网优知识培训1-GSM无线网络优化基础知识

无线网络优化基础知识一、基本概念二、系统结构三、无线接口四、OSS系统十年一代的移动通信19701980199020002010年技术研究1G(FDMA)2G(TDMA)3G(CDMA)4G规范标准广泛应用产品研发3G广泛应用在2005到2006年移动通信系统概论第一部分基本概念移动通信的主要特点必须利用无线电波进行信息的传输运行环境复杂，多径传播用户高速移动工作于复杂的干扰环境开放式环境，存在多种干扰：邻道、同信道、邻小区、同小区、互调可利用的频率资源有限，而通信业务量的需求与日俱增用户容量，业务能力网络结构多种多样，网络管理复杂用户注册和登记，鉴权和计费，安全和保密用户终端成为个人消费品移动通信系统概论移动通信的分类按工作方式分类：单工，双工（FDD,TDD)，半双工按多址方式分类：FDMA、TDMA、CDMA、SDMA按信号形式分类：模拟网和数字网按覆盖范围分类：城域网、局域网、广域网按业务类型分类：电话网、数据网、综合业务网、多媒体网按服务特性分类：专用网、公用网按使用环境分类：陆地通信、海上通信、空中通信按使用对象分类：民用系统、军用系统移动通信系统概论通信系统网络的分类通信网核心网接入网有线接入无线接入光纤接入：PON、APONFTTB/C/H/R混合光纤同轴网CableModemDSL(ADSL、HDSL)卫星接入高空平台蜂窝接入微波接入FWA、WLLWLANPAN移动通信系统概论蜂窝移动通信的基本概念移动通信系统概论蜂窝系统---“小区制”系统-将所要覆盖的地区划分为若干个小区，每个小区的半径可视用户的分布密度在1-10km左右,在每个小区设立一个基站为本小区范围内的用户服务。-“频率复用”的概念-特点：用户容量大，服务性能较好，频谱利用率较高，用户终端小巧且电池使用时间长，辐射小等-问题：系统复杂，越区切换，漫游，位置登记；更新和管理以及系统鉴权等蜂窝分类-宏蜂窝(Macro-cell)1-20km-微蜂窝(Micro-cell)0.4－1km-皮蜂窝(Pico-cell)400m-分层蜂窝(由多种蜂窝组成)Macrocell：宏小区（宏蜂窝）一般小区，提供大部分的室内室外的覆盖；UmbrellaCell:伞型小区覆盖范围广，从覆盖上考虑，填补盲区。注意频率干扰。Microcell：微小区（微蜂窝）低功率，吸收话务。街道站就是其中一种。IndoorCell：室内小区室内的微蜂窝站。低功率，吸收室内话务。一般称为Picocell。无线基本概念小区类型全向站：OmniCell覆盖定向站：SectorCell容量功分站无线基本概念在移动通信系统中，信号的传播由于移动、散射和衰落将导致复杂的电磁行为，具体表现在信号的时延、频率和角度扩展。时延扩展使得接收端得到多个拷贝的信号，而且这些信号之间并没有很明确的关系，时延扩展将直接导致码间串扰ISI；频率扩展将导致信号的时间衰落；角度扩展将导致信号的空间衰落。移动通信系统需要解决的首要问题是多个用户如何共享无线媒体，也就是解决多址接入问题。已经提出并实现了三种多址方式如FDMA、TDMA、CDMA，SDMA(空分多址)即依靠阵列天线来实现空分多址应该是非常有前途的第四种多址方式。在实际的移动通信系统中可能采用混合多址方式如GSM采用了FDMA/TDMA方式，SDMA可以与FDMA、TDMA、CDMA中的任何一个组合实现系统。移动通信系统的无线资源包括频谱、时间、功率、空间和特征码等要素。从移动通信发展历史看，提高无线资源利用率一直是追求的主要目标。FDMA、TDMA与CDMA的最大不同点在于：CDMA是统计复用资源，每个载频的所有用户共享频率、时间、功率资源，用户之间只依靠特征码来区分；而FDMA、TDMA是固定分配资源，不同的用户在频率、时间、功率资源上部分或全部不同，用户之间有较好的隔离度。所有FDMA、TDMA和CDMA的技术差异都来源于这个不同点。无线传播的特点①建筑物反射波②绕射波③直射波④地面反射波陆地移动通信的电波传播机制实际环境的无线传播LOS和NLOS无线信道特征d(m)Pr(dBm)102030-20-40-60慢衰落快衰落无线信道随用户的位置和时间而变化多径散射、阴影遮挡使得接收功率发生剧烈变化慢衰落•衰减：Pr正比于1/dn•阴影：障碍物遮挡快衰落•多径效应在很小的距离间隔和时间间隔上，信号强度快速变化产生Doppler频移产生时延扩展分集技术抗快衰落措施－分集技术－显分集•空间分集•极化分集•频率分集：GSM--跳频，WCDMA--扩频技术•其它：方向性分集、场分集、发射分集－隐分集•隐分集即是利用信号处理技术将分集作用隐含在被传输信号之中，如RAKE接收技术、信道交织、纠错编码等•可看作时间分集时延扩展多径传播：不同路径的信号到达接收机的时间不同当多径信号不能被接收机区分时就产生同信道干扰（CCI），对于WCDMA系统，多径时延必须大于一个码片周期(0.26µs)才能被识别典型值(µs):Open0.2,Suburban=0.5,Urban=3解决均衡(GSM)、RAKE技术(WCDMA)Doppler频移Doppler效应的例子：火车经过你的身边f1f2f3V(km/h)移动通信中的Doppler频移V：移动台速度：信号到达角度损耗TRTR•绕射损耗•穿透损耗•地物（反射）损耗绕射损耗特点电磁波在绕射点四处扩散绕射波覆盖除障碍物外的所有方向扩散损耗最为严重计算公式复杂，随不同绕射常数变化穿透损耗θθε0μ0εμε0μ0dDw1w2E1E2XdBmWdBm穿透损耗=X-W=BdB电磁波穿透墙体的反射和折射室内信号取决于建筑物的穿透损耗室内窗口处与室内中部信号差别较大建筑物材质对穿透损耗影响较大电磁波的入射角对穿透损耗影响较大穿透损耗•物体阻挡/穿透损耗为：隔墙阻挡：5～20dB楼层阻挡：＞20dB，室内损耗值是楼层高度的函数，-1.9dB/层家具和其它障碍物的阻挡：2～15dB厚玻璃：6～10dB火车车厢的穿透损耗为：15～30dB电梯的穿透损耗：30dB左右茂密树叶损耗：10dB反射损耗地面性质水面稻田田野城市、山地、森林等效地面反射系数0.9～10.6～0.80.3～0.50.1～0.2反射损耗（dB）0～12～46～1014～20模拟FDMA数字TDMACDMA信道带宽窄宽更宽系统容量较小大更大话音质量一般较好更好、更稳定可靠安全保密性易截获加密和鉴权安全加密和鉴权更安全基站覆盖范围小较大更大系统规划较复杂较复杂简单高级功能较少较多更多手机通话时间较短较短较长CDMA、TDMA和FDMA三者主要性能比较移动通信系统概论移动通信的多址方式FDMA频分多址FDMA,每TRX一路，适合大型固定带宽的网络，不适于多分散用户，欠灵活TDMA时分多址FDD/TDMA,每TRXm路，容易进行频率规划、干扰计算和频率管理CDMA码分多址FDD/CDMA,每TRXn路，容量大，效率高，但要求网同步,需要计算和分配正交码b=bandwidthperCH;m=timemultiplexfactor;S=CDMAspreadingfactor移动通信系统概论下面我们将生活化地描述CDMA与其他通信技术的区别：模拟系统：采用FDMA（频分多址）技术。我们可以想象一个很大的房间被做成很多的隔断，每一个隔断里有一对人正在交谈。由于隔断的分隔，谈话者不会听到其他人的交谈，这就是FDMA频分多址系统。这是我国最早采用的移动通信技术。它的缺点是系统受房间面积（也就是频率）的限制很大，无线频率的利用率很低。GSM蜂窝数字系统：采用TDMA（时分多址）技术。我们可以想象把隔断作得大些，这样一个隔断可容纳几对交谈者。但大家交谈有一个原则：只能同时有一对人讲话。如果再把交谈的时间按交谈者的数目分成若干等分，就成为一个TDMA（时分多址）系统。这种系统受容量的限制很大，即一个隔断中有几个人是确定的，如果人数已满，则无法进入。CDMA数字通信系统：采用CDMA（码分多址）技术。可以想象一个宽敞的房间内正在进行一个聚会，宾客在两两一对进行交谈。假设每一对人使用一种语言，有说中文的，有说英语的，也有日语的等等，所有交谈的人都只懂一种语言。于是对于正在交谈的每一对人来说，别人的交谈声就成了一个背景噪声。在这里“宽敞的房间”就是CDMA扩频通信所采用的宽带载波，交谈者所有的语言就是区分不同的用户的码，交谈者就是CDMA的用户，这就是一个CDMA（码分多址）通信系统。如果能够很好的控制住背景噪声，那么这个系统中就可以容纳很多的用户，而不受容量的限制。移动通信系统概论无线频率的分组方案•4/12频率分组方法•3/9频率分组方法•MRP频率分组方法•1/3频率分组方法A1948270584634B1938169574533C1928068564432D1917967554331A2907866544230B2897765534129C2887664524028D2877563513927A3867462503826B3857361493725C3847260483624D3837159473523小区频率分组4/12D3D1C1B3B2C2B1A2D2A1C3A3D3D1C1B3B2C2B1A2D2A1C3A3D3D1C1B3B2C2B1A2D2A1C3A3D3D1C1B3B2C2B1A2D2A1C3A3D3D1C1B3B2C2B1A2D2A1C3A3同频小区频率干扰同频干扰（Co-channelinterference）GSM规范：C/I9dB，爱立信设计：C/I12dB，不跳频。无线基本概念邻频干扰（Adjacentchannelinterference）GSM规范：C/A-9dB，爱立信推荐要求：C/A3dB。无线基本概念爱尔兰表Traffic(inErlangs)=(n×T)/3600T=averageholdingtime,insecondsn=numberofcallsperhourandsubscriber.Typically,averagetrafficis15-20mErlangpersubscriber.GradeofService(GOS)=2%GOS信道数目爱尔兰无线基本概念GSM服务区PLMN服务区MSC\VLR服务区位置区小区GSM的网络覆盖示意图位置区（LocationArea）LA1LA2LA3LA4LA5LA6MSCVLRcell1cell2cell3cell4cell5cell6cell7cell8cell9cell11cell12小区切换示意图BSC-1BSC-2BSC-3MSC/VLR-BMSC/VLR-AGMSC小区切换示意图BSSBSSBSSBSSBSSMSC/VLRMSC/VLRMSC/VLRPSTNMSC内MSC间后续MSC间交换点位置区识别码(LAI)位置更新示意图LA1LA2LA3HLRnewMSC/VLR123456oldMSC/VLRAUCGMSCVLREIROMCMSCBSCBTSMSISDNPSPDNCSPDNPSTNPLMNSSBSS交换系统基站系统基站系统信息传输基站系统呼叫连接和信息传输HLR第二部分系统结构系统接口A接口：MSC与BSC间的接口Abis接口：BSC与BTS间的接口Um接口：BTS与MS间的接口C接口：MSC与HLR间的接口D接口：HLR与VLR间的接口E接口：MSC与MSC间的接口G接口：VLR与VLR间的接口各模块功能（一）•MS(MobileStation)：移动台，实现移动终端功能•BTS(BaseTransceiverStation)：基站收发信台，实现移动通信系统与MS之间的无线通信•BSC(BaseStationController)：基站控制器，实现无线系统到交换系统的集线功能、无线资源管理功能以及其它与无线相关的控制功能•MSC(MobileserviceSwitchingcenter)：移动业务