WCDMA毕业论文.doc

兰州交通大学毕业设计（论文）摘 要在我国，目前已经拥有了全球最大的移动通信网和最大的移动用户数，移动用户的数量已经超过4亿，而且这个数字还将快速增长。现有的第二代移动通信系统无论是在频谱资源，还是在所能提供的业务方面，都已经不能满足移动通信用户的需求。本论文讨论的WCDMA是一项全球应用最广、最成熟的3G技术，论文从WCDMA的应用现状出发，首先介绍了3G标准的提出及其商用情况，并简要地阐述了研究WCDMA技术的意义。然后介绍了无线网络系统，重点分析了无线网络系统及3G网络的规划与设计方法。接着重点分析了WCDMA网络的规划的流程和注意事项以及需要重点考虑的因素，并阐述了WCDMA核心网络的规划与设计方法。最后本文在对3G的市场需求进行定性预测的基础上，结合兰州市的具体情况，分析了WCDMA网络规划时所需考虑的基本原则，提出在兰州市构建WCDMA核心网络的预规划方案。关键词：无线网络，网络规划，容量规划，核心网络 1兰州交通大学毕业设计（论文）ABSTRACTMobile subscribers rate of rise goes far beyond the fixed telephone users rate of rise in our country and even the world. At present already we had the global biggest migration communications network in our country and the biggest mobile subscriber number, and mobile subscribers quantity already approached four hundred million, moreover, this number also is growing fast. The existing second-generation mobile communication system regardless of is in the frequency spectrum resources or in the service aspect which can provide, all already could not satisfy the mobile communication service development demanded.Here what the paper discusses is the technology of WCDMA which is the most widely used and most mature of the third generation mobile communication technology.First,papers from the applications status of WCDMA, introduced the proposal and the 3G standard commercial conditions, and briefly explained the significance of WCDMA technology. Then introduced the wireless network system,and emphasis analyzed the planning and design methods of the Wireless Network System and 3G network. Then analyzed the WCDMA network planning process and key considerations and the need to take into account factors, And elaborated the planning and design methods of the WCDMA core network.And then，based on the qualitative forecast of 3G market and service and Lanzhous actual situation，then analysis the basic principles which should be considered in the WCDMAs network planning, and proposed the pre-planning of WCDMA core network in Lanzhou City.KEYWORDS: radio network，cover planning, capacity planning, core net目 录1 绪论11.1 课题背景11.2 WCDMA应用现状11.2.1 WCDMA标准的提出和商用情况11.2.2 研究WCDMA技术的意义31.3 本文研究的意义和完成的主要工作32 无线通信网络系统规划与设计42.1 无线通信网络系统介绍42.2 无线通信网络系统规划考虑的因素42.3 无线网络规划与设计、工程实施及工程优化的关系52.4 无线网络设计一般流程62.5 3G无线网络的规划与设计82.5.1 规划与设计的原则82.5.2 规划与设计的目标82.5.3 复杂性及成本考虑93 WCDMA系统规划与设计113.1 WCDMA系统介绍113.1.1 WCDMA系统的网络结构113.1.2 WCDMA的技术特点173.2 WCDMA无线通信网络规划与设计方法183.2.1 WCDMA网络规划与设计的原则183.2.2 需要考虑的因素193.2.3 网络规划与设计流程223.2.4 无线网规划的重点内容233.2.5 WCDMA无线网络规划的基本方法243.3 WCDMA系统核心网络规划与设计253.3.1 WCDMA版本介绍253.3.2 WCDMA系统的整体演进273.3.3 核心网络基本结构293.3.4 WCDMA核心网容灾策略364 WCDMA系统核心网络规划与设计应用实例394.1 兰州市WCDMA核心网络现状及需求分析394.1.1 兰州城市概况394.1.2 甘肃联通的业务现状394.1.3 2G3G共站址可行性分析404.2 兰州市WCDMA核心网络组网策略414.2.1 WCDMA核心网网元建设策略424.2.2 GSM网络升级策略434.2.3 GSMWCDMA网络互通策略434.3 兰州市WCDMA核心网组网方案444.3.1 兰州市WCDMA业务模型444.3.2 MSC-SERVER的设置方案444.3.3 MGW及GMSC-MGW的设置方案444.3.4 核心网建设方案454.3.5 电路域组网方案454.3.6 分组域网络建设46结 论49致 谢50参考文献511 绪论1.1 课题背景移动通信从20世纪80年代第一代模拟蜂窝移动通信开始，到90年代中期以GSM和CDMA为代表的第二代移动通信的大规模商用，再到本世纪初第三代移动通信开始投入商用，基本上是每10年商用一代新技术。目前全球范围内，模拟移动通信技术基本已经退出了历史舞台，第二代技术（包括二代半技术）占据了98%以上的移动通信市场。第三代移动通信已经步入了规模商用阶段，在今后10年间将是第三代移动通信和第二代移动通信长期并存发展的时期。第三代移动通信技术是在2000年由国际电信联盟（ITU）正式确定的，WCDMA技术标准是通过的第三代移动通信主流标准之一。WCDMA移动通信系统从2001年10月开始商用，经过近几年技术设备逐渐成熟的蛰伏期之后，开始在世界范围内逐步步入规模商用阶段。全球获得WCDMA运营许可的运营商有120多家，由于目前占据全球80%以上移动通信市场份额的GSM和TDMA运营商选择了WCDMA技术，所以WCDMA技术毫无疑问将成为占据未来移动通信主导地位的第三代移动通信技术。1.2 WCDMA应用现状WCDMA是3G技术中应用最为广泛的无线接入技术，拥有完善的产业链，同时技术演进和快速发展的终端市场也促进了WCDMA产业的发展。从3G 标准进展看，WCDMA 仍处于领先地位。从发展区域看，WCDMA发展热点正由亚太地区向欧洲转移，欧洲用户数已超过亚太地区。作为WCDMA技术发展的代表性国家，日本和韩国在WCDMA的发展和应用上起到了先锋作用。WCDMA标准是由第三代合作伙伴计划组织（3GPP）制订的，目前有R99、R4、R5三个版本完成定稿，正在进行R6版本的制订工作。1.2.1 WCDMA标准的提出和商用情况目前，国际上的主流3G标准主要有三种，即：WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA，具体提出时间如下1：（1）欧洲的UMTS（Universal Mobile Telecommunication System）标准。1998年1月，欧洲决定UMTS的空中接口标准为UTRA，即在对称频段（FDD）采用可变速率的WCDMA体制，在非对称频段（TDD）采用TD-CDMA体制，与GSM兼容。（2）北美的W-CDMA2000标准。由Lucent、Motorola、Qualcomm等公司提出，已由美国TIA制订称窄带CDMA IS-95的补充标准，称为IS-95C，与IS-95兼容。（3）中国的TD-SCDMA（Time Duplex Synchronous CDMA）标准。由中国RITT提出。以上方案都是由第二代应用的现状出发，力求第三代能与第二代后向兼容，使第二代能移植或演化到3G；尽量使3G能与第二代共享一部分资源，并减少不必要的干扰；尽量利用已有的成熟技术，不在大规模范围内调整参数，以加快研制开发周期。综观全球3G发展现状，3G技术正处于发展和完善阶段，从地域分布来看，西欧作为GSM的发源地也引领了WCDMA的发展潮流，其占据了100多个WCDMA商用网络的一半。其次是亚太地区，在这一地区也是三大3G标准碰撞最为激烈的市场，目前亚太地区有近40个WCDMA网络实现商用。到2006年5月，全球共有280多个3G网络商用，其中WCDMA网络108个（包括30多个HADPA网络）。从用户数来看，截至2006年5月底，全球WCDMA用户数已经超过6400万，而且WCDMA的用户数几乎是以每个月500万左右的速度在稳步增长。这标志着WCDMA的发展已经开始走上快车道，国内几大运营商也在积极争取3G牌照，并竞相开展WCDMA网络实验，为WCDMA运营做前期准备。2009年1月7日12：30，工信部为中国移动、中国电信和中国联通发放了3张第三代移动通信（3G）牌照。中国移动获得TD-SCDMA牌照，中国电信获得CDMA2000牌照，中国联通获得WCDMA牌照。这标志着我国正式进入3G时代，中国人终于迎来了期盼多年的移动互联网产业发展的崭新起点和全新机遇。2009年10月1日，中国联通宣布在285个城市开通WCDMA业务的正式商用。中国联通WCDMA网络在那时已经覆盖了全国335个城市，除西藏5个地市以外的全国地市级以上城市已基本覆盖。在3G发牌之初，中国电信推出的天翼一枝独秀。今年以来，消费者的选择在悄然发生变化。通过调查发现，我们看到愿意选择中国移动TD终端的为43.87%，居于首位，其后依次为中国电信的CDMA2000终端，为31.50%；中国联通的WCDMA终端，为24.63%。中国联通虽然略微滞后，与中国联通3G卡位大战起步较晚不无关系。但由于掌握最成熟，最完整的产业链，拥有最丰富的终端，所以，发展后劲不容小视，后来居上的可能性极大，为日后中国3G市场的份额争夺留下变数。尤其值得注意的是，iphone的市场引力正在发挥作用，特别是在拥有Wifi功能的iphone登陆中国之后，将给目前的3G格局带来巨大冲击。本文设计采用的标准是WCDMA。1.2.2 研究WCDMA技术的意义随着移动通信技术的飞速发展，传统的以话音和低速数据业务为主的第二代地面移动通信系统已逐渐不能满足人们的要求，而新兴的多媒体业务和数据业务，如Email、视频传输、文件下载等将成为移动通信中不可或缺的业务组成。第三代移动通信系统是一种能提供多种类型、高速数据传输、高质量的多媒体业务，能实现全球无缝覆盖，具有全球漫游能力，与固定网络相兼容，并以小型便携式终端在任何时候、任何地点进行不同种类的服务的通信系统1。在第三代移动通信系统的众多技术标准中，随着技术开发、标准制订的逐步深入，WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA已经逐渐成为主流。从当前移动通信用户的发展状况和3G 牌照情况分析，我们不难看出WCDMA技术在全球第三代移动通信标准中名列前茅，在全球移动通信市场上出于有利地位；从国内看，TD-SCDMA是由我国提出的并享有自主知识产权的制式，因而受到国家的重视。欧洲提出的WCDMA则是为了实现与GSM网络的兼容和从GSM的平滑过渡到3G系统而设计的。另外，我国3G测试结果也初步认为WCDMA技术在整体功能和稳定性方面的表现最为突出。因此，WCDMA对于我国是一个具有竞争力的实施标准23。1.3 本文研究的意义和完成的主要工作随着我国3G网络的全面部署，有关3G网络规划方法的研究受到了通信行业的普遍关注。预先做到完善的网络规划，是运营商在新一轮竞争格局中占据优势、取得有利地位、保持长远发展的必要准备。因此，本文作者在查阅了大量国内外相关文章、著作基础上，研究了WCDMA的无线网络规划方法，并运用此方法就兰州市进行WCDMA系统核心网的设计。本文重点研究WCDMA无线网络规划的相关方法和技术及在实际中的应用。首先介绍WCDMA系统的应用现状，并对WCDMA无线网络研究的意义进行相关说明；其次详细阐述无线网络通信系统的规划与设计的定义、重要性、特点、一般流程及与工程实施和工程优化的关系，同时对3G无线网络的规划与设计的原则、目标和需要考虑的因素进行分析；接着对WCDMA无线网络的系统结构、技术特点、规划与设计原则、规划与设计需要考虑的因素、规划与设计流程、设计方案以及核心网的规划与设计等进行详尽的论述；然后在以上论述的基础上结合兰州市的实际情况，设计出兰州市WCDMA网络核心网部分的规划与设计方案；论文最后总结全文，并分析了所做的工作的优缺点。2 无线通信网络系统规划与设计2.1 无线通信网络系统介绍 无线通信是利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式，近些年信息通信领域中，发展最快、应用最广的就是无线通信技术。无线技术给人们带来的影响是无可争议的，如今每一天大约有15万人成为新的无线用户，全球范围内的无线用户数量目前已经超过2亿。无线通信网络系统就是主要借助电磁波在自由空间的传播的传输机理来完成信息传输过程现代通信系统，它实现了由传统的有线通信网络系统到无线的转换，从而使通信双方的通信变得更加方便，同时也有效地节省了资源。当然，无线通信网络系统也有一些弊端，比如传输的可靠性比有线系统的差等。2.2 无线通信网络系统规划考虑的因素要想进行无线通信网络系统的规划，首先要明确以下内容。1.定义网络规划：网络规划就是根据业务规划（包括对业务需求的预测和对市场引导能力的预测）的结果、建网目标和网络发展，结合成本要求，选择合适的网元设备进行规划。最终输出网元数目、网元配置，确定网元间的连接方式，为下一步的工程实施提供依据。网络规划就是考虑如何以最小的代价，最大限度的实现业务规划的目标。2.重要性无线网络规划的目标就是在一定的成本和满足网络服务质量的前提下，建设一个容量和覆盖范围都尽可能大的无线网络，并能适应未来网络发展和扩容的要求。完整的移动通信网络建设包括：前期调研（可行性研究）、网络规划、工程实施和网络优化等阶段。网络规划是整个建设过程中的关键阶段，决定了系统的投资规模、确定了网络的基本框架和效果。合理的网络规划不仅节省网络的投资成本和建成后网络的运营成本，而且能提高网络的服务等级和用户的满意度。无线通信网络的性能受地形地貌、用户分布、用户移动性、业务类型等多种因素的影响，只有在规划设计阶段充分考虑网络的覆盖需求、容量需求、规划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、系统的接受灵敏度等性能参数，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的服务。网络规划是一项系统工程，从网络能力预测到工程详细设计，从网络性能测试到系统参数调整优化，从无线传播理论的研究到反馈设备指标分析，从网络的整体设计思想到每一个小区参数，都贯穿在了整个网络建设的全部过程。网络规划不仅能够解决电信运营商关心的系统的覆盖范围和系统的服务质量等问题，而且在解决无线频谱资源一定的情况下，增加网络容量、满足网络未来发展等的一系列问题。随着移动通信业务的快速增长，移动网络必须解决的是如何更进一步的提高网络的容量和增加业务的种类。只有对无线网络进行细致而精确的规划和优化，运营商才能充分发挥网络的性能。3.特点无线通信网络规划具有经验密集、技术密集、计算度密集的特点。为了得到优选的设计方案，就需要反复的设计和进行不断地调整。同时，还必须依靠计算机的辅助设计。在现阶段的无线网络的规划设计方法中，在具体建设方案实施前，常用静态仿真和动态仿真技术模拟网络的运行情况，比保证网络的建设方案是切实可行的。同时，无论是移动通信网络的建设初期还是后期的网络扩容时期，细致周密的网络规划对于网络的建设成本与运行质量都具有重要的意义。2.3 无线网络规划与设计、工程实施及工程优化的关系在无线网络的整个生命周期中，必须首先进行网络的规划、设计，再进行网络工程施工，因此，它们之间存在着必然的、紧密的联系。规划与设计是基础，工程施工是规划的细化和实现。一个完善、细致的规划，可以在充分利用网络投资的基础上，实现对网络性能的最优化、网络容量的最大化、最有效的投入产出比，为未来的发展留有空间。如果在无线网络规划与设计时考虑不周到，方案不完善，到工程实施阶段就会存在各种问题。因此，无线网络规划与设计阶段的工作对称，网络今后的工程实施、网络的服务质量和未来的收益等，都有极其重要的影响，其影响甚至可能延续相当长的时间。在网络竞争和用户发展竞争日趋激烈的今天，网络规划的完善与否，将会直接影响到3G网络运营商的成败2。工程竣工的优化是工程质量和通信效果的检验，是衡量工程是否达到设计要求的一个重要手段，通过网络优化对设计和工程中的不合理的部分进行修正，是工程能够达到与取得目标。在网络运营中，网络优化将针对用户分布变化引起的业务量变化、城建变化引起的电波传播变化，不断地进行测试和评估，以便对网络的资源及参数进行调整。同时，网络优化将对合理的网络架构进行继承，对粗线条的网络规划予以细化，对网络的潜力实施挖掘。不同的网络优化水平，会带来显著不同的网络服务性能，网络优化工作需要有经验的网络工程师，按特定的流程认真实施。综上所述，网络优化与规划设计紧密相连，合理的规划是后期工程优化的基础，是网络优化的重要前提。移动通信网是一个系统工程，精品网络需要控制好建设和运营的每一个环节。2.4 无线网络设计一般流程3G无线网络规划是针对需要规划的无线网络特性以及网络规划的需求，对可能的网络配置和网络设备数量进行估计，设定相应的工作参数和无线资源参数。在满足一定信号覆盖、系统容量和业务质量要求的前提下，使网络的工程成本最低。无线网络特性决定了网络规划的重点和难点。网络规划的需求包括运营商的要求、网络运行环境、无线业务需求等，其中，运营商的要求对无线网络规划具有指导意义。具体网络流程如图2.1所示。图2.1 无线网络规划一般流程NY确定当前网络发展规划数据收集网络预规划站址勘察、选择路测模型校正网络规划规划分析模拟分析符合要求输出报告在无线网络规划的流程中，确定当前网络的发展规划是网络规划的第一步，然后，根据需求完成相应的数据收集，再进行网络预规划，即对网络的规模进行规模预算，这样能为工程造价评估和网络应标提供依据。在确定了候选站址后，需要对每个候选站址做实地的勘察，选择合适的站址，勘察站址时所作的路测分析同时可用于校正传播模型。网络规划阶段通过设置工作参数和系统参数，实施预规划，预规划完成后通过规划分析和模型分析即可判断预规划是否符合最初的要求。如果不符合，则要进行重新规划，如此反复，直到满足要求为止。在规划结束后需要进行输出相应的报告，用于指导工程实施。工程实施的结果肯定会与规划结果有出入，因此，需要不断的修正规划结果。2.5 3G无线网络的规划与设计随着技术的不断成熟，3G网络的全面商用部署将进入实施阶段，3G无线网络的规划工作，即合理、经济地建设一个3G网络已成为业界亟需重视的问题之一，因此，下面将重点讨论3G网络规划的目标、流程和若干重点问题3。2.5.1 规划与设计的原则无线网络的规划主要遵循以下原则：（1）应坚持网络发展的原则，充分考虑远期发展，应对全网统一规划，并根据区域重要程度，考虑采用分步实施的建设方式。（2）应协调好无线覆盖、无线网络容量、网络质量以及投资效益之间的关系。确保网络建设的综合效益。（3）坚持以差异化策略指导网络规划与建设，无线网络的规划应尽量采用各种技术手段实现低成本的覆盖方案，确保工程建设投资和网络运营维护成本最小化。（4）无线网络的规划存在反复调整和与优化的过程。因此，在网络规划阶段，应随着基站站址的不断选择落实，通过反复进行无线网络的仿真和模拟对网络质量进行预优化，以使规划结果贴近实际情况，网络质量达到满意的效果。（5）在技术合理的前提下，应充分利用运营商现有的通信基础设施（包括机房、铁塔等），减少重复建设，降低建设运营成本。（6）对不同区域覆盖重点应根据实际用户的灵敏程度决定，结合重要的点（如著名旅游景点、重要乡镇）、线（如交通干线）、面（如城区、开发区、居民小区等）覆盖目标，最终达到完善的覆盖效果。（7）室内覆盖需要特别重视。特别对人员流动量大、话务集中的室内环境，应重点保证覆盖。（8）考虑网络规模、技术手段的未来发展和演进方向。尽量避免在后续工作中无线网络结构和基站整体布局发生巨大变化、大量网元设备跟换的情况4。2.5.2 规划与设计的目标从运营商的角度看，无限网络规划的目标如下：（1）综合建网成本最小：要合理规划基站的整体布局，满足一定时间和业务的需要。无线网络建设是伴随网络整个生命周期的。前期规划必须考虑后期发展的需求，降低综合建网的成本。例如在中心城区，站点获取成本是不断攀升的。采取合理的站间距策略，避免后期扩容中频繁的增加站点，可以有效地降低综合建网成本。（2）有限资源容量最大化：由于CDMA系统的容量受限于干扰，因此需要合理的规划，减少小区内和小区间的干扰，增大小区容量，是有限的硬件资源、频率资源容量最大化。（3）赢利业务覆盖最佳：运营的最终目的就是赢利。3G网络是多业务的网络，网络资源需要在业务之间进行分配。需要确定哪个是赢利业务及其覆盖质量的要求，进行小区半径和覆盖方案的规划。如果在3G网络初期，以高速速率业务作为目标进行规划，会导致大量资源浪费。（4）使关键业务的QoS最佳：关键业务是指可能短期不能赢利但具有发展前途的业务，比如数据业务。在保证赢利业务的同时，应充分考虑潜在的关键业务的质量问题。2.5.3 复杂性及成本考虑第三代移动通信系统与传统的第二代系统相比，业务、空中接口以及网络的复杂程度大大增加，业务从单纯的话音转向了多媒体。空中接口采用了码分多址方式，定义了服务质量保证机制，无线网络从电路承载方式转为基于分组方式，综合了多种先进的无线和网络技术，技术复杂程度和无线规划难度大大增加。3G无线网络复杂性表现为以下几方面：（1）3G移动通信系统是一个自干扰系统，其覆盖、容量和质量之间存在着此消彼长的关系。自干扰来源于频谱共享、多径传输、扩频码和扰码的不完全正交性以及不合理规划布局等。自干扰现象导致了系统的功率攀升和软容量等。（功率攀升就是上行噪声抬升随用户数增加而非线性增加，下行基站发射功率随用户数增加而非线性增加；CDMA系统的软容量特性表现在系统的容量不仅取决于硬件配置，而且取决于系统干扰水平，存在“小区呼吸”效应，系统的容量、覆盖、质量之间相互影响，需要在规划中予以权衡。）（2）3G系统支持多种业务，包括可变速率业务、高速数据分组业务、不对称业务、大容量和灵活的业务承载和混合业务。不同业务，速率不同，其覆盖与容量都不同。混合业务的不同比例和构成，使系统的容量也不同。（3）数据业务模型分析，3G系统可以提供丰富多彩的数据业务，合理确定无线数据业务模型对于合理确定无线网络的建设规模有着极大地影响，因此，数据业务模型的分析越来越重要。3G移动通信网络的规划目标具体包括：覆盖、容量、质量和成本控制目标。用于描述覆盖目标的指标主要有：业务质量、通信概率和软切换率。容量目标描述的是在系统建成后所能满足的话音用户数和数据用户数。该指标主要结合网络规模预测所提出的网络建议要求作出。质量目标包括：话音业务质量目标、数据业务质量目标。在保证满足覆盖、容量和质量目标的基础上，降低建设成本，节约开支是网络建设的重要目标之一。设定合理的成本目标，并在设计实施过程中实现它，这需要网络设计人员和工程实施人员为之不断的努力。3 WCDMA系统规划与设计3.1 WCDMA系统介绍WCDMA是一个宽带直扩码分多址(DS-CDMA)系统，即通过用户数据与由CDMA扩频码得来的伪随机比特相乘，从而把用户信息比特扩展到宽的带宽上去。系统中的多个用户同时工作于同一频段，靠码字相互正交，实现相互区分。直扩码分多址系统具有同频自干扰特性，需要有效的解决网络中的干扰问题才能完善网络覆盖，提高网络容量，改善业务质量。3.1.1 WCDMA系统的网络结构WCDMA系统是IMT-2000家族的一员，它由CN（核心网）、UTRAN（UMTS陆地无线接入网）和UE（用户装置）组成。UTRAN 和UE采用WCDMA无线接入技术。WCDMA网络在设计时遵循以下原则：（1）无线接入网与核心网功能尽量分离（即对无线资源的管理功能集中在无线接入网完成，而与业务和应用相关功能在核心网执行。）（2）无线接入网是连接移动用户和核心网的桥梁和纽带。其满足以下目标： 允许用户广泛访问电信业务，包括一些现在还没定义的业务，像多媒体和高速率数据业务。方便的提供与固定网络相似的高质量的业务（特别是话音质量）。方便的提供小的、容易使用的、低价的终端，它要有长的通话和待机时间。提供网络资源有效的使用方法（特别是无线频谱）。图3.1 WCDMA系统结构IuCNUTRANUEUu目前，WCDMA系统标准的R99版本已经基本稳定，其R4、R5和R6版本还在紧锣密鼓的制订中。WCDMA系统的网络结构如图3.1所示。WCDMA系统的CN（核心网）、UTRAN（无线接入网）和UE（用户装置）之间的接口不同，CN与UTRAN的接口定义为Iu接口，UTRAN与UE的接口定义为Uu接口。WCDMA网络结构的基本特点是核心网从GSM的核心网逐步演进和过渡，而无线接入网则是革命性的变化，完全不同于GSM的无线接入网，且业务是完全兼容GSM的业务，体现了业务的连续性5。1.无线接入网UTRAN包括许多通过Iu接口连接到CN的RNS（无线网络子系统）。一个RNS包括一个RNC（无线网络控制器）和一个或多个Node B。Node B通过Iub接口连接到RNC上，它支持FDD模式、TDD模式或双模。Node B包括一个或多个小区。UTRAN内部，RNS中的RNC能通过Iur接口交互信息, Iu接口和Iur接口是逻辑接口。Iur接口可以是RNC之间物理的直接相连或通过适当的传输网络实现。UTRAN结构如图3.2所示。IurIuCNRNCRNCIuNode BNode BIubIubNode BNode BIubIubRNSRNS图3.2 UTRAN结构其中：Iu、Iur、Iub接口分别为CN与RNS、RNC与RNC、RNC与Node B之间的接口。图3.3所示为UTRAN接口通用协议模型。此结构依据层间和平面间相互独立原则而建立。应用协议控制平面传输网络用户平面信令承载无线网络层传输网络层传输网络控制平面ALCAP（s）信令承载物理层用户平面数据流传输网络用户平面数据承载图3.3 UTRAN接口通用协议模型协议结构包括三层：无线网络层、传输网络层和物理层。所有UTRAN相关问题只与无线网络层有关，传输网络层只是UTRAN采用的标准化的传输技术，与UTRAN的特定的功能无关。物理层可用E1、T1、STM-1等数十种标准接口。 控制平面包括无线网络层的应用协议以及用于传输应用协议消息的信令承载。 在Iu接口的无线网络层是无线接入网应用协议（RANAP），它负责CN和RNS之间的信令交互。在Iur接口的无线网络层是无线网络子系统应用协议（RNSAP），它负责两个RNS之间的信令交互。在Iur接口的无线网络层是B节点协议（NBAP），它负责RNS内部的RNC与Node B之间的信令交互。 在传输网络层三个接口统一应用ATM传输技术，3GPP还建议了可支持七号信令的SCCP、MTP及IP等技术。应用协议在无线网络层建立承载，信令承载与ALCAP（接入链路控制应用协议）的信令承载可同可不同。信令承载由操作维护（O&M）建立，用户平面包括数据流和用于传输数据流的数据承载。数据流是各个接口规定的帧协议，传输网络控制平面只在传输层，它不包括任何无线网络控制平面的信息。它包括用户平面传输承载（数据承载）所需的ALCAP协议，还包括ALCAP所需的信令承载。传输网络控制平面的引入使得无线网络控制平面的应用协议完全独立于用户平面数据承载技术。用户平面的数据承载和应用协议的数据承载属于传输网络用户平面。 2.R99核心网为了第二代向第三代的平滑过渡和演进，目前R99核心网包括三个域，CS（电路交换）域、PS（分组交换）域和BC（广播）域，分别处理电路交换业务、分组交换业务和广播组播业务。R99核心网的CS域指GSM的核心网，PS域指GPRS的支持节点。CS域处理传统的电路交换业务，每次通信需占用占用的一些资源建立专用的一条链路，如语音业务；PS域处理分组交换业务，不需要建立专用链路，每个分组都自己找路由。R99核心网主要有以下一些设备： （1）移动业务交换中心(MSC)：对位于它管辖区域中的移动台进行控制、交换的功能实体。 （2）服务GPRS支持节点（SGSN）：执行移动性管理、安全管理和接入控制和路由选择等功能。 （3）网关GPRS支持节点（GGSN）：负责提供GPRS PLMN与外部分组数据网的接口，并提供必要的网间安全机制（如防火墙）。 （4）拜访位置寄存器(VLR)：MSC为所管辖区域中MS呼叫接续所需检索信息的数据库。VLR存储与呼叫处理有关的一些数据，例如用户的号码，所处区域的识别，向用户提供的业务等参数。 （5）归属位置寄存器(HLR)：管理部门用于移动用户管理的数据库。每个移动用户都应在其归属位置寄存器中注册登记。 （6）鉴权中心(AUC)：为认证移动用户的身份和产生相应鉴权参数的功能实体。 无线接入网分组域SGSNGGSNPSC/GPSNGPSN因特网PSTNUTRANHIR电路域另外，R99核心网还包括一些智能网设备和短消息中心等设备。具体结构如下图：图3.4 R99核心网结构 R99核心网只是为2G向3G系统过渡而引入的解决方案，真正的WCDMA系统核心网是全IP核心网，目前在R4和R5标准中已制定了大致方案。 3.全IP核心网 全IP核心网体系结构基于分组技术和IP电话，用于同时支持实时和非实时的业务。此核心网体系结构可以灵活的支持全球漫游和与其它网络的互操作，诸如：PLMN、2G网络、PDN和其它多媒体VOIP网络。此核心网主要包括三部分：GPRS网络、呼叫控制和网关。 GPRS网络部分同R99 GPRS PS网络，而GPRS网络中HLR功能由归属用户服务器提供（HSS）。网络结构中呼叫控制部分是最重要的功能。CSCF（呼叫状态控制功能）、MGCF（媒体网关控制功能）、R-SGW（漫游信令网关）、T-SGW（传输信令网关）、MGW（媒体网关）和MRF（多媒体资源功能）组成了呼叫控制和信令功能。CSCF与H.323网守或SIP服务器相似。此体系结构是一个通用结构而不是基于一个具体的H.323或SIP的呼叫控制解决方案。用户特征文件被保存在HSS中。与多媒体IP网络通信的信令只能通过CSCF，而业务则直接通过GGSN就可。MRF与所有业务承载实体协调业务承载事宜，而与CSCF协商信令承载事宜。MRF提供媒体混合、复用以及其它处理和产生功能。与其它网络（诸如PLMN、其它PDN、其它多媒体VOIP网络和2G继承网络GSM）的互联由GGSN、MGCF、MGW、R-SGW和T-SGW支持。其它PLMN网络与本网的信令和业务接口是它们的GPRS实体。CSCF作为一个新的实体通过信令也参与此过程。到继承网络的信令通过R-SGW、CSCF、MGCF、T-SGW和HSS，而和PSTN网络的业务承载接口通过MGW，具体结构如图3.5所示。应用服务器MSC服务器MGCFCSCFMRFCIP核心网IM-MGWCS-GWMRFPSGWUTRANBSS/GERAN业务层控制层传送层接入层图3.5 全IP核心网结构4.WCDMA无线网络建设指导思想WCDMA 无线网络的建设要综合考虑投资、覆盖、容量、服务质量、可升级性、竞争等下列六项间的关系，从不同的侧重点和需求出发进行设计和建设,具体如下：1. 综合建网投资控制最低。首先，WCDMA无线网络的建设投资应结合GSM现网的扩容投资进行考虑，建设中要合理利用GSM系统现有基站、传输和交换网络资源，3G发牌前新建GSM系统应当考虑未来与WCDMA系统共用问题，最大限度的发挥各种资源的效用；其次，投资的考察不仅包括当前建设投资，还应当注意到未来系统升级的成本和投资，不能为了减少初期投资而导致未来系统运维成本的增加。2. 可盈利的业务覆盖情况最好。结合2G网络合理的安排网络布局，保证目标区域内可盈利的业务覆盖最好，可以提高市场竞争能力，提高运营商的信誉。3. 网络有效容量最大化。WCDMA系统内功率、码字等各种资源都是共享的，网络建设应当充分利用这一点以及现有GSM网络资源，实现整体网络的有效容量最大。4. 网络提供业务质量最优。网络可提供的各项业务质量达到最好，用户的主观感觉最好，保持在移动通信市场对用户长久的吸引力。5. 网络未来可升级的潜力最大。移动通信系统中业务的增长是无法完全准确预测的，对于WCDMA 网络而言，网络规划和建设要注重未来网络的可升级性，即未来网络的成本最低、覆盖最好、容量最大和质量最优，这样可以保证运营商在移动通信行业内的长时间的优势和领先地位。这也是科学发展观在移动通信网络建设中的体现。6. 竞争能力最强。WCDMA网络的建设力求建设精品网络，开展和推广丰富多彩的业务，吸引不同消费层次的用户，保持在移动通信领域的领先地位，才能在日益激烈的移动通信市场竞争中立于不败之地。WCDMA系统的网络结构包括核心网和无线接入网两部分。对于核心网采取由GSM的核心网逐步演进的思路，即由最初的GSM的电路交换的一些实体，然后加入GPRS的分组交换的实体，在到最终演变成全IP的核心网。这样可以保证业务的连续性和核心网络建设投资的节约化。而对于无线接入网，由于WCDMA方式是完全不同于GSM的TDMA的无线接入方式，所以无线接入网是全新的，完全不同于GSM的基站子系统。所以WCDMA系统的无线接入网需要重新进行无线网络规划和布站7。 WCDMA网络的设计遵循了网络承载和业务应用相分离、承载和控制相分离、控制和用户平面相分离的原则，这样使得整个网络结构清晰，实体功能独立，便于模块化的实现。3.1.2 WCDMA的技术特点WCDMA（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Release 99/ Release 4版本，可在5MHz的带宽内，提供最高384kbps的用户数据传输速率。WCDMA能够支持移动/手提设备之间的语音、图像、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WCDMA使用的则是一个5MHz宽度的载频。作为一项新技术，它在技术成熟性方面不及CDMA2000，但其优势在于GSM的广泛采用能为其升级带来方便。因此，近段时间也倍受各大厂商的青睐。WCDMA采用最新的ATM微信元传输协议，能够允许在一条线路上传送更多的语音呼叫，呼叫数由现在的30个提高到300个，在人口密集的地区线路将不再容易堵塞。另外，WCDMA还采用了自适应天线和微小区技术，大大地提高了系统的容量。WCDMA由ETSI NTT DOCOMO（欧洲电信标准协会NTT DoCoMo公司）作为无线介面为他们的3G网络FOMA（自由移动的多媒体接入）开发。后来NTT DOCOMO提交给ITU一个详细规范，作为一个像IMT-2000一样的一个候选国际3G标准，国际电信联盟(ITU) 最终接受WCDMA并作为IMT-2000家族3G标准的一部分。尽管名字跟CDMA很相近，但是WCDMA跟CDMA关系不大。具体有多大关系要看不同人的立足点，在行动电话领域，术语CDMA 可以代指码分多址扩频复用技术，也可以指美国高通（Qualcomm）开发的包括IS-95/CDMA1X和CDMA2000(IS-2000)的CDMA标准族。核心网基于GSM/GPRS网络的演进，保持与GSM/GPRS网络的兼容性。 核心网络可以基于TDM、ATM和IP技术，并向全IP的网络结构演进。 核心网络逻辑上分为电路域和分组域两部分，分别完成电路型业务和分组型业务。 UTRAN基于ATM技术，统一处理语音和分组业务，并向IP方向发展。MAP技术和GPRS隧道技术是WCDMA体制移动性管理机制的核心。空中接口采用的WCDMA信号带宽为5MHz，码片速率为3.84Mcps，并采用AMR语音编码， 支持同步/异步基站运营模式、上下行闭环加外环功率控制方式、开环 （STTD、TSTD）和闭环（FBTD）发射分集方式，导频辅助的相干解调方式、卷积码和Turbo码的编码方式、上行BPSK和下行QPSK调制方式。3.2 WCDMA无线通信网络规划与设计方法目前，2G无线接入网已相当成熟，网络覆盖和网络质量都达到了比较高的用户满意度。如何充分利用现有网络资源，提高用户满意程度和节约建网投资，是WCDMA网络设计规划的主要内容。由于空中接口的革命性变化，无线接入网部分的演进也是革命性的，而空中接口的不同反映了WCDMA系统的新要求。WCDMA系统是以频谱效率技术构建的网络，需要把不同比特率、不同服务种类和不同性质要求的业务混合在一起，与GSM的无线接口和接入方式完全不同，因此，WCDMA的无线接入部分将会重新部署，如何使现有GSM网络与WCDMA网络协同发展，无疑会给移动通信的发展带来深远的影响7。3.2.1 WCDMA网络规划与设计的原则WCDMA无线通信网络的规划与设计的原则如下：（1）全网统一规划，应坚持规模发展的原则，充分考虑远期发展，并根据区域重要程度考虑采用分步实施的建设方式。（2）从未来网络的可持续性发展即网络可升级性的角度出发，多速率和混合网是未来网络的发展趋势。WCDMA网络将是这样的网络。（3）协调好无线覆盖、无线网络容量、网络质量及投资效益间的关系，确保网络建设的综合效益。（4）确定不同区域覆盖重点程度，根据实际用户的敏感程度决定，结合重要的点（如著名旅游景点、重要乡镇）、线（如城区、开发区、居民小区等）覆盖目标，最终达到完善的覆盖效果。（5）应特别重视室内覆盖。（6）坚持以差异化策略指导网络规划与建设，无线网的规划应尽量采用各种技术手段实现低成本的覆盖方案，确保工程建设投资和网络运营维护成本最小化。（7）软切换的比例一般在30%-40%之间，信令信道数量根据业务量计算SCCPCH（FACHPCH）数量，初期建设可以使用映射两条FACH和一条PCH的一条SCCPCH信道。关键性能指标需要考察并发用户数、系统吞吐量、负载因子和软切换情况，扩容方式为骨干基站建设后根据业务情况考虑加载和加站扩容。（8）应反复调整和预优化过程。（9）在技术合理的前提下，应充分利用现有的通信基础设施（包括机房、铁塔和传输设备等），减少重复建设，降低建设运营成本。（10）如果是2G3G共存的网络，原来的2G用户应首先选择2G，这样可以保证初期通信质量，新增3G用户应当优选3G网络。（11）只需要对WCDMA系统下行链路扰码进行简单规划，扩频码不需要规划。（12）有限制的使用直放站，直放站应当具备网管监控和自激保护功能，室内分布