾角示意图如图 9 所示。 32 图 9：天线倾角示意图 选择内置电下倾的双极化定向天线，配合机械下倾，可以保证方向 图水平半功率

49、宽度在主瓣下倾的角度内变化小。 (1) 对话务量高密集市区，基站间距离 300-500 米，可计算出天线 倾角 大约在 10o-19o之间，原天线单纯使用机械下倾的方式，下倾角 一般在 10o以上，水平方向图半功率波瓣宽度将变宽，造成站间干扰； 如果采用内置电下倾 9o的45o双极化天线，这样电下倾加上机械下倾可 变倾角将达 15o，可保证水平方向图半功率波瓣宽度在主瓣下倾的 10o- 19o内无变化，同时结合适当调整基站发射功率，完全可以满足对话务 量高密集市区覆盖且不干扰的要求。 (2) 对话务量较密集市区，基站间距离大于 500 米，可计算出天线 倾角 大约在 6o-15o之间，如果采用内置电下倾 6o的45o双极化天线， 这样电下倾加上机械下倾可变倾角将达 10o，可保证水平方向图半功率 波瓣宽度在主瓣下倾的 6o-16o内无变化，可以满足对话务量较密集市区 覆盖且不干扰的要求。 (3) 话务量