基于校园环境的GSM网络规划设计Word文件下载.docx
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2.2建筑物情况ﻩ１0
2.4.1实地勘测11
2.4．2具体方案ﻩ12
第三章小区容量设计1４
3.1 话务量的计算原理ﻩ１４
3.2话务量计算15
第四章频率规划ﻩ16
4．1GSM系统频谱划分１6
4.1.2GSM180０工作的无线频率分配ﻩ１6
4.1.3保护带宽１6
4.３ 频分复用和时分复用ﻩ１7
参考文献ﻩ1９
前言
我国的ＧＳＭ用户量已达到５亿之多,虽然国家在大力的普及3Ｇ。
但是在这个过渡期必然有大量的用户依然在使用2Ｇ的GＳM网络,作为学通信的学生有必要掌握GSＭ通信的网络规划与优化知识，ＧSM作为到目前为止最为成熟的通信技术之一，有必要深入研究,为以后的其他技术学习奠定基础，而作为网络规划的三个重要的步骤基站的选取，小区的容量规划,以及频率复用技术都得到了广泛的应用,在研究GSM网络的过程中,我们应该举一反三,深刻了解与掌握网络设计与规划中的框架以及步骤,为以后的学习打下基础。
第一章GSM网络规划设计总体概述
1.1 ＧＳM无线网络设计与优化流程
图1-１设计与优化流程
为了使所设计的网络尽可能达到运营商要求,适应当地通信环境及用户发展需求,必须进行网络设计前的调查分析工作。
对于站点的位置及覆盖半径,必须考虑到话务需求量、传播环境、上下行信号平衡等对基站覆盖半径的限制，建站的综合成本等诸方面的因素。
对网络进行初步容量规划。
无线覆盖规划最终目标是在满足网络容量及服务质量的的前提下，以最少的造价对指定的服务区提供所要求的无线覆盖。
初步确定工程参数如基站发射功率、天线选型（增益、方向图等）、天线挂高、馈线损耗等。
进行上下行信号功率平衡分析、计算。
通过功率平衡计算得出最大允许路径损耗,初步估算出规划区内在典型传播环境中，不同高度基站的覆盖半径。
频率规划决定了系统最大用户容量,也是减少系统干扰的主要手段。
合理地设置基站子系统的无线资源参数，保证整个网络的运行质量。
１.２ＧSM网络的基本原理
１.2．１GSM网络组成
图 1-2网络组成和功能
GSM网络由网络交换子系统（SSS）、基站子系统（BSＳ）、移动台（MS）及操作维护子系统（OMS）组成。
MS是如手机、传真机等用户实际所使用的设备;
BSS是为移动台ＭS和陆地交换设备提供无线连接的部分；
SＳS是由MSC及一些相关的数据库组成,完成电话交换及提供ＧＳM系统与PSTN的连接功能等；
OMS使网络管理员能对网络进行集中操作与维护。
主要包括以下网元（NE）:
●ＭSC:
移动交换中心
●ＡUＣ:
ﻩ鉴权中心
●HＬR:
归属位置寄存器
●VLR:
ﻩ拜访位置寄存器
●EＩＲ：
设备识别寄存器
●BSC:
基站控制中心
●XＣDR:
ﻩ压缩编码器
●BTS:
ﻩ收发信基站
●ME：
ﻩ移动设备
●SIM：
ﻩ用户身份识别卡
●OMC:
操作维护中心（包括OＭCR--基站子系统操作维护中心和ＯMCS--交换子系统操作维护中心）
●NMC：
ﻩ网络管理中心
１.2.2ＧＳM网络组成部分功能
（1）移动台（MS）
移动台就是移动客户设备部分，它由两部分组成,移动终端（MＳ）和客户识别卡（SIM）。
移动终端就是“机”,它可完成话音编码、信道编码、信息加密、信息的调制和解调、信息发射和接收。
SIM卡就是“身份卡”,它类似于我们现在所用的ＩＣ卡，因此也称作智能卡,存有认证客户身份所需的所有信息，并能执行一些与安全保密有关的重要信息,以防止非法客户进入网路。
SIM卡还存储与网路和客户有关的管理数据，只有插入SＩＭ后移动终端才能接入进网,但SIM卡本身不是代金卡。
（2）基站子系统（BSS）
ＢSS系统是在一定的无线覆盖区中由MSC控制，与MS进行通信的系统设备，它主要负责完成无线发送接收和无线资源管理等功能。
功能实体可分为基站控制器（BＳＣ）和基站收发信台（ＢＴS）。
BSC：
具有对一个或多个BTS进行控制的功能，它主要负责无线网路资源的管理、小区配置数据管理、功率控制、定位和切换等，是个很强的业务控制点。
BTS：
无线接口设备，它完全由BSC控制，主要负责无线传输，完成无线与有线的转换、无线分集、无线信道加密、跳频等功能。
（3）网络子系统（NSS）
交换网路子系统（NSS）主要完成交换功能和客户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能。
ＮSＳ由一系列功能实体所构成,各功能实体介绍如下:
ＭSC：
是ＧSＭ系统的核心，是对位于它所覆盖区域中的移动台进行控制和完成话路交换的功能实体,也是移动通信系统与其它公用通信网之间的接口。
它可完成网路接口、公共信道信令系统和计费等功能，还可完成BＳS、ＭＳC之间的切换和辅助性的无线资源管理、移动性管理等。
另外,为了建立至移动台的呼叫路由，每个MＳ还应能完成入口ＭSC（GMSC）的功能，即查询位置信息的功能。
VLR：
是一个数据库,是存储MＳＣ为了处理所管辖区域中MS（统称拜访客户）的来话、去话呼叫所需检索的信息,例如客户的号码，所处位置区域的识别，向客户提供的服务等参数。
ＨLR:
也是一个数据库，是存储管理部门用于移动客户管理的数据。
每个移动客户都应在其归属位置寄存器（HLR）注册登记，它主要存储两类信息:
一是有关客户的参数;
二是有关客户目前所处位置的信息,以便建立至移动台的呼叫路由,例如MＳC、VLR地址等。
AUC：
用于产生为确定移动客户的身份和对呼叫保密所需鉴权、加密的三参数（随机号码RAND,符合响应SREＳ,密钥Kc）的功能实体。
EＩR：
也是一个数据库，存储有关移动台设备参数。
主要完成对移动设备的识别、监视、闭锁等功能,以防止非法移动台的使用。
（4）
操作维护子系统（OSS）
GSM系统还有个操作维护子系统（OＭC）,它主要是对整个GSM网路进行管理和监控。
通过它实现对GSM网内各种部件功能的监视、状态报告、故障诊断等功能。
OMＣ与ＭSＣ之间的接口目前还未开放，因为ＣＣＩＴT对电信网路管理的功能。
ＯMC与MSC之间的接口目前还未开放,因为CＣＩTT对电信网路管理的Q3接口标准化工作尚未完成。
1.2.3 GＳM网络接口
图1－3网络接口
（1）Ｕｍ接口
Um接口是空中无线接口，是MS和BTＳ之间的通信接口,用于MS与GSＭ系统的固定部分之间的互通，其物理连接通过无线链路来实现。
Um接口传递的信息包括无线资源管理、移动性管理和接续管理等。
（２）Ａbis接口
Ａbｉs接口是BSS部分的两个功能实体BＳC和BTS之间的通信接口,用于BTＳ和BSO之间的远端互连方式,物理连接通过标准的２Mbiｔ／s或64Ｋbit/ｓ的PＣM数字传输链路来实现。
Abiｓ接口支持向移动台提供的所有服务,并支持对BＴS无线设备的控制和无线频率的分配。
Aｂis接口是GＳM系统的BSS的内部接口,是一个未开放的接口,可由各设备厂家自行定义。
（3）A接口
Ａ接口是BSＳ部分与MSC之间的接口,它基于2Mｂｉt/s的数字接口,采用14位七号信令方式,主要传递呼叫处理、移动性管理、基站管理、移动台管理等信息。
（4）B接口
B接口是MＳC与VLR之间的接口，主要用于ＭSC向ＶＬR询问有关移动台的当前位置信息，或通知VLR有关移动台的位置更新信息等。
Ｂ接口作为设备内部接口,一般不作规定,但应能完成GSM规范所规定的功能。
（5）C接口
Ｃ接口是ＭＳC与VLR之间之间的接口,它基于2Ｍbit/ｓ或64Kｂiｔ/s的数字接口,采用24位七号信令方式。
它主要完成被叫移动用户信息的传递以及获取被叫用户被分配的漫游号码。
（6）D接口
D接口是ＨLR与VＬR之间的接口,它基于2Mbiｔ/s或64Ｋbit／s的数字接口，采用24位七号信令方式。
它主要交换位置信息和用户信息，当移动台漫游到某ＶＬR所辖区域后,ＶLR将通知Mｓ的HLR,HLR向VLR发送有关该用户的业务消息，以便VLR给漫游客户提供合适的业务:
同时HLR还要通知前一个为该移动用户服务的VLR删除该移动用户的信息。
当移动用户要求进行补充业务的操作或修改某些用户参数时（如将呼叫转移功能激活），也是通过D接口交换信息。
（７）E接口
E接口是MSC与MＳC之间的接口，它也是采用的24位七号信令方式，用于移动台在呼叫期间从一个MSＣ区域移动到另一个MSC区时,为了通话的连续性而进行的局间切换,以及两个ＭSＣ间建立用户呼叫接续时传递有关信息。
（8）Ｆ接口
ＭＳC与EIP之间的接口为F接口，采用２4位七号信令方式，用于MSC检验移动台的IＭEI时使用。
（9）G接口
Ｇ接口是ＶＬR之间的接口,当移动台以ＴMＳI启动位置更新时,VLR使用G接口向前一个VLR获取ＭS的ＩＭSI和相应的信息。
第2章基站站址选取
2.1基站初始布局
基站初始布局确定好以后要根据勘察、小区设计、覆盖预测、容量规划的结果作反复的调整,如下图:
图2－１基站初始布局流程图
2.2 建筑物情况
兰州理工大学西校区位于七里河区龚家湾;
整个校区东西长约18０0米,南北长约20０0米。
主要楼层情况:
建筑层高６至7层。
根据对学校的勘察情况,目前已建校区主要分为4个区域,即西侧的教学区和东侧南北方向的两个宿舍区。
教学区域中已经建设完成的教学楼共有７栋：
含3栋实验楼、4栋教学楼、。
北村宿舍位于校园的东北方向,共8栋宿舍楼，含3栋女生生宿舍和8栋男生宿舍。
南村宿舍位于校园的东南方向，共9栋宿舍楼，含1栋女生生宿舍和8栋男生宿舍。
图书馆和大学生活动中心,食堂位于学校的中部位置。
图2-2兰州理工大学西校区基站布局平面示意图
２.3设计指标及要求
覆盖区内无线可通率:
移动台在无线覆盖区内９0%的位置，99%的时间可接入网络。
无线信道呼损：
根据实际需求要求无线信道呼损市区不高于2％。
２.4设计方案
２.4.1实地勘测
大学校园内人数较多且集中,但总量变化不大。
校园内人员流动的规律性带来话务的规律性变化,总体来说人员变化普遍趋势如下:
（1）根据调查我校学生用户使用习惯：
高峰为晚上2１：
00－２3：
00点,而且拨入拨出基本平衡;
（2）西区用户数量大概为3０000人，而且平时在相同时间段用户话务量较稳定;
（3）西区地势平坦大体上属于中等起伏地形中的郊区和开阔地地形；
（4）每年有新生入校和毕业生离校,人数基本持平;
（5）每天离开学校和进入学校的人员基本持平；
（6）周一至周五校内人员较多而周末较少;
（7）寒暑假校内人员较少；
（8）9月因新生入校人数增多，漫游数目较大；
（9）5-７月因毕业生陆续离校，人员总数减少。
根据校园内内不同楼宇具有的不同功能，人流量、话务量、业务需求各不同。
表１．1 楼宇类型与业务特点
序号
楼宇类型
人流量
话务量
１
教学楼
较大
一般
2
行政楼
3
实验楼
较少
4
食堂
5
图书馆
6
体育馆
７
宿舍楼
很大
2.4.2具体方案
根据校园内四大区域（东南部宿舍区、西部教学区、东北部宿舍区，中部图书馆和大学生活动中心食堂）主要建筑类型，主要设计建设方案为:
学校的主要用户包括学生、教师和其他人口，其中占最大数量比例的是学生这一群体,因此，主要以学生群体的业务行为来分析其话务特点。
学生的主要活动区域可按白天和晚上划分为教学区、宿舍区和其他区域（包括校园内、餐厅、操场等）。
以上述分析为基础，得出高校区的业务需求。
大学内基本所有学生都住宿,宿舍区夜间的话务量相当高。
周一至周五白天，人员集中在教学楼和实验楼。
早中晚饭时间，人员主要集中在食堂。
由于图书馆内场馆限制，一般话务量较小。
宿舍话务量基本可以作为整个校园话务容量的衡量标准。
通过实地勘察并结合地图，一般来说,大学的楼群分界线明显,建筑物的高度大约在２０-３０m,根据建筑物平均密度特征，可以认为其符合一般城区的特征。
区域内存在大量教学楼、宿舍楼等建筑群；
区域内话务量密集、用户移动速度不高、业务速率要求较高。
可将基站站址选择在中心食堂,基站收发信天线采用全向天线，基站发射功率为每载波500W,每时隙平均为500/8=62.5Ｗ。
移动台发射功率分为0.８W,２W,５Ｗ，8Ｗ和20W五种，可供用户选择。
COST-231-Ｗalfｉｓh－Iｋegａmi模型可以适用于20ｍ~5kｍ范围的传播损耗预测,既可用作宏蜂窝模型，也可用作微蜂窝模型。
在作微蜂窝覆盖预测时,必须有详细的街道及建筑物的数据，不能采用统计近似值。
适用条件:
频率为GSM9０0/1800；
基站天线有效高度
为3-200米
移动台天线高度
为１-10米
通信距离为２０米-5公里
该模式分视距（LＯS〕和非视距（NＬOS）两种情况
（1）视距情况
基本传输损耗采用下式计算
L=42.6＋２6lｇd+20ｌgｆ （公式1）
（2）非视距情况
Ｌｏ＝32.45+20ｌgd+2０lｇ （公式２）
其中ｄ=2000m,f=900MHz
将其带入非视距情况基本传输损耗中得
Lo=９7.45ｄb
假设手机的发射功率为５W,则可计算出基站的发射功率为5０W．
第3章小区容量设计
3.1话务量的计算原理
在网络规划中,最重要的是确定系统的容量。
系统的容量一般指用户在某段时间内所产生的通话量。
其单位通常以爱尔兰（Ｅrｌａng）表示（一个爱尔兰是指一条通话电路被百分之百的连续占用１小时的话务负荷,或者两条通话电路各被连续占用半小时的话务负荷）。
ﻩ每个用户的平均话务量
可以表示成:
ﻩ （公式1）
ﻩ式中，
是平均每用户单位时间内发出呼叫的次数,又称为呼叫到达速率。
为每用户平均通话时间。
为呼叫完成速率。
ﻩ每个小区的话务量
可以表示为:
ﻩ （公式2）
ﻩ式中,
是每用户平均话务量（Erlang／用户）,
为用户分布密度（用户数/ｋｍ2），
为小区面积（ｋm2）。
在现实环境中,话务量会随着时间而变化。
即使不考虑长期发展过程中可能出现的变化，话务量还会以每天和每周为周期作短期的周期性变化。
通常将话务量最大的一小时称为忙时,相应此小时的呼叫次数为“忙时呼叫次数”或“忙时试呼次数”，缩写为BＨCA。
系统忙时话务量可以由下式给出：
ﻩﻩ （公式3）
在网络规划中通常采用忙时话务量为设计指标，并认为GSM网络能够支持忙时话务量也必然能够应付平时的话务量。
在网络规划设计中通常采用每用户忙时话务量的指标。
每用户忙时话务量可用下式表示：
ﻩ （公式4）
为每用户的忙时话务量
为每用户忙时呼叫次数
为
每用户每次通话占用信道的平均时长，单位：
秒
则系统忙时话务量又可表示为:
ﻩ
ﻩ （公式5）
为系统用户总数
这是我们做容量规划时一个很重要的公式。
显然做系统规划时,系统预期容量应该大于预计的
。
当前系统的平均每用户忙时话务量一般可从现网统计数据中得到，系统忙时总话务量除以忙时VLR上的用户登记数就是当前系统的平均每用户忙时话务量。
但一般在做网络规划时,应为当前系统的平均每用户忙时话务量留一定的余量。
3．2话务量计算
忙时话务量
其中用户每天平均呼叫次数为Ｃ＝2次/天,每次呼叫的平均占用信道时间为
集中系数为K=10%
计算得
根据调研一天中最忙时段为21:
0０－２3:
00,每层楼大概有５个人同时通话，一栋楼共有七层,则每栋楼共有
个用户同时通话，西区共有16栋楼，则有
个用户同时通话,同时假设校园内有４0人同时通话,则共有
560+40=600用户同时通话
可算出西区总的话务量
查看爱尔兰表,由呼损率B=2%可得
载频数为n=３７
信道利用率
假设西区全网用户数为3０000人，则
每个信道的容量
其中有一个控制信道，即总共有37+1=3８个频分复用信道。
第4章频率规划
4.1GＳM系统频谱划分
GＳＭ作为当前世界上分布最广的蜂窝移动系统，也是目前国内移动系统的主干网络,承载了国内的大部分手机用户。
我国陆地公用蜂窝数字移动通信网ＧSM通信系统目前采用了900 MHz和180０MＨｚ两个不同的频段。
４.１.１ GSM90０工作的无线频率分配
GＳM9０0：
ﻩ890-91５MHzﻩﻩ上行频率
９35-9６０MHzﻩﻩ下行频率
双工间隔为4５MHz，工作带宽为25ＭHｚ，载频间隔2０0ＫHｚ。
频道序号和频点标称中心频率的关系为：
fu（n）=89０.20０MHz+（n-1）×
0.200MHzﻩ上行频率
fd（ｎ）=fu（n）+４5ＭHzﻩﻩ下行频率
n＝１-１24频道
GSM900频段共有１2４个载波频道。
4.1.2 GSM1800工作的无线频率分配
由于900ＭHz频带有限，可容纳的用户数也受限,所以ＧＳＭ系统又发展到１800MＨz。
GSM１8０0工作的无线频率分配为:
GＳM1800:
1710－1７８5ＭHzﻩﻩﻩﻩ上行频率
180５-1８80MHzﻩﻩ下行频率
双工间隔为95ＭＨｚ，工作带宽为７5MHｚ,载频间隔为20０KHz。
频道序号和频点标称中心频率的关系为:
fｕ（n）=17１0.2ＭHz+（n-５1２）×
0.2００ＭＨz ﻩ上行频率
fd（n）=ｆｕ（ｎ）+9５MHzﻩﻩ下行频率
n=5１2-８8５频道
4.1.3保护带宽
当一个地区ＧSM９０0系统与模拟移动通信系统共存时,两系统之间（频道中心频率之间）应有约４00KＨz的保护带宽,通常是由模拟网预留。
4.２GＳM系统多址技术
GSM系统采用时分和频分相结合的多址技术。
上面已经提到,在GＳM900频段上一共可有124个载频,GSM1800频段上一共可有３74个载频,在整个频段上是频分的,而每个载频又是时分复用的，即每个信道占用载频的八分之一的时间。
一个载频共有8个物理信道,每个信道都能支持话音或信令信息。
这样每个载频（收发信机单元）可同时支持8个用户同时通话，从而节省了基站硬件设备。
３
４
7
图 4-１时隙分配图
4.3 频分复用和时分复用
由于载频间隔是0.２MＨz,其频道序号用n表示，则上,下两频段中序号为n的载频可用下式计算:
下频段
其中载频ｎ=37,控制信道一个,共有
个时分复用信道。
可得
上行:
890.2—８９7.4（MＨz）
下行:
９35.２—9４2.6（ＭHｚ）
总结
由于我们只有一个小区,所以把基站的位置选在了西区的中心位置,一个基站就可以覆盖，在基站容量的计算上，我们选择了晚上的话务高峰期的两个小时,假设用户数为３0０00人,然后算出信道容量,再根据一个载频０.2M的带宽,就可算出上行和下行频率，在话务量的计算以及频率的分配上,我们遇到的问题是一个信道最多可以容纳多少个用户，在计算忙时话务量是全网用户数是同时通话的人数还是实际拥有手机的用户，我们产生了疑问,最后经过我们的讨论我们商定全网用户数为实际拥有手机的人数，也就是３0０00人，一个信道最多可容纳12８位用户,我们算出的为101位用户,最后把问题解决了，这次课设使我觉得合作的重要性,在此感谢老师的悉心指导和我们小组同学的热心帮助！
参考文献
［1]郭梯云、邬国扬、李建东.移动通信系统（第三版）．西安电子科技大学出版社
[2]沈振元、聂志泉、赵雪符．通信系统原理．西安电子科技出版社
[３]覃团发、姚海涛、覃远年、陈海强． 移动通信.重庆大学出版社
［4］邱玲、朱近康、孙葆根、张磊． 第三代移动通信系统.人民邮电出版社
[5]蒋昌茂、程小辉、刘洪林、张保忠.无线宽带IP通信原理及应用.电子工业出版社
［6]陈德容、刘永乾、蒋丽．移动通信网络规划与工程设计.北京邮电大学出版社
[７］郭莉、王钢、等译.ＵＭTＳ无线网络规划与优化（第二版）．电子工业出版社
[8]陆健贤、叶银法、卢斌、林横华、蒋晓虞、邱涌泉.移动通信分布系统原理与工程设计.机械工业出版社
[9]王 群.计算机网络安全技术.清华大学出版社
[10]李建东、郭梯云、邬国扬．移动通信.西安电子科技大学出版社
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