通信网络规划与设计.docx
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通信网络规划与设计.docx
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通信网络规划与设计
课程设计
通信网规划
课程设计报告
班级:
通信08—4班
姓名:
学号:
08060304
指导教师:
王诗
成绩:
电子与信息工程学院
信息与通信工程系
1、移动通信简介3
1.1移动通信基本概念3
1.2移动通信系统组成3
1.3移动通信发展3
1.4特点3
1.5分类4
1.5.1集群移动通信4
1.5.2蜂窝移动通信4
1.5.3卫星移动通信5
1.5.4无绳电话5
2.通信基本原理5
2.1网络结构5
2.1.1移动终端5
2.1.2.无线接入网5
2.2.3.核心网6
2.2移动通信原理7
3.移动通信技术介绍8
3.1.发展概况8
3.2.CDMA通信技术9
3.3通信优点9
3.4关键技术10
3.4.1.功率控制技术10
3.4.2码技术11
3.4.3.RAKE接收技术11
3.4.4.软切换技术11
3.4.5.话音编码技术11
4.存在的问题及解决方案12
4.1存在问题12
4.2解决方案12
4.2.1直放站的特点及应用原则12
4.2.4直放站的典型应用14
5.心得体会15
6.参考文献15
移动通信网规划
通信08-4班姓名:
学号:
1、移动通信简介
1.1移动通信基本概念
通信双方有一方或两方处于运动中的通信。
包括陆、海、空移动通信。
采用的频段遍及低频、中频、高频、甚高频和特高频。
移动通信系统由移动台、基台、移动交换局组成。
若要同某移动台通信,移动交换局通过各基台向全网发出呼叫,被叫台收到后发出应答信号,移动交换局收到应答后分配一个信道给该移动台并从此话路信道中传送一信令使其振铃
1.2移动通信系统组成
(1)空间系统;
(2)地面系统:
①卫星移动无线电台和天线;②关口站、基站。
1.3移动通信发展
移动通信系统从20世纪80年代诞生以来,到2020年将大体经过5代的发展历程,而且到2010年,将从第3代过渡到第4代(4G)。
到4G,除蜂窝电话系统外,宽带无线接入系统、毫米波LAN、智能传输系统(ITS)和同温层平台(HAPS)系统将投入使用。
未来几代移动通信系统最明显的趋势是要求高数据速率、高机动性和无缝隙漫游。
实现这些要求在技术上将面临更大的挑战。
此外,系统性能(如蜂窝规模和传输速率)在很大程度上将取决于频率的高低。
考虑到这些技术问题,有的系统将侧重提供高数据速率,有的系统将侧重增强机动性或扩大覆盖范围。
从用户角度看,可以使用的接入技术包括:
蜂窝移动无线系统,如3G;无绳系统,如DECT;近距离通信系统,如蓝牙和DECT数据系统;无线局域网(WLAN)系统;固定无线接入或无线本地环系统;卫星系统;广播系统,如DAB和DVB-T;ADSL和CableModem。
1.4特点
(1)移动性。
就是要保持物体在移动状态中的通信,因而它必须是无线通信,或无线通信与有线通信的结合。
(2)电波传播条件复杂。
因移动体可能在各种环境中运动,电磁波在传播时会产生反射、折射、绕射、多卜勒效应等现象,产生多径干扰、信号传播延迟和展宽等效应。
(3)噪声和干扰严重。
在城市环境中的汽车火花噪声、各种工业噪声,移动用户之间的互调干扰、邻道干扰、同频干扰等。
(4)系统和网络结构复杂。
它是一个多用户通信系统和网络,必须使用户之间互不干扰,能协调一致地工作。
此外,移动通信系统还应与市话网、卫星通信网、数据网等互连,整个网络结构是很复杂的。
(5)要求频带利用率高、设备性能好。
1.5分类
移动通信的种类繁多。
按使用要求和工作场合不同可以分为以下几种。
1.5.1集群移动通信
集群移动通信,也称大区制移动通信。
它的特点是只有一个基站,天线高度为几十米至百余米,覆盖半径为30公里,发射机功率可高达200瓦。
用户数约为几十至几百,可以是车载台,也可是以手持台。
它们可以与基站通信,也可通过基站与其它移动台及市话用户通信,基站与市站有线网连接。
1.5.2蜂窝移动通信
蜂窝移动通信,也称小区制移动通信。
它的特点是把整个大范围的服务区划分成许多小区,每个小区设置一个基站,负责本小区各个移动台的联络与控制,各个基站通过移动交换中心相互联系,并与市话局连接。
利用超短波电波传播距离有限的特点,离开一定距离的小区可以重复使用频率,使频率资源可以充分利用。
每个小区的用户在1000以上,全部覆盖区最终的容量可达100万用户。
1.5.3卫星移动通信
卫星移动通信。
利用卫星转发信号也可实现移动通信,对于车载移动通信可采用赤道固定卫星,而对手持终端,采用中低轨道的多颗星座卫星较为有利。
1.5.4无绳电话
无绳电话。
对于室内外慢速移动的手持终端的通信,则采用小功率、通信距离近的、轻便的无绳电话机。
它们可以经过通信点与市话用户进行单向或双方向的通信。
使用模拟识别信号的移动通信,称为模拟移动通信。
为了解决容量增加,提高通信质量和增加服务功能,目前大都使用数字识别信号,即数字移动通信。
在制式上则有时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)两种。
前者在全世界有欧洲的GSM系统(全球移动通信系统)、北美的双模制式标准IS一54和日本的JDC标准。
对于码分多址,则有美国Qualcomnn公司研制的IS-95标准的系统。
总的趋势是数字移动通信将取代模拟移动通信。
而移动通信将向个人通信发展。
进入21世纪则成为全球信息高速公路的重要组成部分。
移动通信将有更为辉煌的未来。
2.通信基本原理
2.1网络结构
CDMA2000移动网络由移动终端(UE)、无线接入网(AN)和核心网(CN)三个部分构成。
2.1.1移动终端
移动终端是用户接入移动网络的设备。
2.1.2.无线接入网
无线接入网实现移动终端接入到移动网络,主要逻辑实体包括1x基站(1xBTS)、1x基站控制器(1xBSC)、HRPD基站(HRPDBTS)、HRPD基站控制器(HRPDBSC)和接入网鉴权、授权、计费服务器(AN-AAA)和分组控制功能(PCF)。
(1)1x基站:
采用CDMA20001x空中接口技术,提供无线收发信息功能。
(2)1x基站控制器:
管理多个1x基站,提供语音、数据业务的资源管理、会话管理、路由转发、移动性管理等功能。
(3)HRPD基站:
采用HRPD的空中接口技术,提供无线收发信息功能。
(4)HRPD基站控制器:
管理多个HRPD基站,提供语音、数据业务的资源管理、会话管理、路由转发、移动性管理等功能。
(5)接入网鉴权、授权、计费服务器:
提供接入网级的接入认证功能。
(6)分组控制功能:
与1x基站控制器或HRPD基站控制器配合,提供与分组数据有关的无线信道控制功能。
2.2.3.核心网
核心网负责移动性管理、会话管理、认证鉴权、基本的电路和分组业务的提供、管理和维护等功能,包括核心网电路域和核心网分组域两个部分。
(1)核心网电路域
核心网电路域分为两种,即TDM电路域和软交换电路域。
在实际组网中,核心网可以采用这两种电路域中的一种,但软交换电路域是网络演进的方向。
如果需要对原来是TDM电路域的核心网采用软交换电路域进行升级换代时,初期可以新建软交换电路域,并使两种电路域同时工作。
TDM电路域采用ANSI41标准,主要逻辑实体包括移动交换中心(MSC)、拜访位置寄存器(VLR)、归属位置寄存器(HLR)和鉴权中心(AC)等。
1)移动交换中心:
提供对所管辖区域的移动终端进行呼叫控制、移动性管理、电路交换等功能。
2)拜访位置寄存器:
存储与呼叫处理有关数据的数据库,用于完成呼叫接续。
3)归属位置寄存器:
管理移动用户信息的数据库,包括用户识别信息、签约业务信息以及用户的当前位置信息。
4)鉴权中心:
产生鉴权参数并对用户进行认证鉴权。
软交换电路域采用了控制与承载相分离的网络架构,控制平面负责呼叫控制和相应业务处理信息的传送,承载平面负责各种媒体资源的转换,主要网元包括移动软交换(MSCe)和媒体网关(MGW)。
1)移动软交换:
提供呼叫控制和移动性管理功能。
2)媒体网关:
提供媒体控制功能。
(2)核心网分组域
核心网分组域主要逻辑实体包括分组数据服务节点(PDSN)、认证授权和计费服务器(AAA)、归属代理(HA)、外埠代理(FA)、域名服务器(DNS)和L2TP网络服务器(LNS)。
1)分组数据服务节点:
为用户提供分组数据业务,具体功能包括管理用户通信状态和转发用户数据。
2)鉴权、授权、计费服务器:
提供管理用户的权限、开通的业务、认证信息、计费信息等功能。
3)归属代理:
提供移动IP地址分配、路由选择和数据加密等功能。
4)外埠代理:
提供移动IP注册、反向隧道协商以及数据分组转发等功能。
5)域名服务器:
提供CDMA移动网络分组域设备的域名解析功能。
6)L2TP网络服务器:
提供国际漫游用户的L2TP承载建立、用户IP地址分配及计费信息转接等功能。
2.2移动通信原理
一个GSM用户发送短消息时,他必须至少在其内容中包含最终地址的识别符,和处理这消息的服务中心号码,然后请移动通信系统求传递。
短消息的传输要求在移动台和MSC之间建立信令连接。
消息本身的传递要求在无线路径上建立专用的链路层链接,并要求采用专用的消息传递协议。
在规定的协议栈的顶部是所谓的传输层协议,在移动起始短消息情形下,它是一条单独的报文,即SMTP(不是TCP/IP的SMTP)短消息传送报文,低层处理应答的传送,它只指出SMSC已收到报文。
·移动终接短消息:
MobileTerminatedShortMessage。
目的地为GSM用户的短消息必须首先先从发送方路由至短消息服务中心,然后再被路由至实际地址。
当SMSC有短消息需发送到期某一GSM用户时,它建立一包含各种利于接收者的信息的SMS-DELIVER报文。
此信息包括用户的内容,最初的发送者身份及用于批示短消息已SMSC接收的时间标记。
与MO情形相似,SMS-DELIVER报文将在各种接口上传送。
在达到目的地前,报文的实际路由必须利用MAP/C查询功能获得,采用的是如下方法:
SMSC将短消息传到与服务中心相连的SMS网关,网关的选择依赖于它想到在的用户,因为通常网关仅能处理某些用户(某家营运商或某个国家的用户)。
这样,用户通过目录号(一般同电话一样)来识别,这些目录号最初是由短消息发送者输入的,这使得SMS网关能识别有关的HLR并查询它。
查询是通过发送一个专用报文,即用于短消息的MAP/CSENDROUTINGINFOR报文来实现;对其应答既可采用包含用户正在访问的MSC/VLR的SS7地址的MAP/CSENDROUNTINGINFOFORSHORTMESSAGERESULT报文,又可当已知用户此时不可到达时采用拒绝报文。
SMS由几个与提交或接收相关的服务要素组成,如:
有效期(在将短消息成功送达用户前SMSC需要保证的储存时间),优先性。
此外,短消息还提供提交消息的时间、告诉移动台是否还有更多消息要发送,以及还有多少条消息要发送等。
短消息不可到达短消息不可到达的情况有三种:
·当被SMS网关查询时,移动台不在服务区域、未获得服务授权、或有未成功发送报文正等待告警,HLR就会立即知道不能发送;·第二种情形是,MSC/VLR已收到报文但不能传送的情况。
此时,它先向SMS网关发送一故障指示,作为MAP/HFORWARDSHORTMESSAGE报文的应答;然后,网关一方面会向SMSC发送否定报告,另一方面向HLR发送MAP/CSETMESSAGEWAITINGDATA报文,在收到报文确认后进行表格更新。
该事件会储存在VLR和HLR内的用户记录中;第三种情况是MSC/VLR向用户发送有效报文后发现不可送达。
SMS程式开发九十年代初,AT命令仅被用于modem操作。
由于没有控制移动电话文本消息的先例,因此开发了一种叫SMSBlockMode的协议,通过终端设备(TE)或电脑来完全控制SMS。
几年后,主要的移动电话生产厂商诺基亚、爱立信、摩托罗拉和HP共同为GSM研制了一整套AT命令,其中包含对SMS的控制。
AT命令在此基础上演化并被加入GSM07.05标准,以及之后的GSM
07.07标准。
3.移动通信技术介绍
3.1.发展概况
自20世纪70年代末第一代模拟移动通信系统面世以来,移动通信产业一直以惊人的速度迅猛发展,已经成为带动全球经济发展的主要高科技产业之一,并对人类生活及社会发展产生了重大影响。
其中,CDMA码分多址移动通信技术以其容量大、频谱利用率高、保密性强、绿色环保等诸多优点,显示出强大的生命力,引起人们的广泛关注,成为第三代移动通信的核心技术。
3.2.CDMA通信技术
CDMA(CodeDivisionMultipleAccess,码分多址)作为一种多址技术早已出现,起初仅在抗干扰和保密性能等方面受到人们的注意,被用在军用抗干扰系统中1989年,美国高通(Qualcomm)公司最先推出CDMA蜂窝移动通信系统的设想。
码分多址蜂窝移动通信技术实际上包含两个基本技术,即码分多址技术和扩频通信技术。
所谓扩频,简单地讲就是用某种技术将信号的频谱进行扩展,工程中常用直接序列对信号进行扩频,即用一个高速码序列码去调制低速原始数据信息。
码分多址(CDMA)与频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)一样,是多址技术的一种。
CDMA系统中的每一个信号被分配一个正交序列或PN(PseudoNoise,伪随机噪声)序列用作扩频序列对其进行扩频,不同信号的能量被分配到不同的正交序列或PN序列里。
在接收机,通过使用相关器只接受选定的正交序列或PN序列并压缩其频谱,凡不符合该用户正交序列的信号就不被压缩带宽,结果只有指定的信号才能被提取出来。
我们将CDMA与FDMA、TDMA三种多址方式进行比较。
FDMA采用调频的多址技术,在不同频段的业务信道被分配给不同的用户;TDMA是采用时分的多址技术,业务信道在不同的时间被分配给不同的用户;CDMA采用扩频的码分多址技术,所有用户在同一时间、同一频段上,但根据不同的编码获得业务信道。
在技术实现上,就是利用码型的不同来调制解调不同的用户。
3.3通信优点
1.系统容量大。
在CDMA系统中所有用户共用一个无线信道,当有的用户不讲话时,该信道内的所有其它用户会由于干扰减小而得益。
CDMA数字移动通信系统的容量理论上比模拟网大20倍,实际上比模拟网大10倍,比GSM大4至5倍。
2.通信质量好。
CDMA系统采用确定声码器速率的自适应阈值技术、高性能纠错编码、软切换技术和抗多径衰落的分集接收技术,可提供TDMA系统不能比拟的、极高的通信质量。
3.频带利用率高。
CDMA是一种扩频通信技术,尽管扩频通信系统抗干扰性能的提高是以占用频带带宽为代价的,但是CDMA允许单一频带在整个系统区域内可重复使用,使许多用户共用这一频带同时通话,大大提高了频带利用率。
这种扩频CDMA方式虽然要占用较宽的频带,但按每个用户占用的平均频带来计算,其频带利用率是很高的。
4.适用于多媒体通信系统。
CDMA系统能方便地使用多码道方式和多帧方式,传送不同速率要求的多媒体业务信息,处理方式和合成方式都比TDMA方式和FDMA方式灵活、简单,利于多媒体通信系统的应用。
5.手机发射功率低。
CDMA系统通过功率控制,使得CDMA手机尽量降低发射功率,以减少干扰和提高网络容量。
6.频率规划灵活。
用户按不同的码序列区分,扇区按不同的导频码区分,相同的CDMA载波可以在相邻的小区内使用,因此CDMA网络的频率规划灵活,扩展方便。
3.4关键技术
3.4.1.功率控制技术
功率控制技术是CDMA系统的核心技术。
CDMA系统是一个自干扰系统,所有移动用户都占用相同带宽和频率,因此需要某种机制使得各个移动台信号到达基站的功率基本处于同一水平上,否则离基站近的移动台发射的信号很容易盖过其它离基站较远的移动台的信号,造成所谓的“远近效应”。
CDMA功率控制的目的就是克服“远近效应”,使系统既能维护高质量通信,又减轻对其他用户产生的干扰。
功率控制分为前向功率控制和反向功率控制,反向功率控制又可分为仅由移动台参与的开环功率控制和移动台、基站同时参与的闭环功率控制。
(l)反向开环功率控制。
移动台根据在小区中接收功率的变化,调节移动台发射功率以达到所有移动台发出的信号在基站时都有相同的功率。
它主要是为了补偿阴影、拐弯等效应。
(2)反向闭环功率控制。
闭环功率控制的设计目标是使基站对移动台的开环功率估计迅速做出纠正,以使移动台保持最理想的发射功率。
(3)前向功率控制。
在前向功率控制中,基站根据移动台提供的测量结果,调整对每个移动台的发射功率,其目的是对路径衰落小的移动台分配较小的前向链路功率,而对那些远离基站和误码率高的移动台分配较大的前向链路功率。
3.4.2码技术
PN码的选择直接影响到CDMA系统的容量、抗干扰能力、接入和切换速度等性能。
CDMA信道的区分是靠PN码来进行的,因而要求PN码自相关性好,互相关性弱,实现和编码方案简单等。
目前的CDMA系统就是采用一种基本的PN序列——m序列作为地址码。
基站识别码采用周期为215-1的m序列(称为短码),用户识别码采用周期为242-1m序列(称为长码)。
3.4.3.RAKE接收技术
移动通信信道是一种多径衰落信道,RAKE接收技术就是分别接收每一路的信号进行解调,然后叠加输出达到增强接收效果的目的,这里多径信号不仅不是一个不利因素,而且在CDMA系统变成一个可供利用的有利因素。
一般地,RAKE接收机有搜索器(Searcher)、解调器(Finger)和合并器(Combiner)三个模块组成。
通常CDMA基站一个RAKE接收机有4个解调器,移动台有3个解调器。
3.4.4.软切换技术
移动台从A基站覆盖区域向B基站覆盖区域行进,在A、B两基站的边缘,移动台先与B基站建立连接后,再将与A基站原来的连接断开,这种技术称之为软切换。
CDMA系统工作在相同的频率和带宽上,因而软切换技术实现起来比TDMA系统要方便容易得多。
3.4.5.话音编码技术
CDMA系统使用了确定声码器速率的自适应阈值,从而可以根据背景噪声电平的变化改变声码器的数据速率。
这些阈值的使用压制了背景噪声,因而在噪声环境下也能提供清晰的话音。
CDMA2000系统采用的话音编码技术有CELP(CodeExcitedLinearPrediction,代码激励线性预测)、QCEP8K/13K(QualcommCELP)、EVRC(EnhancedVariableRateCoder,增强型可变速率编码器)等。
4.存在的问题及解决方案
4.1存在问题
在移动通信网络中,由于各种原因的影响,网络不可能达到完全的无缝隙覆盖。
对于运营商来说,有时出于成本、传输条件等考虑,在一些覆盖盲区很难建设开通基站。
这时,通常采用直放站作为基站覆盖的辅助手段。
由于直放站在扩大通信覆盖范围的同时可对不同基站的话务量进行有效的调配,因此使用直放站仍是实现“小容量、大覆盖”目标的重要手段之一。
由于直放站设备本身的特性,引入直放站设备不可避免地对网络产生一些负面作用。
在工程实践中,如何根据直放站的设备特性,灵活地运用无线网络的规划方法,最大限度地发挥直放站设备的性能,解决网络问题是通信设计人员需要面对的课题。
4.2解决方案
4.2.1直放站的特点及应用原则
在移动通信网络中,根据直放站的设备类型和不同的应用场景,解决方案是不同的。
射频直放站利用无线传输方式,建设周期短,投资小,对传输要求低,但对信号的隔离要求高。
无线直放站是从空间接收信号,势必要求空间信号尽可能纯净,而在基站较为密集的区域,分离不同基站或扇区信号的难度将大大增加,容易增加直放站对基站的干扰。
所以在基站较为密集区域,建议尽量采用光纤直放站。
在不具备采用光纤直放站条件的场所,只能采用无线直放站,但其施主天线必须具有足够的方向选择性。
光纤直放站采用光纤作为传输媒介,传输损耗小,传输距离远,但需要架设光纤,在投资方面与采用微蜂窝或室外型一体化基站相比没有优势。
直放站能起到扩大覆盖,吸收话务的作用,可以显著提高一些基站的总话务量,进而提高网络资源利用率。
无论是光纤直放站还是射频直放站,在应用时都要注意直放站服务区域的半径加上直放站到施主基站的距离不得超过TA(时间提前量)的限制。
对于普通直放站,该距离不得超过35km,对码分多址系统,最好不要超过10km。
在做直放站的建设规划时,要重视3个问题:
(1)总体原则
在不影响现有网络质量的情况下合理地使用直放站。
(2)保证服务小区的信号起主导作用
施主天线宜采用高增益、水平方向为窄波束的天线。
(3)防止自激
由于直放站的收发是同频的,极易造成自激,从而对网络造成干扰。
一般要求施主天线和覆盖天线的隔离度比整机增益(含天线)大15dB以上。
在实际操作时,一方面,尽量选用高度不同的天线;另一方面,两副天线之间应尽量有高屏蔽的障碍物或拉开一定的距离。
4.2.2直放站的主要用途
(1)盲区覆盖
直放站作为基站覆盖的延伸,将基站信号接收放大后传送到更大范围的区域,为原信号覆盖不佳的地区提供服务。
这也是目前直放站最普遍的应用方式,多用于为对话务需求不高的边缘乡镇、交通干线、室外特殊地形和旅游景点提供覆盖。
(2)室内覆盖
在一些深层的建筑物(如商场、写字楼)或阴影地区(如隧道、地下室等)设置直放站也可以收到很好的效果。
(3)话务平衡
利用直放站的延伸特点将空闲基站的服务引入繁忙基站的覆盖区域之内,可以起到疏导的作用,帮助整个系统进一步实现话务平衡。
(4)网络优化
由于各种原因,在某些服务区之间的局部区域尚存在信号微弱的情况,由于区域面积较小或无高话务需求,所以再建设基站并不合适,可以利用直放站改善该区域的信号状况。
4.2.3直放站和室外型小基站的对比
室外型小基站主要是指室外微蜂窝和一体化小基站。
直放站和室外型小基站相比,各有特点。
(1)建设室外型小基站的投资和工程周期都比较大,而直放站投资小,安装简便灵活。
(2)直放站可以用来吸收话务,当某个小区空闲时可以用直放站引入的话务来提高设备的利用率,而室外型小基站可以增加系统的总容量,分担周边基站的话务压力。
(3)采用室外小基站需要分配新的频点或PN码,这在有些时候会显得比较困难,而直放站不需要分配新的频点或PN码,但是需要控制其对其他小区产生的干扰。
4.2.4直放站的典型应用
1)密集市区室内覆盖信号源
例如,某运营商在某城市的网络优化中发现有些区域普遍存在比较严重的反向干扰告警,由此引起网络质量下降及用户投诉,经调查分析,认为造成上述问题的原因均是在这些区域原有宏蜂窝引入了过多的光纤直放站。
经过分析论证,为解决上述问题,可单独使用一套基站设备作为室内覆盖光纤直放站的施主基站,该设备不做室外覆盖使用,与该区域某宏蜂窝基站共站址、电源、传输及配套设备。
实施该方法后,网络原先存在的反向告警消失,其他各项网络指标均有不同程度的提高。
经多次
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