单基站移动系统的规划与设计

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1、 单基站移动系统的规划与设计 第 0 页 共 58 页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。关键字关键字：GSM；基站；用户需求；设计 单基站移动系统的规划与设计 THE PLAN AND DESIGN OF SINGLE BASE STAT

2、ION MOBILE SYSTEM Abstract The GSM base station plays an important role in the GSM network, directly affects the quality of GSM network communication. Cost to improve the design of the mobile base stations to matter, so the design of the mobile base stations and planning has important significance.

3、This paper studies the structure of GSM system, according to the user requirements of the Shitouling mobile base station in Shaoyang City to design, including capacity rules，cover design and the base station equipment configuration, selection, etc., through the analysis of the base station after the

4、 completion of the test results, and explains design of base station system in line with user needs. KEYWORD：GSM；Base station；user requirements ；design 单基站移动系统的规划与设计 目 录1 绪论.11.1 课题背景及目的.11.2 国内外研究状况和发展趋势.21.2.1 国内外研究状况.21.2.2 发展趋势.21.3 课题研究方法.51.4 论文构成及研究内容.62 单基站移动系统的结构和组成原理.62.1 交换网路子系统(NSS).82.2

5、 基站子系统.83 单基站移动系统的规划与设计.113.1 用户需求分析.113.1.1 用户容量规划.113.1.2 覆盖设计.133.2 基站配置.163.3 信令协议.31 3.3.1 信令协议概述.31 3.3.2 链路层信令协议.32 3.3.3 网络层信令协议.323.4 单基站设备选型.353.4.1 基站控制器（BSC6000）.353.4.2 基站收发机（BTS3900）.373.4.3天馈系统.414 系统的可行性分析.43参考文献.47 单基站移动系统的规划与设计 致谢.48附件一 开题报告附件二 英文译文与原文 单基站移动系统的规划与设计 第 0 页 共 58 页1 绪

6、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

7、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，

8、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 单基站移动系统的规划与设计 第 1 页 共 58 页知 单基站移动系统的规划与设计 第

9、2 页 共 51 页识，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

10、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 800MHz IS-95A CDMA 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 Interne

11、t 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

12、流技术发展的影响不够。1.2.2 发展趋势 单基站移动系统的规划与设计 第 3 页 共 51 页 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。Beyond I

13、MT-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。Beyond IMT-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，

14、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

15、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，

16、等等。从上述角度来 单基站移动系统的规划与设计 第 4 页 共 51 页说，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

17、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

18、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

19、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 单基站移动系统的规划与设计 第 5 页 共 51 页速率可能会在 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 QO

20、S 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，

21、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-100M

22、bps）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 单基站移动系统的规划与设计 第 6 页 共 51 页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

23、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。 单基站移动系统的规划与设计 第 7 页 共 51 页2 单基站移动系统的结构和组成原理 GSM 全名为“Global System for Mobile Communication” ，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

24、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 单基站移动系统的规划与设计 第 8 页 共 51 页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)

25、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(Public Land Mobile Network:PLMN)。一个典型的 PLMN 包含了下列五个要素：(1)移动电话(Mobile Station，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(Base Station System，BSS)移动电话利用无线电频率与系统中的基地台(Base Transceiver Station。BTS)联络，基地台透过基地台控制器(Base station Control

26、ler，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(Mobileservices Switching Center) -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(Home Location Register，HLR)及访客位置寄存器(Visitor Location Register，VLR)。

27、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(Authentication Center，AUC)、装置识别器(Equipment Identification Register，EIR)等也都属于 GSM 网络的资料库。 (5)网络维护运营中心(Operation and 8aintenance Center，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)

28、三大部分组成。具体结构如下图 2-1 所示： 单基站移动系统的规划与设计 第 9 页 共 51 页图 2-1 GSM 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、

29、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。 单基站移动系统的规划与设计 第 10 页 共 51 页 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

30、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

31、，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

32、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 单基站移动系统的规划

33、与设计 第 11 页 共 51 页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

34、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 24w，然

35、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

36、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。 单基站移动系统的规划与设计 第 12 页 共 51 页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

37、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，并通过 x25 通信协议与操作维护中心(OMC)相连接。交换网络将完成接口和接口之间的 64kbitS 数据话音业务信道的内部交换。控制器通过接口设备数字中继器(DTC)与移动交换中心相连，通过接口设备终端控制器(TCU)与收发台相连，构成一个简单的通信网络。 在整个蜂窝移动通信系统中，基站予系统是移动台与移动中心连接的桥梁，其地位极其重要。整个覆盖区中基站的数量、基站在蜂窝小区中的位置，基

38、站子系统中相关组件的工作性能等因素决定了整个蜂窝系统的通信质量。基站的选型与建设，已成为组建现代移动通信网络的重要一环。 3 单基站移动系统的规划与设计 3.1 用户需求分析 为了满足我市郊区周围的一个居民小区中居民移动通信的方便，我市移动公司 单基站移动系统的规划与设计 第 13 页 共 51 页决定在该开发区附近建立一个 GSM 基站。经相关人员的考察和统计，该开发区有居民大约 400 多户，一共 1500 人左右，按 99%手机持有率，其中按照移动用户比例 85%来规划。为了减小基站辐射给居民日常生活带来的影响，所以基站选址应当选择远离该居民区的地方。3.1.1 用户容量规划 话务量是电

39、话负荷大小的一种度量，一般指电话用户在某段时间内所发生的负荷量。其单位通常以爱尔兰（Erlang）表示（一个爱尔兰是指一条通话电路被百分只百的连续占用 1 小时的话务负荷，或两条通话电路各被连续占用半小时的话务负荷） 。每个用户的平均话务量 0 可表示为：0 =。式中， 是平均每用户单位时间内发出呼叫的次数， 为每用户平均通话时间（单位为小时） 。 在现实环境中，话务量会随着时间的变化而变化。通常将话务量最大的一小时称为忙时，相应此小时的呼叫次数为“忙时呼叫次数” ，缩写为 BHCA。同样地，忙时话务量可以由下式给出：BH =BHCA*。 在一个通信系统中，造成呼叫失败的概率称为呼叫损失概率，

40、简称为呼损率，也称为服务等级（GOS） 。呼损率的物理意义是损失话务量与呼叫话务量之比。显然，呼损率越小，成功呼叫的概率越大，用户就越满意；但是呼损率小，则说明系统容量的利用率低。可见服务等级与信道利用率是矛盾的。一般可根据服务区域的特征设定GOS=2%（重点区域）和 GOS=5%（非重点区域） 。根据服务等级（GOS）的要求，再利用 Erland-B 公式： B=P（N，A，N）=A*N/N!(1+A+A*2/2!+A*3/3!+A*N/N!) 其中 B：GOS， N：Ch#， A：Erl（ITU-T Q.80 标准，专用以计算蜂窝系统话务量）就可算出 N 个信道在其服务范围内能提供的话务量

41、，如下表。 表 3-1 爱尔兰呼损计算表 GOSN2%5% 单基站移动系统的规划与设计 第 14 页 共 51 页10020005320223038130602089941092152551657221862276296072。93537388362745439434553701050846216115842707612661579501374028835148200973015901010633 注：N 个信道在其服务范围内能提供的话务量并不是简单相乘。 P（N，A，N）表示有 N 个信道的小区，流入的话务量为 A，则同时有 N 个用户在通话的概率。由 GOS=2%或 GOS=5%就可分别得

42、到 P（N，A，N）=2%或P（N，A，N）=5% 。就可分别得到相应的话务量 A。在呼损率（GOS=5%） 、单用户忙时话务量为 0.03Erl 的条件下，基站的话务处理能力和最大用户数如下表所示。表 3-2 话务处理能力和最大用户数关系表 1RP 2RP 3RP 4RPTCH 数 3 7 11 15话务处理能力(Erl) 0899 3738 7076 10633最大用户数 30 125 236 254 单基站移动系统的规划与设计 第 15 页 共 51 页单 TCH 用户数 10 17.8 21.4 17 此小区用户数：1500*99%*85%=1262，按每用户忙时话务量为以 0.015

43、Erl/用户计，则小区内高峰期忙时总话务量为：12620.01518.93Erl。根据爱尔兰 B 表得出：由于该区域话务量比较高，考虑到基站的话务容量，该站点在话务高峰期需要调用 3 载波以上才能满足该小区的话务要求。表 3-3 爱尔兰 B 表载频数1BCCH1BCCH1TCH1BCCH2TCH1BCCH3TCH1BCCH4TCH1BCCH5TCH1BCCH6TCH1BCCH7TCHERL2.288.214.921.929.236.244.051.533.1.2 覆盖设计 小区的覆盖设计是衡量 GSM 网络服务质量的重要指标之一，一套好的设计覆盖方案包括很多参数指标，比如通信概率，覆盖半径，天

44、线参数，发射机功率的参数等等。影响覆盖的也有很多因素，比如无线传播中的衰落和损耗，以及传播环境。 1.无线路径的损耗和衰落 当移动台和基站的距离逐渐增加时，所收到的信号会越来越弱，这就是发生了路径损耗。路径损耗不仅与载频频率、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指相对于介电参数和相对导磁率均为一的均匀介质所存在的空间 它是一个理想的无限大的空间，是为了减化问题的研究而提出的一种科学的抽象。在自由空间的传播衰落我们不考虑其它衰落因素，仅考虑由能量的扩散而引起的损耗。通过研究我们发现该衰落符合以下公式的规律：Pr=Pt(/4d)2 G1G2其中，Pr

45、 为接收机的接收功率，Pt 为发射机的发射功率（单位为瓦或毫瓦） ，为波长（即 c/f） ，d 为接收机和发射机之间的距离，G1 为发射机的天线增益，G2 为接收机的天线增益。 单基站移动系统的规划与设计 第 16 页 共 51 页从公式中我们可以看出，如果将其它参数保持不变仅使工作频率 f 或传播距离 d提高一倍，则其接收功率就为发射功率的四分之一，即自由空间的传播损耗就增加了6dB。然而在实际上电波还要受到诸如平地面的吸收、反射和曲率地面的绕射以及地面上覆盖物等产生的传输损耗的影响。因而采取更为复杂的模型如爱立信的 Okomura 模型更接近实际，Okomura 模型如下：Lp(城区)=6

46、9.55+26.16logf-13.82loghb+(44.9-6.55loghb)logd-a(hm)Lp(农村)= Lp(市区)-2log(f/28)2-5.4Lp(开阔地带)= Lp(市区)-4.78（logf）2+18.33logf-40.94其中，Lp 为无线衰耗， f 为载波频率（适用于 GSM900M 频段） ，hb 基站天线高度（30 200m） ，d 为基站与移动台的距离（1 20km）,hm 为移动台的天线至地面的高度（1-10m）.Okomura 模型在大量实测场强数据的基础上，采用数理统计分析方法，确认了市区移动通信场强预测模型，它适用于市区和郊区的各种不同条件，是一个

47、比较全面的模式，此模式被目前移动通信场强预测广泛采用，必须指出在使用该模式时必须结合本地的地形地物特性做必要的修正。对非理想地面的条件下的更好近似是平均信号强度与距离的四次方成反比。 (2)对数正态衰落 常常在移动台和基站之间有高大建筑物、树林和高低起伏的地势地貌，这些障碍物的阻挡造成电磁场的阴影，产生了阴影效应，致使接收信号强度下降。经过大量的野外测试表明，这种衰落服从对数正态衰落，它的接收信号的中值电场与基站和移动台的距离的四次方成反比。(3)多径传播引起的衰落 移动通信信道是一种多径衰落信道,发射的信号在城市中常常会受到建筑物或地形的阻挡要经过直射、反射、散射等多种传播路径才到达接收端，

48、而且随着移动台的移动，各条传播路径上的信号幅度时延及相位随时随地发生的变化，所以接收到的信号是起伏不稳定的这些多径信号相互迭加产生的矢量和就会形成一个严重的衰落谷点，使矢量和非常接近为零。迭加后的信号幅度变化符合瑞利分布，因而又被称为瑞利衰落。瑞利衰落随时间而急剧变化。被称为快衰落。根据理论推导，衰落最快时为每秒2V/ 次（V 为移动速度， 为信号波长）严重衰落时深度达（2040）dB，这将严重 单基站移动系统的规划与设计 第 17 页 共 51 页的影响信号传播质量，从这里可以看出在经历衰落谷点的时间取决于移动台的运动速度及发射的工作频率，作为一种近似，两谷点之间的的距离可以认为是半个波长，

49、对于 900MHz 频带，它约为 17cm。根据该公式还可以看出当采用 1800MHz 时两衰落谷点的时间是 900 MHz 的一半。2.通信概率通信概率是指移动在无线覆盖区边缘(或区内)进行满意通话的成功率，包括时间概率和地点概率，我国移动技术体制对公众网道信概率明确规定为：覆盖区边缘不低于90。3.基站天线高度、类型、下倾等参数 移动通信是在距地表一定高度区域内进行的，考虑其中最简单的情形平坦地面传播的路径损耗为：Lp=10ylgd-20lghc一 20lghm。式中，hc是基站天线的高度，hm是移动台的天线高度。可以看到，增加天线高度一倍，可以补偿 6dB 的损耗。在预测模型中，天线高度

50、对电波传输过程中损耗的影响较复杂一些，但也是以一定的对应关系，随着天线高度的增加，损耗量相应减小。天线类型涉及到天线的增益。天线增益越大，发射功率越强，传播中所能忍受的衰耗也就越大。这样，覆盖范围也就越远。如果是定向天线，同样的道理，其发射信号功率谱波瓣的形状以及下倾角的设定对覆盖区域的深度和广度也有显著的影响。4.发射机功率的参数设置 发射机功率直接影响到覆盖范围的大小，功率越大，覆盖范围越大。但从网络的层面上来说，并不是功率越大就越好。在市区内，为了控制系统内的干扰，一般基站的发射机功率都没有调到最高。在 GSM 系统中，为了不致对覆盖要求以外的相邻小区造成干扰，同时又要满足覆盖要求以内移

51、动台 MS 的接收要求，发射机的发射功率要求进行合理的分配和动态的精确控制。 3.2 基站配置 步骤 1:打开 BSC6000，点击左上角的 BSC6000,在右上选择当前机柜,然后选择需要建立基站的 GEIUB，点击右键在弹出菜单上选择增加站点. 单基站移动系统的规划与设计 第 18 页 共 51 页图 3-1 bsc 控制面板属性图 步骤 2:上图中点击增加基站后弹出 3-2，点击进入添加新站点配置界面，图 3-2 添加新站点配置 单基站移动系统的规划与设计 第 19 页 共 51 页 步骤 3:在弹出的 0-2 添加新站点配置界面输入站点名称，选择建立的站点类型，其他的配置根据你的需要来

52、选择输入。配置完成之后点击。 图 3-3 选择建立的站点类型 步骤 4:返回到增加基站界面，点击，进入下步添加小区。弹出图 3-3 增加小区界面，点击进入下步，弹出增加新小区界面。图 3-4 增加小区 单基站移动系统的规划与设计 第 20 页 共 51 页 步骤 5:在弹出的增加新小区界面输入小区名称，选择频率带宽、小区数量和后缀起始号。配置完成之后点击。图 3-5 增加新小区索引和名称 步骤 6:返回增加小区界面，点击,进入下一步配置基站属性界面，点击图3-6 中的按钮，弹出窗口基站设备属性，可开始设置站点的属性。图 3-6 配置基站属性 步骤 7:在弹出窗口基站设备属性中，右键点击槽位 8

53、，弹出增加单板，点击选择二级菜单 FMU，即成功添加风扇板。 单基站移动系统的规划与设计 第 21 页 共 51 页图 3-7 增加单板 步骤 8:在弹出窗口基站设备属性中，右键点击基站图标在弹出菜单中选择，弹出增加单板类型窗口。 单基站移动系统的规划与设计 第 22 页 共 51 页图 3-8 增加MRFU 单板 步骤 9:在弹出配置的窗口输入建链的名称和类型，点击完成并返回。 单基站移动系统的规划与设计 第 23 页 共 51 页图 3-9 输入建链的名称和类型 步骤 10:在添加好的 MRFU 上点击右键，在弹出菜单中选择绑定逻辑载频。图 3-10 绑定逻辑载频 步骤 11:在弹出的帮定

54、逻辑载频窗口中选择要添加的载频号以及指定小区，点击完成返回。 单基站移动系统的规划与设计 第 24 页 共 51 页图 3-11 添加的载频号表 3-4 逻辑载频编号列表第一小区第二小区第三小区基站配置MRFU 单板号载频号MRFU 单板号载频号MRFU 单板号载频号S2/3/400,1212,13,14424,25,26,2700,1,2212,13,14424,25,26,27S5/6/716,7318,19,20530,31,32备注：为后期维护方便，建议各小区分配的 MRFU 固定：0、1 号 MRFU 为 1 小区，2、3号 MRFU 为 2 小区，4、5 号 MRFU 单板为 3

55、号小区；MRFU 单板绑定的逻辑载频号一致。0 号 MRFU 绑定 0-5 号载频，1 号 MRFU 绑定 6-11 号载频；以此类推。另外，对于同一小区配置奇数载频，建议尽量均匀分配到同一小区的两块 MRFU 单板上，避免功率输出不同。 单基站移动系统的规划与设计 第 25 页 共 51 页图3-12 配置MRFU单板收发模式表 3-5 各种类型配置下基站单板属性配置表第一小区第二小区第三小区基站配置MRFU单板号单板属性MRFU单板号单板属性MRFU单板号单板属性S1/1/1-S4/4/40双通道单发双收2双通道单发双收4双通道单发双收0单通道单发双收2单通道单发双收4单通道单发双收S5/

56、5/5-S12/12/121单通道单发双收3单通道单发双收5单通道单发双收 步骤 12:返回到这个画面时，就可以点击完成了，如果这时候弹出什么错误提示消息，可以根据提示来解决。 单基站移动系统的规划与设计 第 26 页 共 51 页图 3-13 配置小区完成界面 步骤 13:返回“增加基站向导”界面，如果基站，则点击“配置副链” 。图 3-14 配置小区完成界面 在弹出的“增加或删除链路”界面中，选择“增加链路”按钮。 单基站移动系统的规划与设计 第 27 页 共 51 页图 3-15 增加或删除链路 步骤 14:在弹出的“增加基站副链路”窗口中，根据配置需要，设置端口的选择，并点击“确定”按

57、钮，返回“增加或删除链路”界面，点击“确定”按钮。图 3-16 增加基站副链路 步骤 15:上面点击就返回配置画面，这时点击下一步,进入下一步：设置小区属性，点击小区属性，准备开始设置小区属性。 单基站移动系统的规划与设计 第 28 页 共 51 页图 3-17 配置站点属性 步骤 16:在弹出的这个窗口中修改相关数据。注 1：界面上注意本局移动国家码（MCC） 、本局移动网号（MNC） 、位置区编号（LAC） 、小区识别码（CI） ，网络色码（NCC） 、基站色码（BCC）的值，需要从网规网优处获取工参表，且配置成与 MSC 侧保持一致，避免设置冲突。图 3-18 设置小区属性 步骤 17:

58、在 0-18 点击下方按钮。弹出下图设置频率的窗口，选择网优 单基站移动系统的规划与设计 第 29 页 共 51 页提供的频率，然后点击完成返回上图。图 3-19 设置频率的窗口 步骤 18:在小区属性的窗口中，分别选择左下方设置的 TRX,然后点击按钮，弹出下图频率指定界面，给选择的 TRX 配置开始设置的频率，完成后点击返回到设置小区属性，此时可以点击完成小区属性配置并返回。图 3-20 设置载频频点 点击信道属性可以给基站配置 PDTCH，给基站配置上网业务。 单基站移动系统的规划与设计 第 30 页 共 51 页图 3-21 配置 PDTCH 信道 点击设备属性可以给基站小区配置功率类

59、型、功率等级、TCH 速率调整（半速率） ，TRX 优选等级（0 最高，9 最低）图 3-22 配置载频属性 在小区属性界面点“确定“后返回到站点属性界面，点击完成,结束站点的添加配置。 单基站移动系统的规划与设计 第 31 页 共 51 页图 3-23 完成站点添加 步骤 19:配置小区 PTPBVC右击 BSC6000,“配置 PCU 数据”- “配置 PTPBVC” 。图 3-24 配置PTPBVC图 3-25 点击配置PTPBVC“增加“按钮， 单基站移动系统的规划与设计 第 32 页 共 51 页图 3-26 增加PTPBVC按同样的方法增加第二小区”BTS-2”和第三小区”BTS-

60、3” 。 步骤 20:配置基站空闲时隙 小区配置了 EDGE 载频后，需要对基站配置空闲时隙。右击基站-配置基站空闲时隙，如图所示：图 3-27 配置基站空闲时隙 步骤 21:添加邻区关系： 单基站移动系统的规划与设计 第 33 页 共 51 页图 3-28 配置相邻小区 把三个小区移到右边，单击 “下一步”，如图：图 3-29 相邻小区配置选择小区，单击“设置相邻小区，如图：图 3-30 设置相邻小区 单基站移动系统的规划与设计 第 34 页 共 51 页添加相应相邻小区，如图：图 3-31 添加相邻小区三个小区配置完成后单击“完成”。3.3 信令协议3.3.1 信令协议概述在一个复杂的系统

61、中（如 GSM） ，要传送的不止是用户数据，因为网络要实现的大多数功能都是分布在几个远距离的设备上，要使这些设备协调工作需要交换一些信息，因此我们就要考虑到这些信息如何从网络内的一点传送到另一点。根据电信网开放系统互连模式 OSI 的概念，把协议按其功能分成不同的层面：最底层称为物理层或传输层；第二层被称为链路层；第三层被称为网络层，第三层以上被称为应用层，其每一层都有各自的协议规约。移动通信是由许多功能单元通过接口互连构成的，接口就是各组成单元之间的物理上和逻辑上的连接。BSS 和 MS 两部分有 A、Um、Abis 接口以及 Ater 接口等，其中 A 接口和 Um 接口具有统一和公开的标

62、准，以便于生产和组网，也有利于各种ISDN 业务的引入和功能发展，Abis 接口和 Ater 接口的定义尚不统一，实现差别较大，所以 BSC 和 BTS 配置不能实现多厂家设备互连。现在让我们分别介绍以下每个接口的具体情况：Sm 接口：Sm 接口是人机接口，是客户与网络之间的接口，主要包括客户对移动终端进行的 单基站移动系统的规划与设计 第 35 页 共 51 页操作程序、移动终端向客户提供的显示和信号音等。Sm 接口还包括客户识别卡（SIM）与移动终端（ME）间接口的内容。Um 接口：Um 接口是空中无线接口，是移动台和 BTS 之间的通信接口，用于移动台与 GSM系统的固定部分之间的互通，

63、其物理连接通过无线链路实现。Um 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等。Abis 接口：Abis 接口为 BSS 系统的两个功能实体 BSC 与 BTS 之间的通信接口，用于 BTS和 BSC 之间的远端互连方式，物理连接通过标准的 2Mbit/s 或 64Kbit/s 的 PCM 数字传输链路来实现。Abis 接口支持向移动台提供的所有服务，并支持对 BTS 无线设备的控制和无线频率的分配。由于 Abis 接口是 GSM 系统 BSS 的内部接口，所以是一个未开放的接口，可由各设备厂家自行定义。A 接口：BSS 部分与 MSC 之间的接口为 A 接口。A 接口基于 2Mbi

64、t/s 数字接口，采用 14位七号信令方式，主要传递呼叫处理、移动性管理、基站管理、移动台管理等信息。3.3.2 链路层信令协议由上面我们已经知道，在 GSM 系统中不同的接口使用了不同的协议。单从链路层来讲，分别涉及到移动台和 BTS 之间的 LAPDm，BTS 和 BSC 之间的 LAPD，以及七号信令系统中的 MTP2 协议。除无线接口外，信令信息都使用 64kbit/s 电路传输。表 3-5 GSM 接口上的链路协议接口链路层协议MS BTSLAPDm（GSM 特有）BTS BSCLAPD（由 ISDN 修改）BSC MSCMTP，第二层（SS7 协议）MSC/VLR（HLR SS7

65、网络）MTP，第二层（SS7 协议）3.3.3 网络层信令协议网络层的功能之一就是选择并建立这样一个连续的链路段，组成一个消息路由； 单基站移动系统的规划与设计 第 36 页 共 51 页另一个功能是支持两个实体之间并行存在的几个独立连接，这些连接对应于不同的应用通信。（1）BSS 网络层无线接口图 3-32 无线接口从移动台的角度看来，消息的源点和宿点取决于应用协议，移动台可以编址不同的网络功能实体，每个实体具有唯一的地址对应关系，网络按地址要求把消息送到相应的设备。通过 SAPI 可使我们在移动台上区别出信令消息和短消息两种情况，但这还不足以判断消息属于那种应用协议，因此需要一个网络编址来

66、加以补充。这就是协议鉴别器的功能。GSM 中定义了几个协议鉴别器（PD） ，一般我们把它们看作是消息的一部分，分类如下：表 3-6 协议鉴别器协议鉴别器功能起点/终点CC，SS呼叫控制管理和附加业务管理MS-MSC（HLR）MM位置管理和安全管理MS-MSC/VLRRR无线资源管理MS-BSC从上表中我们可以看到，BTS 并没有在该表中出现，这说明移动台除了链路管理，并不与 BTS 对话。 单基站移动系统的规划与设计 第 37 页 共 51 页（2）BSS 网络层 Abis 接口图 3-33 Abis 接口Abis 接口信令链路上的消息可以有许多可能的源点和宿点，如何来区分呢？从功能角度上看，我们可将 BTS 和 BSC 之间的报文与移动台和 BSC 以外的实体（包括移动台和 BSC）的所有其它报文区分开，更进一步应将不同的移动台即不同的信道区分开。表 3-7 Abis 接口上的消息鉴别器报文鉴别器+附加数据源点/宿点用途无线链路层管理+信道参考+无线链路参考MSBSC 或之外无线路径消息中继专用信道参考+信道参考BTSBSC与一给定的业务信道互连公共信道参考+信道参考BTSBSC 与