GSM系统简介及优化流程

1GSM系统简介1.1GSM系统结构GSM（GlobalSystemforMobileCommunications；全球移动通信系统）主要分交换部分和无线部分。其中交换部分和PSTN网很类似，而无线部分是GSM网络特有的由于无线特有的移动性，复杂性，以及传播条件恶劣所带来的衰落等原因，直接影响了无线通信的质量，所以无线部分是优化的重点对象。一套完整的GSM蜂窝系统主要由：MS（移动台），BSS（基站子系统），NSS（交换网络子系统），OSS（操作支持子系统），这四大部分组成，GSM系统结构如图1所示。图1：GSM系统结构1.1.1MS（移动台）MS是用户唯一能接触到的GSM系统中的设备。他分为移动终端（MT）和SIM卡两部分。SIM卡也叫做用户识别卡，主要用于识别用户的身份，计费等功能。1.1.2BSS（基站子系统）由BTS（基站收发信台）和BSC（基站控制器）两部分实体组成。一个BSC可以控制数十个BTS，BTS可以和BSC直接连接，也可以通过基站接口设备（BIE）采用远程控制的连接方式于BSC连接。(1)BTS属于BSS的无线部分，主要负责接收和发送信息，由BSC控制，BTS主要由基带单元，载频单元，控制单元和天馈单元组成。(2)BSC属于BSS的控制部分，主要负责各借口的管理，承担无线资源和无线参数管理。BSC由朝向于MSC相连的A借口或者与变码交换器的Ater接口的数字中继部分，朝向BTS相练的Abis接口或者BS接口的BTS部分，公共处理部分，和交换部分组成。1.1.3NSS（网络子系统）网络子系统主要包括有GSM系统的交换功能和用于拥护数据与移动性管理，安全性管理所需的数据库功能，它对GSM移动用户之间通信和GSM移动用户与其他通信网用户之间通信起着管理作用。NSS由一系列功能实体构成。(1)MSC移动业务交换中心。移动业务交换中心是网络的核心，他提供交换功能及面向系统其他功能实体：BSS，HLR，AUC，EIR，OMC和面向固定网的接口功能把移动用户与移动用户，移动用户与固定网用户互相连接起来。(2)访问用户位置寄存器（VLR）访问用户位置寄存器（VLR）是服务于其控制区域内移动用户的，存储着进入其控制区域内已登记的移动用户相关信息，为已登记的移动用户提供建立呼叫接续的必要条件。VLR从该移动用户的归属用户位置寄存（HLR）处获取，并存储必要的数据。一旦移动用户离开该VLR的控制区域，则重新在另一个VLR登记，原VLR将取消临时记录的该移动用户数据。因此，VLR可看作为一个动态用户数据库。VLR功能总是在每个MSC中综合实现的。(3)归属用户位置寄存器（HLR）归属用户位置寄存器（HLR）是GSM系统的中央数据库，存储着该HLR控制的所有存在的移动用户的相关数据。一个HLR能够控制若干个移动交换区域以及整个移动通信网，所有移动用户重要的静态数据都存储在HLR中，这包括移动用户识别号码、访问能力、用户类别和补充业务等数据。HLR还存储且为MSC提供关于移动用户实际漫游所在的MSC区域相关动态信息数据。这样，任何入局呼叫可以即刻按选择路径送到被叫的用户。(4)鉴权中心（AUC）GSM系统采取了特别的安全措施，例如用户鉴权、对无线接口上的话音、数据和信号信息进行保密等。因此，鉴权中心（AUC）存储着鉴权信息和加密密钥，用来防止无权用户接入系统和保证通过无线接口的移动用户通信的安全。AUC属于HLR的一个功能单元部分，专用于GSM系统的安全性管理。(5)移动设备识别寄存器（EIR）移动设备识别寄存器（EIR）存储着移动设备的国际移动设备识别码（IMEI），通过检查白色清单、黑色清单或灰色清单这三种表格，在表格中分别列出了准许使用的、出现故障需监视的、失窃不准使用的移动设备的IMEI识别码，1.1.4操作支持子系统（OSS）操作支持子系统（OSS）需完成许多任务，包括移动用户管理、移动设备管理以及网路操作和维护。移动用户管理可包括用户数据管理和呼叫计费。用户数据管理一般由归属用户位置寄存器（HLR）来完成这方面的任务，HLR是NSS功能实体之一。用户识别卡SIM的管理也可认为是用户数据管理的一部分，但是，作为相对独立的用户识别卡SIM的管理，还必须根据运营部门对SIM的管理要求和模式采用专门的SIM个人化设备来完成。呼叫计费可以由移动用户所访问的各个移动业务交换中心MSC和GMSC分别处理，也可以采用通过HLR或独立的计费设备来集中处理计费数据的方式。移动设备管理是由移动设备识别寄存器（EIR）来完成的，EIR与NSS的功能实体之间是通过SS7信令网路的接口互连，为此，EIR也归入NSS的组成部分之一。网路操作与维护是完成对GSM系统的BSS和NSS进行操作与维护管理任务的，完成网路操作与维护管理的设施称为操作与维护中心（OMC）。1.2GSM网络接口在实际的GSM通信网络中，由于网络规模不同，运营环境不同和设备生产厂家的不同，上述的各个部分可以有不同的配置方法。为了各个厂家所生产的设备可以通用，各部分的连接必须严格符合规定的接口标准以及相应的协议。1.2.1主要接口GSM系统的主要接口是指A接口、Abis接口和Um接口。这三种主要接口的定义和标准化可保证不同厂家生产的移动台、基站子系统和网络子系统设备能够纳入同一个GSM移动通信网运行和使用，主要接口示意图如图2所示。图2：主要接口示意图1.2.2网络子系统内部接口网络子系统内部接口包括B、C、D、E、F、G接口，NSS内部接口如图3所示。1.2.3GSM系统与其它公用电信网接口。GSM系统通过MSC与公共电信网互连。一般采用7号信令系统接口。其物理链接方式是MSC与PSTN或ISDN交换机之间采用2.048Mb/s的PCM数字传输链路实现的。图3：NSS内部接口1.3频率配置1.3.1工作频段GSM900M频段：上行890～915MHz（移动台发，基站收）；下行935～960MHz（基站发，移动台收）；收、发频率间隔为45MHz。移动台采用较低频段发射，传播损耗较低，有利于补偿上、下行功率不平衡的问题。由于载频间隔是0.2MHz，因此GSM系统整个工作频段分为124对载频，其频道序号用n表示，则上、下两频段中序号为n的载频可用公式(1-1)和(1-2)计算：上频段：)2.0890()(nnflMHz(1-1)下频段：)2.0935()(nnfhMHz(1-2)式中：n＝1～124。例如n＝1，2.890)1(lfMHz，2.935)1(hfMHz，其它序号的载频依次类推。每个载频有8个时隙，因此GSM系统共有124×8＝992个物理信道。1.3.2干扰保护比同频干扰保护比：C/I（载频/干扰）≥9dB；邻频干扰保护比：C/I（载频/干扰）≥－9dB；载频偏离400kHz时的干扰保护比：C/I（载频/干扰）≥－41dB；工程设计时需对以上的C/I值另加3dB余量。1.4信道分类无线子系统的物理信道支撑着逻辑信道。逻辑信道可分为业务信道（TCH）和控制信道（CCH）两大类，其中后者也称信令信道，GSM系统信道如图4所示。1.4.1业务信道业务信道TCH主要传输数字话音或数据，其次还有少量的随路控制信令。(1)话音业务信道。载有编码话音的业务信道分为全速率话音业务信道（TCH/FS）和半速率话音业务信道（TCH/HS）两者的总速率分别为22.8kb/s和11.4kb/s。(2)数据业务信道。在全速率或半速率信道上，通过不同的速率适配和信道编码，可使用不同的速率业务。图4：GSM信道系统1.4.2控制信道控制信道（CCH）用于传送信令和同步信号。它主要有三种：广播信道（BCH）、公共控制信道（CCCH）和专用控制信道（DCCH）。(1)广播信道（BCH）：广播信道是单方向控制信道，用于基站向移动台广播公用的信息。传输内容主要是移动台入网和呼叫建立所需要的有关信息。其中又可分为：频率校正信道（FCCH）、同步信道（SCH）、广播控制信道（BCCH）。(2)公共控制信道（CCCH）：CCCH是一种双向控制信道，用于呼叫接续阶段传输链路连接所需要的控制信令。其中又可分为：寻呼信道（PCH）、随机接入信道（RACH）、准许接入信道（AGCH）。(3)专用控制信道（DCCH）：DCCH是双向控制信道，其用途是在呼叫接续阶段以及在通信进行当中，在移动台和基站之间传输必须的控制信息。其中又可分为：独立专用控制信道（SDCCH）、慢速辅助控制信道（SACCH）、快速辅助控制信道（FACCH）。2GSM网络优化目标和流程网络优化是高层次的维护工作，是通过采用新技术手段以及优化工具对网络参数及网络资源进行合理的调整，从而提高网络质量的维护工作。可采用室内分布、跳频、同心圆技术、DTX、功率控制等手段减少干扰，增大网络容量，改善无线环境；通过调整天线角度，增益，方位角，俯仰角以及功率大小，选择最佳站址，调整载频配置，均衡话务分布，改善网络质量，获得最佳覆盖效果等等。2.1GSM无线网络优化的目标2.1.1满足所需的容量站在用户的角度上，用户希望在任何地方一打电话就通，话音质量很好，并且不掉话。要做到这些，直接面以用户的无线网络必须能提供足够的业务容量，有线通信中每个用户有自己的用户线，但移动则是用户共用无线电信道，业务容量与每个用户的业务量有关，也与无线信道的呼损有关，国外运营者呼损一般取2%，我国由于经济原因在大区时呼损可用5%市区则要取2%。2.1.2覆盖所需覆盖的地区移动网应提供尽可能大的覆盖范围。许多国家电信主管部门在开始蜂窝业务时，对运营者在地理的覆盖与人中的覆盖均限定在某个时间内要达到一定目标。首先应覆盖用户最多的地方，同时要考虑有一定的面，面越大越吸引用户。今年我们提出了要覆盖的重点地区，同时还要求在全国铺开，扩大覆盖面。覆盖与无线电传播有密切关系，所用频段、地面移动状态决定了其传播的特点。2.1.3好的质量移动通信的传播决定了在覆盖区内不可能是100%覆盖，期望在覆盖区内死角越少越好，关键是衰落储备是否足够。话音质量取决于信号电平和干扰的电平。有时信号很强，但质量不好，就是由于干扰问题。掉话的原因很多，与信号的电平、干扰的电平、切换电平等都有关。要达到这些目标，花很多钱能办到，但一个优秀的网络应是在能满足上述要求的同时，花钱最少，这就需要精心地规划和设计。经济性依赖可用频率的多少和设备的价格，使用频率要经济，建网要经济。2.2GSM无线网络优化的流程网络优化的过程实际上是一个循环过程，首先要对网络进行普查，数据采集，然后对数据进行分析，最后制定和实施方案。如果该套方案的实施不能满足优化的要求，则从新从网络普查开始循环优化的流程，GSM网络优化工作流程图如图5所示。图5：GSM优化工作流程图2.2.1网络普查网络普查数据采集数据分析制定和实施优化方案网络优化是一个系统工程。网络普查是进行网络优化的准备阶段，它主要包括：(1)资料调查调查本次优化前的最新技术文件（如已有设计、测试结果，上一次优化的技术总结报告，用户申告等），包括全网MSC、HLR、BSC，BTS的容量和所在的物理位置，网络结构，中继电路数量及质量，同步方式和信令方式，当前网上本地用户、漫游用户数及密度分布，用户投诉的热点地区等内容。(2)系统检查利用操作维护中心（OMC）检查网管上显示的告警点；检查BTS和BSC数据库，核实频点分配、LAC划分、载频数量、邻近小区关系，切换条件等；检查交换机数据库，核实有关HLR、VLR无线网络参数。有时在网络普查之后，就可发现明显不合理、需要优化的方面，就可以制定和实施优化。2.2.2数据采集网络优化是在充分了解网络运行状态的前提下进行的。因此，数据采集是一个非常重要的环节。数据采集包括：(1)通过交换操作维护中心进行数据采集通过交换操作维护中心（OMC-S）可以获得MSC话务统计，包括网内MSC、VLR、HLR、CCS6、小区，中继群、录音通知等，及网外侧呼叫其他业务网（含固定网，130网，90网，长城网等）各方向的来去话务量。对于交换机可统计到各信令点