GSM网络的干扰分析及解决对策.docx

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GSM网络的干扰分析及解决对策

概论

一、GSM数字移动通信系统原理

1.1无线电波传播理论

1.2系统总体结构

1.3无线空中接口及协议

1.4数字微蜂窝的概念

1.5频率的配置及规划与干扰的联系

二、天馈线系统简介

2.1天线的分类与覆盖要求

2.2天线的工作原理

2.3天线的重要技术特性

2.4天线的分集技术与抗干扰的关系

2.5天线波瓣宽度与增益之间的关系

三、GSM系统网络干扰分析与解决对策

3.1无线干扰的分类

3.2无线干扰产生的原因

3.3几种常见抗干扰技术的介绍

3.4实际干扰情况的分析与处理

3.5未来系统间无线干扰的预测与解决对策

四、干扰问题案例分析

五、总结

概论

随着移动通信的普及，GSM系统已经成为最成熟的第二代移动通信系统，全球绝大多数移动运营商都采用了这种系统。

预计到2008年底，总户数将达到10亿，占全球移动通信用户中枢的84%。

同事随着GPRS的开通和大力发展，GSM系统已经平滑过渡到2.5G移动系统，而且有85%的GSM移动通信运营商选择GSM-GPRS-EDGE-3G的发展道路。

近年来，在市场需求的驱动下，移动网络不断扩容，网络的规划也一再随之调整，由于各方面的原因，导致现有网络均存在一些质量问题，而最明显的体现就是无线网络干扰。

GSM移动通信系统是一个干扰受限系统，无线干扰将引起误码率增加，使通话的语音质量下降，数据传输时的差错增加；干扰严重时，甚至使无线信道由于干扰电平达到门限值而闭塞，引起频率资源的浪费，是影响无线网络掉话率、接通率等系统指标的重要因素。

一、GSM数字移动通信系统原理

移动通信中通信双方至少有一方是处于移动中，而移动体之间的通信只能依靠无限电波来传输，因此无线通信是指利用电磁波的辐射和传播，经过空间传播的通信方式。

1.1无线电波传播理论

1.1.1陆地移动通信的特点

1.移动台的天线比较低

由于无线传播路径总是受到地形及人为环境的影响，移动台的天线又总是处在各种地形环境和复杂的人为建筑、树林中，这使的移动台接收的信号为大量的散射、反射信号的叠加。

2.移动台的移动性

移动无线传播面临的是随时变化、复杂的环境。

移动台总是在移动，而且即使移动台不移动，周围环境也一直在变化，如人、车的移动等这使得基站与移动台之间的传播路径不断变化。

此外，移动台相对与基站的移动方向、速度的不同，都会导致接收信号电平的变化。

3.信号电平随即变化

由于移动台的移动性导致传播参数随机变化，引起接收场强的快速变化，信号电平随时间和位置的变化而变化，因此只能用随机过程的概率分布来描述。

4.在城市环境中存在波导效应

由于街道两旁高大的建筑物导致的波导效应，使得沿传播方向的街道上的信号增强，垂直与传播方向的街道上的信号减弱，两者相差达到10dB左右。

5.人为噪声现象严重

人为噪声主要是机动车的点火噪声、电力线噪声和工业噪声等。

6．干扰现象严重

比较常见的有同频干扰、邻频干扰，还有交调干扰、远近效应等。

随着频率复用系数的提高，同邻频干扰将成为网络干扰的主要因素。

1.1.2信号在无线链路上的衰落

当移动台与基站的距离增加时，接收到的信号会越来越弱，原因是发生了路径损耗。

路径损耗不仅与载波频率、传播速度有关，而且还与传播地形和地貌有关。

1.自由空间信号强度的传播衰落

自由空间是相对于介电参数和相对导磁率均为一的均匀介质所在的空间。

它是一个理想的无限大的空间，是为了简化问题的研究而提出的一种科学的抽象。

在自由空间的衰落我们不考虑其他的衰落影响,仅考虑由能量的散射而引起的损耗。

该衰落符合以下公式的规律：

Pr=Pt×（λ/4Лd）²G1G2

式中：

Pr——接收机的接收功率；

Pt——发射机的发射功率（单位W或mW）;

λ——波长（即c/f）;

d——接收机和发射机之间的距离；

G1——发射机的天线增益；

G2——接收机的天线增益；

从公式中可以看出，如果保持其他参数不变仅使工作频率f和传播距离d增高一倍，则接收功率为发射功率的四分之一，即自由空间的传输损耗就增加了6dB。

然而在实际中，电波还要受到诸如平地面、反射、曲率地面的绕射以及地面上覆盖物等产生的传输损耗。

因而需要采用更为复杂的模型。

1.1.3传播模型

常见的统计型模型有Okumura/Hata模型、Cost-231-Walfish-Ikegami模型。

1．Okumura/Hata模型

1）适用条件

当符合以下条件可以考虑适用该模型：

GSM900频段，基站天线有效高度30~200m，移动太天线高度1~10m，通信距离为1~20km，地形为城区、郊区、开阔地、丘陵、山地、水域等。

2）基本模型公式

（1）市区

（2）郊区（准光滑地面）

（农村）

（3）开阔区（准光滑地面）

（准光滑地面市区）

式中：

为移动台和与它相隔一个障碍的障碍（或基台）之间的路径长度（km）;

为

路径段的基本传输损耗。

为第i重主障碍的绕射损耗。

2．Cost-231-Walfish-Ikegami模型

1）适用条件

（1）可选频段：

GSM900/1800

（2）允许移动台天线高度为1~10m

（3）通信距离为20~50km

2）基本公式

（1）视线通畅情况

Lb=42.6+26Lgd+20Lgf

（2）非视线通畅情况

Lb=Lo+Lns+Lmsd

Lo——自由空间传输损耗

Lmsd——多重屏障的传输损耗

Lns——屋顶至街道的绕射及散射损耗

1.2GSM系统总体结构

一套完整的GSM蜂窝移动通信系统主要有交换网络子系统（NSS）、基站子系统（BSS）、操作维护子系统（OSS）、移动台（MS）4大子系统构成。

MS

BSS

NSS

1.2.1交换网络子系统（NSS）

网络与交换子系统包括实现GSM的主要交换功能的交换中心以及管理用户数据和移动性所需的数据库，也称为交换子系统。

NSS可分为如下几个功能单元：

1．MSC移动业务交换中心

MSC是网络的核心，它完成最基本的交换功能，即实现移动用户与其他网络用户之间的通信连接。

为此，它提供面向系统其他功能实体的接口、到其他网络的接口以及与其他MSC互连的接口。

MSC从HLR、VLR、AUC这三种数据库中取得处理用户呼叫请求所需的全部数据，同时这三个数据库也会根据MSC最新信息进行自我更新。

在容量较大的通信网内，一个NSS可以包括若干个MSC、HLR、VLR，在建立固定网用户与GSM移动用户之间的呼叫时，呼叫往往首先被接到入口MSC（GMSC），再由入口MSC负责获取位置信息然后进行接续。

GMSC具有与固定网和其他NSS实体互通的接口，也就是我们通常所说的关口局。

2．拜访位置寄存器VLR

VLR存储进入其覆盖区域内的所有用户的全部相关信息，为已经登记的移动用户提供建立呼叫接续的必要条件。

VLR是一个动态数据库，需要随时与有关的HLR进行大量的数据交换以保证数据的有效性。

当用户离开其覆盖区域时，用户的相关信息将被删除。

3．归属位置寄存器HLR

HLR是系统的中央数据库，存放与用户有关的所有信息，包括用户的漫游权限、基本业务、补充业务及当前位置信息等，从而为MSC提供建立呼叫所需的路由信息等相关数据。

一个HLR可以覆盖几个移动交换区域甚至整个移动网。

4．鉴权中心AUC

AUC存储用户的鉴权和加密信息，用以保护用户在系统中的合法地位不受侵犯。

在物理上AUC与HLR共存。

1.2.2操作与维护子系统（OSS）

OSS是操作人员与系统设备之间的中介，它实现了系统的集中操作与维护，完成包括移动用户管理、移动设备管理以及网络操作维护等功能。

它的一侧与设备相连（但不包括与BTS相连）另一侧由作为人――机接口的计算机工作站组成。

这些专门用于操作维护的设备被称为操作维护中心OMC。

OMC由两个功能单元构成。

OMC-S（操作维护中心－系统部分）用于MSC、HLR、VLR等交换子系统各功能单元的维护与操作。

OMC-R（操作维护中心－无线部分）用于实现整个BSS系统的操作与维护。

1.2.3基站子系统（BSS）

基站子系统包括了GSM数字移动通信系统中无线通信部分的所有基础设施，它通过无线接口（Um口）直接与移动台实现通信连接，同时又通过A接口连到网络端的交换机，为移动台和交换机提供传输通路。

BSS系统由两个基本部分组成：

通过无线接口与移动台一侧相连的基站收发信机（BTS）和与交换机一侧相连的基站控制器（BSC），BTS与BSC间通过Abis口相连接。

从功能上看，BTS主要负责无线传输，在网络的固定部分和无线部分之间提供中继；BSC主要负责控制和管理，BSC通过BTS和移动台的远端命令管理所有的无线接口，进行无线信道的分配、释放以及越区信道切换管理等，起着BSS系统中交换设备的作用。

1.2.4移动台（MS）

移动台是整个系统中直接由用户使用的设备。

在GSM系统中，物理设备与移动用户是相互独立的，用户的所有信息都存储在SIM卡上，包括国际移动用户识别码IMSI等，系统中的任何一个移动台都可以利用SIM卡来识别用户，由网络来进行相关的认证，保证使用移动网的是合法用户。

1.3无线空中接口及相关协议

GSM系统在制定技术规范时就对其子系统之间及各功能实体之间的接口和协议作了比较具体的定义，使不同供应商提供的GSM系统基础设备能够符合统一的GSM技术规范而达到互通、组网的目的。

为使GSM系统实现国际漫游功能和在业务上迈入面向ISDN的数据通信业务，GSM系统的公用陆地移动通信网的信令系统是以7号信令网路为基础的。

1.3.1主要接口

GSM系统的主要接口是指A接口、Abis接口和Um接口，如下图所示：

Um接口Abis接口A接口

MSBTSBSCMSC

MSBTSBSCMSC

BSS

1.A接口

A接口定义为NSS与BSS之间的通信接口，从系统的功能实体来说，就是MSC与BSC之间的互连接口，其物理链接通过采用标准的2.048Mb/s的PCM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。

2.Abis接口

Abis接口定义为BSC与BTS之间的通信接口，用于BTS与BSC之间的远端互连方式，物理链接通过采用标准的2.048Mb/s或64kb/s的PCM数字传输链路来实现。

3.Um接口（空中接口）

Um接口定义为MS与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。

其物理链接通过无线链路实现。

此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。

1.3.2接口协议

GSM系统各功能实体之间的接口定义明确，同样GSM规范对各接口所使用的分层协议也作了详细的定义。

为完成GSM系统的全部通信和管理功能建立起有效的信息传送通道，不同的接口可能采用不同形式的物理链路，完成各自特定的功能，传送各自特定的消息，这些都由相应的信令协议来实现。

GSM协议在其结构上分为三层：

1）信号层１：

物理层

2）信号层２：

数据链路层，在MS和BTS之间建立可靠的专用数据链路LAPDm。

3）信号层３：

实际负责控制和管理的协议层

系统主要接口的协议分层示意图：

CM：

接续管理　　BTSM：

BTS的管理部分　MTP：

信息传递部分MM：

移动性管理　

Um：

MS与BTS的接口　MSC：

移动业务交换中心RR：

无线资源管理　SCCP：

信令连接控制部分

L1-L3：

信号层1-3　　BSSMAP：

基站子系统移动应用部分LAPDm：

ISDN的Dm数据链路协议

1.4数字蜂窝网的介绍

第一代模拟通信系统向第二代数字移动通信