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盐源县GSM信号覆盖优化方案设计
宜宾职业技术学院
毕业设计
盐源县GSM信号覆盖优化方案设计
系部电子信息工程系
专业名称通信技术
班级通信1101班
姓名余小莉
学号201012912
指导教师吴熹
2010年09月25日
盐源县GSM信号覆盖优化方案设计
摘要
本设计主要以盐源县GSM900MHZ数字移动网络为例，重点对山区的信号覆盖进行优化。
采用基站功率放大器对信号进行拉远放大，使信号更好地覆盖，从无线网络的规划到基站硬件的调整及设备参数设置。
分析了GSM网络优化的思路，对信号覆盖的可行性进行了分析，提出了GSM信号覆盖的具体方案。
主要采用了LAC对信道进行划分并提高信号质量的利用率。
关键词:
GSM；信号覆盖；网络优化
目录
1前言1
2概况2
2.1盐源县基本概况以及基站的分布情况2
3盐源县GSM网络覆盖现状分析4
3.1现有基站配置及频率分配情况4
3.2盐源县信号覆盖情况分析4
3.3分析现状得出需要解决的问题4
3.4造成盐源县信号覆盖较差的原因5
3.5盐源县信号覆盖优化目标5
4GSM网络优化策略6
4.1GSM网络结构6
4.2覆盖原理6
4.3对GSM信号覆盖原理总结阶段8
5GSM信号覆盖优化的方法9
5.1小区间复用距离与小区半经的计算9
5.2频率分配规划与优化9
5.3GSM系统LAC容量计算方法10
6盐源县GSM信号覆盖优化具体设计方案11
6.1盐源县农村地区的设计方案11
6.1.1基站覆盖延伸系统选址11
6.1.2设备选定11
6.1.3频率的分配12
6.2城镇地区的设计方案12
6.2.1新建基站延伸系统12
6.2.2安装小区测试12
6.2.3频率分配15
6.2.4基站延伸系统配置16
6.3防止干扰措施16
7盐源县GSM信号覆盖优化前后的综合指标对比17
7.1容量方面17
7.2覆盖及掉话率方面17
结论18
致谢19
附录一：
主要材料清单21
附录二：
辅助材料清单22
附录三：
设计依据23
附录四：
主要设备技术指标24
盐源县GSM信号覆盖优化方案设计
1前言
我国信息产业中发展最为迅猛的是通信业，而首当其中的是GSM移动通信。
截止2011年3月，GSM信号覆盖已达到全球50%，移动用户数已达到50亿人，这一数字在未来还将继续保持强劲的增长趋势。
预计在2013年前会突破60亿。
我国电话用户总数超过10亿户，累计达到10.51亿户。
其中固定电话用户数为3.54亿户，移动用户总数合计6.97亿户。
随着我国移动通信事业的飞速发展，移动通信用户量正在不断地增加，以至蜂窝小区规划越来越小，基站位置越来越低；另一方面，随着城市建设的高层化，高层建筑正不断涌现，由于无线传播的阴影效应，在这些高层建筑的背后或中间常形成移动通信信号的盲区。
对于GSM网络覆盖而言，在农村地区，基站的覆盖与容量之间的关系存在突出的矛盾。
主要表现在容量有余而覆盖不足，导致大量的农村地区采用单载频基站，由于农村地区地域广阔，基站往往采用高架（杆）塔方式，导致基站建设成本增加。
另外，天线高架以后也导致RF传输线损耗加大，天线输出的功率进一步下降，基站的覆盖也进一步下降。
根据上述特点，随着网络优化的逐渐加深，GSM基站的覆盖特性也向着两个方向发展。
一是GSM基站向着小范围覆盖方向发展。
这类基站主要集中在城市或用户量大的区域，主要工程反映在微蜂窝基站及室内分布系统的建设。
二是GSM基站向着大范围覆盖方向发展。
这类基站主要集中在农村或边远山区，主要工程都集中在尽量扩大基站的覆盖范围的工程上。
来满足客户需求。
2概况
2.1盐源县基本概况以及基站的分布情况
盐源县位于四川省凉山州西部的一个县，东与雅砻江相接，西与云南丽江相连，南与攀枝花贡河县交界，北与金河大桥相依，各处两地，盐源县属于典型的农村，周围地形都为山地。
属于高原地带之一，一共有乡镇30个，154个行政村，总面积达到8398平方千米，人口33万人，盐源县境内在海拔高于2400米的为平原地带，其余都为陡峭沟壑、山峰，县内所辖区域建设简单，内部建设不完善，一些街道、小巷没有交通设备，对于盐源县的经济发展有一定的困难，没有坚实的农业基础和工业基础，盐源县是以烟草、青椒、花椒、苹果等农业也支撑的。
现定盐源县域内已经建设移动基站25个，4个直放站，室内分布系统一个。
盐源县地处，北纬：
27.422645℃,东经：
101.509188℃，及周边地形地如下图所示：
图2.1盐源县地理位置图
2.2课题意义
随着盐源县经济的不断增长，用户对网络的需求不断增大，为了满足客户需求，我从盐源县的地形，地貌、经济以及生活状况进行了分析，本人设计了本方案，对用户的需求具有实际的意义。
随着盐源县移动用户数量的快速增长，业务种类复杂多样和灵活多变以及各运营商网络之间互连互通，使得盐源移动通信网络在规模上、结构上不断地向多协议功能、多层面平台演进，随着通信市场竞争加剧，若能充分利用好现有网络的设备资源和频率资源，获取企业最佳效益，可降低网络运营成本，提高设备利用率。
因此，深化网络优化工作不容忽视，它的地位和作用对网络的运行维护、网络规划及工程建设日趋重要，并具有积极的指导意义。
从1991年全球首个推出GSM商用业务以来，截至2011年底，全球GSM用户已经达到36.7亿，超过全球半数人口，同比增长高达13.5%，仅盐源县的GSM用户就已接近接近20万人。
由于应动用户数量的快速增长，GSM网络规模不断扩大，网络质量虽得到提高，但是频率资源逐渐匮乏，导致运营商更多的人力对网络进行优化：
广大用户对网络质量的要求和业务需求越来越高，如何改善网络运行性能，提高网络服务质量，已成为移动通信市场企业掌握主动权和增强核心竞争力的基本前提。
另外我国GSM网络在建设和扩容存在着周期短、速度快的情况，导致在网络规划和工程建设都留下些质量问题，需要通过后期的网络优化进行解决。
3盐源县GSM网络覆盖现状分析
3.1现有基站配置及频率分配情况
盐源县的所有25个正规基站均为全向基站，所采用设备为北电公司产品，盐源县的移动信号覆盖虽然达到70%，但部分地段仍存在忙区和信号弱区，信号强度低，影响通话质量。
由于当地地形的影响，以及周边植被的影响，，该县居民点手机接受信号电平较差，场强在-82dBm—-95dBm之间，通话质量在0-5级的占到60%。
盐源县各基站现网频率所使用的频率为中国移动GSM900MHz所有的频点（1-95），其中75-95和11以下的小频点主要用作BCCH，而其他频点用作TCH。
从表中还可以看出，目前定兴县所使用的频率方案并不是单纯的跳频组，而基本上采用了类似于基带跳频的频率规划方式，即每个小区的频点数等于载频数。
这种频率规划方式的频率复用距离相对来说比较大，对控制覆盖范围要求比较低，但增加了网络扩容时的频点提供难度，在高话务密度区尤其明显。
3.2盐源县信号覆盖情况分析
具体信号覆盖情况如下
（1）县城
表3.12011年覆盖情况
比较项目
2011年11月
覆盖率
90.86%
话音质量
90.14%
（2）农村
表3.22011年覆盖情况
比较项目
2011年11月
覆盖率
70.26%
话音质量
70.63%
根据上表可以直观地了解到，盐源县目前绝大部分路段信号电平均高于-60dBm，无线信号的的覆盖情况相对较差。
投诉情况也不断增加，主要投诉类型为信号弱盖区、通话质量差。
3.3分析现状得出需要解决的问题
根据盐源县居民分布疏密情况现状的分析得出以下问题：
（1）一般话务密度区指用户数较少的偏远地带，由于山峰的陡峭、沟壑跨度大，无法选择合适的地点安装设备，所以该地区需解决设备安装与信号覆盖问题；
（2）高话务密度区指用户数密集、乡镇以及县城等地带，由于楼群，山峰密集，信号遮挡严重，造成信号衰减比较严重，住宅地区地楼的覆盖质量较差，用户满意度较低，因此用户密集以及住宅小区的覆盖也是急需解决的问题；
3.4造成盐源县信号覆盖较差的原因
盐源县存在信号覆盖较差的原因有以下几点：
首先是由于地形的差异用户居住较为分撒，有的在山顶，有的在山脚，无法实现平率的均等分配；
其次就是距离太远，是信号产生了衰弱，多径效应，植被，同频道之间都会使信号产生衰减；
再次是由于经济有限，无法采购设备来实现信号的覆盖。
3.5盐源县信号覆盖优化目标
本次通过对无线操作维护中心（OMCR）的数据分析，统计系统的掉话率，业务信道（TCH）射频丢失率，控制信道（SDCCH）频率丢失率，切换掉话率，业务信道（TCH）拥塞率，SDCCH拥塞率，TCH的业务量，SDCCH的业务量等指标，可以采用频率分配法，以及跳频法，小区频率分配法，将指标最为恶劣的农村和小区列出，作为重点解决的目标，具体如下：
（1）解决盐源县移动GSM系统通信盲区及各个地区信号覆盖问题；
（2）解决盐源县移动GSM网络系统峰与谷信号切换区通话问题；
（3）解决盐源县移动GSM室外基站因室内用户占用造成繁忙问题，合理分配话务；
（4）解决盐源县移动用户对网络需求的问题。
4GSM网络优化策略
4.1GSM网络结构
我国陆地蜂窝数字移动通信网GSM通信系统采用900MHz与1800MHz频段。
盐源县主要采用GSM频段为900MHz频段为：
890—915MHz（移动台发，基站收），935—960MHz（基站发，移动台收）；中国移动公司：
905—909MHz（上行），950—954MHz（下行），共4M带宽，20个频道，频道号为76—95。
GSM的典型结构：
如图4.1
图4.1GSM网络结构
4.2覆盖原理
GSM基站覆盖延伸系统（基站双放系统）由基站功率放大器和塔顶放大器组成，它的实现是通过在基站机房内加装大功率超线性选频功率放大器来放大下行信号，提高信号对遮挡物的穿透性，加深基站下行信号覆盖范围，以到达扩大基站覆盖区域的目的；并且在接收系统前端增加塔顶放大器来配合基站功率放大器提高上行接收灵敏度，解决基站上下行链路平衡，同时达到降低基站上行噪声、提升上行增益，改善基站接收性能的目的。
其基站双向系统如下图所示（图4.2）
图4.2基站双放系统
根据自由空间电磁传播理论，自由空间中电波传播损耗只与工作频率f和传播距离d有关，当f或d增大一倍时，电波传播损耗将分别增加6dB。
Lfs为自由空间电波传播损耗。
式中，（式4.1）
但是在实际应用中，由于传播路径引起的信号损耗是非常明显的。
应综合考虑传播路径中的地形修正因子引起的信号强度非正常衰减。
为了防止因衰落（包括快衰落和慢衰落）引起的通信中断，在信道设计中，必须使信号的电平留有足够的余量，以使掉话率小于规定值。
这种电平余量称为衰落储备。
衰落储备的大小决定于地形、地物、工作频率及要求的通信可靠性（接通率）指标。
基站功率放大器系统在不改变基站原有设备的基础上，使基站的发射功率由20～40W左右增加至200W，这样就大幅提高了基站电平的衰落储备，使原有服务区域内的用户可以更加自由的进行移动通信。
同时，根据自由空间电波传播损耗，衰落储备的增加，在频率f不变的情况下，使覆盖距离d增加。
以基站原覆盖半径7km为例，若下行信号增加12dB，由以下计算可得：
安装前：
（式4.2）
覆盖面积
（式4.3）
安装后，下行信号如果增加4dB，则相应的传播信道衰落储备增加4dB，达到112dB，由计算可得,
安装前后覆盖距离扩大了
覆盖面积
（式4.4）
覆盖面积增加了128%。
即安装基站功率放大器后，原基站覆盖范围增加了一倍以上，如图4.3所示。
图4.3双放系统覆盖范围
4.3对GSM信号覆盖原理总结阶段
本阶段在前期优化的基础上，通过优化系统控制参数和小区选择参数等手段对信号进行调试，因为基站硬件、频率规划和天线对GSM系统信号覆盖的影响更大，还需要评估前期工作，确认是否需要进行LAC重新分区，是否需要调整BSC所带基站，在那些热点地区增加基站或小区分布等进一步措施。
5GSM信号覆盖优化的方法
实现信号优化的方法有以下几种；小区间同频道互用，硬件建设（基站或直放站），LAC（位置区域）重新分区，频率配置，业务信道分配等方法。
本设计主要采用LAC,小区间的互用距离，业务信道分配法；
5.1小区间复用距离与小区半经的计算
小区间的复用距离是指：
假设基站A和B使用相同的频道，移动台M正在接收基站A发出的信号，由于基站天线高度大于移动台天线高度，因此当移动台M处于小区边缘时，容易受到基B发射的同频信号的干扰,则A与B之间的距离就是同频道复用距离D。
Ds为有用信号的传播距离，即小区半径r0，D1为干扰源到被干扰源的距离，则D与r0的关系如下：
;
;
测试小区的半径r0=10㎞，所以Ds=10㎞；
由大地上电波传播损耗的公式计算。
根据大地电波传播的损耗，假设干扰信号与有用信号的传播损耗值分别为L1和Ls；
则射频防卫比；
;
得出
（式5.1）.
5.2频率分配规划与优化
频率的规划与优化在GSM系统的规划与优化中有着极为重要的作用，GSM系统为频点受限系统，当频率复用方式紧密的时候，不合理的频率设置会给网络间引入极大的干扰。
因此，频率的规划与优化是日常网规网优中一项非常频繁的工作。
目前CNO由于自身系统的限制无法实现自动的全网自动频率优化调整，但是可以提供频率的渲染显示，频率设置检查，频率利用率查询等实用功能，辅助网规网优工程师判断网络中局部区域是否存在频率设置问题和显示优化修改后的频率复用情况。
对于现有的GSM网络，随着用户的不断增加，如何通过频率优化的方法对网络进行局部调整，使网络的性能指标有所提高是一个有待研究的问题。
现有的频率优化的方法有许多种，如遗传算法、神经网络算法等，这些算法虽然是比较好的优化方法，但是都没有能够很好的解决如何将不同的频率复用方式与优化方法结合起来的问题，同时由于算法本身的限制，优化时间比较长。
我们在工程的不断实验中总结出一种简单有效的优化方法，它利用遗传算法的思想，同时与工程实际应用相结合，速度较快、效果明显，在许多工程实践中都得到了较好的应用。
遗传算法的一个重要原则就是“优胜劣汰”，将父代群体中性能好的个体遗传下来，而将性能不好的个体淘汰，并重新产生新的个体进行补充，然后在子代中应用同样的原则，依次类推，直至产生比较满意的结果。
将这个原则应用于频率优化中：
将待优化小区中性能值比较好的小区配置保留下来，而将待优化小区中性能值比较差的小区配置删除重新进行配置，获得一组新的频率配置，然后重新计算其性能值，按照相同原则依次类推，直至获得比较满意的结果。
5.3GSM系统LAC容量计算方法
通过对位置区域的划分，增加了GSM系统的容量，所以容量的计算如下:
（1）每秒钟最多可发送寻呼次数（P）
可由下列公式计算；（对于非组合BCCH）P=（9-AGB）/0.2354（寻呼块/秒）×X（寻呼次数/寻呼块）；采用IMSI寻呼机制：
对非组合BCCH，当AGB=2时,P=59.47寻呼次数/秒；
（2）每位置区允许话务量（T）
假设的话务模型为：
平均通话持续时间：
60秒,MS成功被叫次数（导致寻呼并产生TCH话务量）占总呼叫次数比例：
30％；则60秒持续通话时间对应1/60次呼叫/（秒.Erl），其中的30％由被叫产生，因此，30％的MS成功被叫对应：
1/60*30%=0.005次成功被叫/（秒.Erl）。
6盐源县GSM信号覆盖优化具体设计方案
6.1盐源县农村地区的设计方案
农村地区是指除县城以外的一般乡镇及农村地区。
其设计思路主要以GSM信号覆盖为主，以增强覆盖效果，提高通话率，为农村发展奠定基础，在生活中掌握更多消息。
6.1.1基站覆盖延伸系统选址
盐源县建设新基站主要是针对那些距离基站较远，存在信号忙区和弱取的村庄，由于是山区，平缓地带较少，所以平缓地段用户较为密集，陡峭地段用户相对分散，大多数村镇周围都有公路经过，信号覆盖也是最值得关注的问题，覆盖较差的地方，都由于高山、地远、沟壑等因数引起。
所以本次新基站的选址时应尽量选择相对乡镇较高直射距离在（1千多米以上的直放距离），可以实现较大规模信号的覆盖。
本设计将对25乡信号较差的地方建设基站，用于解决信号较差的地方，新站选址如图：
图6.1双向基站
6.1.2设备选定
由于本次覆盖区域面积大约有8千多平方公里，建筑物类型多为一至二层的土墙、砖混结构的居民房，需要较大功率的覆盖设备，同时考虑到该区域可以进行光纤的铺设，数字射频拉远系统（GRRU）采用软件无线电技术，将GSMUm口信号数字化，通过光纤传送到远端，利用远端射频单元再生，放大、能有效的完成本次目标区域的覆盖
本方案以选用数字射频拉远系统（GRRU）作为主要设备。
6.1.3频率的分配
由于一般话务密度地区的用户相对较少，因而基站的分配相对少一些，所以采用数字通信信道对频率进行分配。
表6.1覆盖区预测参数
数值
基站
移动台
单位
发射功率
44
33
dBm
合路器损耗
4
dB
馈线损耗（每百米）
3
dB
灵敏度
-110
-104
dBm
天线高度
45
2
m
天线增益（定向65度）
17
dBi
天线增益（全向）
11
dBi
移动台馈线损耗
0
dB
移动台天线增益
0
dB
跳线损耗
1
dB
接收分集增益
3
dB
工作频率
900
MHz
6.2城镇地区的设计方案
本设计主要是指城内个企业单位办公所在地，商业区，住宅小区等。
对于这些区域计划采取新建基站及信道互用来加以解决。
6.2.1新建基站延伸系统
因为在高话务密度区的基站选址比较困难，这一方面是由于这些地方建筑物密集，稍有不慎就会影响预期效果，另一方面则是由于这些地方政府部门一般都是统一规划，站址选择及协调难度较大。
为此，高话务密度区的设计应尽量在现有基础上对网络进行调整。
6.2.2安装小区测试
表6.1盐源县县城呼叫质量拨打测试
测试地点
县社长安小区
测试时间
2008-12-5
主叫
信号
电平
通话
正常
断续
单通
噪音
掉话
未接通
BCCH/CID
位置描述
1
-90
√
73/23177
西区1#-1-2F
2
-98
√
73/23177
西区1#-1-1F
3
-92
√
√
73/30039
西区1#-3-1F
4
-85
√
73/23177
西区1#-3-2F
5
-87
√
83/30039
西区3#-2-3F
6
-93
√
83/30039
西区3#-2-1F
7
-90
√
√
83/30039
西区4#-4-3F
8
-98
√
73/23177
西区4#-2-1F
9
-88
√
73/23177
西区4#-2-3F
10
-94
√
73/23177
西区4#-3-1F
11
-86
√
73/23177
5#-1-3F
12
-89
√
73/30039
5#-1-1F
13
-87
√
73/23177
5#-3-2F
14
-88
√
73/30039
5#-4-1F
15
-90
√
73/23177
东区2#-1-1F
16
-91
√
√
73/30039
东区3#-2-1F
17
-86
√
73/23177
东区4#-3-1F
18
-85
√
73/23177
道路
通过以上测试表可以看出，该小区的信号覆盖较差，信号电平值均低于-85dBm，接通率较低，通话质量较低，特别是楼内通话困难，需进行优化改造，提升网络覆盖质量，做出如下设计方案：
（1）覆盖规模：
对测试小区各楼进行信号覆盖，覆盖范围住户人数约20000人，其中手机用户数频率达到90%以上。
话务量预测
住宅小区话务量高峰时段为：
下午5:
00——晚上11:
00
话务量（ERL）=手机持有量×0.025（人均话务量）=2000×90%×0.025=45ERL
信源的确定：
假设系统呼损率为0.02时，爱尔兰表如下:
表6.2呼损率为0.02时的爱尔兰表
N
1.0%
1.2%
1.5%
2%
1
0.0101
0.0121
0.0152
0.0204
2
0.153
0.168
0.19
0.223
3
0.455
0.489
0.535
0.602
4
0.869
0.922
0.992
1.09
5
1.36
1.43
1.52
1.66
6
1.91
2
2.11
2.28
7
2.5
2.6
2.74
2.94
8
3.13
3.25
3.4
3.63
9
3.78
3.92
4.09
4.34
10
4.46
4.61
4.81
5.08
11
5.16
5.32
5.54
5.84
12
5.88
6.05
6.29
6.61
13
6.61
6.8
7.05
7.4
14
7.35
7.56
7.82
8.2
15
8.11
8.33
8.61
9.01
16
8.88
9.11
9.41
9.83
17
9.65
9.89
10.2
10.7
18
10.4
10.7
11
11.5
19
11.2
11.5
11.8
12.3
20
12
12.3
12.7
13.2
21
12.8
13.1
13.5
14
22
13.7
14
14.3
14.9
23
14.5
14.8
15.2
15.8
24
15.3
15.6
16
16.6
25
16.1
16.5
16.9
17.5
26
17
17.3
17.8
18.4
依据话务量预测结果及考虑到部分数据业务信道的冗余，建议选用载频数6套以上的宏蜂窝作为信号源。
（2）设备选材：
采用GRRU系统对弱信号区进行覆盖，这样做不需要新增加小区、不需要新增载波资源，且此设备输出功率大，采用光纤传输信号稳定，覆盖效果良好，对住宅小区干扰小，能使覆盖区域内达到上、下行平衡。
（3）基站中继小区的选取；为减少引入新的小区，避免新建系统和基站中继小区间重叠覆盖引起的时间色散导致同频干扰，以采用如下小区作为信源。
表6.3小区信源
载频：
BCCH
升级会员 