无线网络优化技术基础—-毕业论文设计

无

线

网

络

优

化

技

术

基

础

珠海创我科技发展有限公司

（培训资料、内部使用）

目录

第一章概论 (3)

第二章 GSM系统 (4)

第三章数字无线接口 (7)

第四章移动通信网参数 (18)

第五章无线网络优化概述 (30)

第六章基本概念 (35)

第七章实测数据采集分析 (53)

第八章 OMC、BSC的数据采集分析 (59)

第九章干扰分析与掉话分析 (64)

附录A跳频序列产生 (72)

附录B:常用参数缩写解释 (73)

第一章概论

蜂窝通信是发展最快、需求最广的电信应用产品之一。目前，在世界上全部新的电话订单中，蜂窝通信用户所占比例大，且在继续增长。展望未来，利用数字技术的蜂窝系统将成为通信的通用方式。

欧洲有几大的模拟蜂窝系统在运营，例如：北欧多国的NMT（北欧移动电话）和英国的TACS （全接入通信系统）。西欧其他各国也提供移动业务。尽管质量、容量和覆盖区域差异很大，但是需求普遍地超过了估计。另外，大多数系统是国内系统，不可能在国外使用移动电话。这种形式清楚地表明，为将来在全欧洲普遍使用移动电话，需要一种公共的系统。

GSM（特别移动通信组、或移动通信全球系统）——新的泛欧数字蜂窝通信标准，将能解决目前的容量有限问题。事实上，由于频道利用率的改善和小区技术的应用，容量将增加2-3倍，因此也大大地增加所能服务的用户数量。GSM是由ETSI（欧洲电信标准化协会）制定的泛欧数字移动电话标准，它提供了公共标准。在现阶段，GSM包括两个并行的系统：GSM 900和DCS 1800。这两个系统具有同样的基本功能特性。

在欧洲的漫游是全自动的。在您的旅途中，您可随身携带的移动电话，并在其他国家开机使用。GSM系统自动更新您归属系统中有关你的位置的信息。因此，您能够发起呼叫，也能接收对您的呼叫，而主叫方无须了解您的位置。

除了国际漫游之外，GSM提供许多其他功能性，如高速数据通信、传真和短消息业务等。数字移动电话将比要被它们取代模拟产品的体积更小、也更省电。

GSM的历史，可以上溯到1982年。当时，北欧国家向CEPT（欧洲邮电行政大会）提交了一份建议书，要求制定900MHz频段的公共欧洲电信业务规范。在1982-1985年间，讨论了制定模拟系统规范还是数字系统规范。在并在1985年决定为一种数字系统制定规范。接下来的问题是选择窄带还是宽带方案。1986年，在巴黎对不同公司、不同方案的系统进行了现场试验比较。1987年5月选定窄带TDMA（时分多址）方案。与此同时，１３个国家（英国有两个运营公司）签署了MOU（谅解备忘录），相互达成履行规范的协议，因而开放了一很大的潜在市场。签署MOU的各个运营公司均以允诺，在１９９１年７月１日以前都要拥有一个运营的GSM系统。

某些国家通报了一开始覆盖就很大的规划，而其他国家只把在首都及其周围地区提供服务作为起步规划。在此后的几年内，全部国家将在大部分人口聚居区和沿主要高速公路逐步提供服务。

以下对数字蜂窝移动通信系统做些介绍（以GSM为主）。

第二章GSM系统

GSM网络

GSM基本上可分为两部分：交换系统（SS）和基站系统（BSS）。

GSM系统模型

每一部分包含很多功能单元，用来实现全部系统功能。各功能单元配在不同设备（硬件）中。

交换系统包括的功能单元：移动业务交换中心（MSC）

拜访位置寄存器（VLR）

归属位置寄存器（HLR）

鉴权中心（AUC）

设备识别寄存器（EIR）

基站系统（BBS）包括：基站控制器（BSC）

基站收发信台（BTS）

该系统的实现形式是各无线电小区相互邻接而成的网络，这些小区共同提供整个服务区的全部覆盖。每个小区有一基站收发信台（BTS），它工作在一组无线电频道上。为避免干扰，这一组频道与用于相邻各小区的频道不同。一组BTS由一个基站控制器（BSC）控制。BSC控制诸如切换和功率控制等功能。一个移动业务交换中心（MSC）为多个基站控制器服务，它控制自/至公用交换电话网（PSTN）、综合业务数字网（ISDN）、公用陆地移动网（PLMN）、公用数据网和呼叫，或许还控制自/至专用网和呼叫。

上述各单元全都涉及在移动台（MS）和固定网的（例如PSTN网的用户）之间传送话音和连续。假如不存在建立至MS的呼叫的可能性，那么就无须更多的设备。但是，一旦想要建产MS终端的呼叫，

则会出现问题，主叫者甚至不知道被叫MS现在何处。为此，需要在网络中设立一些数据库，用来保存MS的踪迹。这些数据库中最为重要的是归属位置寄存器（HLR）。当一个人购买了一个GSM运营者的订单时，他将被登记在该运营者的HLR之中。HLR中包含用户信息，例如，补充业务和鉴权参数。此外，那里还要有关于MS位置的信息，即MS当前驻留在哪个MSC区。这一信息将随MS的四处移动而相应改变。MS要把它的位置信息（经由MSC/VLR）发往它的HLR，这样，便提供了能接收呼叫的先决条件。

鉴权中心（AUC）与HLR相连。AUC的功能是向HLR提供出于安全原因而使用的鉴权参数和密锁。

拜访位置寄存器（VLR）也是一个数据库，它包含了当前位于对应MSC区内的全部MS的有关信息。当某一个MS漫游到新的MSC区，与该MSC连接的VLR就向其HLR请求该MSRr的有关数据。与此同时，其HLR将得知该MS当前正处在哪一MSC区。此后，如果该MS想建立呼叫，则该VLR可以看作是分布的HLR。该VLR还包括当前MSC中该的更为准确的位置信息。

如果固定网（PSTN）的用户入口局功能的一个MSC。这个MSC称之为入口MSC（GMSC），它可为GSM网中的任何MSC（或许大多数MSC都具有入口MSC的功能）。这个GMSC将要找至被叫MS的位置。做到这点，可以通过询问该MS所登记的HLR。该HLR将以当前MSC的路由。当呼叫抵达MSC时，VLR会知道该MS更详细的位置。因此，该呼叫的交换能够完成。

在GSM中，物理设备和用户想给GSM用户签约之间是有差别的。移动台是硬件设备，可以安装在车辆内或者手提—便携。GSM里有一小单元称为用户识别模块（SIM），它是一个单独的物理实体，例如一个IC —卡，也称智能卡。SIM卡和物理设备一起组成移动台。没有SIM卡，MS是不能接入GSM 网络的，但用于紧急业务时除外，由于SIM卡是与用户签约而不是与MS相联系的，因而用户可以使用另一个MS，也可以使用他自己的MS。由此会引出盗用MS的问题，即万一设备唯一硬件识别的数据库—设备的合法性。用这种方式，也可以禁用未经型号批准的MS，请记住，用户签约的鉴权由AUC利用参数来完成的。

网络区：入口MSC

GSM/PLM网络和其它PETN、ISDN或PLMN网间的链路，将位于国防或国内汇接交换机的级别上。GSM/PLMN网的全部入局呼叫将选路入口至一个或多个入口MSC。MSC作为GSM/PLMN的入局汇接交换机。它具有为移动终端的呼叫询问呼叫路由的功能。它能使系统呼叫选路运至它们的最终的目的地—被叫移动台。在GSM/PLMN网络中，全部至移动终端的呼叫，都要选路至某一入口MSC。

GSM/PLMN网络区：不同网络与GSM/PLMN网络间的链络。

MSC/VLR业务区：

●MSC区表示网络中由一个MSC所覆盖的一部分。为了给至某移动用户的呼叫选择路由，网络的通

路是和该用户当前所在的MSC区内的那个MSC相连接的。

●业务区是其内的移动台因在某拜访位置寄存器内作了登记而能找到它的网络区的一部分。在CME20

系统中，MSC区和业务区覆盖的一部分网络区是完全一致的，因而MSC和VLR总是在同一个节点上实现。

●在下面的章节中，将涉及下述定义：一个GSM/PLMN网络区分成一个或几个MSC/VLR业务区。

MSC/VLR业务区

位置区（LA）

每一MSC/VLR业务区分成几个位置区。位置区是MSC/VLR业务区的一部分，在一个位置区内，移动台可以“自由地”移动，不用更新控制该位置区的MSC/VLR交换机中的位置信息。

一个位置区是广播寻呼消息以便找到被叫移动用户的区域。该位置区可能含有几个小区，且可能和一个或多个BSC有关。但它只属于一个MSC/VLR。

利用位置识别（LAI），系统能够识别位置区。位置区被系统用于搜索激活状态下的某个用户。

小区

一个位置区划分为若干个小区。一个小区是具有小区全球识别码（CGI）的，并能由网络识别的一个无线电覆盖区。利用基站识别码（BSIC），移动台本身能区分使用同样载频的各个小区。

第三章数字无线接口

无线接口是移动台(MS)与基站收发台(BTS)之间接口的通称。它使用了每一个TDMA帧的时分多址的概念,每帧包栝八个时隙(TS), 从BTS到MS的方向定为下行, 相反的方向称为上行。

信道的概念

信道分为：物理信道与逻辑信道

物理信道:一个载频上的TDMA帧的一个时隙称为一个物理信道。它相当于FDMA系统中的一个频道，每个用户通过一系列频率中的一个接入系统。因此，GSM中每个栽波

有八个物理信道，信道0-7（时隙0-7）。在一个TS中发出的信息称为一个突发脉冲序列（burst)。

TDMA信道概念

逻辑信道：大量的信息传递于BTS与MS之间，如：用户数据和控制信另令。根据传递信息的种类，我们定义不同的逻辑信道。这些逻辑信道映射到物理信道上。如在逻辑信道“业务信道”中发送话音时，业务信道在传输过程中要被放到某个物理信道上，如信道6（TS6）。

GSM900在下列频段内设置了124对双工的载频：

上行：890-915MHz （MS发射 BTS接收）

下行：935-960MHz （BTS发射 MS接收）

载频间隙 200kHz，因此，GSM900的信道数为124X8=992

DCS1800在下列频段内设置了374对双工的载频：

上行：1710-1785MHz

下行：1805-1880MHz

载频间隔200kHz，因此，DCS1800的信道数为374X8=2992。

逻辑信道

逻辑信道可分为两类，业务信道和控制信道。

业务信道（TCH）：TCH用于传送编码后的话音或用户数据。上行和下行，点对点。

定义了两种TCH：

Bm或全速率TCH，以22.8kbit/s的总速率携带信息（编码话音或用户数据）。

Lm或全速率TCH，以11.4kbit/s的总速率携带信息（编码话音或用户数据）。

控制信道：用于传送信令或同步数据。定义了三种控制信道：广播、公共及专用控制信道。它们又被细分为：

广播信道：

频率校正信道(FCCH)：此信道携带用于校正MS频率的信息。下行，点对点。

同步信道(SCH)：此信道携带MS的帧同步(TDMA帧号)和BTS的识别码(BSIC)的信息。下行，点对多点。SCH包括两类编码参数：

— BSIC（基站识别码）：6bit （信道编码前）

其中包含 3 bit 的PLMN色码：范围 0~7

3 bit 的BS色码（BCC）：范围 0~7

—缩减TDMA 帧号（RFN）：19 bit （信道编码前）

其中 T1 (11bit)：范围 0~2047 T1=FN/(26 51)取整

T2 (5bit)：范围 0~25 T2=FN模26

T3’ (3bit)：范围 0~4 T3’=(T3-1)/10

其中 T3 (6bit)：范围 0~50 T3=FN模51

FN为TDMA帧号（0~2715647）

广播控制信道(BCCH)：此信道广播每个BTS的通用信息（小区特定信息）。下行，点对多点。

小区广播信道（CBCH）：下行，携带小区广播短消息业务信息（SMSCB）。它使用与SDCCH同样的物理信道。

公共控制（CCCH）：

寻呼信道（PCH）：此信道用于寻呼（搜索）MS。下行，点对点。

随机接入信道（RACH）：MS通过此信道申请分配一个SDCCH，它可作为对寻呼的响应或MS主叫/登记时的接入。上行，点对点。

允许接入信道（AGCH）：此信道用于为MS分配SDCCH。下行，点对点。

专用控制信道（DCCH）：

独立专用控制信道（SDCCH）：用于在分配TCH之前呼叫建立过程中传送系统信令。例如登记和鉴权在此信道上进行。上/下行，点对点。又分为：SDCCH/8（SDCCH）、SDCCH/C8（与SDCCH/8随路的SACCH）、SDCCH/4（与BCCH/CCCH结合使用的SDCCH）

慢速随路控制信道（SACCH）：其与一个TCH或一个SDCCH相关。它是一个传送连续信息的连续数据信道，如传送移动台接收的关于服务及邻近小区的信号强度的测试报告。这对实现移动台参与的切换功能是必要的。它还用于MS的功率管理和时间调整。上/下行，点对点。又分为：SACCH/C4（与SDCCH/4随时的SACCH）、SACCH/TH（与TCH/H随路的SACC）、

SACCH/TF（与TCH/F随路的SACCH）

快速随路控制信道（FACCH）：其与一个TCH相关。FACCH工作于借用模式，也就是说，在话音传输过程中如果突然需要以比SACCH所能处理的高得多的速度传送信令信息，则借用

20ms的话音（数据）突发脉冲序列来传信令。这一般在切换时发生。由于语音译码器会重复最后20ms的语音，因此这种中断是不被用户查觉的。又分为：FACCH/F（全速率FACCH）与

FACCH/H（半速率FACCH）

注：点对点和点对多点是指BTS对一个MS（或反之）和BTS对多个MS。

突发脉冲序列

至此我们已看到系统中有不同的逻辑信道。这些逻辑信道以某种方式映射到物理信道。再讲述映射关系前，我们首先定义突发脉冲序列的概念。

突发脉冲序列：TDMA信道上一个时隙中的信息格式称为突发脉冲序列。即以固定的时间间隔（TDMA 信道上每八个时隙中的一个）发送某种信息的突发脉冲序列（从MS看）。

共有五种类型的突发脉冲序列。

普通突发脉冲序列：用于携带TCH及除RACH，SCH和FCCH以外的控制信道上的信息。

普通突发脉冲序列

加密比特是57比特的加密数据或话音加一比特“借用标志”，借用标志是表示此突发脉冲序列是否被FACCH信令借用。

训练序列是一串已知比特，供均衡器用于产生信道模型（一种消除时间色散的方法）。将训练序列放在中间是因为信道是不断变化的，若将训练序列放在一个突发脉冲序列的开头，则产生的信道模型可能会不适宜突发脉冲序列结尾的若干比特。

尾比特（TB）总是（0，0，0）。帮助均衡器知道起始/停止点。

保护间隔（GP）是一个空白空间。由于每个信道最多有八个用户，因此我们必须Оμ保证他们使用各自时隙发射时不互相重迭。由于移动台在呼叫时不断移动，在实践中不用GP很难使每个突发脉冲序列精确同步，因此尽管使用了自适应的时间调整方案（见第三章‘时间调整’），来自不同移动台的突发脉冲序列彼此间仍会有各小的“滑动”。8.25比特相当于大约30μs。GP可使发射机在GSM建议的技术要求许可范围内上下波动。

频率校正突发脉冲序列：此突发脉冲序列用于移动台的频率同步。它相当于一个带频移的未调载波。此突发脉冲序列的重复称为FCCH。

频率校正突发脉冲序列

固定比特全部为0，使调制器发送一个未调载波。

尾比特：与普通突发脉冲序列中的相同。

保护间隔：与普通突发脉冲序列中的相同。

同步突发脉冲序列：用于移动台的时间同步。它包括一个易被检测的长同步序列并携带有TDM帧A 号和基站识别码（BSIC）。这种突发脉冲序列的重复也称为SCH。

同步突发脉冲序列

TDMA帧号：GSM的特性之一是用户信息的保密性。这是通过在发送信息前对信息进行加密实现的。计算加密序列的算法是以TDMA帧号为一个输入参数，因此每一帧都必须有一个帧号。帧号是以3.5小时（2715648个TDMA帧）为周期循环的。有了TDMA帧号，移动台就可据此判断控制信道TS0上传送的是哪一类逻辑信道。

当移动台进行信号强度测量时用BSIC检查BTS的识别（防止在同信道。小区上的测量）。BSIC还用于检测PLMN（运营者）的改变。

接入突发脉冲序列：此突发脉冲序列用于随机接入，它有一个较长的保护间隔，这是为了适应移动台首次接入（或切换到一个新的BTS后）不知道时间提出而设置的。移动台可能远离BTS，这意味着初始突发脉冲序列会迟一些到达，而由于第一个突发脉冲序列中没有时间提前，为了不与下一时隙中的突发脉冲序列重叠，此突发脉冲序列必须要短一些。

同接入突发脉冲序列

空闲突发脉冲序列(Dummy burst)：此突发脉冲序列在某些情况下由BTS发出（见“逻辑信道的映射”），此突发脉冲序列相同，基中加密比特改为具有一定比特模型的混合比特.

突发脉冲序列与TDMA帧的关系示于下图。

基本TDMA,时隙及突发脉冲序列的结构

逻辑信道到物理信道的映射

。控制信道

。业务信道

一个BTS有n个（双工）载波，每个载波可有8个时隙（TS）。载波定义为C0, C1….Cn。对于下行链路，从C0上的TS0开始。C上的TS0只用于映射控制信道。映射的方法见下图。

BCCH与CCCH在TS0上的复用

注：一个小区的C0不一定与另一小区的C相同。这里Cn公指下个小区内的不同载波。C0也被称为BCCH载波。

共有51个TS。必须注意，虽然只用了每帧的TS0，但从时间上讲长度为51个TDMA帧。此序列一遍遍重复，即一个空闲帧之后又从F，S开始。

F（FCCH）：移动台据此同步频率。

S（SCH）：移动台据此读TDMA帧号和BSIC。

B（BCCH）：移动台据此读有关此小区的通用信息。

I（IDEL）：空闲帧，不包括任何信息。

既便没有寻呼或接入进行，BTS也总在C0上发射。这使移动台能够测试BTS的信号强度以决定中哪个小区更适合：1、初始接续（开机时）。2、切换（当需要时）。FCCH，SCH及BCCH总在发射，如果不用CCCH则代之发空位突发脉冲序列。同样TS1-7也是如此。如果不用，则用空位突发脉冲序列代替。

对上行链路而言，C0上的TS0不包含上述信道。它只用于移动台的接入，如下图所示。这里只给出了51个连续TDMA帧的TS0。

TS0上RACH的复用

BCCH，FCCH，SCH，PCH，AGGH和RACH均映射到TS0,RACH映射到上行链路其余映射到下行链路。

下行链路C0上的TS1的映射下图。TS1用于将专用控制信道映射到物理信道。由于在呼叫建立和登记时比特率相当低，可在一个TS（TS1）上放8个SDCCH。因而TS使用效率较高。

SDCCH和SACCH在TS1上的复用

共有102个TS。切记从时间上讲是102个TDMA帧。此序列也不断重覆，即最后三个空闲帧之后双从D0开始。

Dx（SDCCH）：此处移动台X是一个正建立呼叫或更新位置、与GSM PLMN交换系统参数的移动台。Dx只在移动台X建立呼叫时使用，在移动台X转到TCH上开始通话或登记完释放后，可将Dx使用于其他MS。

Ax（SACCH）：在传输建立阶段（也可能是切换时），必须交换控制信令，比如功率调整等，移动台X的此类信令就是在该信道上传送的。

由于是专用信道，因此上行链路C0上的的TS1具有同样的结构，也即意味着对一个移动台同时可双向接续。但时间上有一个偏移，如图10所示。这是为实现更高效的通信（移动台可有时间计算其应答）。

SDCCH和SACCH在TS1上的复用

Dx：与下行链路相同

Ax：与下行链路相同

注：除此之外还有其他的映射控制信道的方法，见附录。

因此C0上的上/下行TS0和TS1由逻辑控制信道占据。TS2-7留作业务信道。TCH向物理信道的映射如下图所示，图中给出下行C0上的TS2。TS2上的信息构成了一个TCH。

TCH的复用

共26个TS，空闲时隙之后序列从头开始。

T（TCH）：包括编码话音或数据，用于通话。

A（SACCH）：控制信号，例如命令改变输出功率。

I（IDEL）：通常，对于分配到TS2的移动台，每个TDMA帧的每个TS2包含了此移动台的信息。只有空闲帧是个例外。它不含任何信息。移动台以一定方式使用它，见测量

部分。

上行链路的结构是一样的，唯一的不同是有一个时间偏移，也就是说上下行的TS2不同时出现。这种时间偏移是三个TS，见下图。

TCH上下行偏移

这意味着移动台不必收发同时进行。

下面纵览一下C0上的全部TS。

TS0：逻辑控制信道，重复周期51个TS。

TS1：逻辑控制信道，重复周期102个TS。

TS2-7：逻辑控制信道，重复周期26个TS。

为BTS分配的其他载波（C1- C n）仅用TCH,即TS0-TS7全部是TCH。

每个小区有一个C0，这意味着如果一个小区只分配一个载波，则它将仅有6个TCH（TS2-TS7）。每另加一个载波，其8个TS全部可用作TCH。

复帧、超帧、超高帧

加密机制要用TDMA 帧号作为参数之一，因此BTS必须以循环形式对每一帧进行编号（因为不可能无限制编下去）。选定的循环长度为2715648，相当于3小时28分53秒760毫秒。这种结构称为超高帧。一个超高帧分为2048个超帧，每个超帧持续时间为6.12秒。一个超帧又可分为复帧，有两种类型的复帧：

。26帧的复帧，包含26个TDMA帧。这种复帧用于携带TCH（和SACCH加FACCH）。51个这样的复帧组成一个超帧。

。51帧的复帧，包含51个TDMA帧，这种复帧用于携带BCH和CCCH。26个这样的复帧组成一个超帧。下图给出了帧的构成方式。

分级的帧结构

跳频

系统运营者为提高信道编码及交织的有效性可选用跳频技术。所有移动台必须具务此性能。慢跳频的原理是所有移动台依据从一个算法中导出的频率上的一个TS上发射（或接收），然后在下一个TDMA 帧的该TS到来之前跳到另一个频率上。收发总是一对频率（GSM900的收发间隔为45MHz，DCS1800为95MHz）。不跳频的情况是跳频算法的一个特例。跳频算法的参数是在呼叫建立及切换时发给移动台的。每一突发脉冲序列改变一次频率，这样跳频的速率大约为217次/秒。

支持BCCH的物理信道不跳频。所有连至一个BTS的移动台，跳频序列是同步的。下图示出了跳频原理。

对同一呼叫，TDMA第N帧时用C0而第N+1帧时用C1。

跳频

半速率信道

至此均假设为全速率TCH，使用所有被分配的TS（在复帧中共有26个TS）。在下一阶段改进的语音编码器将使比特率从13kbits/s下降到6.5kbits/s。结果对一个呼叫只需相隔的一个TS，而其他TS 变为空闲。因此，两个移动台将可使用同一个物理信道进行呼叫，这样系统容量将增加一倍。

全速率信道的空闲帧现在可用于第二个移动台的SACCH信令，但由于移动台只用相隔的TS进行呼叫，因此对每个移动台，复帧将包含13个空闲TDMA帧而不只是一个。一个移动台也可分配两个斗速率信道，一个用于语音另一个用于数据，即ISDN的思想。

全速率信道和半速率信道