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【科技论文】GSM及其网络优化的方法通信工程毕业论文

发布:论文易网2016-2-20 21:59分类: 科技论文 标签: 论文发表 发表论文 科技论文发表 通讯工程 通信工程论文 网络优化论文 大学生毕业科技论文 科技论文发布

GSM全名为:Global System for Mobile Communications,中文为全球移动通讯系统,俗称"全球通",是一种起源于欧洲的移动通信技术标准,是第二代移动通信技术,其开发目的是让全球各地可以共同使用一个移动电话网络标准,让用户使用一部手机就能行遍全球。随着中国加入 WTO 后运营商之间竞争的加剧,网络的质量已经成了决定移动通信运营商命运的根本要素。网络优化正成为移动通信运营商未来的工作重点。现在,运营商们关心的是,如何在现有网络基础上,通过优化与完善,从而最大限度地挖掘网络潜力。网络优化的目标是提高或保持网络质量,而网络质量是各种因素相互作用的结果,随着优化工作的深入开展和优化技术的提高,优化已经从当前的网络渗透到包括市场预测、网络规划、工程实施直至投入运营的整个循环过程的每个环节。

         关键字:GSM、网络优化

1.1背景

    在80年代初它起源于使用很多不同的不相兼容的移动系统的欧洲。在那时,电子通讯服务需求迅速的增长。正因为如此,欧洲邮电行政大会CEPT(Conference Europe of Post and Telecommunications)成立了欧洲移动特别小组,建立全欧洲统一的蜂窝移动通信系统。这一组织称为欧洲移动特别小组,这一系统只取首字母的缩写称为GSM。

    这种表述已经改变了好多次,但时至今日最常用的表达是全球移动通信系统。

    九十年代初,一个共有的移动通信系统的缺乏是如此的明显的,世界范围内的问题。这就是为什么GSM系统现在在东欧各国,非洲,亚洲以及澳大利亚如此广泛的传播。美利坚合众国,整个南美洲以及日本已经决定采用另一种移动通信系统标准,这种标准与GSM不相兼容。但是个人通信系统(PCS)使用同样的GSM技术,尽管这种技术有一点点差别,但同样在美国使用。

    在GSM 系统正在被统一的时代他就预见到国际电信将被废除。这种发展制定一些规则包括GSM系统标准,而这些规则在某种意义上形成标准。

    *在各个国家应当有很多网络运营商。这必将引起竞争和服务提供者竞争。这无意当中形成一种保证GSM系统快速发展的最佳方式;这种设备的价格将会下跌而用户能够负担打电话的费用。

    *这种系统应该是一种公开的系统,意思是它应当包含不同的系统之间比较好比较合理的接口规范。它使得不同生产商生产的设备之间很好的符合,以使得能够从运营商的角度改善系统有效运行的费用。

    *GSM网络必须建立在对已经存在的公用电话交换网(PSTN)没有产生很大主要变化的基础上。

除了上面提到的一些基本要求之外,一些其他的主要要求也被提出:

系统必须是泛欧标准。

系统必须保持好的语音通话质量。

系统必须尽可能有效地利用频率资源。

系统必须有一个比较高的,合理的容量。

系统必须与现有的ISDN(综合业务数字网)相兼容。

系统必须与其他数字通信标准相匹配。

系统必须具有好的安全性,不论是在用户还是信息传输都要具有安全性。

1.2 GSM的优势

    基于以上提到的要求所建立起来的系统,可以看出GSM产生很多明显的优势。总体上说有以下这些优势:

GSM更有效地利用了现有的频谱资源,基于数字传播路径,这种系统减少了小区之间的干扰。

平均语音通话质量比现有的模拟系统完成得更好。

整个系统支持数据传输。

保证语音通话质量清晰和用户个人信息的安全。

由于与综合业务数字网相兼容,和模拟系统一样提供新的服务。

在所包含的各个国家中尽可能地实现国际漫游。

巨大的市场空间缓解了竞争并降低了投资者和用户的费用。

第二章  GSM的接口

2.1 Um接口: 

在公众陆地移动通信网(PLMN)中,MS通过无线信道与网络的固定部分相连使用户可接入网内得到通信服务。为实现MS和BTS的互联,对无线信道上信号的传输必须作出一系列的规定,建立一套标准。这套关于无线信道信号传输的规范就是所谓的无线接口,又称Um接口。 
    Um接口是空中无线接口,Um口实现了移动台和BTS之间的通信,用于移动台和GSM系统固定部分之间的互通,其物理连接是通过无线电波实现,Um接口是GSM系统的诸多接口中最重要的一个。首先,完整规范的Um接口建立了不同厂家的MS与不同网络之间的完全兼容,这是GSM实现全球漫游的最基本条件之一;其次,无线接口决定了GSM蜂窝系统的频谱利用率。Um是套用ISDN网中客户终端和网络的接口名称,其中“m”表示移动的意思,  

 Um接口分层结构:               呼叫管理(CM)
    网络应用层(L3)        移动和安全管理(MM)
                     无线资源管理(RM) 无线资源管理(RM)
    数据链路层(L2)   RACH BCCH AGCH/PCH SDCCH SACCH TCH FACC           物理链路层(L1)    TCH0 TCH1 TCH2 。。SACCH 。。TCH23 ID  

 第一层是物理层,记为L1,为最底层,提供传送比特流所需的无线链路。它定义了GSM的无线接入能力,为高层信息的传输提供基本的无线信道(逻辑信道),包括业务信道和控制信道,有关逻辑信道的概念将有专门介绍。 
   第二层是数据链路层,记为L2,为中间层,使用LAPDm(Link Access Protocol on DM Channel)协议。它包括各种数据传输结构,对数据传输进行控制,保证在移动台和基站之间建立可靠的专用数据链路,LAPDm协议是基于ISDN中D信道链路接入协议(LAPD),考虑了无线传播与控制特性,使它适合于在Um口上传送。 
    第三层为网络应用层,记为L3,是最高层。它包括各类消息和程序,对业务进行控制和管理,即把移动台和系统控制过程的特定信息按一定的协议分组安排到指定的逻辑信道上去。L3包括无线资源管理(RR)、移动性管理(MM)和通信管理(CM)3个子层,这就是Um口上传递的主要消息内容。其中接续管理子层中包括三大部分,分别是:CC(呼叫控制业务)、SS(补充业务)和SMS(短消息业务)。 

2.2频分多址(FDMA)
    频分,有时也称之为信道化,就是把整个可分配的频谱划分成许多单个无线电信道(发射和接收载频对),每个信道可以传输一路话音或控制信息。在系统的控制下,任何一个用户都可以接入这些信道中的任何一个。 
  模拟蜂窝系统是采用FDMA接入技术的一个典型例子,数字蜂窝系统中也同样可以采用FDMA,只是不会采用纯频分的方式,比如GSM系统就采用了FDMA。 
2.3 时分多址(TDMA)
    时分多址是在一个宽带的无线载波上,按时间(或称为时隙)划分为若干时分信道,每一用户占用一个时隙,只在这一指定的时隙内收(或发)信号,故称为时分多址。此多址方式在数字蜂窝系统中采用,GSM系统也采用了此种方式。
2.4无线语音信号处理过程
    语音--->A/D---8kHz/13bit-->20ms分段|语音编码--13kbps-->信道编码-->22.8kbps-->交织|加密-->突发脉冲--33kbps-->调制-->发送

对于话音来说,通过一个模/数转换器,实际上是经过8KHZ抽样、量化后变为每125us含有13bit的码流;每20ms为一段,再经语音编码后降低传码率为──13Kbit/s;经信道编码变为22.8Kbit/s;再经码字交织、加密和突发脉冲格式化后变为33.8kbit/s的码流,经调制后发送出去。接收端的处理过程相反。 
2.5 时间提前量(TA)
    信号在空间传输是有延迟的,如移动台在呼叫期间向远离基站的方向移动,则从基站发出的信号将“越来越迟”的到达移动台,与此同时,移动台的信号也会“越来越迟”的到达基站,延迟过长会导致基站收到的某移动台在本时隙上的信号与基站收下一个其它移动台信号的时隙相互重叠,引起码间干扰,因此,在呼叫进行期间,移动台发给基站的测量报告头上携带有移动台测量的时延值,而基站必须监视呼叫到达的时间,并在下行信道上以480ms一次的频率向移动台发送指令,指示移动台提前发送的时间,这个时间就是TA(时间提前量)TA值0~63(0~233us),它被GSM定时提前的编码0~63bit所限,使GSM最大覆盖距离为35km,计算如下:

1/2*3.7us/bit*63bit*c=35km {其中,3.7us/bit为每bit时长(156/577),63bit为时间调整最大比特数,c为光速(信号传播速度)。1/2考虑了信号的往返。} 
    根据上述,1bit对应的距离是554m,由于多径传播和MS同步精度的影响,TA误差可能会达3bit左右(1.6km)。 
    当手机处于空闲模式时,它可以利用SCH信道来调整手机内部的时序,但它并不知道它离基站有多远。如果手机和基站相距30km 的话,那么手机的时序将比基站慢100us 。当手机发出它的第一个RACH信号时,就已经晚了100us ,再经过100us的传播时延,到达基站时就有了200us 的总时延,很可能和基站附近的相邻时隙的脉冲发生冲突。因此,RACH和其它的一些信道接入脉冲将比其它脉冲短。只有在收到基站的时序调整信号后(TA),手机才能发送正常长度的脉冲。在我们的这个例子中,手机就需要提前200us 发送信号。 

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