GSM网络常见故障资料.docx

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GSM网络常见故障资料

编号

淮安信息职业技术学院

毕业论文

题目

GSM网络常见故障分析

学生姓名

李月明

学号

36012310

院系

计算机与通信工程学院

专业

移动通信技术

班级

360123

指导教师

束美其讲师

顾问教师

二〇一四年十月

摘要

GSM是一种起源于欧洲的移动通信技术标准，由欧洲电信标准组织ETSI制订的一个数字移动通信标准，是第二代移动通信技术。

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。

我国于20世纪90年代初引进采用此项技术标准，目前，中国移动累计总用户达到7.2亿，网络规模和容量都居世界第一。

本文首先通过对GSM基础知识的介绍，为后面GSM常见故障分析提供理论支持。

由于移动用户的激增，现有的频率资源越来越匮乏，网络规模的扩大导致了各种故障问题，如果没有及时有效的处理网络故障，会导致指标的恶化、投诉的增多、网络质量的下降。

针对各种原因引起的网络故障，本文分别进行了分析并提出了解决办法。

关键词：

GSM掉话切换失败RACH

Abstract

GSMisastandardformobilecommunicationtechnologyoriginatedinEurope,adigitalmobilecommunicationstandardbytheEuropeanTelecommunicationsStandardsInstituteETSIdeveloped,isthesecondgenerationofmobilecommunicationstechnology.GSMstandardequipmentoccupythecurrentglobalcellularmobilecommunicationsequipmentmarketmorethan80%.Chinahasintroducedintheearly1990s,theuseofthistechnologystandards,atpresent,ChinaMobilesubscribersreached720millioncumulativetotalnetworksizeandcapacityranksfirstintheworld.

Firstly,byintroducingthebasicsofGSM,GSMisacommonfailuretoprovidetheoreticalsupportbehindtheanalysis.Duetotheproliferationofmobileusers,theexistingfrequencyresourcesareincreasinglyscarce,networkexpansionhasledtoavarietyoffailure,ifnottreatedtimelyandeffectivenetworkfailurewillleadtoadeteriorationofindicators,increasedcomplaints,networkqualitydecline.Fornetworkfailurescausedbyvariousreasons,thispaperanalyzesandproposedsolutions.

Keywords:

GSMDiaohuaSwitchfailureRACH

目录

摘要I

AbstractII

第一章绪论1

1.1GSM系统发展历史1

1.2课题研究的目的及意义1

第二章GSM基础知识3

2.1GSM的系统结构3

2.1.1MS3

2.1.2BSS3

2.1.3NSS4

2.1.4OSS4

2.2GSM逻辑信道分类5

2.3GSM切换及种类5

第三章GSM掉话问题分析7

3.1掉话率的计算公式和统计点7

3.2由于干扰引起的掉话8

3.2.1干扰类型8

3.2.2判断干扰方法8

3.2.3干扰解决措施9

3.2.4上行干扰引起的高掉话故障分析9

3.3由于覆盖原因导致的掉话10

3.3.1覆盖问题分析11

3.3.2覆盖问题解决办法12

3.4由于切换引起的掉话12

3.4.1引起切换掉话的因素12

3.4.2切换掉话解决措施14

第四章GSM其他常见故障分析17

4.1TCH分配失败分析17

4.1.1TCH分配失败定义17

4.1.2TCH分配失败原因分析17

4.1.3应对方法18

4.2切换失败率分析18

4.2.1问题描述18

4.2.2切换失败率高的引发原因19

4.3RACH接入有效性20

4.3.1问题描述20

4.3.2RACH接入常见故障21

4.3.3故障处理流程21

第五章总结与展望23

致谢25

参考文献27

第一章绪论

1.1GSM系统发展历史

1982年北欧国家为了方便全欧洲统一使用移动电话，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。

在这次大会上就成立了一个在欧洲电信标准学会（ETSI）技术委员会下的“移动特别小组”（GroupSpecialMobile，简称“GSM”），来制定有关的标准和建议书。

1987年5月GSM成员国就数字系统采用的主要技术达成一致：

多址方式：

窄带时分多址TDMA；语音编码技术：

规则脉冲激励线性预测RPE一LTP语音编码；调制方式：

高斯滤波最小移频键控GMSK调制方式。

1991年在欧洲开通了第一个系统，将GSM更名为“全球移动通信系统”（Globa1systemforMobilecommunications）。

移动特别小组还完成了制定1800MHz频段的公共欧洲电信业务的规范，名为DCS1800系统。

DCS1800系统与GSM900系统功能相同，主要区别是采用的频段不同。

GSM标准共有12项内容，未对硬件作出规定，只对功能、接口等进行详细规定，以便不同公司的产品可以互连互通。

1993年我国开通了第一个数字蜂窝移动通信网。

1.2课题研究的目的及意义

虽然近几年3G、4G发展飞快，但GSM并不会因此而消退，GSM的主要功能是语音业务和小部分的数据业务，3G的功能是小部分的语音和低速数据业务，4G的业务现在只有数据业务。

在中国GSM基站覆盖广、信号好，对WLAN,3G和LTE是有利的补充，GSM网络优化和维护会一直继续下去。

未来相当长一段时间内，中国移动将同时运营GSM/TD-SCDMA/TD-LTE/WLAN四张网络。

根据未来业务需求与网络能力，中国移动提出了四网协调发展的策略，通过四网协同，发挥各自网络的优势，以实现语音、数据业务双领先。

业界普遍认可GSM是最好的语音承载方式，其生命周期将会延长至2020年以后。

对于中国移动，GSM承载全网99％语音计费时长和95％手机数据流量。

移动数据业务的迅猛发展，给中国移动的网络建设和规划带来了巨大的挑战。

目前忙时数据业务占用的信道资源在30％以上，在语音和数据总资源消耗中的占比已达到50％以上，并已开始造成GSM网络质量的下降，影响到语音业务的体验，GSM系统故障频发。

文章从各种常见性问题入手，合理完善解决方法，以此明确基本原则和思路，从而实现对GSM系统故障问题的有效解决，这也就是该论文研究的目的及意义。

第二章GSM基础知识

2.1GSM的系统结构

GSM（GlobalSystemforMobileCommunications；全球移动通信系统）主要分交换部分和无线部分。

GSM系统主要由移动台（MS）、移动网子系统（NSS）、基站子系统（BSS）和操作支持子系统（OSS）四部分组成。

基站子系统（BSS）在移动台（MS）和移动网子系统（NSS）之间提供和管理传输通路，特别是包括了MS与GSM系统的功能实体之间的无线接口管理。

GSM系统结构如图1-1所示。

图1-1GSM系统结构图

2.1.1MS

移动台是GSM系统中的用户设备，可以车载型、便携型和手持型。

移动台并非固定于一个用户，在系统中的任何一个移动台都可以利用用户识别卡（SIM卡）来识别移动用户，保证合法用户使用移动网。

移动台也有自己的识别码，称为国际移动设备识别号（IMEI）。

网络可以对IMEI进行检查，比如关断有故障的移动台或被盗的移动台，检查移动台的型号许可代码等。

GSM移动台不仅能完成传统的电话业务、数字业务，如传输文字、图像、传真等，还能完成短消息业务等非传统的业务。

2.1.2BSS

基站子系统包含了GSM数字移动通信系统的无线通信部分，它一方面通过无线接口直接与移动台连接，完成无线信道的发送、和管理，另一方面连接到网络子系统的交换机。

基站子系统可以分为两部分：

一是基站收、发台（BTS），一是基站控制器（BSC）。

BTS负责无线传输，BSC负责控制和管理。

2.1.3NSS

网络子系统分为六个功能单元，即移动交换中心（MSC）、归属位置寄存器（HLR）、拜访位置寄存器（VLR）、鉴权中心（AUC）、设备识别寄存器（EIR）、操作与维护中心（OMC），NSS由一系列功能实体构成。

（1）移动交换中心（MSC）

MSC是网络核心，它具有交换功能，能使移动用户之间，移动用户与固定用户之间互相连接。

它提供了与其它的MSC互连接口，和与固定网（如PSTN，ISDN等）的接口。

MSC从三种数据库――归属位置寄存器（HLR），拜访位置寄存器（VLR），鉴权中心（AUC）――取得处理用户呼叫请求所需的全部数据，MSC也跟据最新数据更新数据库。

（2）归属位置寄存器（HLR）

归属位置寄存器是系统的中央数据库，它存储着归属用户的所有数据，包括用户的接入验证、漫游能力、补充业务等。

另外，HLR还为MSC提供关于移动台实际漫游所在的MSC区域的信息（动态数据），这样使任何入局呼叫立即按选择的路径送到被呼用户。

（3）拜访位置寄存器（VLR）

VLR存储进入其覆盖区的移动用户的全部有关信息，它是动态用户数据库，它需要与有关的HLR进行大量数据交换。

如果用户进入另一个VLR区，那么在VLR中存储的数据就会被删除。

（4）鉴权中心（AUC）

AUC存储保护移动用户通信不受侵犯的必要信息。

由于空中接口易受到窃听，因此在GSM系统规范中要求有保护移动用户不受侵犯的措施，如用户的鉴权，传输信息加密等，而鉴权信息和密钥就存储在AUC中。

（5）操作维护中心（OMC）

OMC是网络操作者对全国进行监控和操作的功能实体。

（6）设备识别寄存器（EIR）

这个寄存器存储有关移动台设备参数的数据库，EIR实现对移动设备的识别、监视、闭锁等功能。

2.1.4OSS

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）。

2.2GSM逻辑信道分类

GSM中的信道分为物理信道和逻辑信道，一个物理信道就为一个时隙（TS），而逻辑信道是根据BTS与MS之间传递的信息种类的不同而定义的不同逻辑信道。

这些逻辑信道映射到物理信道上传送。

从BTS到MS的方向称为下行链路，相反的方向称为上行链路。

逻辑信道又分为两大类，业务信道和控制信道。

（1）业务信道（TCH）：

用于传送编码后的话音或客户数据，在上行和下行信道上，点对点（BTS对一个MS，或反之）方式传播。

（2）控制信道：

用于传送信令或同步数据。

根据所需完成的功能又把控制信道定义成广播、公共及专用三种控制信道。

广播信道（BCH）包括频率校正信道（FCCH）、同步信道（SCH）和广播控制信道（BCCH）；公共控制信道（CCCH）包括寻呼信道（PCH）、随机接入信道（RACH）和允许接人信道（AGCH）；专用控制信道（DCCH）包括独立专用控制信道（SDCCH）、慢速随路控制信道（SACCH）和快速随路控制信道（FACCH）。

2.3GSM切换及种类

所谓切换，就是指当移动台在通话过程中从一个基站覆盖区移动到另一个基站覆盖区，或者由于外界干扰而造成通话质量下降时，必须改变原有的语音信道而转接到一条新的空闲语音信道上去，以继续保持通话的过程。

切换根据手机和基站测出的上下行电平质量和TA值作为最基本的测量数据，根据切换判断算法和资源分配算法来决定是否应该切换和切向哪个小区。

切换是移动通信系统中一项非常重要的技术，切换失败会导致通话失败，影响网络的运行质量。

因此，切换成功率（包括切入和切出）是网络考核的一项重要指标，如何提高切换成功率、降低切换失败率是网络优化的重点工作之一。

根据不同的切换判决触发条件，切换可以分为紧急切换、负荷切换、正常切换、快速移动切换、同心圆切换等5类。

（1）紧急切换。

包括TA过大紧急切换、质量差（BQ）紧急切换、快速电平下降紧急切换、干扰切换。

①TA过大切换条件：

服务小区的TA大于等于紧急切换TA限制。

②BQ切换条件：

服务小区的上行链路质量在滤波器长度时间内平均值大于等于紧急切换上行链路质量限制；服务小区的下行链路质量在滤波器长度时间内平均值大于等于紧急切换下行链路质量限制。

③快速电平下降切换在呼叫中电平突然下降时触发，触发条件：

服务小区如果Value＞B（Value：

一个与滤波器参数A1～A8相关的值，该值表示在一段时间内接收电平的变化趋势；B：

滤波器参数）切换最后的MR6已经低于边缘切换门限，则发生切换。

④干扰切换：

也属于紧急切换，当接收电平大于一定值但传输质量又低于干扰切换质量门限时触发。

（2）负荷切换。

负荷切换触发要同时满足三个条件：

系统信令流量小于允许负荷切换系统流量级别门限；需要切换的小区负荷高于负荷切换启动门限；接收切换的小区的负荷低于负荷切换接收门限。

（3）正常切换。

包括边缘切换、分层分级切换和PBGT切换。

①边缘切换条件：

服务小区已低于边缘切换门限；在边缘切换统计时间（如5s）内，服务小区电平持续低于边缘切换门限（如4s）。

②分层分级切换：

在不同层或同层不同优先级之间才有层间切换，同层同级之间没有层间切换。

触发条件是邻小区电平值高于层间切换门限和磁滞之和，对服务小区电平值没有要求；邻区排在服务小区之前，且优先级比服务小区更高，邻区电平值大于等于层间切换门限和层间切换磁滞之和；满足P/N判决，如5s内有4s始终处于最好；边缘切换和层间切换只能选一个，它先判断是否触发边缘切换，再判断是否触发层间切换。

③PBGT切换算法是基于路径损耗的切换。

PBGT切换算法实时地寻找是否存在一个路径损耗更小并且满足一定系统要求的小区，并判断是否需要进行切换。

不同层没有PBGT切换。

PBGT切换至少带来了如下好处：

解决了越区覆盖问题；减少了双频切换的次数；使话务引导和控制有更灵活的手段；始终能为用户提供当前最好的服务质量。

PBGT和其他切换算法的最大区别在于它能以路径损耗而不是接收功率作为切换的触发条件。

为了避免乒乓切换，PBGT只在同层同级的小区之间进行切换，邻近小区的路径损耗小于服务小区路径损耗一定的门限值。

PBGT切换的触发准则：

邻区排在服务小区之前，在一定的统计时间内满足P/N准则。

（4）速度敏感性切换（快速移动切换）。

在一定时间门限里达到快速移动小区实际个数时，认为是快速移动，就会切换到宏小区上去（第4层），并且对原有小区在惩罚时间里给予电平惩罚。

（5）同心圆切换。

可以实现外圆的广覆盖和内圆的频率紧密复用，能够提高系统容量和通话质量。

可以根据手机下行接收电平、质量和TA值来区分内圆和外圆。

第三章GSM掉话问题分析

掉话可分为两种形式，一类是在SDCCH信道上的掉话，一类是在TCH信道上的掉话。

SDCCH的掉话是指在BSC给移动台分配SDCCH信道而TCH信道还未分配成功期间发生的掉话。

TCH的掉话是指BSC给移动台成功分配了TCH信道后，发生的不正常掉话。

3.1掉话率的计算公式和统计点

TCH掉话率=TCH掉话次数/TCH占用成功次数×100%

TCH掉话次数统计点：

BSC向MSC发起CLEAR_REQ消息时，当前占用的信道类型为TCH。

发送Clear_Request消息的典型原因值一般为：

无线链路失败、人工干预、设备故障、BSS与MSC间协议错误、强占。

TCH占用成功次数统计点：

（1）立即指配过程中收到CH_ACT_ACK消息，且由于暂无可用SDCCH信道而直接分配的信道类型为TCH；

（2）在呼叫主状态为CS_WAIT_RR_EST（等待RR建立态）时收到CH_ACT_ACK消息，且当前信道为TCH；

（3）指配过程中发送指配完成消息；

（4）入BSC切换收到MSG_ABIS_HO_DETECT消息，此时切换类型非SDCCH切换时；

（5）BSC内切换时收到MSG_ABIS_HO_DETECT消息，此时切换类型非SDCCH切换时；

（6）出局切换过程中收到来自MSC的原因为HO_SUCC或CALL_CTRL的CLEAR_CMD消息，且切换原因为直接重试。

SDCCH掉话率公式：

SDCCH掉话率=SDCCH掉话次数/成功的SDCCH占用次数（所有的）*100％SDCCH掉话率（%）=[SDCCH占用时无线链路断的次数（连接失败）+SDCCH占用时无线链路断的次数（错误指示）+SDCCH占用时地面链路断的次数（ABIS）]/成功的SDCCH占用次数（所有的）*100%

SDCCH掉话次数统计点：

向MSC发起CLEAR_REQ和ERR_IND消息时，当前占用的信道类型为SDCCH。

SDCCH占用成功次数统计点：

（1）立即指配过程中收到CH_ACT_ACK,信道为SDCCH

（2）在状态为CS_WAIT_RR_EST时收到CH_ACT_ACK消息，且当前信道为SDCCH

（3）入局SDCCH切换收到HO_DETECT（4）BSC内SDCCH切换收到HO_DETECT

3.2由于干扰引起的掉话

3.2.1干扰类型

干扰主要包括同频、邻频及交调干扰。

当手机在服务小区中收到很强的同频或邻频干扰信号时，会引起误码率恶化，使手机无法准确解调邻近小区的BSIC码或不能正确接收移动台的测量报告。

干扰门限是同频载干比C/I≥9dB，邻频载干比C/A≥9dB，当干扰指标恶化超过该门限后，就会对网络中的通话造成干扰，使通话质量差，引起掉话。

3.2.2判断干扰方法

干扰可能是网外或网内的，存在于上行信号或下行信号中，我们可采用多种方法来定位干扰。

一般可采用：

（1）从话统上分析，找出可能受到干扰的地方。

（2）结合用户投诉，在可能受干扰的地方进行通话路测，检查下行干扰。

借助路测工具发现是否有接收信号电平强，但通话质量等级很差的地方。

还可用测试手机锁频拨打测试，观察是否在某个频点上受到干扰。

（3）检查频率规划，是否存在规划不当的地方而出现同邻频干扰。

（4）对可能存在干扰的频点进行调整，看是否能避开或降低干扰。

（5）排除设备方面的原因造成的干扰。

（6）通过以上方法仍不能很好的排除干扰，可使用频谱仪进行扫频，找出干扰频点，进一步查出干扰源。

具体的分析请参考案例，下面是话统中用于分析干扰的话统指标：

（1）分析话统中的干扰带观察上行干扰

如果有一个空闲信道出现在干扰带三、四、五中，一般就有干扰。

若是网内干扰，一般都会随着话务量的增大而增大，通常情况下若是网外干扰，与话务量增加没有关系，这里还需要说明干扰带是基站载频信道在空闲状态下通过射频资源指示消息向BSC上报的，表明了MS所占用的无线信道的上行特性，也就是上行信号的干扰程度。

若当前信道忙也难以上报资源指示消息，因此干扰带的统计也需要综合考虑话务量。

（2）接收电平性能测量（给出了电平与质量的矩阵关系）

这是一个针对载频的统计任务，如果高电平低质量的次数过多，说明该载频板的频点有同频或邻频干扰或网外干扰。

（3）质量差切换比例

小区性能测量/小区间切换性能测量，或出小区切换性能测量中，统计了各种原因引起的出切换尝试次数，如果质量差引起的切换次数过多，说明有干扰，而且上行质量差切换多，说明有上行干扰，下行过多说明有下行干扰。

（4）接收质量性能测量

针对载频，统计平均接收质量等级，作为参考。

（5）掉话性能测量

记录了掉话时的平均电平与质量，作为参考。

3.2.3干扰解决措施

针对网外和网内干扰采取不同的措施。

（1）进行实际路测，检查干扰路段和信号质量分布，分析是那些小区信号的重迭覆盖引起的干扰。

根据实际情况，通过调整相关小区的基站发射功率、天线倾角，或调整频点规划等避免干扰。

（2）使用不连续发射（DTX）、跳频技术、功率控制及分集技术。

通过这些措施可降低系统噪声，提高系统抗干扰的水平。

DTX分为上行DTX和下行DTX，可以减少发射的有效时间，从而降低系统的干扰电平。

但DTX必须结合实际周围无线环境与相邻小区的关系进行调整。

当手机接收信号不好时，使用DTX可能导致掉话。

由于DTX下行功能的开启，手机建立通话后，用户在通话时基站发射功率增强，而在通话间隙，基站会降低发射功率，这样一方面可以降低对其它基站的干扰，但是另一方面，如果基站周围存在干扰，下行信号的不连续发射将使通话质量恶化，当基站降低发射功率时，在一些接收电平相对较低而干扰信号较强的地方就容易引起通话质量下降甚至发生掉话现象。

（3）解决由设备自身问题产生的干扰（如：

载频板自激、天线互调干扰）。

3.2.4上行干扰引起的高掉话故障分析

某地区城区部分小区掉话严重，用户大量在这些小区有的时候通话质量很好，有的时候通话质量非常差，时常出现突然掉话的现象。

问题出现后，对小区的性能指标进行了分析。

发现这些小区掉话存在一个共同的规律，那就是一天之内在某个时段上掉话的次数非常高，而其它时段掉话并不高，同时这些小区绝大部分掉话是无线链路掉话。

而且每天掉话高峰时段也不尽相同。

并根据数学分析软件mintab得到掉话率和4、5级干扰比率之间的关系，如下：

图3-1掉话率和干扰比率关系图

通过此关系，我们得知干扰的确是造成掉话的直接原因。

通过对测量报告中干扰带的分析，发现干扰严重情况和掉话高峰时段的变化趋势比较吻合。

接下来对这些站点进行了连续几天的扫频测试，通过对扫频结果的分析找出外部干扰频段的范围。

对受到干扰的小区频点进行相应的调整，使其尽量避免使用干扰带内的频点。

并配合局方向巴基斯坦无委会提交报告，要求进行清频工作。

调整完成后，对问题小区