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GSM移动通信系统-网络规划与优化教案第一章：GSM移动通信系统概述1.1 GSM移动通信系统的起源和发展历程1.2 GSM移动通信系统的基本原理和技术特点1.3 GSM移动通信系统的网络架构和组成1.4 GSM移动通信系统的频率规划和频道分配第二章：GSM网络规划基础2.1 网络规划的目标和流程2.2 无线传播环境和信号覆盖分析2.3 基站设备和参数设置2.4 网络规划中的数学模型和算法第三章：GSM网络优化基础3.1 网络优化的目标和流程3.2 网络性能指标和评估方法3.3 网络优化的方法和技巧3.4 网络优化工具和软件的使用第四章：网络规划与优化的实施4.1 项目启动和前期准备4.2 现场勘查和数据收集4.3 网络规划和优化方案的设计4.4 方案实施和效果评估第五章：GSM网络规划与优化的案例分析5.1 案例一：城市网络规划与优化5.2 案例二：农村网络规划与优化5.3 案例三：复杂地形网络规划与优化5.4 案例四：网络升级和扩容工程第六章：GSM基站设计与布局6.1 基站设计的考虑因素6.2 基站天线的设计与选择6.3 基站室内布局与设备安装6.4 基站电源和冷却系统设计第七章：GSM网络传输规划7.1 传输网络的基本概念和架构7.2 传输网络的规划与设计原则7.3 传输网络设备的选择与配置7.4 传输网络的优化与故障处理第八章：GSM核心网规划与优化8.1 核心网的架构和功能8.2 交换中心的规划与配置8.3 信令网的规划与优化8.4 数据网的规划与优化第九章：GSM无线资源管理9.1 无线资源管理的基本概念9.2 频率规划与频道分配9.3 小区规划与参数设置9.4 无线网络资源的动态调整与优化第十章：GSM网络规划与优化的案例分析（续）10.1 案例五：基于网络性能的规划与优化10.2 案例六：网络容量优化与扩容10.3 案例七：网络质量提升工程10.4 案例八：网络规划与优化的综合案例第十一章：GSM网络规划与优化的性能评估11.1 网络性能评估指标11.2 网络性能数据的收集与分析11.3 网络性能改善策略11.4 网络性能预测与优化第十二章：GSM网络规划与优化的工具和技术12.1 网络规划与优化的工具概述12.2 计算机模拟和仿真技术12.3 现场测试与数据分析12.4 网络规划与优化的未来技术趋势第十三章：GSM网络规划与优化的法规遵从性13.1 无线电频率管理法规13.2 电磁兼容性要求和测试13.3 环境保护和健康安全13.4 法规遵从性的持续管理与更新第十四章：GSM网络规划与优化的项目管理14.1 项目管理的基本概念和方法14.2 网络规划与优化的项目规划14.3 项目执行与控制14.4 项目收尾与评估第十五章：GSM网络规划与优化的未来发展15.1 5G网络对GSM网络规划与优化的影响15.2 数字化转型的挑战与机遇15.3 网络规划与优化的创新技术15.4 行业发展趋势与职业规划重点和难点解析本教案全面覆盖了GSM移动通信系统的网络规划与优化的各个方面，从系统概述到实际案例分析，涵盖了基站设计、传输规划、核心网规划、无线资源管理、性能评估、项目管理和未来发展趋势等内容。
第一章通信系统概述1.1 通信系统模型一、通信的定义1.信息：对收信者来说未知的、待传送、交换、存储或提取的内容﹙包括语音、图象、文字等﹚人与人之间要互通情报，交换消息，这就需要消息的传递。
古代的烽火台、金鼓、旌旗，现代的书信、电报、电话、传真、电子信箱、可视图文等，都是人们用来传递信息的方式。
2.信号：与消息一一对应的电量。
它是消息的物质载体，即消息是寄托在电信号的某一参量上。
3．通信就是由一地向另一地传递消息。
二、电通信1．定义利用“电”来传递信息，是一种最有效的传输方式，这种通信方式称为电通信。
2．特点电通信方式能使消息几乎在任意的通信距离上实现既迅速、有效，而又准确、可靠的传递。
电通信一般指电信，即指利用有线电、无线电、光和其它电磁系统，对于消息、情报、指令、文字、图象、声音或任何性质的消息进行传输。
（1）模拟信号与数字信号：按信号随时间分布的特性信号可分为模拟和数字信号。
模拟信号：信号的取值是连续的。
数字信号：信号的取值是离散的。
（2）基带信号与频带信号：按信号随频率分布的特性信号可分为基带和频带信号。
基带信号：发信源发出的信号。
频带信号：通过调制将基带信号变换为频带信号。
基带传输：在信道中直接传输的信号 (如直流电报、实线电话和有线广播等)。
频带传输:通过调制将基带信号变换为更适合在信道中传输的形式。
（FM、AM、MODEM）三、通信系统的模型1.通信系统的一般模型(1)通信系统：通信系统是指完成信息传输过程的全部设备和传输媒介。
(2)通信系统的基本模型●发信源：是消息的产生来源，其作用是将消息变换成原始电信号。
变换：将非电物理量转换为掂量。
信源可分为模拟信源和离散信源。
模拟信源(如电话机、电视摄像机)输出幅度连续的信号；离散信源(如电传机、计算机)输出离散的数字信号。
●发送设备：作用是将信源产生的消息信号转换为适合于在信道中传输的信号。
它要完成调制、放大、滤波、发射等。
在数字通信系统中还要包括编码和加密。
通信原理第一章小结通信原理是一门介绍通信系统基本原理和技术的学科。
本文将对通信原理第一章内容进行小结，包括通信系统的基本构成、模拟信号与数字信号的特点以及常用的调制技术。
一、通信系统的基本构成通信系统是由发送机、信道和接收机组成的。
发送机将信息转化为信号，并通过信道传输到接收机，接收机将信号恢复为信息。
在通信系统中，发送机的主要任务是将信息转化为便于传输的信号。
信道是信息传输的媒介，可以是有线传输线路、光纤或者无线信道等。
接收机负责将接收到的信号恢复为原始的信息。
二、模拟信号与数字信号的特点1. 模拟信号模拟信号是一种连续的信号，它的取值可以是任意的实数。
模拟信号可以通过不同的方式表示，例如电压、电流或者声音的振幅。
模拟信号具有以下特点：•连续性：模拟信号在时间和幅度上都是连续变化的。
•无失真传输：模拟信号在传输过程中不会发生形状或幅度的变化。
2. 数字信号数字信号是一种离散的信号，它的取值只能是离散的整数。
数字信号通过采样和量化将连续的模拟信号转化为离散的信号。
数字信号具有以下特点：•离散性：数字信号在时间和幅度上都是离散的。
•误差累积：数字信号在采样和量化过程中会引入误差，这些误差会随着传输的进行不断累积。
三、常用的调制技术调制是指将原始信号转换为适合传输的信号。
常用的调制技术包括模拟调制和数字调制。
1. 模拟调制模拟调制是指通过改变载波的某些参数来表示原始信号的调制技术。
常见的模拟调制技术有： - 幅度调制（AM）：通过改变载波的振幅来表示原始信号。
- 频率调制（FM）：通过改变载波的频率来表示原始信号。
- 相位调制（PM）：通过改变载波的相位来表示原始信号。
2. 数字调制数字调制是指将原始信号转换为离散的数字信号的调制技术。
常见的数字调制技术有： - 脉冲调制（PAM）：通过改变脉冲的幅度来表示数字信号。
- 正交幅度调制（QAM）：通过改变两个正交载波的幅度和相位来表示数字信号。
- 正交频分复用（OFDM）：将数字信号分成多个子载波进行传输。
第一章卫星通信系统概述l1945年，英国的科幻小学作家阿瑟·C·克拉克在世界上首次提出了使用卫星进行远距离无线电能信和无线电广播的设想，这位作家在《无线电杂志》上发表了一篇文章，提出用火箭发射一颗人造卫星，绕地球转动，然后，地面上发送信号给卫星，通过卫星再传回地面。
l1957年10月4日，原苏联成功发射了人类历史上第一颗人造地球卫星。
l在人类已经发射的卫星中，通信卫星只占其中的一部分。
目前围绕地球飞行的卫星中，大多数是有带有各种传感器的观察卫星，如气象卫星、电子侦察卫星、成像侦察卫星、海洋监视卫星、预警卫星、核爆炸探测卫星、资源卫星、天文观测卫星；其他的是通信卫星或是广播通信卫星，如亚太卫星、中星5号等。
目前在轨道上运行的通信卫星有数百颗。
在80年代和90年代初承担了国际通信业务量的70%。
l1962年7月美国成功地发射了第一颗通信卫星Telestar，实验了横跨大西洋的电视和电话传输。
但是，Telestar并非在静止轨道上。
第一颗静止轨道卫星则是1963年2月美国发射的SYNCOM实验卫星，它成功地转播了1964年东京奥运会的实况，使全世界看到了卫星通信的优越性和实用价值。
l90年代初提出的各种通信卫星系统多至几十个，其中最著名的就是“铱”移动卫星通信系统和“全球星”系统。
这两个系统可以提供覆盖全球的移动电话业务。
在波黑执行任务的美军飞行员每人都配备了一部“铱”手机。
这些卫星通信系统除了广播业务以外，基本上都只能提供话音业务。
所以从97年以后，廉价的地面通信系统的发展如光纤通信系统、蜂窝移动通信系统的蓬勃发展，一下子大大压缩了卫星通信的市场，国内国际的骨干网通信负荷的80%以上改由光纤网络承担。
获得技术上巨大成功的“铱”移动卫星通信系统也惨遭倒闭。
但是新的曙光出现了：军事通信的巨大需求和民用宽带卫星市场的急剧扩大。
l纳卫星(NanoSat)的概念最早是由美国航空航天公司(Aerospace)于1993年在一份研究报告中首次提出的,它带来了小卫星设计思想上的根本变革.纳卫星和皮卫星(PicoSat)是以微机电系统(MEMS)技术和由数个MEMS组成的专用集成微型仪器(ASIM)为基础的一种全新概念的卫星,它基于微电子技术、微机电技术、微光电技术等微纳米技术而发展的，纳卫星体现了航天器微小化的发展趋势。
第1章通信系统概述本章不是一般“概述”，拟概括介绍一些与本书相关而又不为各章节能全部包括的一般通信知识，这对学习通信系统原理将打下一个有力的基础。
知识点(1) 信息、信息技术信号及其分类；(2) 通信、通信系统构成及各部分功能；(3) 信道分类及几种常用信道特征；(4) 无线传播特点与信道特征；(5) 通信系统质量指标与改进质量的关键技术；(6) 通信频段划分及各频段的基本特点。
要求(1) 本章作为初学者的通读材料，以了解本书基本要点及通信系统实质性概念；(2) 对已学习过或正在学习通信系统原理课程的读者，再学习本章内容，也可温故而知新。
1.1 通信与通信系统1.1.1 通信通信的含义无论从中文“通信”（或通讯）或英文“Communication”讲，是信息从一个地方通过传输信道传送到另一个地方的对话过程。
拟为现代通信给出一个完善而简捷的定义：通信是信息或其表示方式（表示媒体）的时/空转移。
这一定义远远超出了对话的业务范围，同时通信过程中，除了有很小的传输延时外，尚需要进行处理、转发，也会发生一定的时延，以及可能缓存、显示或存储再现，因此，这一定义不但包括了空间，也包括时间在内的信息转移。
1.1.2 通信系统通信系统具有很广泛的内涵，并有多个层次，一般地，利用传输信道或通信网，将具有收、发信息功能的终端设备由信道或链路有机连接（永久或暂时的）起来，这些实施信息传输的设备集合，称为通信系统。
通信系统按工作方式分，可分为单工（Simplex）、半双工（Half-duplex）和全双工（Duplex）。
这三种方式的例子如单向广播、步话机和固定电话与移动电话等。
一个基本通信系统包括的设备环节是发送设备、接收设备与传输信道和传输设备，可实现单向/双向或单/双工通信功能。
图1-2示出了一个较为完善的数字通信系统。
它的发送与接收端各包括9个功能单元，还有传输信道以及收发同步系统等组成。
现分别介绍各部分的功能与作用。
1.源信息格式（Format）是信息采集后的源信息最初表示方式，如模拟电信号的限带波形，图像信号的扫描象素集合或其红绿蓝三个基本分量的PCM编码。
信源格式为信源编码作好了基本格式的准备，其中还包括信源编码前去噪、限带等的预处理。
2.信源编码为了提高信息的有效性，在源信息中可能存在某种程度的冗余“信息”以及根据需要的质量标准，可以去除其中次要信息，因此提高有效性的措施采用去相关及压缩编码，即用更少的编码位数来表示符合一定接收质量的更多源符号。
其基本理论是仙农率失真理论，其基本技术如无失真预测编码和有损正交变换编码等。
对于多媒体通信中的视频图像编码因具有更大冗余度和视觉特性的掩盖效用，可以提供名目繁多的压缩技术，有损压缩往往到几十倍上百倍以上压缩倍数。
总之，信源编码是按一定精度为信息提供一种编码格式或数据结构，即构成有效的“表示媒体”形式。
3.信道编码经过信源编码的码字序列，均应认为是重要信息，因此如果在传输与接收判决中发生错误或超出限定的符号误差概率，则会不满足接收者的质量要求。
如果信源码字之间互为正交或不相关，则有一定的抗干扰能力，或者基带码流的码符号选用某些合适的码型，也有一定抗干扰性。
最好的方法是根据信道环境的特性，将信源码字中按一定规则适当加入冗余码元（监督元），构成差错控制码，可以根据不同的结构和冗余位多少，提供1位或多位自动纠错或通过反馈重发纠错能力。
对于信道带宽无限制而传送信号功率受限（如卫星）的通信系统，在保持所需的误差率时，利用差错控制编码能降低所需的信号功率或信噪比。
4.信道复用信道复用（Multiplexing）是通信系统中很为重要的组成部分。
其基本功能是使多种信息流共享同一信道，提高通信资源利用率。
如目前无线正在使用整个频段跨越105~1012Hz 的频率资源，各个不同频段和频点用于各种类型的无线信号传输，必须采用频分复用（FDM）。
基于有线信道的基带传输，多采用时分复用（TDM）。
还有基于特殊媒体分离和空间分离的空分复用（SDM），现代无线扩频通信的码分复用（CDM），以及水平和垂直激化的电磁波传输提供激化复用（PDM）。
近几年的发展已大量推广利用光密集波分复用（DWDM），可以使一条光纤容纳几亿个数字电话的点对点间传输。
无线和移动通信采用的复用方式为“多址”（Multi-access），有频分多址（FDMA），时分多址（TDMA）、空分多址（SDMA）和码分多址（CDMA）。
以及可用双极性频率重用的极分多址（PDMA）。
各种复用/多址，在基本原理上的共同点是复用信号集的各信号间或多址系统各用户地址码之间是正交关系。
空分复用/多址，即SDM/SDMA是从物理通道隔离保证这种正交关系的。
5.调制调制是信号的一种变换过程，通常是将不便于信道直接传输的基带模拟信号或编码符号序列，或其波形序列作为调制信号，去控制一个适于信道传输性能的“载波”，使其某一、二个参量正比地受控于调制信号。
载波为正弦信号时的调制方式称为连续波调制。
此时若调制信号为模拟信号，可提供模拟（线性）调幅和模拟调角（又分调频与调相）；若调制信号为数字代码，相应的调制方式分为数字调幅、调频、调相，均称为数字信号的载波传输或频带传输，仍为模拟传输方式。
基带数字信号作调制信号时，宜以脉冲序列作为载波，通称为脉冲编码调制（如：PCM数字电话）。
6.扩频扩频（Spread Spectrum）是一种特殊的现代无线通信调制技术。
就数字扩频系统来说，可以把周期很长、码元（称为码片Chip）持续时间远小于信息码之间隔的伪噪声码（PN）序列作为“载波”，于是载荷信息的PN码带宽较信息码展宽几十倍到上万倍。
由扩频实现的码分复用或多址构成的无线移动通信系统，各用户采用不同的互为正交的PN序列作为地址码，可使大量用户正交复用数兆赫以上的扩频带宽，且具有极强的抗各类干扰的能力。
本书第7章简单介绍扩频调制原理。
传统的通信系统原理教材一般不设此章节。
7.同步在数字信号传输和采用相干接收或最佳接收方式的模拟调制系统中，尚有一个非常重要的控制单元，即同步系统。
它可以使通信系统的收、发两端或整个通信网络，以精度很高的时钟提供定时，以便系统、网络的数据流能与发信端同步地、有序而准确地接收与恢复原信息。
同步准确性对通信质量有很大影响。
多媒体信息传输对同步有更进一步的要求，应达到各信息媒体之间的同步显示。
从功能和实现环境的方法不同，同步可分为4种方式，详细情况可参考教材：（1）载波同步（2）码元或位同步（3）帧同步（4）网同步1.2 信道和噪声各种发送信息欲传送到既定的信宿（Destination），可选用适于传输的物理媒体，完成通信功能，这些连接发信与收信设备而适于不同类型通信业务的各种物理媒体通称为信道。
1.2.1 信道分类信道可分为有界与无界两大类，即通常所说的有线信道和无线信道。
前者如双绞线、电缆、光纤、波导等。
后者为自由空间提供的各种频段或波长的电磁波传播通道。
根据各种信道不同的特征和参量及其变化情况，又将它们分为恒参信道和随参（变参）信道。
前者如有线信道、微波与卫星信道等；后者如无线系统的短波）和超短波（300MHz~3GHz）散射信道。
一般地，若单指传输媒体而言称为狭义信道。
在具体通信系统构成中，往往把信源发出的模拟信号和数字编码基带信号视为信息部分，从调制器到接收端解调这一中间变换历程中，经过了包括物理媒体在内的线路设备（如交换、放大、中继等中间件）传输路径，因此将图1-3所示的调制信道与编码信道称为广义信道。
将信道分类归纳为下表所示：从分析信道的特征角度，又可将上表所提到各类不同层次的信道，大体分为三种特征：1.线性与非线性信道特征；2.时不变与时变信道特征；3.带宽或功率受限信道特征。
1.2.2 信道的干扰除了上述因狭义信道本身特征影响通信质量外，信道内尚可能受到外部干扰和广义信道中各种设备带来的内部噪声干扰。
信道内干扰源很多，并有多种形式，兹大体归纳为四类：1.无线电干扰：它来自各种无线发射机。
其特点是频率范围宽，几乎覆盖全部使用频段。
但对于特定电台的频率一般是固定的，因此可以进行防护。
另外由于无线电频率管理较为完善，可以将此种干扰限制在最小限度。
2.工业干扰：它来源于各种电气设备，如电机、电力线，电源开关、电点火（如汽车点火）装置等。
此类干扰一般在较低频率范围，如汽车点火干扰在几十兆赫范围内。
采用屏蔽与考究的滤波措施，在很大程度上可避开工业干扰。
3.天电干扰：来自于雷电、磁暴、太阳黑子以及宇宙射线等，它们与季节、气候变化关系较大。
不同地区也有很大不同，如赤道附近及两极地区严重。
太阳黑子发生变动（约11年一个周期）的年份，天电干扰加大，有时长时间中断短波通信。
4.内部干扰：来自信道内部各种电子器件电阻、天线以及传输线等。
在这些电子设备中的分子或电子的随机热运动，形成所谓起伏噪声，对于通信信号产生加性干扰。
在下一章将详细介绍它的机理与影响。
本书涉及的各类通信系统，主要是这种噪声，称为热噪声，从机理上它是高斯型统计特征，是通信系统干扰的重要因素。
1.2.3 几种常用信道特征通信常用的信道类型主要有4类：1.电话信道电话信道一般是指庞大的公用交换电话网（PSTN）所提供的基于传统模拟电话或低速数据传输的信道。
通信信道的构成多半通过用户终端到本地交换机（节点），再到另一个用户建立的呼叫链路，一旦通话（即呼叫）结束，便及时拆断该链路。
电话信道一般属于限带为300~3400Hz的线性系统。
当用于数据传输时，需在用户端均加入调制/解调器（Modem），并利用600~3000Hz频响较平坦的频段传输已调波。
目前从用户到节点（交换机）的用户线，可以增设宽带Modem（如ADSL），可在数公里内通信带宽扩展到2~6MHz，支持宽带上网和多媒体业务。
近几年PSTN已更新为数字化网络，在网上的各交换节点间中继全部数字化传输。
通过用户线以2B+D或更高速率，可传输话音与综合业务。
2.光纤光纤是将电信号变为光信号（电/光转换）后进行光信号传输的物理媒体。
光缆是由包层覆盖光纤芯线而构成。
光信号是以电磁场形式在光纤芯中传播。
光纤自70年代投用后，很快显示出很多突出的优点，诸如，它带宽极宽（2×1014Hz以上），通过目前可达到的技术，密集波分复用（DWDM），一条光纤中可以支持1600Gb/s的传输速率；实验表明，基于单波160Gb/s速率的1024个波，可达约160Tb/s的点到点传输流量（1Tb/s ＝1012b/s）；光纤传输损耗极低，小于0.2dB/km，不受电磁干扰，重量极轻（一条光纤芯27g/km），抗弯曲，耐湿热和腐蚀，敷设方便、灵活，可架设到电杆上，光纤价格极低，目前国内生产供大于求。
