CDMA无线网络优化方法及案例分析.docx

1、CDMA无线网络优化方法及案例分析*实践教学*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： 通信（3）程 姓 名： 学 号： 指导教师： 成 绩： 摘要本文简要介绍了CDMA的发展，以及CDMA技术原理，主要介绍了CDMA无线网络的优化的概念、内容、网络优化的目的，网络优化流程。重点介绍了CDMA无线网络优化方法，然后以此作为理论基础，对网络优化过程中常见的问题做了简要的分析，并提出了相应的解决方案。最后对掉话这一案例做了深层的分析。关键词：无线网络优化；CDMA；掉话问题前言通信是衡量一个国家或地区经济文化发展水平的重要

2、标志，对推动社会进步和人类文明的发展有着重大的影响。近年来，移动通信在全球范围内迅猛发展，数字化和网络化已成为不可逆转的趋势。我国的移动通信业以改革、重组为动力，改善服务质量，加大市场开发力度，保持了快速健康的发展势头。一个覆盖全国、联通世界、技术先进、业务多样化的国家现代通信网基本形成，全网实现了数字化，网络规模跃居世界第一位。国内形成中国移动、中国联通和中国电信三大运营商对立的局面。随着我国移动通信事业的蓬勃发展和客户规模的不断壮大，通信网络面临严峻的挑战。运营商越来越重视CDMA无线网络优化工作。同时网络优化也是移动通信网络建设中的一个非常重要的内容，其目的就是对投入运行的无线网络进行参

3、数采集、数据分析，找出影响网络质量的原因，通过技术手段或参数调整使网络达到最佳运行状态的方法，使网络资源获得最佳效益，同时了解网络的增长趋势，为扩容提供依据。对于CDMA移动通信系统，网络优化更为重要，因为CDMA系统是一个干扰受限的移动通信系统。应用现有理论和技术，通过网络优化，使得网络容量、质量、经济效益、竞争力达到预期设定的目标值，最终满足客户市场的需求。虽然CDMA移动通信系统在全球已实现商用化，但其网络系统功能还不够完善，在技术层面上还是存在好多问题，主要体现在以下几个方面：1）网络覆盖问题 2）掉话问题 3）二次呼叫问题 4）越区切换问题 5）与其他网络手机用户的互连互通等。基于此

4、，很有必要对现有网络进行合理优化，以提高网络的服务质量，满足客户需求。目录摘要 1前言 2第1章 CDMA的发展 11.1 CDMA的诞生 11.2 CDMA的商用 11.3 CDMA发展历程 2第2章CDMA技术原理 32.1CDMA的概述 32.2CDMA的基本原理 32.3DS-CDMA的关键技术 42.3.1功率控制技术 42.3.2PN码技术 52.3.3RAKE接收技术 52.3.4软切换(Soft Handoff)技术 5第3章CDMA无线网络优化 83.1网络优化的概念和内容 83.2CDMA网络优化的目的 83.3CDMA网络优化流程 93.4网络优化的方法 103.5 优化

5、过程中常见问题及其相应的优化建议 113.5.1由基站引起的信号覆盖问题 113.5.2 由无强信号覆盖所引起问题 113.5.3 由导频污染所引起的问题 113.5.4信号覆盖不连续的问题 113.5.5直放站的干扰问题 12第4章 网络优化案例分析 134.1.掉话的基本概念及掉话机制 134.2掉话原因分析 13总结 16致谢 17参考文献 18第1章 CDMA的发展1.1 CDMA的诞生在整个20世纪80年代，主要的蜂窝设备制造商AT&T、爱立信、OKI电子及其他公司，都开发了吸收数字技术的优点来扩展网络容量的模拟网络设备。它们吸取了数字压缩技术的长处，研究了几种对语音信息进行编码的替

6、换性方法，并用以发现充分使用所分配频道的最佳途径。由于用于发送信号的频谱是固定的，并且是由美国政府来管理的，所以，他们不能随意对使用的频带或者频带的大小进行改变。工程师们不得不设法另辟蹊径，将更多的内容硬塞进已有的频段里。正是适应数字通信世界对革命性改变的需求，时分多址(Time DivisionMultiple Address，TDMA)技术被应用到蜂窝网络。对通信中的TDMA技术方法十分熟悉的艾文雅各布，带领高通公司的核心团队，开始破解将有效的数字通信技术用于蜂窝网络的这个难题。像蜂窝产业中其他一些人样，他们相信，时分多址在日益发展的蜂窝市场上将很快达到它的极限，因此，他们在考虑一些根本的

7、解决方法，即如何利用他们在完成休斯公司项目时的数字编码经验，最大程度地使用监管部门(例如FCC)分配给他们的频段。最终，他们认为，在移动网络中，CDMA是一种真正的扩频技术，它与当时所考虑的用于蜂窝系统的其他方法完全不同。1.2 CDMA的商用CDMA是一种真正的扩频技术，它与当时所考虑的用于蜂窝系统的其他方法完全不同。CDMA的商用在很多行业，政府监管政策是决定某个产品或技术成功与否的重要因素。1989年初，雅各布去华盛顿拜访FCC，以确保一旦有运营商对CDMA感兴趣时可以使用它。由于FCC当时的政策是鼓励开放电信市场以及放松电信管制，因此雅各布得到了期待的答复：一旦某家运营商希望使用某项技

8、术，FCC将不会设置任何障碍，条件是该项技术不和目前的模拟技术AMPS冲突，而且入网设备要经过FCC认证。但是，通过与运营商的早期交流，雅各布及其同事们知道，实际上运营商们对TDMA颇有微辞。于是，高通开始转变策略，着重放大运营商对TDMA的诸多不满，同时不忘宣扬CDMA的极大优势。高通搅局移动市场对其企业文化的形成也有很大的影响。最后，雅各布、维特比和吉尔豪森们不仅在理论上证明了CDMA可以提供40倍于模拟网络的容量，而且，在攻克了一系列技术难题，研制了CDMA的手机和传输设备之后，最终于1989年11月3日，举行了一场成功的商用演示。当时，吸引了全球250多家的网络运营商和设备商到现场参观

9、。当天下午，移动环境下的首次CDMA语音通话等实际演示取得了巨大成功。1.3 CDMA发展历程CDMA技术自1988年概念提出至今，已经整整21年了。21年来，CDMA技术从小到大、从弱到强，走出了一条稳步发展、逐步完善的路线。其足迹也从星星之火到现在遍及全球的燎原之势。强劲的数据服务优势、完善的技术演进路线和成熟的产业价值链是CDMA技术得以屡创佳绩的重要原因。1988年11月高通公司第一次提出蜂窝CDMA的概念，标志着CDMA技术进入萌芽期。1993年，美国电信行业协会（TIA）采用CDMA为北美数字蜂窝标准（IS-95A标准）。贝尔大西洋移动通信公司为其蜂窝网络选择CDMA技术，同时韩国

10、采用CDMA技术作为国家无线技术。1995年，PCS PrimeCo公司指定CDMA技术作为其PCS网络的基础。同年10月，CDMA网络在香港地区首次进入商用领域（运营商为HutchisonTelecom）。1999年，这一年最大的新闻来自中国，中国联通加入CDG并宣布商用服务计划。CDG宣布，在35个国家拥有8家CDMA运营商，CDMA也成为增长最为迅速的移动技术，拥有近420万用户。同时，CDMA2000 1x和WCDMA被ITU选为3G无线标准。2006年CDG宣布，2006年，CDMA新增用户达1亿，用户数量以每年24%的速度增长，全球CDMA One 和CDMA2000用户总数达3.

11、735亿。同时，中国联通在澳门成功取得3G牌照后，将部署其首个3GCDMA20001xEV-DO高速宽带数据网络。第2章CDMA技术原理2.1 CDMA的概述CDMA（Code Division MultipleAccess的缩写）直译为码分多址，是在数字通信技术的分支扩频通信的基础上发展起来的一种技术。所谓扩频，简单地说就是把频谱扩展。CDMA技术采用的是直接序列扩频方式，就是用具有噪声特性的载波以及比简单点到多点通信所需带宽宽得多的频带去传输相同的数据。扩频技术的起源要追溯到二战时期，这种思想的初衷是防止敌方对己方通信的干扰。由于窄带通信采用的带宽只有几十kHz，只需要使用一个具有相同发射

12、频率及足够大功率的发射机就可以非常容易地干扰对方的通信。因为无论调幅、调频技术都很难从恶劣的信噪比环境中恢复原始信息。CDMA这种新技术的想法就是通过特殊的码型处理，把信号能量扩散到一个很宽的频带上，湮没在噪声里，在接收端只有通过相同的码型才能把信号恢复出来（整个过程就像加密、解密一样），我们称之为直接序列扩频。由于信号湮没在噪声里，故敌方很难侦测到。因此，这种技术在军事领域中有着广泛的应用。而现在，CDMA技术已经越来越多的用于民用工程，其发展速度也是越来越快。2.2 CDMA的基本原理在CDMA中，每一个比特时间划分为m个短的间隔，称为码片。通常m的值是64或128，现假设m的值为8来说明

13、其原理。使用CDMA的每一个站被指一个唯一的m bit码片序列。一个站如果要发送比特，则发送它自己的m bit码片序列。如果要发送比特0，则发送该码片序列的二进制反码。例如，指派给S站的8 bit码片序列是00011011。当S发送比特1时，它就发送序列00011011，而当S发送比特0时，就发送11100100。为了方便，我们按惯例将码片中的0写为-1，将1写为+1。因此S站的码片序列是（-1-1-1+1+1-1+1+1）。CDMA系统的一个重要特点就是这种体制给每一个站分配码片序列不仅必须各不相同，并且还必须互相正交。用数学公式可以很清楚地表示码片序列的这种正交关系。令向量S表示S站的码片

14、向量，再令T表示其它任何站的码片向量。两个不同站的码片序列正交，就是向量S和向量T的规格化内积都是0（如2-1）： （2-1） 不仅如此，向量S和各站码片反码的向量内积也是0。另外，任何一个码片向量与其自身的规格化内积都是1（如（2-2），而一个码片和该码片反码的向量的规格化内积值是-1。（2-2） 再来看一下CDMA通信过程中信息的发射与接收。码分多址是利用不同的地址码调制不同用户信号,由于这些地址码是相互正交的,因此接收机根据信号码型之间的差异分离出需要的信号。在CDMA系统中,地址码的选择直接影响系统性能。如果用比语音信号速率大得多的地址去调制信号,则调制后形成的数字流的比特率与地址码相

15、同,使信号的频谱大大扩展,这就是直接序列扩频的原理。如图2-1所示:(a)发射框图(b)接收框图图2-1 CDMA接收和发送的原理框图2.3 DS-CDMA的关键技术 DS-CDMA应用在第二代移动通信系统中的基本技术单元，即RAKE接收机、功率控制、软切换、频率切换和多用户检测。2.3.1功率控制技术CDMA系统为自干扰系统，如果系统采用的扩频码不是完全正交的(实际系统中使用的地址码是近似正交的)，因而造成相互之间的干扰。在一个CDMA系统中，每一个码分信道都会受到来自其它码分信道的干扰，这种干扰是一种固有的内在干扰。由于各个用户距离基站距离不同而使得基站接收到各个用户的信号强弱不同，由于信

16、号间存在干扰，尤其是强信号会对弱信号造成很大的干扰，甚至造成系统的崩溃，这就是远近效应。因此必须采用某种方式来控制各个用户的发射功率，使得各个用户到达基站的信号强度基本一致。CDMA功率控制分为前向功率控制和反向功率控制，反向功率控制又分为开环和闭环功率控制。*反向开环功率控制反向开环功率控制是移动台根据在小区中所接收功率的变化，迅速调节移动台发射功率。*反向闭环功率控制闭环功率控制的目的是使基站对移动台的开环功率估计迅速做出纠正，以使移动台保持最理想的发射功率。 *前向功率控制基站周期性地降低发射到移动台的发射功率，移动台测量误帧率，当误帧率超过预定值时，移动台要求基站对它的发射功率增加1%

17、，每15-20ms进行一次调整。2.3.2PN码技术PN码的选择直接影响到CDMA系统的容量、抗干扰能力、接入和切换速度等性能。CDMA信道的区分是靠PN码来进行的，因而要求PN码的自相关性要好，互相关性要弱，实现和编码方案简单等。目前的CDMA系统就是采用一种基本的PN序列-M序列作为地址码，利用它的不同相位来区分不同用户。2.3.3RAKE接收技术移动通信信道是一种多径衰落信道。发射机发出的扩频信号，在传输过程中受到不同建筑物、山岗等各种障碍物的反射和折射，到达接收机时每个波束具有不同的延迟，形成多径信号。如果不同路径信号的延迟超过一个伪码的码片的时延，则在接收端可将不同的波束区别开来。将

18、这些不同波束分别经过不同的延迟线，对齐以及合并在一起，则可达到变害为利，把原来是干扰的信号变成有用信号组合在一起。这里多径信号不仅不是一个不利因素，而且在CDMA系统变成一个可供利用的有利因素。这就是RAKE接收机的基本原理。2.3.4软切换(Soft Handoff)技术2.3.4.1软切换的原理软切换是指在切换过程中，在中断与旧的小区的联系之前，先用相同频率建立与新的小区的联系。在CDMA系统中软切换可以减少对于其它小区的干扰，并通过宏分集还可以改善性能。软切换的原理如下移动台在上行链路中发射的信号被两个基站所接收，经解调后转发到基站控制器(BSC)，下行链路的信号也同时经过两个基站再传送

19、到移动台。移动台可以将收到的两路信号合并，起到宏分集的作用。因为处理过程是先通后断，故称为软切换，而一般的硬切换则是先断后通。如果两个基站之间采用的是不同频率，则这时发生的切换是硬切换。软切换包括以下四种情况:*同一基站的两个扇区之间如果切换发生在两个相同频率的扇区之间的话，这种切换称为更软切换*不同基站的两个小区之间*不同基站的小区和扇区之间的二方切换*不同基站控制器之间。2.3.4.2软切换能够实现的原因1) 系统可以实现相邻小区的同频复用；2) 手机和基站对于每个信道都采用多个接收机，可以同时接收多路信号，在软切换过程中各个基站的信号对于手机来讲相当于是多径信号，手机接收到这些信号相当于

20、是一种空间分集。 以下是几个名词解释导频：指导频信道导频集合：指所有具有相同频率但不同码相位的导频集。有效导频集：与正在联系的基站相对应的导频集合。候选导频集：当前不在有效导频集里，但是已有足够的强度表明与该导频相对应的基站的前向业务信道可以被成功解调的导频集合。相邻导频集：当前不在有效导频集或候选导频集里但又根据某种算法被认为很快就可以进入候选导频集里的导频集合。剩余导频集：不被包括在相邻导频集。候选导频集和有效导频集里的所有其它导频的导频集合。软切换过程如图所示：a) 当导频强度达到T_ADD，移动台发送一个导频强度测量消息，并将该导频转到候选导频集合b) 基站发送一个切换指示消息c) 移

21、动台将此导频转到有效导频集并发送一个切换完成消息d) 当导频强度掉到T_DROP以下时，移动台启动切换去掉定时器e) 切换去掉定时器到期，移动台发送一个导频强度测量消息f) 长基站发送一个切换指示消息g) 移动台把导频从有效导频集移到相邻导频集并发送切换完成消息。图2-2软切换实现过程第3章CDMA无线网络优化3.1网络优化的概念和内容网络优化是移动通信运行维护工作的重要组成部分，是日常运行维护工作的基础上，在保证网络设备正常运行的前提下，对已验收投产的网络所进行的一系列旨在提高移动通信质量和网络运行效率的调查、分析与调整作业。具体的说，就是根据系统的实际表现、系统的实际性能，对系统进行分析，

22、在分析的基础上通过通过对系统参数的调整，使系统性能得到逐步改善，在现有的系统配置下提供最优的服务质量，即最佳的覆盖、满意的信号强度、最佳的通话音质和最低的掉话率等。网络优化的目的是，从运营的角度出发，做到系统配置（硬件及参数）合理，争取最大限度地利用网络资源，提高网络运行经济效益，降低运营成本；从用户的角度出发，在移动通信网络的获得性、稳定性以及话音质量等方面获得满意服务。为了保证整个移动网的服务质量，必须不断的观察和监测整个移动网，不断的优化调整，提高移动网络的服务质量（提高接通率，降低掉话率）。3.2 CDMA网络优化的目的随着CDMA网络建设规模逐渐扩大，提高网络的质量将成为进一步提高网

23、络竞争力的前提和关键因素，当网络维持在一个相对稳定的规模，提高网络服务质量的途径将由初期粗放式的扩大规模向细致、系统的网络优化工程转变，网络优化工作会成为CDMA网络运营过程中的一个重要的环节，网络的发展重点也将逐渐从大规模的工程建设向网络的深入优化调整工程转移。在网络的建设过程中，设计和建设思路会更多的侧重于整网布局的概念，很难细化到小区级的分析考量，即使应用专业的规划和模拟预测工具，因为地图精度和传播模型等的各种不确定因素，也会导致与实际网络效果产生较多的偏差。另一方面，在网络的运营过程中，网络站点密度还会不断的增大，用户数量也会不断增加，用户话务模型会不断变化，业务种类也将日趋多样化，飞

24、速的城市建设也会导致无线环境的改变，种种这些因素，都使的无线网络大部分时间无法运行在最佳状态，使得无线网络性能和用户感知等方面存在很大的提升空间。网络优化第一是要对网络运行中存在的诸如覆盖问题、话音质量问题、掉话、干扰等网络质量问题予以专项解决，第二是在现有的网络资源下，合理配置网络，提高设备利用率和优化网络运行质量，第三是前一期的优化工作要对后期的规划形成一定的指导，真正做到网络的规划、建设、优化的闭环管理。所以，网络优化的主要目的就是通过对现有无线网络进行数据采集和分析，发现和定位网络存在的主要问题，采用各种技术手段，从宏观到精细化地对网络进行各项调整，使无线网络趋近最佳的运行状态，是有限

25、的网络资源获得最佳的用户感知而产生效益，同时根据现有的网络的各项状况，为进一步的网络规划和建设提供指导。网络优化的目标是提高或保持网络质量，而网络质量是各种因素相互作用的结果，随着优化工作的深入开展和优化技术的提高，优化的范围也在不断的扩大。事实上优化的对象已不仅仅是当前的网络，他已经渗透到包括市场预测，网络规划，工程实施直至投入运营的整个循环过程的每一个环节。3.3 CDMA网络优化流程根据优化在移动系统中从开通到正常运行的过程中所起的作用，CDMA网络优化可以分为两种不同的的类型：工程型优化和维护性优化。在系统刚刚开始开通或扩容结束时，需要进行工程型优化，主要是为了解决工程建设中可能存在的

26、遗留问题以及新的设备安装开通后对原有的系统产生的不利影响。在系统稳定运行期间，由于用户数量的增加、外界环境的改变等都会导致系统运行状态的恶化，这时就需要周期性进行维护型优化，以提高系统的运行效率。CDMA网络优化工作是一个复杂的系统工程，工作中应该遵循一定的工作流程，CDMA网络优化作业的一般过程有：现网情况调查阶段、数据采集、数据分析、制定和实施优化方案，检查优化效果并总结留档等。第一步：现网情况调查阶段现网情况调查是网络管理和优化的基础工作，也是进行网络优化的准备阶段。主要工作的内容是收集网络设计目标和能反映现网总体运行及工程情况的各种数据，通过对现网的的详细资料调查和系统检查，迅速定位需

27、要优化的对象和明确优化目标等，为下一步更具体的数据采集、问题分析和定位等做好准备。第二步：数据采集。CDMA网络优化是在充分了解网络运行状态的前提下进行的，因此，数据的采集是一个非常重要的环节。数据采集的主要工作内容是通过采用各种测试、采集和统计等手段更加有针对性地进一步对网络性能和质量情况进行测试和数据收集。第三步：数据分析。进行网络优化的关键一步就是综合从操作维护中心（OMC)/基站和有线部分的信令采集以及无线部分的路测等所获得一系列数据，遵循一定的分析方法和步骤，利用后台数据分析软件等，进行全方位的数据汇总统计和分析，寻找和定位网络问题的具体原因。第四步：制定和实施优化方案。经过上述深入

28、系统的网络数据分析，结合现网运行和工程情况制定出适宜的优化调整方案并付诸实施。第五步：验证并总结。优化方案实施后，应对网络质量进行验证考核，检查存在的质量问题是否得到解决，优化结束后要对优化全过程进行总结，完成技术总结报告留档。3.4 网络优化的方法网络优化的方法有很多种，其中主要的有信令跟踪分析法、话务统计分析法及路测拨打分析法等。在实际优化中，常将二种方法结合起来用。尤其以分析OMC话务统计性能报告，并通过路测和七号信令仪表进行A接口或Abis接口跟踪分析，是进行网络优化常用的有效手段。路测是网络优化中最基本的方式之一，通过路测，可以收集大量真实直观的数据，该数据基本包括了手机通讯的所有无

29、线信息，通过分析，可以对当前网络概况有比较明确地了解，比如查看全网接收电平情况，可以很直观的看出目前何地覆盖情况不理想，或者通过察看Ec/Io情况，看何地处于导频污染区，从而比较容易的做出下一步的处理。同时路测中遇到的掉话及接入失败分析，仍是目前分析掉话及接入失败原因的主要手段之一。对于路测数据的分析在CDMA网络优化中占有重要的地位，是发现和解决问题的重要手段，也是常规优化工作的一个重要组成部分。CQT测试是在测试区内选择多个测试点，在每个点进行一定数量的呼叫。通过呼叫接通情况及测试者对通话质量的评估，分析网络性能质量。测试内容主要包括覆盖率、接通率、掉话率、单方通话率、回声率、串话率等。进

30、行网络优化的关键一步就是以来自移动通信网络数据进行分析，主要数据类型包括无线数据、话务数据、干扰分析数据。无线数据分析包括信号覆盖范围，接收信号场强，天线增益、指向，相邻小区间无线频率的切换，同频及邻频信号强度，使用的直放站覆盖效果。话务数据分析包括对掉话率的分析，相邻小区间的关系是否完整，信令流量的设置准确度，误码率情况，话务流量是否溢出，高话务量基站是否出现阻塞掉话，接通率和拥塞等等。话务数据分析还应该注意话务量发展的前期预测，如某个区域话务量的增长情况。干扰分析数据包括当误码率超过一定的容限出现的低话音质量区域，干扰的分布，网外干扰源的定位和分布，网内和网间(联通和移动)的干扰、无线信号

31、的衰落概率等。以上这些数据可以从网内的数据库及监控系统的统计分析得到，也可以专门使用网络优化测试工具(路测)而取得。3.5 优化过程中常见问题及其相应的优化建议 3.5.1由基站引起的信号覆盖问题一般由基站引起的问题可以归结为以下四个方面：（1）因传输问题引起的故障；（2）因基站软件问题引起的故障；（3）因基站硬件引起的故障；（4）因各种干扰引起的故障。解决方案：（1）传输问题引起的故障大都为传输不稳定有误码，滑码而引起。当传输误码积累到一定时，BSC无法对基站进行控制，数据装载，此时可在本地模式下通过OMT对IDB数据从新装载，复位后或重启可恢复正常；（2）软件问题引起的故障一般是检查各项参数的设置，并更改错误的参数；（3）硬件问题引起故障采用OMT软件进行故障定位，根据OMT建议替换单元进行操作；（4）干扰问题引起的故障可采取选取合理的频点以消除干扰。3.5.2 由无强信号覆盖所引起问题在优化过程中发现这类问题一般是由天线信号受建筑或是地形的阻挡、小区的边缘区域信号较弱等原因引起。解决方案：调整附近基站天线的方向角和倾角；调整天线的高度；对于小区边缘的覆盖问题，如果是某些重要的地方，那么就要根据实际情况考虑加站了。3.5.3 由导频污染所引起的问题导频污染问题在优化过程中是比较常见