【資料名稱】：無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃課程講稿

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GSM無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

一、GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1.1、GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

如圖 1給出 GSM 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

OMC-S
VLR HLR
AUC
MSC
OMC-R EC IWF XC
MS
BSS
EIR
BTS BSC BTS
BTS
PSTN
BTS
BTS
BTS
BTS
MS

圖 1、GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)由以下功能單元組成：
OMC(Operation and Maintenance Center，操作維護中心)：操作維護系統(tǒng)中的各功能
實體。依據(jù)廠家的實現(xiàn)方式可分為無線子系統(tǒng)的操作維護中心(OMC-R)和交換子系
統(tǒng)的操作維護中心(OMC-S)。
MSC(Mobile ServiceSwitch Center，移動交換中心或移動業(yè)務(wù)交換中心)：對于位于
它管轄區(qū)域中的移動臺進(jìn)行控制、交換的功能實體。
VLR(Visitor Location Register，拜訪位置寄存器)：MSC 為所管轄區(qū)域中 MS的呼叫
接續(xù)，所需檢索信息的數(shù)據(jù)庫。VLR 存儲與呼叫處理有關(guān)的一些數(shù)據(jù)，例如用戶的
號碼，所處位置區(qū)的識別，向用戶提供的服務(wù)等參數(shù)。
HLR(Home Location Register，歸屬位置寄存器)：管理部門用于移動用戶管理的數(shù)據(jù)
庫。每個移動用戶都應(yīng)在其歸屬位置寄存器注冊登記。HLR 主要存儲兩類信息，有
關(guān)用戶的參數(shù)和有關(guān)用戶目前所處位置的信息。
AUC(Authentication Center，鑒權(quán)中心)：為認(rèn)證移動用戶的身份和產(chǎn)生相應(yīng)鑒權(quán)參數(shù)
(隨機數(shù) RAND，符號響應(yīng) SRES，密鑰 Kc)的功能實體。
EIR(EquipmentIdentificationRegister，設(shè)備識別寄存器)：存儲有關(guān)移動臺設(shè)備參數(shù)
的數(shù)據(jù)庫。主要完成對移動設(shè)備的識別、監(jiān)視、閉鎖等功能。2
IWF(InterWorking Function，網(wǎng)絡(luò)互通功能)：提供 GSM 系統(tǒng)和多種格式的公用和私
用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的接口。
BSS(Base Station Subsystem，基站子系統(tǒng))：包括射頻設(shè)備和控制設(shè)備，提供移動臺
和 MSC 之間的連接。
BSC(Base Station Controller，基站控制器)：具有對一個或多個 BTS 進(jìn)行控制以及相
應(yīng)呼叫控制的功能，BSC 以及相應(yīng)的 BTS 組成了 BSS(基站子系統(tǒng))。BSS 是在一定
的無線覆蓋區(qū)中，由移動業(yè)務(wù)交換中心(MSC)控制，與 MS進(jìn)行通信的系統(tǒng)設(shè)備。
BTS(Base Transceiver Station，基站收發(fā)信臺)：為一個小區(qū)服務(wù)的無線收發(fā)信設(shè)備。
EC(Echo Cancellation，回音消除器)：由于系統(tǒng)的時延和二四線轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)不可避免
有聲學(xué)回聲。EC 的加入，可消除遠(yuǎn)端回聲。
XC(TransCoder，變碼器或碼型變換器)：XCDR 被用做編解來自于移動臺的信號，使
信號能夠在陸地鏈路中有效的傳輸。由于它經(jīng)常放在 MSC 一邊，所以，常稱為
RXCDR。
MS(Mobile Station，移動臺)：它包括移動設(shè)備(ME)和用戶識別模塊(SIM)。根據(jù)業(yè)務(wù)
的狀況，移動設(shè)備可包括移動終端(MT)，終端適配功能(TAF)和終端設(shè)備(TE)等功能
部件。
PSTN(Public Switched Telephone Network，公眾交換電話網(wǎng))：GSM 系統(tǒng)可通過 MSC
實現(xiàn)與多種網(wǎng)絡(luò)的互通，比如 PSTN。

1.2、網(wǎng)絡(luò)概述

GSM 系統(tǒng)由一系列功能單元組成，圖2 給出一個簡單的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。圖中的各個組成部
件表示系統(tǒng)的每一功能單元。在實際的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成中，每一功能單元的出現(xiàn)比率不是圖中所示
的一次，可多次出現(xiàn)。
各種網(wǎng)絡(luò)部件的接口都采用標(biāo)準(zhǔn)接口，這
樣可以在一個網(wǎng)絡(luò)中使用不同廠家的設(shè)備，比
如可將 Motoro1a 的基站系統(tǒng) BSS 與 Ericsson
的網(wǎng)絡(luò)交換系統(tǒng)配合使用。
一般整個系統(tǒng)可分成四個部分：
(1)、移動臺 MS(Mobi1e Station)：如手機、
傳真機等用戶實際所使用的設(shè)備。
(2)、基站系統(tǒng) BSS (Base Station System)：
為移動臺MS和陸地交換設(shè)備提供無線連接的
部分。
(3)、網(wǎng)絡(luò)交換系統(tǒng)(Network Switching
System)：由 MSC 及一些相關(guān)的數(shù)據(jù)庫組成，
完成電話交換及提供 GSM 系統(tǒng)與 PSTN 的連
接功能等。
(4)、操作與維護系統(tǒng)(0peration and
Maintenance System)：使網(wǎng)絡(luò)管理員能對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集中操作與維護。

PSTN
SIM
ME
XCDR
BSC
BTS
MSC
VLR HLR
AUC
EIR
EC IWF
NMC
OMC
網(wǎng)絡(luò)交換系統(tǒng) 操作與維護系統(tǒng)
移動臺
基站系統(tǒng)

圖 2、GSM系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成3
1.3、網(wǎng)絡(luò)部件

1、移動臺 MS

移動臺是用戶設(shè)備，它可以是車載型。便攜型和手持型三種。它的物理設(shè)備和移動用戶
是完全獨立的。包括兩部分：移動設(shè)備 ME 和用戶識別模塊 SIM，也稱為 SIM 卡即智能卡。

(1)、ME
移動設(shè)備 ME 是用戶所使用的硬件設(shè)備，用來接入到系統(tǒng)，每部移動設(shè)備都有一個唯一
的對應(yīng)于它的永久性識別號，該識別號稱為國際移動設(shè)備識別號 IMEI (InternationalMobile
Equipment Identity)。
對于不同類型的移動臺，其最大輸出功率也不同。
移動臺必須有一個特定的標(biāo)志供網(wǎng)絡(luò)識別，該標(biāo)志稱為級別標(biāo)志(Classmark)，移動臺在
發(fā)送初始化消息時發(fā)送此標(biāo)志。
級別標(biāo)志 Classmark 中包含以下信息：
版本級別：指示該移動臺是一期(Phase1)或二期(Phase2)的移動臺。
最大發(fā)射功率：該移動臺的最大發(fā)射功率，在切換及功率控制時會用到，用移動臺功
率級別號表示。
發(fā)射功率等級
功率級功率輸出
120 瓦特(已不用)
28 瓦特
35 瓦特
42 瓦特
50.8 瓦特
加密算法：指示移動臺使用的是哪種加密算法，目前在一期 GSM 中只有一種算法
(A5)，但二期(Phase2)GSM 規(guī)范規(guī)定了多種算法(A5/0-A5/7)。
頻率范圍：指示該移動臺收發(fā)信號所能使用的頻段。不是所有的移動臺都支持?jǐn)U展頻
段。
短消息功能：指示該移動臺是否可以接收短消息。

(2)、SIM 卡
SIM 卡插入到移動設(shè)備中，用來識別移動用戶的身份，存有一些該用戶能獲得什么服務(wù)
信息及一些其他的信息。SIM 卡中存有移動用戶身份識別號，稱為國際移動用戶識別號
IMSI(International Mobile Subscriber Identity)。如果移動設(shè)備內(nèi)沒有插 SIM 卡，只能用來做緊
急呼叫。將移動設(shè)備識別號與移動用戶身份識別號分開后，系統(tǒng)就可以根據(jù)移動用戶來計費，
而不是根據(jù)移動設(shè)備來計費了。
SIM 卡中包含的信息有：
國際移動用戶身份識別號 IMSI：IMSI (International Mobile Subscriber Identity)用來識
別移動用戶，僅在初始化時才在空中發(fā)送。4
臨時移動用戶身份識別號 TMSI：TMSI (Temporary Mobile SubscriberIdentity)用來臨
時性的識別移動用戶，該號碼會周期性的改變，防止有人從空中截獲該號碼后盜話。
位置區(qū)識別號 LAI (Location Area Identity)：指示移動用戶當(dāng)前所在的位置區(qū)。
用戶身份鑒權(quán)密鍵 Ki (Subscriber Authentication Key)：在用戶身份鑒權(quán)時使用。
移動臺國際ISDN號碼MSISDN(Mobi1e Station Internationa1 Service Digital Network)：
是移動臺的電話號碼，含有國家碼，國內(nèi)碼，及移動用戶號碼。
SIM 卡中的信息在 SIM 卡發(fā)行之后大多是不可讀的(如 M)或不可改的，(如 IMSI)。另
外有一些信息，如 LA1，會不停的改變，以反映移動臺當(dāng)前所在的位置。
SIM 卡以及系統(tǒng)高度的固有安全性，能有效的防止盜話。SIM 卡是很難復(fù)制的，而且
還可以給 SIM 卡加一個類似信用卡密碼的個人密碼，即 PIN 碼(PersonalIdentity
Number Passwod)，防止有人盜用。
SIM 卡還存有一些其它信息，如計費信息，對這些信息用戶可以直接通過手機按鍵功
能查看。
SIM 卡另外還執(zhí)行鑒權(quán)算法。

2、基站子系統(tǒng)(BSS)

基站子系統(tǒng)包括：射頻設(shè)備和控制設(shè)備，提供移動
臺和 MSC 之間的連接，如圖 3 所示。主要包括：
BTS(基站收發(fā)信臺)：BTS 是 GSM 網(wǎng)絡(luò)中由于和
移動臺通信的部分。包含了射頻部分(如天線等)，
為各個小區(qū)提供空中接口。
BSC(基站控制器)：BSC 直接與 MSC 相連。是
BSS 中的控制部分。BSC 可以控制一個或多個
BTS，BSC 可控制的最大 BTS 數(shù)，與 BSC 的軟
件有密切關(guān)系。此外，BSC 也可不通過 MSC 進(jìn)
行 INTERNAL 的切換。
XCDR(編解碼器)： XCDR 被用做編解來自與移動
臺的信號，使信號能夠在陸地鏈路中有效的傳輸。
由于它經(jīng)常放在 MSC 一邊，所以，常稱為 RXCDR。

3、網(wǎng)絡(luò)交換子系統(tǒng)(NSS)

網(wǎng)絡(luò)交換系統(tǒng)包含了 GSM 網(wǎng)絡(luò)的主要交換
功能，它同時也包括用戶數(shù)據(jù)和移動網(wǎng)管理所需
的數(shù)據(jù)庫，其主要的功能是管理 GSM 網(wǎng)絡(luò)和其
余通信網(wǎng)絡(luò)之間的通信，如圖 4 所示。主要包括：
移動交換機 MSC：在 GSM 系統(tǒng)中， MSC
能完成呼叫交換以及其他交換設(shè)備一樣
的功能(計費，操作和維護，中繼接口等)。
同時，MSC作為網(wǎng)關(guān)交換機 GMSC提供
BTS BTS BTS
BTS
XCDR
BSC
基站系統(tǒng)

圖 3、基站子系統(tǒng)
BSS
PSTN
操作與維護系統(tǒng)
VLR
IWF
網(wǎng)絡(luò)交換系統(tǒng)
EC
HLR
AUC
EIR
MSC

圖 4、網(wǎng)絡(luò)交換子系統(tǒng)5
PSTN 和 BSS之間的接口。
歸屬位置寄存器 HLR：HLR 是為用戶單元提供參數(shù)的參考數(shù)據(jù)庫，每一個用戶單元
唯一屬于一個 HLR，用戶通過 IMSI(國際移動用戶身份識別碼)或者 MSISDN(移動臺
國際 ISDN號碼)接入到 HLR 中，HLR主要包括用戶單元的 IMSI、MSISDN。當(dāng)前在
VLR 中的信息。補充業(yè)務(wù)信息。用戶狀態(tài)。鑒權(quán)鍵 Ki、用戶漫游識別號 MSRN 等。
拜訪位置寄存器 VLR：VLR 包含當(dāng)前本區(qū)域所有用戶單元的參數(shù)的數(shù)據(jù)庫。它包含
有從 HLR 拷貝來的有關(guān)這些用戶單元的數(shù)據(jù)。如：用戶狀態(tài)。 MSRN等；也包括 LAI、
TMSI 等。
鑒權(quán)中心 AUC：AUC 是一個進(jìn)程系統(tǒng)，它執(zhí)行鑒權(quán)功能。AUC 通常和 HLR 結(jié)合在
一起，在鑒權(quán)是和用戶單元中的 SIM 卡共同完成鑒權(quán)功能。
網(wǎng)絡(luò)互連功能 IWF：IWF 提供 GSM 系統(tǒng)和多種格式的公用和私用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的接口。
它完成速率適配和協(xié)議轉(zhuǎn)換功能。
回音消除器 EC：由于系統(tǒng)的時延和二四線轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)不可避免有聲學(xué)回聲。EC 的加
入，可消除遠(yuǎn)端回聲。

4、操作維護子系統(tǒng)(OMS)

操作和維護子系統(tǒng)可以對整個 GSM 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)
行遠(yuǎn)程控制，如圖 5 所示。它包括兩部分：
網(wǎng)絡(luò)管理中心 NMC：NMC 是全網(wǎng)管理
的最高層，每一個網(wǎng)絡(luò)只有一個，目前，
我國沒有設(shè)此項。
操作維護中心 OMC：OMC 具有軟件和
數(shù)據(jù)庫的管理、統(tǒng)計數(shù)據(jù)的收集、事件/
告警的管理等功能。每一個網(wǎng)絡(luò)可有多
個 OMC。目前，OMC 有無線子系統(tǒng)的
操作維護中心(OMC-R)和交換子系統(tǒng)的
操作維護中心(OMC-S)兩種，如 Ericsson
的交換機和 BSS 共用一個 OMC-S。
MOTOROLA 只有 0MC-R，用于對 BSS
系統(tǒng)的管理等。

二、無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

2.1、優(yōu)秀無線網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)

滿足所需的容量：對蜂窩移動通信系統(tǒng)，通信容量可以用單位小區(qū)可用信道數(shù)
(channel/cell)、單位小區(qū)愛爾蘭數(shù)(Erl./cell)、每平方公里用戶數(shù)(用戶數(shù)/km2
)等來描述。
實際上，這些表示方法之間可以相互轉(zhuǎn)換；
覆蓋區(qū)域范圍：首先要覆蓋用戶最多的地方，然后考慮覆蓋范圍，越大越好，范圍越
OMC
OMC
OMC
NMC
SEGION 2
SEGION 1
SEGION 3

圖 5、操作和維護子系統(tǒng)6
大越能吸引用戶；
質(zhì)量指標(biāo)：覆蓋概率 90%，話音質(zhì)量 4 級，信道阻塞率 2~5%，掉話率 2%。

1、通信概率

定義：是指移動臺在無線覆蓋區(qū)邊緣(或區(qū)內(nèi))進(jìn)行滿意通話的成功概率，包括時間概率
和地點概率。
規(guī)定：我國移動通信技術(shù)體制對公眾網(wǎng)通信概率明確規(guī)定為：覆蓋區(qū)邊緣界面處的無線
信道通信概率不低于 90%，邊遠(yuǎn)郊區(qū)的邊緣處可根據(jù)實際情況適當(dāng)降低到不低于 50%(信噪比
dB29 
)。

2、話音質(zhì)量

與通信概率關(guān)系：與通信概率一樣也是移動通信系統(tǒng)性能好壞的一項重要指標(biāo)，并且兩
者之間是緊密相關(guān)的。
影響因素：取決于信號電平和干擾電平，有時信號很強，但質(zhì)量還是不好，就是干擾的
原因。
評價標(biāo)準(zhǔn)：而話音質(zhì)量是按主觀評定方法進(jìn)行評價，評分標(biāo)準(zhǔn)是由國際電報電話咨詢委
員會(CCITT)的提出的五級評分標(biāo)準(zhǔn)，如表所示。

表１、CCITT 話音質(zhì)量五級評分標(biāo)準(zhǔn)
話音質(zhì)量級別評定類別主觀印象標(biāo)準(zhǔn)
5優(yōu)幾乎無噪聲和失真，話音完全可懂
4良有輕微噪聲或失真，話音很易聽懂
3中有噪聲或失真，但話音可懂
2差噪聲大或嚴(yán)重失真，聽清話音吃力
1劣話音幾乎聽不清