【正文】 GSM 系統(tǒng)基站容量方案設(shè)計 目錄 （一） GSM 發(fā)展歷史回顧 （ 二 ） GSM 簡介 （ 1） GSM網(wǎng)絡(luò)組成 （ 2）蜂窩通信網(wǎng) （ 3）移動終端 （ 三 ） GSM 區(qū)域劃分 （ 1）小區(qū)（ CELL） （ 2） MSC服務(wù)區(qū)域 （ 3）頻譜資源 （ 4） cell的大小 （ 5）頻率復(fù)用 （ 6）小區(qū)分裂 （ 7）規(guī)劃扇區(qū) （四）基站子系統(tǒng)（ BSS） （五） 華北科技學(xué)院中區(qū)移動基站設(shè)計 （六）程序編程 （七）程序運行結(jié)果圖 （八） 引用參考 （九）課程設(shè)計心得體會 （一） GSM 發(fā)展歷史回顧 19821985 CEPT 開始制定 900MHZ頻段的歐洲數(shù)字通信標準。它就是以后人盡皆知的 GSM規(guī)范。 1986 在巴黎實驗，以便在時分多址和頻分多址中選擇合適的無線傳輸方式。 1987 ? GSM最后采用集成 TDMA和 FDMA的傳輸技術(shù) ? 12個國家的運營商簽署備忘錄 1988 ? CEPT擬制定 GSM第一階段的標準 ? 另 有 五個國家簽署了備忘錄 1989 ? ETSI接管了 CEPT的工作 ,負責(zé) GSM第一階段標準的制定 1990 ? 第一階段 GSM標準凍結(jié) ,開始 DCS 1800標準的修改工作 1991 ? GSM 1800標準凍結(jié) ? 允許 CEPT之外的國家簽署加入備忘錄 1992 ? 第一階段的標準制定全部完成 ? 在 Tele Finland 和 Vodafone簽署了第一份漫游協(xié)議 ? 推出第一階段的商業(yè)運作網(wǎng)絡(luò) 1993 ? 澳大利亞成為第一個簽署備忘錄的非歐洲國家 ? 有 70個國家和地區(qū)簽署了備忘錄 在挪威 、愛爾蘭 、 香港等推出了 GSM 網(wǎng)絡(luò) ? GSM用戶達到 100萬 ? 在英國推出了商業(yè) DCS1800系統(tǒng) 1994 ? 備忘錄的簽署者已超過 100個 ? GSM用戶超過 300萬 ? GSM網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷擴展 1995 ? 美國推出了工作 于 1900MHZ頻 段的個人通信系統(tǒng) ? 備忘錄的簽署者達到 188個 ? GSM用戶以每天 1萬的速度增加 1996 ? 第一個 GSM1900系統(tǒng)正式使用 ,它依據(jù) PCS 1900標準 1998 ? 1998年初備忘錄的簽署者達到 253個 ,GSM用戶數(shù)量超過 7億 . 表 11 GSM歷史發(fā)展階段 （ 二 ） GSM 簡介 圖 11 GSM 網(wǎng)絡(luò)覆蓋圖（以暗色區(qū)域標識 由于 GSM 采用了公用的通信標準，數(shù)字用戶可以在世界范圍所有提供 GSM 服務(wù)的區(qū)域使用。另外， GSM 還可以提供例如高速數(shù)據(jù)通信，傳真服務(wù)，短消息服務(wù)等個人服務(wù)。同時，由 于 GSM 的開放性特征，為以后開發(fā)新的業(yè)務(wù)功能提供了良好的平臺環(huán)境。 （ 1） GSM 網(wǎng)絡(luò)組成 GSM 網(wǎng)絡(luò)由網(wǎng)絡(luò)交換子系統(tǒng)（ Mobile services Switching Centres 簡稱 MSC）、基站子系統(tǒng)（ Base Station Systems 簡稱 BSS）和移動臺（ Mobile Station 簡稱 MS）三大系統(tǒng)組成，各系統(tǒng)還可細分各子系統(tǒng)，如 BSS 包括基站控制器 BSC、收發(fā)信臺 BTS 和碼速變換器等，這些子系統(tǒng)將在下一章詳細陳述。 在蜂窩網(wǎng)里 MS 的服務(wù)小區(qū)叫“ cells”，這些“ cells”由 BSS 提供，每個 BSS可帶一個或多個 cells。 這些 cells 的輪廓通常象個蜂窩一樣，但由于覆蓋地形的多樣性和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃需要，它實際的形狀并不是那么規(guī)則。 實際覆蓋形狀 理論上的蜂窩形狀 圖 12 GSM 網(wǎng)絡(luò)組成圖 AUC 鑒權(quán)中心 BSC 基站控制器 BTS 無線基站 EIR 設(shè)備識別寄存器 HLR 歸屬位置寄存器 MS 移動臺 MSC 移動交換中心 NMC 網(wǎng)絡(luò)管理中心 OMC 操作維護中心 VLR 拜訪位置寄存器 （ 2）蜂窩通 信網(wǎng) 蜂窩電話系統(tǒng)實現(xiàn)移動用戶與公眾電話網(wǎng)或另一個蜂窩網(wǎng)移動用戶之間的連接通信。 用戶與網(wǎng)絡(luò)的信息通信是在利用無線信道上的，這樣就減除了傳統(tǒng)電話機必須連電話線固定的局限，因此實現(xiàn)了用戶的徹底可移動性（無論是乘坐交通工具或徒步行走）。 蜂窩網(wǎng)有著固定電話網(wǎng)不可比擬的優(yōu)點，首先對用戶來說，它有： ? 可移動性 ? 更靈活 ? 更方便 等特點，對運營商來說，它有： ? 便于擴容 ? 利潤可觀 ? 功能強大 ? 組網(wǎng)方便 等特點。 （ 3）移動終端 MS 做為用戶與網(wǎng)絡(luò)進行聯(lián)系的終端工具，它的主要作用是撥打和接聽電話。各廠家設(shè)計外型和功能各不相 同的手機來適應(yīng)不同的市場需求。 通常我們對手機分類，是依據(jù)它輸出功率的大小。因為手機功率直接關(guān)系著手機接收信號的靈敏度和發(fā)送信號的能力。例如車載電話的使用范圍遠大于手持式移動電話。 圖 21 不同移動電話使用范圍比較圖 與其它電話不同， GSM 電話是由彼此分離的兩部分組成： ? 終端部分 ? 智能卡部分 智能卡在專業(yè)上我們稱為“用戶識別模塊”（ SIM），它存儲了每一個用戶號碼的信息，使用時可以插入移動終端。兩部分各自獨立，可以讓用戶在使用時更加方便。如果用戶的 SIM 損壞或遺失，他并不需要重新購買移動終端，只讓復(fù)制一張 SIM 就可以了，減少了用戶的損失。 （ 三 ） GSM 區(qū)域劃分 因為移動網(wǎng)絡(luò)與其它網(wǎng)絡(luò)不同，用戶位置十分不固定，為了正確找到被叫所在位置，必須對 GSM 服務(wù)區(qū)域進行劃分，以便于對用戶位置的進行判定和監(jiān)視。 （ 1） 小區(qū) （ CELL） 小區(qū)是ＧＳＭ網(wǎng)絡(luò)中的最小組成元素。一付收發(fā)天線所覆蓋的區(qū)域稱為一個小區(qū)。我們使用“小區(qū)全球識別碼”（ CGI）來完成對不同小區(qū)的區(qū)分的。一個全國覆蓋較好的網(wǎng)絡(luò)是由許多許多小區(qū)組成的 圖 22 小區(qū)示意圖 （ 2） MSC 服務(wù)區(qū)域 MSC 服務(wù)區(qū)域是指在網(wǎng)絡(luò)中由一個 MSC 控制的基站 所覆蓋的地理區(qū)域轄區(qū)，它是由一個或多個 LA 組成的。為了正確的找到被叫移動用戶，系統(tǒng)必須知道用戶的 MSC 地址。 MSC 的地址信息記錄在 HLR 用戶數(shù)據(jù)中。 圖 23 MSC 服務(wù)區(qū)域示意圖 （ 3） 頻譜資源 頻譜是一個有限的資源，只有一段非常小的頻段分配給蜂窩通信使用，以下列出 GSM900 的頻譜分配，擴展 GSM900（ EGSM）， GSM1800（ DCS1800）和PCS1900。 GSM900 ? 收（上行）： 890— 915MHZ ? 發(fā)（下行）： 935— 960MHZ ? 124 個絕對無線頻率信道（ ARFCN： Absolute Radio Frequency Channels） EGSM900 ? 收（上行）： 880— 915MHZ ? 發(fā)（下行）： 925— 960MHZ ? 174 個 ARFCN GSM 1800（ DCS1800） ? 收（上行）： 1710— 1785MHZ ? 發(fā)（下行）： 1805— 1880MHZ ? 374 個 ARFCN PCS1900 ? 收（上行）： 1850— 1910MHZ ? 發(fā)（下行）： 1930— 1990MHZ ? 299 個 ARFCN ARFCN ? 帶寬 =200KHZ ? 8 個時分多址（ TDMA）時隙 （ 4） cell 的大小 在一個 物理區(qū)域內(nèi)小區(qū)的數(shù)量取決于當(dāng)?shù)厥褂镁W(wǎng)絡(luò)的用戶數(shù)，以及當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛玻ㄉ狡隆⒑?、建筑物等）? 大區(qū)制 GSM 小區(qū)最大直徑大約 70 公里，但這取決于小區(qū)覆蓋的地形狀況和手機的發(fā)射功率大小。在 GSM，手機的發(fā)射功率可達 8 瓦特，顯然，手機的發(fā)射功率越大，小區(qū)就可做得越大。如果小區(qū)建在山頂上，沒什么障礙物阻擋信號就可以發(fā)射得更遠一點，若小區(qū)建在市中心，很多高大的建筑物會阻擋信號的發(fā)射。 大區(qū)制適用于： ? 邊遠地區(qū) ? 沿海地區(qū) ? 用戶稀少的地區(qū) ? 用最少的小區(qū)覆蓋大范圍區(qū)域 小區(qū)制 小區(qū)制小區(qū)一般用于用戶量密集面積小的地區(qū)， 或需要減少發(fā)射功率以避免干擾的地區(qū)，小區(qū)制小區(qū)直徑一般在 200 米以上。 選擇大區(qū)制還是小區(qū)制并沒有完全正確的大案，一般來說大區(qū)制覆蓋范圍大，可減少成本投入，但它的容量小，入室信號弱；小區(qū)制成本較高，但容量大，信號強度高，運行商可根據(jù)實際情況進行規(guī)劃。 （ 5） 頻率復(fù)用 標準 GSM900 有 124 個頻點，但每個運營商都不可能全部占用這 124 個頻點，如分配給我們聯(lián)通使用的是 97~124 共 27 個頻點。 舉個例說有一網(wǎng)絡(luò)運營商用 48 個頻點覆蓋了大片地區(qū)，如英國。我們知道，小區(qū)的最大直徑為 70 公里，如果一個小區(qū)用 一個頻點，那么 48 個頻點是遠遠不夠的。為解決這個矛盾，運營商必須一次又一次地重復(fù)利用有限地頻點，這種技術(shù)稱為“頻率復(fù)用技術(shù)” 在進行頻率復(fù)用時，我們必須研究出復(fù)用同一頻率的兩個小區(qū)的最少要間隔多遠才能避免同頻干擾和鄰頻干擾，這個值跟覆蓋地區(qū)的特點有關(guān)，在人口密集的城市（小區(qū)制大容量）與人煙稀少的鄉(xiāng)下（大區(qū)制小容量）是差別很大的。 同頻干擾 發(fā)生在頻率相同的兩個載頻距離太近，在發(fā)射信號時會相互干擾。 鄰頻干擾 發(fā)生在頻率相近的兩個載頻相鄰時會相互干擾。 小區(qū)制 小區(qū)制小區(qū)一般用于用戶量密集面積小的地區(qū) ，或需要減少發(fā)射功率以避免干擾的地區(qū)，小區(qū)制小區(qū)直徑一般在 200 米以上。 選擇大區(qū)制還是小區(qū)制并沒有完全正確的大案，一般來說大區(qū)制覆蓋范圍大，可減少成本投入，但它的容量小，入室信號弱；小區(qū)制成本較高，但容量大，信號強度高，運行商可根據(jù)實際情況進行規(guī)劃。 （ 6） 小區(qū)分裂 前面我們所說的小區(qū)是全向性的，即基站里只有一個小區(qū)，它采用全向性發(fā)射天線（發(fā)射角度為 360 度）。全向性小區(qū)的局限在于當(dāng)該小區(qū)服務(wù)的地區(qū)用戶增加時，必須通過增加小區(qū)的辦法來解決容量問題，而且很難避免同頻或鄰頻干擾，所以全向性小區(qū)逐漸被淘汰。 為解決這個問題，我們采用了一種方法叫“小區(qū)分裂”，即把全向性小區(qū)分裂成多個有向性小區(qū)，每個都有獨立的收發(fā)天線，功能等同于一個小區(qū)。 這種小區(qū)采用有向性天線確保該小區(qū)的信號收發(fā)集中在固定的方向上，這樣做有很多好處，首先由于信號集中在 60、 120 或 180 度的方向而不是 360 度，我們就可以收到更強的信號，這樣有利于入室覆蓋。其次有利于我們在更近的距離進行頻率復(fù)用。 360 度小區(qū) 全向性站 1 根天線 發(fā)射 /接收 120 度小區(qū) 3 小區(qū)站 3 根發(fā)射 /接收天線 Site Cell Site Cell Cell Cell 60 度小區(qū) 6 小區(qū)站 6 根發(fā)射 /接收天線 （ 7） 規(guī)劃扇區(qū) 分裂基站各個有向小區(qū)形狀如扇我們稱之為“扇區(qū)”，我們對這些扇區(qū)站進行規(guī)劃時，要使在相隔一定距離復(fù)用頻率的兩個小區(qū)不會發(fā)生同頻或鄰頻干擾，同時要在滿足容量的需求。 4 Site / 3 Cell 復(fù)用模型 假如我們有 36 個頻點，我們有 4 Site / 3 Cell 復(fù)用模型如下： Cell A1 Cell A2 Cell A3 Cell B1 Cell B2 Cell B3 Cell C1 Cell C2 Cell C3 Cell D1 Cell D2 Cell D3 1