CDMA无线网络优化方法及案例分析.docx
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CDMA无线网络优化方法及案例分析
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实践教学
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兰州理工大学
计算机与通信学院
2011年秋季学期
移动通信课程设计
题目：
CDMA无线网络优化方法及案例分析
专业班级：
姓名：
学号：
指导教师：
成绩：
摘要
移动通信网优化分为无线网的优化和交换网的优化，由于无线网是直接面向用户的，网络质量的优劣直接关系到市场，因此无线网的优化在网络优化中占有非常重要的地位。
CDMA与GSM的原理不同，CDM系统是自干扰系统，系统是软容量的，因此网络优化不仅能网络的性能和服务质量，而且还能增加系统的容量。
本论文在深入研究CDMA系统原理的基础上,结合电信CDMA无线网络,对某市区CDMA网络目前反映突出的网络问题进行分析与排查,提出并实施了切合工程实际的无线网络优化方案,大幅度提升网络质量,并以此为基础进一步研究了用户话务行为,用户增长趋势,对下一期工程建设和网络扩容提出了指导性建议,完成了下一期网络规划设计的初步方案,预设方案已应用在新的工程设计建设中。
通过这篇论文，我们可以大体上了解CDMA网络优化的主要内容和方法，为以后的工作打下基础。
关键词：
CDMA；无线网络；优化
第四章某市CDMA无线网络优化分析流程与方法13
第一章、CDMA的定义及CDMA网络优化的概述
1.1CDMA的专业定义
CDMA是码分多址的英文缩写（CodeDivisionMultipleAccess），它是在数字技术的分支--扩频通信技术上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。
CDMA技术的原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。
接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。
1.2CDMA网络优化的意义
网络优化工作涉及到移动通信网络的各个方面，贯穿于网络规划、工程建设及日常维护等各项工作中，因此网络优化工程师需要较全面的基础理论知识和专业技术知识，在优化过程中需对网络运行质量分析、网络性能分析、统计数据采集分析、测试数据分析及各类系统参数的检查，还要针对用户申告投诉的现象汇总分析以及各类故障处理、追踪测试等等，然后结合现有的网络结构和移动通信网络诸多不确定的因素，制定出、无线网络优化调整的方案，进行频率规划和数据检查、修改等调整措施。
由于网优工作的复杂性，持续时间又长，目前仍只是作为工程项目操作，停留在阶段性优化和应急性优化的进程中，还没形成规范化制度。
通过本人参与的优化项目中，最深的感受是：
若确保网络运行质量和性能的稳定及平稳提高，应在实现网络优化工作日常化的前提下，时时地观测网络运行状态和随业务发展的动态变化，根据不同情况进行处理，不断调整参数并兼顾其它指标，作到调整--观测--调整，使网络始终保持一种动态平衡，运行在最佳状态，应提倡网络优化规范化，数据分析系统化，调整测试条理化，实现网络优化与各项工作共同形成对于网络质量的闭环管理。
第二章、CDMA有关的技术标准、特点以及所具有的优势
2.1CDMA网络性能指标
（1）掉话率：
成功起呼后掉话的次数除以所有起呼成功的个数；
（2）呼叫成功率：
成功的呼叫次数除以总的呼叫尝试次数；
（3）空间（地理）平均误帧率（ＦＥＲ）：
覆盖区内所有子块ＦＥＲ的平均值；
（4）移动台平均发射功率：
所有子块移动台发射功率的平均值；
（5）移动台平均接收功率：
所有子块移动台接收功率的平均值；
（6）移动台软切换状态：
移动台各种软切换状态子块占所有测试子块的百分
2.2CDMA的标准以及技术特点
1、CDMA的标准
CDMA技术的标准化经历了几个阶段。
IS-95是cdmaONE系列标准中最先发布的标准，真正在全球得到广泛应用的第一个CDMA标准是IS-95A，这一标准支持8K编码话音服务。
其后又分别出版了13K话音编码器的TSB74标准，支持1.9GHz的CDMAPCS系统的STD-008标准，其中13K编码话音服务质量已非常接近有线电话的话音质量。
随着移动通信对数据业务需求的增长，1998年2月，美国高通公司宣布将IS-95B标准用于CDMA基础平台上。
IS-95B可提供CDMA系统性能，并增加用户移动通信设备的数据流量，提供对64kbps数据业务的支持。
其后，cdma2000成为窄带CDMA系统向第三代系统过渡的标准。
cdma2000在标准研究的前期，提出了1X和3X的发展策略，但随后的研究表明，1X和1X增强型技术代表了未来发展方向。
（1）3GPP2VCC标准
3GPP2VCC主要支持WLAN/IMSVoIP到1xCS语音的双向切换和DO/IMSVoIP到1xCS语音的单向切换的语音连续性。
VCC涉及的主要标准为X.P0042和A.S0008。
其中前者主要规定了高层的业务流程，后者主要规定HRPDVoIP到1xCS的语音切换的接口流程。
2005年7月，X.P0042v0.1draft版本发布；2006年3月，X.P0042分为4个部分。
X.P0042-000VCCOverview；
X.P0042-001VCCStage2；
X.P0042-002VCCStage3；
X.P0042-003VCCSMS（2006年5月，X.P0042-003演进为X.P0048）。
目前最新版本是08年6月发布的X.P0042-A版本，仍处于V&V阶段，如图2-1所示。
（图1）
（2）3GPPVCC标准
3GPPVCC主要支持WLAN/IMSVoIP到UMTSCS语音的双向切换。
3GPPVCC标准有三个阶段。
Stage1：
VCC相关需求通过CR直接写入了R7TS22.101；
Stage2：
2006年9月的3GPPSA全会通过23.206，获得R7版本号。
目前除了紧急呼叫VCC和VCC用户补充业务在R8各自对应的课题中继续完成之外，R7VCCstage2相关工作已基本完成；
Stage3：
在2006年11月的3GPPCT全会通过24.206，获得R7版本号。
R7VCCstage3工作基本完成。
如图2-2所示。
（图2）
2、CDMA技术持点
（1）CDMA是扩频通信的一种，他具有扩频通信的以下特点：
抗干扰能力强。
是扩频通信基本特点，这所有通信方式无法比拟的。
宽带传输，抗衰落能力强。
于采用宽带传输，在信道中传输有用信号的功率比干扰信号的功率低得多，因此信号好像隐蔽在噪声中；即功率话密度较低，有利于信号隐蔽。
利用扩频码的相关性来获取用户的信息，抗截获的能力强。
（2）在扩频CDMA通信系统中，采用了新的关键技术而具有一些新的特点：
采用了多种分集方式。
除了传统的空间分集外。
由于是宽带传输起到了频率分集的作用，同时基站和移动台采用了RAKE接收机技术，相当于时间分集作用。
采用了话音激活技术和扇区化技术。
因为CDMA系统的容量直接与所受的干扰有关，采用话音激活和扇区化技术可以减少干扰，可以使整个系统的容量增大。
采用了移动台辅助的软切换通过它可以实现无缝切换，保证了通话的连续性，减少了掉话的可能性。
处于切换区域的移动台通过分集接收多个基站的信号，可以减低自身的发射功率，从而减少了对周围基站的干扰，这样有利于提高反向联路的容量和覆盖范围。
采用了功率控制技术，这样降低了平准发射功率。
具有软容量特性。
可以在话务量高峰期通过提高误帧率来增加可以用的信道数。
当相邻小区的负荷一轻一重时，负荷重的小区可以通过减少导频的发射功率，使本小区的边缘用户由于导频强度的不足而切换到相临小区，使负担分担。
兼容性好。
由于CDMA的带宽很大，功率分布在广阔的频谱上，功率话密度低，对窄带模拟系统的干扰小，因此两者可以共存。
即兼容性好。
CDMA的频率利用率高，不需频率规划，这也是CDMA的特点之一
2.3CDMA所具有的优势
（1）系统容量大
理论上，在使用相同频率资源的情况下，CDMA移动网比模拟网容量大20倍，实际使用中比模拟网大10倍，比GSM要大4-5倍。
（2）系统容量的配置灵活
在CDMA系统中，用户数的增加相当于背景噪声的增加，造成话音质量的下降。
但对用户数并无限制，操作者可在容量和话音质量之间折衷考虑。
另外，多小区之间可根据话务量和干扰情况自动均衡。
这一特点与CDMA的机理有关。
CDMA是一个自扰系统，所有移动用户都占用相同带宽和频率，打个比方，将带宽想像成一个大房子，所有的人将进入惟一的大房子。
如果他们使用完全不同的语言，他们就可以清楚地听到同伴的声音而只受到一些来自别人谈话的干扰。
在这里，屋里的空气可以被想像成宽带的载波，而不同的语言即被当作编码，我们可以不断地增加用户直到整个背景噪音限制住了我们。
如果能控制住用户的信号强度，在保持高质量通话的同时，我们就可以容纳更多的用户。
（3）通话质量更佳
TDMA的信道结构最多只能支持4Kb的语音编码器，它不能支持8Kb以上的语音编码器。
而CDMA的结构可以支持13kb的语音编码器。
因此可以提供更好的通话质量。
CDMA系统的声码器可以动态地调整数据传输速率，并根据适当的门限值选择不同的电平级发射。
同时门限值根据背景噪声的改变而变，这样即使在背景噪声较大的情况下，得到较好的通话质量。
另外，TDMA采用一种硬移交的方式，用户可以明显地感觉到通话的间断，在用户密集、基站密集的城市中，这种间断就尤为明显，因为在这样的地区每分钟会发生2至4次移交的情形。
而CDMA系统“掉话”的现象明显减少，CDMA系统采用软切换技术，“先连接再断开”，这样完全克服了硬切换容易掉话的缺点。
（4）频率规划简单
用户按不同的序列码区分，所以不相同CDMA载波可在相邻的小区内使用，网络规划灵活，扩展简单。
虽然CDMA系统频率规划简单，但CDMA系统存在着PN短码的规划，并且PN短码的规划相较频率规划并不一定更简单总体来说CDMA的规划并不简单。
相反，较之GSM系统要更为复杂。
（5）建网成本低
CDMA系统有着容量大、工作频点较GSM低，因此，在CDMA规划中，CDMA的站间距一般较GSM稀疏，因此可以更好的节约建网成本。
（6）网络绿色环保
技术体制平均发射功率最大发射功率。
GSM125毫瓦2瓦。
CDMA2毫瓦200毫瓦。
从以上数据可以看到CDMA手机是GSM手机平均发射功率的2/125，CDMA手机更加绿色环保。
2.4CDMA原理
CDMA蜂窝移动通信系统式在频分多址（FDMA）模拟蜂窝网和时分多址（TDMA）数字蜂窝网的基础上发展起来的。
这三类通信系统有继承性因数，因而有很多共同点，但三者又各有独特之处。
从技术角度来看，CDMA蜂窝通信系统的技术最先进，也最复杂。
可以说在一定范围内，它反映了现代通信的技术水平。
CDMA通信，是利用互相正交（或尽可能正交）的不同编码分配给不同用户调制信号，实现多用户同时使用同一频率不同或时隙不同来区分的，而是用各不相同的编码序列来区分。
如果从频域和时域来观察，多个CDMA信号是相互重叠的，或者说它们均占有相同的频段和时间，接收机相关器可以在多个CDMA信号中选择出其中使用预定码型的信号。
由于易用相互正交（或尽可能正交）的编码区调制信号，会将原信号的信号频谱带宽扩展，因此又称这种方式的通信为扩展频谱通信。
扩展频谱通信是将传送的信息数据雍和宫伪随机编码（扩频序列，spreadingsequence）调制，实现频谱扩展后在传输，接收端则采用同样的编码进行解调及相关处理，恢复原始信息数据。
因此CDMA通信就有伪随机编码调制和信号相关处理这两大特点。
正是这两大特点，使CDMA通信具有许多优点：
抗干扰、抗噪音、抗多径衰落、能在低功率下工作、保密性强等。
在CDMA移动通信系统中，用户之间的信息传输也是由基站进行转发和控制的。
为了实现双工通信，正向传输和反向传输除了传输业务信息外，还必须传送相应的控制信息。
为了传送不同的信息，还需要设置不同的信道。
如图2-3，所示为CDMA系统的工作示意图。
（图3）
第三章、CDMA网络优化的主要内容
3.1优化准备工作
对于CDMA移动通信系统，网络优化更为重要，因为CDMA移动通信系统是干扰受限的通信系统。
系统的容量是软容量，网络优化不仅能改善网络的性能和服务质量，还能增加系统的容量。
加强网络优化，提高网络的运行效率，实现服务水平、服务质量、经营效率以及竞争能力的提高，已成为发展的必然。
（1）监视基站硬件的状态：
基站的安装；基站的联调；基站准备就绪。
（2）基站基本测试：
检查基站的收发路径；测试TX输出功率的调整范围；测试基站接收端的背景噪声；测试天线的下倾角和方向；选定基站的基本参数。
（3）采集基站信息：
选定基站现场测试方案；制作邻小区的列表；检查基站的运营状态并测试输出功率。
（4）各CLUSTER的规划：
一般将一个系统分成多个CLUSTER（基本业务区域），一般选择两层结构的20~30个蜂窝为一个CLUSTER,CLUSTER的选择受地理位置（如水域、山脉）、相关MSC/BSC和客户喜好的影响。
先优化内层，再优化外层。
（5）选定路测的线路：
CLUSTER的测试线路（用于优化CLUSTER及测试CLUSTER的扩展覆盖，应完全在被测的CLUSTER预测覆盖区域内）；系统级测试线路（要经过每一个CLUSTER，用于性能测试）。
所有路测线路应使用覆盖预测图和地形地貌来定义。
包括主要的公路和主要的街道，如果时间允许还包括一些稍小街道。
（6）频谱检测：
在RF优化开始前应清楚所使用的频谱，RF组应进行频谱监测，以保证临界区域确实没有干扰。
上行链路频谱和下行链路频谱都应进行检查，方法是：
关闭CDMA系统；
监视前向链路的频带；
监视反向链路的频带；
在进行CLUSTER测试前找出干扰源并将其消除。
（7）核实数据库中的参数：
包括功率衰减、PN偏置、邻集列表、切换门限参数和激活集/邻集/剩余集的搜索窗口。
保证在优化期间剩余集窗口设为7~9，并在优化以后设为0。
3.2现场测试
根据实际的地理环境最后确定测试路线。
CLUSTER的无负载测试：
主要包括三项：
检查各部分是否正常工作；CLUSTER无负载覆盖测试；移动台起呼测试。
第一项主要测试各部分是否能正常工作。
MSC/BSC能正常工作的标准是：
MSC/BSC已完成联调；远端拨号可以进入OMC/OMP；OCNS（正交信道噪声仿真器）等必须工作正常。
各蜂窝能正常工作的标准是：
基站已完成功率校准并进行了全面的联调。
蜂窝中天线能正常工作的标准是：
RF天线、GPS和电缆已正确安装；天线模型、高度、方位角、下倾角与RF设计预测的相同。
RF部分能正常工作的标准是：
天线配置（包括方向、倾角）基于RF工程设计工具；邻集列表的产生也是根据设计工具和工程调整；完成了PN偏置的分配；没有频谱干扰；测试设备已配备和校准；测试车辆已配备和安排。
第二项测试的主要目的是检查覆盖盲区、多导频覆盖区域、邻集列表问题和切换区域。
因此它将测量前向信道的导频和前反向链路的FER。
通过监测FER来衡量通话质量。
要进行的工作有盲区优化和盲区图制作；检查现场状态（包括FER和切换状态）；测试无线环境状态（包括RSSI/MSTX/FER、切换测试和链路平衡测试）。
第三项测试主要是基本呼叫处理测试，包括移动台起呼的处理状态和各切换类型的现场测试。
3.3CLUSTER级的调整和优化
（1）天线调整：
选定天线的调整值，调整天线。
（2）参数调整：
分析参数，调整参数。
（3）盲区优化工作：
基站输出功率的确认和调整，进行天线的调整和在盲区的优化，进行各要素的优化（RSSI、MSTX、Ec/Io、FER等）。
（4）最终各CLUSTER的优化工作：
各CLUSTER的测试（RSSI、MSTX、Ec/Io、FER、TX-ADJUST等），进行各切换类型的现场测试和优化和链路平衡测试。
3.4系统级优化（有负载）
系统级优化是对整个系统进行全面的优化，并为系统性能测试作准备。
将所有的CLUSTER组合成完整的系统。
起呼失败率、掉话率和FER是系统级优化的主要参数。
系统级优化的主要目标是使整个系统的性能达到最优，而不是使某个区域达到最优，因为对一个区域优化所做的任何改动都有可能影响其它区域的性能。
所有优化步骤与CLUSTER级优化的步骤相同。
主要集中在有问题的区域并解决问题，当改动参数时要测试周围的区域以保证对其没有很大的影响。
3.5系统级性能测试
系统级性能测试是在CDMA网络正常工作及有负载的条件下重点收集整个网络的性能统计。
所有的优化应在性能测试前完成；OCNS、测试车辆和所有的RF测试设备等都应正常工作；应从OMC/MSC/BSC中检查所有的基站以保证每个蜂窝能持续地正常工作；选择系统级的测试路线以保证能反映整个系统的性能，此测试路线应包括主要的公路和街道。
测试的指标主要有掉话率、起呼失败率、接打失败率和FER。
测试方法及定义
（1）建立测试
所有的测试都是使用装有符合或超过IS-95A/TIA-98移动台标准的移动台的测试车辆进行的，所有的测试都使用8K的EVRC声码器，在收集空中接口信息的同时，使用GPS来收集位置信息。
（2）测试区域
所有的测试都是在网络规划的覆盖区内进行的，在服务区内选择的测试路线代表了城区的典型覆盖。
为了分析数据，测试路线被分成各种不同的100mX100m的地理块，在数据采集的过程中测试车的行进速度依照普通用户的速度。
室外测试路线应包括：
市中心密集区、市区、郊区、乡镇、高速公路、重点公路铁路、主要观光区等；室内测试点应包括：
宾馆饭店、大型百货商店、地铁、地下商店、公寓小区等。
对于室内的测试，测试方法略有改变。
第四章、某市CDMA无线网络优化分析流程与方法
4.1CDMA网络优化的分析流程
（1）确定分析的系统及其稳定性
每个网络的配置都不相同，因此不存在通用的参数配置。
在系统的实现上，对ＩＳ－９５Ａ／Ｂ中未规范的功控和切换过程，各个ＣＤＭＡ设备都可以通过不同的算法实现。
基站位置和扇区伪随机码（ＰＮ）的信息对分析结果的准确性很有帮助。
稳定性是指当基站收发信机（ＢＴＳ）处于工作中时，移动台能够得到服务、登记注册、发起呼叫和接受呼叫，软切换工作正常，软件版本没有变动，进而保证结果的有效性，同时节省财力和时间。
通过用户测试单元、预测试、导频扫描和网络规划软件等方法可以确定系统的稳定性。
（2）初始化邻集列表
邻集列表定义为移动台在某个小区里可能会得到服务的所有小区的导频偏置列表，这个列表在寻呼信道上发给用户。
好的邻集列表可最大限度地减小空闲切换失败率，还可减少导频扫描时重新初始化的次数。
邻集列表的设置原则如下：
互易性原则：
如果小区Ａ在小区Ｂ的邻集列表中，那么小区Ｂ也在小区Ａ的邻集列表中；
邻近原则：
如果两个小区相邻，那么它们要在彼此的邻集列表中；
百分比重叠覆盖原则：
确定一个导频门限，然后确定在该导频门限之上的小区覆盖范围，如果两个小区重叠覆盖区域比例达到这个门限，则将这两个小区相互置于彼此的邻集列表中。
初始化邻集列表可通过使用能预测路径损耗和接收功率等参数的软件工具来完成。
（3）优化邻集列表
导频扫描结果修改初始邻集列表。
强大的干扰导频往往会降低系统的性能，改进方法之一是增加强导频的空间隔离（如调整天线下倾角），另一种方法是把强导频加到邻集列表中。
但是，要注意邻集列表中的导频不宜太多。
（4）实测数据收集
进行无线网络规划时不能考虑到所有影响传播的因素，因此网络建成后要进行实测。
数据收集工具包括ＣＤＭＡ空中接口测试仪、导频扫描仪、频谱仪、ＧＰＳ接收机等。
另外，基站日志会使分析结果更准确。
（5）网络故障分析及解决
性能分析有两个主要功能：
一是处理数据并产生各种性能指标统计，评估系统是否满足最低性能指标；二是检查单个失败事件并找出原因。
步骤是首先处理路测数据，生成统计数据，然后找出单个事件失败的原因，调整系统参数，再进行测试分析。
需要检查的相关数据有：
接收信号强度、移动台发射功率、发射功率调整、激活集导频强度、邻集导频强度等
。
4.2工程优化
工程优化的目的是扩大的网络覆盖区域，降低掉话率，减少起呼和被叫失败率，提供稳定的切换，减少不必要的软切换，提高系统资源的使用率，扩大系统容量，满足RF测试性能要求等。
工程优化的主要过程如图4-1所示：
（图4）
下面是工程优化的主要方法：
射频数据检查。
主要是核实基站位置、RF设计参数、采用的天线、覆盖地图等。
验证PN码设定与设计参数是否一致、验证系统的邻区关系表以及验证其它系统参数是否与设计一致。
基站群划分。
定义基站群的目的是将大规模的网络划分为几个相对独立的区域，便于路测、资源的分配以及路测时间控制、网络的微观研究，当然也是配合网络实施有先后的现状。
定义基站群的方法一般为：
站址数量为20～30个，具体情况可加以调整。
规模过大，即覆盖区域过大，这样会对数据采集及数据分析造成一定的不便。
规模过小，则不能满足覆盖区域的相对独立性，从而影响优化的准确性；覆盖区域保持连续（一些站距远，覆盖区域相对独立的乡村站不应包含在其中），此外还要考虑行政地域的分割，如一般中等城市市区部分及邻近郊区站可划分为一个基站群。
后续基站群的优化应考虑与先前优化完毕的基站群在边界上的相互影响。
基站群的选择可通过电子地图、规划软件的结合来预测覆盖，为基站群的划分提供依据。
基站群的实际划分与其原则相辅相成，互为补充。
路测线路选择。
路测线路的确定主要考虑市区、市郊的主要道路，同时经过道路呈网格状，并包含所有基站的覆盖范围。
郊区、农村的路测相对简单，主要是在结果分析的时候剔除无覆盖的区域。
路测。
通过路测工具，如Agilent等进行空口数据的采集。
路测数据分析。
通过后台处理软件，如Actix等对路测数据进行分析，明确发生问题的原因。
针对分析结果，进行参数的调整，如天线方位角、下倾角的调整，PN码的重规划，邻区列表的重配置，搜索窗大小的调整等。
调整后的结果是否满足目标，如掉话率、接通率等，满足则完成一轮优化，不满足，则重新分区路测分析，直到满足网络性能的指标。
4.3运维优化
运维优化的主要目标是保持良好的网络性能指标，单站故障排除和性能的提高，减少导频污染，扩大系统容量，满足射频性能要求。
运维优化的流程图如图4-2所示。
（图5）
运维优化的前提是要做好系统数据的检查，确认参数配置与设计的一致。
通过图4-2可以看出，运维优化主要有4个纬度，后台分析、客户投诉、路测以及拨打测试。
后台分析
后台分析实际就是每日OMC的数据采集、相关指标的统计以及基站可能出现的告警信息。
通过OMC数据统计，可以对话务量较大的基站/扇区按照如下指标排出性能最差的20（根据区域的划分，可以更多或更少）个扇区/基站：
起呼失败率、掉话率、阻塞率以及误帧率。
同时对于话务量不高的基站/扇区，如果连续多天的统计数据表明性能很差，也需要进行跟踪并做故障分析定位。
此外，某些基站出现告警，如硬件故障提示更换硬件或者过载等，也是后台分析的一项重要内容。
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