无线网优化论文开题报告

随着移动通信行业的发展，网络规模不断壮大，移动用户日趋增多。无线收发信基站由发展初期的大区制演变为遍布大街小巷、乡村角落的蜂窝网络，这就使得无线网的优化工作日趋复杂、艰巨。同时，移动用户对无线网服务质量的敏感程度不断增加，移动通信竞争机制的引入，使无线网的服务质量更为运营商所关注，成为经营成败的重要筹码。发展较早、规模较大的无线网存在诸如工程遗留问题、网络结构复杂等因素，要在市场竞争中独占鳌头，网络的优化显得更为重要。一、网络优化的范畴 网络优化是高层次的维护工作，是通过采用新技术手段以及优化工具对网络参数及网络资源进行合理的调整，从而提高网络质量的维护工作。可采用室内分布、跳频、同心圆技术、DTX、功率控制等手段减少干扰，增大网络容量，改善无线环境；通过调整天线角度，增益，方位角，俯仰角以及功率大小，选择最佳站址，调整载频配置，均衡话务分布，改善网络质量，获得最佳覆盖效果等等。二、网络优化是基础维护工作的升华。 基础维护做的好，可确保设备完好率；但要提高网络质量，必须要优化网络参数，即进行网络优化。只有搞好网络优化才能使基础维护的成效得以充分体现。 维护为经营服务，经营为用户服务，维护的最终目标是为网上用户提供高质量的网络服务，而只有通过网络优化才能实现维护的最终目标，维护工作才有实际的意义。三、网络优化是持续性的工作 1、因为影响网络质量的因素不是一成不变的，网络优化应随着网络参数和环境的变化而不断进行。各地区特别是近几年来，经济蓬勃发展，城市高楼大厦不断涌现，改变了无线信号的传播环境，可能会出现新的盲区以及来自系统内部的干扰。而且话务的分布也在改变，在原来没有的话务或话务较小的地区会出现更高的话务需求，需要及时调整网络以吸收话务量。 2、工程建设会严重改变网络参数，尽管工程规划务求做得尽善尽美，但规划人员很难将参数调整到最佳状态，不可避免地造成干扰和话务的不均衡，这就需要网络优化来解决。 3、无线网软、硬件版本的升级也会改变部分BSC数据库中的参数，也需要调整参数设置，实施网络优化。 因此，网络优化非一朝一夕，而是长期、持久、艰巨的维护工作。简单地说，只要网络运营一天，就需要进行网络优化。网络优化的重要性和持久性决定了网络优化工作必须由各地市根据当地的实际 情况持续地开展，任何短期的、突击性的优化从长远看是取效甚微的。 下面我们就优化中的室内覆盖、天线在网络优化中的作用、掉话及网络虚拟分层等几个热点问题进行探讨，以达到共同学习的目的。第二部分、室内覆盖的优化一、室内覆盖优化的意义 随着市区基站密度加大，优化工作的深入，城市的室外覆盖已基本做到了无缝连接，话音质量也进一步得到改善。由于用户在大型建筑物（尤其是酒店、商务和商业中心、大型购物商场、停车场等）内使用移动电话所产生的话务量日益增加，用户已不满足于只有室外覆盖良好的移动通信服务，同时也要求网络运营商能提供室内覆盖良好的服务，但此类场所由于其建筑体自身的原因（如墙体较厚、面积较大、楼层较高等等），往往是网络覆盖的盲区或信号特别差。尤其是目前大部分用户所使用的GSM系统，其信号的穿透能力比模拟系统更弱，现象也就更明显。因此，解决好室内覆盖，满足用户的需求，提高网络的通信质量，也就成为工程建设和网络优化工作的一项重要内容。 从狭义上来讲，室内覆盖问题仅仅是对室内覆盖盲区的改善，解决电话打不出去的问题。从广义上来讲，室内覆盖问题包括对室内移动通信话音质量、网络质量、系统容量的改善问题。除了对诸如地下室，一、二层等通信盲区提供覆盖外，同时也应对建筑物的高层部分因接收到来自多方向的杂乱不稳定信号而导致掉话、断续、切换不成功等方面进行改善。同时，室内覆盖作为一种扩容手段，对在高话务量地区分担室外基站话务，增加网络容量，使室内话务在室内吸收，减少同频干扰也起很大作用。另外，良好的室内覆盖，对于提高网络运营商的形象，为用户提供更好更完善的随时随地通信服务，提高企业竞争力具有很大的意义。二、改善室内覆盖的方法及手段 改善室内覆盖，有两种基本方法：一种是加大室外信号解决室内覆盖；另一种是采用室内信号分布系统方式。 1、加大室外信号解决室内覆盖方式在存在室内盲区的地方附近安置直放站，或提高覆盖该地方基站发射功率，提高室外信号强度，利用电磁波的穿透能力而达到解决室内覆盖问题。这种方式的优点是：简单、快捷，不需要花很大的投资，工程工作量较小，不需要在建筑物中作布线，建设速度较快。这种方式对于在一些网络还不是很完善的地方，一方面不但解决了室内覆盖的问题，另一方面也解决了周围地区覆盖和话务吸收，是一种一举两得的事情。但在网络已经比较完善、基站密集的地方，用这种方式就不是一种明智之举，特别是采用直放站，对系统造成的影响比起解决这些方的室内覆盖可能是得不偿失。这种方式缺点是：需要进行频率规划，有时甚至是必须对网络进行较大的频率调整。同时，用这种方式并不是一种全面解决问题的方式，对于地下室、大型建筑物和采用金属玻璃幕墙的建筑物，其室内可能有相当的地方仍然是盲区，因此，该种方法已不能满足大型室内建筑的覆盖需求。 2、室内信号分布系统方式建设室内分布系统是目前解决室内覆盖问题最有效的方法，它与前一种方案最根本的区别就是将无线信号通过有线方式直接引到室内的每一个区域，消除室内覆盖盲区，抑制干扰，为室内用户提供稳定、可靠的信号，使用户在室内也能享受高质量的通信服务。这种方案在设计时，要考虑信号不外泄到建筑物外面，而对网络造成干扰。三、室内分布系统组成 室内分布系统主要由三部分组成：信号源设备（微蜂窝、宏蜂窝基站或室内直放站）；室内布线及其相关设备（同轴电缆、光缆、泄漏电缆、电端机、光端机等）；干线放大器、功分器、耦合器、室内天线等设备。 建筑物室内覆盖要考虑的基本因素主要有：隔墙的阻挡为5～20dB、楼层的阻挡为20dB、家具及其它障碍物的阻挡为2～15dB、多径衰落及高层建筑物上的“孤岛效应”和“乒乓效应”。各种不同室内环境对无线环境的影响是非常显著的，这在工程设计及优化中都要综合考虑。四、不同信号源比较 最常用的信号源主要有以下两种：宏蜂窝＋直放站和微蜂窝＋室内覆盖。1、宏蜂窝＋直放站 这是采用室外天线将附近宏蜂窝基站的信号接收后经放大处理，再由室内天线分布到所需覆盖的位置。这种采用无线耦合的方式，对于存在频率复用较高的市区，需严格调试，以免对网络造成干扰。由于直放站本身没有增加信道资源，只是信号的延伸，故直放站一般用于低话务量的地方，覆盖范围也罗小，一般只能作为补盲点来使用。如小型酒楼、地下停车场等。2、微蜂窝＋室内覆盖 微蜂窝就是一个基站，只不过基站的发射天线是分放在室内。微蜂窝增加了网络的信道资源，可提高网络容量和通话质量，适合于大范围的室内覆盖。它一般用于话务量密集的地方（如：星级酒店、大型娱乐场所、商业和商业中心等），既保证优良的覆盖，又分担了周围基站的话务量。五、室内覆盖系统的优化 对于建成的室内覆盖系统，最重要的就是日常维护和优化。以下结合实际工作中的例子进行说明。 1、相邻小区的确定 在城市的中心区，基站密度都比较大，平均站距小于1km，所以通常进入室内的信号比较杂乱、不稳定。特别是在一些没有完全封闭的高层建筑的中、高层，进入室内的信号非常多，邻近基站的信号直射，远处基站的信号通过直射、折射、反射、绕射等方式进入室内，信号忽强忽弱不稳定，同频、邻频干扰严重。手机在这种环境下使用，未通话时，小区重选频繁；通话过程中频繁切换，易导致话音质量差、掉话现象严重。 解决这类问题的最主要方式是根据实际情况为微蜂窝选择适当的相邻小区。相邻小区测量频点的限制，可以有效地控制微蜂窝与其他小区发生联系。 例如，湘潭繁华地区的鸿达酒店安装了微蜂窝室内覆盖系统。由于该地区基站分布密度大，室内中庭信号复杂。由于对微蜂窝作的相邻小区较多，导致切换频繁，指标反映为切换成功率较低、掉话较多。通过实地测量，确定了三个最主要的900M宏蜂窝服务小区：9141、9142、9143，并作双向切换关系。又由于在三楼电梯口测得较强的1800M宏蜂窝63141的信号，考虑到用户占用该小区进入微蜂窝的可能性极大，故作62141向微蜂窝的单向切换关系。相邻小区精简后指标显示切换成功率显著提高、掉话率降低。 由这个典型案例可知微蜂窝的相邻小区一定要因地制宜，数目不在多少，而在准确。一般确定两三个主服务小区即可，但同时要考虑若相邻小区过少，宏蜂窝退服导致由外部到室内无法切换的问题。所以相邻小区至少要两个以上。 2、重选和切换的优化 现代建筑多以钢筋混凝土为骨架，再加上全封闭式的外装修，对无线信号的屏蔽和衰减特别厉害；高层建筑物内电梯多，又多为金属全封闭结构，这就导致在进出建筑物、电梯时信号变化非常强烈。这就要对微蜂窝的相关重选、切换参数进行细致的设置、调整。 例如，武汉某酒店大厅及低层为微蜂窝A覆盖，电梯及高层为微蜂窝B覆盖。从大厅进电梯手机由 A重选到B时正常，而由电梯进入大厅时，手机由B重选到A上则明显迟缓，甚至出现短暂无信号情况。通过小区参数查询发现，对小区重选偏置参数的设置A、B小区明显不一致，B远大于A。设计者本意是为让B更易吸收话务，而使手机在空闲状态容易重选进入该小区，但差别太大，致使在B小区信号很弱、A小区信号已很强的情况下手机仍然无法重选。通过调整上述情况消失，手机重选正常。 3、载频调整优化 对于许多大型酒店和购物中心采用多个微蜂窝小区分片覆盖，分担话务的情况，我们都建议尽量通过调整载频分布，将多个小区合并为一个小区，因为那样往往会出现话务量不均衡甚至相差悬殊以及各小区间的切换成功率较低的问题。将多个小区覆盖优化调整为一个小区覆盖，用户可以无切换通话，消灭了潜在的不稳定因素。 另外分布系统的工艺质量也会影响微蜂窝信号，例如上下行功率不匹配导致上行干扰或信号弱，引起话音断续或掉话。这些则要在分布系统厂家的配合下进行优化工作。第三部分、天线在网络优化中的作用 天线技术是移动通信技术基础，基站天线是移动通信网络与用户手机终端空中无线联结的设备，其主要作用是辐射或接收无线电波，辐射时将高频电流转换为电磁波，将电能转换电磁能；接收时将电磁波转换为高频电流，将磁能转换为电能。天线的性能质量直接影响移动通信网络的覆盖和服务质量；不同的地理环境，不同服务要求需要选用不同类型，不同规格的天线。天线调整在移动通信网络优化工作中有很大的作用。一、天线的主要性能指标 表征天线性能的主要参数有方向图，增益，输入阻抗，驻波比，极化方式，双极化天线的隔离度，及三阶交调等。1、方向图 天线方向图是表征天线辐射特性空间角度关系的图形。以发射天线为例，从不同角度方向辐射出去的功率或场强形成的图形。一般地，用包括最大辐射方向的两个相互垂直的平面方向图来表示天线的立体方向图，分为水平面方向图和垂直面方向图。平行于地面在波束最大场强最大位置剖开的图形叫水平面方向图；垂直于地面在波束场强最大位置剖开的图形叫垂直面方向图。 描述天线辐射特性的另一重要参数半功率宽度，在天线辐射功率分布在主瓣最大值的两侧，功率强度下降到最大值的一半（场强下降到最大值的0.707倍，3dB衰耗）的两个方向的夹角，表征了天线在指定方向上辐射功率的集中程度。一般地，GSM定向基站水平面半功率波瓣宽度为65o，在120o的小区边沿，天线辐射功率要比最大辐射方向上低9-10dB。2、方向性参数 不同的天线有不同的方向图，为表示它们集中辐射的程度，方向图的尖锐程度，我们引入方向性参数。理想的点源天线辐射没有方向性，在各方向上辐射强度相等，方向是个球体。我们以理想的点源天线作为标准与实际天线进行比较，在相同的辐射功率某天线产生于某点的电场强度平方E2与理想的点源天线在同一点产生的电场强度的平方E02的比值称为该点的方向性参数D=E2/E02。3、天线增益 增益和方向性系数同是表征辐射功率集中程度的参数，但两者又不尽相同。增益是在同一输出功率条件下加以讨论的，方向性系数是在同一辐射功率条件下加以讨论的。由于天线各方向的辐射强度并不相等，天线的方向性系数和增益随着观察点的不同而变化，但其变化趋势是一致的。一般地，在实际应用中，取最大辐射方向的方向性系数和增益作为天线的方向性系数和增益。 另外，表征天线增益的参数有dBd和dBi。DBi是相对于点源天线的增益，在各方向的辐射是均匀的；dBd相对于对称阵子天线的增益dBi=dBd+2.15。相同的条件下，增益越高，电波传播的距离越远。习惯上我们采用dBi来表征天线的增益。4、输入阻抗 输抗是指天线在工作频段的高频阻抗，即馈电点的高频电压与高频电流的比值，可用矢量网络测试分析仪测量，其直流阻抗为0Ω。一般移动通信天线的输入阻抗有50Ω和75Ω两种，在湘潭的移动网中我们采用的都是输入电阻为50Ω的天线。5、驻波比 由于天线的输入阻抗与馈线的特性阻抗不可能完全一致，会产生部分的信号反射，反射波和入射波在馈线上叠加形成驻波，其相邻的电压最大值与最小值的比即为电压驻波比VSWR。一般地说，移动通信天线的电压驻波比应小于1.4，但实际应用中我们都要求VSWR应小于1.2。6、极化方式 根据天线在最大辐射（或接收）方向上电场矢量的取向，天线极化方式可分为线极化，圆极化和椭圆极化。线极化又分为水平极化，垂直极化和±45o极化。发射天线和接收天线应具有相同的极化方式，一般地，移动通信中多采用垂直极化或±45o极化方式。实际上采用垂直极化方式是历史造成的错误，因为垂直极化波受天气，特别是受下雨的影响很大，所以在今后的工作中如果可能的话要尽量少用此类型的天线。7、双极化天线隔离度 双极化天线有两个信号输入端口，从一个端口输入功率信号P1dBm，从另一端口接收到同一信号的功率P2dBm之差称为隔离度，即隔离度=P1-P2。 移动通信基站要求在工作频段内极化隔离度大于28dB。±45o双极化天线利用极化正交原理，将两副天线集成在一起，再通过其他的一些特殊措施，使天线的隔离度大于30dB。二、优化中天线的选择1、城区内话务密集地区 在话务量高度密集的市区，基站间的距离一般在500-1000米，为合理覆盖基站周围500米左右的范围，天线高度根据周围环境不宜太高，选择一般增益的天线，同时可采用天线下倾的方式。天线下倾的倾角计算公式为：α=arctg(h/(r/2)),α为波束倾角，h为天线高度，r为站间距离。 选择内置电下倾的双极化定向天线，配合机械下倾，可以保证方向图水平半功率宽度在主瓣下倾的角度内变化小。（1）对话务量高密集市区，基站间距离300-500米，可计算出天线倾角α大约在10o-19o之间，原天线单纯使用机械下倾的方式，下倾角一般在10o以上，水平方向图半功率波瓣宽度将变宽，造成站间干扰；如果采用内置电下倾9o的±45o双极化天线，这样电下倾加上机械下倾可变倾角将达15o，可保证水平方向图半功率波瓣宽度在主瓣下倾的10o---19o内无变化，同时结合适当调整基站发射功率，完全可以满足对话务量高密集市区覆盖且不干扰的要求。（2）对话务量较密集市区，基站间距离大于500米，可计算出天线倾角α大约在6o-15o之间，如果采用内置电下倾6o的±45o双极化天线，这样电下倾加上机械下倾可变倾角将达10o，可保证水平方向图半功率波瓣宽度在主瓣下倾的6o---16o内无变化，可以满足对话务量较密集市区覆盖且不干扰的要求。（3）话务量底密集市区，基站间距离可能更大，天线倾角α大约在3o-12o之间，可采用内置电下倾3o的±45o双极化天线，这样电下倾加上机械下倾可变倾角将达8o，可保证水平方向图半功率波瓣宽度在主瓣下倾的3o---12o内无变化，可以满足对这一区域覆盖且不干扰的要求。 2、在郊区或乡镇地区 在话务量不太密集的郊区或乡镇地区，信号覆盖范围要适当大，基站间距离较大，可以选用单极化，空间分集，增益较高的65o定向天线，如西安海天的（17DB）65o定向天线HTDBS096517型号的天线，既考虑容量又兼顾覆盖。3、在农村地区 在话务量很底的农村地区，主要考虑信号覆盖，基站大多是全向站。天线可考虑采用高增益的全向天线，天线架高可设在40-50米，同时适当调大基站发射功率，以增强信号的覆盖范围，一般平原地区-90dBm覆盖距离可达5公里。4、在铁路或公路沿线 在铁路或公路沿线主要考虑沿线的带状覆盖分布，可以采用双扇区型基站，每个区180o；天线宜采用单极化3dB波瓣宽度为90o的高增益定向天线，两天线相背放置，最大辐射方向与高速路的方向一致。 另外，如果沿路方向话务量很底，既考虑覆盖又考虑设备成本，可采用全向天线变形的双向天线，双向3dB波瓣宽度为70o，最大增益为14dBi，如：西安海天的全向天线变形的双向天线HTSX-09-14型号的天线。5、在城区内的一些室内或地下 在城区内的一些室内或地下，如：高大写字楼内，地下超市，大酒店的大堂等，信号覆盖较差，但话务量较高。为满足这一区域用户的通信需求，可采用室内微蜂窝或室内分布系统，天线采用分布式的低增益天线，以避免信号干扰影响通信质量。 总之，天线在移动通信网络优化中起到非常大的作用，同时馈线，馈线转换头及室内外跳线的质量也非常大地影响着移动通信基站的覆盖质量。大部分覆盖效果差的基站是由于馈线及连接部分的质量差引起的，可通过VSWR仪表逐级逐段测量来判定质量差的部分，及时更换以保证整个基站天馈线部分的质量，保证基站的运行质量和覆盖质量。第四部分、掉话的分析和解决方法 掉话现象是用户在使用手机过程中经常遇到的问题，也是用户申告的热点，它是系统各种不良因素的综合体现，对系统的运行质量影响很大，所以如何降低系统的掉话率，提高网络运行质量是网络优化工作的一个重要内容。一、掉话产生的原因 系统的掉话主要体现为SDCCH和TCH的掉话，其主要产生原因有以下几点：1、由于切换导致的掉话 所谓切换，就是指当移动台在通话过程中从一个基站覆盖区移动到另一个基站覆盖区，或者由于外界干扰而造成通话质量下降时，必须改变原有的话音信道而转接到一条新的空闲话音信道上去，以继续保持通话的过程。切换是移动通信系统中一项非常重要的技术，切换失败会导致掉话，影响网络的运行质量。GSM系统采用的是移动台辅助切换方式，即由移动台监测判决，由交换中心控制完成，在切换过程中基站和移动台均参与切换过程。（1）越区切换参数定义不合理 如：上行电平切换门限、下行电平切换门限、切换余量以及切换功率控制参数等定义不合理，致使越区切换失败，产生掉话。（2）信号强度滞后值设置不当 有些小区，由于信号强度滞后值设置太小，小区基站没有足够的时间处理切换呼叫，造成许多呼叫在切换时丢失。（但若设置太大，又会引起许多不必要的切换）。（3）忙时目标基站无切换信道 有一些小区,由于相邻小区都很繁忙，造成忙时目标基站无切换信道或在拓扑关系中漏定义切换条件（含BSC间切换和越局切换），致使手机用户在进行切换时无法占用相邻小区的空闲话音信道，此时BSC将对此进行呼叫重建，若主叫基站的信号此时不能满足最低工作门限或亦无空闲话音信道，则呼叫重建失败导致掉话。（4）网络色码参数设置不当 允许的网络色码参数定义了移动台需测量的小区的NCC码的集合，为手机切换提供可行的目标小区。如果该数据定义错误将引起越区切换不成功和小区重选失败，产生掉话。（5）信号强度太弱 当基站做分担话务量的切换时，有些切换请求会因切入小区的信号强度太弱而失败，有时即使切换成功，也会因信号强度太弱而掉话。因为我们在BSC中对手机用户的接收信号强度设有最低门限，当低于此门限值时，手机无法建立呼叫。（6）网络存在漏覆盖区或盲区 当移动台进入网络的漏覆盖区或信号强度盲区时，信号变得太弱而发出切换请求，切换不成功引起掉话。（7）孤岛效应 孤岛效应是基站覆盖性问题，当基站覆盖在大型水面或多山地区等特殊地形时，由于水面或山峰的反射，使基站在原覆盖范围不变的基础上，在很远处出现“飞地”，而与之有切换关系的相邻基站却因地形的阻挡覆盖不到，这样就造成“飞地”与相邻基站之间没有切换关系，“飞地”因此成为一个孤岛，当手机占用上“飞地”覆盖区的信号时，很容易因没有切换关系而引起掉话。2、由于干扰而导致的掉话 无线电波传播的特性决定其在传播过程中易受外界多种因素的影响；由于网络内部原因，它还受到网络内部各种因素的影响，如同频、邻频干扰以及网络中设备本身的非线性、设备故障所引起的交调干扰。在网络实际运行中我们常常遇到以下几种干扰： （1）设备本身的非线性以及设备故障引起的交调干扰。设备运行中缺乏定期的指标测试和调整，使交调干扰在一定范围存在。如发射部分尤其是直放站上行发射杂散辐射较大、接收部分杂散响应较大，造成对本信道和其它信道的干扰，严重的将无法正常拨叫和通话。在网络运行中曾出现过因为直放站而干扰城区多个跳频基站的情况，并引起大量掉话