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GSM原理及其网络优化_第1章_图文

第 1 章 GSM 移动通信系统及优化概述 1.1 GSM 数字移动通信的发展 移动通信是达到通信最终目的的有效手段, 它在商业市场上所具有的巨大潜力已经越来 越多的被人们所认识。 移动通信并不是一项很新的技术, 但它在最近几十年得到了飞速的发 展。20 世纪 80 年代初,随着模拟蜂窝技术的引进,移动通信技术向前迈进了一大步。20 世纪 90 年代开始出现了数字移动通信系统, GSM 系统是欧洲在 20 世纪 80 年代设计、 1992 年开通的数字移动通信系统。 第一代移动电话网是由人工操作使移动用户和有线网用户相连接。 它的终端庞大、 笨重 而且昂贵,服务区域也仅限于单个发射台和接收站址的覆盖范围。由于它的可用频率很少, 因而系统容量很小,并且很快出现饱和,服务质量也随用户数量的增加而迅速下降,甚至达 到死锁的状态。 20 世纪 60 年代随着半导体技术的发展, 无线系统发展为自动接续系统, 成本也开始降 低, 但其有所增加的容量与用户的需求相比仍然是远远不够, 公众无线电话依然是一种奢侈 品,只能被一小部分人所使用。 20 世纪 70 年代, 大规模集成电路和微处理器件的发展使实现复杂系统成为可能。 由于 覆盖区域受到发射功率的限制, 系统开始改由一个发射台和多个中继接收站所组成, 这种复 杂配置扩展了系统的覆盖范围。 真正的突破是蜂窝系统的建立, 在蜂窝系统中有若干个收发 信机,而且每个收发信机所覆盖的范围有一部分是重叠的。蜂窝系统的概念如图 1_1 所示。

蜂窝系统采用频率复用的方式增加其容量。 在蜂窝系统中, 同一频率可以被相距足够远 的几个小区同时使用,在增大了系统容量的同时,系统网络和设备的复杂性也大大增加。蜂 窝概念由贝尔实验室提出,20 世纪 70 年代世界上几个不同地方的研究人员对其进行了研 究。 美国第一个 AMPS(Advariced Mobile Phone Service)蜂窝系统于 1983 年在芝加哥开通, 在欧洲,电信部门和生产厂家推出了旨在覆盖整个北欧的 NMT 系统,此系统于 1981 年在 瑞典投入运行,并很快在挪威、芬兰和丹麦开通。20 世纪 80 年代中期,世界上出现了很多 基于上述两种系统的移动通信系统,例如,从 AMPS 中派生的 TACS 系统于 1985 年在英 国投入使用。 上述蜂窝系统均是以模拟语音信道传输,采用频率调制,频率在 450MHz 或 900MHz, 一般覆盖整个国家,容量在几十万用户左右。欧洲最大的移动网络是英国的网络,它由两个 覆盖全国的网络组成,到 1990 年网上用户已过百万。密度最高的是北欧的 NM'I’系统,人 均拥有量超过 7%,远远高于欧洲平均数字。 移动通信终端设备在 20 世纪 80 年代末得到飞速发展。 最初只有车载设备, 世纪 80 20
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年代中期出现了只有几公斤重的便携式设备,手机大约在 1988 年出现,发展至今,已经出 现了重量只有 100 一 200g 重的手机。在重量和体积减小的同时,其价格也迅速下降到大多 数人可以接受的水平。 由于不同系统不具有兼容性,用户得到的移动通信只限于某个系统内而不是更广的范 围,例如,TACS 终端不能接入 NMT 网,NMT 的终端也不能接入 TACS 网。早在 20 世纪 80 年代初期,当模拟蜂窝移动通信系统刚投放市场时,欧洲的电信运营部门便发觉,5~6 种移动通信系统将整个欧洲的蜂窝系统分割成四分五裂的状态, 无法形成快速增长的市场所 需求的规模经济。面对这一现状,欧洲电信管理部门(CEPT)成立了一个被称为 GSM 的移 动特别小组,开始制定使用于泛欧各国的一种数字移动通信系统的技术规范。新诞生的 “GSM”举行第一次会议是在 1982 年 11 月,在斯德哥尔摩,大会主席是来自瑞典电信管 理部门的 Thomas Haug,11 个国家的 31 位代表出席了这次会议。 1990 年,由英国提出将 1800MHz 频段归入 GSM 标准之中,带宽为 2x75MHz,此建 议的目的是针对 PCN(Personal Communications Network 个人通信网)的应用, 以进一步适 应城区更高容量的需求。 GSM 的原意是 “移动通信特别小组”而随着设备的开发和数字蜂窝移动通信网的建立, , GSM 逐步成为泛欧数字蜂窝移动通信系统的代名词。欧洲的专家们将 GSM。重新命名为 “Global System for Mobile Communications” ,使之成为“全球移动通信系统”的简称。 GSM 标准的制定花了约十年时间,在标准联合会及后来的欧洲电信标准协会 ETSI 的 统一领导下,GSM 系统由主要的欧洲通信设备制造商和操作维护部门共同进行设计。由于 考虑到了未来用户的需要,GSM 系统具有很大的灵活性。从 1990 年起,GSM 开始向欧洲 外扩展,目前,世界上已经有上百个运营商在 GSM 分配的频带内运行,可以想象,GSM 能向用户提供相当范围的覆盖,使用户在众多国家内实现漫游,称为名副其实的“全球移动 通信” 。

1.2 GSM 数字移动通信系统
1.2.1 GSM 系统的基本特点 GSM 数字蜂窝移动通信系统(简称 GSM 系统)是完全依照欧洲通信标准化委员会 (ETSI)制定的 GSM 规范研制而成的, 任何 GSM 数字蜂窝移动通信系统都必须符合 GSM 技术规范。GSM 系统是一种典型的开放式结构,作为一种面向未来的通信系统,它具有下 列主要特点: 1)GSM 系统由几个分系统组成, 各分系统之间都有定义明确且详细的标准化接口方案, 保证任何厂商提供的 GSM 系统设备可以互连。同时,GSM 系统与各种公用通信网之间也 都详细定义了标准接口规范,使 GSM 系统可以与各种公用通信网实现互连互通。 2)GSM 系统除了可以开放基本的话音业务外,还可以开放各种承载业务、补充业务以 及与 ISDN 相关的各种业务。 3)GSM 系统采用 FDMA/TDMA 及跳频的复用方式,频率重复利用率较高,同时它具 有灵活方便的组网结构,可满足用户的不同容量需求。 4)GSM 系统具有较强的鉴权和加密功能,能确保用户和网络的安全需求。 5)GSM 系统抗干扰能力较强,系统的通信质量较高。 1.2.2 GSM 系统的组成 GSM 系统由一系列功能单元组成,其具体组成如图 1-2 所示,分为 MS(移动台)、NSS (网络子系统)、BSS(基站子系统)、OSS(操作维护子系统)等几个主要部分。

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1.2.2.1 移动台/移动用尸(MS) 移动台是整个系统中直接由用户使用的设备,可分为车载型、便携型和手持型三种。应 当指出的是,在 GSM 系统中,物理设备与移动用户是相互独立的。也就是说,用户的所有 信息都存储在 SIM 卡(用户识别卡)上,系统中的任何一个移动台都可以利用 SIM 卡来识 别移动用户。由网络来进行相关的认证,保证使用移动网的是合法用户。移动台有自己的识 别码 IMEI,称为国际移动台设备识别号。每个移动台的 IMEI 都是唯一的,网络对 IMEI 进 行检查,可以保证移动台的合法性。SIM 卡中存储着用户的所有信息,包括国际移动用户识 别码 IMSI 等。 在本书中,术语 MS 代表移动用户,因为移动台与呼叫无关。 1.2.2.2 基站子系统(BSS) 广义来说, 基站子系统包含了 GSM 数字移动通信系统中无线通信部分的所有基础设施, 它通过无线接口直接与移动台实现通信连接, 同时又连到网络端的交换机, 为移动台和交换 子系统提供传输通路,因此,BSS 可以看作移动台与交换机之间的桥梁。按 GSM 规范提出 的基本结构,BSS 由两个基本部分组成:通过无线接口与移动台一侧相连的基站收、发信机 (BTS)和与交换机一侧相连的基站控制器(BSC)。从功能上看,BTS 主要负责无线传输,BSC 主要负责控制和管理。值得指出的是,在 GSM 规范中,一个基站子系统是指一个 BSC 以及由它所管辖的所有 BTS,而不是一个交换机所带的无线系统。 BTS 在网络的固定部分和无线部分之间提供中继, 移动用户通过空中接口与 BTS 相连。 BTS 包括收发信机和天线,以及与无线接口有关的信号处理电路等,它也可以看作是一个 复杂的无线解调器。在 GSM 系统中,为了保持 BTS 尽可能的简单,BTS 往往只包含那些 靠近无线接口所必须的功能。 BSC 通过 BTS 和移动台的远端命令管理所有的无线接口, 主要是进行无线信道的分配、 释放以及越区信道切换的管理等, 起着 BSS 系统中交换设备的作用。 BSC 由 BTS 控制部分、 交换部分和公共处理器部分等组成。根据 BTS 的业务能力,一台 BSC 可以管理多达几十个 BTS。 此外,BSS 还包括码型变换器 TC。码型变换器在实际应用中一般是置于 BSC 和 MSC 之间,完成 16kbit/s RPE—LTP 编码和 64kbit/s A 律 PCM 之间的码型转换。 1.2.2.3 网络与交换子系统(NSS)
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网络与交换子系统包括实现 GSM 的主要交换功能的交换中心以及管理用户数据和移动 性的所需的数据库,有时也称之为交换子系统。它由一系列功能实体构成,各功能实体间以 及 NSS 与 BSS 之间通过符合 CCITT 信令系统 No.7 协议规范的 7 号信令网络互相通信。 它的主要作用是管理 GSM 用户和其它网络用户之间的通信。 NSS 可分为如下几个功能单元: (1)移动业务交换中心 MSC~MSC 是网络的核心,它完成最基本的交换功能,即实 现移动用户与其它网络用户之间的通信连接。为此,它提供面向系统其它功能实体的接口、 到其它网络的接口以及与其它 MSC 互连的接口。 MSC 从 HLR、VLR、AUC 这三种数据库中取得处理用户呼叫请求所需的全部数据,同 时这三个数据库也会根据 MSC 最新信息进行自我更新。 MSC 为用户提供承载业务、 基本业 务与补充业务等一系列服务。作为网络的核心,MSC 还支持位置登记、越区切换和自动漫 游等移动性能及其它网络功能。 对于容量较大的通信网,一个 NSS 可以包括若干个 MSC、HLR 和 VLR,在建立固定 网用户与 GSM 移动用户之间的呼叫时,呼叫往往首先被接到关口 MSC(GMSC),再由关口 MSC 负责获取位置信息然后进行接续。GMSC 具有与固定网和其它 NSS 实体互通的接口, 也就是我们通常所说的关口局。 (2)拜访位置寄存器 VLR:VLR 存储进入其覆盖区的所有用户的全部有关信息,为已 经登记的移动用户提供建立呼叫接续的必要条件。VLR 是一个动态数据库,需要随时与有 关的 HLR 进行大量的数据交换以保证数据的有效性。当用户离开其覆盖区时,用户的有关 信息将被删除。 VLR 在物理实体上总是与 MSC 一体, 这样可以尽量避免由于 MSC 与 VLR 之间频繁联 系所带来的接续时延。 (3)归属位置寄存器 HLR:HLR 且是系统的中央数据库,存放与用户有关的所有信息, 包括用户的漫游权限、基本业务、补充业务及当前位置信息等,从而为 MSC 提供建立呼叫 所需的路由信息等相关数据。一个 HLR 可以覆盖几个移动交换区域甚至整个移动网。 (4)鉴权中心 AuC:AuC 存储用户的加密信息,用以保护用户在系统中的合法地位不 受侵犯。由于空中接口的开放性,经由空中接口传送的信息极易受到侵犯,因此 GSM 采用 了严格的保密措施如用户鉴权、信息的加密等。这些鉴权信息和加密密钥等均存放在 AUC 中,因此,AUC 是一个受到严格保护的数据库。在物理实体上,AUC 与 HLR 共存。 (5)设备识别寄存器: EIR: 存储与移动台 IMEI 有关的信息。 EIR 它可以对移动台的 IMEI 进行核查,以确定移动台的合法性,防止未经许可的移动台设备使用移动网。 1.2.2.4 操作与维护子系统 OSS OSS 是操作人员与系统设备之间的中介,它实现了系统的集中操作与维护,完成包括 移动用户管理、移动设备管理及网络操作维护等功能。它的一侧与设备相连,(但并不包括 BTS,因为在 GSM 技术规范中明确提出,对 BTS 的操作维护是经过 BSC 进行管理),另一 侧是作为人一机接口的计算机工作站。这些专门用于操作维护的设备被称为操作维护中心 OMC。GSM 系统的每个组成部分都可以以通过特有的网络连接至 OMC,从而实现集中维 护。 OMC 由两个功能单元构成。 OMC—S(操作维护中心一系统部分)用于 MSC、 HLR、 VLR 等交换子系统各功能单元的维护与操作。OMC—R(操作维护中心一无线部分)用于实现整个 BSS 系统的操作与维护,它一般是通过 SUN 工作站在 BSS 上的应用来实现。OMC 也可以 作为进入更高一层管理网络的关口设备。 1.2.3 GSM 系统的业务功能 GSM 是一种多业务系统,可以依照用户的需要为用户提供各种形式的通信。习惯上, 人们把话音业务与数据业务(或称为非话音业务)区别开来:话音业务中,信息是话音,而 数据业务传送包括电文、图像、传真及计算机文件等在内的其它信息。除了这些传统业务
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以外,GSM 还提供一些非传统的业务,如短消息业务,它区别于目前固定网提供的各种业 务,而更像无线寻呼业务。 一般来说,电信业务的定义不仅仅取决于所传信息的特征,还涉及到通信的其它特性, 如传输结构、资费处理、用户的通信特点等等。为用户提供的服务取决于三个独立因素: (1)用户注册的业务:网络运营部门为用户提供了所有可提供服务的项目,同时确定相 应的费率, 用户将按照自己的需要在其中进行选择并为之付费, 网络运营部门也只为用户提 供其注册登记的业务。 (2)网络能力:并不是所有的网络都能提供同样的服务范围,用户使用的业务可能会于 它漫游进入的网络有关。 (3)用户终端性能:有些业务需要用户终端的配合,例如,传真业务在只有话音业务 的终端上就无法提供。 通信网络提供的基本业务主要涉及传输媒介和建立呼叫的方式。 补充业务则使用户能够 更好的接受基本业务或是简化电信的日常使用,为用户提供方便,如呼叫前转、来电显示等 等。基本业务与补充业务的区别在于,一项补充业务可以适用于几个基本业务。在已存在的 网络中, 这些补充业务被要求附加在基本业务之上, 而未来它们很有可能从补充业务转化为 基本业务。 GSM 所提供的基本业务可分为承载业务和电信业务,这两种业务是独立的通信业务, 其差别在于用户接入点的不同。 电信业务主要包括包括话音业务、 数据业务及短消息业务等。 此外 GSM 还提供了多种多样的附加业务,下面将分别进行介绍。 1.2.3.1 承载业务 承载业务提供接入点(ISDN 协议中称为用户一网络间接口)之间传输信号的能力。GSM 系统一开始便考虑到了兼容多种在 ISDN 中定义的承载业务,以满足 GSM 移动用户对数据 通信服务的需要。GSM 系统设计的承载业务不仅使移动用户之间能完成数据通信,更重要 的是能为移动用户与 PSTN 或 ISDN 用户之间提供数据通信服务,同时还能使 GSM 移动通 信网与其它公用数据网(如公用分组数据网和公用电路数据网)实现互通。 在传输数据业务时,MSC 需启用互通功能单元 IWF。互通功能单元是为完成数据连通 而规定的全部功能。 用户总是需要不同种类的承载业务, 要支持各种承载业务也就要经过不 同类型的 MS 或 IWF 接入接口和终端网络。下面简要介绍一下不同种类的承载业务所能支 持的各种用户应用: 1)承载业务中具有透明和不透明非限制数字能力的非结构电路型,所支持的用户应用 是经过速率适配的子速率信息流; 2)承载业务中分组组合和分解器(PAD)业务所支持的用户应用包括:经过速率适配 的高速率信息流;接入分组组合/分解功能; 3)承载业务中分组业务所支持的用户应用包括:采用 X32 或 X31 选择 A 接入 x.25 公 用数据网;X31 选择 B 接入的应用(虚拟电路承载业务) 4)承载业务中具有透明和不透明交替话音/非限制数字能力的非结构电路型所支持的 用户应用包括:经过速率适配的子速率信息流;具有在呼叫中交替话音和数据的能力; 5)具有透明和不透明话音后接非限制数字能力的非结构电路型所支持的用户应用包括: 经过速率适配的子速率信息流; 开始建立话音呼叫, 然后在呼叫持续过程中的某段时间能使 用户转换为数据通信。 实际上, 以上对不同种类的承载业务所支持的用户应用阐述也就是各种承载业务在定义 上的差异点。 1.2-3.2 话音业务 话音业务是 GSM 提供的最重要的业务, 它为 GSM 用户和其它所有与之连网的用户之’
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间提供双向通话。随着 ISDN 的发展,数据业务将在电信业务中占据越来越大的比例,但对 于移动通信系统而言,话音业务仍然是最重要的服务。固定电话线路并非随处可得,而能随 身携带的移动电话正使蜂窝移动电话成为人与人之间一种重要的通信手段。 根据 GSM 的专用术语,紧急呼叫是由话音业务引伸出的一种特殊业务。它允许用户通 过一个简单的固定步骤使电话接入紧急服务部门, 如警察局或消防队, 接入过程简单而统一。 紧急呼叫业务优先于其它业务,在移动台没有插入 SIM 卡或用户处于锁定状态时也可接通 紧急服务中心。 由于我国各紧急呼叫中心尚未连网, 因此我国目前使用的移动台在紧急呼叫 时虽然是按欧洲标准拨 112 或 SOS, 但系统将回送提示录音指导用户拨不同的号码来呼叫不 同的紧急服务中心。 另一项从话音业务中派生出的业务是语音信箱业务。GSM 规范中并没有将这一业务单 独作为一种业务, 但许多运营部门都将这种服务作为基本服务。 当电话无法接通或是主叫用 户直接接入话音信箱时, 这种业务可以实现将话音存储起来, 事后再由被叫的移动用户提取 的功能。 1.2.3.3 数据业务 GSM 规范在制定时便按照 ISDN 模式为用户提供各种数据业务。目前,提供给固定用 户和 ISDN 用户的大部分数据业务 GSM 都能提供,包括公用分组交换数据网(PSPDN)所 提供的业务。在无线传输允许的条件下,GSM 技术规范中列举了 35 种数据业务,可以适用 于不同的场合。 数据通信可以按照通信者的不同或是端到端信息流的性质或传输模式来划分。GSM 规 范中不能提供所有的描述,但可以按照通信者的类型来进行分类。在 GSM 规范中,所有的 数据服务均作为特殊项目提出。 GSM 用户可以和 PS'I’ 用户相连接, N 所用的标准有 V. 21, v.22,v.22bis 等。GSM 用户也可以与 ISDN 用户相连接,关键问题在于两者速率的适配。 此外,GSM 用户间以及 GSM 用户同分组交换数据网用户、电路交换数据通信网用户之间 都可以建立连接,其互连协议可参考 GSM 有关规范。 1.2.3.4.短消息业务 上面提到的各种数据业务只是简单的将用于固定用户的业务扩展到 GSM 移动用户,但 实现这些业务所用的笨重的终端并不适用于真正的移动环境。针对这种情况,GSM 提供了 一种类似于寻呼业务的短消息服务, 移动台被设计成可用于通话又可用于寻呼, 使用户可以 用 GSM 移动台来传递一些简单的消息。 GSM 可以提供传送点到点短消息的服务,包括发送往移动台(SM'IL—MT)和从移动台 接收(SM'I—MO)。系统通过 GSM 系统中一个相对独立的实体短消息业务中心实现这两 种服务。 点对点短消息的发送和接收应在处于呼叫状态或空闲状态时进行, 由控制信道转送 短消息业务的消息。 另一种短消息服务是 “广播短消息’, ’ 即系统周期性的对蜂窝中所有的用户广播数据信 息。广播短消息也是在控制信道上传送,移动台只有在空闲状态下才可以接收广播消息。 1.2.3.5 补充业务 补充业务修改和添加了基本业务, 它主要是允许用户能够选择网络对其呼叫的处理以及 通过网络为用户提供信息,使用户能更充分的利用基本业务。 GSM 所提供的补充业务共 8 大类,下面分别简要介绍如下: 1.号码识别类补充业务 此类补充业务主要是为用户提供有关呼叫号码识别的功能选择, 具体包括主叫号码显示 (CL,IP),主叫号码拒绝显示(CLIR),恶意呼叫识别(MCI)等。 2.呼叫提供类补充业务 此类业务为用户处理来话呼叫提供了功能选择, 使用户可以根据需要处理来话。 具体包
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括无条件呼叫前转(cFu),遇忙前转(CFB),无应答前转(CFNRY),不可及前转(CFNRC) 等。 3.呼叫完成类补充业务 此类业务主要是为已经建立了呼叫的用户提供呼叫中对通话进行处理的选择。 主要包括 呼叫等待(CW)、呼叫保持(HOID)等。 4.多方通信类补充业务 这类业务支持用户同时与多个用户进行通话,主要有三方通话(3PTY)和会议电话 (CONF)两种。 5.集团类补充业务 这类业务的代表是闭合用户群(CUG),它可以将一些用户定义为用户群,实现对用户 群内部通信和对外通信的区别对待。 6.计费类补充业务 此类业务包括计费通知(AOC)、对方付费(REVC)等。 7.附加信息传送类补充业务 用户至用户信令(uUS)支持移动用户通过信令信道的透明传输在呼叫建立的不同阶段 向对方用户发送或接收有限的用户信息。 8.呼叫限制类补充业务 此类业务为用户实现呼叫限制提供了多种选择。具体包括限制所有出局呼叫(BAOC)、 限制所有入局呼叫(BAIC)、限制拨叫国际长途(BOIC)、漫游时限制所有入局呼叫 (BAIC—ROAM)等。值得注意的是,此类业务在使用时一般都有密码控制。 1-3 GSM 系统的编号计划 GSM 系统是一个十分复杂的通信系统,它包括众多的功能实体和繁杂的实体间、子系 统间及网络间的接口。为了将一个呼叫接续至某个用户,系统需要调用相应的实体,因此要 实现正确的寻址,编号计划就显得尤为重要。由于 GSM。系统的业务类似于 ISDN 网的延 伸,因此 GSM 系统采用了 CCIT'I’建议中的“网号”编号方案,即将 GSM 系统作为一个 电话网的独立编号方案,此时的 PLMN 相对于 PSTN 完全独立,其各种号码也就完全独立 于 PSTN。下面我们依次对 GSM 移动通信网中的各种号码进行介绍。 1.3.1 移动用户号码(MSISON) MSISDN 指主叫用户为呼叫 GSM 移动用户所拨的号码。一个移动台可以分配一个或多 个 MSISDN 号码。其组成如图 1-3 所示。

其中: (1)CC:国家码。即移动台登记注册的国家码,中国为 86。
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(2)NDC:国内网络接入号码。中国移动网为 135~139,联通网为 130~131。 (3)sN:用户号码。采用等长 8 位编号计划,具体号码分配由运营公司决定。 1.3.2 国际移动用户识别码(I MS I) 为了在 GSM 系统中,每个用户都分配有一个唯一的 IMSI,此号码在整个 GSM 系统中 有效,用于用户身份的识别。它的组成如图 1—4 所示。

其中: MCC--移动国家码。唯一的识别移动用户所属的国家。中国的 MCC 为 460。 MNC--移动网号,识别移动用户所归属的移动通信网(PLMN)。中国移动的 MNC 为 00,中国联通为 01 ’ MSIN--移动用户识别码,唯一地识别某一移动通信网中的移动用户。 NMSI--国家移动用户识别码,由 MNC 与 MSIN 组成。 1.3.3 临时移动用户识别码(TMSl) 考虑到系统的安全性,GSM 系统提供了在空中接口传递 TMSI 代替 1MSI 的保密措施。 TMSI 由 VLR 为来访的移动用户在鉴权成功后分配,它是一个由 VLR 自行分配的 4 字节的 BCD 编码,仅限在 VLR 管辖区内代替 IMSI 临时使用,且与 IMSI 相互对应。 1.3.4 移动用户漫游号码(MSRN) MSRN 是在呼叫接续时由 VLR 临时分配给移动台的一个号码,用于 GSM 网络在接续 时的路由选择。它同时也可以作为 SCCP 的全局码(GT)地址来寻找被叫用户当前所在位 置。MSRN 的组成与 MSISDN 类似,最大为 15 位数字。 1.3.5 位置区识别码(LAI) 位置区是指移动台可任意移动而不需要进行位置更新的区域, 它可由一个或若干个小区 组成,为了呼叫移动台,系统在一个位置区内所有基站同时发寻呼信号。位置区识别码 LAI 用于检测位置更新和信道切换的请求,其结构如图 1—5 所示。

其中:
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MCC、MNC 与 IMSI 中该部分相同。 LAC 是位置区号码,用于识别 GSM 网络中的一个位置区,它可以由运营部门自定。 1.3.6 全球小区识别码(CGI) . CGI 是在所有 GSM PLMN 中用做小区的唯一标识, 是在位置区识别号 LAI 基础上加上 小区识别号 CI 构成,其结构如图 1-6。

图中 LAI 同上。 CI 是可由运营部门自定义的小区识别号码,是一个 2ByteBCD 编码。 1.3.7 基站识别色码(BSIC) BSIC 用于识别相邻国家的相邻基站,是一个 6bit 编码,其组成如图 1—7。

NCC 为 PLMN 色码,主要用于区分国界两侧的运营者(国内用于区别不同的省)。 BCC 为基站色码,由运营者自行设定,用来唯一识别相邻的采用相同载频的不同 BTS。 1.3.8 国际移动设备识别码(1 ME 1) IMEI 唯一识别移动台,是一个 15 位的十进制编码,如图 1—8 所示,它由四部分构成。

具中: TAC:6 位,型号批准码,由欧洲型号认证中心分配。 FAC:2 位,工厂装配码,由厂家编码,表示生产厂家及装配地。
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SNR:6 位,序号码,由厂家分配,用于识别每个设备。 SP:2 位,备用码。 1.4 GSM 系统的移动网络功能 GSM 系统能够提供四大类移动网络功能,包括支持通信业务的网路功能,支持移动性 管理的网络功能, 支持安全性管理的网络功能和支持呼叫处理的附加网络功能, 这使得 GSM 系统在移动网络功能方面大大优于先前的模拟蜂窝移动通信系统。 1.支持通信业务的网络功能 这是 GSM 系统最基本的网络功能,它支持系统的基本业务和补充业务,保证系统用户 间通信的建立。它支持呼叫的建立和释放、寻呼、信道分配和释放等呼叫处理过程和对附加 业务的激活、去活、登记、删除等业务操作过程。 2.移动性管理网络功能 这项网络功能支持处理由于用户的移动性带来的一系列问题, 主要包括三个方面: 位置 更新、切换和漫游。这项网络功能将在第 3 章进行详细介绍。 3.安全性管理网络功能 移动通信中最重要的通路是空中接口,由于它的开放性所带来的不安全因素使 GSM 系 统的安全性管理功能显得尤为重要。GSM 系统在安全性管理方面设计了许多方法来保护空 中接口信息的安全,这项网络功能支持移动用户鉴权,移动用户识别的保密,用户数据的保 密及信令数据的保密等安全措施。 4.支持呼叫处理的附加网络功能 这项功能支持呼叫重建、排队、非连续接收等附加网络功能。 1.5 GsM 网络优化 1.5.1 网络优化的概念 目前 GSM 网正处于飞速发展阶段,仅仅几年时间已具备相当的规模。因此加强网络优 化, 搞好运行维护是提高移动通信网络质量的关键。 一个完善的网络往往需要经历从最初的 网络规划、工程建设投入使用,到网络优化的历程,并形成良性循环。 网络优化工作是指对正式投入运行的网络进行参数采集、 数据分析, 找出影响网络运行 质量的原因并且通过参数调整和采取某些技术手段, 使网络达到最佳运行状态, 使现有网络 资源获得最佳效益, 同时也对网络今后的维护及规划建设提出合理建议。 网络优化主要包括 无线网络优化和交换网络优化两个方面。 系统的无线部分具有诸多不确定因素, 它对无线网络的影响很大, 其性能优劣常常成为 决定移动通信网好坏的决定性因素。 当然, 无线网络规划阶段考虑不到的问题如无线电波传 播的不确定性(障碍物的阻碍等)、基础设施变化(新商业区、街道、城区的重新安排)、 取决于地点和时间的话务负荷(如运动场)、话务要求、用户对服务质量的要求的增加,都 涉及到网络优化工作。 网络优化是一个长期的过程,它贯穿于网络发展的全过程。只有不断提高网络的质量, 才能获得移动用户的满意, 吸引和发展更多的用户。 在日常网络优化过程中, 可以通过 OMC 统计和路测来发现问题, 当然最通常的还是用户的反映。 在网络性能经常性的跟踪检查中发 现话务统计指标达不到要求、 网络质量明显下降或用户的反映强烈、 用户群改变或发生突发 事件并对网络质量造成很大影响时、 以及网络扩容后应对小区频率规划及容量进行核查等情 形发生时,都要及时对网络进行优化。 在发生以下情况时应有针对性地重点进行网络优化。 1)网络正式投入运行后或网络扩容后,即转入网络优化作业; 2)网络质量明显下降或用户投诉多时,应立即安排优化作业,解决网络质量问题;

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3)发生突发事件并对网络质量造成很大影响时,应立即安排优化作业; 4)当用户群改变并对网络质量造成很大影响时,应立即安排优化作业。 1.5.2 网络优化的安排及实施 移动通信系统的网络优化工作是一项复杂、艰巨的系统工程,贯穿于规划、设计、工程 建设和维护管理的全过程,各方面的调整相互牵连、影响。因此在工作中应时时注意从全局 出发。 网络优化工作主要过程有系统调查、数据分析、制定和实施优化方案等。 1.5.2.1 系统监测调查 在工作中,我们监测调查工作主要包括: I.确认监测目标和范围 利用 BSS 系统中固有的性能统计机制,定期地对网络运行状态进行分析,因此只有当 网络拥有相当数量的用户时,统计数据给出的结果才会具备可靠性和真实性。 移动通讯网络是一个动态的多维系统, 一旦投入使用, 它会在以下四个主要范畴里发生 变化: 1)终端用户的变化(新的呼叫模型、用户的地理分布): 2)网络的运行环境的变化(新的建筑、道路、植被); 3)网络结构的变化(覆盖范围、系统容量); 4)应用技术的变化(新设备、新标准、新业务)。 因此网络优化的系统监测工作将会伴随着目标网络的发展而循序渐进,不可能一蹴而 就,这就要求运行商和设备厂商之间密切配合,充分发挥设备能力,以保证终端用户得到优 质的服务。 除了定期分析处理系统的观测数据以外, 日常的维护、 故障排除工作也是和网络的性能 密切相关的。 2.确定网络优化的对象和目标 网络中存在的问题和需要改进之处是指那些没有达到性能要求的部分。进行优化工作 (包括日常性优化和阶段性优化)的主要目的是解决: 1)局部网络或个别网络单元(小区)的性能明显低于网络平均水平: 2)一项或多项指标突明显恶化: 3)网络运营质量未达到运营商的预期目标; 4)性能观测数据的定义。 当前各个设备生产厂家对 GSM 系统的运行统计是由大量计数器完成的, 并定期向 OMC 报告计数结果。每一个计数器都和 GSM 系统中的某一网络单元的某一事件相关,即某一特 定事件的发生会触发对应的计数器作加一计数, 这样通过在某一观测时间段内对某一事件的 发生次数进行统计,就得到了网络的运行统计。观测和分析 OMC 各计数器数值,就可掌 握网络的运行质量并进行故障分析,这就要求监测人员必须具备 GSM 网络的呼叫控制、信 道管理、干扰分析等基础知识。 3.计数器观测周期和统计报表 这是指计数器的记录/刷新新时间。在报表中一般有忙时监测和全天监测两类。忙时的 确定可分为网络忙时和系统单元忙时:前者由 NSS 话务统计的峰值时间确定,后者则为统 计对象的话务峰值小时(例如小区忙时)或系统负荷峰值时间。 往往有必要在一天中的多个观测时间段内采集数据以监测网络/,J、区/单元等在一 天中不同时间的话务变化和负荷变化。尤为值得一提的是,在进行干扰分析时,研究干扰强 度的昼夜变化,有助于确定干扰性质,比如:判断是系统内干扰还是外来干扰。 4.网络性能报表的定义
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计数器几乎记录了所有事件, 但要准确明了地反映网络运行情况还需要对计数器的原始 数据进行计算, 从而得到网络性能报表。 报表中的质量指标将网络性能的定量描述与终端用 户对服务质量的感受直接连系起来,更便于理解和应用,主要有:掉话、呼叫困难、网络无 法接入、话音质量问题。 上述任何一方面一旦出现问题,都会降低网络总体服务质量,必须及时处理。网络质量 下降的原因可分为两类: (1)硬件故障:如坏板或局部设备中断服务。这类故障一般会在 OMC 上产生相应的 告警信息,维护人员须查明故障位置、类型并及时解决。 (2)软故障:系统仍然运行,但出现局部不稳定状态或处于非最佳状态,如干扰、邻 小区定义不完整、PCM 工作不稳定等,从而导致服务质量下降,如:掉话率上升、接通率 下降等。这些问题必须由优化人员通过网络性能监测、分析并采取相应优化措施来解决。 对于后者,通常采用三种方式进行故障监测和诊断: (1)网络观测结果与要求的目标门限相比较:预先确定一组门限,一旦发现某些网络 单元超标(如 5%掉话率),即定为优化对象,进行进一步分析和故障处理。需要强调的是, 门限应根据网络的实际情况确定,同时还要考虑到: 1)局部与整体的关系,集中力量解决个别超标小区: 2)网络维护水平,高水平的日常维护是优良网络性能的前提条件; 3)网络的动态发展,不同规模、不同覆盖水平的网络显然要求不同的门限指标。 (2)动态变化比较:如网络稳定运行时,各观测项目不应有大的浮动。一旦发现局部 网络的性能突然恶化,如掉话率由 1%激增至 3%,应引起充分重视。通过预置变化量门限, 可以筛选出这类问题,以保证网络的稳定运行。 (3)找出 N 个最差小区:在日常优化工作中,每阶段对几个最差小区的故障处理可有 效的提高整体网络性能指标。 1.5.2.2 数据采集 数据采集包括 OMC 话务统计数据采集、路测数据采集、CQT 测试数据采集、fiJP 申告 情况收集以及其它仪表的测试结果等等, 其中优化工程师日常优化依据的重点是 OMC 话务 统计数据和路测数据。 优化中评判网络性能的主要指标项包括长途来话接通率、 语音接通率、 信道可用率、掉话率、接通率、拥塞率、话务量和切换成功率等,这些也是话务统计数据采 集的重点。路测数据的采集主要通过路测设备,定性、定量、定位地测出网络无线下行的覆 盖切换、质量现状等,通过对无线资源的地理化普查,确认网络现状与规划的差异,找出网 络干扰、盲区地段,掉话和切换失败较高的地段。然后,对路测采集的数据进行分析,如测 试路线的地理位置信息、 测试路线区域内各个基站的位置及基站间的距离、 各频点的场强分 布、覆盖情况、接收信号电平和质量、邻小区状况、切换情况等,找出问题的所在从而提出 解决方案。 1.OMC 数据采集 收集与优化有关的 BSS 和 NSS 各种软、硬件参数,如基站数、每个基站的小区结构和 话音信道数;基站的:BSIC、小区号、小区系统类型、信道类型;小区的 CGI、 :BCCH 载 频号、小区载频数及跳频方式;邻区关系定义;切换数据;功率控制数据以及系统消息数据 等等。 收集话务统计数据:OMC 话务统计数据是了解网络性能指标的一个重要途径,它反映 了无线网络的实际运行状态。 统计数据应包括: 忙时 TCH 的业务量; 忙时每 PCH 的业务量; 忙时每 AGCH 的业务量;忙时越区切换请求次数;忙时位置登记请求次数;忙时 No.7 信 令信道拥塞情况;一定数量通话跟踪的 SACCH 信息采集;在采集上述统计数据和 BSS 参 数搜集并详细分析的基础上,对某些特定信息在 A 接口上的提取;忙时掉话次数;忙时成
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功呼叫接通率;其它方面系统的工作失常现象;需要的其它统计资料。 2.其它数据的采集 我们应根据话务统计分析的结果和用户投诉情况进行路测。路测采集的数据包括:测试 路线区域内各个基站的位置、基站间的距离、各频点的场强分布、接收信号电平和质量、邻 小区状况、覆盖和切换情况、测试路线的地理位置信息等。通过路测数据可以判断无线小区 的实际覆盖范围及干扰区,分析干扰源;观察信令接续过程,检查邻区关系和切换参数;验 证天馈系统实际安装情况;利用信令分析仪可以采集和分析 Abis 口数据、A 接口数据、网 络的上行信号数据,并与路测得到的下行信号对比,从而全面了解网络状态。这样,各小区 掉话、切换等事件发生的主要原因和场所都能正确定位。 由此可见,通过分析 OMC 采集的数据,不仅能获得各基站小区的参数配置和网络各项 质量指标,还可以找出网络大致存在的问题,在进行有计划的路测后,就可以得出各种问题 的相应解决方法。 此外, 对比网络优化前后的话务统计数据可以验证网络优化调整的正确性。 利用测试仪表进行干扰和场强的测试, 利用测试手段进行呼叫测试。 利用测试分析软件分析 数据,可以得到场强覆盖、同频和邻频干扰以及切换等情况。 天馈线资料的收集, 如所使用的天馈线类型、 馈线衰耗、 驻波比、天线增益、天线挂高、 天线方向角、天线俯仰角等等。 1.5.2.3 数据分析和问题的定位 网络问题主要从干扰、掉话、无线接通率和切换四个方面来进行分析。 无线接通率分析: 影响无线接通率的主要因素是 TCH 的拥塞和 SDCCH 的拥塞,以 及-TCH 的分配失败。因此若要提高该指标,必须要进行话务均衡处理和分配失败率的分析 处理。话务均衡是指各小区载频应得到充分利用,避免某些小区拥塞,而另一些小区基本无 话务的现象。通过话务均衡可以减小拥塞率、提高接通率,减少由于话务不均引起的掉话, 使通信质量进一步改善提高。 话务均衡问题的定位手段包括话务统计数据、 话务量、 接通率、 拥塞率、掉话率、切换成功率、路测和用户反映。话务不均衡原因主要表现在:基站天线挂 高、俯仰角、发射功率设置不合理,小区覆盖范围较大,导致该小区话务量较高,造成与其 它基站话务量不均衡;由于地理原因,小区处于商业中心或繁华地段,手机用户多而造成该 小区相对其它小区话务量高: 小区参数, 如允许接入最小电平等设置不合理而导致话务量不 均衡;小区优先级参数设置未综合考虑等。 掉话分析:掉话问题的定位主要通过话务统计数据、用户反映、路测、无线场强测试、 cQT 呼叫质量拨打测试等方法,然后通过分析信号场强、信号干扰、参数设置(设置不当, 切换参数、话务不均衡)等,找出掉话原因。 干扰分析:GSM 系统是干扰受限系统,干扰会使误码率增加,降低话音质量甚至发生 掉话。一般规定误码率在 3%左右,如果误码率超出 10%则话音质量已经不可容忍。因此, 通常对载波干扰设置一定的门限,规定:同频道载干比 C/I~>9dB;邻频道载干比 C/A≥ -9dB。 通话干扰的定位手段包括分析话务统计数据、 话音质量差引起的掉话率、 干扰带分布、 用户反映、路测(RxQual)及 CQT 呼叫质量拨打测试等。 切换分析: 切换失败的分析定位必须要和其它指标的分析结合起来, 首先去检查是否是 目标小区的信道由于出现拥塞、硬件故障、传输故障而导致无法指配;其次去分析是否和无 线干扰有关, 导致 MS 无法占用系统所分配的信道;接下来应去检查是否和切换参数及切换 邻小区参数定义有关,或是出现了孤岛效应(漂移小区与其相邻小区同 BCCH、BSIC):最 后应去检查是否为 NSS 部分数据或路由定义有误。 1.5.2.4 优化方案制定及优化调整实施 系统调整内容包含提高交换机处理效率,增加容量,调整信道数,变更基站位置,变更 天线位置,改变倾角,变更切换参数、频率、小区参数等,在覆盖忙区或高话务量地区增加
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信道或设置微蜂窝。 下面就网络频率计划、 邻区关系、 小区覆盖范围和话务流量等方面的调整说明优化过程, 并提供一些优化前后的统计数据进行比较。 1.频率计划调整 通过分析 BSC 频率配置数据和 OMC 话务统计报告,我们曾经发现某些小区个别载频 存在干扰, 表现为其受到的干扰电平不是处于正常时的干扰电平带域 1 内, 而是处于干扰电 平带域 3 或 4。路测结果显示这些小区的覆盖区域存在一定的重叠,而频点的配置存在着邻 频。针对其中部分小区的频点进行调整后,上述干扰问题明显改善。 2.邻区关系调整 正确、完整的邻区关系非常重要。邻区关系过少,会造成大量掉话;邻区关系过多,会 导致测量报告的精确性降低。这两种情况都会造成网络质量的恶化和掉话。 分析 OMC 中的 TCH 性能测量和小区间切换性能测量两个统计报表数据,发现切入、切出 B2 和 B3 小区的切换请求次数很多,两个小区的话务和信令流量也很大,C3 小区的掉话率 较大。检查.BSC 内的邻区关系设置,发现 C3 小区没有做基站 A 的邻区关系。通过这样的 分析后对网络中的邻区关系作出调整, 使网络的资源得以充分利用, 各相关小区的话务分布 更趋合理,各小区射频丢失率、掉话率均有不同程度的降低,网络性能得到明显改善。 3.小区覆盖范围调整 基站小区的覆盖范围是衡量移动通信网服务质量的重要指标之一。 将路测得出的小区实 际覆盖情况和 OMC 话务分析相结合,可以对各相邻小区的话务均衡提供直接参考依据,是 防止同、邻频干扰的必要步骤。 基站的发射功率、天线高度、下倾角调整是调整基站覆盖范围的常用方法。降低基站的 发射功率、天线高度,增大天线下倾角都会减少基站对其它同邻频小区内移动台的干扰,但 会使基站的覆盖范围变小,并且可能引入盲区。对于室内覆盖较差的情况,除了通过建设室 内微蜂窝基站加以解决外,还可以通过降低参数"MS 最小接收信号电平, ,(RXI_,EV ACCESS MIN)使室内覆盖得到一定程度的改善,但通话质量有可能会因此下降。此外,小 区参数“最大时间提前量”的设置,决定了该小区进行信道分配和切换的服务范围,取值过 小会导致掉话。因此,进行小区覆盖范围的调整时要权衡考虑。 4.话务调整 。 频率计划、 邻区关系和小区覆盖范围的调整事实上已经起到了一定的话务均衡作用。 此 外,分析话务统计的结果、检查 BSC 内小区参数的设置可以得出不同的改善措施: (1)增加信道或基站:是解决由于无线信道的不足引起网络拥塞的最好办法,但需要 对全网频率进行重新规划或调整。 (2)小区参数调整:小区重选偏移 CRO、接入允许保留块数(BS AG BLKS RES)、 相同寻呼间帧数编码(BS PA MFRMS)、各类切换门限参数和余量参数等都会影响小区内 的话务量。通过这些参数的合理设置,可以鼓励或阻碍移动台进入某些小区,从而达到平衡 网络业务量的目的。 1.5.3 日常优化措施 为了使网络优化工作的覆盖范围及责任更清楚、 明了, 可将日常优化工作分为四个主要 部分: 1)网络监测,及时发现并解决可能减低网络服务质量的故障和潜在问题; 2):BSS 参数的局部调整; 3)射频优化(包括覆盖范围的调整、干扰的消除); 4)系统容量及话务负荷的调整。 这几项内容应互相密切结合。首先,网络监测是一切优化工作的基础。而经常不断地预
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防性维护和优化则是保证网络正常运行和深入优化的前提条件。 对网络不同方面的优化又往 往是互相关联的, 比如说在进行系统容量及话务负荷的调整时, 有时可以通过适当调整相邻 小区之间的覆盖范围大小来实现, 而不是去直接调整设备资源, 如增加小区配置的载波数量。 而在进行无线参数调整时,又可以通过合理控制小区的切换,位置更新,小区重选等事件, 从而达到减轻 BSC 负荷提高系统容量的目的。反过来看,在话务和系统容量合理匹配时, 又可以达到降低掉话,提高切换成功率的目的,对于跳频系统意义尤为显著,应特别引起注 意。 考虑到对现场维护和优化工作的实用性和指导性,本书将用主要篇幅去探讨网络常见的 故障,结合网络监测分析各种现象和原因,并建议了常用的优化措施,如 BSS 参数的调整 等,这也是在优化工作中最为重要和复杂的部分。对于射频优化部分,本书中将不具体讨论 站址考察、路测分析和天线的调整等,而是主要针对干扰、常见故障以及用户投诉等问题进 行讨论。 1.5.4 无线网络质量测试 由交换机所得出的话务统计数据是一种统计意义上的结果, 而实地的无线网络质量测试 更能真正反映系统的实际运行情况和获取用户的主观感受, 切实有效的网络质量测试有利于 对系统的分析,有利于对实际运营情况的掌握,是网络优化工作的重要组成部分。 GSM 网的网络质量测试主要包括两大部分: CQT(Call Quality Test)测试和 DT(Drive Test)测试。 1.5.4.1 CQT 测试 CQT 测试是在城市中选择多个测试点,在每个点进行一定数量的呼叫,通过呼叫接通 情况及测试者对通话质量的评估,分析网络运行质量和存在的问题。 对于已有 GSM900/1800 双频网运行的地区,应注意以下测试项目: 1)GSM900/1800 双频切换测试; 2)双频手机在仅有 GSM900 覆盖地区的测试: 3)双频手机在双频覆盖地区的 GSMl800 优选测试; 4)GSMl800 的系统场强测试。 1.5.4.2 DT 测试 DT 测试即驱车路测,是指在一个城市中借助仪表、测试手机、及测试车辆等工具,沿 特定路线进行无线网络参数和话音质量测定的测试形式。 DT 测试包括使用无线测试仪表对无线信号强度、越区切换位置、越区切换电平等参数 进行测量以及在移动环境中使用测试手机沿线进行全程拨打测试, 通过所得无线参数以及呼 叫接通情况和测试者对通话质量的评估, 为网络规划、 网络工程建设以及网络运行部门提供 较为完备的网络覆盖情况,同时也为网络运行情况分析提供较为充分的数据基础。 DT 路测的设备要求:场强测试仪(如罗得史瓦茨测试仪)、测试软件、分析处理软件、 测试手机(如 TEMS 手机等)、电子地图、测试车辆等。 DT 路测的路线选取应遵循如下原则: 1)市区主要热点地区、商业中心、党政军等重要通信保障地段; 2)本市主要交通干线、机场、高速公路、国道沿线; 3)本市话务热点地区、重点地区环线路段; 4)交换局间覆盖交接处,行政区域分界点: 5)用户申告较为严重和集中的地区: 6)话务统计显示异常的地区。 DT 路测的主要内容: 利用测试车辆、无线测试仪表、测试手机等工具对网络进行全程测试及记录,其内容包
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括所测路段的场强分布、越区切换点、越局切换点、呼叫失败点、掉话位置、信号质量、频 率干扰情况、无线环境分布等。 遇有下列情况应及时进行针对性 DT 路测: 1)网络结构或参数的变动后; 2)话务统计显示有小区指标异常时; 3)用户有较严重或集中申告时; 4)本地区遇有重大政治经济活动时。 网络优化不只是无线部分的优化, 必须从全网着手进行, 因此必须不停地观察和监测整个 网络,找出故障并排除故障,提高网络效率,使现有网络资源获得最佳效益。

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