单基站移动系统的规划与设计.docx
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单基站移动系统的规划与设计
单基站移动系统的规划与设计
摘要
GSM基站在GSM网络中起着重要的作用，直接影响着GSM网络的通信质量。
改善移动基站的设计对成本关系重大，所以移动基站的设计与规划具有重要的意义。
本文研究了GSM系统的组成结构，根据用户需求对邵阳市移动的石头岭基站系统进行了设计，包括容量规划，覆盖设计和基站设备配置、选型等，通过分析该基站建设完成后的测试结果，说明本基站系统的设计基本符合用户需求。
关键字：
GSM；基站；用户需求；设计
TheplananddesignofSinglebasestation
mobilesystem
Abstract
TheGSMbasestationplaysanimportantroleintheGSMnetwork,directlyaffectsthequalityofGSMnetworkcommunication.Costtoimprovethedesignofthemobilebasestationstomatter,sothedesignofthemobilebasestationsandplanninghasimportantsignificance.
ThispaperstudiesthestructureofGSMsystem,accordingtotheuserrequirementsoftheShitoulingmobilebasestationinShaoyangCitytodesign,includingcapacityrules，coverdesignandthebasestationequipmentconfiguration,selection,etc.,throughtheanalysisofthebasestationafterthecompletionofthetestresults,andexplainsdesignofbasestationsysteminlinewithuserneeds.
KEYWORD：
GSM；Basestation；userrequirements；design
附件一开题报告
附件二英文译文与原文
1绪论
1.1课题背景及目的
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。
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，SM作为第二代数字蜂窝移动通信系统主流标准，于20世由于它具有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国内外研究状况和发展趋势
1.2.1国内外研究状况
移动通信是我国最具发展活力的产业之一。
1987年至2000年的十余年间，我国移动通信用户总数以年均100%增长速率迅猛发展，目前已拥有2.1亿用户，年产值约为2000亿人民币，其规模已超过占美国，成为世界上规模最大的电信市场。
据有关部门预测，2005年我国移动通信用户数将达到3.5亿，普及率将由现在的10%增加至20%。
与世界上移动通信普及率最高的国家相比，我国移动通信的发展潜力巨大。
GSM是占据我国移动通信市场绝大部分份额的移动通信技术，目前约占我国移动通信用户总数的97%。
2001年初，中国联通在全国范围内开始规模发展800MHzIS-95ACDMA网络。
根据其规划，至2001年CDMA网络容量将达到1400万，至2004年CDMA网络容量将达到4000万，用户数将达2800万。
与此同时，中国移动开始在全国主要城市部署支持分组数据业务的GSM,GPRS系统。
随着移动用户数的增加和人们物质生活水平的提高，以提供话音业务为主的传统GSM和CDMA技术已逐渐难以满足需求。
能够提供无线Internet业务和多媒体业务的第三代移动通信商用化已提上议事日程。
按照有关部门的计划，我国将于2003年底前完成第三代移动通信系统的技术试验，并于2004年开始第三代移动通信系统的商用化。
根据有关专家的预测，2010年第三代移动通信系统的市场规模将达到10000亿人民币。
与我国其它领域的研究状况类似，我国信息领域大型的研究计划基本处于相对比较封闭的状态。
一方面，由于体制方面的原因，位于国际一流水平的国外研究机构和生产厂商无法直接参与我国信息领域的大型科研计划。
另一方面，我国信息领域的大型研究计划常常无法直接与国际技术发展与标准化进程相衔接，参研人员走向国际舞台的程度不高，研究成果对国际主流技术发展的影响不够。
1.2.2发展趋势
随着第三代移动通信系统逐渐进入商用，国内外有关第四代移动通信的研究已初见端倪。
日本和韩国于2002年启动了面向第四代移动通信的MTIF和K4G研究计划。
欧盟在前期研究计划（第五框架研究计划）的基础上，成立了世界无线通信研究论坛（WWRF），着手进行“IMT2000”之后的第四代移动通信研究的概念、需求与基本框架研究，并将把第四代移动通信系统列入将于2003年启动的欧盟“第六框架研究计划”。
在我国，第四代移动通信已被正式列入国家八六三“十五”研究计划，已于近期启动。
BeyondIMT-2000是指广泛用于各种电信环境的无线系统的总和，包括蜂窝、固定无线接入、游牧（Nordic）接入系统等。
BeyondIMT-2000的能力将含盖并远远超出IMT-2000系统及与其进行互连的无线系统的能力，含盖了目前的IMT-2000、无线接入、数字广播等系统的能力，并将新增两个部分，即支持约100Mbps的蜂窝系统和支持高达1Gbps以上速率的游牧/本地无线接入系统等将于2002年6月完成，于2005/2006年进行频谱规划，2010年左右完成全球统一的标准化工作，2012年之后开始商用。
由上述可知，目前国际上有关第四代移动通信的研究还处于初期阶段，其基本需求、核心技术还处于萌芽阶段。
但较为明确的一点是，第四代移动通信的实用期定在2012年。
这符合移动通信技术每10年产生一代新体制的发展规律。
事实上，在一代移动通信技术开始走向商用时，启动更新一代移动通信技术的基础性研究已经成为国际惯例。
在国际上取得巨大成功的第二代移动通信标准GSM的发展始于80中期，当时第一代模拟移动通信刚刚在发达国家投入商用。
90年代初，欧洲的GSM、日本的PDC和美国的D-AMPS等技术已基本成熟，并开始进入市场。
国际上的有识之士，就于当时提出了面向2000年的全球统一的FPLMTS研究计划，并经过近10年的努力，形成了成为众所周知的第三代移动通信体制标准IMT-2000。
如同3G系统与2G系统之间的关系一样，4G系统不可能在一夜之间取代3G系统，更不可能跨越3G系统而直接投入应用。
制定一个全世界统一的4G标准需要耗费5至7年的时间，而现有的2G系统在未来的5至7年是无法满足日益增长的通信需求的。
无线局域网（WLAN）将作为蜂窝系统的补充，较好地应用于局部区域的覆盖，但由于其故有的碰撞检测与重发机制，在用户数极为密集的地区，频谱效率将急剧下降，也难以适用于多小区、快速移动环境下的全程业务覆盖。
此外现有的WLAN尚不具备功率控制功能，目前尚未能解决应用于手持终端时的功耗问题，等等。
从上述角度来说，3G系统是不可替代的。
从技术的角度来说，第四代移动通信应与IMT-2000以及目前制定之中的增强型3G标准有本质性的区别，其核心网络可以以演进形式发展，但空中接口应当是革命性的。
这是由于：
第一，数据业务将从从属地位上升为主导地位，其比例将从目前总流量的10-20%上升至总流量的80%以上，分组数据业务将占据成分，话音业务的比例将逐渐降低。
传统的蜂窝移动通信系统是以满足话音业务需求而设计的，3G所采用的直接扩频CDMA技术由于其捕获与同步方面的限制，很难直接应用于4G系统。
如果生搬硬套，将无法适应这一需求。
这意味着我们需运用全新的理念，设计全新的无线传输方法及其网络结构，最大程度地满足未来移动通信业务需求方面的变化。
事实上，从3G增强型标准的发展来看，这种趋势已经显现，时分技术被更多地采用，以适应分组数据的突发传输特性。
码分技术的作用则被弱化，更多地被应用于无线资源的聚类（Cluster）分配，而非传统意义上的用户码分配。
可以预见，OFDM以及多载波（MC）与TDMA和CDMA相结合的技术将是较具竞争力的空中接口技术。
第二，未来移动通信系统的峰值传输速率应为3G系统的10至50倍，达到20Mbps至100Mbps，在2GHz以上的传统蜂窝移动通信频段上无法满足这一要求，需要开发频率更高的无线资源。
由此所带来的问题是，电波的传输特性将更为恶劣，受天气以及物理环境的影响更大。
如果采用传统意义上的蜂窝移动通信技术，则发射功率需相应地增加十倍甚至上百倍，电磁兼容问题将变得无法容忍。
因此需要采用全新的小区结构解决此问题。
第三，可用于移动通信的频率资源是极为有限的，必需倍加珍惜，精心设计。
为在有限的频段上为用户提供更高的传输速率，需要采用全新的技术使整个系统的频谱利用率较现有的技术提高一个量级以上。
信息论的研究结果表明，采用多输入多输出（MIMO）的多天线技术可以使蜂窝通信的系统容量不加限制地提高，这为未来移动通信的技术发展指明了方向。
但在实际系统中，特别是在体积受限的移动终端上，如何实施MIMO有许多挑战性的理论与技术问题有待于研究。
可以预见，未来信号处理器以及专用集成电路的大幅提高，也将使一些较为复杂的技术，如联合发送、联合检测、Turbo接收等，在实现上成为可能。
第四，未来移动通信的峰值速率将达到100Mbps以上，但实际用户所需要的传输速率可能会在10kbps至100Mbps之间动态地变化。
为满足这一需求，未来移动通信的无线资源管理调配方式必须极为灵活，能够高效地适应这一变化。
对于4G核心网络，IP地址的个人化是未来移动通信的主要发展趋势之一，具有电信级QOS的IPv6将是未来的主要发展趋势，其主要原因之一是现有的IPv4不能提供足够的地址空间。
第四代移动通信的基本概念还处于研究阶段，目前还难以用准确地语言加以描述。
概括起来，未来的第四代移动通信应当具备以下基本特征：
业务：
无论何时何地，能够为终端用户提供“身临其境”的高分辨率业务。
网络：
能够使用无所不在的“空间分集”技术提供广域服务，对抗更高频段上的电波传输特性。
终端：
在体积受限的情况下，能够使用革命性的多天线技术，为用户提供高质量的无线通信服务。
基于以上考虑，我们认为4G蜂窝通信系统研究应具有以下基本特征：
1.基于IPv6核心网的互连互通；
2.地面网络承载与控制全程分离，符合全IP发展趋势；
3.支持个人可携带资源（MIP/M-EN）的全程漫游与切换；
4.无线网络对于核心网络透明，CC/MM位于核心网侧（无线接入用户与固定接入用户等同），RR/LL/PL全部位于接入层；
5.分类端到端QOS，实时业务的QOS优于现有电信级；
6.全新的基于时空联合处理、网络分集等新技术的蜂窝系统，发射能量较3G系统降低10dB以上；频率利用率较3G系统提高5至20倍，达到3-10Bits/Hz/s；
7.特别适合于分组突发业务的空中接口，峰值传输速率达到20-100Mbps，可灵活调配无线资源，适用于大动态范围（10kbps-100Mbps）业务与区域性的无线接入系统和自组织网络的无缝联接等。
1.3课题研究方法
通过在一些通信运营商中的实习和在学校理科楼通信实验室中的学习，了解并熟悉整个通信系统的整体结构以及各种设备在系统中发挥的作用，然后根据实习和学习中所学到的东西，画出需要设计的单基站通信系统的整体结构图，然后根据整体结构图为通信系统中的各种设备选型。
多上网查找关于移动通信基站的相关资料，针对基站的覆盖范围，多了解天线的相关参数和计算公式。
1.4论文构成及研究内容
该论文主要是对移动通信理论的学习和应用，利用移动通信专业理论，对简单的移动通信系统进行设计，有利于学生全面地、灵活地、综合地将所学专业课程应用于实际系统的设计，能有效地学习和掌握实际通信系统的工作原理和设备组成。
该论文涉及到移动单基站GSM和3G系统共站的整体结构。
论文研究的内容主要涉及到移动通信系统的构成，天馈系统的设计，核心网和传输网的设计，以及各设备在整个网络中所发挥的作用。
2单基站移动系统的结构和组成原理
GSM全名为“GlobalSystemforMobileCommunication”，全球数字移动通信系统。
GSM最初是北欧邮政及电信组织于1982年向欧洲邮政电信组织（CEPT）所提出之一欧洲通讯系统，而由欧洲电信标准所（ETSI）负责制定GSM的使用标准及规格，包括了采用数字时分多址（TDMA）等技术。
直至1991年，GSM系统才正式在市场上推出。
由于GSM系统拥有许多技术上的优点，因此在推出后，很快地被世界上许多国家所采用，截至目前为主，GSM以被一百多个国家和地区，总共超过两百多个以上的移动电话业者所采用，并持续增加中。
原先的GSM标准只包括900MHz（即GSM900），而后基于系统容量上的需求，又增加了对1800MHz（即GSMl800或DCSl800）及1900MHz（即GSMl900）两个频段的使用规范。
在GSM标准中将一个提供GSM服务的网络称为公众移动电话网络（PublicLandMobileNetwork:
PLMN）。
一个典型的PLMN包含了下列五个要素：
（1）移动电话（MobileStation，MS）MS是移动电话使用者用以与系统沟通的媒介。
MS不单指手机，亦包含了移动电话业者提供的用户识别卡（SIM）。
（2）基地台系统（BaseStationSystem，BSS）移动电话利用无线电频率与系统中的基地台（BaseTransceiverStation。
BTS）联络，基地台透过基地台控制器（BasestationController，BSC）将无线讯号传递／传送至系统，简而言之，BTS负责系统与手机间的无线电波发送与接收，而BSC则负责管理及控制基地台。
BTS与BSC合称为基地台系统（BSS）。
（3）移动服务交换中心（Mobile—servicesSwitchingCenter）-简称交换机，为网络的核心，负责控制整个网络的话务，及所有通话的交换，也是系统与其它外部网络连结的介面。
（4）资料库（Database）-GSM系统中最主要的两个资料库为本地位置寄存器（HomeLocationRegister，HLR）及访客位置寄存器（VisitorLocationRegister，VLR）。
HLR资料库中储存了所有网络注册用户的资料，如手机所在位置、注册使用的服务等。
VLR则只储存了在其负责区域内所有注册用户的资料。
其它如认证中心（AuthenticationCenter，AUC）、装置识别器（EquipmentIdentificationRegister，EIR）等也都属于GSM网络的资料库。
（5）网络维护运营中心（Operationand8aintenanceCenter，OMC）或称网络管理中心，负责监控整个移动电话网络，包括警讯处理，问题解决，及维持系统的正常运作。
移动通信系统主要是由交换网路子系统（NSS）、无线基站子系统（BSS）和移动台（MS）三大部分组成。
具体结构如下图2-1所示：
图2-1GSM系统结构图
GSM基站在GSM网络中起着重要的作用，直接影响着GSM网络的通信质量。
GSM基站是一种技术要求较高的产品，最初的基站设备基本都是一些国外的产品。
随着我国一些高科技电信企业在移动通信领域的不断深入，一些国内的电信企业如大唐、广州金鹏等公司也生产出多种型号的基站。
GSM赋予基站的无线组网特性使基站的实现形式可以多种多样-宏蜂窝、微蜂窝、微微蜂窝及室内、室外型基站，无线频率资源的限制又使人们更充分地发展着基站的不同应用形式来增强覆盖，吸收话务一远端TRX、分布天线系统、光纤分路系统、直放站。
蜂窝移动通信系统主要是由交换网路子系统（NSS）、无线基站子系统BSS和移动台（MS）三大部分组成。
其中NSS与BSS之间的接口为“A”接口，BSS与MS之间的接口为“Um”接口，即空中接口。
2.1交换网路子系统（NSS）
交换网路子系统由MSC、VLR、AUC及EIR构成。
MSC：
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。
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。
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。
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。
2.2基站子系统
基站子系统（BSS）是移动通信系统中与无线蜂窝网络关系最直接的基本组成部分。
在整个移动网络中基站主要起中继作用。
基站与基站之间采用无线信道连接，负责无线发送、接收和无线资源管理。
而主基站与移动交换中心（MSC）之间常采用有线信道连接，实现移动用户之间或移动用户与固定用户之间的通信连接。
说得更通俗一点，基站之间主要负责手机信号的接收和发送，把收集到的信号简单处理之后再传送到移动交换中心，通过交换机等设备的处理，再传送给终端用户，也就实现了无线用户的通信功能。
所以基站系统能直接影响到手机信号接收和通话质量的好坏。
一个基站的选择，需从性能、配套、兼容性及使用要求等各方面综合考虑，其中特别注意的是基站设各必须与移动交换中心相兼容或配套，这样才能取得较好的通信效果。
基站子系统主要包括两类设备：
基站收发台（BTS）和基站控制器（BSC）。
大家常看到房顶上高高的天线。
就是基站收发台的一部分。
一个完整的基站收发台包括无线发射／接收设备、天线和所有无线接口特有的信号处理部分。
基站收发台可看作一个无线调制解调器，负责移动信号的接收、发送处理。
一般情况下在某个区域内，多个子基站和收发台相互组成一个蜂窝状的网络，通过控制收发台与收发台之间的信号相互传送和接收来达到移动通信信号的传送，这个范围内的地区也就是我们常说的网络覆盖面。
如果没有了收发台，那就不可能完成手机信号的发送和接收。
基站收发台不能覆盖的地区也就是手机信号的盲区。
所以基站收发台发射和接收信号的范围直接关系到网络信号的好坏以及手机是否能在这个区域内正常使用”。
基站收发台在基站控制器的控制下，完成基站的控制与无线信道之间的转换，实现手机通信信号的收发与移动平台之间通过空中无线传输及相关的控制功能。
收发台可对每个用户的无线信号进行解码和发送。
基站使用的天线分为发射天线和接收天线．且有全向和定向之分，一般可有下列三种配置方式：
发全向、收全向方式：
发全向、收定向方式：
发定向、收定向方式。
从字面上我们就可以理解每种方式的不同，发全向主要负责全方位的信号发送；收全向自然就是个方位的接收信号了；定向的意思就是只朝一个固定的角度进行发送和接收。
一般情况下，频道数较少的基站（如位于郊区）常采用发全向、收全向方式，而频道数较多的基站采用发全向、收定向的方式，且基站的建立也比郊区更为密集。
由于信号传输到基站时可能比较弱，并且有一定的信号干扰，所以要经预选器模块滤波和放大，进行双重变频、放大和鉴频处理。
输入的高频信号经放大后送入第一变频器，由变频器提供的第一本机振荡信号下变频后，产生第一中频信号。
第一中频信号经放大、滤波、混频后，产生第二中频信号，它经过放大、滤波后送到中频集成块。
由中频集成块（包含第二中频信号放大器、限幅器和鉴频器）产生的音频输出信号和接收信号强度指示信号（RSSI）送到音频／控制板，在音频信号控制板内，由分集开关不断地比较奇数和偶数信号，并选择其中的较强信号，通过音频电路传送到移动控制中心去。
基站发射机工作原理是：
把由频率合成器提供的载频信号与已调信号，分别经滤波进入双平衡变频器，并获得射频信号，此射频信号再经滤波和放大后进入驱动级。
驱动级的输出功率约2．4w，然后加到功率放大器模块。
功率控制电路采用负反馈技术自动调整前置驱动级或推动级的输出功率以使驱动级的输出功率保持在额定值上。
也就是把接收到的信号加以稳定再发送出去，这样可有效地减少或避免通信信号在无线传输中的损失，保证用户的通信质量。
功率放大器模块的作用是把信号放大到10W，不过这也依据实际情况而定，如果小区发射信号半径较大，也可采用25W或40W的功放模块，以增强信号的发送半径。
基站控制器包括无线收发信机、天线和有关的信号处理电路等，是基站子系统的控制部分。
主要包括以下四个部件：
小区控制器（CSC）、话音信道控制器（VCC）、信令信道控制器（SCC）和用于扩充的多路端接口（EMPI）。
一个基站控制器通常控制几个基站收发台，通过收发台和移动台的远端命令，基站控制器负责所有的移动通信接口管理，主要是无线信道的分配、释放和管理。
当你使用移动电话时，它负责为你打开一个信号通道，通话结束时它又把这个信道关闭，留给其他人使用。
除此之外，还对本控制区内移动台的越区切换进行控制。
如你在使用手机时跨入另一个基站的信号收发范围时，控制器又负责在另一个基站之间相互切换，并保持始终与移动交换中心的连接。
GSM系统越区时采用切换方式，即当用户到达小区边界时，手机会先与原来的基站切断联系，然后再与新的服务小区的基站建立联系，当新的服务小区繁忙时，不能提供通话信道，这时就会发生掉线的现象。
因此，用户在使用手机通话时，应尽量避免在四角盲区使用，以减少通话掉线的机率。
控制器的核心是交换网络和公共处理器（CPR）。
公共处理器对控制器内部各模块进行控制管理，
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