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北京邮电大学硕士学位论文 中文摘要 w c d m a 网络优化的研究 摘要 随着网络优化工作重要性的日益体现，网络优化的技术也不断地得到 改进和发展，2 1 世纪的高速率、大容量、高质量、全球化多媒体移动通 信网的目标，使网络优化与管理已经成为近几年发展迅速热点研究领域。 由于w c d m a 使用码分多址技术，是一个自干扰系统，存在远近效 应、导频污染等问题，有必要进行网络优化，使系统性能得到不断改善， 提供最优的服务质量，即获得最佳的覆盖、满意的信号强度、最佳的通 话质量和最低的掉话率等。 本文先从w c d m a 的系统讲起，介绍了w c d m a 的系统结构、主要技 术，着重讲述了切换控制和功率控制，w c d m a 具有软切换能力，保证 了通话的连续性。在第三章，重点讲述了u m t s 无线优化的一些参数的 调整，涉及到的流程有h c s 和非h c s 的小区选择和小区重选，还有随 机接入。这些过程中涉及到很多无线参数，恰当地设置这些参数，对于 接通率，覆盖率等非常关键。邻区列表的设置也很关键，涉及到切换是 否成功。第四章，举了一些案例，介绍了覆盖优化、邻区列表优化等。 总之，网络优化工作从业务需求和网络需求上着手，使用不同的优 化工具，统计与测试相结合，对各种问题进行分析，通过相应的工程参 数和系统参数的调整进行问题决，不断提高网络性能指标和业务性能指 标，提供给用户一个优质高效的w c d m a 网络，最大限度地满足终端用 户的质量需求。 关键词w c d m al n 汀r s3 g 网络优化 北京邮电大学硕士学位论文 英文摘要 w c d m an e t w o r ko p r i m i z 觚o nr e s e a r c h w i t ht h e i m p o r t a n c e o fn e t w o r k o p t i m i z a t i o nb e i n g s h o w e do u t i n c r e a s i n g l y , i t st e c h n i c a lh a sb e e n i n gi m p r o v e da n dd e v e l o p e dc o n t i n u a l l y n ea i mo fb u i l d i n gam u l t i m e d i am o b u ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r kw h i c hi s f a s t ，o fb i g c a p a c i t ya n dh i g hq u a l i t y , a n dg l o b a l ，m a d et h en e t w o r k o p t i m i z a t i o na n dm a n a g e m e n tah o tr e s e a r c h w c d m au t i l i z e sw i d e b a n dc o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ，a n di t sa s e l f - j a ms y s t e mw h i c hb r i n g st h ep r o b l e m so fn e a r - f a rp r o b l e ma n dp i l o t c h a n n e lp o l l u t i o n s oo p t i m i z a t i o ni s n e c e s s a r yt h ea i mo fw h i c hi s t o i m p r o v et h es y s t e mp e r f o r m a n c es t e pb ys t e pa n di n f i n i t e l ya p p r o a c ht h e g r o o v es t a t eo ft h en e t w o r k s ow ec a nm e e tt h en e e d so fs u s t a i n i n gc h a n g e s a n dd e v e l o p i n gs e r v i c er e q u i r e m e n t sa n dp r o v i d et h eb e s ts e r v i c eq u a l i t y t h i sa r t i c l ef i r s tb r i n g sf o r w a r dt h es y s t e mo fw c d m a , i n t r o d u c i n gt h e s y s t e ms t r u c t u r eo fw c d m a , t h em a i nt e c h n i c ，e s p e c i a l l yt h eh a n d o v e r c o n t r o la n dt h ep o w e rc o n t r 0 1 w c d m ah a st h ea b i l i t yo fs o f th a n d o v e r ， w h i c ha s s u r e st h et a l ki n c e s s a n t t h et h i r dc h a p t e rd e s c r i b e ss o m ep a r a m e t e r a d j u s t i n go fu m t so p t i m i z a t i o n ，i n c l u d i n gt h ef l o w so fc e l ls e l e c t i o na n d r e s e l e c t i o no fh c sa n dn o n h c s a n da l s ot h er a n d o m l ya c c e s s t h e s e p r o c e s s e s i n v o l v e s m a n yw i r e l e s sp a r a m e t e r s s e t t i n gt h e s ep a r a m e t e r s a p p r o p r i a t e l yi st h ek e yo fi m p r o v i n gt h er a t eo fp u t t i n gt h r o u g ha n dc o v e r i n g n e s e t t i n go fn e i g h b o rc e l ll i s t si sa l s oi m p o r t a n t a si ta f f e c t st h eh a n d o v e r s u c c e s s f u lo rn o t i nc o n c l u s i o n ，n e t w o r ko p t i m i z a t i o ns t a r t sf r o ms e r v i c ea n dn e t w o r k r e q u i r e m e n t s ，u s i n g k i n d so fo p t i m i z a t i o n t o o l s ，a n a l y s i n ga l l s o r t so f p r o b l e m s ，a n da d j u s t i n gr e l a t e de n g i n e e r i n ga n ds y s t e mp a r a m e t e r st os o l v e 北京邮电大学硕士学位论文英文摘要 t h ep r o b l e m s i tc a ni m p r o v et h ep e r f o r m a n c e si n d i c a t o r so fb o t hn e t w o r ka n d s e r v i c e ，a n dp r o v i d et h eu s e r san i c e - q u a l i t i e da n de f f e c t i v ew c d m a n e t w o r k t os a t i s f yt h eu s e r s q u a l i t yr e q u i r e m e n t sf u r t h e s t k e yw o r d sw c d m au m t s3 gn e t w o r ko p t i m i z a t i o n 独创性说明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：蓝面舀日期：癣堡 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研 究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学 校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段 保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书。非保密论文 注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 北京邮电大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题研究的目的和意义 网络的高速发展必然会带来一些问题，无论是初期建设阶段，还是过渡阶 段或稳定的运营阶段，都离不开网络优化工程。因此，如何实现网络资源的合理 配置，提高网络的服务质量；如何解决网络中出现的各种问题，改善网络的运营 环境，解决网络的安全问题，使网络运行在最佳状态，是c d m a 网络优化工程 的关键问题。 要充分发挥c d m a 网络的技术优势，网络优化是一个非常重要的技术环节。 网络优化就是根据系统的实际表现、系统的实际性能，对系统进行分析，在分析 的基础上通过对系统参数的调整，使系统性能得到逐步改善，达到现有的系统配 置下提供最优的服务质量。 1 2w c d m a 网络优化的背景 w c d m a 网络优化的主要目标就是无限趋近网络的最佳工作状态，尽可能通 过网络性能提高满足不断变化和发展的业务需求，使系统性能得到不断改善，提 供最优的服务质量，即获得最佳的覆盖、满意的信号强度、最佳的通话质量和最 低的掉话率等。 w c d m a 网络优化过程一般可分为以下几步：首先设定质量指标，制定端 到端的质量目标和不同业务类型的性能指标，设定相关的k p i ( k e yp e f o r m a n c e i n d i c a t o r ，关键性能指标) 值【1 】。通过网管系统、路测设备、协议分析仪甚至用 户申告来收集网络性能数据，由网络报告工具提供质量统计和预分析数据，甚至 网络配置，就可以进一步详细分析提高质量的方法。首先更新单个参数，通过多 次迭代后可以更新整个参数集，最后在达到预期质量目标时就得到了整体解决方 案。按照整体方案对网络进行全面调整后，就开始了另一个质量不断提高的循环。 1 3 课题研究的主要内容 无线网络进行规划时一般都采用适当的射频传播模型、天线类型及地形地物 类型等，然而影响射频传播的因素很多，规划者不可能将所有这些因素都考虑进 去因此需要在整个网络覆盖范围内对接收射频功率大小、f e r ( 误帧率) 、接 入失败率等参数进行测量，也就是路测。在路测过程中不仅可以进行这些测量， 北京邮电大学硕士学位论文第一章绪论 而且还采集了大量的数据。数据采集后要进行性能分析。性能分析有两个主要目 的：第一个是对采集的数据进行统计以确定系统是否满足验收的最低要求，如掉 话率等；另一个目的是对个别的失败案例进行分析以查明原因。 网络优化是一种持续性的工作。建网初期，由于话务量较小，通过路测进行 优化的过程一般需要重复多次。随着用户数的增多，还应该充分考虑网络维护中 心记录的各种数据，对网络进行优化【2 】。这种连续不断的优化工作对c d m a 系 统尤为重要，因为c d m a 系统是干扰受限的通信系统，随着用户数量的不断增加， 网内的干扰随之增加，并且外部环境也在不断变化，因此需要不断修改某些网络 参数以保证网络在各方面有较好的性能，根据处理路测数据后生成的统计数据， 找出事件失败的原因和网络的具体问题。 本课题主要研究w c d m a 网络的无线子系统的优化。重点阐述了一些系统 参数的意义和调整。介绍了覆盖优化、邻区列表优化和导频优化。 1 4 论文的主要内容和组织结构 本论文共分为五章，第二章，阐述w c d m a 的系统概述，包括w c d m a 系统的主要技术：切换、功率控制等。第三章，对u m t s 网络优化的一些参数 进行了分析。第四章，举案例，利用测试工具对w c d m a 网络进行网络优化。 第五章，对全文作一总结。 北京邮电大学硕士学位论文 第二章w c d m a 系统概述 2 1w c d m a 系统结构 u m t s ( u n i v e r s a lm o b i l e t e l e c o m m u n i c a t i o n ss y s t e m ，通用移动通信系统) 是采用w c d m a 空中接口技术的第三代移动通信系统，通常也把u m t s 系统称为 w c d m 触霞信系统。u m t s 系统采用了与第二代移动通信系统类似的结构，包括 无线接入网络( r a d i o a c c e s sn e t w o r k ，r a n ) 和核心网络( c o r en e t w o r k ，c n ) 【3 1 。其中r a n 处理所有与无线有关的功能，而c n 处理u m t s 系统内所有的话音 呼叫和数据连接，并实现与外部网络的交换和路由功能。c n 从逻辑上分为电路 交换域( c i r c u i ts w i t c h e dd o m a i n , c s ) 和分组交换域( p a c k e ts w i t c h e dd o m a i n , p s ) 。 u t r a n ( u m 鸭t e r r e s t r i a l r a d i o a c c c s s n e t w o r k ，u m t s 陆地无线接入网) 、 c n 与u e ( u s e re q u i p m e n t ，用户设备) 一起构成了整个u m t s 系统其系统结构如 图2 - 1 所示： 终鞴 糍入嘲终端m 络 a ， f 。拦一 + 轳一一“；。 一黼1 麓 毋 ，、童 魄8 # 黪 。、( 3 g p s ) _ 睽。 一拶 翌竺! 竺 图2 - 1 ( r g i s 系统结构围 根据3 g p pr 9 9 标准，u e 和u t r a n 由全新的协议构成，其设计基于 w c d m a 无线技术，而c n 则采用了g s m ，g p r s 的定义。这样便于实现网络的 平滑过渡，此外在第三代网络建设的初期可以实现全球漫游。 2 1 1u m t s 系统网络构成 u m t s 网络单元构成如图2 - 2 所示： 北京邮电大学硕士学位论文 第二章w c d m a 系统概述 图2 - 2u g t s 网络单元构成 从2 - 2 图中的u m t s 系统网络构成示意图中可以看出u m t s 系统的网络单元包括 如下部分： 1 u e u e 是用户终端设备。它主要包括射频处理单元、基带处理单元、协议栈模块 以及应用层软件模块等。l i e 通过u u 接口与网络设备进行数据交互，为用户提供 电路域和分组域内的各种业务功能包括普通话音、数据通信、移动多媒体、 i n t e r n e t 应用( 如e m a i l 、w w w 浏览、f t p 等) 。 u e 包括两部分： 1 1m e ( m o b i l ee q u i p m e n t ，移动设备) 提供应用和服务 u s i m ( u m t ss u b s c r i b e rm o d u l e ) 提供用户身份识别 2 u t r a n u t r a n 是陆地无线接入网，分为基站( n o d eb ) 和无线网络控制器( r n c ) 两部分。 1 ) n o d e b n o d eb 是w c d m a 系统的基站( 即无线收发信机) ，包括无线收发信机和基 带处理部件。通过标准的l u b 接口和r n c 互连，主要完成u u 接口物理层协议的处 理。它的主要功能是扩频、调制、信道编码及解扩、解调、信道解码，还包括基 带信号和射频信号的相互转换等功能【4 】。 n o d eb 由r f 收发放大、射频收发系统( t r x ) 、基带部分( b b ) 、传输 接口单元、基站控制部分这几个逻辑功能模块构成。 2 ) r n c r n c 完成连接建立和断开、切换、宏分集合并、无线资源管理控制等功能。 具体如下： 北京邮电大学硕士学位论文第二章w c d m a 系统概述 l 执行系统信息广播与系统接入控制功能； 切换和r n c 迁移等移动性管理功能； l 宏分集合并、功率控制、无线承载分配等无线资源管理和控制功能。 3 c n c n 负责与其他网络的连接和对u e 的通信和管理。主要功能实体如下： 1 ) m s c v l r m s c 且是w c d m a 核心网c s 域功能节点。它通过i uc s 接口与u t r a n 相 连，通过p s t n i s d n 接口与外部网络( p s l n 、i s d n ) 等相连，通过c d 接口与 h u 凇u c 相连，通过e 接口与其它m s c ，v 1 取g m s c 或s m c 相连，通过c a p 接口 与s c p 相连，通过g s 接e j s g s n 相连。m s c ，r 的主要功能是提供c s 域的呼口q 控 制、移动性管理鉴权和加密等功能。 2 1g m s c g m s c 是w c d m a 移动网c s 域与外部网络之间的网关节点，是可选功能节 点。它通过p s t n f l s d n 接口与外部网络( p s t n 、i s d n 、其它p l m n ) 相连， 通过c 接口与h l r 相连，通过c a p 接口与s c p 相连。g m s c 的主要功能是充当移 动网和固定网之闻的移动关口局，完成p s t n 用户呼移动用户时呼入呼蹦的路由 功能、承担路由分析、网间接续、网间结算等重要功能。 s g s n s g s n ( g p r s 业务支撑节点) 是w c d m a 核心网p s 域功能节点。它通过i u _ p s 接1 3 与u t r a n 相连，通过g n g p 接1 3 与g g s n 相连，通过g r 接口与h l r a u c 相 连，通过g s 接口与m s c v l r ，通过g c 接口与s c p 相连，通过g d 接口与 s m s g m s c s m s i w m s c 相连，通过g a 接1 1 3 与c g 相连，通过o n c , p 接口与s g s n 相连。s g s n 的主要功能是提供p s 域的路由转发、移动性管理、会话管理、鉴权 和加密等功能。 4 1g g s n g g s n ( g p r s 网关支持节点) 是w c d m a 核心网p s 域功能节点。通过g n c , t , 接口与s g s n 相连，通过g i 接口与外部数据网络( i n t e m e t i n t r a n e t ) 相连。g g s n 提供数据包在w c d m a 移动网和外部数据网之间的路由和封装。g g s n 主要功能 是同外部口分组网络的接口功能 3 1 ，g g s n 需要提供l i e 接入外部分组网络的关 口功能，从外部网的观点来看，g g s n 就好象是可寻址w c d m a 移动网络中所有 用户口的路由器，需要同外部网络交换路由信息。 5 1h l r h l r ( 归属位置寄存器) 是w c d m a 核, c , , 网c s 域和p s 域共有的功能节点。 它通过c 接口与m s c v l r 或g m s c 相连，通过g r 接口与s g s n 相连，通过g c 接口 5 北京邮电大学硕士学位论文第二章w c d m a 系统概述 与g g s n 相连。h l r 的主要功能是提供用户的签约信息存放、新业务支持、增强 的鉴权等功能。 4 e x t e r n a ln e t w o r k s ( 外部网络) 分为两类： 1 1电路交换网络( c sn e t w o r k s ) 提供电路交换的连接服务，象通话服务、i s d n 和p s t n 均属于电路交换网络； 分组交换网络( p sn e t w o r k s ) 提供数据包的连接服务，i n t e r a c t 属于分组数据交换网络。 2 2 w c d m a 信道 w c d m a 系统信道从不同协议层次上可分为以下三类。 2 2 1 逻辑信道 逻辑信道定义：逻辑信道是直接承载用户业务的，根据承载的是控制平面业 务还是用户平面业务，分为两大类即控制信道和业务信道【4 】。 控制信道：广播控制信道( b c c h ) 寻呼控制信道( p c c h ) 专用控制信道( d c c h ) 公共控制信道( c c c h ) 业务信道：专用业务信道( d t c h ) 公共业务信道( c r c h ) 2 2 2 传输信道 传输信道定义为：无线接口层二和物理层的接口，是物理层对m a c 层提供 的服务，根据传输的是针对一个用户的专用信息还是针对所有用户的公共信息， 而分为专用传输信道和公共传输信道两大类。 专用传输信道：d c h 公共传输信道：上行公共传输信道和下行公共传输信道 上行公共传输信道：随机接入信道( r a c h ) 公共分组信道( c p c h ) 下行公共传输信道：广播信道( b c h ) 前向接入信道( e f 址h ) 寻呼信道( p c h ) 下行共享信道( d s c h ) 2 2 3 物理信道 物理信道定义为：各种信息在无线接口传输时的最终体现形式，每一种使用 特定的载波频率、码( 扩频码和扰码) 以及载波相对相位( 0 或r d 2 ) 的信道都 北京邮电大学硕士学位论文 第二章w c d m a 系统概述 可以理解为一类特定的物理信道。 在采用扰码与扩频码的信道里，扰码或扩频码中任何一种不同都可以认为是 不同的信道。多数信道是由无线帧和时隙组成，每一无线帧包括1 5 个时隙。物 理信道分为上行物理信道和下行物理信道。 物理信道如下： 专用物理数据信道( d p d c h )专用物理控制信道( d p c c h ) 物理随机接入信道( p r a c h )物理公共分组信道( p c p c h ) 公共导频信道( c p i c h )同步信道( s c h ) 主公共控制物理信道( p c c p c h )辅公共控制物理信道( s c c p c h ) 物理下行共享信道( p d s c h )寻呼指示信道( p i c h ) 捕获指示信道( a i c h )接入前导捕获指示信道( a p - a i c h ) c p c h 状态指示信道( c s i c h ) 2 3w c d m a 系统的主要技术 2 3 1 采用码多址技术 3 g 技术方案已基本上统一到c d m a 技术上。在c d m a 系统中，移动台与基站 之间采用码分多址方式进行连接，这种多址方式完全区别于传统的信号调制方 式，信号在频率、时间和空间上互相重叠。 采用码分多址接入技术和扩频技术，加上丰富的码字资源，使得3 g 系统具 有极高的频率利用率，而且同一频率还可以在相邻小区中复用，这使频率规划简 单，容量大【5 】。在相同的频段内提供的系统容量比模拟t d m a 系统大1 0 2 0 倍， 比t d m a 数字系统大4 6 倍 3 g 用码字区分信道，码字长度不同，信道提供的速率就不同，所需要的功 率也不同，这为3 g 系统有效支持多种业务、提供不同等级的服务质量奠定了基 础。 2 3 2 扇区划分技术 扇区划分技术是移动通信基站利用天线的定向特性把相应的蜂窝小区分成 不同的扇区。常用的方法有：利用1 2 0 度圆形覆盖的定向天线组成的三叶草行无 线蜂窝区；利用6 0 度扇形覆盖的定向天线组成的三角形无线蜂窝区；利用1 2 0 度扇形覆盖的定向天线组成的1 2 0 度无线蜂窝区，如图2 - 3 所示： 北京邮电大学硕士学位论文 第二章w c d m a 系统概述 ，：石。，7 ， ；?0 j 、j 睁冬力 、。| ，7j t 每 = 时单膨 b ) ：囊蓐 c 1 2 0 - 囊辱 图2 - 3 无线蜂窝区三种类型 在f d m a 和t d i v l a 的制式中，每个蜂窝小区中采用定向天线只能减少于扰 却不能增加系统容量，而c d m a 制式蜂窝移动通信系统中，当利用1 2 0 度扇形 覆盖的定向天线把一个蜂窝小区划分为三个扇区时，平均处于每个扇区的移动用 户是该蜂窝小区的三分之一，相应的各用户之间的多址干扰分量也减少为原来的 三分之一左右，从而在理论上将使系统容量增加三倍。实际上由于相邻小区之间 的干扰，一般只能提高至2 5 倍。 2 3 3 软容量、软切换、系统容量大 1 具有“软容量”特性 在模拟f d m a 和数字t d m a 系统中，通信信道是以频带和时隙来划分的，每 个蜂窝小区提供的信道一旦固定，就很难改变。当没有空闲信道时，系统就会出 现忙音，移动用户不可能在呼叫其他用户或接收其他用户的呼叫。当移动用户越 区切换时，也很容易出现通话中断的现象。而在c d m a 系统中，码分多址信道的 用户共享一个无线信道，用户信号的区别只是所用码型的不同。信道数是靠不同 的码字来划分的，其标准信道数是以一定的输入输出信噪比为条件的，当系统增 加一个通话用户的时候，所有用户的输入输出信噪比都会有所降低，但不会出现 因为没有信道的而不能通话的现象。故当通信系统的负荷满载时，另外增加少量 用户，只会引起话音质量的轻微下降，而不会出现阻塞现象。这在频分多址和时 分多址系统中是不可能的，当全部频道或时隙被占满后，哪怕只增加一个用户也 不可能。因此，码分多址系统的容量与用户之间存在一个“软容量”。 例如，对于一个标准信道为4 0 的扇区来说，当第4 1 个用户呼叫时，对所有移 动用户的影响是接收机的输入输出信噪比下降1 0 i o g ( 4 l 4 0 ) = 0 1 d b ，即使再增加3 个用户，比标准多4 个，其影响是使所有接收机的输入输出信噪比下降 1 0 1 0 9 ( 4 4 4 0 ) - - 0 4 d b ，这使得该扇区内的移动用户数据的误码率有所升高，通话 质量有所下降，但增加的4 4 用户不会因为没有无线信道而不能接入的现象。这 对于解决通信高峰期的通信拥塞问题和提高越区切换的成功率无疑是非常有益 的。 2 具有“软切换”能力 9 一 北京邮电大学硕士学位论文第二章w c d m a 系统概述 当移动用户从一个小区( 或扇区) 移动到另一个小区( 或扇区) ，或者移动 用户从一个基站的管辖范围移动到另一个基站的管辖范围时，通信网的控制系统 为了不中断用户的通信就要做一系列的调整，包括通信链路的转换，位置的更新 等，这个过程就叫做越区切换【6 】。越区切换实现了小区( 或扇区) 间的信道转 换，保证了一个正在处理或者进行中呼叫的连续性。 在模拟f d m a 系统和数字1 d m a 系统中，移动用户在越区切换时，需要在另 一个小区( 或扇区) 寻找空闲信道，只有当该小区( 或扇区) 有空闲信道时才能 切换。这时移动台的收发信道都要做相应的调整，称之为硬切换。这种硬切换的 过程是首先切断原通话链路，然后与新的基站建立新的通话链路。硬切换先断后 通的切换方式必定造成通信的短暂中断，同时还会由于通信环境的影响，在两个 小区的重叠区域内，移动台接收到的两个基站发送信号强度有时会出现大小交替 的变化，即电磁波在空间产生驻波，导致越区切换的“乒乓”效应，影响正常的 通信。 码分多址系统软容量的特性使系统可以支持越区切换的用户，实现“软切换” 在切换过程中，只需要改变码型，用不着切换频率，因此不会出现由于找不到可 用频道或时隙而中断通信的现象，只是其他用户的通信质量可能受到轻微影响。 3 系统容量大 在第三代移动通信系统中c d m a n 用码字的正交性，在同一频段上同时传输 不同用户的数据，使整个系统的容量得到大幅度的增加。若仅仅从码字的正交性 角度来说，只要找到符合要求的正交码，系统的容量就可以得到无限的扩大 2 3 4 可运用语音激活技术 人们的对话特征是不连续的，其激活占空比只有3 5 左右。因此在许多用户 共享一个无线信道时，利用话音激活技术，使通信中的用户有话音时才发射信号， 没有话音时就停止发射，码分多址系统就是利用这种话音停顿，获得一定的容量 提高( 从理论上讲，频分多址和时分多址系统均可以获得这种好处，只是实现起 来较为负杂) 。 c d m a 是f d m a 、t d m a 、c d m a 三种多址方式中唯一可以方便而充分地利 用语音激活技术的多址方式。c d m a 数字蜂窝移动通信系统的所有用户共享一个 无线频率，当某一个用户不讲话的时候，该用户的发射机不发或降低发射功率， 其他用户受到的干扰就相应地减少。f d m a 与1 d m a 在理论上也可以采用语音激 活技术，但作为无线电磁波的信源实现起来要复杂地多，主要原因在于作为 f d m a 的信道或t d m a 的时隙，需要有网络的低层机构进行动态控制，其结果必 然带来时间延迟和系统复杂性程度的增加，而c d m a 系统实现这种功能相对简单 的多 北京邮电大学硕士学位论文第二章w c d m a 系统概述 2 3 5 特有的分集技术 在c d m a 系统中，由于采用了扩频技术进行宽带传输，使它具有了频率分集 及路径分集的特性。频率分集是当信号具有选频特性时，对c d m a 系统的信息传 输影响较小。路径分集是通过使用r a k e 接收解调并使用所有路径信号能量，将多 径信号分离出来并将不同路径相同信号进行叠加，从而不仅克服了多径衰落对移 动通信带来的不利影响，而且还等效增加了接收有用信号的功率【7 】。除此以外， c d m a 系统还采用空间分集及时间分集等技术，进一步提高了系统的性能。 2 3 6 与窄带系统共存 当c d m a 系统与窄带系统工作于同一频段时，由于c d m a 系统中采用了扩频 方式，并且以较低的功率发射，平均落到每个窄带系统带宽内的干扰信号功率很 小，尤其是宽带c d m a 系统对于窄带系统的影响可以忽略不计，窄带系统对于 c d m a g 统的干扰也许可以等效为“人为干扰”。由于c d m a 系统特有的抗干扰 能力，把这个干扰降低到了最低限度。这个干扰的存在只降低了c d m a 系统的容 量，不妨碍c d m a 系统的正常工作。c d m a 系统带宽越宽，两个系统共存时相互 之间的影响越小，反之越大。这给宽带c d m a 系统与窄带系统双模共存及由2 g 向3 g 平滑过渡提供了可能。 2 3 7 频率复用 在传统的a m p s 系统中，有效的频谱被分成大块并配置给系统中的每个蜂窝。 同信道频率是不能在相临蜂窝中使用以避免干扰。一个普通频率配置规划是n = 7 的复用模式，其中频谱被划分为7 大块，每一大块被配置给7 个蜂窝群中的一个。 相同的大块能够在下一个蜂窝群中大约相隔两个蜂窝群而被重新使用，并且通过 对基站进行扇区化而能够提高复用率。但是，由于复用因子的原因降低了每个蜂 窝的信道数量。在c d m a 移动通信系统的体制中，物理r f 信道能够在每个蜂窝 中复用，频率复用因子接近于1 。在宽带c d m a 中，每一个蜂窝都可以使用相同 的物理信道，但是同频干扰问题依然存在。 2 3 8 良好的保密性 c d m a 系统的体制本身就决定了它有良好的保密性。首先c d m a 系统采用扩 频技术就将发射信号的频谱扩展得很宽，从而将发射信号完全隐蔽在噪声和干扰 之中，不易被发现和接收；其次在通信过程中，各移动用户所使用的地址码各不 相同，在接收端只有在码字的码型和相位与之完全相同的情况下，设备才能接收 到相应的发送数据，对其他非相关设备来说上述信号只是一种噪声【1 】。所以 c d m a 系统可以防止有意或无意的窃取及监听，具有很好的保密特性。 北京邮电大学硕士学位论文第二章w c d m a 系统概述 2 3 9 发射功率低 由于c d m a 系统可以采用许多特有的技术来提高系统性能，大大降低了所要 求的发射功率，对运营商和设备提供商来说，节约了运营成本和生产成本；对广 大用户而言，电池体积的减小、移动台使用时间和寿命的延长以及电磁波辐射带 来影响的降低等各方面的改善有利于进一步培养良好、健康的使用习惯。 2 4w c d m a 切换技术 2 4 1 多径接收机和软切换 软切换是c d m a 核心技术之一，通过多径接收机实现。多径接收机也称为 梳状接收机，其中含有多路相关接收器( f i n g e r ) ，每一个相关接收器都可以独 立解调一路信号。 无线环境中的两个主要问题：多径效应和切换，都因有了多径接收机而得到 了很好的解决。当用户处于连接状态时，基站多径接收机的每一个相关器可以对 准接收一路多径信号。此时多径信号来自同一个u e ，每一路信号携带着相同信 息，多径导致了不同的传播路径时延t ，信号经过时延补偿后进行合并，获得分 集接收增益。通常w c d m a 基站可以支持最多8 个相关接收器，只要两路信号 间的时延大于一个码片周期( t c h i p - - 0 2 6 i t s ) ，理论上都可以被解调，在系统中可 以通过参数控制解调的多径数量。 注：码片速率为3 8 4 m c h i p s s ，所以一个码片周期是0 2 6 1 上! s 。 下行情况下，l i e 同样可解调来自同一基站的多径信号，当用户移动至小区 边缘时，这时，多径接收机所解调的信号不仅来自当前的服务小区，还可能来着 其他小区或其他基站，接收机只看信号的能量，依据信号的能力大小排序，每一 个相关接收器负责解调一路信号，然后进行分集合并，实现软切换。 在l i e 接收机中，有一个相关接收器是用来专门搜索其他小区导频的。假如 u e 当前不处于软切换状态，当搜索到邻小区导频大于设定的门限值时，它就会 发消息给系统，申请把该小区加入激活集【8 】。一旦该请求被获准，u e 便把该小 区加入其激活集，这就意味着一个接收机相关接收器被指配于解调这一新增小区 的链路这时l i e 进入了两路软切换状态。这时在下行方向，u e 同时接收发自 两个链路的相同信息，因此占用基站的硬件资源( 如下行功率资源和o v s f 码资 源) ，u e 获得宏分集增益，改善接收效果。在上行方向，u e 发出的信息，被两 个小区同时接收，这时的宏分集接收同样改善接收效果。w c d m a 的u e 一般可 以支持6 个相关接收器，一个用于搜索，其余的可以最多同时解调5 路信号。软 切换大大改变了小区边缘的通信可靠度，但对基站的资源有一定的消耗 北京邮电大学硕士学位论文 第二章w c d m a 系统概述 2 4 2 切换控制 切换控制确保u e 移动到其他小区( 系统) 后，能够继续得到服务，以保证 q o s 。分为软切换、硬切换、前向切换和系统间切换。软切换又分为更软切换和 软切换。硬切换包含同频硬切换( 没有i u r 接口的两个r n c 间的硬切换) 、异频硬 切换( 手机在不同频率问的切换1 。 软切换是指当移动台开始与一个新的基站联系时，并不立即中断与原基站之 间的通信。只能运用于具有相同频率的c d m a 信道之间。软切换与更软切换的 区别在于：更软切换发生在同一n o d eb 里，分集信号在n o d eb 做最大增益比 合并；软切换发生在两个n o d eb 之间，信号在k n c 做选择合并。 当邻近小区属于异频小区时不能进行软切换，这时可以进行硬切换。硬切换 过程就是先中断原来小区的通信，然后再从新的小区接进来，因此它的性能不如 软切换，所以一般在不能进行软切换的时候才会考虑硬切换。 r r c 连接移动性管理中，前向切换是其中的一部分。前向切换分为小区更 新和u r a 更新，主要用于当l i e 位置发生改变时及时更新u t r a n 关于u e 的 信息，还可以监视r r c 的连接、切换r r c 的连接状态，另外还有错误通报和传 递信息的作用。管是小区更新还是u r a 更新，新过程均由u e 主动发起的。 w c d m a 支持u e 在u 1 1 认n 和现存系统( g s m g p r s ) 之间进行切换，可 以分为网络控制下的切换和u e 的小区重选二种情况，它们各自又可分为入 u t r a n 和出u t r a n 两种情况。 切换由测量、判决和执行三步组成。测量主要由u e 完成，包括测量控制、 测量的执行与结果的处理和测量报告。判决主要由r n c 完成，以测量为基础， 申请与分配资源。执行由r n c n o d eb a j e 共同完成。 2 4 3 软切换 在w c d m a 中，由于相邻小区存在同频的情况，l y e 可以通过多条无线链路 与网络进行通信，在多条无线链路进行合并的时候，通过比较，选取信号好的一 个，从而能够优化通信质量。软切换是c d m a 系统特有的，只能发生在同频小 区间的切换。切换过程中先建立目标小区的链路，后中断原小区的链路，可以避 免通话的“缝隙”。软切换会比硬切换占有更多的系统资源，但是软切换增益可 以有效的增加系统的容量。 软切换中的一个重要问题就是多条无线链路的合并，w c d m a 中使用宏分 集技术对无线链路进行合并，就是根据一定的标准( 如误码率) 对来自不同的无 线链路的数据进行比较，选取质量较好的数据进行发送。下行进行最大比合并 r a k e 合并，上行进行选择合并，当进行软切换的两个小区属于同一个n o d e b 时，上行可以进行最大比合并，此时成为更软切换【9 】。由于最大比合并可以比 北京邮电大学硕士学位论文第二章w c d m a 系统概述 选择合并获得更大的增益，在切换的方案中更软切换优先。 在软切换过程中，关于邻近小区有几个重要概念： l 、激活集 u e 用来发送用户信息的所有小区的集合，激活集里的小区必须位于邻区列 表中【1 0 】。软切换的执行结果就表现在激活集里的小区的增加和减少。 2 )监视集 邻区列表中非激活集的小区的集合。u e 对监视集中的小区进行测量，当测 量结果符合一定的条件时，这些小区可能被加入激活集，所以有时也称为候选集。 3 )检测集 不在邻区列表中，但u e 进行小区测量，进入上报门限的小区。检查是否需 要新增小区。 根据小区之间位置的不同，软切换可以分为以下几种情况： 1 )n o d e b 内不同小区之间 图2 - 4n o d e b 内不同小区之间切换 这种情况，无线链路可以在n o d eb 内也可以到s r n c 再进行合并，如果在 n o d eb 内部就完成了合并我们称之为更软切换。 2 )同一个r n c 内，不同n o d e b 之间 北京邮电大学硕士学位论文 第二章w c d m a 系统概述 图2 - 5 同一个g n c 内，不同n o d e b 之间切凌 3 1 不同r n c 之间 图2 - 6 不同r n c 之同切换 软切换过程可以分为以下几个步骤： 1 1u e 根据r n c 给的测量控制信息，对同频的邻近小区进行测量，测 量结果经过处理后上报给r n c 。 2 1r n c 对上报的测量结果和设定的阈值进行比较，确定哪些小区应该 增加，哪些应该删除。 如果有小区需要增加先通知n o d eb 准备好。 钔r n c 通过激活集更新消息通知u e 增加或删除小区。 5 )在u e 成功进行了激活集更新后，如果删除了小区则通知n o d eb 释 放相应的资源。 北京邮电大学硕士学位论文 在进行软切换的过程中，原来的通信不受影响，所以能够完成从一个小区到 另一个小区的平滑切换。 2 4 4 更软切换 如果u e 处于一个基站下的不同小区，这时的软切换称为更软切换。软切换 和更软切换是相对系统而言的，在系统中实现方式不同，对于u e ，两者并无差 别。更软切换涉及的小区处于同一基站之下，切换相关的信号处理在同一个信道 单元内完成，不消耗基站额外的信道单元。更软切换的宏分集处理以最大比合并 的方式在基站内完成，而软切换的宏分集处理在r n c 完成，即r n c 从l u b 和l u r ( 跨r n c 情形) 接口收到的帧中，根据质量标准进行选择合并。软切换和更软 切换均消耗基站的下行功率和o v s f 码资源，带来下行干扰，降低容量。在上行 软切换和更软切换总是改善接收，增加容量。 2 4 5 硬切换 当邻近小区属于异频小区时，不能进行软切换，这时可以进行硬切换。硬切 换过程就是先中断跟原来小区的通信，然后再从新的小区接进来，因此它的性能 不如软切换，所以一般在不能进行软切换的时候才会考虑硬切换。硬切换的目标 小区可以没有经过测量，适合于紧急情况下的硬切换，失败率较高。更常见的硬 切换，同样也要对目标小区先进行测量，但