GSM通信网络优化基础知识

前言GSM网络优化概述第一章网络模型和网元介绍1.GSM网络模型及缩略术语2.MSC功能3.鉴权4.加密5.PLMN-MSC-BSC-LAC-CELL各层介绍6.编号系统介绍（ISDN等）及应用7.呼叫实例各识别码用途8.移动台的三种状态9.GSM频段及上下行概念第二章信道描述和帧结构1.TDMA概念2.信道分类及简介3.复帧结构4.逻辑信道与物理信道映射关系5.五种突发脉冲第三章TrafficCase1.移动台的呼叫建立过程2.位置更新3.紧急呼叫4.各种类型切换5.短消息流程第四章GSM信号处理原理1.时间色散2.时间提前3.语音编码4.误码处理（信道编码、交织、跳频）第五章无线基本概念1.小区类型2.干扰3.爱尔兰B表4.天线波瓣5.频率组网方式GSM网络优化概述前言优化简介1、加强GSM网络优化，搞好运行维护是提高移动通信网络质量的关键。一个完善的网络往往需要经历从最初的网络规划、工程建设投入使用，到网络优化的历程，并形成良性循环。2、网络优化工作是指对正式投入运行的网络进行参数采集、数据分析，找出影响网络运行质量的原因并且通过参数调整和采取某些技术手段，使网络达到最佳运行状态，使现有网络资源获得最佳效益，同时也对网络今后的维护及规划建设提出合理建议。网络优化主要包括无线网络优化和交换网络优化两个方面。一、无线网优概述1、无线网络优化的范围*无线环境的优化DT优化（包括主覆盖区域及各交通干道的覆盖优化）CQT（包括各主要话务区域内的室内覆盖的优化）*BSC无线环境统计指标的优化各种无线统计指标优化与MSC相关的各种指标的优化2、无线网络优化的基本操作流程*网络的规划及管理话务模式的预测网络结构的规划及实际网络的优化频率的规划及管理无线网络的各种设置的规划、试验及管理*日常网络优化工作BSC的日常网优操作无线环境的优化操作GSM无线网络建设与优化流程系统需求分析系统容量极限网络优化调整系统增长工程优化调整工程实施频率规划与干扰预测覆盖预测与规划勘察与站点初始布局容量规划3、无线网络优化的基本工具*OSS系统的各种功能话务统计功能OSS软件各种网优辅助功能：（MTR、CTR、CER、NCS、NOX、FAS、FOX等）各种辅助工具（IPOS、话务分析工具、无线专家等）*无线环境测试及分析工具无线环境测试工具无线环境分析工具信令分析工具目前常用的无线环境测试及分析工具一、前台测试仪表及软件1、ANTpliot测试软件、PREMIER测试软件、WALKMAN测试软件、ERICSSONTEMS测试软件，及OT76、OT75、OT96、TEMS手机、扫频仪用于室外的DT测试。2、测试手机有OT76、OT75、OT96、TEMS888、TEMSR520等。3、室内CQT点的拨打测试手机可用各种具有网络测试功能的普通手机。二、后台分析软件采用ANT软件后台分析软件进行各种后台分析可以提供各种覆盖区域的信号强度、质量及相关各种分析图。采用PREMIER软件后台分析软件进行各种后台分析采用MAPINFOW软件进行各种后台分析采用WALKMAN测试软件进行室内测试的后台分析采用PREMIER测试软件进行室内测试的后台分析无线网络优化的实质GSM系统无线网络优化的分类：从优化调整的对象来看，可以划分为工程参数优化和无线资源参数优化。工程参数优化：通过工程设计参数的优化调整，解决网络运行中的问题，在系统建设初期实施为主；无线资源参数优化：通过调整各种相关的无线资源参数，使网络处于良好的运行状态，在系统运行初期和后期维护中实施。GSM系统无线网络优化的实质：GSM通信系统的特性，如移动性、随机性、不可知性等，决定其本身是一个复杂的大系统。从大系统的角度来看，对无线网络优化最终只能提供一组满意解，而不是最优解。所以，对GSM网络优化的意义在于维持GSM网络处于较好的运行状态，而对优化结果的评价是通过一系列网络服务指标来反映的。无线网络优化的一般流程以下流程是对无线网络优化的分解和细化：否系统增长参数优化调整数据分类汇总系统运行状态评估系统运行数据采集性能指标统计问题定位各项指标是否合理系统运行状态评估可否满足网络要求是否可扩容规划及工程参数优化GSM网络性能评估指标对GSM网络性能评估需要从各个方面来考虑，网络优化首先要建立在对网络性能评估的基础上。GSM网络性能的指标交换机性能指标中继群性能指标告警指示无线网络质量指标系统性能指标无线网络优化调整的相关参数无线资源参数：无线资源参数一般是基于小区或局部区域设置的。当网络局部区域出现问题时，首先要排除设备故障问题，只有排除设备故障问题时，才考虑进行无线参数调整。后面的无线资源参数优化调整都是基于无设备问题的前提下作出的。工程参数：天线性能参数：天线的增益、极化方式、波束宽度；小区物理参数：天线的高度、天线下倾角度、方位角；频率规划参数：频率复用方式调整、各小区的BCCH和TCH载波频率；小区属性：小区的BSC归属；无线资源参数的分类GSM系统中无线资源参数种类很多，下图只是按照一般的分类方法大概分类：GSM系统无线资源参数系统控制参数小区选择参数系统功能参数网络识别参数无线资源参数分类介绍网络识别参数：主要用于移动台和网络相互识别身份。系统控制参数：主要指涉及系统配置的参数，这些参数的取值将影响到系统各部分的业务承载量和信令流量。小区选择参数：主要指与移动台进行小区选择、小区重选相关的参数；网络功能参数：主要指与实现系统各种功能（如跳频、DTX等）相关的参数；无线资源参数设置实例：第一章网络模型和网元介绍GSM网络模型缩略术语MSC：移动业务交换中心MobileservicesSwitchingCenterVLR:拜访位置寄存器VisitorLocationRegisterHLR:归属位置寄存器HomeLocationRegisterAUC:鉴权中心AuthenticationCenterEIR:设备识别寄存器EquipmentIdentityRegisterBSC:基站控制器BaseStationControllerBTS:基站收发信站BaseTransceiverStationOMC:操作维护中心OperationandMaintenanceCenterNMC:网络管理中心NetworkManagementCenterMS:移动台MobileStation一个MSC控制多个基站控制器，它控制移动用户自、至PSTN、ISDN、PLMN、公用数据网的呼叫。移动汇接和网络入口功能都由MSC来实现。HLR/AUC寄存用户的鉴约信息，如补充业务、鉴权参数，此外还有MS的位置信息和IMSI，ISDN码等。VLR是一个动态数据库，它包含了当前位于相应的MSC服务区的全部MS的有关信息（IMSI码和位置信息LAI）。VLR还包括当前的MSC中该MS的更为详细的位置信息。与其它网络的接口通过GMSC，GMSC称为入口移动交换中心（GATEWAY－网关或门道交换局）。AUC与HLR相连，是向HLR提供出于安全原因而使用的鉴权参数和密钥。即三参数组(rand,sres,kc)。EIR与MSC相连，对接入系统的移动台的设备进行识别。（目前国内没有引入此设备）MS包括移动终端（如手机）和SIM卡。MSC功能呼叫接续和控制，包括补充业务保持呼叫的连续性，完成切换功能移动台位置更新更新、处理移动用户数据各种信令接口：–到BSC和MS（BSSAP）–其它GSM网络单元（MAP、TUP、ISUP）–其它网络如PSTN或ISDN（TUP、ISUP）安全性管理：鉴权、加密、分配TMSI等IMEI检查收发短信计费功能AUC与HLR相连，是向HLR提供出于安全原因而使用的鉴权参数和密钥。即三参数组。EIR与MSC相连，对接入系统的移动台的设备进行识别。下面讲述系统的鉴权、加密和设备的识别过程：AUCHLR*鉴权、加密及设备识别1、下列情况需先经过鉴权1)移动台呼出及呼入。2)移动台位置登记、位置更新。3)移动台补充业务的登记、使用、删除。2、鉴权过程GSM鉴权过程：1、用户购机入网时，电信部门将IMSI号和用户鉴权键Ki一起分配给用户。同时，该用户的IMSI和Ki存入AUC。2、在AUC鉴权中心按下步骤产生一个用于鉴权和加密的三参数组。1）产生一个不可预测的随机数RAND。2）以IMSI、Ki和RAND为输入参数由两个不同的算法电路（A8和A3）计算出密钥Kc和符号响应SRES。3）将RAND、SRES、Kc组成一个三参数组送往HLR作为今后为该用户鉴权时使用。3、HLR自动存储1~10组每个用户的三参数组，并在MSC/VLR需要时传给它。而在MSC/VLR中也为每个用户存储1~7组这样的三参数组。这样做的目的是减少MSC/VLR与HLR、AUC之间信号传送的频次。4、在呼叫处理过程中，MSC向需被鉴权的移动台发送一组参数中的RAND号码，移动台据此再加上要身SIM卡内存储的IMSI和Ki作为A3鉴权运算电路的输入信号，算出鉴权的符号响应SRES并将其送回MSC/VLR。5、MSC将原参数组中由AUC算出的SRES与移动台返回的SRES比较，若相同，则认为合法，允许接入，否则为不合法，拒绝为其服务。IMSI1IMSI2KiKiRANDKcSRESRANDKcSRESRAND加密算法Ａ8鉴权算法Ａ3结果结果数据库IMSI和鉴权产生随机数HLR三参数组的产生过程AUCHLRMSC/VLRMS算法A3RANDKiSERSRAND接入请求SRESAUCSRESMS?=存储HLR中所有用户的鉴权键Ki对所有用户产生一参数RAND/KC/SRES临时存储所有用户的三参数组(每用户1至10个)依请求发给VLR存储所有拜访用户的三数组(每用户1至7个三参数组)存储所有有关的用户信息NOYES系统的鉴权过程3、系统的加密过程：1、鉴权程序中产生的密钥KC随RAND和SRES一起送往MSC/VLR。2、MSC/VLR启动加密进程，发加密模式命令“M”（一个数据模型）经基站发往移动台。3、在移动台中对“M”进行加密运算（A5算法），其输入参数为KC、M和TDMA当前帧号。加密后的信息送基站解密。若解密成功（“M”被还原出来），则从现在开始，双方交换的信息（话音、数据、信令）均需经过加密、解密步骤。AUCHLRMSC/VLRBTSMS存储HLR中所有用户鉴权键Ki对所有用户产生三参数组临时存储所有用户的三参数组(每用户1至10个并请求发给VLR)存储所有拜访用户的三数组(每用户1至7个三参数组)存储所有与网路有关的用户信息监时存储KC用于与MS通话中的加密鉴权程序启动加密A5A5A8RANDKiKcKcMMKcTDMA帧号TDMA帧号加密后信息解密后信息与M比较是否加密完成加密不成功系统的加密过程图2入口MSC的网络位置MSC/VLR业务区MSC/VLR业务区MSC/VLR业务区MSC/VLR业务区GMSCGSM服务区PLMN服务区MSC\VLR服务区位置区小区图3GSM网络结构GSM/PLMN网络和其它PSTN、ISDN或PLMN网间的链路，将位于国际或国内汇接交换机的级别上。GSM/PLMN网的全部入局呼叫将选路入口至一个或多个入口MSC。MSC作为GSM/PLMN的入局汇接交换机，它具有为移动终端的呼电询问呼叫路由的功能。它能使系统为呼叫选路至它们的最终的目的地——被叫移动台。在GSM/PLMN网络中，全部至移动终端的呼叫，都要选路至某一个具有入口功能的MSC，该MSC称为GMSC。GSM/PLMN网络的区是由一个或几个MSC/VLR业务区构成，能够提供GSM/PLMN网络与其它通信网络间的链路，具有为呼叫查询、选接呼叫路由的功能的MSC称为入口MSC，简称GMSC。MSC服务区表示由该MSC所覆盖的服务区域，凡在该区的移动台均在该区的拜访位置寄存器（VLR）登记。因此，MSC总与VLR构成同一个节点，写作