CDMA2000蜂窝网络系统的设计与优化.doc

目 录第一章 现代移动通信概述11.1 移动通信的发展过程11.2 移动通信的发展阶段11.3 移动通信的历程2第二章 CDMA2000与蜂窝网络系统概述42.1 CDMA2000的概述42.2 CDMA2000标准简介42.3 CDMA2000的内容52.4 蜂窝网络系统72.5 CDMA2000网络结构82.5.1 CDMA2000物理信道结构82.5.2 CDMA2000 1x信道结构92.5.3 EV-DO信道结构12第三章 CDMA2000蜂窝网络系统的设计原理153.1 CDMA2000蜂窝网络系统设计需求153.2 蜂窝网络设计过程应该考虑的因素163.2.1 无线传播模型173.2.2 话务分布模型193.2.3 功率控制模型203.3 CDMA2000蜂窝网络设计223.3.1 CDMA2000蜂窝网络设计流程223.3.2 覆盖设计24第四章 赣州市石城县的CDMA2000蜂窝网络的设计规划274.1 数据准备274.2 CDMA2000蜂窝网络系统设计284.2.1 设计目标284.2.2 设计方案314.2.3 设计内容314.2.3 CDMA2000设计的特殊问题334.2.4 设计特点和意义344.3 蜂窝网络系统设计流程354.3.1 数据准备364.3.2 地理数据374.3.3 业务密度分布384.3.4 无线传播模型384.3.5 其他系统干扰384.4 系统设计与调整394.5 站址选择424.5.1 站距对系统性能的影响424.5.2 站址选取原则454.6 CDMA2000蜂窝网络系统设计方案464.6.1 城市的站点选择47第五章 CDMA2000蜂窝网络系统的优化495.1优化方法概述495.1.1 网络优化目标495.1.2 网络优化内容505.1.3 网络优化流程515.2 数据采集535.2.1 采集内容535.2.2 采集工具535.2.3 采集方法545.2.4 测试时间的选取555.3 网络优化措施555.3.1 覆盖优化555.3.2 容量优化565.3.3 导频污染和干扰优化56第六章 总结与展望57致 谢58参考文献59第一章 现代移动通信概述1.1 移动通信的发展过程移动通信技术是一个国家经济文化发展水平的重要标志，对推动社会进步和人类文明的发展有着重大的影响。经过几十年的发展，移动通信技术日新月异，取得了长足的进步。在80年代末全球范围从模拟向数字蜂窝技术的突然转变，使欧洲的GSM数字技术受益匪浅，并迅速推广到近100个国家，占据了几乎是无可争议的市场领先地位。然而，更具突发性的是CDMA技术在蜂窝移动通信中的应用。CDMA最初应用于军事抗干扰通信，而后由Qualcomm公司更新成为商用蜂窝电信技术，但当时业界对CDMA是否适合商用还疑虑重重。近几年来，经过电信界广泛的研讨、论证，特别是在韩国政府的积极倡导和推动下，CDMA移动通信系统得到了迅猛的发展。在韩国，CDMA网络运营仅一年多便发展到400万用户，网络运行正常，语音清晰，充分证明了CDMA技术是成熟的。系统容量和话音质量较目前其他蜂窝系统(GSM、TDMA、PDC、TACS、AMPS)而言，具有显著的优越性。我国个人移动通信现在主要使用的是GSM系统，它以TDMA(时分多址）为主要技术，CDMA将作为下一世纪的无线接入技术，而WCDMA将成为目前各种第二代移动系统(GSM、IS-95、PDC等)的交汇点，发展成第三代系统。但未来的统一将要经过一个艰苦的过程，CDMA技术将在未来的通信中起越来越重要的作用。许多电信业的专家认为，CDMA扩频技术将在21世纪最初几年内使其他所有技术黯然失色。它将取代模拟的AMPS，并超过GSM等其他技术。这种高效的新型通信模式将随同其宽带衍生技术-WCDMA快速发展，满足用户对个人通信系统(即PCS)的要求，并成为全球无线本地环路的必然选择。1.2 移动通信的发展阶段随着移动通信技术的发展，通信中的安全问题正受到人们越来越多的关注。它关系到用户、制造商和运营商的切身利益。人们在使用移动通信得到便利的同时，也对通信中的信息安全提出了更高的要求。第一代移动通信系统(1G)以模拟式蜂窝网为主要特征。技术上主要采取频分多址FDMA的方式实现对用户的动态寻址功能，并以蜂窝式网络结构和频率设计实现载频复用，达到扩大覆盖、服务范围和满足用户数量增长的需求。第一代系统提供的主要是语音通信业务。第一代系统暴露了一些问题，例如，频谱利用率低、移动终端复杂、业务种类受限、通话易被窃听等。第二代移动通信系统(2G)以数字化为主要特征，它于20世纪90年代初正式走向商用，技术上在频分多址FDMA基础上引入了时分多址TDMA。第二代移动通信系统的代表有欧洲的GSM(Group Special Mobile)、美国的CDMA (IS95)。第二代移动通信系统主要还是针对语音业务，同时能满足低速数据业务应用需求，但是在支持全球漫游、高频利用率以及高速数据业务方面有些不足。第三代移动通信(3G)以多媒体业务为主要特征。3G系统将高速移动接入和基于互联网协议的服务结合起来，在提高无线频谱利用率的同时，为用户提供更经济、内容更丰富的无线通信服务。3G可以提供多种业务，主要包括可视电话、流媒体业务、移动定位服务、移动电子商务等。流媒体业务可以直接通过手机下载、传输、存储音频和视频文件，或者在线实时播放；移动定位服务是指根据移动用户所处的地理位置提供的相关服务，如导航、测量、急救、城市导游等；移动电子商务是最主要、最有潜力的应用。股票交易、移动办公室、银行业务、网上购物、机票及酒店预订、交互式游戏等是移动电子商务中最先开展的应用。最具代表性的3G标准有北美的CDMA2000、欧洲的WCDMA以及我国提出的TD-SCDMA标准。三种标准均以CDMA技术为基础，其优点在于频率设计简单、系统容量大、频率利用率高、抗干扰能力强、通信质量好、支持的应用丰富。1.3 移动通信的历程移动通信从产生到现在的历史并不长，然而移动通信的发展速度却远远超出人们的预料，尤其是最近十几年来，随着微电子技术，计算机和软件工程的发展，移动通信设备的质量、使用方面和可靠性等方面都达到了日新月异的境地。随着社会的发展，人们对通信的需求日益迫切，对通信的要求也越来越高。理想的目标是能在任何时候、在任何地方、与任何人都能及时沟通联系、交流信息。显然，没有移动通信，这种愿望是无法实现的。顾名思义，移动通信是指通信双方至少有一方在移动中(或者临时停留在某一非预定的位置上)进行信息传输和交换，这包括移动体(车辆、船舶、飞机或行人)和移动体之间的通信，移动体和固定点(固定无线电台或有线用户)之间的通信。移动通信是当今通信领域内最为活跃和发展最为迅速的领域之一，也是将在21世纪对人类的生活和社会发展有重大影响的科学技术领域之一。简要地回顾一下移动通信的发展历史，可以看到现代移动通信飞跃发展的历程。第一阶段：从二十世纪20年代至40年代初，移动通信有了初步的发展，主要使用对象是船舶、飞机、汽车等专用移动通信以及运用在军事通信中。限于当时的技术，移动通信的设备又大又笨重，效果也很差。第二阶段：到了40年代中至60年代末，移动通信有了进一步的发展，专用移动无线电话系统大量涌现，广泛用于公安、消防、出租汽车、新闻等方面。移动通信的设备有了很大改善，通信效率大大提高。这时，移动通信逐步走进了公众的日常生活，人们已经看到了个人化移动通信的曙光。第三阶段：到了70年代至80年代，集成电路技术、微型计算机和微处理器的快速发展，以及由美国贝尔实验室推出的蜂窝系统的概念及其理论在实际中的应用，使得美国、日本等国家纷纷研制出陆地移动电话系统。可以说，这时的移动通信系统真正地进入了个人领域。这个时期的系统的主要技术是模拟调频、频分多址，故称之为蜂窝式模拟移动通信系统，或称为第一代移动通信系统。第四阶段：90年代至今，随着数字技术的发展，通信领域面向数字化、综合化、宽带化的方向发展。以数字传输、时分多址为主体技术的第二代移动通信系统已成为现在个人通信的主流。作为宽带多媒体蜂窝系统的第三代移动通信也浮出水面，并以其强大的功能成为未来个人通信的方展方向。第二章 CDMA2000与蜂窝网络系统概述2.1 CDMA2000的概述CDMA2000（Code Division Multiple Access 2000） 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2GCDMAOne标准的延伸。根本的信令标准是IS-2000。CDMA2000与另一个3G标准WCDMA不兼容CDMA2000(code division multiple access2000): CDMA2000是由美国高通（qualcomm）公司提出。它采用多载波（ds）方式，载波带宽为1.25mhz。CDMA2000共分为两个阶段:第一阶段将提供每秒144kbit/s的数据传送率，而当数据速度加快到每秒2mbit/s传送时，便是第二阶段。到时，和WCDMA一样支持移动多媒体服务，是CDMA发展3g的最终目标。CDMA2000和WCDMA在原理上没有本质的区别，都起源于CDMA（is-95）系统技术。但CDMA2000做到了对CDMA（is-95）系统的完全兼容，为技术的延续性带来了明显的好处:成熟性和可靠性比较有保障，同时也使CDMA2000成为从第二代向第三代移动通信过渡最平滑的选择。但是CDMA2000的多载传输方式比起WCDMA的直扩模式相比，对频率资源有极大的浪费，而且它所处的频段与imt-2000规定的频段也产生了矛盾2.2 CDMA2000标准简介CDMA2000是CDMA One基础上发展起来的3G技术，是目前国际上三大主流3G标准之一。CDMA One是第一个CDMA的商业系统，属于第二代移动通信技术。CDMAOne分成IS95A和IS95B两个阶段，IS95A主要提供语音业务，IS95B可提供语音业务和最高64kbps的低速数据业纠。CDMA One向3G演进的途径为： IS95A、IS95B、CDMA2000 1x、CDMA2000 lx EV-DO和CDMA2000 1x EV-DV。从CDMA2000 lx以后都属于3G技术，分别简称为lx、EV-DO和EV-DV。CDMA2000 lx能够提供更高容量的语音业务和前向峰值153.6kbps的数据业务。lx EV(Evolution)是对lx发展的前景所在。EV-DO(Data Only)采用与语音分离的信道传输数据，支持峰值为前向3.07Mbps、反向1.8Mbps的高速数据业务。EV-DO考虑了平滑升级问题，与1x网络最大限度地实现了设备共享。EV-DV (Data and Voice)实现了数据信道和语音信道的统一，可提供6Mbps甚至更高的速率，但目前尚不成熟。2.3 CDMA2000的内容CDMA2000（Code Division Multiple Access 2000）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2GCDMAOne标准的延伸。根本的信令标准是IS-2000。 CDMA2000与另一个3G标准WCDMA不兼容。CDMA2000也称为CDMA Multi-Carrier，由美国高通北美公司为主导提出，摩托罗拉、Lucent和后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CDMA One数字标准衍生出来的，可以从原有的CDMA One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、韩和北美，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2G CDMA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。CDMA2000是美国通讯行业协会(TIA-USA)的注册商标,并不是一个象CDMA一样的通用术语。TIA也注册了他们的2G CDMA标准(AKA IS-95)对应CDMA1X。CDMA2000有多个不同的版本。下面按照演化过程排列：CDMA2000 1xCDMA2000 1x就是众所周知的3G 1X或者1xRTT,它是3G CDMA2000技术的核心。标志1x习惯上指使用一对1.25MHz无线电信道的CDMA2000无线技术。日本运营商KDDI的CDMA2000 1xEV-DO网络使用商标 CDMA 1X WIN，不过这只是用于市场促销的目的罢了。CDMA2000 1xRTTCDMA2000 1xRTT(RTT无线电传输技术)是CDMA2000一个基础层，理论上支持最高达144kbps数据传输速率.尽管获得3G技术的官方资格，但是通常被认为是2.5G或者2.75G技术，因为它的速率只是其他3G技术几分之一。另外它拥有双倍的语音容量较之之前的CDMA网络。CDMA2000 1xEVCDMA2000 1xEV (Evolution发展)是CDMA2000 1x附加了高数据速率(HDR)能力。1xEV一般分成2个阶段：CDMA2000 1xEV第一阶段，CDMA2000 1xEV-DO (Evolution-Data Only发展只是数据)在一个无线信道传送高速数据报文数据的情况下，理论上支持下行(向前链路)数据速率最高3.1Mbps，上行(反向链路)速率最高到1.8Mbps。CDMA2000 1xEV第二阶段，CDMA2000 1xEV-DV(Evolution-Data and Voice发展数据和语音)，理论上行支持下行(向前链路数据速率最高3.1 Mbps and上行(反相链路)速率最高1.8Mbps。1xEV-DV还能支持1x语音用户，1xRTT数据用户和高速1xEV-DV 数据用户使用同一无线信道并行操作。1xEV-DO已经开始商业化运营。欧洲市场稍微早于美国市场。2004年夏捷克移动运营商Eurotel开始运营sinceCDMA2000 1xEV-DO网络，他们提供的上行速率大约1Mbps。这项服务每月大约花费30欧元无流量限制。如果使用这项服务，你需要购买一个大约300欧元的Gtran GPC-6420调制解调器。当前部署情况2004年1月,北美Verizon Wireless宣布计划在全国范围部署1xEV-DO。尽管有些运营商已经完成测试或者有线的试用,但是到2004年7月还没有一个商业化运营的1xEV-DV。美国运营商Sprint PCS已经宣布计划在他们已有的CDMA网络基础上部署1xEV-DV网络。由于可用的1xEV-DV设备延迟交货和来自美国其他正在部署3G网络的运营商的压力,Sprint宣布，2004年6月计划广泛部署1xEV-DO。但是他们的长期1xEV-DV计划好像还不确定(though their current roadmap states a 2006 deployment of EV-DV)。Qualcomm高通最近由于缺乏运营利润可能已经停止EV-DV的开发，更可能是因为Sprint和Verizon都在使用EV-DO。CDMA2000 3xCDMA2000 3x利用一对3.75MHz无线信道来实现高速数据速率。3X版本的CDMA2000有时被叫做多载波（Multi-Carrier或者MC），这一版本还没有部署正处在研究开发阶段。CDMA是码分多址(Code-Division Multiple Access)技术的缩写，是近年来在数字移动通信进程中出现的一种先进的无线扩频通信技术，它能够满足市场对移动通信容 量和品质的高要求，具有频谱利用率高、话音质量好、保密性强、掉话率低、电磁辐射小、容量大、覆覆盖广等特点，可以大量减少投资和降低运营成本。 CDMA最早由美国高通公司推出，与GSM相同，CDMA也有2代、2.5代和3代技术。中国联通推出的CDMA属于2.5代技术。CDMA被认为是第3代移动通信技术的首选，目前3G的标准有WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA。CDMA2000是在CDMA框架下的一个技术标准。2.4 蜂窝网络系统表2-1 蜂窝网络模型小区形状正三角形正方形正六边形邻区距离R小区面积1.3交叠区密度r交叠区面积蜂窝系统也叫“小区制”系统。是将所有要覆盖的地区划分为若干个小区，每个小区的半径可视用户的分布密度在110km左右。在每个小区设立一个基站为本小区范围内的用户服务。并可通过小区分裂进一步提高系统容量。这种系统由移动业务交换中心（MSC）、基站（BS）设备及移动台（MS）（用户设备）以及交换中心至基站的传输线组成，如下图所示。目前在我国运行的900MHz第一代移动通信系统（TACS）模拟系统和第二代移动通信系统（GSM）数字系统都属于这一类。就是说移动台的移动交换中心与公共的电话交换网（就是我们平时所说的电话网PSTN）之间相连，移动交换中心负责连接基站之间的通信，通话过程中，移动台（比如手机）与所属基站建立联系，由基站再与移动交换中心连接，最后接入到公共电话网。系统状态下面解释一下全双工，单工和半双工：所谓全双工工作就是通信双方可以同时进行收发工作；就是说，通信的双方都可以在同一时间又说又听，互不干扰，就叫全双工。若某一时间通信的双方只能进行一种工作，即在一个时间里要么说，要么听，只可选择一样，则称为单工工作。若一方可同时进行收发工作，而另一方只能单工工作，则称为半双工工作。应用范围蜂窝式公用陆地移动通信系统适用于全自动拨号、全双工工作、大容量公用移动陆地网组网，可与公用电话网中任何一级交换中心相连接，实现移动用户与本地电话网用户、长途电话网用户及国际电话网用户的通话接续。这种系统具有越区切换、自动或人工漫游、计费及业务量统计等功能。这些功能将在以后中陆续介绍。目前模拟蜂窝移动通信系统主要用于开放电话业务。随着GSM数字蜂窝移动网的建设和发展，已逐步开放数据、传真等多种非电话业务。特点：用户容量大，服务性能较好，频谱利用率较高，用户终端小巧而且电池使用时间长，辐射小等等。新的问题：系统复杂、越区切换、漫游、位置登记、更新和管理、以及系统鉴权等等。2.5 CDMA2000网络结构2.5.1 CDMA2000物理信道结构物理信道指基站与移动台之间的通信路径，是移动通信标准的核心之一。从基站到移动台称为前向物理信道，移动台到基站称为反向物理信道。物理信道定义包含信道的结构、编码、调制、功率输出特征、频率等信息。2.5.2 CDMA2000 1x信道结构1 1x前向物理信道1x前向物理信道结构如图2-2所示。其中导频信道、同步信道、寻呼信道和业务信道是与IS95兼容的信道，其它信道是1x根据新业务新增的信道。(1)导频信道导频信道上传送一个未经调制的直接序列扩频DSSS信号，每个基站持续不断的发送该信号。导频信道为移动台接收机进行相干解调提供相位基准以确保相干检测。移动台利用导频信道来确定最强的信号部分，提供精确的时间延迟、相位和多径成分幅度的估算。CDMA2000 1x前向物理信道公共指配信道公共功控信道导频信道公共控制信道同步信道业务信道广播控制信道寻呼 信道快速寻呼信道前向导频信道发送分集导频信道辅助导频信道辅助发射分集导频信道专业控制信道基本信道功率控制子信道补充码信道补充信道图2-2 CDMA2000 lx前向物理信道结构(2)寻呼信道寻呼信道用来向移动台发送控制信息。在一个移动台要接收呼叫的时候，移动台将通过指定的寻呼信道接收来自基站的呼叫。寻呼信道向移动台提供系统信息和指令，并在移动台通过接入信道发出接入请求之后对消息进行确认。用来为移动台提供时间和帧同步。在同步信道上只传送同步信道消息，它的参数包括系统识别号码、网络识别号码、长码状态、系统时间、跳秒、当地时间偏移、寻呼信道数据速率(96kbps或48kbps)等。(3)前向业务信道包括基本信道和补充信道两种。在语音业务中一般仅采用基本信道，当移动台处于软切换区时，各个与它发生切换关系的扇区都将与移动台建立各自的基本信道。补充信道一般在数据业务中才采用，CDMA系统中每条前向补充信道可以提供96kbps的速率，需要高速率的时候就要相应的占用多条补充信道。(4)公共指配信道专门用来发送对反向信道快速响应的指配信息，提供对反向链路上随机接入(5)公共功控信道由多个功率控制子信道组成，每个子信道一个比特，相互时分复用。用于对多个反向公共控制信道和反向增强接入信道进行功率控制。(6)公共控制信道用于发送给指定移动台的消息，如寻呼消息、应答、信道指配消息等。与寻呼信道功能类似，但速率更高，更可靠。(7)广播控制信道基站用它发送系统开销消息，以及需要广播的消息。如短消息。2 1x反向物理信道1x系统反向物理信道如下图2-3所示。其中接入信道和反向业务信道(RCl或RC2)是和IS95兼容的信道。CDMA2000 1X 反向物理信道接入信道反向业务信道（RC1或RC2）增强接入信道反向公共控制信道反向业务信道（RC3RC6）反向基本信道反向导频信道反向导频信道反向导频信道07反向补充码信道增强接入信道反向公共控制信道01反向专用控制信道01反向基本业务信道02反向补充信道01反向功率控制子信道图2-3 CDMA2000 lx反向物理信道结构(1)接入信道移动台使用接入信道向基站发送控制信息。移动台通过接入信道传递非业务信息，例如发起呼叫和对寻呼做出响应。接入速率固定为4800bps。接入信道传送的消息包括登记消息、指令消息、数据突发消息、始呼消息和寻呼响应消息等。(2)反向业务信道其中基本信道用于传输语音业务。补充信道用于数据业务传送。反向导频信道用于基站的的相干解调，可以提高基站接收性能，提高反向容量。反向专用控制信道用于在通话中向基站发送用户信息。(3)增强接入信道用于移动台发起同基站的通信或响应专门发送给移动台的消息。采用时分方式工作。(4)反向公共控制信道用于在没有使用反向业务信道的时候向基站发送用户和信令信息。2.5.3 EV-DO信道结构1 EV-DO前向物理信道EV-DO前向链路物理信道结构如图2-4所示。EV-DO前向信道导频信道MAC信道控制信道业务信道反向激活信道DRC锁定信道反向功率控制信道图2-4 EV-DO前向物理信道结构（1）前向导频信道EV-DO前向导频信道用于移动台进行系统捕获、信道估计和相干解调。EV-DO为适应传输突发分组数据，采用突发导频信道。（2）前向MAC信道反向激活子信道RA主要用于空中接口反向过载控制，当反向信道过载时RA置为1，空闲时置为0。移动台通过监视RA信道动态调整自己的反向发射速率。反向功率控制信道RPC主要进行反向链路的功率控制，每一个建立了空中链路的移动台都会分配一个RPC信道。对反向功率控制的处理原则是：当所有的RPC都要求移动台增加功率时，移动台才增加发射功率。DRC锁定信道DRCLoek用于指示接入网络AN是否能够接受移动台发送的DRC请求，可以辅助移动台进行前向虚拟软切换。（3）前向控制信道用于广播系统的公共配置参数，并向移动台传送信令，类似于1x的寻呼信道和控制信道的组合。（4）前向业务信道用于向移动台发送分组数据，多个用户时分复用的方式共享该信道。业务信道总是以全功率发射，没有功率控制，根据前向信道的质量进行速率控制。2 EV-DO反向物理信道EV-DO反向物理信道结构如图2-5所示。EV-DO反向信道接入信道业务信道导频信道数据信道导频信道MAC信道ACK信道数据信道DRC信道RRI信道 图2-5 EV-DO反向物理信道结构（1）反向接入信道反向接入信道用于移动台向网络发起呼叫和响应网络发出的指令信息，其中导频信道提供反向相干解调，数据信道传输接入信息。（2）反向业务信道反向业务信道用于移动台向网络发送业务和信令信息，包括反向导频信道、反向速率指示RRI(Reverse Rate Indicator)信道、数据速率控制DRC(Data RateContr01)信道、包校验正确指示ACK信道和数据信道。导频信道提供反向相干解调；RRI信道用于移动台向基站报告反向速率；DRC信道用于移动台向基站传输请求的前向速率信息和最佳服务扇区的信息；ACK信道通知基站前向链路的数据是否被移动台成功接收；数据信道用于传送数据。第三章 CDMA2000蜂窝网络系统的设计原理3.1 CDMA2000蜂窝网络系统设计需求完整的移动通信网络建设包括前期调研、蜂窝网络设计、工程实施、蜂窝网络优化和蜂窝网络维护等阶段。蜂窝网络设计是根据覆盖要求、容量要求以及其他特殊要求，结合覆盖区域的地形地貌特征，设计合理可行的蜂窝网络系统，以最小的投资满足需求的过程。蜂窝网络设计是整个网络设计过程中的关键阶段，决定了系统的投资规模，设计结果确定了网络的基本架构，基本决定了网络的效果。合理的网络设计可以节省投资成本和建成后网络的运营成本，提高网络服务质量，提高用户的满意度。3G移动通信网络的性能受到地形地貌、用户分布、用户移动性、业务类型等各种因素的影响。只有在网络设计阶段考虑网络的覆盖要求、容量要求、设计区域的无线传播环境、可提供业务类型的话务模型等因素，结合系统能够提供的容量、系统的接收灵敏度等性能参数，通过链路预算、网络拓扑结构设计、仿真、实地勘察等工作，才能使设计的网络合理有效，达到预期的覆盖效果，为尽可能多的用户提供优质服务。基于CDMA的3G无线网络设计具有如下特点： 1网络负载与设计：CDMA是一个干扰受限的系统，干扰水平的增大直接影响着系统容量，影响着系统提供服务的质量。研究表明，若要保持系统性能稳定，负载应在6080之间。当负载超过这个区间时，用户受到的干扰将急剧增大，服务质量会下降得很快，小区覆盖范围收缩，从而产生覆盖的盲点。2软切换与设计：软切换是CDMA系统的独到之处，采用软切换技术能保证小区边缘用户的服务质量。但是，处于软切换中的用户比普通用户多占用系统资源，过高的软切换比例会带来系统资源的浪费，使得网络中可得到服务的总用户数下降。如何选择站址，如何配置导频功率使得每小区内软切换率保持适当的水平，在设计过程中网络设计人员尤其应当注意。3导频与设计：导频对CDMA系统至关重要。移动台使用导频区分基站，如果同导频相位的复用距离不恰当，或者相邻导频的距离不恰当，移动台可能把来自不同基站的导频信号误认为同一基站的导频；如果导频搜索窗口的大小设置不合理，一方面移动台可能将不同的导频误认为相同的导频，另一方面处于小区边缘的移动台也可能搜索不到可用的导频信号；此外，对于前向链路，导频干扰比基本上决定了其覆盖范围，导频的功率大小直接影响着小区负载大小和软切换比例。如果导频发射功率偏小，会使下行覆盖出现盲点；若偏大，则又会出现多个基站覆盖同一个地区，产生导频污染。4新业务与设计：3G网络巨大的技术优势使得构筑更加丰富的移动业务成为可能，这些丰富的业务为人们的生活带来了便利。然而新业务的引入，同样也为3G无线网络的设计提出了新的研究课题。不同的业务特点，对于系统资源的需求不同，应该如何设计，如何设计基站参数，如何分配系统资源使得我们可以最经济的满足各种业务不同的服务质量(QOS，Quality of Service)要求，这都是网络设计人员必须考虑的问题。3.2 蜂窝网络设计过程应该考虑的因素CDMA2000是一个干扰受限的系统，在一个服务小区内，每个用户的发射功率均对其它用户产生干扰，系统的覆盖不仅取决于基站的发射功率，而且与系统的负载因素有关。系统负载升高，则系统噪声抬高，系统覆盖也相应减小，反之亦然，体现出“大容量、小覆盖，小覆盖、大容量”的特点。任何可以增大或减小网络内干扰噪声的因素都将对蜂窝网络系统设计结果产生影响。影响蜂窝网络系统设计的因素可以分为两类。一类是为了减小系统干扰、提高网络性能而引入的系统特征，如功率控制技术、软切换技术、速率控制技术、激活因子等。功率控制技术保证在满足上下行链路EbNt的前提下，基站或移动台的发射功率最低，从而减小对其他移动台或基站的干扰，提高系统的容量；软切换技术使处在基站覆盖边缘的移动台同时与多个基站或扇区保持通信，提高了通信的可靠性。这一类因素在很大程度上决定了CDMA2000系统的性能，在蜂窝网络系统设计中需要很好分析这些技术对网络产生的影响。另一类影响CDMA2000设计仿真的是网络中存在的随机因素，主要如下：1接入网络的移动台个数、移动台分布的位置、移动台移动速率随机变化。当我们对一个网络进行一个独立采样的时候，每一个采样时刻接入网络的移动台个数是不相同的，它们是服从一定规律的随机分布，话务或用户越多网络中存在的干扰噪声越强，网络覆盖将会向基站收缩；在相同话务大小下，话务分布不同，对网络的影响也不相同，在下行链路，越靠近基站，移动台受到的基站来的干扰越强，上行链路随着移动台远离基站，移动台将会由于自身发射功率限制而无法接入网络；网络中的用户一般都在以一定的速度移动，移动速率越快，移动台获得的软切换增益越低，用户接入稳定性越差。2移动台与基站之间无线传播环境的随机性，比如移动台与基站周围忽然出现的遮挡(如：汽车、行人等)，以及无线信道的快衰落、慢衰落、多径效应、气候与植被的变化等。一般移动台平均接收信号随着远离基站而逐步减弱，但在局部极小范围内移动时，也可能瞬时接收功率发生强烈波动，这就是快衰落。3噪声的变化，如移动台的噪声的变化，移动台周围出现的干扰，无线环境的基底噪声以及基站噪声的变化。4系统功率控制的波动。CDMA系统采用开环功控与闭环功控结合的方式，无论哪一种方式基站和移动台的功率调整都是随时变化的，而实际功率控制总是存在随机误差的。如果在蜂窝网络系统设计中要面面俱到地考虑影响无线网络设计的诸多随机因素，蜂窝网络系统设计是复杂的、高难度的。而运营商希望看到的也并不是某一时刻、某一特定条件下的网络状态(相当于随机事件的一个样本)，而是网络在一定条件下的平均状态(相当于随机事件的均值)。因此在蜂窝网络系统的设计过程中应该尽量减少不必要的损失。3.2.1 无线传播模型移动通信系统的性能主要受到无线信道的制约，而无线信道的电波传播特性与电波传播环境密切相关，在不同频段下的电波传播，受到传播环境的影响，包括地貌、人工建筑、气候特征、电磁干扰、通信体移动速度等。由此，根据无线信道的传播特性和电波传播方式建立恰当的传播模型，准确的对传播损耗做出预测，是无线网络设计和优化的重要条件图3-1 无线信道中的快衰落和慢衰落1无线传播特性和传播方式（1）快衰落和慢衰落无线信号强度受接收机对发射机的位置影响很大，根据接收机位置的变化，信号的衰落可分为快衰落和慢衰落，如图3-1。快衰落是短距离范围内，接收场强的快速波动；慢衰落是发射机和接收机之间长距离范围内，接收场强的趋势性变化。（2）自由空间传播自由空间的电波传播损耗，是传播预测的一个基本参数，而自由空间传播模型，可用于预测在发射机和接收机之间均匀，无障、视距传播的条件下接收信号的强度。根据自由空间等式，若发射点处以球面波辐射，则接收处的功率为： (3-1)式中，只为发射点处的发射功率；是接收功率；、分别为发射天线和接收天线增益；为波长；为发射天线和接收天线间的距离；L是系统损耗因子，与传播无关。（3）传播机制无线电波的传播机制多种多样，包括直射、反射、绕射和散射等。 1) 反射当无线电波冲击到大小远大于电波波长的障碍物表面时，会发生反射。在实际的传播环境中，反射通常发生在地球表面或建筑物表面。2) 散射当无线电波的传播媒质中包含有大量几何尺寸远小于无线电波波的颗粒时发生散射。散射波通常产生于粗糙的表面、微小的障碍物或无线信道中的其他不规则物。在实际的移动通信系统中，树叶、灯柱、街道指示牌都会引起散射。3) 绕射当发射机和接收机间存在不规则的尖角或薄边的阻碍时发生绕射。在障碍物表面产生的二次波在空间传播，即使是在发射机和接收机间无视距路径的情况下也能传播到障碍物的背面。2无线传播模型根据无线信道的传播特性和电波传播方式建立恰当的传播模型，准确的对传播损耗做出预测，是无线网络设计和优化的重要条件。国内外的研究人员经过大量的研究和实践，提出了各种典型的传播模型。1Okumura-Hata模型OkumuraHata模1是根据测试数据统计分析得出的经验公式，应用频率在150MHz到1500MHz之间，适用于小区半径大于lkm的宏蜂窝系统，基站有效天线高度在30m到200m之间，移动台有效天线高度在lm到10m之间。Okumura-Hata模型路径损耗计算的经验公式为：(3-4)式中：f：工作频率，单位MHz,；：基站天线有效高度，单位m；：移动台天线有效高度，单位nl；d：基站天线和移动台天线之间的水平距离，单位km；：有效天线修正因子，是覆盖区大小的函数；C：小区类型校正因子。3.2.2 话务分布模型CDMA系统覆盖和容量是强相关的，在一定网络结构下的网络覆盖与话务大小和话务分布有关。在蜂窝网络设计中必须能够模拟话务分布的随机性。通过对现实环境对话务分布影响的分析，我们得出以下结论：1不同区域的话务分布密度、用户行为不同。例如可将仿真区域分成密集城区、一般城区、郊区和农村等，各个区域的话务密度依次降低，且对于密集城区对通话质量要求高、业务要求丰富、对资费不敏感，而农村地区对话音质量要求不高，对资费敏感。2不同地物类型上话务分布不同。在城区临近的不同地物类型上话务分布密度不同，如建筑物上话务密度较高，公园相对较低，而湖泊、森林等几乎没有话务存在。3对于存在现网的情况，通过统计各基站的话务量情况，可以得到比较准确的话务分布情况。在蜂窝网络设计中通过一定的模型得到区域地图各点的话务密度以后，就可以通过话务密度情况生成多次具体的话务分布情况。例如，一个的地图区域，地图精度20m，即地图是一个的点阵，设该区域共有20Erl的话务量，则每个点的话务概率是。在实际仿真中判断该点有没有话务量可以生成一个0到10000之间的随机整数N，如果的概率为0.0222)，则认为该点有移动台请求接入网络，否则认为该点无移动台请求接入网络。3.2.3 功率控制模型对于无线通信系统，如果小区中的所有移动台均以相同功率发射，那么基站接收到靠近基站的移动台的信号较强，接收到原理基站的移动台的信号功率较弱，弱信号将会被强信号淹没，导致信号无法解调，这就是无线通信中的“远近效应。由于CDMA是一个自干扰系统，一个小区内的用户使用同一频率，远近效应问题更加突出。在CDMA系统中如果某移动台信号的功率较强，对用户本身是有利的，但会增大对共享频带内其它移动台的干扰，甚至淹没其它移动台的有用信号，使其它移动台通信质量恶化，导致系统容量下降。为了减低系统中的干扰，CDMA系统根据无线信道变化的情况，实时地调整发射机所需的功率，这就是功率控制。反向链路的功率控制是通过调整用户发射机功率，使用户发射信号到达基站接收机的功率相同，且刚好达到信噪比要求，以满足通信质量要求。通过反向链路的功率控制，各用户不论在基站覆盖区的什么位置，经过何种无线传播环境，都能保证各个用户信号到达基站接收机时具有相同的功率。在实际系统中，由于用户的移动性，无线传播环境随时变化，因此每时每刻到达基站时所经历的传播路径、信号强度、时延、相移都随机变化，基站接收信号的功率将在期望值附近起伏变化，非精确功率控制下基站接收信号的信噪比服从对数正态分布。反向功率控制包括三部分：开环功率控制、闭环功率控制和外环功率控制。开环功率控制：每一个移动台都不停的计算从基站到移动台的路径损耗，当移动台接收到从基站来的信号很强时，表明要么离基站很近，要么有一个特别好的传播路径，这时移动台可以降低它的发送功率，而基站依然能够正常接收；相反，当移动台接收到的信号很弱时，它就增加发送功率来抵消衰减。开环功率控制简单、直接，不需在移动台和基站之间交换控制信息，同时控制速度快。但CDMA系统中，前向和反向链路使用的频段并不相同，频差远远超过信道的相干带宽，因而不能认为前向信道上衰落特性等于反向信道上衰落特性，这使开环功率控制具有局限性。为了克服前向和反向链路上不相关的瑞利衰落，可以通过基站检测移动台信号的信噪比，并与一个门限值比较，根据比较结果在下行信道上向移动台发送功率上升或下降的指令，移动台根据收到的指令来调节其发射功率，这就是闭环功率控制。实现闭环功率控制的关键是产生、传输、处理和执行功率控制指令的速度要快，以尽量跟踪上行链路的瑞利衰落。外环功率控制是发生在基站内或基站与移动交换中心之间的一种功率控制过程，以直接影响话音质量的误帧率作为判决依据，及时地做出上调或下调信噪比门限的指令。这使得闭环功控的信噪比门限值不是一直恒定的，它在外环功率控制下动态变化。实际CDMA系统中，反向功率控制由上述三种功率控制过程共同完成。即首先对移动台发射功率作开环估计，然后通过闭环功率控制和外环功率控制对开环估计作进一步修正，力图做到精确的功率控制。对于前向链路，当移动台向小区边缘移动时，移动台接收到来自相邻小区基站的干扰会明显增加；而当移动台向基站方向移动时，移动台接收到本小区的多径干扰会增加。这两种干扰将影响信号的接收，使通信质量下降，甚至无法建链。CDMA系统的前向链路功率控制就是通过调整基站的业务信道发射机功率，使前向业务信道的发射功率在满足移动台解调最小需求信噪比的情况下尽可能小。通过前向功率控制，即能维持基站与位于小区边缘的移动台之间的通信，又能在较好的通信传输特性时最大限度地降低前向发射功率，减少对相邻小区的干扰，增加前向链路的相对容量。前向功率控制分为前向外环功率控制和前向闭环功率控制，其原理与反向功率控制相似。CDMA系统功率控制的目的是通过基站与移动台之间的信息交流，根据一定的算法保证基站的接收功率与移动台的接收功率都刚好满足信噪比的门限，以保证两者的信号都是按最小需求功率发送，降低系统内的干扰水平。对语音业务而言，只要移动台能够接入，前向功率控制的结果就是基站发射的基本信道功率到达移动台时满足移动台接收的信噪比，反向功率控制的结果就是移动台发射的基本信道功率到达基站时也满足基站接收解调的信噪比。由于设计体现的是功率控制以后网络的平均状态，因此可以直接把功率控制的结果作为移动台接入以后的状态，根据信噪比的门限值可以反过来推算语音业务前向基本信道的功率。3.3 CDMA2000蜂窝网络设计蜂窝网络设计是根据网络覆盖要求、容量要求以及其他特殊要求，结合覆盖区域的地形地貌特征，设计合理的无线网络布局和参数，以最小的投资满足需求的过程。3.3.1 CDMA2000蜂窝网络设计流程CDMA2000蜂窝网络的设计是一个复杂的系统工程，合理的流程可以有效的控制设计设计过程、确保设计质量。CDMA2000蜂窝网络的设计可以用图3-2所示的流程来实现，包括需求分析、项目计划、网络评估、无线环境分析、网络拓扑结构设计、站点勘察、仿真验证和方案输出等步骤。 需求分析 项目计划 网络评估 网络环境分析 方案输出 数据验证 站点勘察 网络拓扑结构图3-2 CDMA网络设计流程图 1需求分析运营商的需求信息是整个网络设计的基础，具体包括以下几个方面：(1) 网络的覆盖要求和容量要求。明确覆盖范围需要收集现在网络已经覆盖区域、现有网络覆盖存在的问题和新建网络需要新增的覆盖区域。同时对于运营商的重点覆盖区需要特别关注，通常重点覆盖区包括目标用户居住区、商业区、办公区、营业厅、车站、码头、机场、旅游区、公路、重要厂矿等；(2) 对于扩容网络，了解现有网络存在的问题、本期网络建设需要解决的首要问题；对新建网络，获取采用的频点、每用户话务量容量、无线传播环境和人口分布等；(3) 运营商可提供的资源信息，包括人力资源、可提供站点等施工便利资源； (4) 特殊要求：比如工期要求，是否可以新建铁塔，是否可采用直放站等。2项目计划项目计划阶段需要根据项目组的组织结构配置人员和资源，给出具体网络规划实施办法和实际的流程，对各子项目和项目实施阶段给出估计时间。3网络评估网络评估是对现有网络性能进行评估，以指导下一期网络的建设。网络评估可以通过路测、OMC(操作维护中心)数据分析、投诉统计等途径获得。4无线环境分析无线信号的传播受到地形起伏情况、站点周围地物分布情况、密集程度、天线相