移动通信3G开题报告.docx
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移动通信3G开题报告
移动通信3G开题报告
毕业设计（论文）开题报告
理工类
题目:
洪泽县GSM移动通信网络解决方案的研究与设计
学院：
电子工程学院
专业班级：
通信工程D通信081
学生姓名：
杨媛
学号：
510822121
指导教师：
李成（副教授）
2012年4月1日
淮海工学院毕业设计（论文）开题报告
1.课题研究的意义，国内外研究现状、水平和发展趋势
1.1课题研究意义：
随着无线通信技术的迅猛发展和业务运营模式的不断丰富，使得给移动通信网络注入了新鲜血液。
在市场需求不断扩大的今天，对于占有83%的GSM移动用户来说，为了适应发展需要，需要对移动通信网络不断加以完善升级。
GSM作为第二代数字蜂窝移动通信系统主流标准，于20世纪80年代出现，由于它具有传输话音和低速数据业务的特点，且技术成熟，标准体系都相对完善，因此很快取代了第一代模拟蜂窝移动通信系统（1G）。
此外对于广大用户来说，由于它具有1G无法比拟的优越性，因此GSM技术更加深入了人们的生活，并对全球经济和社会发展产生了深刻影响。
GSM即“全球移动通信系统”，俗名“全球通”，是一种广泛应用于欧洲及世界其他地方的数字移动电话系统，通过GSM开发旨在让大家可以共用一个移动电话网络标准，让所用使用者都可通过一部手机就可以行遍天下。
中国移动GSM网是世界最大的移动通信网络，GSM标准的设备占据当前全球蜂窝移动通信设备市场80%以上，通过相关数据统计中国移动GSM在全球有12亿的用户，并且用户遍布120多个国家，因此，是目前通信体制中最完善、应用最广的一种数字移动通信网。
对于绝大多数的运营商而言，为了适应技术发展和不同市场需求，对此要对GSM网络不断升级和扩容，来获得相应的运营牌照、频带、带宽以及相应的业务经营模式。
同时，随着新技术发展和不同应用业务需求日增，GSM也不再单纯局限于2G网络标准上，GPRS（通用分组无线网）作为一种新的GSM数据业务，通过在移动用户和远程的数据网络之间建立连接，来给移动用户提供无线分组数据接入业务。
目前在中国有两家通信公司运营，一家是中国移动通信，一家是中国联合通信，两家相比较而言，移动对于GSM技术的发展更为强大，联通却重心放在了CDMA上，联通的GSM网络相比较而言比较简陋，只能提供最基础的服务。
通过此课题的研究，一方面使我更加深入学习和了解了通信原理、移动通信相关知识，GSM的适用范围，目的以及相关原理;另一方面也培养了自身的理论联系实际能力，逻辑思维能力，文件检索能力以及发现解决问题的能力。
1.2国内外研究现状及水平
GSM原意是“移动通信小组”，随着移动通信设备以及数字蜂窝移动通信网的建立，1982年GSM逐渐成为全球移动通信系统。
1992年进行商用，并于1993年9月正式开放业务以来，全国各地的移动通信系统中大多采用GSM系统，截至2002年11月，中国手机用户2亿，比2001年年底新增5509.2万。
截至2007，GSM实际的用户已达24亿，占总体移动用户的83%以上，第二个10亿用户数的增长仅用两年半时间就迅速实现。
淮海工学院毕业设计（论文）开题报告
到2010年全球GSM用户约达30亿，可以说，到2010之前GSM/EDGE技术仍将主导移动通信基础设施市场。
GSM作为中国蜂窝移动通信的主流标准，主要使用两个工作频段的并行系统GSM900和DCS1800，由于两个系统的工作频段不同，因此适用于不同配置的移动设备。
但是，只要用户使用双频手机，那么两者就可以进行自由切换，选择最佳通话信道。
而在欧洲许多国家除了采用以上两种工作频段外，还加入了GSM1900的三频手机，即实现了在三种不同工作频段之间实现自由切换，提高通话率，来方便用户在不同区域之间的通话交流。
在GSM900/GSM1800/GSM1900这三种不同工作频段的系统中，GSM900最早出现且使用较为普遍，虽然能传输较远距离，但由于其频谱较低，穿透力较差等缺陷，因此出现了GSM1800，从而在一定程度上延长了手机的待机时间，提高了频谱利用率。
随着现代水平的发展，出现了GPRS作为一种新的基于GSM系统的数据业务，虽然GPRS作为第三代移动通信演变的过渡技术，但是在许多方面都都具有显著的优势。
GPRS与GSM具有相同的TDMA帧结构、相同频宽、相同频段等，因此，在GSM基础上构建了GPRS，从而提高了资源利用率、传输速率、缩短了接入时间等。
从而使传输速率最大理论值可达171.2kbit/s。
目前，香港作为第一个进行GPRS实地测试的地区，已经取得了良好的收效。
1.3未来发展趋势
GSM以第二代数字蜂窝移动通信系统出现，随着新技术发展，从GPRS和EDGE技术看，GPRS的实现只需要对相关核心网做升级即可，无需作硬件改动，由于GPRS存在实际传输率低，终端不支持无线终止功能等问题，因此提出了EDGE来提高数据率，实现最高数据率384kbit/s，EDGE标准自从2000年发布以来，已经发展到EDGE第二阶段，然而由于EDGE只能在现有的GSM网络上加以软件升级，所以升级版本相对较低。
为了业务发展和满足各地市场需要，运营商一方面升级对原网络进行软件升级，另一方面在原有的网络基础上叠加新型网络，实现无线集成网络，如WCDMA/WLAN、GSM/EDGE/WCDMA、或EDGE/WiMAX等。
一直以来中国移动GSM占据市场及发挥主导型作用，同时，考虑到良好的GSM网络资源环境和用户支持，未来的移动网络将会是一个以GSM为基础，叠加多种无线制式的无缝融合网络。
因此，融合网络将是未来移动网络的发展趋势。
从这一趋势来看，未来无线接入网络将更加复杂。
随着新技术的发展，大家逐渐习惯通过MSN、QQ、微信聊天，通过Google搜索，通过iTunes下载音乐，对带宽需求也不断提高以满足自己的各方面通信服务需要。
用户对于IP业务的需要，也在一定程度上推动了网络的IP化，从而突破了对网络、手机的传统需要，随着GSM、3G等移动网络的快速化发展，移动设备的IP化正在日趋逼近。
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GSM作为生活中最常用，最普及的移动通信系统，其最终的目的是为大家提供无障
碍的自由移动通信，实现全球畅游通信。
这使得GSM网络不仅要具备平滑过渡和网络融合的特点，还要满足快速实施、高效应用的功能。
因此，运营商需要更高效、融合和能够平滑演进的解决方案。
相信，未来的现代化GSM一定会是通信领域的一朵美丽奇葩。
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2.课题的基本内容，可能遇到的困难，提出解决问题的方法和措施
2.1课题的基本内容
本课题以洪泽县地形地貌特征、实际覆盖环境及相应的话务模型为背景，模拟设计一个GSM数字移动通信系统组网设计方案。
通过调研及图书馆和网上查找数字移动工程设计相关资料，设计系统功能模块及提出具体可执行的解决方案。
本课题研究主要分为以下几个步骤：
1、洪泽县的地貌特征、实际覆盖环境调研；2、用户分布情况调研；
3、确定不同区域用户数量与话务模型；4、各区域无线覆盖的研究与设计
5、无线子系统的研究与设计；6、无线网络频点规划与设计；
7、网络子系统的研究与设计；8、操作维护子系统与配套电源的设计；
2.1.1无线覆盖勘测模型设计
（1）地形与人口分布
洪泽县位于江苏省西部，洪泽湖东岸。
全县总面积1394平方千米，总人口38.87万人。
其中水域面积757平方公里，陆地面积637平方公里，洪泽是苏北南大门，区位优越。
东挽白马湖，南临淮河入江水道，北濒苏北灌溉总渠入海水道公路交通发达，宁连一级公路和正在修建宁淮高速公路穿境而过，京沪、宁徐、徐淮盐高速擦肩而行。
总计有11个镇：
高良涧镇、蒋坝镇、仁和镇、岔河镇、西顺河镇、老子山镇、三河镇、黄集镇、万集镇、东双沟镇、共和镇[6]。
县政府驻高良涧镇。
洪泽县地形人口分布如下表2-1：
表2-1洪泽县各乡镇面积和人口分布
地名
面积（平方千米）
人口（万人）
高良涧镇
121
1.28
黄集镇
51
2.07
朱坝镇
37.6
2.93
仁和镇
74.38
2.89
岔河镇
125
3.73
西顺河镇
19
0.97
老子山镇
17.5
1.84
三河镇
29.38
2.13
共和镇
38.5
2.57
蒋坝镇
29.5
1.05
万集镇
55.62
2.56
东双沟镇
43
3.53
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（2）覆盖分析
对不同区域类型，采用需采用不同的信号传播模型并经过传播模型校正后，才采用覆盖区无线网络的设计原则、网络结构、复用方式和服务等级。
结合洪泽县实际情况我将其进行如下覆盖分析，区域类型统计如下图表2-2：
表2-2区域类型统计表
区域类型
特征描述
密集区
有较高楼层和密集的建筑物等，例如洪泽县政府、大时代购物广场、东五街附近等
普通区
有普通中层建筑和较为密集的小区房屋，例如秀水苑、花苑、洪泽县中学等
郊区
在靠近移动台附近有些障碍物但不稠密，有少量的低层房屋和小树林等，例如农庙、高良涧部分地区等
农村
有低矮稀疏的房屋和密集的树林，以及大量的农田等，例如黄集镇大陶新庄等
风景区和公园
高低不平的开阔状地形，有大量的树木、花草、池塘、花园等，如安淮寺、快活岭、洪泽湖等
由于洪泽县特殊的地理位置，肩挑两湖，四面环水，交通相对便利，与京沪、宁徐、徐淮、盐高速擦肩而行。
因此对于高速公路、水路、省道等区域都要考虑覆盖问题。
对此，要在洪泽县平原地区的农村、比较偏僻的地区采用全向站实现覆盖，而在县城以及高速公路上采用定向站。
随着网络化的迅速实现，用户量也逐渐扩大，同时对网络服务的要求也越来越高，洪泽县也不例外，因此根据农村和县城对网络的不同需求，确定不同的覆盖要求。
（3）用户数量与话务量
要确定洪泽县以及各个乡镇的话务模型，需根据当地的人口分布、经济发展状况、GSM固定电话使用情况等因素进行考虑，对洪泽县的GSM用户数进行估测。
根据洪泽县具体情况以及网络建设必须考虑的经济的可行性和合理性，在网络设计过程中，考虑到县城GSM用户数会大大多于农村和乡镇的使用情况，然而随着网络建设的深入以及通讯技术的迅速发展，农村用户量也在逐渐扩大，对网络服务的要求也越来越高，所以在设计洪泽县以及乡镇GSM系统网络解决方案时，根据覆盖预测结果和新的区域覆盖问题，充分考虑的未来的扩容和以后网络的不断优化，在工程上一般留出20%的余量。
按照市区和郊县的划分，市区平均忙时话务量一般为0.025Erl，郊县平均忙时话务量一
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般为0.020Erl，洪泽县2011年人口总数大约40万【1】，而GSM用户数将达22万【2】，可以算出洪泽总的的设备持有率约为55%。
而县城的GSM终端设备持有率稍微高点，我们以60%进行估算，农村GSM终端设备持有率略低，以55%进行估算。
在移动通信系统网络设计中要确定覆盖目标包括覆盖区域、覆盖率两方面的内容。
在确定覆盖区域方面，要充分确定调查用户（包括潜在用户）具体情况，使得覆盖范围与实际用户分布、活动情况相符合，达到网络建设的可行性和合理性。
洪泽县人口数量及具体话务量统计如下图表2-3：
表2-3洪泽县各地话务量统计表
地名
人口数（万人）
GSM终端设备持有率
实际用户数（万人）
人均话务量（Erl）
话务总量（Erl）
话务模型
高良涧镇
12.8
60%
7.68
0.025
1920
市区
黄集镇
2.07
50%
1.035
0.020
207
郊区
蒋坝镇
1.05
55%
0.5775
0.020
115.5
郊区
仁和镇
2.89
55%
1.5895
0.020
317.9
农村
岔河镇
3.73
55%
2.0515
0.020
410.3
农村
西顺河镇
0.97
50%
0.485
0.020
97
农村
老子山镇
1.84
50%
0.92
0.020
184
农村
共和镇
2.57
50%
1.28
0.02
257
农村
三河镇
2.13
50%
1.065
0.020
213
农村
朱坝镇
2.93
55%
1.6115
0.020
322.3
农村
万集镇
2.56
55%
1.408
0.020
281.6
农村
东双沟镇
3.53
55%
1.9415
0.020
388.3
农村
总计
38.87
21.6445
4713.9
农村
2.1.2网络设计模块
GSM数字蜂窝移动通信系统主要包括四大部分：
网络子系统、基站子系统、操作子系统和移动台。
每一部分承载着不同功能，在设计中都必不可少。
下面具体介绍网络设计模块各个部分设计情况:
（1）无线网络子系统设计（NSS）
网络子系统主要完成交换功能、客户数据与移动管理、安全性管理所需的数据库功能。
它由移动业务交换中心（MSC）、归属寄存器（HLR）、访问位置寄存器（VLR）、鉴权中心（AUC）和设备配置寄存器（EIR等）等组成。
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其中，MSC（移动交换中心）是网络的核心，是移动通信网络中使用的交换机，它不仅能实现交换而且还负责移动性管理和无线资源管理等功能。
VLR（访问位置寄存器）是一个动态数据库，用于存储用户位置信息以及移动客户管理的数据。
AUC（鉴权中心）中的AUG用于用户鉴权和认证，EIR（设备识别寄存器）同样也是一个数据库，用于存储有关移动台设备参数，用于对移动设备的识别、监视、闭锁等功能，来防止非法移动台使用。
针对洪泽县网络子系统的研究，要设计出更具合理性、可行性的最佳方案。
需根据上面（图表2-3）洪泽县的用户数及话务量统计表，合理选择设备，确定网络子系统各个部分的容量配置。
同时，考虑到网络优化和扩容的情况，应留有余量，不能用足。
因此根据洪泽县具体情况，即洪泽县的GSM用户数21.6445万人，考虑到留余20%,则预留后的用户数将达25.9974万；洪泽地区总话务量为4713.9Erl，考虑到要预留20%,则预留后的GSM用户数为5656.68Erl。
洪泽县总体来说GSM用户数一般，但是县城的GSM用户数较多，话务量也大，同时考虑到未来的网络优化和扩容需要，根据华为MSC/VLR设备配置要求，即最大话务量是7800Erl,所以只需要选用一个MSC来控制洪泽县。
根据洪泽地形图以及各个乡镇分布情况，将MSC放在朱坝镇，工程上每个TRX载频最多只能支持180个用户，洪泽县GSM实际用户数为21.6445万人，因此需要的载频数为216445/180=1203个。
一般一个BSC理论上支持1024TRX，但是实际工程中使用不能超过800TRX，所以需要对BSC承载的载频数进行合理分配。
即一个MSC控制两个BSC，记为BSC1,，BSC2；MSC总的用户数为21.6445万，扩容20%后为25.9974万，即一个MSC控制BSC1和BSC2。
（2）操作维护子系统设计（OSS）
OSS对整个网络单元进行管理和监控，由操作维护中心等组成。
依据厂家的实现方式可分为无线子系统的操作维护中心（OMC-R）和交换子系统的操作维护中心（OMC-S）。
具有维护测试、障碍检测及管理、系统状态监视、系统实时控制、局数据修改等功能。
本次设计中用了1个MSC和2个BSC，每个MSC需要一个OMC-MSC管理和维护，每个BSC需要一个OMC-BSC管理和维护，放在指定机房。
每个机房需配置1个采集OMC系统的警告信息的OMC-Alarm，同时配备一部提供数据参考的打印机。
另外还需分别配置一个Dial-upserver。
朱坝镇机房配置一个存储大量用户信息的HLR以及一个OMC-HLR和HLR服务器，进行数据管理和维护。
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根据上述要求配置OMC，下图为OMC组网结构图2.1：
图2.1OMC组网结构
（2）基站子系统设计（BSS）
基站子系统由BTS和BSC组成，是数字蜂窝方面最直接的组成部分，它通过无线接口与移动台相接，进行无线发送、接收及无线资源管理，同时也实现了移动用户与固定网络用户之间或移动用户之间的通信连接。
●基站控制器（BSC）设计
BSC能实现呼叫控制及对一个或多个BTS进行控制的功能，一个基站控制器最多可控制512（1024TRX）个[4]。
即负责小区配置数据管理、功率控制、无线网路资源管理、定位和切换等任务。
对于洪泽GSM网络设计，通过预测计算设计使用一个MSC来控制两个BSC，将MSC置于朱坝镇机房，BSC1置于高良涧镇，控制老子山镇、西顺河镇、高良涧镇、蒋坝镇、朱坝镇，用户数可达11.274万；BSC2置于万集镇，控制共和镇、东双沟镇、万集镇、仁和镇、岔河镇、黄集镇、三河镇，用户数可达到10.375万。
下表2-4为BSC对洪泽县的控制区域和载频数表：
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表2-4BSC控制区域划分和载频数统计表
名称
机房设置
BSC控制区域
服务用户数（万人）
承载话务量（Erl）
载频数
BSC1
高良涧镇
老子山镇、西顺河镇、高良涧镇、蒋坝镇、朱坝镇、
11.274
2638.8
603
BSC2
万集镇
共和镇、东双沟镇、万集镇、仁和镇、岔河镇、黄集镇、三河镇
10.375
2075.1
600
●基站收发信台（BTS）组网设计
BTS一侧与交换机相连，负责控制和管理；另一侧通过无线接口与移动台一侧相连基站收发信机，负责无线传输，主要任务是完成无线与有限转换、无线信道加密解密、调频、无线分集等。
一个完整的BTS包括无线发射和接收设备、无线接口处理等控制部分和所需不同天线等。
可以将它看作实现移动信号接收、发送处理的一个无线调制解调器。
1）BTS的组网方式
Abis作为非标准接口，是BSC与BTS之间的接口，在Abis接口上BSC能提供相应的信令控制信号，如BTS配置、BTS监测、BTS测试及业务控制等。
Abis接口最为一种非标准接口，可由各设备厂家自行定义，来提供各种灵活的组网方式。
为了实现组网的可行性和效益性以及考虑到扩容和优化配置，因此根据情况采用星型、树型、链型三种方式。
下面具体介绍这三种组网方式[4]特点：
星型结构：
是一种以中央节点为中心，将外围节点连接起来的辐射式互连结构，即BSC与BTS之间直接通过传输设备相连。
其最大优点是组网方式简单、扩容方便、便于工程施工和维护，同时信号经过的环节少，因此线路可靠性也较高，但自身也存在一些缺点，如传输线需求量大，组网方式也较大。
树型结构：
一般一个母站与BSC相连，然后各子站与母站相连。
由于其具有组网传输线消耗量小的优点，适用于站点、用户密度、网络结构比较复杂的情况。
对于洪泽县诸如县城及其周边郊区等地区便于采用。
链型结构：
是基站之间采用级联的方式，适用于覆盖区呈现带状分布切覆盖区话务量不大的地区，由于对下一基站实现透明传输，因此节省了传输资源，但也存在扩容不便、基站性能下降、可靠性不高等缺点。
3）类型
基站按覆盖形状分为全向基站[O（n）]和定向基站，定向基站又可以分为3扇区基站[如S（n/n/n）]和2扇区基站[如S（n/n）]。
在城区，考虑容量增长和射频优化，大都采用3
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扇区基站，在高速功路等特殊地区，大都采用2扇区基站[3]。
全向站适用于覆盖区域相对开阔且话务量较小的地区，如郊区、乡镇等；一扇区定向覆盖特定区域，如地下室等“盲点”地区；两扇区定向覆盖线状区域，如高速公路等一些交通干线；三扇区适用于普通情况。
基站按覆盖范围分为宏蜂窝基站、微蜂窝基站和微微蜂窝基站[5]，不同类型基站在网络中起着不同作用[3]。
宏蜂窝覆盖半径较大，大多为1~25km；微蜂窝与宏蜂窝相比覆盖范围小、传输功率低但安装灵活，覆盖半径为30m~300m,沿街道传播，作为微蜂窝，一方面其可以提高覆盖率，用于地下室这类盲点区域；另一方面提高容量，用于购物中心、商业街、广场等高话务量地区。
微微蜂窝覆盖半径更小，一般只有10~30m，主要用于解决商业中心、会议中心等室内“热点”通信问题。
下面为基站选择类型表2-5。
在整个GSM设计过程中，根据规划区内复用方式和频带宽度，得出基站可以配置的最大载频数，每个载频有8个信道，除去控制信道后，可以得出每个基站可配置的最大话音信道数。
根据小区范围及用户密度分布，算出用户总数，再根据话音信道数和呼损率指标查爱尔兰表，得出每个基站可配置的最大话务量；通过查询爱尔兰相关关系表，得出基站类型、载频数、话务量统计表2-5。
表2-5基站类型、载频数、市郊话务量统计表
基站类型
载频数
TCH信道数
话务量（Erl）
Um（Gos）=2%
市区（人均话务量0.025Erl）
郊区（人均话务量0.020Erl）
O1
1
7
2.94
117
147
O2
2
14
8.20
328
410
O3
3
21
14.0
560
700
S1/1
2
14
5.88
235
294
S1/1/1
3
21
8.82
352
441
S1/2/1
4
28
14.08
563
704
S2/2/2
6
42
24.6
984
1230
S3/3/3
9
63
42
1680
—
4）BTS站址选择和频率规划原则
对于洪泽的站址选择要遵循以下要求：
1 站址选择要在不影响基站布局的情况下，尽量选择现有设施，来减少成本消耗。
2 选择站址要适宜避免几个基站覆盖的重叠区位于移动用户集中地区。
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3 要考虑基站控制器与站址设计的传输问题。
4 基站覆盖区附近要避免高于基站天线高度的高大建筑物阻挡，保证周围视野开阔。
5 城郊基站架设要考虑安全性，避免架设于雷击区。
6 在市区，扇区天线交叉覆盖深度不超过10%，对于郊区覆盖之间的交叉深度不能太深，扇区方向夹角不小于90%。
频率规划需遵循以下原则[1]：
1 同基站不可同频、邻频频点；
2 同小区中广播信道（BCCH）和业务信道（TCH）的频率间隔要在400kHz以上；
3 区内TCH间频率间隔最好在400kHz以上；
4 邻站应尽可能避免同频；
5 考虑到天线高度和传播环境的复杂性，距离较近的基站应尽量避免同频、邻
频相对；
6 通常情况下，1*3复用应保证参与跳频的频点是参与跳频载频数的2倍以上；
7 重点关注同频复用，避免在邻近区域存在同BCCH、同基站识别码（BSIC）的
情况。
广播信道（BCCH）用于基站向所有移动台广播公用信息。
本次淮阴区GSM
网络设计中，广播信道（BCCH）采用1*3复用方式，见图2.2。
图2.2广播信道（BCCH）频率复用模型图
本次洪泽GSM网络设计中，所用的基站最高站型为S3/3/3，考虑到频率资源的充分。
利用和高效的通信质量，业务信道（TCH）频率采用4*3复用方式。
见图2.3:
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图2.3业务信道（TCH）频率复用模型图
2.1.3洪泽县GSM无线覆盖规划模块
对于不同的区域类型，在经过话务分析和话务
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