通信工程毕业设计.docx

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通信工程毕业设计

本科毕业设计（论文）

题目WCDMA无线网络优化

WCDMAwirelessnetworkoptimization

院（系部）电气自动化工程

专业名称通信工程

年级班级

学生姓名

指导教师

年月日

河南理工大学万方科技学院

毕业设计（论文）任务书

专业班级学生姓名

一、题目WCDMA无线网络优化

WCDMAwirelessnetworkoptimization

二、主要任务与要求

三、起止日期年月日至年月日

指导教师签字（盖章）

系主任签字（盖章）

年月日

河南理工大学万方科技学院

毕业设计（论文）评阅人评语

专业班级学生姓名

题目

评阅人签字（盖章）

职　称

工作单位

年月日

河南理工大学万方科技学院

毕业设计（论文）评定书

专业班级学生姓名

题目

指导教师签字（盖章）　　职称

年月日

河南理工大学万方科技学院

毕业设计（论文）答辩许可证

经审查，专业班同学所提交的毕业设计（论文），符合学校本科生毕业设计（论文）的相关规定，达到毕业设计（论文）任务书的要求，根据学校教学管理的有关规定，同意参加毕业设计（论文）答辩。

指导教师签字（盖章）

年月日

根据审查，准予参加答辩。

答辩委员会主席（组长）签字（盖章）

年月日

河南理工大学万方科技学院

毕业设计（论文）答辩委员会（小组）决议

院（系）专业班

同学的毕业设计（论文）于年月日进行了答辩。

题目

答辩委员会成员

主席（组长）

委员（成员）

委员（成员）

委员（成员）

委员（成员）

委员（成员）

委员（成员）

答辩前向毕业设计答辩委员会（小组）提交了如下资料：

１、设计（论文）说明共页

２、图纸共张

３、评阅人意见共页

４、指导教师意见共页

根据学生所提供的毕业设计（论文）材料、评阅人和指导教师意见以及在答辩过程中学生回答问题的情况，毕业设计（论文）答辩委员会（小组）做出如下决议。

一、毕业设计（论文）的总评语

二、毕业设计（论文）的总评成绩

毕业设计答辩委员会主席（组长）签名

委员（组员）签名

年月日

摘要

WCDMA是英文WidebandCodeDivisionMultipleAccess的英文简称，是一种第三代无线通讯技术。

它是一种由3GPP具体制定的，基于GSMMAP核心网的第三代移动通信系统。

通过该系统提供的高质量图像和视频，使人与人之间的通信能力进一步增强。

第三代系统所带来的更新更灵活的通信能力和更高的数据速率使得无线网络的信息与业务的接入能力大大增强。

WCDMA网络优化的任务就是利用一切可用来监测网络运行状况的各种软件和设备对网络进行监控，提出符合实际的网络调整优化方案，现场解决问题，使网络运行状况达到最佳的平衡状态。

网络建设开通后在各方面都需要进行调整，比如：

参数、天线以及基站的位置等。

调整的主要目的是优化重要区域的网络覆盖，对网络质量和各种参数指标进行跟踪和优化。

现代建筑由于采用了大量的混凝土和金属材料，造成了对无线信号的屏蔽和衰减。

在大中城市中心区，基站密度大，信号通过直射，反射，绕射等方式进入入室内，信号杂乱不稳定。

移动通信用户在室内的通信受到影响和限制。

为解决以上问题，业界引入了室内覆盖系统，引入WCDMA室内覆盖系统后，需要确保WCDMA室内的网络性能，因此在室内覆盖站点完成建设、开通，投入使用前需要进入行室内覆盖网络性能测试，同时后续通过不间断的监控，了解和保证室内覆盖的正常性能。

【关键词】WCDMA网络优化网络覆盖室内覆盖系统

Abstract

TheEnglishabbreviationofWCDMAcomesfromWidebandCodeDivisionMultipleAccess,it’sathird-generationwirelesscommunicationtechnology.Thisthirdgenerationmobilecommunicationsystemisdevelopedbythe3GPPanditisbasedonGSMMAPcorenetwork.Thesystemprovideshigh-qualityimagesandvideo,itenhancestheinterpersonalcommunicationcapabilities.Thethirdgenerationsystemsbroughtaboutnewerandmoreflexiblecommunicationcapabilityandhigherdatarates,itenhancestheaccesscapacityofradionetworkgreatly.

WCDMAnetworkoptimizationtaskistouseeverysituationcanbeusedtomonitortheoperationofthenetworksoftwareandequipmenttomonitorthenetwork,theproposedoptimizationschemeinlinewiththeactualnetworkadjustment,on-sitetroubleshooting,networkoperatingconditionstoachievethebestbalance.Networkconstructioninallrespectsaftertheopeningoftheneedforadjustment,suchas:

parameters,antennaandbasestationlocation.Themainpurposeoftheadjustmentistooptimizetheimportantregionofthenetworkcoverage,networkqualityandavarietyofparametersofthetrackingandoptimization.

Modernbuildingsduetothelargenumberofconcreteandmetalmaterials,resultinginshieldingandattenuationofthewirelesssignal.Inlargeandmedium-sizedurbancenters,basestationdensity,thesignaltoenterintotheinteriorbywayofdirect,reflection,diffraction,signalclutterunstable.Mobilecommunicationsusersaffectedandlimitindoorcommunication.

Tosolvetheaboveproblems,theintroductionofindoorcoveragesystems,theintroductionofWCDMAindoorcoveragesystems,theneedtoensurethatthenetworkperformanceofWCDMAindoor,indoorcoveragesitetocompletetheconstruction,openingandputintousebeforetheneedtoenterthelineindoorcoveragenetworkperformancetesting,whilefollow-upthroughongoingmonitoring,understandingandtoensurethenormalperformanceoftheindoorcoverage.

【KeyWords】WCDMAnetworkoptimizationNetworkcoverageIndoorcoveragesystems

绪论

WCDMA主要起源于欧洲和日本的早期第三代无线研究活动,GSM的巨大成功对第三代移动通信系统在欧洲的标准化产生重大影响。

欧洲于1988年开展RACE（欧洲先进通信技术的研究）程序,并一直延续到1992年6月,它代表了第三代无线研究活动的开始。

1998年12月成立的3GPP（第三代伙伴项目）极大地推动了WCDMA技术的发展,加快了WCDMA的标准化进程,并最终使WCDMA技术成为ITU批准的国际通信标准。

在第三代移动通信系统的主要技术体制中,WCDMA-FDD/TDD（现称高码片速率TDD）和TD-SCDMA（融合后现称低码片速率TDD）都是由3GPP开发和维护的规范,这些技术都是以WCDMA技术为核心的。

目前看来,将要采用的第三代标准中选取WCDMA-FDD模式的国家是最多的,比如欧洲、日本、韩国都决定是一个发展方向:

Intranet接入、企业VPN等将大力普及。

信息、教育类业务将有很好的应用前景,股票信息、交通信息、气象信息、位置服务（LCS）、网上教室、网上游戏等，移动应用更将极大地丰富人们的生活。

在网络优化上，WCDMA系统同样要考虑2G系统。

以WCDMA-FDD模式为自己的主流制式，去年底,美国的AT&T移动业务分公司也宣布选取WCDMA-FDD为自己的第三代业务平台[1]。

在3GPP成员和专家的努力下,WCDMA已经推出了成熟的并可供商用的版本DERelease99和包括TD-SCDMA全套规范的Release4版本。

但是,由于无线通信技术和IP技术的迅速发展,WCDMA标准也在不断发展中,新的兼容的无线技术和核心网络技术也在不断被提出和采纳,从现在的情况看,WCDMA还是一个“活”的标准,WCDMA还有许多需要研究的课题,需要学术界和产业界的共同开发。

为了提供市场前期牵引的能力,WCDMA规范注重了业务能力的开发。

WCDMA预期提供的业务是非常丰富的。

可以通过WCDMA终端享受普通或宽带话音业务、多媒体业务、可视电话和视频会议电话,移动网络上的Internet应用也更为普遍,E-MAIL、WWW浏览、电子商务、电子贺卡等业务将与移动网络结合。

移动办公类也关注业务中的覆盖、容量、质量等问题，但WCDMA系统面临的新挑战还包括软切换开销控制、主控区和隔离区的精确控制、系统干扰控制等新问题。

网络优化方法主要包括现网调查、网络性能分析、指定优化方案及方案的实施和测试。

优化内容包括覆盖优化、容量优化和无线资源管理优化。

第1章WCDMA无线网络优化概述

1.1本文研究的背景和意义

当今社会已经进入了一个高速信息化的社会，没有信息的交流和传递人们就无法适应现代化的快节奏的生活和工作。

人们期望随时随地、不受时空限制地进行信息交流，提高经济效益和工作效益。

移动通信的发展和产生，可以说为人们提供了这样一个途径。

WCDMA最早起源于欧洲和日本的早期第三代无线研究活动,GSM的发展成功对第三代移动通信技术产生了重大影响。

但是，随着移动用户数量的剧增，业务种类灵活多变、复杂多样以及各运营商网络之间的相互合作，使得移动通信网络在结构上、规模上不断地向多协议功能、多层面平台演进，随着通信市场竞争日益激烈，广大用户对网络质量的要求和业务需求也越来越高，改善网络运行性能，提高网络服务质量，已成为移动通信市场企业掌握主动权和增强核心竞争力的基本前提。

在网络优化上，WCDMA系统同样要考虑2G系统中关注的覆盖、容量、质量等问题，但WCDMA系统面临的新挑战还包括软切换开销控制、主控区和隔离区的精确控制、系统干扰控制等新问题。

网络优化方法主要包括现网调查、网络性能分析、指定优化方案及方案的实施和测试。

优化内容包括覆盖优化、容量优化和无线资源管理优化。

WCDMA本来是一个自干扰系统，每个用户都对其它用户构成干扰，网络优化的核心是尽可能降低系统中的干扰电平。

因此进行干扰分析、切换参数调整和功率配置等工作就非常重要。

因此，为了确保提高网络运行质量和性能，应根据不同情况进行处理，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，不断调整参数并兼顾其它技术指标，作到调整-观测-调整，使网络始终保持一种动态平衡，在最佳状态下运行。

这就是WCDMA无线网络优化实际意义。

1.2目前国内外的研究现状

从2001年全球第一个WCDMA网络NTTDoCoMo在日本开始正式商用，到现在，九年多的时间已经过去，其中新技术的不断出现使得3G网络的内涵发生了本质的变化，从最初最高384kbps的下行速率到现在HSUPA的14.4Mbps上行速率，从对频率资源使用的捉襟见肘到现在的多载波技术，从传统的基站模式到现在BBU+RRU的分布式模块化基站设备，WCDMA运营商普遍采取快速建网的方式解决2G/3G网络兼容问题，WCDMA的变化代表了当今3G技术的最高水平。

与此同时，国外WCDMA无线网络优化已经进入一个相对成熟的阶段，各种网络技术和网络指标已经处于世界领先的地位。

我国此时开始WCDMA网络建设，既拥有可以借鉴国外丰富经验的优势，同时又面临着技术的起点高、网络制式日趋复杂的挑战。

中国运营商既要保证2G业务的延续性，又要保留R99阶段的视频、数据、语音等业务的稳定，还要考虑在不久的将来平滑过渡到HSPA+等高级阶段，因此，中国的WCDMA网络可能是一个采用了R99/R5/R6混合组网又必须兼顾R7/R8演进的复杂的系统工程。

基于中国某些大城市，如：

北京、上海等大城市因高楼建筑、立交桥、高架桥地势复杂，相对国外来说网络优化的难度较大，并且现在WCDMA无线网络优化在中国正处于一个起步阶段，各方面技术和经验不足，需要学习与借鉴国外WCDMA无线网络优化的技术，并结合中国相对复杂的地势进行WCDMA无线网络的优化。

1.3主要研究内容

本论文从移动通信发展的历史背景出发，首先，对WCDMA系统结构进行了比较详细的介绍，同时，讨论了WCDMA通信技术的特点。

阐述了WCDMA在网络规划的难点和优化方面与GSM/GPRS网络的区别，以及WCDMA网络规划和优化面临的挑战。

然后，介绍了WCDMA的关键技术，各种关键技术的原理与实现，从理论上认识WCDMA的系统原理。

最后着重介绍WCDMA网络优化的各种方法。

在对无线网络的规划及优化的流程做了各自分析后，总结网络规划和优化之间的关系，阐明了无线网络优化是网络规划工作的自然延续，是一个不断循环的持续性工作。

再次，文章分析了WCDMA实验网络的规划及优化工程实例，这些案例都是工作中实际案例的分析，通过分析，找出网络问题，提出方案，再解决问题。

最终达到网络优化的目的。

第2章WCDMA系统结构

2.1WCDMA系统框架结构

通用移动通信系统是采用WCDMA空中接口技术的第三代移动通信系统，也叫叫作WCDMA通信系统。

UMTS系统采用了与第二代移动通信系统类似的结构，包括核心网络和无线接入网络。

其中无线接入网络处理所有与无线有关的功能，而核心网处理UMTS系统内所有的话音呼叫以及数据连接，并实现与外部网络的交换和路由的功能。

核心网从逻辑上分为分组交换域PS和电路交换域CS。

用户设备UE和UTRANCN一起构成了整个UMTS系统其系统结构。

根据3GPPR99的标准，UTRANUMTS和UE的陆地无线接入网络由全新的协议构成，其设计是采用WCDMA无线技术，核心网则采用了GSM/GPRS的定义，这样可以实现网络的顺利过渡。

此外，在第三代网络建设的初期可以实现全球漫游的功能[2]。

如图2.1所示：

图2.1系统结构

2.1.1核心网

核心网CN（CoreNetwork）负责对UE的通信和管理和与其他网络的连接，主要作用是对整个呼叫信令控制和承载建立，它主要由网关节点、CS域功能节点、PS域功能节点、网关GPRS支持节点以及归属位置寄存器。

（1）网关节点

网关节点，即GMSC，是WCDMA移动网CS域与外部网络之间的节点，它通过PSTN/ISDN接口与外部网络（PSTN、ISDN、其它PLMN）相连，是可选功能节点，通过CAP接口与SCP相连，通过C接口与HLR相连。

GMSC的主要功能是充当固定网和移动网之间的移动关口局，完成用户呼移动用户时呼入呼出的路由功能，承担路由分析、网间结算、网间接续等重要功能。

（2）CS域功能节点

CS域功能节点，即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PSTNISDN等相连，通过C/D接口与HLR/AUC相连，通过E接口与其它MSC/VLRGMSC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。

（3）PS域功能节点

PS域功能节点，即SGSN，是WCDMA核心网，也叫服务GPRS支持节点，它通过Iu_PS接口与UTRAN相连，通过Gr接口与HLR/AUC相连，通过Gn/Gp接口与GGSN相连，通过Gs接口与MSC/VLR相连，通过Gd接口与SMS-GMSC/SMS-IWMSC相连，通过Ge接口与SCP相连，通过Gn/Gp接口与SGSN相连，通过Ga接口与CG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[3]。

（4）网关GPRS支持节点

网关GPRS支持节点，即GGSN，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移动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移动网络中所有用户IP的路由器，需要同外部网络交换路由信息[4]。

（5）归属位置寄存器

归属位置寄存器，即HLR，是WCDMA核心网CS域和PS域共有的功能节点,。

它通过Gc接口与GGSN相连，C接口与MSC/VLR或GMSC相连,通过Gr接口与SGSN相连。

HLR的主要功能是提供用户的签约信息的存放、鉴权的增强、新业务支持等功能。

2.1.2陆地无线接入网

UTRAN的英文全称是UTRANUMTSTerrestrialRadioAccessNetworkUMTS，即陆地无线接入网，由无线网络控制器（RNC）和基站（NodeB）组成[5]。

RNC，即RadioNetworkController，是无线网络控制器，其主要功能是连接建立、断开、切换、宏分集合并、无线资源管理控制。

具体功能如下：

（1）系统信息广播和系统接入控制功能；

（2）切换和RNC迁移等移动性管理功能；

（3）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。

NodeB是WCDMA系统的基站，即无线收发信机，主要完成Uu接口物理层协议的处理，包括基带处理部件和无线收发信机。

NodeB基站和Iub接口互连，它的主要控制扩频、调制、信道编码及解扩、解调、信道解码，此外基带信号和射频信号的相互转换等也是其功能[5]。

2.1.3终端设备

UE，即UserEquipment，叫用户终端设备，它主要由基带处理单元、射频处理单元、协议栈模块以及应用层软件模块等组成。

用户终端设备通过Uu接口与网络设备进行数据交互，可以为用户提供分组域和电路域内的各种业务功能，包括数据通信、普通话音、移动多媒体以及Internet应用。

2.1.4外部网络

外部网络，即ExternalNetworks，外部网络可以分为两类：

（1）分组交换网络（PSNetworks）：

实现数据包的连接服务，如Internet。

（2）电路交换网络（CSNetworks）：

实现电路交换的连接服务，如通话的服务。

2.2WCDMA关键技术

本章节主要介绍了WCDMA收发信机的原理以及结构，包括RAKE接收机的原理和结构，中频以及射频处理技术，信道编解码技术和多用户检测等技术的基本原理。

图2.2数字通信系统

如图2.2所示该系统是数字通信系统，WCDMA的收发信机是基于这个基本的构造上，其中调制解调部分采用信道，编译码部分采用Turbo码或者卷积码。

根据应用数据的不同，码分多址采用直接扩频通信技术，信源编码部分对语音采用AMR自适应多速率编码，对多媒体业务以及图像采用ITURec.H.324协议。

2.2.1RAKE接收机

在WCDMA扩频系统中，信道的带宽是远大于信道的平坦衰落带宽。

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，但WCDMA扩频码在选择时就要求它有很好的自相关特性。

由于多径信号包括可以利用的信息，因此WCDMA接收机可以通过合并多径信号来改善接收信号的信噪比。

RAKE接收机是通过多个相关检测器接收多径信号中的各路信号，并把这些信号合并在一起。

图2.3是一个RAKE接收机，是为WCDMA系统设计的较为经典的分集接收器，当传播时延超过一个码片周期时，多径信号实际上可被看作是相互独立的。

带DLL的相关器是一个迟早门的锁相环。

它由两个相关器，早和晚组成，迟早门的结果相减可以调整码相位，和解调相关器分别相差正负二分之一或正负四分之一个码片。

延迟环路的性能取决于环路带宽，延迟估计是通过匹配滤波器获取不同时间延迟位置上的信号能量分布如（图2.4所示），能识别具有较大能量的多径的位置，并将它们的时间量分配到RAKE接收机的不同接收径上。

匹配滤波器的测量精度可以达到四分之一至二分之一码片。

而RAKE接收机的不同接收径的间隔则是一个码片[6]。

图2.3RAKE接收机

图2.4基于连续导频信号的信道估计方法

2.2.2WCDMA射频和中频的总体结构

图2.5是WCDMA射频和中频部分的原理框图，射频部分是传统的模拟结构，有用信号在这里转化为中频信号。

射频的上行通道部分主要包括自动增益控制（RFAGC）二次上变频宽带线性功放、射频发射滤波器。

中频部分主要包括上变频器、下变频器、ADC和上行的中频、下行的去混迭滤波器、平滑滤波器和DAC。

由于WCDMA的数字下变频器输出的基带信号的带宽已经大于中频信号的百分之十，因此与第一代信号和一般的GSM信号不同，称为宽带信号。

射频下行通道部分主要包括下变频器、接收滤波器（Rx滤波器）和自动增益控制（RFAGC）。

图2.5WCDMA射频和中频原理图

2.2.3分集接收原理

无线信道