无线网络基本架构和优化问题研究

窦俊强

【摘 要】无线网络优化[1]就是通过对现网的设备、设备参数和网络结构的调整等手段对已有网络进行合理化配置，充分发挥现有的网络系统资源的效能，使网络设备的性能达到最佳。优化的过程是寻找网络设备的一系列配置变量的最佳搭配值，调整有关性能指标参数，最大限度地发挥通信网络的潜力，提高通信网络的整体服务质量。

【关键词】无线网络；基本架构；优化问题

0.概述

无线网络，既包括允许用户建立远距离无线连接的全球语音和数据网络，也包括为近距离无线连接进行优化了的红外线技术及射频技术。无线网络与有线网络的用途十分类似，二者最大的不同在于传输媒介的不同，无线网络利用无线电波取代了有线网络的线缆。

1.无线网络架构[2]

1.1 GERAN结构

GERAN：全称GSM EDGE Radio Access Network。GPRS可说是GSM的延续。GPRS和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包（Packet）式来传输。GPRS的传输速率可提升至56 kbit/s，理论上应用GPRS技术用户最高可达到160kbit/s的速率。由于GPRS仍然采用与GSM相同的GMSK的调制方式，无法达到3G的广域覆盖和局域覆盖的数据速率要求，因此增强数据速率的GSM演进方案—EDGE，将成为GSM未来的演进方向和通往3G的一个重要桥梁。

GERAN是GSM/EDGE无线接入网，它采用了EDGE的无线传输技术。EDGE采用多电平调制方式——8-PSK调制，以提供更高的比特率和频谱效率，同时在低数据速率的情况下也使用GMSK调制方式从而保证了网络设备的兼容性。EDGE技术有效地提高了GPRS信道编码效率及其高速移动数据标准，它的最高速率可达 384kbit/s，在一定程度上节约了网络投资，可以充分满足无线多媒体应用的带宽需求。

1.2 UTRAN结构

第三代移动通信（3G）可提供话音、数据、图像等多媒体业务，数据速率高达144kbit/s～2Mbit/s。3G由核心网（CN）、UMTS 陆地无线接入网（UTRAN）、用户设备（UE）三大部分组成，CN主要完成用户认证、位置管理、呼叫连接控制、用户信息传送等功能。UTRAN（UMTS Terrestrial Radio Access Network）UMTS 陆地无线接入网是一种全新的接入网，是 UMTS最重要的一种接入方式。UTRAN分为无线不相关和无线相关两部分。前者完成与CN的接口，实现向用户提供QOS保证的信息处理和传送以及用户和网络控制信息的处理和传送；后者处理与UE的无线接入（用户信息传送、无线信道控制、资源管理等）。UE主要完成无线接入、信息处理等。UTRAN可使用ATM和IP两种传送方式，基于IP的UTRAN具有网络资源利用率高、节省运营成本。

1.3空中接口

空中接口是移动终端与基站之间的接口。空中接口（air interface）是透过无线通讯连接移动电话与基站。在GSM/UMTS中，各种形式的 UTRA 标准便是空中接口。"空中接口"表示基站和移动电话之间的无线传输规范。它定义每个无线信道的使用频率和带宽，或者采用的编码方法。

1.4 Abis/Iub接口

Abis接口是GSM/GPRS/EDGE网络的基站系统中，BSC（基站控制器）和BTS（基站收发信台）之间的接口，用于BSC与BTS之间传输业务信息和信令信息。

Iub接口是RNC和Node B之间的接口，它完成RNC和Node B之间的用户数据传送、用户数据及信令的处理和Node B逻辑上的O&M;等。它是一个标准接口，允许不同厂家的互联。

1.5 A/Iu接口

A接口是网络子系统（NSS）与基站子系统（BSS）间的通信接口。是移动交换中心（MSC）与基站控制器（BSC）之间的接口。此接口传递的信息包括移动台管理、基站管理、移动性管理、接续管理等。

2.无线网的关键技术

2.1语音编码与信道编码

语音编码就是对模拟的语音信号进行编码，将模拟信号转化成数字信号，从而降低传输码率并进行数字传输，语音编码的基本方法可分为波形编码、参量编码（音源编码）和混合编码。

2.2 GSM跳频技术

数字移动通信系统中，为了提高无线系统的抗干扰能力，常用到扩频技术。主要的扩频技术有直扩方式和跳频方式，在GSM系统中采用的是跳频方式。

在通信系统中引入跳频的原因有两个：第一是基于频率分集的原理，用于对抗瑞利衰落。不同的频率遭受的衰落程度不同，而且随着频率差增加，衰落更加独立。通过跳频，突发脉冲不会被瑞利衰落以同一种方式破坏。第二是基于干扰源特性。在业务量密集区，无线通信系统容易受到频率复用产生的干扰限制，相对载干比（C/I）可能在呼叫中变化很大。引入跳频技术使得它可以在一个可能干扰小区的许多呼叫之间分散干扰，而不是集中在一个呼叫上。

跳频是指载波频率在很宽的频带范围内，按某种序列进行跳变。控制和信息数据经过调制后成为基带信号，送入载波调制，然后载波频率在伪随机码的控制下改变频率，这种伪随机码序列即为跳频序列。最后再经过射频滤波器送至天线发射出去。接收机根据跳频同步信号和跳频序列确定接收频率，把相应的跳频后信号接收下来，进行解调。

2.3 GSM不连续发射（DTX）

不连续发射（Discontinuous Transmission）是指移动台发射机在没有语音时不发送信息的特点，诸如在无通话期间。该特性延长了电池寿命，并降低了无线系统中的干扰。

由于GSM系统中通话是双向的。据统计，对于MS用户的平均说话时间约在40%以下。在GSM系统中，采用普通和不连续发射（DTX）这两种发射方式。所谓不连续发射就是在通话期间传输13kbit/s的话音编码；在通话间隙，没有话音传送期间只传输约500bit/s的低速编码，这种低速码是成为舒适噪音的特征参数，由解码器产生舒适噪声。

采用DTX主要有两个目的：一是降低空中的总干扰电平（约降低网络干扰功率40%），提高频率利用率；二是节省无线发射机电源的耗电量，延长MS电池的寿命。DTX的应用能够从整体上降低干扰，提高频率复用程度。

2.4 2/3G测量报告机制

MR（Measurement Report，测量报告）是指GSM无线网中信息在业务信道上每480ms（信令信道上470ms）发送一次数据，依据这些海量的测试报告，可以对网络进行多维度评估，例如深度覆盖、话务热点分析、用户质量分析、用户行为分析等，让运营商更确切地了解和掌握实际的网络运行状况。

3.无线网络的优化

3.1无线网络优化的意义

随着移动用户数量的剧增、业务需求变得复杂多样，以及各运营商网络之间互连互通，使得移动通信网络在规模上、结构上不断地向多协议功能、多层面平台演进，如何改善网络运行性能，提高网络服务质量，已成为移动通信企业把握市场竞争主动权和增强核心竞争力的基本前提。

一个典型的经营思路就是尽可能的开源节流。充分的利用好现有网络的资源可降低网络运营成本，争取更多的话务吸收，获取最佳效益。多变的外界因素时刻影响着移动网络的无线环境，而使得无线通信网络处在不断的不平衡状态。因此，深化网络优化工作势在必行。它的地位和作用对网络的运行维护、网络规划及工程建设日趋重要，并具有积极的指导意义。

3.2 2/3G无线网络优化对比

网络优化工作一般可以分为两个部分：一是前期优化，即在网络正式运营开通之前的优化工作，在前期规划给定之后，网络的拓扑结构基本决定，网优的工作就是在给定的网络结构上，通过精细的调节在网络开通时保证运营商业务策略的顺利实施和前期的网络质量优势；二是日常优化，即在网络规模逐步扩张的过程中，为保持网络的最佳性能和业务质量领先，无论是2G网络还是3G网络，网络优化都是网络整个生命周期的重要组成部分。

尽管在网络优化手段中都包含：基站维护、数据采集、分析手段等要素，需要解决网络覆盖、干扰等问题；但随着2G无线技术演变到3G，网络优化的思路也将发生重大变化，主要体现在以下几个方面：

3.2.1频率不在是网络的瓶颈

GSM时代，频分多址接入，有限的频率资源与不断增长的用户量之间的矛盾，由频率复用的手段来解决。然而，每次扩容就意味着扩容小区载频要增加，频率复用距离变得越来越短，这就意味着同邻频干扰会越发严重，这不但影响用户接入网络，而且影响正常的通话，甚至会导致掉话。因此，频率优化在GSM中占有很重要的位置，工程师往往要投入很大一部分精力在这方面。

进入3G时代，例如TD-SCDMA系统是用码字来区分信道。于是，频率不再是网络扩容的瓶颈，频率复用1*1在3G网络中将是普遍存在。在这方面要做的只是将若干个小区扰码（用于识别小区）合理分配到每个小区中。

3.2.2功控更加复杂

2G网络中通常基站和手机都全功率发射的情况下，不会导致网络的瘫痪； 但在3G中基站的功率资源是有限的，用户数的增加，必然使每用户分得的功率资源减少；另外，远近效应的原因，没有功控的情况下，往往使得近基站端的手机信号“淹没”远基站端的手机信号，导致远基站端用户无法通话。在3G中合理功控，可以解决远近效应，降低多余干扰，解决阴影效应，补偿部分衰落，节约电池消耗。

3.2.3切换问题

在2G中，切换带内尽量做到一个主控小区是可行的，这使得终端在小区密集地带不会由于频繁切换，而引发的切换掉话。在3G中，由于引入了软切换，终端与网络之间的链路不再只是一条，可以是两条，甚至三条。这就保证了充分利用无线资源的同时，也保证了终端与网络连接的可靠性，减少了掉话。保障切换带内有两个至三个主控小区的特点，与2G切换优化的主导思想是不一样的。因而在3G系统的切换上的优化工作中，避免导频污染一定是优化的重点。

3.2.4数据业务超过语音业务成为主流

2G的业务主要以语音为主，数据业务较少，所以优化的重点是语音业务方面；然而在3G系统中，数据带宽带来的众多数据业务，成为特色。运营商除为用户提供优质的语音业务以外，还要提供不同QoS要求的数据业务，这就增加了3G网络优化的难度。以数据为主的多业务，使网优过程中既要满足各种业务的覆盖范围不能有空洞，又要避免多业务下的容量不足问题。多业务的博弈，是区别2G网优的重要难题。

4.无线网络优化流程

4.1准备前期工作

网络优化的准备工作主要包括：优化目标的确定、优化范围和子区域划分、话统资料准备、测试设备和车辆的准备、人员配备。其中最主要的是确定路测设备以及测试区域。

4.2数据采集

数据的采集主要是靠路测方式得到。路测就是借助测试仪表、测试终端及测试车辆等工具沿特定路线进行无线网络参数、业务质量（QoS）测量。通过所得无线环境参数、呼叫接通情况，业务质量的评估，为网络优化过程提供较为完善的网络状况信息，同时也为网络问题分析提供充分的数据基础。

4.3数据分析

网络数据收集仅是网络优化过程的开始，大量的实际测试数据需要进行仔细分析，才能发现网络存在的问题。数据的分析可以从以下几个方面考虑。

4.3.1路测数据分析

路测数据分析包括：信号覆盖区域、接收信号场强、天线增益、指向、使用的直放站覆盖效果。对无线部分测试采集到的数据进行分析得到网络覆盖盲区定位、网络干扰区定位等报告。

4.3.2干扰分析

在实际测试的过程中，经常使用C/I、SIR等参数来衡量一个地方无线信号的干扰程度。当误码率超过一定的容限时，干扰分析数据包括低话音质量区域、干扰分布、网内和网间干扰等。

4.3.3信令分析

通过对路测中A接口、Abis接口信令分析，可以掌握各种接口的信令流量和消息统计，找出非正常的信令流程，结合其他数据，可以对故障进行更精确的定位，同时发现平时很难发现的各种非正常现象可以从细节上对网络进行优化，全面提高网络质量。

4.4优化实施

在优化的具体实施过程中，需要对网络存在的问题进行具体分析，并提出切实可行的方案，通过各种参数以及硬件设备的不断调整，最终达到提高网络运行性能的目的。

4.4.1干扰优化

网络优化首先是频率的优化。合理地使用好有限的资源，可以扩大服务面积，降低网内干扰，提高通话质量。要避免网内的邻频干扰和越站干扰等。

4.4.2覆盖优化

覆盖优化主要是通过改变天线的方向、俯仰角和发射机功率，调整目标区域的覆盖，还可以通过搬迁基站位置调整覆盖范围，达到清除盲区的目的。对于偏远山区、话务量小并且地域范围广的地区，一般多采用室外直放站解决覆盖问题；在高层建筑和地下室等地方，多采用室内分布系统解决。

4.4.3接通率优化

影响无线接通率的主要原因是TCH的拥塞及寻呼无响应，主要进行话务均衡处理和分配失败率。话务均衡是指各小区载频应得到整体平衡的充分利用，话务不均衡主要是由于：基站天线挂高、俯仰角、发射功率、切换参数设置不合理，小区覆盖范围较大，导致该小区话务量较高，造成相邻小区话务偏低的话务量不均衡；寻呼（Paging）成功率低可以加大基站覆盖范围，由于频率干扰、基站硬件故障等原因，也可造成手机对Paging无响应，使系统接通成功率偏低。

4.4.4掉话优化

掉话问题的定位主要通过话务统计数据、用户投诉、路测、无线场强测试、呼叫质量拨打测试（CQT）等方法综合判定。信号弱原因的掉话可以通过提高调整基站功率和检查相邻小区关系来解决；质量差原因的掉话主要由于存在同频或邻频干扰，采用调频能减少干扰，降低系统掉话率；此外，基站硬件故障、传输不稳定、上下行功率不匹配等因素都将导致系统掉话产生。

4.4.5切换优化

不合理的切换和位置更新会显著影响通话质量和接入质量。切换失败的分析定位必须结合和其他指标，然后根据统计数据，检查目标小区的信道是否由于出现拥塞、硬件故障、传输故障而导致无法指配。

4.4.6话务量优化

话务量的优化目的就是将移动通信网中的话务量均衡，使得整个网络的业务负荷是均匀的、由一定弹性容量的。考虑到人口的流动特点，是在一些人口密集的商业区，会出现突发性的话务量，是话务量优化的工作的一个重要组成。

4.5结果评估

本阶段是在前期优化的基础上，对网络的整体运行状况进行评价，总结迁移阶段优化工作的成果和不足之处。并通过优化系统控制参数和小区选择参数微调系统。评估本次优化工作是否达到了预期的目标，如果达到预期，则结束本阶段工作；如果没有达到，则返回数据分析阶段，分析是否还存在能优化的地方。

4.6网络优化报告

在优化工作结束后，做好优化前后数据的对比，整理出网络优化的主要问题及解决要点，撰写优化报告。

【参考文献】

[1]张威.GSM网络优化：原理与工程.人民邮电出版社，2006，9.

[2]吴伟陵，牛凯.移动通信原理（第二版）.电子工业出版社，2009：416-445.

[3]啜刚，王文博，常永宇等.移动通信原理与系统.北京邮电大学出版社，2007：351-354.