GSM网络优化设计

1、保定市韩庄村GSM移动网络优化设计电子信息工程S064班 杨仕雄 指导教师：刘建林摘要：本文主要针对保定市韩庄村中国移动手机用户在通信过程中遇到的各种问题，进行了实地勘测，确定了问题的原因所在，并做出了用数字射频拉远系统（GRRU）来进行解决的方案。如果某一个地区出现打电话通话不清晰、不容易接通或者接通之后单通及掉话情况，则必须对该地区移动网络进行优化，使其更合理地工作以改变当前状况。网络优化是指在充分了解网络运行状态的前提下，通过各种技术手段，对网络中不合理的部分进行必要的调整，使网络达到最佳运行状态的过程。针对韩庄村的实际情况，经过实地勘测，计算分析，设计了GSM移动网络优化方案。该方案主

2、导思想是在局部地区采用移动通信中继设备GRRU来对韩庄村进行深度覆盖。采用这种设备可以有效的解决GSM的多次越区切换问题、实现信号增强、信号合理分配的目的，延伸基站的覆盖范围，提高覆盖质量，以此建立基站（BS）与移动台（MS）之间的可靠的、高质量的通信。关键词 网络优化 盲区覆盖 通话质量 切换 频率分配1 引言保定市望都县韩庄村位于望都县城东南方2公里处，交通便利经济较为发达，大约有2000居民。该村是望都种植辣椒的重要基地，因此话务量相对较多，对通信质量要求也比较高。但是由于该村地处望都二站、苏瞳站、小杨青庄等多个移动基站的覆盖范围之内，信号不够纯净，成为通话难得主要原因。一方面是移动通信

3、网络中出现的各种急需解决的问题，一方面是建设基站需要大额资金和严格的地理要求。面对这个矛盾，我设计了用GRRU对韩庄村进行GSM移动通信网络深度覆盖度方案。2 GSM系统的组成GSM系统分为三个主要部分即基站子系统（BSS）、网络子系统（NSS）和网络管理系统（NMS）。其中基站子系统由基站收发信台（BTS）、基站控制器（BSC）、和码转换器-子复用器（TCSM）组成。后者有时物理上位于MSC中。因此BSC和固网有三个标准的接口，称为Abis、A和X.25。网络子系统充当GSM网络和公众网络（PSTN/ISDN）的一个接口，NSS的主要组成部分为MSC、HLR、VLR、ALU、EIR。网络管理

4、系统的任务就是确保网络顺利运行。基于这个目的，NMS需要执行四个任务：网络监控、网络改善、网络测量以及故障管理。其具体组成结构如图2.1所示。BSSTCSMMSCNSSBSCBTSAbisAterTC空中接口MS空中接口NMS PC图2.1 GSM系统图3 网络优化分析可行性报告网路规划工程设计工程施工工程验收移交无线网络优化要在工程程序的最后增加所谓的“无线网络优化”是因为在“网络规划”和“工程设计”阶段没有任何一种工具可用于每个小区（或基站）覆盖的预测准确到可以和工程竣工后完全一样。没有一种工具可以用来准确预测一个城市的话务的分布。没有一个电子地图绘制的如此之快以致可以和城市建设完全同步。

5、所以优化必须是工程程序中的一个阶段，而且是一个很重要的阶段，并且只要网络在运行就不能停止。GSM网络工程的正常程序可以粗略地用图3.1所示。图3.1 网优流程图4 韩庄村GSM移动网络优化设计方案望都县韩庄村，处于望都二站、苏曈站等多个移动基站的覆盖范围之内，同频或临频干扰比较严重，造成通话质量下降，切换成功率低，通信资源紧缺的局面。因此，如何做好当地移动通信网络的优化工作，已经成为网优的一项重要课题。因此经过实地勘测，根据当地情况作出了：保定市望都县韩庄村GSM 900移动通信覆盖方案。4.1 覆盖区勘测结果4.1.1 自然环境韩庄村位于河北省保定望都县望都镇。E：115.25708，N：3

6、8.71824。韩庄村东西长约800米，南北宽约为700米，村中大约有500户，2100人。村中地势平坦，居民较多并且居住相对集中，村内树木高大繁茂对电磁信号阻挡比较严重。4.1.2 电磁环境(此为室外路测数据)a）测试工具：笔记本电脑一台（要求安装电子地图、万禾测试软件），加密狗一个、GPS卫星导航设备一部，SAGEM测试手机一部，汽车一辆。b）测试过程：用数据线将SAGEM测试手机、GPS与笔记本电脑连接，插入加密狗启动万禾测试软件，导入电子地图并设置相关测试参数之后，沿着韩庄村内道路用SAGEM测试手机自动不间断拨打移动客服电话10086进行路测，得到了村内移动信号覆盖效果图和手机发射功

7、率图如下：1）目标区域内接收场强分布图4.1。图4.1 接收场强分布图2）目标区域内通话质量分布图4.2。图4.2 通话质量分布图3）目标区域内手机发射功率分布图4.3。图4.3 手机发射功率分布图4）目标区现有频点图4.4。图4.4 目标区现有频点图4.2 勘测结果分析4.2.1 数据转换与分析以上为现场勘测所得为了进一步具体分析，需将其转换为数据形式，所以对路测图和进行转化，统计分析，得出以下结论：a） 目标区域内接收场强如表4.1所示。表4.1 接收场强统计表BCCH场强(dBm)空闲时:单项%累计%测量点数里程通话时:单项%累计%总测量数里程-110至-940.000.0000.004

8、.734.737220.08-94至-8523.0123.014040.1150.9755.7077823.80-85至-7075.4098.4113240.3843.8199.5266890.88-70至-471.59100.00280.020.48100.00740.01总计100.00100.0017560.50100.00100.00152674.77接收场强指的是在测试区，测试手机在待机状态和通话状态下接收到周围基站辐射来的信号强度。一般在待机情况下，当强度为-100dBm左右时，通信相当困难；强度为（-60-70）dBm时，表示网络覆盖情况良好。由表可见目标区大部分区域接收到移动基

9、站辐射的信号强度在（-70-94）dBm之间，强度太弱这是通话受阻的根本原因。b）目标区内通话质量如表4.2所示。表4.2 通话质量统计表语音质量单项%累计%测量点数里程清晰无杂音 064.3364.3398223.95清晰有杂音 16.8871.2210510.13偶尔有杂音 26.4677.689870.15话质尚可 38.5586.2313050.27杂音、金属声 47.4993.7311440.15断断续续 54.3698.096660.09濒临掉话 61.7299.812630.03无法通话 70.19100.00290.00平均值1.09通话质量表示在语音状态下，通话双方从手机中所

10、能听到对方说话的清晰程度。通话质量由好到差分为7个等级，分别为清晰无杂音、清晰有杂音、偶尔有杂音、话质尚可、杂音金属声、断续、濒临掉话、无法通话。对应的数值分别为07。由表可见有将近30%的通话质量为2级以下，急需提高。c）目标区域内手机发射功率如表4.3所示。表4.3 手机发射功率统计表频段手机发射功率单项%累计%测量点数平均值GSM9000<=TxPwr<11100.00100.00152675.0011<=TxPwr<230.00100.00023<=TxPwr<310.00100.00031<=TxPwr<390.00100.000总计1

11、00.00100.00152675.00d）目标区域内的小区参数表如表4.4所示。表4.4 覆盖区现有小区参数表基站名BCCHLACCID跳频组苏瞳站83126043063538 40 42 83小杨青庄站72126055111716 55 72 64望都二站84126052189839 41 84三堤站86126045054553 86 39由表4.4可以看出，韩庄村内大部分区域频点为83号，村子南侧为72号，个别地点为84，86。对照保定市移动公司基站信息表确定出当前村内的电磁信号由望都县苏曈站、小杨青庄站、三堤站、望都二站四个基站发出，并且由于距离苏曈站较近，衰减较小，因此在频点图上大部

12、分显示出83号频点，理论与实际相符。4.2.2 勘测结论望都县韩庄村地势平坦，周围基站较多，能够接受到信号不属于盲区，但是由于大树阻挡，在传播过程中空损和综合衰损较大，导致全村整体覆盖强度过低，尤其在节假日话务量激增，更容易出现手机无法接通的情况。加之处于4个基站的覆盖范围之内，临频干扰严重，就会出现切换掉话现象，因此需要对该村的电磁信号进行净化。4.3 解决方案如果在同一个地理位置由多个频点的信号能同时覆盖，则该处的手机只接收和占用信号最强的那个频点。根据这一特点，设计方案为：在韩庄村引入一个信号，并且使该信号强度高与现有信号，并且该信号的主导频电、与现有主导频点及其跳频没有同频和临频。现覆

13、盖韩庄村的4个小区配置为3、4载频，即使考虑到以后基站扩容，频率规划也比较容易。因此，可充分利用现网的载波资源，选定某一基站的某一小区，采用载波资源调度方式，利用数字射频拉远系统。通过射频远端将信号拉远至韩庄村，进行覆盖，并且通过天线位置的选定、控制天线方位角、控制天线口功率等手段严格控制韩庄村的覆盖范围，以实现特定地区的针对性深度覆盖。4.3.1 设备选型根据现场勘测和测试结果，拟采用数字射频拉远系统GRRU对弱信号区域进行覆盖。数字射频拉远系统（GRRU）是一种直接耦合基站射频信号，采用软件无线电技术，将GSM Um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，实现基站信号

14、拉远覆盖的无线网络覆盖设备。由接入控制单元（DAU）和射频拉远单元（DRU）组成。经过数字接入控制单元（DAU）将射频信号转化为数字信号，通过光纤传输到远端，远端的数字射频拉远单元（DRU）再把数字信号还原成射频信号、放大后，通过天线发射出去实现覆盖和话务调度。采用数字中频技术，克服模拟信号长距离光纤衰耗导致的SNR整体下降的缺点，具有远距离传输时所需要的大动态、低噪声的优点。4.3.2 话务量预测本设计方案拟对望都县韩庄村弱信号区进行覆盖，话务量预测如下：韩庄村有住户约500户，常住人口约2100人，按照手机用户拥有率为80%，其中移动用户占80%,忙时话务量为0.02Erl/用户，则目标覆

15、盖区的话务量预测为：2100*80%*80%*0.020=26.88Erl根据爱尔兰B表典型载频配置的平均信道容量，在呼损2%情况下的情况下，当扇区载频配置2载波时，信道利用率为58%；3载波配置时，信道利用率为67%。当扇区载频配置在4TRX以上时载频利用率较好，4TRX载频利用率为72%左右，6TRX则为80%左右。由此可见，小区配置载波数越少，信道容量较低，信道利用率越低。根据话务量预测结果，并且考虑到节假日时村中的流动用户所产生的高话务量需求，提高系统抗局部话务量冲击的能力，建议该系统所取信源应为5载波以上配置。4.3.3 施主小区的选取统计话务量可知信源必须为5载波以上，并且基站距离

16、韩庄村小于18公里，而且所选信源的主导频不能与现覆盖区域的BCCH有同频，且调频序列组与覆盖现场大于-80dBm的小区的调频序列组不能同频。对照移动基站位置图和基站信息表选定施主小区如表4.5所示。表4.5 施主小区信息表基站名称BCCHLACCID跳频组望都二站77126052189748 60 64 67 774.3.4 系统组成经过以上的分析，若要彻底改善韩庄的通信状况，则需要的主设备如下：数字射频拉远系统一套（DAU一台，DRU一台），室外定向天线3面。系统原理图如图4.5所示。图4.5 系统原理图如上图所示，数字接入控制单元（DAU）安装在中国移动望都二站通信机房内，用于耦合基站信号

17、；数字射频拉远单元（DRU）安装在韩庄村村委会的空地上。DAU与DRU之间用光纤连接。DRU所拖的3面ODP-065R17DB型板状天线也安装在村委会，安装高度20米，安装图如图4-6所示。图4.6 远端设备及天线安装图4.3.5 边沿场强预测对设备覆盖区的边沿场强进行计算如下：电磁波在自由空间传播损耗为：L=20lgd+20lgf+92.4（d为距离，单位Km，本工程最长链接距离为0.5Km；f为频率，单位为GHz，取0.9GHz）依以上公式可以算出不同距离上的空损见表4.6。表4.6 典型值距离电磁波空损表900M情况下典型值距离（米）100200500100015002000空损(dB)

18、71.577.585.591.595.197.5开通设备时DRU主机输出功率为35dBm,经过两个电桥衰减7dB,所以天线的输入功率为28 dBm，ODP-065R17DB型板状天线的增益为17 dB。设定目标区域综合损耗为30dB，则0.5Km处接收场强为：28+17-85.5-30= -70.5dBm完全符合移动通信无线覆盖边缘场强： -85dBm的要求。4.3.6 电源选择为了保障在全天候情况下通信畅通，因此必须选择稳定可靠的电源。接入控制单元DAU安装在移动机房内，可从专用配电柜取电（-48V），该配电柜在无市电情况下，由机房内的油机发电机自动供电；射频拉远单元DRU采用市电供电，由村

19、委会指定电源，并独立安装电表、空气开关，并选则4块12V/200AH蓄电池作为后备电源，安装UPS负责市电稳压和停电时控制蓄电池自动为主设备供电。4.4 方案分析a）工程造价分析本次工程共覆盖0.56平方公里，该地大约有居民2100人.手机用户占80，移动用户占80%，每移动用户话务量约为0.020ERL, 每年按360天计算，话务集中比按3小时，每ERL收入11元，则年收入约为：2100×0.8×0.8×0.020×3×11×360=319334.4元. 本工程总投资在80,639.36元左右，需3个月左右收回成本。b）设计指标分析

20、1）切换分析本系统覆盖区域与外界小区有足够的切换重叠覆盖区域，在进出覆盖区域时能保证移动用户正常切换，在覆盖区内由于主导信号纯净，不会产生切换。2）上行噪声分析由于本GRRU系统采用的是全新的软件无线电技术，可有效处理用户的上行时隙，具有上行时隙抑制功能，不管带多少台DRU，其到达基站顶的上行噪声均为-132 dBm，相对基站的热噪声-121dBm还小11dB，对基站基本没有上行干扰。3）可靠性分析本次方案所采用的数字智能光纤基站拉远系统远端机支持后备蓄电池供电功能，因此可以根据站点需要，接入机房后备电源以提高系统可靠性。4) 时延、时间色散分析本系统的时延局限主要受GSM制式的限制，与本系统

21、性能无关。受GSM时延要求，最大（直射）覆盖距离为TA=63约为35（公里）。而光在光纤中是以45°折射的方式传输，实际光路要比实际光纤长度长1.5倍。因此实际允许的光纤传播长度为：35/1.5=23（公里），同时考虑到设备自身的时延,要求本系统的传输光纤距离不超过18公里，本系统所需覆盖区域的覆盖范围为500米，本系统能满足GSM制式的时延要求。本系统覆盖区域与施主基站小区无重叠区域覆盖，不会引起时间色散所导致的同频干扰。本系统具有自动时延调整功能，能保证同系统能的不同DRU时延一致，不会引起时间色散所导致的同频干扰。4.5设计标准a)各种相关文件标准1)与河北移动通信有限责任公司

22、签订的关于直放站及室外覆盖系统建设项目的框架协议；2)信息产业部颁布的900/1800MHz GSM数字蜂窝移动通信网工程设计规范（YD5014-2003）；3)中华人民共和国国家标准电磁辐射防护规定（国标GB8702-88）b)设计技术指标1)普通移动用户的忙时话务量为0.02Erl，学生用户忙时话务量为0.025Erl；2)无线信道的呼损率取定：农村地区应小于5%；话务密度高的地区应小于2%。3)干扰保护比：同频干扰保护比：C/I 12dB（工程值）邻频干扰保护比：200KHz邻频干扰保护比：C/I -6dB（工程值） 400KHz邻频干扰保护比：C/I -38dB（工程值）4)无线覆盖边

23、缘场强： -85dBm； 无限覆盖区可接通率：覆盖区的90%位置，99%的时间移动台可接入网络5)覆盖区与周围各小区之间有良好的无间断切换。参 考 文 献1 陈东升.现代通信接入网技术及标准规范手册.北京：中国科技文化出版社，20052 最新通信工程建设标准规范实用手册.北京：人民邮电出版社，20063 信息产业部颁布的900/1800MHz GSM数字蜂窝移动通信网公程设计规范（YD5104-2003）4 京信通信系统（中国）有限公司与河北移动通信有限责任公司签订的关于直放站及室外覆盖系统建设项目的框架协议5 梁黎明. 移动通信概论.高等教育出版社，2004(7)6 樊昌信. 通信原理教程.

24、电子工业出版社，20047 李小文，李贵勇. 第三代移动通信系统、信令及实现.北京：人民邮电出版社，20038 彭木根，王文博.TD-SCDMA移动通信系统.北京：机械工业出版社，20059 孙青华，张荣坤，黄红艳. 孙群中.现代通信技术.北京：人民邮电出版社，2005.810 蒋青泉.接入网技术.北京：人民邮电出版社，2005.611 雷震甲.网络工程师教程(第2 版).清华大学出版社2007 版 12 The HALO Network (TM)；Colella NJ.Martin JN.Akyildiz IF. IEEE Communications Magazine；Vol.38，No.

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26、itle The Optimization of Han Village GSM Mobile NetworkAbstractThis article mainly for the Han Village in Baoding, China Mobile phone users in the communication process encountered various problems, carried out a field investigation to determine the causes of the problem and made a digital radio sys

27、tem from Latin America (GRRU) to a solution The programme. If a region called the call not clear, not easy to get through or get through after the single-and Diaohua situation, the mobile network in the region must be optimized to make it more reasonable to work to change the current situation. Network optimization is in full knowledge of network operating under the prem