PAGE0蘭州理工大學計算機與通信學院2012年秋季學期移動通信課程設計題目：基于校園環境的GSM網絡規劃設計專業班級：09級通信(1)班 姓名：學號：指導教師：_____成績：摘要數字蜂窩移動通信是在模擬蜂窩移動通信的基礎上發展起來的，在網絡組成，設備配置，網絡功能和工作方式上，二者都有相同之處。但因數字蜂窩網采用全數字傳輸，因而在實現技術和管理控制等方面，均與模擬蜂窩網有較大的差異。簡單來說，數字蜂窩網技術更先進，功能更完備且通信更可靠，并能適應方便的與其他數字通信網（如綜合業務數字網ISDN，公用數據網PDN）的互聯。GSM蜂窩系統的主要組成部分可分為移動臺，基站子系統和網絡子系統。基站子系統（簡稱基站BS）由基站收發臺（BTS）和基站控制器（BSC）組成；網絡子系統由移動交換中心(MSC)，操作維護中心（OMC）,原籍位置寄存器（HLR），訪問位置寄存器（VLR）,鑒權中心（AUC）和移動設備識別寄存器（EIR）組成。一個MSC可管理多達幾十個基站控制器，一個基站控制器最多可控制256個BTS。由MS,BS和網絡子系統構成公用陸地移動通信網，該網絡由MSC與公用交換電話網（PSTN）,綜合業務數字網（ISDN）和公用數據網（PDN）進行互聯。關鍵詞：GSM,基站規劃,小區容量規劃,頻率復用;目錄TOC\o"1-3"\h\u9295前言 3410第一章GSM網絡規劃設計總體概述 4195081.1GSM無線網絡設計與優化流程 4309471.2GSM網絡的基本原理 4290761.2.1GSM網絡組成 4242461.2.2GSM網絡組成部分功能 6223661.2.3GSM網絡接口 728264第二章基站站址選取 1047232.1基站初始布局 1078332.2建筑物情況 10178712.3設計指標及要求 1111832.4設計方案 11260582.4.1實地勘測 11308902.4.2具體方案 1212115第三章小區容量設計 14179623.1話務量的計算原理 14299193.2話務量計算 1512382第四章頻率規劃 16106004.1GSM系統頻譜劃分 16174444.1.1GSM900工作的無線頻率分配 1623224.1.2GSM1800工作的無線頻率分配 16181294.1.3保護帶寬 16174494.2GSM系統多址技術 16214634.3頻分復用和時分復用 1719297總結 1830708參考文獻 19前言我國的GSM用戶量已達到5億之多，雖然國家在大力的普及3G。但是在這個過渡期必然有大量的用戶依然在使用2G的GSM網絡，作為學通信的學生有必要掌握GSM通信的網絡規劃與優化知識，GSM作為到目前為止最為成熟的通信技術之一，有必要深入研究，為以后的其他技術學習奠定基礎，而作為網絡規劃的三個重要的步驟基站的選取，小區的容量規劃，以及頻率復用技術都得到了廣泛的應用，在研究GSM網絡的過程中，我們應該舉一反三，深刻了解與掌握網絡設計與規劃中的框架以及步驟，為以后的學習打下基礎。第一章GSM網絡規劃設計總體概述1.1GSM無線網絡設計與優化流程勘查與站點初始布局系統需求分析勘查與站點初始布局系統需求分析容量規劃系統容量極限容量規劃系統容量極限網絡優化調整覆蓋預測與規劃網絡優化調整覆蓋預測與規劃頻率規劃與干擾預測系統增長頻率規劃與干擾預測系統增長工程實施非官方工程實施非官方工程優化調整圖1-1設計與優化流程為了使所設計的網絡盡可能達到運營商要求，適應當地通信環境及用戶發展需求，必須進行網絡設計前的調查分析工作。對于站點的位置及覆蓋半徑，必須考慮到話務需求量、傳播環境、上下行信號平衡等對基站覆蓋半徑的限制，建站的綜合成本等諸方面的因素。對網絡進行初步容量規劃。無線覆蓋規劃最終目標是在滿足網絡容量及服務質量的的前提下,以最少的造價對指定的服務區提供所要求的無線覆蓋。初步確定工程參數如基站發射功率、天線選型（增益、方向圖等）、天線掛高、饋線損耗等。進行上下行信號功率平衡分析、計算。通過功率平衡計算得出最大允許路徑損耗，初步估算出規劃區內在典型傳播環境中，不同高度基站的覆蓋半徑。頻率規劃決定了系統最大用戶容量，也是減少系統干擾的主要手段。合理地設置基站子系統的無線資源參數，保證整個網絡的運行質量。1.2GSM網絡的基本原理1.2.1GSM網絡組成操作維護系統操作維護系統網絡網絡交換系統VLRHLRNMCVLRHLRNMCAUCAUCOMCOMCMSCMSCEIREIRIWFECIWFECPSTNPSTN基站子系統基站子系統XCDRXCDR移動臺移動臺MEMEBSCSIMBSCSIMBTSBTS圖1-2網絡組成和功能GSM網絡由網絡交換子系統（SSS）、基站子系統（BSS）、移動臺（MS）及操作維護子系統（OMS）組成。MS是如手機、傳真機等用戶實際所使用的設備；BSS是為移動臺MS和陸地交換設備提供無線連接的部分；SSS是由MSC及一些相關的數據庫組成，完成電話交換及提供GSM系統與PSTN的連接功能等；OMS使網絡管理員能對網絡進行集中操作與維護。主要包括以下網元（NE）：MSC： 移動交換中心AUC： 鑒權中心HLR： 歸屬位置寄存器VLR： 拜訪位置寄存器EIR： 設備識別寄存器BSC： 基站控制中心XCDR： 壓縮編碼器BTS： 收發信基站ME： 移動設備SIM： 用戶身份識別卡OMC： 操作維護中心（包括OMCR--基站子系統操作維護中心和OMCS--交換子系統操作維護中心）NMC： 網絡管理中心1.2.2GSM網絡組成部分功能（1）移動臺（MS）移動臺就是移動客戶設備部分，它由兩部分組成，移動終端(MS)和客戶識別卡（SIM）。移動終端就是“機”，它可完成話音編碼、信道編碼、信息加密、信息的調制和解調、信息發射和接收。SIM卡就是“身份卡”，它類似于我們現在所用的IC卡，因此也稱作智能卡，存有認證客戶身份所需的所有信息，并能執行一些與安全保密有關的重要信息，以防止非法客戶進入網路。SIM卡還存儲與網路和客戶有關的管理數據，只有插入SIM后移動終端才能接入進網，但SIM卡本身不是代金卡。（2）基站子系統（BSS）BSS系統是在一定的無線覆蓋區中由MSC控制，與MS進行通信的系統設備，它主要負責完成無線發送接收和無線資源管理等功能。功能實體可分為基站控制器（BSC）和基站收發信臺（BTS）。

BSC：具有對一個或多個BTS進行控制的功能，它主要負責無線網路資源的管理、小區配置數據管理、功率控制、定位和切換等，是個很強的業務控制點。

BTS：無線接口設備，它完全由BSC控制，主要負責無線傳輸，完成無線與有線的轉換、無線分集、無線信道加密、跳頻等功能。（3）網絡子系統（NSS）交換網路子系統（NSS）主要完成交換功能和客戶數據與移動性管理、安全性管理所需的數據庫功能。NSS由一系列功能實體所構成，各功能實體介紹如下：

MSC：是GSM系統的核心，是對位于它所覆蓋區域中的移動臺進行控制和完成話路交換的功能實體，也是移動通信系統與其它公用通信網之間的接口。它可完成網路接口、公共信道信令系統和計費等功能，還可完成BSS、MSC之間的切換和輔助性的無線資源管理、移動性管理等。另外，為了建立至移動臺的呼叫路由，每個MS還應能完成入口MSC（GMSC）的功能，即查詢位置信息的功能。

VLR：是一個數據庫，是存儲MSC為了處理所管轄區域中MS（統稱拜訪客戶）的來話、去話呼叫所需檢索的信息，例如客戶的號碼，所處位置區域的識別，向客戶提供的服務等參數。

HLR：也是一個數據庫，是存儲管理部門用于移動客戶管理的數據。每個移動客戶都應在其歸屬位置寄存器（HLR）注冊登記，它主要存儲兩類信息：一是有關客戶的參數；二是有關客戶目前所處位置的信息，以便建立至移動臺的呼叫路由，例如MSC、VLR地址等。

AUC：用于產生為確定移動客戶的身份和對呼叫保密所需鑒權、加密的三參數（隨機號碼RAND，符合響應SRES，密鑰Kc）的功能實體。

EIR：也是一個數據庫，存儲有關移動臺設備參數。主要完成對移動設備的識別、監視、閉鎖等功能，以防止非法移動臺的使用。（4）

操作維護子系統（OSS）GSM系統還有個操作維護子系統（OMC），它主要是對整個GSM網路進行管理和監控。通過它實現對GSM網內各種部件功能的監視、狀態報告、故障診斷等功能。OMC與MSC之間的接口目前還未開放，因為CCITT對電信網路管理的功能。OMC與MSC之間的接口目前還未開放，因為CCITT對電信網路管理的Q3接口標準化工作尚未完成。1.2.3GSM網絡接口BTSBSCBTSBSCMSHLRHLRMSCMSCMSCMSCVLRVLREIREIRVLRVLR圖1-3網絡接口（1）Um接口Um接口是空中無線接口，是MS和BTS之間的通信接口，用于MS與GSM系統的固定部分之間的互通，其物理連接通過無線鏈路來實現。Um接口傳遞的信息包括無線資源管理、移動性管理和接續管理等。（2）Abis接口Abis接口是BSS部分的兩個功能實體BSC和BTS之間的通信接口，用于BTS和BSO之間的遠端互連方式，物理連接通過標準的2Mbit/s或64Kbit/s的PCM數字傳輸鏈路來實現。Abis接口支持向移動臺提供的所有服務，并支持對BTS無線設備的控制和無線頻率的分配。Abis接口是GSM系統的BSS的內部接口，是一個未開放的接口，可由各設備廠家自行定義。（3）A接口A接口是BSS部分與MSC之間的接口，它基于2Mbit/s的數字接口，采用14位七號信令方式，主要傳遞呼叫處理、移動性管理、基站管理、移動臺管理等信息。（4）B接口B接口是MSC與VLR之間的接口，主要用于MSC向VLR詢問有關移動臺的當前位置信息，或通知VLR有關移動臺的位置更新信息等。B接口作為設備內部接口，一般不作規定，但應能完成GSM規范所規定的功能。（5）C接口C接口是MSC與VLR之間之間的接口，它基于2Mbit/s或64Kbit/s的數字接口，采用24位七號信令方式。它主要完成被叫移動用戶信息的傳遞以及獲取被叫用戶被分配的漫游號碼。（6）D接口D接口是HLR與VLR之間的接口，它基于2Mbit/s或64Kbit/s的數字接口，采用24位七號信令方式。它主要交換位置信息和用戶信息，當移動臺漫游到某VLR所轄區域后，VLR將通知Ms的HLR，HLR向VLR發送有關該用戶的業務消息，以便VLR給漫游客戶提供合適的業務：同時HLR還要通知前一個為該移動用戶服務的VLR刪除該移動用戶的信息。當移動用戶要求進行補充業務的操作或修改某些用戶參數時（如將呼叫轉移功能激活），也是通過D接口交換信息。（7）E接口E接口是MSC與MSC之間的接口，它也是采用的24位七號信令方式，用于移動臺在呼叫期間從一個MSC區域移動到另一個MSC區時，為了通話的連續性而進行的局間切換，以及兩個MSC間建立用戶呼叫接續時傳遞有關信息。（8）F接口MSC與EIP之間的接口為F接口，采用24位七號信令方式，用于MSC檢驗移動臺的IMEI時使用。（9）G接口G接口是VLR之間的接口，當移動臺以TMSI啟動位置更新時，VLR使用G接口向前一個VLR獲取MS的IMSI和相應的信息。基站站址選取2.1基站初始布局基站初始布局確定好以后要根據勘察、小區設計、覆蓋預測、容量規劃的結果作反復的調整，如下圖:調整調整基站布局站點初始布局站點選擇與勘查站點選擇與勘查容量規劃容量規劃覆蓋預測與小區規劃覆蓋預測與小區規劃頻率規劃及干擾預測頻率規劃及干擾預測方案確定方案確定圖2-1基站初始布局流程圖2.2建筑物情況蘭州理工大學西校區位于七里河區龔家灣；整個校區東西長約1800米，南北長約2000米。主要樓層情況：建筑層高6至7層。根據對學校的勘察情況，目前已建校區主要分為4個區域，即西側的教學區和東側南北方向的兩個宿舍區。教學區域中已經建設完成的教學樓共有7棟：含3棟實驗樓、4棟教學樓、。北村宿舍位于校園的東北方向，共8棟宿舍樓，含3棟女生生宿舍和8棟男生宿舍。南村宿舍位于校園的東南方向，共9棟宿舍樓，含1棟女生生宿舍和8棟男生宿舍。圖書館和大學生活動中心，食堂位于學校的中部位置。基站基站圖2-2蘭州理工大學西校區基站布局平面示意圖2.3設計指標及要求覆蓋區內無線可通率：移動臺在無線覆蓋區內90%的位置，99%的時間可接入網絡。無線信道呼損：根據實際需求要求無線信道呼損市區不高于2%。2.4設計方案2.4.1實地勘測大學校園內人數較多且集中，但總量變化不大。校園內人員流動的規律性帶來話務的規律性變化，總體來說人員變化普遍趨勢如下：根據調查我校學生用戶使用習慣：高峰為晚上21:00-23:00點，而且撥入撥出基本平衡；西區用戶數量大概為30000人，而且平時在相同時間段用戶話務量較穩定；西區地勢平坦大體上屬于中等起伏地形中的郊區和開闊地地形；每年有新生入校和畢業生離校，人數基本持平；每天離開學校和進入學校的人員基本持平；周一至周五校內人員較多而周末較少；寒暑假校內人員較少；9月因新生入校人數增多，漫游數目較大；5-7月因畢業生陸續離校，人員總數減少。根據校園內內不同樓宇具有的不同功能，人流量、話務量、業務需求各不同。表1.1樓宇類型與業務特點序號樓宇類型人流量話務量1教學樓較大一般2行政樓一般一般3實驗樓較少較少4食堂較大較大5圖書館一般較少6體育館較大較少7宿舍樓很大較大2.4.2具體方案根據校園內四大區域（東南部宿舍區、西部教學區、東北部宿舍區，中部圖書館和大學生活動中心食堂）主要建筑類型，主要設計建設方案為：學校的主要用戶包括學生、教師和其他人口，其中占最大數量比例的是學生這一群體，因此，主要以學生群體的業務行為來分析其話務特點。學生的主要活動區域可按白天和晚上劃分為教學區、宿舍區和其他區域（包括校園內、餐廳、操場等）。以上述分析為基礎，得出高校區的業務需求。大學內基本所有學生都住宿，宿舍區夜間的話務量相當高。周一至周五白天，人員集中在教學樓和實驗樓。早中晚飯時間，人員主要集中在食堂。由于圖書館內場館限制，一般話務量較小。宿舍話務量基本可以作為整個校園話務容量的衡量標準。通過實地勘察并結合地圖，一般來說，大學的樓群分界線明顯，建筑物的高度大約在20-30m，根據建筑物平均密度特征，可以認為其符合一般城區的特征。區域內存在大量教學樓、宿舍樓等建筑群；區域內話務量密集、用戶移動速度不高、業務速率要求較高。可將基站站址選擇在中心食堂，基站收發信天線采用全向天線,基站發射功率為每載波500W，每時隙平均為500/8=62.5W。移動臺發射功率分為0.8W,2W,5W,8W和20W五種，可供用戶選擇。COST-231-Walfish-Ikegami模型可以適用于20m~5km范圍的傳播損耗預測，既可用作宏蜂窩模型，也可用作微蜂窩模型。在作微蜂窩覆蓋預測時，必須有詳細的街道及建筑物的數據，不能采用統計近似值。適用條件:頻率為GSM900/1800；基站天線有效高度為3-200米移動臺天線高度為1-10米通信距離為20米-5公里該模式分視距（LOS〕和非視距（NLOS）兩種情況（1）視距情況基本傳輸損耗采用下式計算L＝42.6+26lgd+20lgf（公式1）(2)非視距情況基本傳輸損耗采用下式計算Lo=32.45+20lgd+20lg（公式2）其中d=2000m,f=900MHz將其帶入非視距情況基本傳輸損耗中得Lo=97.45db假設手機的發射功率為5W,則可計算出基站的發射功率為50W.小區容量設計3.1話務量的計算原理在網絡規劃中，最重要的是確定系統的容量。系統的容量一般指用戶在某段時間內所產生的通話量。其單位通常以愛爾蘭(Erlang)表示(一個愛爾蘭是指一條通話電路被百分之百的連續占用1小時的話務負荷，或者兩條通話電路各被連續占用半小時的話務負荷)。 每個用戶的平均話務量可以表示成： （公式1） 式中，是平均每用戶單位時間內發出呼叫的次數，又稱為呼叫到達速率。為每用戶平均通話時間。為呼叫完成速率。 每個小區的話務量可以表示為： （公式2） 式中，是每用戶平均話務量(Erlang/用戶)，為用戶分布密度(用戶數/km2)，為小區面積(km2)。在現實環境中，話務量會隨著時間而變化。即使不考慮長期發展過程中可能出現的變化，話務量還會以每天和每周為周期作短期的周期性變化。通常將話務量最大的一小時稱為忙時，相應此小時的呼叫次數為“忙時呼叫次數”或“忙時試呼次數”，縮寫為BHCA。系統忙時話務量可以由下式給出： （公式3）在網絡規劃中通常采用忙時話務量為設計指標，并認為GSM網絡能夠支持忙時話務量也必然能夠應付平時的話務量。在網絡規劃設計中通常采用每用戶忙時話務量的指標。每用戶忙時話務量可用下式表示： （公式4）為每用戶的忙時話務量為每用戶忙時呼叫次數為每用戶每次通話占用信道的平均時長，單位：秒則系統忙時話務量又可表示為： （公式5）為每用戶的忙時話務量為系統用戶總數這是我們做容量規劃時一個很重要的公式。顯然做系統規劃時，系統預期容量應該大于預計的。當前系統的平均每用戶忙時話務量一般可從現網統計數據中得到，系統忙時總話務量除以忙時VLR上的用戶登記數就是當前系統的平均每用戶忙時話務量。但一般在做網絡規劃時，應為當前系統的平均每用戶忙時話務量留一定的余量。3.2話務量計算忙時話務量其中用戶每天平均呼叫次數為C=2次/天，每次呼叫的平均占用信道時間為集中系數為K=10%計算得根據調研一天中最忙時段為21:00-23:00，每層樓大概有5個人同時通話，一棟樓共有七層，則每棟樓共有個用戶同時通話，西區共有16棟樓，則有個用戶同時通話，同時假設校園內有40人同時通話，則共有560+40=600用戶同時通話可算出西區總的話務量查看愛爾蘭表，由呼損率B=2%可得載頻數為n=37信道利用率假設西區全網用戶數為30000人，則每個信道的容量其中有一個控制信道，即總共有37+1=38個頻分復用信道。頻率規劃4.1GSM系統頻譜劃分GSM作為當前世界上分布最廣的蜂窩移動系統，也是目前國內移動系統的主干網絡，承載了國內的大部分手機用戶。我國陸地公用蜂窩數字移動通信網GSM通信系統目前采用了900MHz和1800MHz兩個不同的頻段。4.1.1GSM900工作的無線頻率分配GSM900： 890-915MHz 上行頻率935-960MHz 下行頻率雙工間隔為45MHz，工作帶寬為25MHz，載頻間隔200KHz。頻道序號和頻點標稱中心頻率的關系為：fu(n)=890.200MHz+(n-1)×0.200MHz 上行頻率fd(n)=fu(n)+45MHz 下行頻率n=1-124頻道GSM900頻段共有124個載波頻道。4.1.2GSM1800工作的無線頻率分配由于900MHz頻帶有限，可容納的用戶數也受限，所以GSM系統又發展到1800MHz。GSM1800工作的無線頻率分配為：GSM1800： 1710-1785MHz 上行頻率1805-1880MHz 下行頻率雙工間隔為95MHz，工作帶寬為75MHz，載頻間隔為200KHz。頻道序號和頻點標稱中心頻率的關系為：fu(n)=1710.2MHz+(n-512)×0.200MHz 上行頻率fd(n)=fu(n)+95MHz 下行頻率n=512-885頻道4.1.3保護帶寬當一個地區GSM900系統與模擬移動通信系統共