GSM网扩容工程基站建设的规划设计.docx
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GSM网扩容工程基站建设的规划设计
第一章绪论
1.1课题意义和目的
1.1.1课题意义
随着我国移动通信事业的蓬勃发展，运营商越来越重视无线网络规划工作，对于运营商来说，系统所能提供的服务质量是最关心的问题，其中覆盖范围是服务质量重要方面。
同时，在无线频率资源一定的情况下，如何增加网络容量、如何满足网络未来发展的需求是设计时需考虑的。
以上问题都需要通过网络规划来解决，通过网络规划可以使GSM网络在覆盖、容量、质量、成本等方面实现良好的平衡。
网络规划是建设一个网络的基础，良好的网络规划能满足客户的需求、节省资源，是决定网络成本和网络质量的根本因素。
无线网络规划的目标在于充分利用频谱资源，周密规划，在满足业务需求的前提下，用最小的分期动态投入实现最大的技术经济效益。
网络覆盖满足客户和技术规范双重要求，具有较强的前后向兼容能力；容量和质量满足市场需要，具有灵活的扩容能力和质量持续改经的能力；网络的管理、控制、升级和代换能力都方便快捷；系统内和系统间具有良好的抗干扰协调措施；技术经济上兼顾企业经济效益和社会效益，有利于多制式、多系统的共存和发展。
它是一项系统工程，从无线传播理论的研究到天线设备指标分析，从网络能力预测到工程详细设计，从网络性能测试到系统参数调整优化，贯穿了整个网络建设的全部过程[1]。
1.1.2课题目的
本课题的目的在于通过网络规划设计使GSM扩容工程更合理、有效、经济的进行，使GSM网络质量能够在满足网络覆盖、容量业务需求的情况下，充分利用频谱资源，以最小的分期动态投入实现最大的技术经济效益，同时具有灵活的扩容能力和质量持续改经的能力，对网络的管理、控制、升级和代换都能方便快捷。
课题提供的设计是GSM扩容工程实施的依据，对工程实施过程进行良好的监控，对工程实施过程中出现的问题及时的进行优化的处理，同时也伴随着工程实施对网络规划设计方案进行改进，以使得GSM网络有更大的网络容量和更好的网络质量，让GSM网络更加有利于多制式、多系统的共存和发展。
通过GSM扩容工程网络规划设计掌握网络规划的流程、GSM系统的相关知识。
1.2网络规划介绍
1.2.1无线网络规划流程
网络规划的流程如图1-1所示。
图1-1网络规划的流程图
第一阶段是话务覆盖分析。
话务覆盖分析的目的是为网络规划提供依据，需要收集如下信息：
成本限制、各类地图、覆盖区域类型、业务类型、人口分布、系统容量增长情况、收入分布情况等。
第二阶段是仿真。
话务覆盖分析后，需要结合目前无线设备和已成熟的规划方法来进行网络规模估算，从而得到各类基站覆盖范围并计算出覆盖区基站数，再根据话务分析得到各基站配置，然后借助规划软件进行仿真，对估算结果进行验证和调整，确保区域的覆盖和容量目标。
第三阶段是勘测。
按照仿真结果的站址进行实地勘测，根据各种建站条件（包括电源、传输、电磁背景、征地情况等）将可能的站址记录下来，再综合其偏离理想站址的范围、对将来小区分裂的影响、经济效益、覆盖区预测等各方面进行考虑，推荐合适的站址方案，并确定基站附近的电磁环境是否纯净。
第四阶段是系统设计。
根据实际基站分布和站型确定频率、邻区计划，确定各小区运行参数，完成相关的数据库制作。
第五阶段是安装调测。
按照设计数据进行系统的安装和调测，使系统正常运行。
第六阶段是优化。
随着用户的增加，网络需要不断地进行优化调整。
优化是对规划方案实施后的细致调整和方案缺陷的补充，也包括突发话务量等异常情况的资源调整。
一般我们采取路测、话统、告警和人为主观感受为优化的手段，而信令跟踪与分析在解决疑难杂症的时候起着决定性的作用。
优化结束后，输出优化报告和未来网络建设建议。
当话务量增长突破建设指出的目标后，网络需要扩容，开始新一轮的容量、覆盖分析。
网络规划与优化伴随着无线网络的发展循环进行，如图1-2所示。
图1-2网络规划的循环示意图
1.2.2无线网络规划的难点
在上一节描述的6个阶段中，一般将前四个阶段称为预规划/规划阶段，而将后两个阶段称为优化阶段。
一个网络的运行质量的高低与前期规划的好坏关系密切，后期的优化很难改变一个网络的结构、很难改变网络运行质量。
因此需要在网络建设中充分重视网络的规划工作。
GSM网络规划优化的难点一般体现在以下几个方面：
第一、传播环境复杂，信号起伏大，各种建筑物造成的多经传播差别大，理论预测覆盖区比较困难。
第二、干扰现象严重。
除了人为噪声外，各种同邻频干扰、互调干扰以及其他无线电干扰等，都要在工程设计中加以考虑并采取必要的措施将之抑制在允许的指标之内。
第三、频率资源受限，而且随着用户的大量增加更趋紧张。
第四、在实际工程中，因外界因素的影响，未频率复用而设计的蜂窝结构和基站布局无法完全按照规划方案实现
第五、特殊场合的规划设计。
1.2.3预规划的依据
预规划的依据主要有三点：
（1）服务区要求及话务量
一定区域内的话务分布和覆盖要求是进行网络规划的依据之一，一般由建设单位提供。
如果要求不明确，应通过现场进行调查分析，明确哪些地区需要满足覆盖和容量需求，哪些地区因用户少建站不经济，暂不考虑或降低服务质量指标；区分本期、远期网络建设的目标。
将这些信息和话务量分布数据标注在1/50000或1/200000地形图或城市规划图上。
如果缺乏话务量分布数据，可以在图上标明不同区域各占总用户预测数的百分比。
由于网络建设的阶段性，不可能从一开始就能实现区域内的全覆盖和容量需求。
一般说来，网络建设初期，用户较少，重点考虑的是网络的连续覆盖；建设后期一般以提高网络服务质量为目标。
（2）邻近网络信息
需要收集相关邻近区域已建网络的信息（包括分界处相邻基站的覆盖区设计、频率计划等），为本区域内的规划做好准备。
（3）地形地物数据
地形数据：
开阔地、平地、丘陵、山区、水面等；
地物数据：
人为环境如市区、郊区、乡村、交通干道（包括项目实施期间新增建筑、公路或景区等）等；地面建筑物数据如建筑物类型、建筑密度分布和地面植被（森林、草原、农作物等）。
预规划处于无线移动网络建设的前期阶段，也是最重要的阶段，体现了网络规划的系统设计水平。
预规划决定了今后网络的格局、质量和发展空间。
1.2.4网络优化简介
GSM移动通信网主要分交换传输部分和无线部分，由于用户的移动性和电波传播的复杂性，无线部分常常成为GSM网络质量的决定性因素。
无线网络优化是指按照一定的准则，对通信网络的规划设计进行合理的调整，使网络运行更加可靠、经济，网络服务质量更高，资源利用率更高，这无疑对网络运营商和用户都有重要的意义。
网络优化的流程如图1-3所示：
图1-3网络优化流程
前期的准备工作包括：
对网络建设进度的了解、网络运行状况的分析、网络优化测试设备和分析软件的准备、网络规划报告和工程设计文件的收集等。
到现场后网络基本情况的获取，包括：
对当地无线环境和话务热点地区的进一步考察、对实际安装的工程参数和网络参数的确认、与用户方沟通及了解用户的具体需求等。
数据收集包括：
手机用户的主观反映、路测收集数据、OMC收集数据等。
数据分析包括：
优化软件的后台分析、OMC的话务统计分析、网优分析工具等。
网络参数调整包括：
网络工程参数的调整和网络功能参数的调整。
网络性能指标按照国家统一指标。
网络优化报告包括本次优化的措施、网络达到的性能的指标、对网络发展提出有益的建议。
1.2.5网络规划软件介绍
Nastar软件是适用于GSMBSS900/1800系统的网络规划和优化工具。
综合利用OMC-R话统、配置、工程参数等数据，对GSMBSS网络进行深入综合的分析，提供了网络规划、性能分析、地理化和多种界面表现形式等功能。
提供了话统、配置参数的公共接口，不同厂家的话统和配置数据能够通过公共接口导入到数据库进行统一分析。
Nastar支持设备BSC话统数据的动态导入，支持多个BSC同时分析。
利用NESTAR网络规划软件，可以对系统参数、网络容量、频率分配方案的设置和分析完成对网络的设计，模拟网络运行效果（如覆盖预测、话务分析、邻区分配、频率计划、干扰分析等），指导工程建设。
NESTAR工作在PC机平台上，采用WINDOWS2000/NT操作系统，菜单结构组织合理，便于学习和操作，该软件可以安装在便携机上，随工程人员到现场进行设计和通过实际测试数据调整设计方案。
用NESTAR规划软件可以进行BestServer和2ndServer的覆盖分析，对于地形和地物比较复杂的地区，可以通过连续波测试校正NESTAR里面的传播模型，提高预测精度。
可以根据覆盖预测的结果自动生成邻区列表，这样可以减少漏作邻区和“孤岛”效应的出现。
NESTAR规划可以进行自动频率分配，同时在自动频率分配过程中，设计人员可以随时根据频率分配结果进行人工干预，调整设置参数，使频率分配结果产生的干扰更小。
可以针对频率规划的结果进行同频和邻频干扰分析，找到载干比不符合要求的区域和对应的干扰频点和被干扰频点，干扰分析能够考虑到跳频和DTX等对载干比的改善效果。
采用CellLayer的设置方式，支持对同心圆和双频网的规划。
采用CarrierLayer的设置方式，可以将载波层分成不同的复用方式进行规划。
支持对BSIC和HSN的规划。
可以用绘图仪或彩色打印机输出同频载干比C/I和邻频载干比C/A的干扰分布图。
针对规划结果可以进行统计分析，包括整个网络的覆盖和干扰统计，并以文本格式输出报告。
第二章GSM理论概述
2.1GSM的系统组成
2.1.1GSM系统结构
GSM系统结构由图2-1所示。
图OSS：
操作维护子系统BSS：
基站子系统NSS：
网络子系统NMC：
网络管理中心DPPS：
数据后处理系统SEMC：
安全性管理中心
PCS：
用户识别卡个人化中心OMC：
操作维护中心MSC：
移动业务交换中心VLR：
来访用户位置寄存器HLR：
归属用户位置寄存器AUC：
鉴权中心
EIR：
移动设备识别寄存器BSC：
基站控制器BTS：
基站收发信台MS：
移动台PDN：
公用数据网PSTN：
公用电话网
2-1GSM系统结构
ISDN：
综合业务数
2.1.2GSM系统接口结构
GSM的接口如图2-2、2-3所示。
图2-2GSM内部接口示意图
图2-3GSM系统主要接口示意图
GSM系统的主要接口指A接口、Abis接口和Um接口。
A接口、Um接口为开放式接口。
A接口定义为网路子系统（NSS）与基站子系统（BSS）之间的通信接口。
其物理链接通过采用标准的2.048Mb/sPCM数字传输链路来实现，此接口传递的信息包括移动台管理、基站管理、移动性管理、接续管理等。
Abis接口定义为基站子系统的两个功能实体基站控制器（BSC）和基站收发信台（BTS）之间的通信接口，物理链接通过采用标准的2.048Mb/s或64kbit/sPCM数字传输链路来实现。
BS接口作为Abis接口的一种特例，用于BTS（与BSC并置）与BSC之间的直接互连方式，此时BSC与BTS之间的距离小于10米。
Um接口（空中接口）定义为移动台与基站收发信台（BTS）之间的通信接口，用于移动台与GSM系统的固定部分之间的互通，其物理链接通过无线链路实现，传递的信息包括无线资源管理，移动性管理和接续管理等.
GSM网络规划主要关注的环节是BSS系统和Abis和Um接口。
2.1.3GSM系统功能
一个GSM系统可由三个子系统组成，即操作维护子系统（OSS），基站子系统（BSS）和网络子系统（NSS）三部分组成。
其中，基站子系统（BSS）是GSM系统中与无线蜂窝方面关系最直接的基本组成部分，它通过无线接口直接与移动台相连，负责无线发送接收和无线资源的管理；同时，它与NSS相连，实现移动用户间或移动用户与固定网络用户之间的通信连接，传送系统信息和用户信息等；当然，也要与操作维护子系统（OSS）之间实现互通。
网络子系统（NSS）是整个系统的核心，它对GSM移动用户之间及移动用户与其它通信网用户之间通信起着交换、连接与管理的功能。
主要负责完成呼叫处理、通信管理、移动管理、部分无线资源管理、安全性管理、用户数据和设备管理、计费记录处理、公共信道、信令处理和本地运行维护等。
操作支持子系统（OSS）主要完成移动用户管理、移动设备管理、系统的操作与维护
移动台由SIM卡与物理设备组成，二者是分离的。
SIM卡上包含所有与用户有关的无线接口一侧的信息，也含有鉴权和加密实现的信息，具体包括以下三种数据。
固化数据：
IMSI、Ki、安全算法（A3、A8）
临时网络数据：
TMSI、LAI、KC、被禁止的PLMN、PLMN选择预编程
业务相关数据：
PIN（个人识别号）
物理设备可以是手持机，车载机或是由移动终端直接与终端设备相连而构成。
2.2GSM的关键技术
2.2.1多址技术
多址技术使众多的用户共用公共的通信线路。
为使信号多路化而实现多址的方法基本上有三种：
频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）。
FDMA是以不同的频率信道实现通信的，TDMA是以不同的时隙实现通信的，CDMA是以不同的代码序列实现通信的。
GSM系统采用了TDMA方式，TDMA是一种较复杂的结构，最简单的情况是单路载频被划分成许多不同的时隙，每个时隙传输一路猝发式信息。
TDMA中关键部分为用户部分，每一个用户分配给一个时隙，用户与基站之间进行同步通信，并对时隙进行计数。
当自己的时隙到来时，手机就启动接收和解调电路，对基站发来的猝发式信息进行解码。
同样，当用户要发送信息时，首先将信息进行缓存，等到自己时隙的到来。
在时隙开始后，再将信息以加倍的速率发射出去，然后又开始积累下一次猝发式传输。
TDMA的一个变形是在一个单频信道上进行发射和接收，称之为时分双工（TDD）。
其最简单的结构就是利用两个时隙，一个发一个收。
当手机发射时基站接收，基站发射时手机接收，交替进行。
TDD具有TDMA结构的许多优点：
猝发式传输、不需要天线的收发共用装置等等。
它的主要优点是可以在单一载频上实现发射和接收，而不需要上行和下行两个载频，不需要频率切换，因而可以降低成本。
TDD的主要缺点是满足不了大规模系统的容量要求。
2.2.2功率控制
当手机在小区内移动时，它的发射功率需要进行变化。
当它离基站较近时，需要降低发射功率，减少对其它用户的干扰，当它离基站较远时，就应该增加功率，克服增加了的路径衰耗。
所有的GSM手机都可以以2dB为一等级来调整它们的发送功率，GSM900移动台的最大输出功率是8W（规范中最大允许功率是20W，但现在还没有20W的移动台存在）。
DCS1800移动台的最大输出功率是1W。
相应地，它的小区也要小一些。
2.2.3蜂窝技术
移动通信系统是采用一个叫基站的设备来提供无线服务范围的。
基站的覆盖范围有大有小，我们把基站的覆盖范围称之为蜂窝。
采用大功率的基站主要是为了提供比较大的服务范围，但它的频率利用率较低，也就是说基站提供给用户的通信通道比较少，系统的容量也就小，对于话务量不大的地方可以采用这种方式，我们称之为大区制。
采用小功率的基站主要是为了提供大容量的服务范围，同时它采用频率复用技术来提高频率利用率，在相同的服务区域内增加了基站的数目，有限的频率得到多次使用，所以系统的容量比较大，这种方式称之为小区制或微小区制。
2.2.4频率复用技术
频率复用是蜂窝移动无线电系统的核心概念，频率复用系统中，处在不同地理位置（不同的小区）上的用户可以同时使用相同频率的信道，频率复用系统可以极大地提高频谱效率。
在一个系统的作用区域内重复使用相同的频率——这种方案用于蜂窝系统中。
蜂窝式移动电话网通常是先由若干邻接的无线小区组成一个无线区群，再由若干个无线区群构成整个服务区。
为了防止同频干扰，要求每个区群（即单位无线区群）中的小区，不得使用相同频率，只有在不同的无线区群中，才可使用相同的频率。
2.2.5跳频技术
跳频就是手机和基站都按照一个相同的频点序列来收发信息，这个频点序列就是跳频序列（HSN）。
一个跳频序列就是在给定的包含N个频点的频点集（MA）内，通过一定算法，由跳频序列号（HSN）和移动分配偏移（MAIO）唯一确定所有（N个）频点的一个排列。
不同时隙（TN）上的N个信道可以使用相同的跳频序列，同一小区相同时隙内的不同信道使用不同的移动分配偏移（MAIO）。
采用紧密频率复用技术时，系统干扰是决定频率复用比的最重要因素。
为了降低系统干扰，通常采用的技术是功率控制、非连续发射技术；而为了抗干扰，提高系统在同等干扰条件下的通信质量，通常采用跳频技术。
因此，跳频是GSM系统抗干扰和提高频率复用度的一项重要技术。
按照GSM规范，慢跳频可以用于GSM通信系统中，跳频是指载波频率在一定范围内，按某种规律跳变。
每个小区信道组的跳频功能都能单独激活或关闭。
BCCH由于是广播信道，不参与跳频，TCH信道，SDCCH信道可以使用跳频。
基站使用的跳频有两种，基带跳频和射频跳频，各自的实现原理是不相同的。
第三章GSM系统扩容设计方案
3.1概述
随着我国移动通信事业的蓬勃发展，使用GSM的运营商越来越重视无线网络规划工作，我就拿松江地区为例，设计一个GSM扩容网络规划设计方案
3.1.1松江地理环境
松江是上海市西南部地区，城市内高楼较多，建筑物密集，H基站主要覆盖两县区和边际网地区，地形复杂，无线环境变动较大，具体描述如下：
第一、松江处于上海边缘地带，农田较多，地物分布没有规则；
第二、设备在A、B两基站，间距多大，覆盖区域广；
第三、区道周围用户居住范围疏密程度差别较大，乡镇内街道相对拥挤，乡镇外相对开阔,
这些特点造成无线环境复杂。
3.1.2松江GSM网络现状
松江移动BSC175下挂A县区域的基站，BSC176下挂B县区域的基站。
松江移动GSM网络结构图如图3-1所示：
图3-1松江GSM组网示意图
松江移动公司BSC176为6个模块，下挂81个基站，407个载频；BSC175为5个模块下挂84个基站，共433个载频。
松江移动公司BSC详细信息如表3-1所示：
表3-1：
松江移动公司BSC信息表
BSC编号
模块数
基站数
载频数
BSC175
5
84
433
BSC176
6
81
407
总计
11
165
810
其中绝大部分基站覆盖地区都能够满足连续覆盖的要求。
但随着经济建设的飞速发展，移动用户的不断增加，造成在某些地区出现拥塞，容量已经明显受到了用户数发展的限制。
因此有必要引入新的载频资源，加强网络的服务质量，从而增强移动GSM网络的市场竞争力。
为此上海移动松江分公司在2012年一阶段工程对全省GSM网络进行扩容建设，此次工程不增加新的BSC，只是通过网络规划在还有需要并可以增加载频的基站增加载频，新建89个宏站，其中新建物理站址33个，新增载频1602个。
，实现松江A、B两县的连续覆盖、解决拥赛问题、满足松江移动话务量增长等业务的需求。
3.2网络规划数据收集与分析
3.2.1数据收集
规划收集的数据主要有：
（1）目前VLR用户数：
A县有7.1万用户，B县有5.1万用户。
（2）现网配置：
包括小区载频数、PDTCH信道数、全速率TCH信道数、半速率TCH信道数、忙时话务量等等。
（3）A、B两县目前网络中的弱覆盖区域分布情况。
（4）A、B两县现有基站的工程参数以及A、B两县的电子地图信息。
3.2.2数据处理
（1）通过VLR用户增长趋势图预测到今年年底H公司的VLR用户数，经计算的A县用户数为8万，B县为6.2万。
（2）计算每用户话务量：
计算方法是用每个县的总话务量除以该县VLR用户数得到。
（3）通过分析以前基站控制器和基站的话务量信息，找出话务量的增长趋势，预测两县区GSM网络的扩容需求。
最后经过以上数据的收集和分析，确定扩容工程的规模，再利用网络规划工具Nestar软件确定理想基站的站址信息。
3.3站址规划
3.3.1站址选定
高质量的网络规划方案是建立在合理的站址选定和站点勘察工作基础上的。
决定站址选择最主要的因素[6]有：
网络结构；
话务分布；
覆盖要求；
无线传播环境；
工程条件。
公司针对松江地理环境情况、技术规范书的要求以及工程的实际情况，对站址的选定进行仔细的规划勘测。
在初步规划过程阶段，在软件模拟环境中结合覆盖预测选定站址进行规划，并反复调整，以达到最佳覆盖的效果。
3.3.2站址勘测
在工程规划勘测实施阶段，公司网络规划人员与松江移动公司技术人员配合，对选定的理想站点逐个进行勘测，勘测时进一步结合本地地物信息，确定是否满足建站条件，以及在未来几年内该地区地貌地物是否发生很大的改变等。
在勘测后输出勘测的建站地点的经纬度、海拔、方位角以及建站点周围8个方向上的图片信息等。
同时对每一个理想站点都选定1-2个预备站点，以便在理想站点不可用时应用，对预备站点也进行勘测并输出相应的信息。
勘测结束后进一步结合预测软件对站点的覆盖进行反复的预测。
3.4功率预算和上下行平衡
3.4.1功率预算
本规划方案采用移动公司BTS312基站，其最大发射功率为40W（46dBm），在理想传播模型下覆盖预测如下。
假设：
GSM900基站天线高度为30m；增益为15dBi；
GSM900移动台发射功率为2W（33dBm），移动台的灵敏度为-102dBm；
移动台天线高度1.5m，增益为0dB；
M900使用CDU时，灵敏度为-110dBm；
馈线长100m，损耗4.03dB/100m（900MHz）。
900M系统Okumura传播模型：
Ld=69.55+26.16lgF-13.82lgHb-a（Hm）+（44.9-6.55lgHb）lgd
（3-1）
其中，Hb=30m为基站天线高度，Hm=1.5m为手机天线高度，F=900MHz，a（Hm）=（1.2lgF-0.7）Hm-（1.56lgF-0.8）=0.01dB。
上述计算结果归纳如表3-2所示：
表3-2覆盖半径
应用环境（900M）
TRX发射功率（W）
手机最小接收功率（dBm）
覆盖半径（km）
大楼室内
40
-70
0.75
市区室外
40
-90
2.8
3.4.2上下行平衡
在对松江移动GSM网络进行规划设计时，必须要确保系统无线链路的上下行平衡。
否则，如果上行信号覆盖大于下行信号覆盖，小区边缘下行信号较弱，容易被其它小区的强信号“淹没”；如果下行信号覆盖大于上行信号覆盖，移动台将被迫守侯在该强信号下，但上行信号太弱，话音质量不好。
当然，平衡并不是绝对的相等。
上下行路径的示意图如图3-5所示。
图3-5功率预算模型
SM系统在功率预算中必须考虑到上下行功率平衡。
由上下平衡公式：
Poutb=Poutm+Gdb+（Pinm-Pinb）+Lcb（3－2）
其中，Poutb为基站发射功率，Poutm为移动台发射功率，Gdb为基站分集接收增益，Pinm为移动台接收电平，Pinb为基站接收电平，Lcb为合路器损耗。
可以看到，平衡方程与基站天线增益、馈线损耗等是没有关系的，主要决定于基站的发射功率、合路器损耗、基站的灵敏度、移动台的发射功率、移动台的灵敏度、基站分集增益等指标。
但是增加天线增益和降低馈线损耗可以同时扩大上下行链路的覆盖范围。
以此次工程中使用的站型S2/2/2为例，可以用表3-3更清楚的描述上下行功率预算结果：
表3-3GSM900上下行功率平衡表
上行
下行
发射部分
最大输出功率dBm
33
升级会员 