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

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题目WCDMA网络优化工程实践

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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