单基站移动系统的规划与设计(编辑修改稿)

单基站移动系统的规划与设计(编辑修改稿)内容摘要：

GSM基站在 GSM网络中起着重要的作用，直接影响着 GSM网络的通信质量。 GSM基站是一种技术要求较高的产品，最初的基站设备基本都是一些国外的产品。 随着我国一些高科技电信企业在移动通信领域的不断深入，一些国内的电信企业如大唐、广州金鹏等公司也生产出多种型号的基站。 GSM 赋予基站的无线组网特性使基站的实现形式可以多种多样 宏蜂窝、微蜂窝、微微蜂窝及室内、室外型基站，无线频率资源的限制又使人们更充分地发展着基站的不同应用形式来增强覆盖，吸收话务一远端 TRX、分布天线系 统、光纤分路系统、直放站。 蜂窝移动通信系统主要是由交换网路子系统 (NSS)、无线基站子系统 BSS 和移动台 (MS)三大部分组成。 其中 NSS 与 BSS 之间的接口为“ A”接口， BSS 与 MS 之间的接口为“ Um”接口，即空中接口。 单基站移动系统的规划与设计 第 9 页 共 51 页 交换网路子系统 (NSS) 交换网路子系统由 MSC、 VLR、 AUC 及 EIR 构成。 MSC：对位于它所覆盖区域中的移动台进行控制和完成话路交换的功能实体，也是移动通信系统与其它公用通信网之间的接口。 VLR：是一个数据库，是存储 MSC 为了处理所管辖区域中 MS(统称拜访客户 )的来话、去话呼叫所需检索的信息。 HLR：也是一个数据库，是存储管理部门用于移动客户管理的数据。 AUC：用于产生为确定移动客户的身份和对呼叫保密所需鉴权、加密的三参数(随机号码 RAND，符合响应 SRES，密钥 KC)的功能实体。 EIR：也是一个数据库，存储有关移动台设备参数。 基站子系统 基站子系统 (BSS)是移动通信系统中与无线蜂窝网络关系最直接的基本组成部分。 在整个移动网络中基站主要起中继作用。 基站与基站之间采用无线信道连接，负责无线发送、接收和无线资 源管理。 而主基站与移动交换中心 (MSC)之间常采用有线信道连接，实现移动用户之间或移动用户与固定用户之间的通信连接。 说得更通俗一点，基站之间主要负责手机信号的接收和发送，把收集到的信号简单处理之后再传送到移动交换中心，通过交换机等设备的处理，再传送给终端用户，也就实现了无线用户的通信功能。 所以基站系统能直接影响到手机信号接收和通话质量的好坏。 一个基站的选择，需从性能、配套、兼容性及使用要求等各方面综合考虑，其中特别注意的是基站设各必须与移动交换中心相兼容或配套，这样才能取得较好的通信效果。 基站子系统主要包 括两类设备：基站收发台 (BTS)和基站控制器 (BSC)。 大家常看到房顶上高高的天线。 就是基站收发台的一部分。 一个完整的基站收发台包括无线发射／接收设备、天线和所有无线接口特有的信号处理部分。 基站收发台可看作一个无线调制解调器，负责移动信号的接收、发送处理。 一般情况下在某个区域内，多个子基站和收发台相互组成一个蜂窝状的网络，通过控制收发台与收发台之间的信号 单基站移动系统的规划与设计 第 10 页 共 51 页 相互传送和接收来达到移动通信信号的传送，这个范围内的地区也就是我们常说的网络覆盖面。 如果没有了收发台，那就不可能完成手机信号的发送和接收。 基站收 发台不能覆盖的地区也就是手机信号的盲区。 所以基站收发台发射和接收信号的范围直接关系到网络信号的好坏以及手机是否能在这个区域内正常使用”。 基站收发台在基站控制器的控制下，完成基站的控制与无线信道之间的转换，实现手机通信信号的收发与移动平台之间通过空中无线传输及相关的控制功能。 收发台可对每个用户的无线信号进行解码和发送。 基站使用的天线分为发射天线和接收天线．且有全向和定向之分，一般可有下列三种配置方式：发全向、收全向方式：发全向、收定向方式：发定向、收定向方式。 从字面上我们就可以理解每种方式的不同，发全向主要负 责全方位的信号发送；收全向自然就是个方位的接收信号了；定向的意思就是只朝一个固定的角度进行发送和接收。 一般情况下，频道数较少的基站 (如位于郊区 )常采用发全向、收全向方式，而频道数较多的基站采用发全向、收定向的方式，且基站的建立也比郊区更为密集。 由于信号传输到基站时可能比较弱，并且有一定的信号干扰，所以要经预选器模块滤波和放大，进行双重变频、放大和鉴频处理。 输入的高频信号经放大后送入第一变频器，由变频器提供的第一本机振荡信号下变频后，产生第一中频信号。 第一中频信号经放大、滤波、混频后，产生第二中频信号，它经过 放大、滤波后送到中频集成块。 由中频集成块 (包含第二中频信号放大器、限幅器和鉴频器 )产生的音频输出信号和接收信号强度指示信号 (RSSI)送到音频／控制板，在音频信号控制板内，由分集开关不断地比较奇数和偶数信号，并选择其中的较强信号，通过音频电路传送到移动控制中心去。 基站发射机工作原理是：把由频率合成器提供的载频信号与已调信号，分别经滤波进入双平衡变频器，并获得射频信号，此射频信号再经滤波和放大后进入驱动级。 驱动级的输出功率约 2． 4w，然后加到功率放大器模块。 功率控制电路采用负反馈技术自动调整前置驱动级或推 动级的输出功率以使驱动级的输出功率保持在额定值上。 也就是把接收到的信号加以稳定再发送出去，这样可有效地减少或避免通信信号在无线传输中的损失，保证用户的通信质量。 功率放大器模块的作用是把信号放大到 10W，不过这也依据实际情况而定，如果小区发射信号半径较大，也可采用 25W 或 40W 的功放模块，以增强信号的发送半径。 基站控制器包括无线收发信机、天线和有关的信号处理电路等，是基站子系统的控制部分。 主要包括以下四个部件：小区控制器 (CSC)、话音信道控制器 (VCC)、信令信道 单基站移动系统的规划与设计 第 11 页 共 51 页 控制器 (SCC)和用于扩充的多路端接口 (EMPI)。 一个基站控制器通常控制几个基站收发台，通过收发台和移动台的远端命令，基站控制器负责所有的移动通信接口管理，主要是无线信道的分配、释放和管理。 当你使用移动电话时，它负责为你打开一个信号通道，通话结束时它又把这个信道关闭，留给其他人使用。 除此之外，还对本控制区内移动台的越区切换进行控制。 如你在使用手机时跨入另一个基站的信号收发范围时，控制器又负责在另一个基站之间相互切换，并保持始终与移动交换中心的连接。 GSM 系统越区时采用切换方式，即当用户到达小区边界时，手机会先与原来的基站切断联系，然后再与新的 服务小区的基站建立联系，当新的服务小区繁忙时，不能提供通话信道，这时就会发生掉线的现象。 因此，用户在使用手机通话时，应尽量避免在四角盲区使用，以减少通话掉线的机率。 控制器的核心是交换网络和公共处理器 (CPR)。 公共处理器对控制器内部各模块进行控制管理，并通过 x． 25 通信协议与操作维护中心 (OMC)相连接。 交换网络将完成接口和接口之间的 64kbit／ S 数据／话音业务信道的内部交换。 控制器通过接口设备数字中继器 (DTC)与移动交换中心相连，通过接口设备终端控制器 (TCU)与收发台相连，构成一个简单的通信网 络。 在整个蜂窝移动通信系统中，基站予系统是移动台与移动中心连接的桥梁，其地位极其重要。 整个覆盖区中基站的数量、基站在蜂窝小区中的位置，基站子系统中相关组件的工作性能等因素决定了整个蜂窝系统的通信质量。 基站的选型与建设，已成为组建现代移动通信网络的重要一环。 单基站移动系统的规划与设计 第 12 页 共 51 页 3 单基站移动系统的规划与设计 用户需求分析 为了满足我市郊区周围的一个居民小区中居民移动通信的方便，我市移动公司决定在该开发区附近建立一个 GSM 基站。 经相关人员的考察和统计，该开发区有居民大约 400 多户，一共 1500 人左右， 按 99%手机持有率，其中按照移动用户比例 85%来规划。 为了减小基站辐射给居民日常生活带来的影响，所以基站选址应当选择远离该居民区的地方。 用户容量规划 话务量是电话负荷大小的一种度量，一般指电话用户在某段时间内所发生的负荷量。 其单位通常以爱尔兰（ Erlang）表示（一个爱尔兰是指一条通话电路被百分只百的连续占用 1 小时的话务负荷，或两条通话电路各被连续占用半小时的话务负荷）。 每个用户的平均话务量ρ 0 可表示为：ρ 0 =λμ。 式中，λ是平均每用户单位时间内发出呼叫的次数，μ为 每用户平均通话时间（单位为小时）。 在现实环境中，话务量会随着时间的变化而变化。 通常将话务量最大的一小时称为忙时，相应此小时的呼叫次数为“忙时呼叫次数”，缩写为 BHCA。 同样地，忙时话务量可以由下式给出：ρ BH =BHCA*μ。 在一个通信系统中，造成呼叫失败的概率称为呼叫损失概率，简称为呼损率，也称为服务等级（ GOS）。 呼损率的物理意义是损失话务量与呼叫话务量之比。 显然，呼损率越小，成功呼叫的概率越大，用户就越满意；但是呼损率小，则说明系统容量的利用率低。 可见服务等级与信道利用率是矛盾的。 一般可根据服务区域的特征设定GOS=2%（重点区域）和 GOS=5%（非重点区域）。 根据服务等级（ GOS）的要求，再利用 ErlandB 公式： B=P（ N， A， N） =A**N/N!(1+A+A**2/2!+A**3/3!+…+A**N/N!) 其中 B： GOS， N： Ch， A： Erl （ ITUT 标准，专用以计算蜂窝系统话务量）就可算出 N 个信道在其 服务范围内能提供的话务量，如下表。 单基站移动系统的规划与设计 第 13 页 共 51 页 表 31 爱尔兰呼损计算表 GOS N 2% 5% 1 0． 020 0． 053 2 0． 223 0． 381 3 0． 602 0． 899 4 1． 092 1． 525 5 1． 657 2． 218 6 2． 276 2． 960 7 2。 935 3． 738 8 3． 627 4． 543 9 4． 345 5． 370 10 5． 084 6． 216 11 5． 842 7． 076 12 6． 615 7． 950 13 7． 402 8． 835 14 8． 200 9． 730 15 9． 010 10． 633 注 ： N 个 信 道 在 其 服 务 范 围 内 能 提 供 的 话 务 量 并 不 是 简 单 相 乘。 P（ N， A， N）表示有 N 个信道的小区，流入的话务量为 A，则同时有 N 个用户在通话的概率。 由 GOS=2%或 GOS=5%就可分别得到 P（ N， A， N） =2%或 P（ N， A， N）=5%。 就可分别得到相应的话务量 A。 在呼损率（ GOS=5%）、单用户忙时话务量为 的条件下，基站的话务处理能力和最大用户数如下表所示。 单基站移动系统的规划与设计 第 14 页 共 51 页 表 32 话务处理能力和最大用户数关系表 1RP 2RP 3RP 4RP TCH 数 3 7 11 15 话务处理能力 (Erl) 0． 899 3． 738 7． 076 10． 633 最大用户数 30 125 236 254 单 TCH 用户数 10 17 此小区用户数： 1500*99%*85%=1262，按每用户忙时话务量为以 ，则小区内高峰期忙时总话务量为： 1262 ＝。 根据爱尔兰 B 表得出： 由于该区 域话务量比较高，考虑到基站的话务容量，该站点在话务高峰期需要调用 3 载波以上才能满足该小区的话务要求。 表 33 爱尔兰 B 表 载频数 1BCCH 1BCCH 1TCH 1BCCH 2TCH 1BCCH 3TCH 1BCCH 4TCH 1BCCH 5TCH 1BCCH 6TCH 1BCCH 7TCH ERL 覆盖设计 小区的覆盖设计是衡量 GSM 网络服务质量的重要指标之一，一套好的设计覆盖方案包括很多参数指标， 比如通信概率，覆盖半径，天线参数，发射机功率的参数等等。 影响覆盖的也有很多因素，比如无线传播中的衰落和损耗，以及传播环境。 当移动台和基。