（通信与信息系统专业论文）wcdma无线网络容量与覆盖问题分析.pdf

重庆邮电大学硕士论文摘要 摘要 随着3 g 时代的来临，用户无线通信的业务量和各种业务的质量要求 也越来越高，业务质量很大程度由无线接入网的性能决定的，而无线网络 规划的好坏对无线接入网的性能有非常重要的作用，所以无线网络规划在 整个3 g 的商用中占有非常重要的地位。然而，3 g 所提供的服务的多样性 和3 g 系统的复杂性使得w c d m a 的网络规划更加具有挑战性，分析更加 困难。 w c d m a 是一个自干扰系统，与g s m 系统不同的是，它的容量和覆盖两 者是相互关联，相互制约的，存在着此消彼长的关系，当一个小区的业务 量越大，小区面积就越小；反之，当业务量变小的时候，小区的覆盖则相 应的变大。所以与g s m 的系统相比，在进行w c d m a 的网络规划的时候， 容量和覆盖的规划就更加复杂，更加具有挑战性。因此容量和覆盖问题是 无线网络规划中的一个不可回避的重要问题，如何平衡无线网络规划中面 临的容量和覆盖关系是无线网络规划工程师所必须处理的一个问题。所以 具有一定的研究价值，本文根据3 g p p 规范，对w c d m a 的容量和覆盖问题 做了深入的研究，首先介绍了w c d m a 的基本原理和无线网络规划的基础理 论，然后对c w 测试、传播模型校正和覆盖预算进行了研究。对于容量问 题，首先进行了单一业务的上下行容量的理论分析，并做了仿真。上行链 路分析了容量和干扰因子的关系，当干扰因子增大的时候，小区容量下降； 在同样的干扰因子情况下，用户的移动速度越大，容量下降的速率越大； 下行链路分析了容量和正交因子的关系，当正交因子越大的时候，小区容 量越小；正交因子越小，小区的容量越大：同时，在同样的干扰因子情况 下，移动用户的速度越大，下降的速率越大。最后我对容量和覆盖的关系 做了理论分析，论证了容量和覆盖两者之间的此消彼涨的关系，然后用 m o n t e c a r l o 方法进行了仿真，仿真结果证明当一个小区的容量增大的时 候，覆盖也就相应的变小，当小区的用户减少的时候，覆盖范围相应的增 大。该论文的研究结果提出了w c d m a 网络规划的建议，对将来的网络建设 有一定的借鉴价值。 关键词：容量，覆盖，传播模型，蒙特卡洛仿真。 重庆邮电大学硕士论文 摘要 a b s t r a c t a st h ee r ao f3 ga p p r o a c hu s ，m o b i l en e t w o r ks u b s c r i b e r sh a v eh i g h e r e x p e c t a t i o n so nm o b i l ec o m m u n i c a t i o n sn e t w o r kw h i l ee n j e y i n gt h ea b u n d a n t s e r v i c ep r o v i d e d t h e r eh a v eb e e ni n c r e a s i n gd e m a n d sf o rv a r i o u ss e r v i c e t y p e s t h es e r v i c eq u a l i t yo fam o b i l ec o m m u n i c a t i o n sn e t w o r ki sd i c t a t e db y t h er a d i on e t w o r kq u a l i t y ，t h er a d i ol i n kq u a l i t yh a sad i r e c ti n f l u e n c eo nt h e p e r f o r m a n c eo fm o b i l en e t w o r k ，t h e r e f o r er a d i on e t w o r kp l a n n i n gb e c o m e s m o r ei m p o r t a n t t h ev a r i e t yo fs e r v i c ea n dt h ec o m p l e x i t yo ft h en e t w o r k s y s t e mh a sm a d et h er a d i on e t w o r kp l a n n i n go fw c d m as y s t e mm o r e c h a l l e n g i n g ，a n da c c u r a t en e t w o r kp l a n n i n gh a sb e c o m em o r ed i f f i c u l t t h ew c d m a s y s t e mi so fi n t e r f e r e n c er e s t r i c t i o n i t sc o v e r a g ed e p e n d s o nm a x i m u mt r a n s m i tp o w e ra n dc a p a c i t y h o w e v e rt h eg s mc a p a c i t yi s m a i n l ya f f e c t e db yf r e q u e n c yr e s o u r c e sa n df r e q u e n c yr e u s et e c h n o l g y t h e p r e s e n tt h e s i si n t r o d u c e st h ec o v e r a g ea n dc a p a c i t yp l a n n i n gf o rw c d m a ，a s d e f i n e di n3 g p p t h ec o v e r a g ea n dc a p a c i t yi sai m p o r t a n tp r o b l e mi nr n p t h e r e f o r e ，i ti sam u s tt of u l l yc o n s i d e ri n t e r r e l a t i o nb e t w e e nc o v e r a g ea n d c a p a c i t yt od e s i g nr e q u i r e ds y s t e mp e r f o r m a n c ei n d i c e sd u r i n gw c d m a r a d i o d e s i g n h o wt ob a l a n c et h ew i r e l e s sn e t w o r kp l a n n i n gt h ec o v e r a g ea n d c a p a c i t yo fw i r e l e s sn e t w o r k si sap r o b l e mt h a tr n pe n g i n e e r sm u s td e a lw i t h s oh a v es o m er e s e a r c hv a l u e t h i st h e s i si n t r o d u c e dt h et h e o r yo ft h ew c d m as y s t e ma n dt h er n p , t h e nc wt e s tp r o p a g a t i o nm o d e lc a l i b r a t i o na n dc o v e r a g eo ft h eb u d g e tf o r r e s e a r c h f o rc a p a c i t y ，t h ef i r s tf o ras i n g l eb u s i n e s sd o w n l i n kc a p a c i t yo ft h e t h e o r e t i c a la n a l y s i s ，a n dh a sd o n eas i m u l a t i o n u p l i n ka n a l y s i so ft h e c a p a c i t yf a c t o ra n d t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ni n t e r f e r e n c e ，t h ei n t e r f e r e n c e f a c t o ri n c r e a s e s ，t h ed i s t r i c tr e d u c e dc a p a c i t y ；t h es a m ef a c t o ro fd i s t u r b a n c e ， m o b i l eu s e r sg r e a t e rs p e e d ，c a p a c i t yd e c l i n e da tar a t eg r e a t e r ；a n a l y s i so ft h e d o w n l i n kc a p a c i t ya n do r t h o g o n a lf a c t o r , t h eg r e a t e rw h e nt h eo r t h o g o n a l f a c t o r , t h es m a l l e rt h ec a p a c i t yo fd i s t r i c t ；o r t h o g o n a lf a c t o ri s ，t h eg r e a t e rt h e c a p a c i t yo ft h ed i s t r i c t ；a tt h es a m et i m e ，t h es a m ei n t e r f e r e n c ef a c t o ro f m o b i l eu s e r sg r e a t e rs p e e d ，t h eg r e a t e rt h er a t eo fd e c l i n e f i n a l l yir i g h t c a p a c i t ya n dc o v e r a g eo ft h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h et h e o r e t i c a la n a l y s i s d e m o n s t r a t e dt h a tt h ec a p a c i t ya n dc o v e r a g eb e t w e e nt h et w ot h i si si n d i c a t i v e 重庆邮电大学硕士论文 摘要 o ft h ec h a n g ei nt h er e l a t i o n s h i pt h e nm o n t e - c a r l os i m u l a t i o nm e t h o d ， s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o waq u a r t e rw h e nc a p a c i t yi n c r e a s e s ，t h ec o r r e s p o n d i n g c o v e r a g ew i l lb e c o m es m a l l e r ，w h e nu s e r sn e i g h b o r h o o dd e c l i n e ，t h e c o r r e s p o n d i n gc o v e r a g eo ft h ei n c r e a s e t h ep a p e r sf i n d i n g st os o m ee x t e n ti n t h ep l a n n i n go ft h ep r o p o s e dw c d m an e t w o r kf o rt h ef u t u r ec o n s t r u c t i o no f t h en e t w o r kc a nb eu s e da sf e f e r e n c ev a l u e s k e yw o r d s ：c o v e r a g e ，c a p a c i t y ，p r o p a g a t i o nm o d e l ，m o n t e c a r l os i m u l a t i o n h i 独创性声明 本人声明所呈交的学位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。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重废 邮电太堂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谢 意。 学位论文作者签名：闭明 签字日期：2 0 0 7 年4 月2 3 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重庆邮血太堂有关保留、使用学位论 文的规定，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， 允许论文被查阅和借阅。本人授权重废邮曳太堂可以将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：闰日只 导师签名：鸯i 签字日期： 2 0 0 7年4月2 6日签字日期： 9 年月。甲日 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 移动通信发展至今，主要走过了三代。经历了从模拟到数字，从语音 交换到分组交换，从f d m a 、t d m a 到c d m a ，从提供单一的语音业务到提供 基于分组交换的数字综合业务的历程。目前，在第三代移动通信中占有重 要地位的w c d m a 正处于商用阶段，成为近年来通信界关注的重点。这一全 新的移动通信技术与传统的g s m 网络有着本质的不同，使得w c d m a 的系统 设计比g s m 更加复杂，需要考虑更多的因素。 一个新的无线通信技术的发展，首先必须解决的是容量和覆盖的问 题，这样才能满足用户能接入网络，享受服务。但是由于w c d m a 系统的特 殊性，容量和覆盖的联系更加紧密。对于在w c d m a 网络建设中占有重要地 位的无线网络规划，与g s m 也有本质上的不同，由于存在小区呼吸、远近 效应、上下行链路不均衡等等因素，使得w c d m a 网络规划比g s m 的无线网 络规划更加复杂，更加具有挑战性。在g s m 网络规划中，容量和覆盖是分 开考虑的，两者之间没有太大的联系，然而在w c d m a 无线网络规划中，容 量和覆盖是个此消彼涨的关系，如何在w c d m a 网络规划中很好的平衡两者 之间的关系，如何在网络建设好之后的后期优化中很好的扩容而又不使覆 盖受到影响，是近年来w c d m a 无线网络规划研究的重点，也是无线网络规 划工程师不得不面临的一个课题。 综上所述，w c d m 系统容量和覆盖的研究具有十分重要的理论价值，本 文从无线网络规划这个角度出发，对w c d m a 系统中容量和覆盖进行分析和 讨论，同时用蒙特卡洛仿真对理论研究成果进行了验证。 1 2 研究内容 本文结合现代通信技术，重要研究和讨论了w c d m a 无线网络规划中存 在的容量和覆盖的问题。w c d m a 网络规划的目标就是在覆盖、容量两个方 面找到最佳的解决方案。本文从无线通信网络规划这一特殊角度出发，通 过对w c d m a 网络的负载因子、干扰余量的分析计算，阐述了3 g 移动通信 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 系统中通信容量与覆盖范围两者之间的关系，并给出了计算机模拟的结 果。 1 3 论文结构 本文共分六章，各章的内容安排如下： 第一章对容量和覆盖方面的研究背景做了分析，阐明了w c d m a 容量 和覆盖问题的分析研究具有十分重要的理论价值，同时对研究的内容做了 概述，使读者对论文有一个初步了解。 第二章介绍了w c d m a 系统的网络结构、u t r a n 接口、w c d m a 无 线网络规划基础理论，这些都是进行容量和覆盖分析的理论基础，所以有 必要在进行容量和覆盖问题分析之前提出来。 第三章研究覆盖问题，首先介绍了传播模型校正的原理，然后利用华 为的路测系统对深圳试验网进行了c w 测试，校正了该地区的传播模型， 进行了链路预算，对覆盖进行分析。 第四章对容量问题进行了分析，对上行链路的干扰因子对容量的影响 做了仿真，下行链路的正交因子与容量的关系做了仿真。得出结论为：当 上行链路的干扰因子增大的时候，小区容量变小；在同样的干扰因子的情 况下，移动台的速度越大，小区的容量下降越快。在下行链路，正交因子 越大的时候，小区容量越小，反之小区容量越大，在同样正交因子情况下， 移动台的速度越大，小区容量越小。 第五章对容量和覆盖的关系进行了分析，说明了干扰余量在容量和覆 盖之间的桥梁作用与容量和覆盖之间的此消彼涨的关系，分析了负载因子 对容量的影响，同时利用m o n t o c a l o 仿真对之间关系进行了验证。 第六章对全文做了总结，同时对未来的工作进行了展望。 2 重庆邮电大学硕士论文第二章w c d m a 简介 第二章w c d m a 简介 2 1w c d m a 系统结构 w c d m a 系统采用了与第二代移动通信系统类似的核心网络结构( c o r e n e t w o r k ，c n ) 。其中无线接入网络用于处理所有与无线有关的功能，而c n 处理w c d m a 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 、c n 与用户设备( u s e r e q u i p m e n t ，u e ) 一起构成了整个w c d m a 系统。 2 1 1w c d m a 网络单元结构 w c d m a 网络单元构成如下图所示。 ： l n o d e e k r i 研 ! 网 ，啦。 。e 卜，曹 嚣 t 一 1 r _ 1 1 1 竺 _ 木竺? s 卜、 e b r n ： m ih _ _ r i w c d a 网络单元构成 系统网络构成示意图中可以看出，w c d m a 系统的网络单元包 括如分： u u s e re u i m e n t ) 户终端设备，它通过u u 接口与网络设备进行数据交互，为用 户提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、internet应用(如e-mail、www浏览、ftp等)。ue包括舵和 us两部分：me(the m o b l ee q u p m e n t ) ，提供应用和服务，u s i m ( t h eu m s u b c r i b e rw o d l e ) ，提供用户身份识别。3 重庆邮电大学硕士论文第二章w c d m a 简介 n o d eb n o d e b 是w c d m a 系统的基站( 即无线收发信机) ，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。 r n c ( r a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r ) r n c 是无线网络控制器，主要完成：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；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。 r n c 通常通过i u 接口与电路域( m s c ) 和分组域( s g s n ) 以及广播域 ( b c ) 相连，在移动台和u t r a n 之间的无线资源控制( r r c ) 协议在此终 止。它在逻辑上对应g s m 网络中的基站控制器( b s c ) 。控制n o d eb 的r n c 称为该n o d eb 的控制r n c ( c r n c ) ，c r n c 负责对其控制的小区的无线资源 进行管理。如果在一个移动台与u t r a n 的连接中用到了超过一个r n s 的无 线资源，那么这些涉及的r n s 可以分为服务r n s ( s r n s ) 和漂移r n s ( d r n s ) 。 服务r n s ( s r n s ) 管理u e 和u t r a n 之间的无线连接，它是对应于该u e 的 i u 接口( u u 接口) 的终止点。无线接入承载的参数映射到传输信道的参 数，是否进行越区切换，开环功率控制等基本的无线资源管理都是由s r n s 中的s r n c ( 服务r n c ) 来完成的。一个与u t r a n 相连的u e 有且只能有一 个s r n c 。漂移r n s ( d r n s ) 是指除了s r n s 以外，u e 所用到的r n s 称为d r n s 。 其对应的r n c 则是d r n c 。一个用户可以没有，也可以有一个或多个d r n s 。 通常在实际的r n c 中包含了所有c r n c 、s r n c 和d r n c 的功能。 c n ( c o r e n e t w o r k ) c n 即核心网络，负责与其他网络的连接和对u e 的通信和管理。在 w c m d a 系统中，不同协议版本的核心网设备有所区别。从总体上来说，r 9 9 版本的核心网分为电路域和分组域两大块，r 4 版本的核心网也一样，只是 把r 9 9 电路域中的m s c 的功能改由两个独立的实体：m s cs e r v e r 和m g w 来 实现。r 5 版本的核心网相对r 4 来说增加了一个i p 多媒体域，其他的与 r 4 基本一样。r 9 9 版本核心网的主要功能实体如下： 1 ) m s c v l r m s c v l r 是w c d m a 核心网c s 域功能节点，它通过i u - c s 接口与u t r a n 4 重庆邮电大学硕士论文 第二章) f c d m a 简介 相连，通过p s t n i s d n 接口与外部网络( p s t n 、i s d n 等) 相连，通过c d 接口与h l r a u c 相连，通过e 接口与其它m s c v l r 、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 接口与s g s n 相连。m s c v l r 的主要功能 是提供c s 域的呼叫控制、移动性管理、鉴权和加密等功能。 2 ) g 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 i 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。它的主要功能是完成 v m s c 功能中的呼入呼叫的路由功能及与固定网等外部网络的网间结算功 能。 3 ) s g s n ( 服务g p r s 支持节点) s g s n 是w c d m a 核心网p s 域功能节点，它通过i u - p s 接口与u t r a n 相 连，通过g n g p 接口与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c a p 接口与s c p 相连，通过g d 接口与s m c 相连，通 过g a 接口与c g 相连，通过g n g 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 ) g g s n g g s n ( 网关g p r s 支持节点) 是w c d m a 核心网p s 域功能节点，通过g n g p 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 r n 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i p 分组网络的接口功能，g g s n 需要提供u 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i p 的路由器，需要同外部网络交换路由信息。 5 ) h l r h l r ( 归属位置寄存器) 是w c d m a 核心网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。 2 1 2u t r a n 基本结构与协议模型 u t r a n 接口概述 u t r a n 包含一个或几个无线网络子系统( r n s ) 。一个r n s 由一个无线网 络控制器( r n c ) 和一个或多个基站( n o d e b ) 组成。r n c 与c n 之间的接口是 5 重庆邮电大学硕士论文第二章w c d m a 简介 i u 接口，n o d e b 和r n c 通过i u b 接口连接。在u t r a n 内部，无线网络控制器 ( r n c ) 之间通过i u r 互联，i u r 可以通过r n c 之间的直接物理连接或通过传 输网连接。 l ，： 图2 2u t r a n 的结构系统接口 u t r a n 主要有如下接口： c u 接口 c u 接口是u s i m 卡和m e 之间的电气接口，c u 接口采用标准接口； u u 接口 u u 接口是w c d m a 的无线接口。u e 通过u u 接口接入到u m t s 系统的固定网 络部分，可以说u u 接口是u m t s 系统中最重要的开放接口； i u r 接口 f u r 接口是连接r n c 之间的接口，i u r 接口是u m t s 系统特有的接口，用于 对r a n 中移动台的移动管理。比如在不同的r n c 之间进行软切换时，移动 台所有数据都是通过l u r 接口从正在工作的r n c 传到候选r n c 。f u r 是开 放的标准接口； l u b 接口 l u b 接口是连接n o d e b 与r n c 的接口，i u b 接口也是一个开放的标准接口。 这也使通过l u b 接口相连接的r n c 与n o d eb 可以分别由不同的设备制造 商提供； l u 接口 i u 接口是连接u t r a n 和c n 的接口。类似于g s m 系统的a 接口和g b 接口。 i u 接口是一个开放的标准接口。这也使通过i u 接口相连接的u t r a n 与c n 可以分别由不同的设备制造商提供。i u 接口可以分为电路域的i u - c s 接 口和分组域的i u - p s 接口。 ( 参u t r a n 协议模型简介 6 重庆邮电大学硕士论文第二章w c d m a 简介 上面的一节中，概述了u t r a n 接口和他们的作用，这一节，我将介绍 u t r a n 的通用协议结构，这对于了解w c d m a 系统有一定的帮助作用。u t r a n 各个接口的协议结构是按照一个通用的协议模型设计的。设计的原则是层 和面在逻辑上是相互独立的。如果需要，可以修改协议结构的一部分而无 需改变其他部分，如图2 3 所示。 无线网 控制平面用户平面 络层 应用协议 数据流 _ 传输网 传输嘲络 传输网络控制面 传籀网络 用，一面用，面 络层 i a l c - a a p ( s ) i 1r 信令承载信蟊载 数据承载 - ，- 物理层 图2 3u t r a n 接口的通用协议模型 从水平层来看，协议结构主要包含两层：无线网络层和传输网络层。 所有与陆地无线接入网有关的协议都包含在无线网络层，传输网络层是指 被u t r a n 所选用的标准的传输技术，与u t r a n 的特定的功能无关。 从垂直平面来看，包括控制面和用户面。控制面包括应用协议( i u 接 口中的r a n a p ，i u r 接口中的r n s a p ，i u b 接口中的n b a p ) 及用于传输这些 应用协议的信令承载。应用协议用于建立到u e 的承载( 例如在i u 中的无 线接入承载及在l u r 、i u b 中无线链路) ，而这些应用协议的信令承载与 接入链路控制协议( a l c a p ) 的信令承载可以一样也可以不一样，它通过 o & m 操作建立。用户面包括数据流和用于承载这些数据流的数据承载。用 户发送和接收的所有信息( 例如话音和数据) 是通过用户面来进行传输的。 传输网络控制面在控制面和用户面之间，只在传输层，不包括任何无线网 络控制平面的信息。它包括a l c a p 协议( 接入链路控制协议) 和a l c a p 所 需的信令承载。a l c a p 建立用于用户面的传输承载。引入传输网络控制面， 使得在无线网络层控制面的应用协议的完成与用户面的数据承载所选用 的技术无关。 在传输网络中，用户面中数据面的传输承载是这样建立的：在控制面 里的应用协议先进行信令处理，这一信令处理通过a l c a p 协议触发数据面 7 重庆邮电大学硕士论文第二章w c d m a 简介 的数据承载的建立。并非所有类型的数据承载的建立都需通过a l c a p 协议。 如果没有a l c a p 协议的信令处理，就无需传输网络控制面，而应用预先设 置好的数据承载。a l c a p 的信令承载与应用协议的信令承载可以一样也可 以不一样。a l c a p 的信令承载通常是通过o m 操作建立的。 在用户面里的数据承载和应用协议里的信令承载属于传输网络用户 面。在实时操作中，传输网络用户面的数据承载是由传输网络控制面直接 控制的，而建立应用协议的信令承载所需的控制操作属于o & m 操作。 综上所述，u t r a n 遵循以下原则： 信令面与数据面的分离； u t r a n c n 功能与传输层的分离，即无线网络层不依赖于特定的传输技 术； 宏分集( f d do n l y ) 完全由u t r a n 处理； 由于涉及到篇幅原因，本论文将不详细介绍各个接口的协议模型。 2 1 3w c d m a 物理层 无线接口的物理结构 在w c d m a 无线接口中，物理层是非常重要的一个过程，图2 4 显示了 u t r a n 无线接口与物理层有关的协议结构。物理层与层2 的m a c 子层和层 3 的r r c 子层相连。图中不同层子层间的圆圈部分为业务接入点( s a p s ) 。 物理层为m a c 层提供不同的传输信道。传输信道定义了信息是如何在无线 接口上进行传送的。m a c 层为层2 的无线链路控制( r l c ) 子层提供了不同的 逻辑信道。逻辑信道定义了所传送信息的类型。在w c d m a 中，物理信道在 物理层进行定义的，采用频分双工( f d d ) 。在f d d 模式，物理信道由码、 频率和上行链路的相关相位( i o ) 来确定。 层3 目。 毽 纂 迥 层1 图2 4 无线接口的物理结构 8 逻辑信道 传送信道 重庆邮电大学硕士论文 第二章w c i ) m a 简介 在发射端，来自m a c 和高层的数据流( 传输块传输块集) 到在无线 接口进行发射，要经过复用和信道编码、传输信道到物理信道的映射以及 物理信道的扩频和调制，形成无线接口的数据流在无线接口进行传输。在 接收端，则是一个逆向过程。 ( 萤传输信道 从上图可以看出的无线接口的物理结构可以看出。传输信道在物理层 和高层中间中起到了承上启下的作用。传输信道是指由物理层提供给高层 的服务。传输信道定义了在空中接口上数据传输的方式和特性。传输信 道一般分为两类：专用信道和公共信道。他们的主要区别在于公共信道是 由小区内的所有用户或一组用户共同分配使用的资源；而专用信道资源， 由特定频率上特定的编码确定，只能是单个用户专用的。 1 ) 专用传输信道 仅存在一种专用传输信道，即专用信道( d c h ) 。专用信道( d c h ) 是一 个上行或下行传输信道。d c h 在整个小区或小区内的某一部分使用波束赋 形的天线进行发射。 2 ) 公共传输信道 共有六类公共传输信道：b c h ，f a c h ，p c h ，r a c h ，c p c h 和d s c h 。 b c h 一广播信道 广播信道( b c h ) 是一个下行传输信道，用于广播系统或小区特定的信 息。b c h 总是在整个小区内发射，并且有一个单独的传输格式； e a c h - 前向接入信道 前向接入信道( f a c h ) 是一个下行传输信道。f a c h 在整个小区或小区内 某一部分使用波束赋形的天线进行发射。f a c h 使用慢速功控； p c h 一寻呼信道 寻呼信道( p c h ) 是一个下行传输信道。p c h 总是在整个小区内进行发 送。p c h 的发射与物理层产生的寻呼指示的发射是相随的，以支持有效 的睡眠模式程序： r a c h - 随机接入信道 随机接入信道( r a c h ) 是一个上行传输信道。r a c h 总是在整个小区内进 行接收。r a c h 的特性是带有碰撞冒险，使用开环功率控制； c p c h 一公共分组信道 公共分组信道( c p c h ) 是一个上行传输信道。c p c h 与一个下行链路的专 用信道相随。该专用信道用于提供上行链路c p c h 的功率控制和c p c h 9 重庆邮电大学硕士论文 第二章w c d m a 简介 控制命令( 例：紧急停止) 。c p c h 的特性是带有初始的碰撞冒险和使用 内环功率控制： d s c h - 下行共享信道 下行共享信道( d s c h ) 是一个被一些u e s 共享的下行传输信道。d s c h 与一 个或几个下行d c h 相随路。d s c h 使用波束赋形天线在整个小区内发射， 或在一部分小区内发射。 无线成帧过程 1 ) 上行链路 上行方向的业务是动态复用的，因此，除了零速率传输以外，数据流 是连续的。所有业务的d p d c h 符号都以相同的速率发送，这实际上是说， 业务编码和信道复用在某些情况下需要调整不同业务的相对符号速率，从 而平衡信道符号所需的功率。单个d p d c h 中不同业务的平衡操作可以按图 2 5 所示的速率匹配过程进行。上行链路d p d c h 中并没有将不同的位置留 给不同的业务，但是帧是按照速率匹配和交织的结果进行填充的。 图2 5 上行链路复用和信道编码过程 接收到上层的传输块之后的第一步操作是填加c r c ，它是用来在接收 端对传输块进行差错校验。插入c r c 的长度可以是0 、8 、1 2 、1 6 或2 4 比 特。加入的c r c 比特越多，接收端未检测出的差错概率就越小。物理层向 上层提供传输块和c r c 校验得到的错误指示。 填充c r c 之后，要对传输块进行级联或分割成不同的编码块。这取决 是否与信道编码方式确定使用的编码长度一致。由于编码器的尾比特的开 重庆邮电大学硕士论文 第二章w c d m a 简介 销较小，并且码块长度较长时的编码效率会提高，因此，级联会获得更好 的性能。另一方面，码块分割避免了过长的码块处理的复杂的过程。如果 填充了c r c 比特的传输块与最大可用码块的长度不一致，传输块会被分割 成几个码块。 经过级联和分割操作之后，码块要进行信道编码的操作。某些业务或 比特类并不需要信道编码，例如，a m r 的c 类比特。这种情况对编码块的 长度没有限制，因此在物理层并没有实际的编码操作。 无线帧均衡确保数据在多个l o m s 的无线帧传输时被分成相等的块。 无线帧均衡的实现方法是填加必要的比特数目，使每一个数据长度相等。 预计延时多于l o m s 时，需要进行第一次交织或帧闾交织。第一次交 织的长度规定为2 0 、4 0 、8 0 m s 。交织周期与时间间隔t t i 有直接的联系。 帧分割将第一次交织后的数据分布在与交织长度一致的2 个、4 个或 8 个连续帧内。速率匹配将发送的比特数与单个帧中可用的比特数匹配起 来，这是通过重复和打孔来实现。上行速率的速率匹配是可在帧之间变化 的动态操作。 高层提供了速率匹配属性这一半静态匹配参数来控制不同传输信道 之间的相对速率匹配，它用来计算复用到同一帧的几个传输信道的速率匹 配值。使用规定的方法并利用速率匹配属性和t f c i 信息，接收机可以计 算出使用的速率匹配参数并进行反操作。通过速率匹配属性，不同业务的 质量可以准确地到与所需符号功率相等的或近似相等。 传输帧复用操作将不同的传输帧复用在一起，它是帧之间简单地串行 复用。每个传输信道为复用提供l o m s 的数据块。当使用多个物理信道( 扩 频码) 时，要进行物理信道分割。该操作按作用的扩频码简单地将数据均 匀分割，因为目前还没有定义多码传输中扩频因子不同的情况；使用串行 复用意味着通过发送较少的码字多码传输可以实现比全速率低地传输速 率。 二次交织进行l o m s 的无线帧交织，有时也叫帧内交织。它使用3 0 列 交换交织器。当使用多码时，分别对每个物理信道进行二次交织将不起任 何作用。二次交织不起任何作用。二次交织的输出比特被映射到物理信道， 该阶段提供物理信道的比特数正好与这一帧发送使用的扩频因子相同。另 外，当传输的比特数为零时，物理信道则根本没有发射。 2 ) 下行链路复用 下行链路复用大体与上行链路相似，但一些具体的操作不同( 如图 2 6 ) 。 n 重庆邮电大学硕士论文 第二章w c d m a 简介 同上行链路一样，交织分帧问交织和帧内交织两次实现，速率匹配为 不同的业务平衡所需的信道符号能量。如果业务在终端或基站超出了单码 传输的容量，业务就必须映射到多个码上。 下行链路进行速率匹配和分割操作的顺序与上行链路不同，下行链路 使用固定或可变的比特位置确定d t x 指示地插入点。d t x 并不经过空中接 口的传输；它只通知使用固定或可变的比特位置，下行链路不需要象上行 链路那样以动态方式进行速率匹配，也不需要在使用d p d c h 传输时一定要 将整个帧填满。 固定速率意味着对于给定的传输信道通常使用相同的符号。如果实际 传输速率低于最大速率，这些符号将使用d t x 指示。不同传输信道的传输 信道不会影响其他信道的速率匹配值。使用固定的比特位置与可能使用的 盲速率检测有一定的关系。如果传输信道具有相同的d t x 指示比特插入位 置，即使其数据输率不同，也可只进行单独的信道译码操作，并且唯一需 要检测的工作就是确定与c r c 校验结果相匹配的输出块的位置。当然，不 同的速率要求有不同的符号数。 图2 6 下行链路复用和信道编码过程 d t x 指示的位置可变的情况则截然不同，因为某一业务不使用的信道 比特可能被另一个业务使用。当需要同时以全速率传输的信道合并在一 起，采用d t x 指示位置可变的方法非常使用，d t x 指示位置可变也同样适 用于全速率传输。d t x 指示位置可变时会减少下行链路占用扩频码的数目， 说明了可变位置与固定位置的概念。原理上使用可变位置也可实现盲速率 重庆邮电大学硕士论文 第二章w c d m a 简介 检测，但这在规范中没有要求。如果数据速率并不高，可同时选择数据速 率也不多，终端可对所用的组合进行信道译码，并且检测在那种情况下c r c 校验的结果是正确的。 2 2w c d m a 无线网络规划概述 上一节介绍了w c d m a 系统结构和物理层结构，由于本论文的研究重点 为容量和覆盖的关系，这是在无线网络规划的角度来考虑的，所以有必要 分析一下无线网络规划相关概念和理论。 2 2 1 无线网络规划流程 完整的无线网络规划过程如下图所示：包括确定网络目标、收集数据、 网络规模估算和仿真等几部分。 图2 7 无线网络规划流程 ( d 确定网络目标 在进行无线网络规划之前先要确定设计目标，需要确定的目标主要包 括所要覆盖的区域、每个区域所支持的业务类型、每个区域内每种业务所 要达到的覆盖率等。注意：在网络目标中，w c d m a 网络容量和覆盖的目标 是最重要的。由于w c d m a 网络规划的特殊性，系统容量和系统覆盖都与不 重庆邮电大学硕士论文 第二章氍d 姒简介 同的业务相关联。因此，在设定网络目标的时候，应该具体与每种业务相 对应。如确定不同业务的阻塞率要求，不同业务的覆盖比例要求，重点保 证什么业务等等。 ( d 收集数据 在进行实际的网络规划之前，必须收集大量信息，这些信息对网络建 设初期和后续网络发展的展望都有很重要的作用。需要收集的信息包括： 地理信息：包括地理环境信息和该地区的人文环境信息，和该地区的 将来的规划信息； 业务模型：应根据该地区的业务分部建立相应的业务模型，依据来源 于该地区的人口密度，收入水平，消费习惯，经济发展前景，固定电 话和移动电话的装机量，话务量； 可用站址信息：运营商可以使用的站址，例如可以使用的2 g 的站址信 息； 系统指标：包括设备灵敏度，标称发射功率，各种业务质量目标值， 天线参数，是否使用塔放等； 电波传播环境调查：干扰调查，现有话务密度调查； 电子地图：为适应不同应用环境有不同的精度，如密集城区使用5 m 的 精度地图，一般