無線網(wǎng)絡(luò)基本架構(gòu)和優(yōu)化問題研究

竇俊強(qiáng)

【摘 要】無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化[1]就是通過對現(xiàn)網(wǎng)的設(shè)備、設(shè)備參數(shù)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的調(diào)整等手段對已有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行合理化配置，充分發(fā)揮現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)資源的效能，使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的性能達(dá)到最佳。優(yōu)化的過程是尋找網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的一系列配置變量的最佳搭配值，調(diào)整有關(guān)性能指標(biāo)參數(shù)，最大限度地發(fā)揮通信網(wǎng)絡(luò)的潛力，提高通信網(wǎng)絡(luò)的整體服務(wù)質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】無線網(wǎng)絡(luò)；基本架構(gòu)；優(yōu)化問題

0.概述

無線網(wǎng)絡(luò)，既包括允許用戶建立遠(yuǎn)距離無線連接的全球語音和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，也包括為近距離無線連接進(jìn)行優(yōu)化了的紅外線技術(shù)及射頻技術(shù)。無線網(wǎng)絡(luò)與有線網(wǎng)絡(luò)的用途十分類似，二者最大的不同在于傳輸媒介的不同，無線網(wǎng)絡(luò)利用無線電波取代了有線網(wǎng)絡(luò)的線纜。

1.無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)[2]

1.1 GERAN結(jié)構(gòu)

GERAN：全稱GSM EDGE Radio Access Network。GPRS可說是GSM的延續(xù)。GPRS和以往連續(xù)在頻道傳輸?shù)姆绞讲煌?，是以封包（Packet）式來傳輸。GPRS的傳輸速率可提升至56 kbit/s，理論上應(yīng)用GPRS技術(shù)用戶最高可達(dá)到160kbit/s的速率。由于GPRS仍然采用與GSM相同的GMSK的調(diào)制方式，無法達(dá)到3G的廣域覆蓋和局域覆蓋的數(shù)據(jù)速率要求，因此增強(qiáng)數(shù)據(jù)速率的GSM演進(jìn)方案—EDGE，將成為GSM未來的演進(jìn)方向和通往3G的一個(gè)重要橋梁。

GERAN是GSM/EDGE無線接入網(wǎng)，它采用了EDGE的無線傳輸技術(shù)。EDGE采用多電平調(diào)制方式——8-PSK調(diào)制，以提供更高的比特率和頻譜效率，同時(shí)在低數(shù)據(jù)速率的情況下也使用GMSK調(diào)制方式從而保證了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的兼容性。EDGE技術(shù)有效地提高了GPRS信道編碼效率及其高速移動數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，它的最高速率可達(dá) 384kbit/s，在一定程度上節(jié)約了網(wǎng)絡(luò)投資，可以充分滿足無線多媒體應(yīng)用的帶寬需求。

1.2 UTRAN結(jié)構(gòu)

第三代移動通信（3G）可提供話音、數(shù)據(jù)、圖像等多媒體業(yè)務(wù)，數(shù)據(jù)速率高達(dá)144kbit/s～2Mbit/s。3G由核心網(wǎng)（CN）、UMTS 陸地?zé)o線接入網(wǎng)（UTRAN）、用戶設(shè)備（UE）三大部分組成，CN主要完成用戶認(rèn)證、位置管理、呼叫連接控制、用戶信息傳送等功能。UTRAN（UMTS Terrestrial Radio Access Network）UMTS 陸地?zé)o線接入網(wǎng)是一種全新的接入網(wǎng)，是 UMTS最重要的一種接入方式。UTRAN分為無線不相關(guān)和無線相關(guān)兩部分。前者完成與CN的接口，實(shí)現(xiàn)向用戶提供QOS保證的信息處理和傳送以及用戶和網(wǎng)絡(luò)控制信息的處理和傳送；后者處理與UE的無線接入（用戶信息傳送、無線信道控制、資源管理等）。UE主要完成無線接入、信息處理等。UTRAN可使用ATM和IP兩種傳送方式，基于IP的UTRAN具有網(wǎng)絡(luò)資源利用率高、節(jié)省運(yùn)營成本。

1.3空中接口

空中接口是移動終端與基站之間的接口。空中接口（air interface）是透過無線通訊連接移動電話與基站。在GSM/UMTS中，各種形式的 UTRA 標(biāo)準(zhǔn)便是空中接口。"空中接口"表示基站和移動電話之間的無線傳輸規(guī)范。它定義每個(gè)無線信道的使用頻率和帶寬，或者采用的編碼方法。

1.4 Abis/Iub接口

Abis接口是GSM/GPRS/EDGE網(wǎng)絡(luò)的基站系統(tǒng)中，BSC（基站控制器）和BTS（基站收發(fā)信臺）之間的接口，用于BSC與BTS之間傳輸業(yè)務(wù)信息和信令信息。

Iub接口是RNC和Node B之間的接口，它完成RNC和Node B之間的用戶數(shù)據(jù)傳送、用戶數(shù)據(jù)及信令的處理和Node B邏輯上的O&M;等。它是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口，允許不同廠家的互聯(lián)。

1.5 A/Iu接口

A接口是網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS）與基站子系統(tǒng)（BSS）間的通信接口。是移動交換中心（MSC）與基站控制器（BSC）之間的接口。此接口傳遞的信息包括移動臺管理、基站管理、移動性管理、接續(xù)管理等。

2.無線網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1語音編碼與信道編碼

語音編碼就是對模擬的語音信號進(jìn)行編碼，將模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，從而降低傳輸碼率并進(jìn)行數(shù)字傳輸，語音編碼的基本方法可分為波形編碼、參量編碼（音源編碼）和混合編碼。

2.2 GSM跳頻技術(shù)

數(shù)字移動通信系統(tǒng)中，為了提高無線系統(tǒng)的抗干擾能力，常用到擴(kuò)頻技術(shù)。主要的擴(kuò)頻技術(shù)有直擴(kuò)方式和跳頻方式，在GSM系統(tǒng)中采用的是跳頻方式。

在通信系統(tǒng)中引入跳頻的原因有兩個(gè)：第一是基于頻率分集的原理，用于對抗瑞利衰落。不同的頻率遭受的衰落程度不同，而且隨著頻率差增加，衰落更加獨(dú)立。通過跳頻，突發(fā)脈沖不會被瑞利衰落以同一種方式破壞。第二是基于干擾源特性。在業(yè)務(wù)量密集區(qū)，無線通信系統(tǒng)容易受到頻率復(fù)用產(chǎn)生的干擾限制，相對載干比（C/I）可能在呼叫中變化很大。引入跳頻技術(shù)使得它可以在一個(gè)可能干擾小區(qū)的許多呼叫之間分散干擾，而不是集中在一個(gè)呼叫上。

跳頻是指載波頻率在很寬的頻帶范圍內(nèi)，按某種序列進(jìn)行跳變?？刂坪托畔?shù)據(jù)經(jīng)過調(diào)制后成為基帶信號，送入載波調(diào)制，然后載波頻率在偽隨機(jī)碼的控制下改變頻率，這種偽隨機(jī)碼序列即為跳頻序列。最后再經(jīng)過射頻濾波器送至天線發(fā)射出去。接收機(jī)根據(jù)跳頻同步信號和跳頻序列確定接收頻率，把相應(yīng)的跳頻后信號接收下來，進(jìn)行解調(diào)。

2.3 GSM不連續(xù)發(fā)射（DTX）

不連續(xù)發(fā)射（Discontinuous Transmission）是指移動臺發(fā)射機(jī)在沒有語音時(shí)不發(fā)送信息的特點(diǎn)，諸如在無通話期間。該特性延長了電池壽命，并降低了無線系統(tǒng)中的干擾。

由于GSM系統(tǒng)中通話是雙向的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，對于MS用戶的平均說話時(shí)間約在40%以下。在GSM系統(tǒng)中，采用普通和不連續(xù)發(fā)射（DTX）這兩種發(fā)射方式。所謂不連續(xù)發(fā)射就是在通話期間傳輸13kbit/s的話音編碼；在通話間隙，沒有話音傳送期間只傳輸約500bit/s的低速編碼，這種低速碼是成為舒適噪音的特征參數(shù)，由解碼器產(chǎn)生舒適噪聲。

采用DTX主要有兩個(gè)目的：一是降低空中的總干擾電平（約降低網(wǎng)絡(luò)干擾功率40%），提高頻率利用率；二是節(jié)省無線發(fā)射機(jī)電源的耗電量，延長MS電池的壽命。DTX的應(yīng)用能夠從整體上降低干擾，提高頻率復(fù)用程度。

2.4 2/3G測量報(bào)告機(jī)制

MR（Measurement Report，測量報(bào)告）是指GSM無線網(wǎng)中信息在業(yè)務(wù)信道上每480ms（信令信道上470ms）發(fā)送一次數(shù)據(jù)，依據(jù)這些海量的測試報(bào)告，可以對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行多維度評估，例如深度覆蓋、話務(wù)熱點(diǎn)分析、用戶質(zhì)量分析、用戶行為分析等，讓運(yùn)營商更確切地了解和掌握實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀況。

3.無線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化

3.1無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的意義

隨著移動用戶數(shù)量的劇增、業(yè)務(wù)需求變得復(fù)雜多樣，以及各運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)之間互連互通，使得移動通信網(wǎng)絡(luò)在規(guī)模上、結(jié)構(gòu)上不斷地向多協(xié)議功能、多層面平臺演進(jìn)，如何改善網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行性能，提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量，已成為移動通信企業(yè)把握市場競爭主動權(quán)和增強(qiáng)核心競爭力的基本前提。

一個(gè)典型的經(jīng)營思路就是盡可能的開源節(jié)流。充分的利用好現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的資源可降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營成本，爭取更多的話務(wù)吸收，獲取最佳效益。多變的外界因素時(shí)刻影響著移動網(wǎng)絡(luò)的無線環(huán)境，而使得無線通信網(wǎng)絡(luò)處在不斷的不平衡狀態(tài)。因此，深化網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作勢在必行。它的地位和作用對網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行維護(hù)、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃及工程建設(shè)日趨重要，并具有積極的指導(dǎo)意義。

3.2 2/3G無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化對比

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作一般可以分為兩個(gè)部分：一是前期優(yōu)化，即在網(wǎng)絡(luò)正式運(yùn)營開通之前的優(yōu)化工作，在前期規(guī)劃給定之后，網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基本決定，網(wǎng)優(yōu)的工作就是在給定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上，通過精細(xì)的調(diào)節(jié)在網(wǎng)絡(luò)開通時(shí)保證運(yùn)營商業(yè)務(wù)策略的順利實(shí)施和前期的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量優(yōu)勢；二是日常優(yōu)化，即在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模逐步擴(kuò)張的過程中，為保持網(wǎng)絡(luò)的最佳性能和業(yè)務(wù)質(zhì)量領(lǐng)先，無論是2G網(wǎng)絡(luò)還是3G網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化都是網(wǎng)絡(luò)整個(gè)生命周期的重要組成部分。

盡管在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化手段中都包含：基站維護(hù)、數(shù)據(jù)采集、分析手段等要素，需要解決網(wǎng)絡(luò)覆蓋、干擾等問題；但隨著2G無線技術(shù)演變到3G，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的思路也將發(fā)生重大變化，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

3.2.1頻率不在是網(wǎng)絡(luò)的瓶頸

GSM時(shí)代，頻分多址接入，有限的頻率資源與不斷增長的用戶量之間的矛盾，由頻率復(fù)用的手段來解決。然而，每次擴(kuò)容就意味著擴(kuò)容小區(qū)載頻要增加，頻率復(fù)用距離變得越來越短，這就意味著同鄰頻干擾會越發(fā)嚴(yán)重，這不但影響用戶接入網(wǎng)絡(luò)，而且影響正常的通話，甚至?xí)?dǎo)致掉話。因此，頻率優(yōu)化在GSM中占有很重要的位置，工程師往往要投入很大一部分精力在這方面。

進(jìn)入3G時(shí)代，例如TD-SCDMA系統(tǒng)是用碼字來區(qū)分信道。于是，頻率不再是網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容的瓶頸，頻率復(fù)用1*1在3G網(wǎng)絡(luò)中將是普遍存在。在這方面要做的只是將若干個(gè)小區(qū)擾碼（用于識別小區(qū)）合理分配到每個(gè)小區(qū)中。

3.2.2功控更加復(fù)雜

2G網(wǎng)絡(luò)中通?；竞褪謾C(jī)都全功率發(fā)射的情況下，不會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的癱瘓； 但在3G中基站的功率資源是有限的，用戶數(shù)的增加，必然使每用戶分得的功率資源減少；另外，遠(yuǎn)近效應(yīng)的原因，沒有功控的情況下，往往使得近基站端的手機(jī)信號“淹沒”遠(yuǎn)基站端的手機(jī)信號，導(dǎo)致遠(yuǎn)基站端用戶無法通話。在3G中合理功控，可以解決遠(yuǎn)近效應(yīng)，降低多余干擾，解決陰影效應(yīng)，補(bǔ)償部分衰落，節(jié)約電池消耗。

3.2.3切換問題

在2G中，切換帶內(nèi)盡量做到一個(gè)主控小區(qū)是可行的，這使得終端在小區(qū)密集地帶不會由于頻繁切換，而引發(fā)的切換掉話。在3G中，由于引入了軟切換，終端與網(wǎng)絡(luò)之間的鏈路不再只是一條，可以是兩條，甚至三條。這就保證了充分利用無線資源的同時(shí)，也保證了終端與網(wǎng)絡(luò)連接的可靠性，減少了掉話。保障切換帶內(nèi)有兩個(gè)至三個(gè)主控小區(qū)的特點(diǎn)，與2G切換優(yōu)化的主導(dǎo)思想是不一樣的。因而在3G系統(tǒng)的切換上的優(yōu)化工作中，避免導(dǎo)頻污染一定是優(yōu)化的重點(diǎn)。

3.2.4數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)超過語音業(yè)務(wù)成為主流

2G的業(yè)務(wù)主要以語音為主，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)較少，所以優(yōu)化的重點(diǎn)是語音業(yè)務(wù)方面；然而在3G系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)帶寬帶來的眾多數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，成為特色。運(yùn)營商除為用戶提供優(yōu)質(zhì)的語音業(yè)務(wù)以外，還要提供不同QoS要求的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，這就增加了3G網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的難度。以數(shù)據(jù)為主的多業(yè)務(wù)，使網(wǎng)優(yōu)過程中既要滿足各種業(yè)務(wù)的覆蓋范圍不能有空洞，又要避免多業(yè)務(wù)下的容量不足問題。多業(yè)務(wù)的博弈，是區(qū)別2G網(wǎng)優(yōu)的重要難題。

4.無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化流程

4.1準(zhǔn)備前期工作

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的準(zhǔn)備工作主要包括：優(yōu)化目標(biāo)的確定、優(yōu)化范圍和子區(qū)域劃分、話統(tǒng)資料準(zhǔn)備、測試設(shè)備和車輛的準(zhǔn)備、人員配備。其中最主要的是確定路測設(shè)備以及測試區(qū)域。

4.2數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)的采集主要是靠路測方式得到。路測就是借助測試儀表、測試終端及測試車輛等工具沿特定路線進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、業(yè)務(wù)質(zhì)量（QoS）測量。通過所得無線環(huán)境參數(shù)、呼叫接通情況，業(yè)務(wù)質(zhì)量的評估，為網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化過程提供較為完善的網(wǎng)絡(luò)狀況信息，同時(shí)也為網(wǎng)絡(luò)問題分析提供充分的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

4.3數(shù)據(jù)分析

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收集僅是網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化過程的開始，大量的實(shí)際測試數(shù)據(jù)需要進(jìn)行仔細(xì)分析，才能發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)存在的問題。數(shù)據(jù)的分析可以從以下幾個(gè)方面考慮。

4.3.1路測數(shù)據(jù)分析

路測數(shù)據(jù)分析包括：信號覆蓋區(qū)域、接收信號場強(qiáng)、天線增益、指向、使用的直放站覆蓋效果。對無線部分測試采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到網(wǎng)絡(luò)覆蓋盲區(qū)定位、網(wǎng)絡(luò)干擾區(qū)定位等報(bào)告。

4.3.2干擾分析

在實(shí)際測試的過程中，經(jīng)常使用C/I、SIR等參數(shù)來衡量一個(gè)地方無線信號的干擾程度。當(dāng)誤碼率超過一定的容限時(shí)，干擾分析數(shù)據(jù)包括低話音質(zhì)量區(qū)域、干擾分布、網(wǎng)內(nèi)和網(wǎng)間干擾等。

4.3.3信令分析

通過對路測中A接口、Abis接口信令分析，可以掌握各種接口的信令流量和消息統(tǒng)計(jì)，找出非正常的信令流程，結(jié)合其他數(shù)據(jù)，可以對故障進(jìn)行更精確的定位，同時(shí)發(fā)現(xiàn)平時(shí)很難發(fā)現(xiàn)的各種非正常現(xiàn)象可以從細(xì)節(jié)上對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，全面提高網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。

4.4優(yōu)化實(shí)施

在優(yōu)化的具體實(shí)施過程中，需要對網(wǎng)絡(luò)存在的問題進(jìn)行具體分析，并提出切實(shí)可行的方案，通過各種參數(shù)以及硬件設(shè)備的不斷調(diào)整，最終達(dá)到提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行性能的目的。

4.4.1干擾優(yōu)化

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化首先是頻率的優(yōu)化。合理地使用好有限的資源，可以擴(kuò)大服務(wù)面積，降低網(wǎng)內(nèi)干擾，提高通話質(zhì)量。要避免網(wǎng)內(nèi)的鄰頻干擾和越站干擾等。

4.4.2覆蓋優(yōu)化

覆蓋優(yōu)化主要是通過改變天線的方向、俯仰角和發(fā)射機(jī)功率，調(diào)整目標(biāo)區(qū)域的覆蓋，還可以通過搬遷基站位置調(diào)整覆蓋范圍，達(dá)到清除盲區(qū)的目的。對于偏遠(yuǎn)山區(qū)、話務(wù)量小并且地域范圍廣的地區(qū)，一般多采用室外直放站解決覆蓋問題；在高層建筑和地下室等地方，多采用室內(nèi)分布系統(tǒng)解決。

4.4.3接通率優(yōu)化

影響無線接通率的主要原因是TCH的擁塞及尋呼無響應(yīng)，主要進(jìn)行話務(wù)均衡處理和分配失敗率。話務(wù)均衡是指各小區(qū)載頻應(yīng)得到整體平衡的充分利用，話務(wù)不均衡主要是由于：基站天線掛高、俯仰角、發(fā)射功率、切換參數(shù)設(shè)置不合理，小區(qū)覆蓋范圍較大，導(dǎo)致該小區(qū)話務(wù)量較高，造成相鄰小區(qū)話務(wù)偏低的話務(wù)量不均衡；尋呼（Paging）成功率低可以加大基站覆蓋范圍，由于頻率干擾、基站硬件故障等原因，也可造成手機(jī)對Paging無響應(yīng)，使系統(tǒng)接通成功率偏低。

4.4.4掉話優(yōu)化

掉話問題的定位主要通過話務(wù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、用戶投訴、路測、無線場強(qiáng)測試、呼叫質(zhì)量撥打測試（CQT）等方法綜合判定。信號弱原因的掉話可以通過提高調(diào)整基站功率和檢查相鄰小區(qū)關(guān)系來解決；質(zhì)量差原因的掉話主要由于存在同頻或鄰頻干擾，采用調(diào)頻能減少干擾，降低系統(tǒng)掉話率；此外，基站硬件故障、傳輸不穩(wěn)定、上下行功率不匹配等因素都將導(dǎo)致系統(tǒng)掉話產(chǎn)生。

4.4.5切換優(yōu)化

不合理的切換和位置更新會顯著影響通話質(zhì)量和接入質(zhì)量。切換失敗的分析定位必須結(jié)合和其他指標(biāo)，然后根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，檢查目標(biāo)小區(qū)的信道是否由于出現(xiàn)擁塞、硬件故障、傳輸故障而導(dǎo)致無法指配。

4.4.6話務(wù)量優(yōu)化

話務(wù)量的優(yōu)化目的就是將移動通信網(wǎng)中的話務(wù)量均衡，使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)負(fù)荷是均勻的、由一定彈性容量的?？紤]到人口的流動特點(diǎn)，是在一些人口密集的商業(yè)區(qū)，會出現(xiàn)突發(fā)性的話務(wù)量，是話務(wù)量優(yōu)化的工作的一個(gè)重要組成。

4.5結(jié)果評估

本階段是在前期優(yōu)化的基礎(chǔ)上，對網(wǎng)絡(luò)的整體運(yùn)行狀況進(jìn)行評價(jià)，總結(jié)遷移階段優(yōu)化工作的成果和不足之處。并通過優(yōu)化系統(tǒng)控制參數(shù)和小區(qū)選擇參數(shù)微調(diào)系統(tǒng)。評估本次優(yōu)化工作是否達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，如果達(dá)到預(yù)期，則結(jié)束本階段工作；如果沒有達(dá)到，則返回?cái)?shù)據(jù)分析階段，分析是否還存在能優(yōu)化的地方。

4.6網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化報(bào)告

在優(yōu)化工作結(jié)束后，做好優(yōu)化前后數(shù)據(jù)的對比，整理出網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的主要問題及解決要點(diǎn)，撰寫優(yōu)化報(bào)告。

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