移动通信 课程设计.docx

1、移动通信 课程设计*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： 通信工程1班 姓 名： 学 号： * 指导教师： 成 绩： 摘 要网络优化是整个无线网络建设过程中的重要一环，无线网络优化可以确保设备稳定高效运行，解决网络现有的和潜在的问题，提高网络的运行指标，同时提升现有配置下系统的服务质量，更好的为用户服务。本次课程设计首先探讨的是CDMA网络，包括CDMA的简介，发展现状以及所用的关键技术和基本原理，然后介绍了网络优化的一般流程。本课程设计主要介绍了CDMA网络优化中越区切换的问题，通过一些具体的案例的分析

2、探讨切换中出现的典型问题，进行数据测试、分析，最终提出解决方案。关键词：无线网络优化、CDMA、越区切换问题等。前 言移动通信系统从20世纪80年代诞生以来，到2020年将大体经过5代的反战历程，而且到2010年，将从第3代过渡到第4代（4G）。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。移动通信网是一个不断变化的网络，网络结构、无线环境、用户分布和试用行为都是不断变化的。同时，网络规模的扩张、网络覆盖规划规模的复杂化、网络话务模型和业务的改变，都会导致网络当前性能和运行情况偏离最初的设计要求，这些都需要通过网路优化来持续不断地对网络进行调整以适应各种变化。对于C

3、DMA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：网络覆盖问题；掉话问题；二次呼叫问题；越区切换问题；与其他网络手机用户的互连互通等。基于此，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。本论文详细地介绍了CDMA无线网络优化的流程和方法，并着重讨论了CDMA无线通信网络中的切换问题，针对典型案例进行

4、分析，给出具体解决方案。第1章 CDMA简介1.1 CDMA基本概念CDMA (Code Division Multiple Access) 又称码分多址，是在无线通讯上使用的技术，CDMA允许所有使用者同时使用全部频带(1.2288Mhz)，且把其他使用者发出讯号视为杂讯，完全不必考虑到讯号碰撞 (collision) 问题。CDMA中所提供语音编码技术，通话品质比目前GSM好，且可把用户对话时周围环境噪音降低，使通话更清晰。就安全性能而言，CDMA不但有良好的认证体制，更因其传输特性，用码来区分用户，防止被人盗听的能力大大增强。1.2 CDMA技术的发展现状早期中国联通作为国内两大移动运营

5、商之一，不但拥有庞大的GSM网络，而且同时拥有先进的CDMA网络。最初，CDMA技术主要被应用于军事领域抗干扰方面的研究，后来在美国高通公司的介入下，才将其运用到商用无线通信网络中来。在国内CDMA网络规模不断壮大的同时，CDMA技术自身也在不停地发展和改进，并在业界始终保持领先的地位。经过十多年时间的发展和改进，CDMA技术已经经过了多个发展阶段(见图1)。 图1 CDMA发展历程 (1)IS-95阶段一般认为，这两个移动通信标准属于第二代移动通信技术标准。IS-95A是1995年美国正式颁布的窄带CDMA(N-CDMA)标准。IS-95B是IS-95A的进一步发展，于1998年制定的标准。

6、主要目的是能满足更高的比特速率业务的需求，IS-95A和IS-95B均是系列标准，统称为IS-95。cdmaOne是基于IS-95标准的各种CDMA产品的总称，即所有基于cdmaOne技术的产品，其核心技术均以IS-95作为标准。(2)CDMA2000 1X阶段CDMA2000是美国向ITU提出的第三代移动通信空中接口标准的建议，是IS-95标准向第三代演进的技术体制方案，这是一种宽带CDMA技术。CDMA2000 1X原意是指采用单载波形式的CDMA2000系统，也可以理解为CDMA2000的第一阶段。(3)CDMA2000 1X/EV阶段CDMA2000 1X/EV是在CDMA2000 1

7、X基础上进一步提高速率的增强体制。这个技术也分为两个部分，一个被称为1X/EV-DO技术，主要对数据业务进行了增强，另一个叫做1X/EV-DV技术，同时对数据业务和语音业务进行了增强。以上几个阶段不但描述了CDMA技术发展历程，也见证了电信做CDMA网络发展的历史和业务发展方向。其实，CDMA技术也是当今无线网络通信最先进的技术手段之一，不仅在第二代移动通信网络中得到有效应用，也是第三代移动通信网络普遍采用的技术。目前CDMA系统已在我国大规模建设，因此对CDMA无线网络优化的研究变得十分必要。1.3 CDMA基本原理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的信息数据，用

8、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。CDMA按照其采用的扩频调制方式的不同，可以分为直接序列扩频（DS）、跳频扩频(FH)、跳时扩频(TH)和复合式扩频。目前中国电信运营的CDMA网络是基于直接序列扩频技术的应用。1.4 DS-CDMA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。1.4.1 功率控制技术CDMA系统为自干扰系统，如果系统采用的扩

9、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

10、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%，每15-20ms进行一次调整。1.4.2 PN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。1.4.3 RAK

11、E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。1.4.4 软切换技术（Soft Handoff）技术1、软切换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

12、，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

13、方切换*不同基站控制器之间。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是一种空间分集。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

14、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 软切换实现过程1.5 CDMA网基本结构系统当前的CDMA2000 1X网络基本上都由BTS、BSC和PCF、PSDN等节点组成。系统网络结构如下图示：图中PCF为分组控制单元，PDSN为分组数据服务器，SDU为业务交换数据单元模块，BSC为基站控制器。与IS-95相比，网络结构中PCF和PDSN是两个新增模块，PCF用于转发无线子系统和PDSN分组控制单元之间的消息，PDSN节点为cdma2000 1x接入internet的接口模块，PCF和PDSN通过支持移动IP协议的A10、A11接口互联，可以支持分组数据业务传输。MSC/VL

15、R是网络的核心部分，支持话音和增强的电路交换数据业务。 图3 CNMA2000 1x系统网络结构第2章 CDMA无线网络优化流程和方法2.1 CDMA系统的网络优化概述网络优化工作就是在不断监视网络的各项技术数据，并通过用户投诉和路测等手段收集网络运行的数据，对这些数据进行分析，发现网络运行存在的各类问题。根据发现的问题，通过对设备、参数的调整，使网络的性能指标达到最佳状态，最大限度地发挥网络能力，提高网络的平均服务质量和用户的满意度。同时，解决移动通信系统容量与网络质量之间日益突出的矛盾，在提高频谱效率的同时提高系统整体质量，使网络长期稳定地运行。网络优化是CDMA系统实际运营过程中的一个重

16、要环节。CDMA系统在运营过程中需要对系统进行扩容和不断的网络优化，一是为了解决掉话、接入失败、切换不畅、网络阻塞、数据业务速率低等质量问题，能够给系统当前的用户提供更加优质的服务；二是为了优化资源配置，发挥设备潜能，提高系统容量，以接纳越来越多的系统未来用户，提高网络效益。2.2 网络优化的转变近几年移动通信不断发展，移动通信网络不断壮大，网络优化也相应地经历了以下几个发展阶段：1)工程建设型优化向网络优化的转变工程建设型优化一般是在一期工程或一次大型割接进行的优化。主要处理基站、交换遗留问题，保持系统稳定。而真正意义上的网络优化则要解决超常规的网络建设速度和网络整体提供能力的矛盾，希望达到

17、网络设备提供能力的最大化。2)无线网络优化向全网网络优化的转变无线网络设备是移动网投资最大、变化最复杂的部分，是体现网络质量的主要环节。它始终是网络优化的重点，而全网性网络优化则包括对无线网络、交换网络、传输网、数据网、信令网、同步网等在内的多网络的优化。3） 网络性能指标性优化向网络资源的配置型优化的转变网络优化一方面是在现有网络资源下，合理配置网络，提高设备利用率和优化网络运行质量。另一方面，前一期的优化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。4） 传统语音业务的质量优化向多元化业务网络优化的转变网络业务的多元化意味着网络优化思路、技术手段、支撑系统的全面改

18、进。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扩大。事实上，优化的对象已不仅仅是当前的网络，它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个环节。2.3 网络优化的分类根据网络运营的不同阶段，网络优化一般可分为工程优化和运维优化和工程优化两部分。2.3.1 工程优化指在涉及较大网络投资的工程建设阶段进行的优化，包括新建网络以及扩容工程的优化，该工作在工程建设完成后、投入运营之前进行，目标是通过调测和优化使网络达到验收指标并可以正常开通。1)单站配置检查单站配置检查主要包括设备排障

19、、环境测试、参数检查、传输验证等内容。其中设备排障主要关注基站设备的软硬件故障排除、软硬件版本问题；环境测试目的是了解基站周围环境的电磁干扰情况，并消除干扰源参数检查主要通过网管检查节点数据的一致性和完整性、配置原则和基站天馈线参数（如基站经纬度、方向角和下倾角等）的准确性；传输验证主要检验两个相连节点的传输链路配置。2)单站调测单站调测是每个基站必要的工作验证和测试工作。主要测试手段包括DT和CQT。其中CQT测试主要关注CQT中各类业务是否正常，是否有噪声、回音、话音断续等不良情况，若发现问题应做记录，并定位及解决问题。DT测试对整个基站的覆盖范围、接收信号强度、信噪比以及本基站扇区与邻近

20、基站扇区间的切换进行测试，主要关注其是否达到网络规划时覆盖区域的要求，与其他基站是否切换正常等，若发现问题应做记录，并定位及解决问题。3)片区优化一般情况下，15到20个小区可以组成一个片区。片区优化的目的是通过相应区域的DT和CQT进行片区网络性能的验证和优化，其中测试记录更加关注网管的话统数据。4） 全网优化 通过片区优化后将全网内所有小区激活，在加载环境下对整个无线网络进行全面优化。工程优化中前二步均是在无网络负载情况下完成，而在全网优化阶段必须进行模拟加载优化。2.3.2 运维优化运维优化主要是指系统在正式投入商用后至下一次网络扩容之前，为保持和提高网络质量，有效利用网络资源而开展的日

21、常优化工作。运维优化不涉及较大的网络投资，其工作重点是改善客户的感知度。运维优化贯穿于网络运营维护的全过程。网络投入商用后，运营维护和优化是相辅相成的。维护侧重于网络性能的监测、网络故障的处理、用户投诉的响应和系统升级竹理，其解决的问题往往是显而易见的故障性问题而优化则侧重于通过网络性能、网络故障、用户投诉等信息的统计，进行问题分析、定位和处理，其解决的问题可以是故障性问题，也可以是系统性问题但往往是难以实时发现和解决的问题。维护过程中记录的数据是日常优化的基础，而日常优化则反过来改善网络性能，降低维护的难度。运维优化的工作内容主要针对全局性或者局部性的网络KPI(关键业绩指标)问题，通过性能

22、指标统计、测试评估网络性能，对问题进行分析定位，提出针对性的解决方案实现KPI的优化。根据优化范围，运维优化可分为单站优化、片区优化和系统级优化，单站优化、片区优化和系统级优化的流程基本相同。与工程优化不同的是，运维优化是长期和循环式的工作，工作内容较为繁杂，需要具备丰富优化经验的工程师。2.4 网络优化流程2.4.1 工程优化流程射频数据检查。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

23、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2030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

24、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。 路测线路的实际选择与选择原则也相辅相成，互为补充。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。2.

25、4.2 运维优化流程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所示。图4 运维优化的流程图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2-1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。2.5 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

26、。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

27、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

28、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。2.6 CDMA网络优化的主要内容2.6.1 优化准备工作a)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。b)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。c)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。d)各CLUSTER的规划：一般将一

29、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、相关旧和客户的喜好的影响。先优化内层，再优化外层。e)选定路测的线路：CLUSTER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）。所有的路测线路应使用覆盖预测图和地形地貌来定义。应包括主要的公路和主要的街道，如果时间允许还要包括一些稍小的街道。f)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

30、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:1)关闭CDMA系统；2)监视前向链路的频带；3）监视反向链路的频带；4）在进行CLUSTER测试前找出干扰源并将其消除。2.6.2 现场测试根据实际的地理环境最后确定测试路线。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。能正常工作的标准是基站己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R

31、F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偏置的分配；没有频谱干扰；测试设备己配备和校准。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(包括和切换状态)；测试无线环境状态（包括RSSI/MS TX/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。2.6.3 CLUSTER的调整和优化a)天线调整选定天线的调整值，调整天线。b)参数调整：分析参数，调整参数。c)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、MS TX、Ec/Io、FER等）d)最终各CLUSTER的优化工作：各CLUSTER的测试（RSSI、MS TX、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。2.6.4 系统及优化（有负载）系统级优化是对整个系统进行全面的优化，并为系统性能侧试做准备。将所有的CLUSTER组合