GSM无线网络规划

GSM无线网络规划网络规划序言网络规划基本知识介绍基站容量规划小区覆盖设计频率规划和干扰预测GSM网络规划一般侧重两个问题：第一个问题是针对一般性的电信系统，涉及到交换设备和传输链路的规划；第二个问题是无线网络规划，这是蜂窝无线通信系统的特殊问题，涉及到无线覆盖和频率规划等十分重要的问题。本文将着重介绍GSM系统的无线网络规划设计。由于基站容量规划、小区覆盖设计和频率规划是GSM无线网络规划的三个重要方面，所以本文重点讨论这三方面。GSM无线网络规划设计是移动通信网的建设中极其重要的环节，它对于网络的建设成本与网络建立后的运行质量有重要的影响。GSM无线网络规划设计目标是指导工程以最低的成本建造成符合近期和远期话务需求，具有一定服务等级的移动通信网络。具体地讲就是要达到服务区内最大程度的时间、地点的无线覆盖，满足所要求的通信概率；在有限的带宽内通过频率复用，提供尽可能大的系统容量；尽可能减少干扰，达到所要求的服务质量；在满足容量要求的前提下，尽量减少系统设备单元，降低成本等几个方面目标。当然上面的目标有些是互相冲突的，所以实际的系统实现常常是上述目标折中的解决产物。GSM无线网络规划与优化是一个阶梯式循环往复的过程。对于一个GSM网络来说，移动用户在不断地增长，无线环境在不断的变化，话务分布情况也在变化之中，因此，GSM网络是在循环反复的网络规划与优化的过程中不断发展壮大起来的。无线网络规划与优化工作的总体流程可用下面的流程图表示出来。网络规划主要包括以下基本过程和内容：（1）网络规划资料收集与调查分析为了使所设计的网络尽可能达到运营商要求，适应当地通信环境及用户发展需求，必须进行网络设计前的调查分析工作。调查分析工作要求做到尽可能的详细，充分了解运营商需求，了解当地通信业务发展情况以及地形、地物、地貌和经济发展等信息。调研工作包括以下几个部分：了解运营商对将要建设的网络的无线覆盖、服务质量和系统容量等要求；了解服务区内地形、地物和地貌特征，调查经济发展水平、人均收入和消费习惯；调查服务区内话务需求分布情况；了解服务区内运营商现有网络设备性能及运营情况；了解运营商通信业务发展计划，可用频率资源，并对规划期内的用户发展做出合理预测；系统需求调查分析系统容量极限网络优化调整用户增长、话务分布改变、无线环境变化网络校验与工程型优化调整工程实施频率规划及干扰预测覆盖预测与规划勘察与站点初始布局容量规划规划收集服务区的街道图、地形高度图，如有必要，需购买电子地图。（2）勘察、选址和传播模型校正基站的勘察、选址工作由运营商与网络规划工程师共同完成，网络规划工程师提出选址建议，由运营商与业主协商房屋或地皮租用事宜，委托设计院进行工程可行性勘察，并完成机房、铁塔设计。网络规划工程师通过勘察、选址工作，了解每个站点周围电波传播环境和用户密度分布情况，并得到站点的具体经纬度。为了更准确地了解无线规划区内电波传播特性，规划工程师可将几类具有代表性的地形、地物、地貌特征区域内指定频段的测试数据或现有网络测试数据（已建网络）整理以后，输入网络规划软件进行传播模型的校正，供下一步规划计算中使用。（3）网络容量规划根据对规划区内的调研工作，综合所收集到的信息，结合运营商的具体要求，在对规划区内用户发展的正确预测基础上，根据营运商确定的服务等级，从而确定整个区域内重要部分的话务分布和布站策略、站点数目和投资规模等，充分考虑当地高层建筑、楼房和高塔的分布，基本确定站点分布及数目。对于站点的位置及覆盖半径，必须考虑到话务需求量、传播环境、上下行信号平衡等对基站覆盖半径的限制，建站的综合成本等诸方面的因素。对网络进行初步容量规划。容量规划得出：满足规划区内话务需求所需的基站数；每个基站的站型及配置；每个扇区提供的业务信道数、话务量及用户数；每个基站提供的业务信道数、话务量及用户数；整个网络提供的业务信道数，话务量及用户数；此步骤的规划是初步规划，通过无线覆盖规划和分析，可能要增加或减少一些基站，经过反复的过程，最终确定下基站数目和站点位置。（4）无线覆盖设计及覆盖预测无线覆盖规划最终目标是在满足网络容量及服务质量的的前提下,以最少的造价对指定的服务区提供所要求的无线覆盖。无线覆盖规划工作有以下几个部分：初步确定工程参数如基站发射功率、天线选型（增益、方向图等）、天线挂高、馈线损耗等。进行上下行信号功率平衡分析、计算。通过功率平衡计算得出最大允许路径损耗，初步估算出规划区内在典型传播环境中，不同高度基站的覆盖半径。将数字化地图、基站名称、站点位置以及工程参数网络规划软件进行覆盖预测分析，并反复调整有关工程参数、站点位置，必要时要增加或减少一些基站，直至达到运营商提出的无线覆盖要求为止。（5）频率规划及干扰分析。频率规划决定了系统最大用户容量，也是减少系统干扰的主要手段。网络规划工程师运用规划软件进行频率规划，并通过同频、邻频干扰预测分析，反复调整相关工程参数和频点，直至达到所要求的同、邻频干扰指标。（6）无线资源参数设计合理地设置基站子系统的无线资源参数，保证整个网络的运行质量。从无线资源参数所实现的功能上来分，需要设置的参数有如下几类：网络识别参数系统控制参数小区选择参数网络功能参数无线资源参数通过操作维护台子系统配置。网络规划工程师根据运营商的具体情况和要求，并结合一般开局的经验来设置，其中有些参数要在网络优化阶段根据网络运行情况作适当调整。无线网络规划工作由于技术性强，涉及的因素复杂且众多，所以它需要专业的网络规划软件来完成。规划工程师利用网络规划软件对网络进行系统的分析、预测及优化，从而初步得出最优的站点分布、基站高度、站型配置、频率规划和其它网络参数。网络规划软件在整个网络规划过程中起着至关重要的作用，它在很大程度上决定了网络规划与优化的质量。在介绍网络规划前，我们先来回顾一下GSM网络的基础知识和无线传播的知识。一、GSM系统频谱划分GSM作为当前世界上分布最广的蜂窝移动系统，也是目前国内移动系统的主干网络，承载了国内的大部分手机用户。我国陆地公用蜂窝数字移动通信网GSM通信系统目前采用了900MHz和1800MHz两个不同的频段。（1）GSM900工作的无线频率分配为：GSM900：890~915MHz上行频率935~960MHz下行频率双工间隔为45MHz，工作带宽为25MHz，载频间隔200KHz。频道序号和频点标称中心频率的关系为：fu(n)=890.200MHz+(n-1)×0.200MHz上行频率fd(n)=fu(n)+45MHz下行频率n=1~124频道GSM900频段共有124个载波频道。在我国GSM900频段分别由中国移动公司和中国联通公司两家GSM运营商使用：中国移动公司：903~909MH（上行），948~954MHz（下行），共6M带宽，30个频道，频道号为66~95。由于中国移动公司拥有模拟网的频段，各地移动分公司都将模拟网退频，让出一些频段给GSM900使用，因此中国移动公司GSM系统实际占用不止6M带宽。中国联通公司：909~915MH（上行），954~960MHz（下行），共6M带宽，29个频道，频道号为96~124。（2）由于900MHz频带有限，可容纳的用户数也受限，所以GSM系统又发展到1800MHz。GSM1800工作的无线频率分配为：GSM1800：1710-1785MHz上行频率1805-1880MHz下行频率双工间隔为95MHz，工作带宽为75MHz，载频间隔为200KHz。频道序号和频点标称中心频率的关系为：fu(n)=1710.2MHz+(n-512)×0.200MHz上行频率fd(n)=fu(n)+95MHz下行频率n=512~885频道目前只有中国移动公司的部分分公司开通了GSM1800网络，拥有1800网络的移动分公司大多申请了频道号为512~562的10M带宽。（3）保护带宽当一个地区GSM900系统与模拟移动通信系统共存时，两系统之间（频道中心频率之间）应有约400KHz的保护带宽，通常是由模拟网预留。中国移动公司与中国联通公司的GSM系统也应有400KHz的保护带宽，即它们之间必须有一个网络少用一个频道，或由中国移动预留，或由中国联通预留。GSM在900MHz和1800MHz的频率分配如下图所示：GSM900960频率(MHz)935917915890872频道号12410102392597588012410102397545MHz隔离使用基站发射(移动台接收)基站接收(移动台发射)2MHz防护频带GSM18001880频率(MHz)频道号88588595MHz隔离使用基站发射(移动台接收)基站接收(移动台发射)20MHz防护频带180517851710512512GSM900/EGSM900/GSM1800频率分配PGSMEGSMPGSMEGSM二、GSM系统多址技术GSM系统采用时分和频分相结合的多址技术。上面已经提到，在GSM900频段上一共可有124个载频，GSM1800频段上一共可有374个载频，在整个频段上是频分的，而每个载频又是时分复用的，即每个信道占用载频的八分之一的时间。一个载频共有8个物理信道，每个信道都能支持话音或信令信息。这样每个载频（收发信机单元）可同时支持8个用户同时通话，从而节省了基站硬件设备。TDMA技术单载频，单收发信机，8个话路收发信机01234567三、GSM空间接口1．物理信道物理信道是支持信息传输的媒体，在GSM系统中它是由相应的载频及时隙所决定。前面已经提到GSM中单个载频可以支持8个移动用户同时通话。它是这样分配的：载频使用的时间被分成了多个时间段，每个时间段称为一个“时隙”，时隙按顺序排列，并编号为0到7。每这样的8个时隙序列称为一个“TDMA帧”。每个载频在时间上周期出现的同一时隙就构成了一个物理信道，提供给每个移动台传输话音、信令或数据信息，直到传输结束或切换发生。与移动台之间收发信号的定时对于系统正常工作非常关键。移动台和基站都必须在适当的时间发射和接收信号，否则就会错过它应该所在的时隙，一个时隙里所传的信息也称为一个突发脉冲序列（Burst）。每个数据突发脉冲序列在TDMA帧中对应一个分配给它的时隙。2．逻辑信道逻辑信道由物理信道上传递的信息组成，用以完成特定的功能。GSM的逻辑信道分为两大类：业务信道（TCH）和控制信道（CCH）。1）业务信道业务信道用于传送话音和数据信息。共有以下两种业务信道：全速率信道（FullrateTCH）TCH/FS:话音(业务信息13kbit/s,全部信息22.8kbit/sgross)TCH/EFR:话音(业务信息12.2kbit/s,全部信息22.8kbit/sgross)TCH/F9.6:9.6kbit/s–数据TCH/F4.8:4.8kbit/s–数据TCH/F2.4:2.4kbit/s–数据半速率信道（HalfrateTCH）TCH/HS:话音（业务信息6.5kbit/s，全部信息11.4kbit/s）TCH/H4.84.8kbit/s–数据TCH/H2.42.4kbit/s–数据业务信道分类注：NB（NormalBurst）=常规突发脉冲序列TCHTrafficChannels(业务信道)Speech(话音)TCH/FSTCH/HSTCH/EFRNBData(数据)TCH/9.6TCH/2.4TCH/4.8NBTCHSACCHFACCH2）控制信道GSM控制信道主要分成三类：广播控制信道（BCCH）;公共控制信道（CCCH）;专用控制信道（DCCH）。广播控制信道是下行信道(从基站到移动台),它包括:广播控制信道（BCCH）用于发送有关网络、服务小区和相邻小区的信息。为移动太提供进入网络所必要的信息。BCCH载频作为小区频标连续等功率发射。移动台通过测量BCCH载频获取有关小区的射频信号强度。同步信道（SCH）用来移动台的帧同步和基站识别。频率校正信道（FCCH）用于移动台载频校正同步。公共控制信道类包括上行和下行两个方向的信道：随机接入信道（RACH）上行信道，移动台