毕设论文WCDMA无线网络规划设计唐华Word文件下载.docx
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本章主要介绍第三代移动通信系统三大标准之一的WCDMA系统的主要特点及关键技术。
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1.1第三代移动通信系统
模拟通信系统经过10余年的发展后，终于在20世纪90年代初逐步被更先进的数字蜂窝移动通信系统所代替。
手持机的迅速普及将驱动通信向个人化方向发展，互联网用户数以翻番的速度膨胀又带来了移动数据通信的发展机遇。
特别是移动多媒体和高速数据业务的迅速发展，迫切需要设计和建设一种新的网络以提供更宽的工作频带、支持更加灵活的多种类业务（高速率数据、多媒体及对称或非对称业务等），并使移动终端能够在不同的网络间进行漫游。
由于市场的驱动促使第三代移动通信系统（3G）的概念应运而生。
第三代移动通信系统将满足城市和偏远地区各种用户密度，支持高速移动环境，提供持话音、数据和多媒体等多种业务（最高速率可达2Mbps）的先进移动通信网。
ITU于1996年确定了正式名称：
IMT-2000（国际移动通信-2000），其含义为该系统预期在2000年左右投入使用，工作于2000MHz频带，最高传输数据速率为2000kbps。
IMT-2000的技术选取中最关键的是无线传输技术（RTT）。
无线传输技术（RTT）主要包括多址技术、调制解调技术、信道编解码与交织、双工技术、信道结构和复用、帧结构、RF信道参数等。
ITU于1997年制定了M.1225建议，对IMT-2000无线传输技术提出了最低要求，并面向世界范围征求RTT建议。
ITU要求IMT-2000RTT必须满足以下三种环境的要求。
即：
（1）快速移动环境，最高速率达144kbit/s；
（2）室外到室内或步行环境，最高速率达384kbit/s；
（3）室内环境，最高速率达2Mbit/s。
另外，ITU所定义的IMT-2000系统需要具有以下特性：
（1）全球化：
IMT-2000是一个全球性的系统，各个地区多种系统组成了一个IMT-2000家族，各个系统间设计上具有高度的互通性，使用共同的频段，全球统一标准，能提供全球无缝漫游；
（2）综合化：
能够提供多种业务，特别能够支持多媒体业务和Internet业务，并有能力容纳新类型的业务；
（3）个人化：
全球唯一的个人号码，足够的系统容量，高保密性，高服务质量。
我国提出的TD-SCDMA建议标准与欧洲、日本提出的WCDMA和美国提出的CDMA2000标准一起列入该建议，成为世界三大主流标准之一。
1.2WCDMA标准主要特点
WCDMA作为3G的一个主要标准，具有以下特点：
（1）基站无须同步，摆脱了美国GPS系统的控制。
（2）信道丰富，可以满足各种业务的需求。
WCDMA可以通过公共信道、接入信道和专用信道等通类型的信道实现不同业务。
WCDMA所承载的业务可以大致分为四类一会话类、数据流类、互动类、后台类。
它们的主要区别在于对时延的敏感程度，会话类业务对时延最敏感，后台类业务对时延最不敏感。
（3）容量更大、业务速率更高。
WCDMA的码片速率达3.84Mchip/s，载波带宽约5MHz系统，WCDMA的带宽能够支持更高的速率，对于话音业务具有更高的扩频增益，接收灵敏更高。
（4）功率控制更加完善。
WCDMA采用开环和闭环两种功率控制方式，当链路没有建立时，开环率控制用来调节接入信道的发射功率，链路建立之后使用闭环功率控制。
闭环功率控制又包括内环功率控制和外环功率控制，外环功率控制以误码率或误帧率作为控制的目标。
WCDMA供的上行快速功率控制是它的一个显著的特点，频率为1500Hz，而IS-95上行功率控制只有800Hz，下行链路为慢速功率控制。
WCDMA的快速功率控制速度比路径损耗的变化至比低速和中速移动的LIE产生的瑞利快衰落的速度还快，可以有效抵抗链路的功率不平衡现象和Rayleigh衰落，能够更好地控制系统内的干扰，提升网络覆盖、容量方面的性能。
（5）切换机制更加健全。
WCDMA系统采用软切换方式，降低掉话，但会增加开销。
（6）对于分组数据业务，具有灵活的资源调度机制。
WCDMA借助于不同的承载业务信道和灵活资源分配机制，能够根据业务类型提供不同的Qos，适应市场和网络两方面的要求。
1.3WCDMA关键技术
无线网络的规划与设计不是一个孤立的技术工作，它和网络自身的技术特点密切相关。
无线网络的规划必须遵循技术的基本原理，才能有效的发挥网络的性能。
要规划设计一个性能优良的WCDMA网络，首先要正确理解WCDMA的关键技术。
1.3.1多用户检测
在蜂窝移动码分多址通信中，干扰大致分为三种类型：
加性白噪声、多径干扰、多址干扰。
当小区同时使用的用户数较多时，多址干扰时最主要的干扰。
在CDMA系统中，引入了多用户检测技术，它是引用信息论并通过严格的理论分析后提出的一种新型抗多址技术，而且通过多用户检测既可以抗多址干扰，又可以抵抗远近效应和多径干扰。
1.3.2RAKE接收机
在CDMA扩频系统中，信道带宽远远大于信道平坦衰落带宽。
不同于传统的调制技术需要用均衡算法来消除相邻符号间的码间干扰，CDMA扩频码在选择时就要求它有很好的自相关特性。
这样，在无线信道中出现的时延扩展就可以被看作只是被传信号的再次传送。
如果这些多径信号相互间的时延超过了一个码片的长度，那么它们将被CDMA接收机看作是非相关的噪声，而不再需要均衡了。
由于在多径信号中含有可以利用的信息，所以CDMA接收机可以通过合并多径信来改善接收信号的信噪比。
其实RAKE接收机通过多个相关检测器接收多径信号的各信号，并把它们合并在一起。
RAKE接收机的理论基础就是：
当传播时延超过一个码周期时，多径信号实际上可被看作是互不相关的。
1.3.3多载波设计
在频率资源允许的情况下，可以通过增加载频提高系统容量。
WCDMA支持多载波术，支持有效的频率间切换，并且两个载波之间可以平衡负载，增大每个站点的容量，这是提高网络容量最有效的方法，并且对网络的影响很小。
从现有技术上看，几个载波之间共享一个功率放大器也是可能的。
两个载波共享一个功率放大器是功率放大器最有效的使用方法，因为负载可以在两个载波之间进行划分。
1.3.4智能天线
在数字移动通信系统中三种基本的多址接入方式：
频分多址（FDMA）、时分多（TDMA）和码分多址（CDMA），它们分别在频域、时域和码域上实现用户的多而空域的资源尚未得到充分利用。
智能天线正是开发空域资源，解决目前频谱资源匮乏、无线系统容量不足的有效途径。
智能天线采用空分复用（SDMA）方式，利用信号在传播路径方向上的差别，将扩散、瑞利衰落、多径、信道干扰的影响降低，将同频率、同时隙信号区别开来，和其他复用技术结合，最大限度地有效利用频谱资源。
基站智能天线是一种有多个天线单元组成的阵列天线，通过调节各单元信号的加权幅度和相位，改变阵列的方向图，从而抑制干扰，提高信噪比，它可以自动测出用户方向，将波束指向用户，实现波束跟用户走。
智能天线对抑制干扰有明显的作用，3G标准指出智能天线应用要求，改善网络容量和性能，技术上考虑“聚集波束”、“自适应波束形成”以及“波束切换”。
WCDMA系统结构简介
本章从WCDMA系统的结构出发，进而详细介绍WCDMA系统的重要组成部分——无线网络部分。
在此基础上讨论了WCDMA系统与GSM两个系统在无线网络规划的差别。
1.4WCDMA系统结构
WCDMA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（radioaccessnetwork，RAN）和核心网络（corenetwork，CN）。
其中无线接入网络用于处理所有与无线有关的功能，而CN处理WCDMA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。
CN从逻辑上分为电路交换域（CS）和分组交换域（PS）。
图2-1UMTS网络结构
从图2-1UMTS网络结构中可以看出，UMTS系统的网络单元包括如下部分：
UE、UTRA、CN。
1.4.1用户终端设备
UE（UserEquipment）是用户终端设备，它通过Uu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、Internet应用（E-mail、WWW浏览、FTP等）。
UE包括两部分：
（1）ME（TheMobileEquipment），提供应用和服务；
（2）USIM（TheUMTSSubscriberModule），提供用户身份识别。
1.4.2无线接入网
UTRAN（UMTSTerrestrialRadioAccessNetwork），即无线接入网，分为基站（NodeB）和无线网络控制器（RNC）两部分：
（1）NodeB
NodeB是WCDMA系统的基站（即无线收发信机），通过标准的Iub接口主要完成Uu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。
（2）RNC（RadioNetworkControl）
RNC是无线网络控制器，主要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：
执行系统信息广播与系统接入控制功能；
切换和RNC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。
1.4.3核心网络
CN，即核心网络，负责与其他网络的连接和对UE的通信和管理。
在WCMA不同协议版本的核心网设备有所区别。
从总体上来说，R99版本的核心网分为电路域和组域两大块，R4版本的核心网也一样，只是把R99电路域中的MSC的功能改由两的实体：
MSCServer和MGW来实现。
R5版本的核心网相对R4来说增加了域，其他的与R4基本一样。
（1）MSC/VLR
MSC/VLR是WCDMA核心网CS域功能节点，它通过Iu_CS接口与UTRAN相连，通过PSTN/ISDN接口与外部网络（PSTN、ISDN等）相连，通过C/D接口与HLR/AUC相连，通过E接口与其它的MSC/VLR、GMSC或SMC相连，通过CAP接口与SCP相连，通过Gs接口与SGSN相连。
MSC/VLR的主要功能是提供CS域的呼叫控制、移动性管理、鉴权和加密等功能。
（2）GMSC
GMSC是WCDMA移动网CS域与外部网络之间的网关节点，是可选功能节点，它通过PSTN/ISDN接口与外部网络（PSTN、ISDN、其它PLMN）相连，通过C/D接口与HLR/AUC相连，通过CAP接口与SCP相连。
它的主要功能是完成VMSC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）SGSN
SGSN（服务GPRS支持节点）是WCDMA核心网PS域功能节点，它通过Iu_PS接口与UTRAN相连，通过Gn/Gp接口与GGSN相连，通过Gr接口与HLR/AUC相连，通过Gs接口与MSC/VLR相连，通过CAP接口与SCP相连，通过Gd接口与SMC相连，通过Ga接口与CG相连，通过Gn/Gp接口与SGSN相连，SGSN的主要功能是提供PS域的路由转发、移动性管理、会话管理、鉴权和加密等功能。
（4）GGSN
GGSN（网关GPRS支持节点）是WCDMA核心网PS域功能节点，通过Gn/Gp接口与SGSN相连，通过Gi接口与外部数据网络（Internet/Intranet）相连。
GGSN提供数据包在WCDMA移据网和外部数据网之间的路由和封装。
GGSN主要功能是同外部IP分组网络的接口功能，GGSN需要提供UE接入外部分组网络的关口功能，从外部网的观点来看，GGSN就好象是可寻址WCDMA移动网络中所有用IP的路由器，需要同外部网络交换路由信息。
（5）HLR
HLR（归属位置寄存器），是WCDMA核心网CS域和PS域共有的功能节点，它通Gc接口与MSC/VLR或GMSC相连，通过Gr接口与SGSN相连，通过Gc接口与GGSN相连。
HLR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。
（6）OMC
OMC（功能实体）包括设备管理系统和网络管理系统。
设备管理系统完成对各独立网元的维护和管理，包括性能管理、配置管理、故障管理、计费管理和安全管理等功能。
网络管理系统能够实现对全网所有相关网元的统一维护和管理，实现综合集中的网络业务功能，同样包括网络业务的性能管理、配置管理、故障管理、计费管理和安全管理。
（7）Externalnetwork
Externalnetworks（外部网络），可以分为两类：
电路交换网络（CSnetworks）：
提供电路交换的连接，象通话服务。
ISDN和PS交换网络。
分组交换网络（PSnetworks）：
提供数据包的连接服务，Internet属于分组数据交换网络。
1.5WCDMA无线接入网结构及接口
无线网络结构和接口是无线网络规划的重要内容。
1.5.1WCDMA无线接入网结构
无线接入网（UTRAN）包含一个或几个无线网络子系统（RNS）。
一个RNS由一个无线网络控制器（RNC）和一个或多个基站（NodeB）组成。
RNC与CN之间的接口是Iu接口，RNC和NodeB之间通过Iub接口连接，RNC和RNC之间通过Iur互联，Iur可以通过RNC之间的直接物理连接或通过传输网连接。
图2-2UTRAN基本结构及接口
1.5.2WCDMA无线网络接口
WCDMA的所有网络接口具有开放性：
将无线网络层与传输层分离，控制面和用户面分离。
WCDMA网络的标准接口主要包括Uu、Iub、Iur、Iu等。
（1）Uu接口
Uu接口是WCDMA的无线接口。
UE通过Uu接口接入到UMTS系统的固定网络部分，可以说Uu接口是UMTS系统中最重要的开放接口。
（2）Iu接口
Iu接口是连接UTRAN和CN的接口。
类似于GSM系统的A接口和Gb接口。
是一个开放的标准接口。
这也使通过Iu接口相连接的UTRAN与CN可以分别由不同的设备制造商提供。
Iu接口可以分为电路域的Iu-CS接口和分组域的Iu-Ps接口。
（3）Iur接口
Iur接口是UMTS系统特有的接口，用于对RAN中移动台的移动管理。
比如在不同的RNC之间进行软切换时，移动台所有数据都是通过Iur接口从正在工作的RNC传到候选的RNC。
Iur是开放的标准接口。
（4）Iub接口
Iub接口也是一个开放的标准接口。
这也使通过Iub接口相连接的RNC与Node可以分别由不同的设备制造商提供。
1.6WCDMA与GSM无线网络规划不同处
由上述分析看出，WCDMA网络规划是由GSM演化而来，但二者的技术特点有较大的差异，因此决定了这两种系统的无线网络规划即有联系又有区别。
1.6.1规划策略不同
相同的是二者在规划流程上大体一致，所不同的是：
（1）WCDMA无线网络规划一般除了预测之外还要采用仿真的方法，而GSM无线网络规划则只需要做预测即可。
（2）容量规划方面，WCDMA系统干扰受限，与覆盖相关联，规划需要充分考虑噪声影响，是“软容量”；
而GSM是频谱受限，静态容量，通过增加载频即可达到扩容的目的，其容量为“硬容量”。
（3）覆盖方面，WCDMA为动态覆盖，容量和干扰相关，具有“呼吸效应”；
而GSM完全是静态覆盖。
（4）WCDMA无需做频率规划，频率复用因子为1；
而频率规划对GSM系统至关重要，通过频率复用提高频谱利用率。
（5）承载的业务方面，WCDMA是多业务系统，支持高速率；
而GSM系统则以话音业务为主。
1.6.2频率规划及干扰预测
GSM系统是一个基于TDMA/FDMA技术的系统，因此频率规划对GSM系统十分重要，正如上述系统特点分析，对于GSM系统，频率规划将直接影响整个系统性能。
WCDMA系统是基于CDMA技术的，各信道可共享一个载频，因此，频率规划对其不重要，而对码的规划确至关重要。
但是由于在整个下行链路中总共有512个扰码序列，故对码的规划也比较简单。
因为WCDMA系统是个干扰受限系统，系统干扰的大小不但影响单个业务的质量而且会影响系统的容量和覆盖。
单独的WCDMA系统存在时，其下的干扰主要来自本小区内和邻近小区中的信道码的非正交性。
一般地，WCDMA系统干扰分析可以通过导频污染指标来衡量。
导频污染是CDMA网络中最常见的问题，导频污染发生的区域有较多信号强度很好的导频，但没有主导频，这样网络的下行质量不好，并会导致频繁切换。
概而言之，无线网络所采用的技术的特点决定了无线网络规划的内容，GSM主要采用了TDMA/FDMA的无线接入方式，其无线网络规划内容基本上可分为根据无线路径衰耗的预测来确定覆盖，及根据对业务区业务量的估计进行频率规划，以确定系统容量。
通常进行GSM网络规划时，对于给定的信道数量，小区容量是一个常数，故在GSM无线络规划时，覆盖与容量是可以分别独立地进行的。
而WCMDA系统由于引入不同速率的业务，致使在规划中需要将覆盖和负荷结合考虑；
功率控制、由于软切换产生的增益、上下行链路功率预算等不同因素也要结合起来考虑。
亦即GSM无线网络规划是在容量与覆盖之间寻求一个最佳结合点，而WCDMA无线网络规划需要在容量、覆盖、服务质量三者之间寻求最佳结合点，这就增加了其规划的难度和复杂度。
WCDMA无线网络规划
本章从WCDMA无线网络规划的一般步骤出发，然后从无线网络规划的目标出发——覆盖、容量、质量、成本，进行业务发展和预测。
重点讨论WCDMA的覆盖规划、容量规划、基站规划。
1.7WCDMA无线网络规划步骤
目前的3G无线网路规划一般按照初步规划和详细舰划两部分进行。
在初步规划过程中需要解决的问题是对建网规模的初步确定，需要对新建基站数及初始站间距进行确定。
为下一步的详细规划准备好基础数据。
详细规划的任务是在初步规划的基础上，按照蜂窝组网的结构部署到设计覆盖的各个环境中，然后进行无线仿真设计，同时确立设计的终端类型与站参数，确定天线类型。
根据仿真结臬，反复调整，直到网络设置的各项系统性能得到满足，最终输出整个设计结果。
归纳出无线网络规划过程如下图所示：
图3-1WCDMA无线网络规划流程
1.8WCDMA无线网络规划目标
无线网络的四大目标既互相依存又互相牵制，无线网络规划必须全面的考虑。
1.8.1网络覆盖目标
根据运营商要求，确定网络完成连续覆盖的区域和面积，并将目标区域根据不同的地貌类型分类及区域面积统计。
明确各区域运营商所要达到的覆盖要求、区域覆盖概率和边缘覆盖概率。
地铁、铁路以及公路的覆盖需要采用大覆盖基站、直放站等特殊解决方案。
1.8.2网络容量目标
针对市
升级会员 