GSM网络优化的一些基础知识.docx

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GSM网络优化的一些基础知识

跳频技术在GSM网络中的应用--

随着数字移动通信网络的飞速发展，移动用户的急剧增加，网络中单位面积的话务量也在不断地增加。

在某些城市的市中心等繁华地段，在忙时甚至出现严重的话务拥塞情况，面对日益增长的话务需求，需要对网络进行扩容以满足容量和覆盖的要求。

　　对于网络扩容，通常我们可以采用以下几种方法：

小区分裂、增加新的频段、提高频率复用度来增加每个小区配置等方法。

很显然在网络建设的初期通常采用小区分裂，通过不断增加新的基站（宏蜂窝和微蜂窝基站）来达到扩容的目 的，但是随着站距的不断接近，网络的干扰也在不断的增加，因此当宏蜂窝基站的站距达到一定程度之后就很难在网络中增加新的基站。

在这种情况下就采用在GSM900网络的基础上引入DCS1800网络，通过引入这一新的频段来解决网络瓶颈问题，这也是我们现在所看到中国移动和联通公司现在所采用的DCS双频网络。

但是由于GSM900／DCS1800频段有限而且各个运营商所分配到的频率资源不同，而且考虑到引入双频网的成本很高，因此可以考虑通过在现有的GSM900单频网络或在引入DCS1800的双频网络中通过提高频率复用度，增加单位面积的容量配置来达到节省网络成本和提高容量的目的。

通过引入跳频、功率控制、不连续发射等无线链路控制技术来达到扩容的目的。

一、跳频系统的特点及使用

     跳频是指载波频率在很宽频带范围内按某种图案（序列）进行跳变。

信息数据D经信息调制成带宽为Bd的基带信号后，进入载波调制。

载波频率受伪随机码发生器控制，在带宽Bss（Bss＞＞Bd）的频带内随机跳变，实现基带信号带宽Bd扩展到发射信号使用的带宽Bss的频普扩展。

可变频率合成器受伪随机序列（跳频序列）控制，使载波频率随跳频序列的序列值改变而改变，因此载波调制又被称为扩频调制。

GSM的无线接口使用了慢速跳频，其要点是按固定间隔改变一个信道使用的频率。

系统使用慢速跳频（SFH），每秒跳频217次，传输频率在一个突发脉冲传输期间保持一定。

    跳频系统具有以下优点：

能大大提高通信系统抗干扰、抗衰落的能力；能多址工作而尽量不互相干扰；不存在直接扩频通信系统的远近效应问题，即可以减少近端强信号干扰远端弱信号的问题；跳频系统的抗干扰性严格说是“躲避”式的，外部干扰的频率改变跟不上跳频系统的频率改变 。

　　在GSM数字蜂窝系统中，跳频技术可以提高抗衰落、抗干扰能力。

跳频技术对于静态或慢速移动的移动台具有很好的抗衰落效果，而对于快速移动的移动台由于同一信道的两个连接的突发脉冲序列其位置差已足以使它们与瑞利变化不相关，因此跳频增益很小，这就是跳频所具有的频率分集。

由于跳频时频率在不停的变化，频率的干扰是瞬时的，因此跳频具有干扰分集。

    1．GSM网络质量评估　　

    在GSM数字蜂窝系统中，由于存在着频率复用，因此必然存在着同频和邻频干扰，同邻干扰强度决定着话音质量。

在我们通话过程中，通常遇到的话音辨别不清，时断时续等情况很大程度上存在着干扰，根据GSM规范为了保证网络质量，需要定义相应的同频干扰和邻频干扰保护值，因此在实际网络设计中，需要根据该保护值来设计网络。

    在非跳频网络中表示网络干扰程度的C／I和BER（比特误码率），FER（帧误码率）的关系是唯一的，并且是独立于系统的负载率。

但是引入跳频技术后，我们发现某一C／I值所对应的RXQUAL值和非跳频网络是相似的，但在解码后所得到的误码率和帧删除率主要依赖于跳频数量的多少和系统负载情况，因此在跳频网络仅仅用C／I或QXQUAL来评估跳频网络是不够的。

在跳频网络解码后的误码率和帧删除率的指标才能衡量网络的质量。

    作为衡量网络中语音话务信道的好坏，我们通常用在服务区域内至少90％的语音话务信道的FER2％表示较好的质量。

从相关模拟结果知道跳频技术降低了C／I的要求，但同时却提高了话音质量，而话音质量的提高在一定程度上提高了系统的容量。

    2．跳频增益及频率复用考虑　　

　　模拟结果表明，跳频增益的大小很大程度上取决于跳频数量的多少，跳频数量越多其跳频增益越大，而跳频数量越少，相应的跳频增益越少。

但模拟结果同时表明，当跳频数量达到一定程度后，由于跳频数的增加引起的跳频增益的增加是有限的。

因此在实际网络规划时要充分考虑跳频数量和跳频增益的对应关系。

　　对于一定频段、一定配置的实际网络，在引入跳频技术后，我们需要确定采用某一频率复用度来规划。

模拟结果表明，频段的大小以及网络结构的差别在很大程度上影响着频率复用度的采用。

在实际网络中我们通常采用1x1、1x3等频率复用度来规划网络。

    3．跳频系统规划的考虑　

　　GSM系统存在着二种跳频系统即基带跳频和射频跳频，在现有的网络中这二种跳频技术都得到了广泛的应用。

由于基带跳频是基于现有网络的频率规划，因此实施起来相对容易，而对于射频跳频需要对现有网络重新进行规划。

    在GSM系统无论对基带跳频还是射频跳频都需要定义相应的跳频序列，总共有64种不同的跳频序列，其中0表示循环跳频，1～63表示随机跳频，跳频序列选用伪随机序列，对它的描述主要有两个参数：

移动分配指数偏置MAIO和跳频序列号HSN。

通过对同一小区和不同小区的载频MAIO和HSN的定义可以避免同频道和邻频道的干扰，当然具体如何去定义这些参数跟频率复用系数的采用是有关的。

二、跳频技术在现有网络中的应用　　

    由于跳频技术具有的种种优点，特别是引入跳频后能减少干扰，提高网络质量；通过跳频等相关无线链路控制技术的应用，可以极大地提高频率复用度，从而达到提高容量的目的；同时，由于使用了跳频，也大大降低了频率规划的工作量，跳频技术在实际中的应用日益广泛。

现以MOTOROLA公司的GSM 900 设备为例，简述跳频技术在福建联通网络的实际应用。

    1．跳频使用情况

    福建联通从五期工程开始，在福州、厦门、泉州、漳州、莆田等话务量较高的地方使用了跳频。

由于MOTOROLA  设备使用的是射频跳频（合成器跳频），因此网络需重新作频率规划。

联通使用的频点是909.201MHz~914.801MHz，其中96作为与中国移动的隔离频点。

引入跳频后，MOTOROLA公司要求的最少跳频频点为6个，实际使用中联通使用了12个频点，即97~108，109作为保护频点，110~124作为广播信道（加控制信道与话务信道）。

使用跳频后，广播信道所在的载频不跳频。

MOTOROLA 网络规划中，BCCH采用4*3复用，跳频采用1*3复用。

    2．使用跳频前的准备工作

    引入跳频前，需对现有网络作相应准备工作，主要包括：

提高网络覆盖、避免出现越区覆盖、控制网络干扰。

相应解决办法：

网络规划时设点应认真考虑，尽量减少盲区；适当选用天线类型，控制天线高度及方位角；每次网络扩展割接后，应适时调整天线俯仰角，做好网络优化。

通过以上解决方法减少了小区间的相互干扰，避免了因为切换质量不佳而引起的掉话。

    3．跳频的实施及优化工作

    在做好跳频各项准备工作的基础下，接下去便是做好相应的网络规划，准备实施跳频割接。

频点的使用情况前面已介绍过,MOTOROLA设备中BCCH不使用跳频。

整个网络规划中,不同的基站使用不同的跳频序列号（HSN）,数值可取1~ 63（0为循环序列）,相邻基站使用的HSN不相邻。

不同小区使用不同的移动分配指针偏移（MAIO）,在MOTOROLA数据库中,MAIO不作为一独立参数设置,而是在配置载频收发功能（RTF）时一起定义。

在设置HSN与MAIO时,MOTOROLA的基站数据库可避免同基站同频,而同一基站的不同小区之间可避免邻频。

为更准确的表示对话网信道的质量评估,MOTOROLA的工程师引入了碰撞率这一概念,即Same-ARFCN* Interferer –TCH-DRCU

    Hit Rate=Server-MA-SIZE * Interferer-MA-Size

    其中  Same-ARFCN为12

    Interferere-TCH-DRCU为1或2 （具体视扇区配置）

    Server-MA-Size跳频区域为12，不跳频区域为28

    Interferer-MA-Size为12。

    有了以上公式,我们可以测算出,两个使用了跳频配置均为3的相邻扇区之间的碰撞率

         12×2

    为Hit Rate=            ×100% =16.7%

           12×12

    而在跳频与不使用跳频交界处,同样是两个配置均为3的相邻扇区之间（跳频扇区对不跳频扇区）的碰撞率为：

           12×2

    Hit Rate=            ×100% =7.1%

           28×12

    （注:

此种情况下,Hit Rate A←B≠ Hit Rate B←A）

    经过实际测算及结合实践,MOTOROL的工程师们得出了碰撞率大于17%时,服务区域内C/I、FER基本符合要求,即服务区域内至少90%的语音话务信道帧误码率小于2%。

由此可以得知,联通所采用MA=12的方式基本符合要求。

而在目前的实际应用中,3/3/3的基站也只是在福州、厦门的一些繁华路段才较集中,且其中的一部分区域实际也以微蜂窝（或微蜂窝+功放）或室内分布系统的形式来吸收话务量。

    根据全网频率规划并作好相关数据，在实施完跳频割接后，接下去便是优化工作。

优化工作主要包括三方面：

1、切换2、功率控制3、数据库中其他一些相关参数的修改。

在跳频系统中，帧误码率能正确反映话音质量，而手机接收质量是切换与功率控制的基础，当然，手机接收电平及干扰电平也必须予以考虑。

实际使用中跳频通话的切换门限应高于不跳频的通话。

另外，因上/下行干扰超限也会引起同一基站不同小区之间的切换。

当手机接收电平高于-70dbm（数据库定义）时，切换至同一小区的不同载频；而当接收电平低于-70dbm（大于-95dbm）时则切换至同一基站的不同小区。

功率控制方面，跳频通话的功率控制门限亦高于不跳频的通话。

另外，跳频中引入了快速功率下降控制，可使手机发射的功率在接通后迅速降低（比一般阶梯式下降快），但通话质量依旧保持良好。

其他参数的修改，包括对HSN、MAIO等数据库参数进行的一系列修改，降低了射频损失率、掉话率，降低了小区间干扰电平值，提高系统呼叫建立成功率、接通率等，使系统达到较好的网络质量，具体不再一一叙述。

以上是跳频实际使用中的一点体会。

当然，不同厂商、不同运营商因设备类型，应用条件不同也会有一些差别。

一些小问题集锦

1.在路测的过程中，经常由于被叫手机做位置更新造成呼叫失败，请问各位高手有什么好的解决办法吗?

答：

位置更新造成的无法接通在GSM中无法避免，只能将LAC区边界划分到用户较少的地区，如河流等。

被叫做位置更新时，需占用SDCCH（约3.5秒）故无法接通。

2.切换失败的原因?

答：

同频同BSIC引起的；目标小区拥塞引起的；硬件故障引起的，邻区不全也是原因之一

补充几点：

1，同频不同bsic，但bsic中的BCC如果一致也会起到和同频同bsic一样的结果

  2，如果在邻区设置为none-syn时，t3124期间内没有收到physicalinfo会被认为切换失败，如果收到此信息，t3124停止后，在时间t200*（n200+1）内没有收到下行ua-rsp也会切换失败，如果邻区设为sync时，直接进入L2层计时，即T200*（N200+1）计时。

 3，如果邻区由于某种原因（如载频坏掉）不能工作，其他具有与此邻区同频同bsic站信号覆盖过来（但并不在此服务小区的邻区列表中）导致无法切换

 4，手机可能出现解码错误，如measurementreport中上报的最强6个小区排序错误。

 5，上下行不平衡，可能下行信号很强，但由于某种原因（如在直放站覆盖区内）可能上行信号无法到达基站，导致切换失败

这里面说的参数和timer都是规范规定的，与设备无关，只是none-sync的叫法可能不同厂家不同，这里说的是moto的叫法。

none-sync就是所谓的非同步切换，一般不同基站小区间切换是非同步的，相同基站的是同步切换，这个是在定义neighbor时定义的。

t3124是指在手机发送handoveraccess这个burst直到收到physicalinformation这段的timer

T  200，N200都是L2层lapdm协议的参数，是标准的

T200定时器是防止数据链路层数据发送过程死锁的定时器，数据链路层的作用就是将容易出差错的物理链路改造成顺序的无差错的数据链路。

在这个数据链路两端通讯的实体采用确认重发的机制。

也就是说，每发送一个消息都要对端确认收到。

在不可知的情况下，如果这条消息丢失，会出现双方都等待的情况，此时系统死锁。

因此，在发送一方要设立定时器，当定时器溢出，发方认为收方没有收到消息，就会重新发送。

重发的次数由N200决定。

除此之外还有如果N

3.概念辨析：

dBm,dBi,dBd,dB,dBc,dBuV

1、 dBm

dBm是一个考征功率绝对值的值，计算公式为：

10lgP（功率值/1mw）。

[例1]如果发射功率P为1mw，折算为dBm后为0dBm。

[例2]对于40W的功率，按dBm单位进行折算后的值应为：

10lg（40W/1mw）=10lg（40000）=10lg4+10lg10+10lg1000=46dBm。

2、dBi和dBd

dBi和dBd是考征增益的值（功率增益），两者都是一个相对值，但参考基准不一样。

dBi的参考基准为全方向性天线，dBd的参考基准为偶极子，所以两者略有不同。

一般认为，表示同一个增益，用dBi表示出来比用dBd表示出来要大2.15。

[例3]对于一面增益为16dBd的天线，其增益折算成单位为dBi时，则为18.15dBi（一般忽略小数位，为18dBi）。

[例4]0dBd=2.15dBi。

[例5]GSM900天线增益可以为13dBd（15dBi），GSM1800天线增益可以为15dBd（17dBi）。

3、dB

dB是一个表征相对值的值，当考虑甲的功率相比于乙功率大或小多少个dB时，按下面计算公式：

10lg（甲功率/乙功率）

[例6]甲功率比乙功率大一倍，那么10lg（甲功率/乙功率）=10lg2=3dB。

也就是说，甲的功率比乙的功率大3dB。

[例7]7/8英寸GSM900馈线的100米传输损耗约为3.9dB。

[例8]如果甲的功率为46dBm，乙的功率为40dBm，则可以说，甲比乙大6dB。

[例9]如果甲天线为12dBd，乙天线为14dBd，可以说甲比乙小2dB。

4、dBc

有时也会看到dBc，它也是一个表示功率相对值的单位，与dB的计算方法完全一样。

一般来说，dBc是相对于载波（Carrier）功率而言，在许多情况下，用来度量与载波功率的相对值，如用来度量干扰（同频干扰、互调干扰、交调干扰、带外干扰等）以及耦合、杂散等的相对量值。

在采用dBc的地方，原则上也可以使用dB替代。

5、dBuV

根据功率与电平之间的基本公式V^2=P*R，可知dBuV=90+dBm+10*log（R）,R为电阻值。

载PHS系统中正确应该是dBm=dBuv-107，因为其天馈阻抗为50欧。

6、dBuVemf和dBuV

emf:

electromotiveforce（电动势）

对于一个信号源来讲,dBuVemf是指开路时的端口电压,dBuV是接匹配负载时的端口电压

3.小区重选中的两个参数C1和C2之间的关系是“或”还是“与”的关系？

即只满足C1就切换还是C1、C2都满足才切换？

答：

小区重选参数指示PI=1,则以C2为参考；若PI=0,就以C1为参考；缺省值为1；

4.联通更移动的小小区分

1。

区别不同运营商是MNC，而不是BSIC。

2。

中国移动和中国联通的BCCH频点是不同的，比如900网络中，移动为1~95，联通为96~124。

3。

BCCH频点和BSIC为手机确定某个小区的两个标志，缺一不可。

5.位置区的规划

位置区的规划遵循以下原则：

（1）位置区的划分不能过大或过小。

如果LAC覆盖范围过小，则移动台发生位置更新的过程将增多，从而增加了系统中的信令流量；反之，位置区覆盖范围过大，则网络寻呼移动台的同一寻呼消息会在许多小区中发送，会导致PCH信道负荷过重，同时增加Abis接口上的信令流量。

一般建议每个位置区内的TRX数目在300左右

（2）尽量利用移动用户的地理分布和行为进行LAC区域划分，达到在位置区边缘位置更新较少的目的。

城郊与市区不连续覆盖时，有可能会出现手机在周期性位置更新时间到达时作不了位置更新，超过保护时间后（一般在MSC中设定），系统认为IMSI隐含分离，假如此时进入市区，市区与郊区的LAC一致，有些手机不会立即做正常的位置更新，就会出现有信号却不在服务区的现象。

所以在位置区的分配上，一般郊区（县）使用单独的位置区，即和城区的位置区不一样，此时的位置区分布类似于一个同心圆（内圆城区也可能由于容量因素设置几个位置区，圆内可以采取分片方式或另一个内外圆环方式或混合方式），可以有效避免以上现象的发生。

实践证明，这样LAC划分不仅可以减少用户不在服务区现象，并且接通率和呼通率也能有较大改善。

6.[讨论]GSM小区BCCH频点和BSIC规划设计的探讨

本文分析了BCCH（广播控制信道）频点和BSIC（基本识别码）的规划设计对网络性能的影响，指出适当增加BCCH频点和NCC（网络色码）对网络性能的改善作用。

1前言

GSM网络建设初期，基站位置较高、数量较少，宏观地理环境（如地势）对信号传播的影响较为显著。

基站间距较大，小区覆盖的边界区域信号较弱甚至为盲区，因此覆盖区域内小区间频率的干扰作用相对较弱。

随着GSM业务的迅猛发展，网络规模的扩大，基站间距变短，频率复用更加紧密。

在深圳市市中心地区中国移动相邻基站距离达到150－200m，街道、建筑物等微观环境对信号传播的影响更为显著。

由于话务分布以及实际选址工作的制约，基站的位置和天线方向不能完全按理论要求设计，信号的实际覆盖情况更为复杂，在目前条件下，如何保障良好的网络性能是规划设计工作的重大课题。

2BCCH频点和BSIC的规划设计对网络性能的影响

2.1BCCH频点对网络性能的影响

BCCH（广播控制信道）所在频点在0时隙还包括以下控制信道：

下行有频率校正信道（FCCH）、同步信道（SCH）、寻呼信道（PCH）、准入信道（AGCH）；上行有随机接入信道（RACH）。

因此若该频点受到干扰，将影响以上控制信道在手机与网络通信过程中正常传送信息。

如手机解不出SCH中的BSIC（基站识别码）信息，手机随机接入失败等等。

手机较难解出BSIC，在空闲模式下则选择该小区为服务小区的手机较少，在通话模式下，在测量报告中由于BSIC解不出，该小区不参加切换目标小区候选队列，则切换进入该小区的呼叫较少，小区总体话务水平较低，浪费设备资源。

仅因控制信道的问题使通话不能切入最佳服务小区，也将影响系统的通话质量。

2.2同BCCH、同BSIC对网络性能的影响

基站识别码（BSIC）由网络色码（NCC）和基站色码（BCC）组成。

NCC和BCC的取值均为0－7。

NCC用于识别网络，如区分边界两边的GSM网络；BCC帮助区分使用相同BCCH频点的小区。

（1）无线接口的干扰在GSM系统的无线接口，随机接入信令（RandomAccess）和切换接人信令（HandoverAccess）使用相同的编码和脉冲方式，均由8位信息加上6位奇偶校验位，并且这6位奇偶校验位和目标小区的BSIC相异或。

小区接收接入信息时，与本小区的BSIC比较，若BSIC相同则再进行下一步解码。

随机接入信令在BCCH频点RACH信道上发送，切换接入信令在系统指定目标小区快速随路信道（FACCH）发送。

距离较近同BCCH频点、同BSIC的小区间可能会产生随机接入和切换接人的干扰。

为保证随机接入成功，手机在收到系统指派信息之前，将按一定规则重发接入信号。

为保证切换成功，手机在切换成功或定时器设定时间未到之前，也将连续发送切换接入信号，由于切换一般发生在小区边界，切换接人信令可以在更近的距离产生干扰。

基站分布密度较高时，小区间切换也较为频繁，以上因素增加了干扰发生的可能性。

在系统指标上，这种干扰将可能表现在对随机接入失败率和切换相关指标的影响。

（2）切换目标小区的错误识别手机在通话模式下，按照系统信息中规定的相邻小区BCCH频点表测量相关频点的强度并解读SCH中的BSIC上报给网络，网络根据系统定义的邻区关系，按照BCCH和BSIC识别手机所测量的小区。

若满足切换算法，则命令手机切换进人该小区。

在基站分布密集的区域，小区信号覆盖情况复杂，如同BCCH、同BSIC的小区A和小区B距离较近，小区A和小区C定义了邻区关系，在小区C靠近小区B的覆盖区域中，手机可能测量到小区B的强信号，但是系统仍然根据上述规则，指定错误的目标小区A命令手机切入，导致手机切换不成功，影响了小区C的切出呼叫成功率，手机因不能及时切换通话质量变差甚至发生掉话，而在目标小区A，系统虽然分配了信道，但是手机并未能使用，影响该小区的话音信道接通率。

以上问题较易发生在网络边缘区域。

如果小区C位置高，覆盖的区域较大，也容易发生上述问题。

3解决措施

3.1适当增加

BCCH频点，降低BCCH频点干扰水平随着GSM扩容，小区分裂后，相邻基站距离缩短。

如前所述，BCCH频点的干扰水平较以往更为严重，因此可以适当增加BCCH频点降低干扰。

由于频谱资源有限，增加BCCH频点，则话音信道（TCH）频点相应减少，但是由于TCH频点较多以及跳频等技术对话音的均衡与改善，对TCH的总体影响并不大。

3.2增大同BCCH、同BSIC小区的距离

由上述分析，同BCCH、同BSIC小区的距离较短对网络性能产生较坏的影响。

增大这一距离，一方面可以通过上述增加BCCH频点的措施，另一方面从BSIC入手，更加谨慎细致地进行BSIC规划，同时也可以通过增加NCC将BSIC成倍增多，使BSIC更易规划设计。

目前深圳中国移动GSM网的NCC取6，BSIC为60－67共计8个，若NCC增加到2个，则BSIC可以达到16个。

7.GPRS与IP

　　ＧＰＲＳ的技术的引进，把电信网络和计算机网络有机地连接在一起，朝未来的全ＩＰ网络平台发展。

　　 ——编者 从ＧＰＲＳ结构可以看出，基站与 ＳＧＳＮ设备之间的连接一般通过帧中继连接，ＳＧＳＮ与 ＧＧＳＮ设备之间通过ＩＰ网络连接。

　　 ＧＧＳＮ可以由具有 ＮＡＴ（网络地址翻译）功能的路由器承担内部ＩＰ地址与外部网络ＩＰ地址的转换， ＭＳ可以访问ＧＰＲＳ内部的网络，也可以通过 ＡＰＮ（外部网络接入点名）访问外部的ＰＤＮ／Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网络。

　　 在标识 ＧＰＲＳ设备