WCDMA网络优化工程实践.docx
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WCDMA网络优化工程实践
毕业设计论文
作者学号
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专业
题目WCDMA网络优化工程实践
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评阅教师
完成时间:
毕业设计(论文)中文摘要
题目:
WCDMA网络优化工程实践
摘要:
伴随着3G时代的到来,WCDMA技术越发受到关注。
WCDMA是为满足大容量、高质量、综合业务、软切换、国际漫游等方面的要求而设计的一种先进移动通信技术,它具有抗干扰性好,抗多径衰落,保密安全性高等诸多优点。
随着3G技术正式商用,以及城市建设等引起的电波传播条件的变化,便需要对网络持续不断地进行优化。
网络优化工作,一方面是要对网络运行中存在的诸如覆盖不好、语音质量差、掉话、网络拥塞、切换成功率低等质量问题予以解决,使网络达到最佳运行状态;另一方面,还要通过优化资源配置,对整个网络进行合理调配的运用,以适应需求和发展的情况,最大可能地发挥设备潜能,从而获得最大的投资效益。
掉话是用户通信非正常中断,其在用户方面的负面影响最为直接,是一种严重的网络故障现象。
所以确定掉话原因和解决办法,降低掉话率,在WCDMA网络优化中非常重要。
本文介绍了移动通信的发展历程、WCDMA的发展历程、WCDMA的基本原理、WCDMA的关键技术。
最后重点结合某些掉话案例,详细分析了原因并给出了解决方案。
关键词:
WCDMA优化掉话
毕业设计(论文)外文摘要
Title:
PracticeofWCDMAWirelessNetworkOptimization
Abstract:
Withthearrivaloftheeraofthethirdgeneration,WCDMAtechnologyisattractingmoreattention.WCDMAisanadvancedmobiletechnology,whichisdesignedtomeetmanyrequirements,suchas,Largecapacity,highquality,comprehensivebusiness,softhandover,internationalroaming.
Withtheofficialuseofthethirdgenerationtechnology,andwiththeincreasmentoftheuser’snumberofWCDMA,andwithdiversificationofBusinesstype,andwithpropagationconditionschangeofradiowavearosedbyurbanconstruction,weneedoptimizeournetworkconstantly.Networkoptimization,ontheonehand,tosolvethequalityproblem,suchaspoorcoverage,poorvoicequality,calldrop,networkcongestion,lowsuccessrateofhandover,sothattokeepthenetworkInthebestoperatingstatus;ontheotherhand,byoptimizingtheallocationofresources,deployingtheentirenetworkreasonablyusetomeettheneedsanddevelopmentofequipmenttoplaythegreastestpotentialtoachievethelargestinvestmentreturns.
Calldropisakindofirregularinterruption,anditisaseriousnetworkfaultphenomena,whichnegativilyimpactsontheuserdirectly.SoitisveryimportanttomakesureofthecausesandsolutionsofcalldroptoreducecalldroprateinWCDMAoptimization.
Thisthesisintroducesthedevelopmentofmobilecommunications,ThedevelopmentofWCDMA,thebasicprincipleofWCDMA,thekeytechnologyofWCDMA.Finally,Combinedwithsomedropcallcases,analysethereasonofthedropcallandgivethereasons.
keywords:
WCDMAoptimizationcalldrop
第1章绪论
1.1移动通信的发展历程
现代移动通信技术的发展始于上世纪80年代,用户需求成为移动通信发展的最大动力,在用户需求的推动下,移动通信技术发展速度越来越快,近30年时间内,经历了三代技术的转变,发展历程如图1-1所示:
图1-1移动通信技术的发展历程
1.1.1第一代――模拟蜂窝移动通信系统
采用了蜂窝组网技术,以FDMA技术为基础。
模拟蜂窝移动通信系统主要有3种,北美的AMPS,北欧的NMT-450/900及英国的TACS;其主要标准有AMPS(先进移动电话系统)、NMT-450/900(北欧移动电话)、TACS(全向入网通信系统)。
模拟蜂窝通信系统弱点在于存在多种移动通信制式,相互之间不能兼容,无法实现全球漫游;无法与固网迅速向数字化推进相适应,数字承载业务很难开展;频率利用率低,无法适应大容量的要求;安全性能不好,易于被窃听;这些致命的弱点将妨碍其进一步发展,因此模拟蜂窝移动通信被数字蜂窝移动通信所替代。
1.1.2第二代――数字移动电话系统
20世纪90年代开发出了以数字传输、时分多址和窄带码分多址为主体的移动电话系统,称之为第二代移动电话系统。
代表产品分为两类:
TDMA系统、N-CDMA系统。
TDMA系列中比较成熟和有代表性的制式有:
泛欧GSM(全球移动通信系统)、美国D-AMPS(数字AMPS)、日本PDC(个人数字蜂窝电话),这三种产品的共同点是数字化、时分多址、话音质量比第一代好,保密性好、可传送数据、能自动漫游等。
N-CDMA系统主要是以高通公司为首研制的基于IS-95的N-CDMA(窄带CDMA),由美国电信工业协会制定,按双模式设计。
尽管第二代移动通信系统较之于第一代有了很多提高,但面对用户日益增长的需求,第二代移动通信系统的一些问题也逐渐显露出来:
1)频带太窄,不能提供如高速数据、慢速图像与电视图像等宽带业务;
2)无线频率资源紧张,抗干扰、抗衰落能力不是很强,系统容量不能满足需要;
3)频带利用率较低,切换容易造成掉话;
4)不同系统间不能彼此兼容,全球漫游较难实现。
1.1.3第三代――WCDMA,IMT-2000,TD-SCDMA
W-CDMA(宽带码分多址)是一个ITU(国际电信联盟)标准,它是从码分多址(CDMA)演变来的,从官方看被认为是IMT-2000的直接扩展,与现在市场上通常提供的技术相比,它能够为移动和手提无线设备提供更高的数据速率。
WCDMA采用直接序列扩频码分多址(DS-CDMA)、频分双工(FDD)方式,码片速率为3.84Mcps,载波带宽为5MHz.基于Release99/Release4版本,可在5MHz的带宽内,提供最高384kbps的用户数据传输速率。
W-CDMA能够支持移动/手提设备之间的语音、图象、数据以及视频通信,速率可达2Mb/s(对于局域网而言)或者384Kb/s(对于宽带网而言)。
输入信号先被数字化,然后在一个较宽的频谱范围内以编码的扩频模式进行传输。
窄带CDMA使用的是200KHz宽度的载频,而W-CDMA使用的则是一个5MHz宽度的载频。
CDMA2000也称为CDMAMulti-Carrier,由美国高通北美公司为主导提出,摩托罗拉、Lucent和後来加入的韩国三星都有参与,韩国现在成为该标准的主导者。
这套系统是从窄频CDMAOne数字标准衍生出来的,可以从原有的CDMAOne结构直接升级到3G,建设成本低廉。
但目前使用CDMA的地区只有日、韩、北美和中国,所以相对于WCDMA来说,CDMA2000的适用范围要小些,使用者和支持者也要少些。
不过CDMA2000的研发技术却是目前3G各标准中进度最快的,许多3G手机已经率先面世。
CDMA2000是一个3G移动通讯标准,国际电信联盟ITU的IMT-2000标准认可的无线电接口,也是2GCDMA标准(IS-95,标志CDMA1X)的延伸。
根本的信令标准是IS-2000。
CDMA2000与另两个主要的3G标准WCDMA以及TD-SCDMA不兼容。
TD-SCDMA的中文含义为时分同步码分多址接入,该项通信技术也属于一种无线通信的技术标准,它是由中国第一次提出并在此无线传输技术(RTT)的基础上与国际合作,完成了TD-SCDMA标准,成为CDMATDD标准的一员的,这是中国移动通信界的一次创举,也是中国对第三代移动通信发展的贡献。
在与欧洲、美国各自提出的3G标准的竞争中,中国提出的TD-SCDMA已正式成为全球3G标准之一,这标志着中国在移动通信领域已经进入世界领先之列。
该方案的主要技术集中在大唐公司手中,它的设计参照了TDD(时分双工)在不成对的频带上的时域模式。
1.2WCDMA的标准发展历程
历史上,欧洲电信标准委员会(ETSI)在GSM之后就开始研究其3G标准,其中有几种备选方案是基于直接序列扩频分码多工的,而日本的第三代研究也是使用宽带码分多址技术的,其后,以二者为主导进行融合,在3GPP组织中发展成了第三代移动通信系统UMTS,并提交给国际电信联盟(ITU)。
国际电信联盟最终接受WCDMA作为IMT-20003G标准的一部分。
中国联通公司于2009年5月17日开始试商用WCDMA服务,10月1日正式商用WCDMAR6网络,R6网络引入了MBMS业务,上行采用HSUPA,速率提高到5.76Mbps,最高下载速率可以达到7.2M。
现在国内部分城市下载速率已可达14.4M。
WCDMA的标准发展如图1-2所示:
图1-2WCDMA的标准发展
第2章WCDMA系统的特点、原理及关键技术
2.1WCDMA系统的特点
WCDMA是宽带码分多址(WideCodeDivisionMultipleAccess)的英文缩写,是在扩频通信技术上发展起来的种新型的无线通信技术。
WCDMA无线系统主要具有以下几个优点:
(1)频点更宽
WCDMA采用了5MHz的频点带宽,是cdma2000频点带宽的4倍,因此可以采用高达3.84Mcps的码率,是cdma2000码率1.2288Mcps的3倍以上。
这样WCDMA就可以提供数倍于cdma2000的上、下行业务速率,这对提高数据业务的用户体验非常有帮助。
(2)复用更充分
复用更充分来源于以下两个方面的要求:
其一WCDMA是3G技术,因此需要支持多媒体业务,业务种类自然很多。
例如,常用的业务就有语音业务(CS12.2)、视频电话业务(CS64)、分组数据业务(PS64/PS128)和高速分组数据业务(HSPA)等。
另外,每个用户还可以同时进行多项业务,例如,语音业务与数据业务的组合,需要支持并发的业务。
其二是由"频点更宽"带来的。
由于WCDMA频点带宽很大,充分利用这些带宽就很关键,需要尽量减少浪费。
(3)话音质量高
WCDMA系统采用了AMR语音编码技术,有八种语音编码速率(12.2kbps-4.75kbps),可以根据小区负荷自适应调节编码速率。
有很好的背景噪声抑制功能。
WCDMA系统使用RAKE分集接收技术以克服衰落、提高话音质量,使用软切换技术更可以有效地减少掉话。
(4)采用软切换
WCDMA系统和CDMA2000系统采用了软切换技术,而TD-SCDMA系统则采用了接力切换技术,这些切换技术可以更有效地降低掉话率,提高系统容量,改善话音质量。
(5)保密性能好
因为采用码分多址技术,其复杂的编译码及调制解调技术确保系统具有良好的保密性能。
2.2WCDMA原理及关键技术
2.2.1WCDMA网络结构
UTRAN包含一个或几个无线网络子系统(RNS,RadioNetworkSub-system)。
一个RNS由一个无线网络控制器(RNC)和多个基站(NodeB)组成。
RNC与CN之间的接口是Iu接口,包括与CS域的Iu-CS接口和与PS域的Iu-PS接口。
NodeB和RNC通过Iub接口连接。
在UTRAN内部,RNC之间通过Iur互联。
RNC用来分配和控制与之相连的NodeB的无线资源。
NodeB则完成Iub接口和Uu接口之间的数据流的转换,同时也参与一部分无线资源管理。
WCDMA网络结构如图所示:
图2-1WCDMA网络结构示意图
2.2.2WCDMA空口协议栈结构
WCDMA空口协议栈结构如图所示:
图2-2WCDMA空口协议栈结构图
UTRAN无线接口(Uu接口)在接入层的有关协议结构。
图中自上而下是发射路径,自下而上是接收路径。
从协议结构上看,WCDMA无线接口水平分为三个层,垂直分为两个面。
从水平来看,整个接口由层1、层2、层3组成。
层1即物理层(PHY,PhysicalLayer);层2即数据链路层,包括MAC(媒体接入控制,MediumAccessControl)、RLC(无线链路控制,RadioLinkControl)、BMC(广播/组播控制,Broadcast/MulticastControlprotocol)、PDCP(分组数据汇聚协议,PacketDataConvergeProtocol)等子层;层3即网络层,包括RRC(无线资源管理,RadioResourceControl)。
从协议层次的角度看,WCDMA无线接口上存在三种信道:
物理信道、传输信道、逻辑信道。
RLC与MAC之间的SAP提供逻辑信道,MAC与物理层之间的SAP提供传输信道,物理层上承载的就是物理信道。
2.2.3WCDMA信道
1)逻辑信道
WCDMA包含的逻辑信道如图所示:
图2-1WCDMA逻辑信道示意图
下面简要介绍各个信道的具体所用:
a、广播控制信道(BCCH,BroadcastControlChannel):
广播系统消息的下行逻辑信道。
b、寻呼控制信道(PCCH,PagingControlChannel):
传送寻呼消息的下行逻辑信道。
c、专用控制信道(DCCH,DedicatedControlChannel):
在网络和UE之间发送专用控制信息的上下行双向逻辑信道。
d、公共控制信道(CCCH,CommonControlChannel):
在网络和UE之间发送控制信息的上下行双向逻辑信道,该信道映射到RACH/FACH传输信道。
e、专用业务信道(DTCH,DedicatedTrafficChannel):
是专用于与一个UE传输用户信息的点对点上下行双向逻辑信道。
f、公共业务信道(CTCH,CommonTrafficChannel):
向全部或者一组特定UE传输专用用户信息的点对多点的下行逻辑信道。
2)传输信道
WCDMA包含的传输信道如图所示
图2-2WCDMA传输信道示意图
下面分别介绍各信道的作用:
a、专用信道(DCH,DedicatedChannel)。
DCH是一个上行或下行传输信道,用于传送用户的专用信息,包括业务数据以及高层信令。
b、增强专用信道(E-DCH,EnhancedDedicatedChannel)。
E-DCH是一个上行专用传输信道,用于传送HSUPA数据。
c、公共传输信道:
这些信道可以被小区内的所有用户或一组用户共同分配使用。
d、广播信道(BCH,BroadcastChannel):
BCH是一个下行传输信道,用于广播系统消息,BCH总是在整个小区内发射。
e、前向接入信道(FACH,ForwardAccessChannel):
FACH是一个下行传输信道,用于传输下行的少量数据和下行信令。
FACH在整个小区进行发射。
f、寻呼信道(PCH,PagingChannel):
PCH是一个下行传输信道,用于传输寻呼消息。
PCH总是在整个小区内进行发送。
g、随机接入信道(RACH,RandomAccessChannel):
RACH是一个上行传输信道,用于传输上行的少量数据和上行信令。
h、高速下行共享信道(HS-DSCH,HighSpeedDownlinkSharedChannel):
HS-DSCH是一个下行共享传输信道,用于传输HSDPA用户的数据。
3)物理信道
WCDMA包含的物理信道如图所示
图2-3WCDMA物理信道示意图
下面分别介绍各信道的作用:
a、物理随机接入信道(PRACH,PhysicalRandomAccessChannel):
是上行物理信道,用于承载RACH传输信道。
b、上行专用物理数据信道(DPDCH,DedicatedPhysicalDataChannel):
用于承载高层信息,如业务和高层的信令。
c、上行专用物理控制信道(DPCCH,DedicatedPhysicalControlChannel):
用于承载物理层产生的信息,不承载高层信息;上行DPCCH是为了配合上行DPDCH的传输和解调。
d、高速专用物理控制信道(HS-DPCCH):
用于承载HSDPA的2种上行物理层信令ACK/NACK和CQI
e、E-DCH专用物理数据信道(E-DPDCH):
用于承载HSUPA用户上行的数据。
f、E-DCH专用物理控制信道(E-DPCCH):
用于HSUPA数据传输中承载相应E-DPDCH的控制信息。
g、下行专用物理信道(downlinkDPCH):
用于承载高层产生的数据和信令与层1产生的控制信息。
h、下行公共导频信道(P-CPICH):
在整个小区内广播,是其它物理信道的功率基准和相位基准。
i、主公共控制物理信道(P-CCPCH):
在整个小区内广播,承载小区系统广播消息。
j、从公共控制物理信道(S-CCPCH):
在整个小区内下发,用于承载下行信令,下行低速数据业务和寻呼消息。
k、同步信道(P-SCH/S-SCH):
在整个小区内广播,用于UE开机后的小区搜索过程。
l、寻呼指示信道(PICH):
在整个小区内下发,用于承载寻呼指示信息,辅助UE完成寻呼消息的监听。
n、捕获指示信道(AICH):
用于辅助UE完成随机接入过程。
m、HSDPA物理下行共享信道(HS-PDSCH):
用于承载HSDPA数据。
o、HSDPA共享控制信道(HS-SCCH):
用于承载HSDPA相关的控制信息。
p、HSUPA控制信道(E-AGCH/E-RGCH/E-HICH):
用于完成HSUPA中UTRAN对于UE的上行控制和上行出错重传机制。
2.2.4扩频通信
1)扩频通信的概念与特征
扩频通信即扩展频谱通信技术,它的基本特点是其传输信息所用信号的带宽远大于信息本身的带宽。
扩频通信还具有如下特征:
a、扩频通信是一种数字传输方式;
b、带宽的展宽是利用与被传信息无关的函数(扩频函数)对被传信息进行调制实现的;
c、在接收端使用相同的扩频函数对扩频信号进行相关解调,还原出被传信息。
2)扩频通信的理论基础
扩频通信是一种信息传输方式,其信号所占用的频带宽度远大于传送信息必要的最小带宽。
频带的扩展通过一个独立的码序列,用编码及调制的方法来实现,与所传信息数据无关,在接收端用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据。
3)扩频通信的工作原理
WCDMA扩频通信的过程如图所示:
图2-4扩频通信原理图
该系统中输入的信息先经信息调制形成数字信号,然后经扩频码发生器产生的扩频码序列对数字信号进行扩频调制,以展宽信号的频谱,展宽后的信号再经射频调制发送出去。
接收端收到宽带射频信号后,变频至中频,然后发射端用相同的扩频码序列进行相关解扩,再经过信息解调,恢复成原始信息输出。
故一般扩频通信系统都要进行三次调制和相应的解调。
与一般通信系统相比,扩频通信增加了扩频调制和解扩。
4)WCDMA中使用的扩频码
a、Ovsf码
WCDMA使用的扩频码是OVSF码,全称为正交可变扩频因子码,也称信道化码,主要用于物理信道的信道化操作,对物理信道比特进行扩频,以保证不同物理信道之间的正交性。
在整个的OVSF码树中,每个码字与它的非前置码,非延长码都是正交的,而与它的前置码,延长码都不正交。
因此在为业务分配OVSF码字时,一个码字若是被分配了,那么其前置码和延长码就均不能再被分配了。
WCDMA在OVSF码树上为业务选择码字时,要选择正交码字。
不同的业务使用不同的扩频因子,最终码片速率都达到3.84Mchip/s。
5)WCDMA中使用的扰码
WCDMA中的扰码是从GOLD序列中截取,长度是38400chips,周期为10ms。
对于上行物理信道,可用的扰码分为长扰码和短扰码,共有224个上行长扰码和224个上行短扰码。
WCDMA系统目前使用长扰码,上行扰码由RNC进行分配,同一RNC内不同用户上行扰码不同。
下行扰码分为512集(set),每集包含1个主扰码和15个从扰码,主扰码包括扰码号为n=16×i(i=0...511),对应第I集的从扰码扰码号为16×i+k(1...15),512个主扰码又可以分为64组(group),每一组有8个主扰码
WCDMA系统中,一个小区有一个下行主扰码。
2.2.3软切换
1)软切换的概念
WCDMA系统与GSM系统相比,其中一个显著的特点就是WCDMA提供了软切换功能。
所谓软切换是指当移动台处予小区边缘时,同时有两个或两个以上基站向该移动台发送相同的信号,移动台的分集接收机能同时接收合并这些信号,当某一基站的信号强于当前基站信号且稳定后,移动台才切换到该基站的控制上去,当移动台在同一基站的不同扇区间进行软切换时,称之为更软切换。
2)软切换和硬切换之间的特点对比:
表2-1软切换和硬切换之间的特点对比表
对比项
软切换(更软切换)
硬切换
活动集中无线链路数
多条
一条
是否存在通信短暂中断
无
有
切换前后小区的频率
同频小区之间
同频,异频或异系统小区间
切换增益
最大比合并或选择合并,可以减少衰落的影响,并降低UE发射功率
无
缺点
占用更多系统资源,软切换小区功率不平衡时产生问题
掉话比例相对较高
a、软切换是先建立目标小区链路,后中断源小区链路,可以避免通话“缝隙”,大大提高了切换的成功率,保证了通信质量。
b、软切换进行过程中,移动台和基站均采用了分集接收的思想,有抵抗衰落的能力;
c、进入
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