（計算機應用技術專業(yè)論文）cdma網絡無線性能的分析和優(yōu)化.pdf

y s 8 9 2 2 2 北京郵電人學碩士研究生學位論文c d m a 網絡無線性能的分析和優(yōu)化 聲明 獨創(chuàng)性( 或創(chuàng)新性) 聲明 本人聲明所呈交的論文是本人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究 成果。盡我所知，除了文中特別加以標注和致謝中所羅列的內容以外，論文中不 包含其他人已經發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得北京郵電大學或其他 教育機構的學位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任 何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。 申請學 本人簽 本人承擔一切相關責任。 日期：塑蘭：! ! 塹 關于論文使用授權的說明 學位論文作者完全了解北京郵電大學有關保留和使用學位論文的規(guī)定，即： 研究生在校攻讀學位期間論文工作的知識產權單位屬北京郵電大學。學校有權保 留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和磁盤，允許學位論文被查閱和借 閱：學?？梢怨紝W位論文的全部或部分內容，可以允許采用影印、縮印或其它 復制手段保存、匯編學位論文。( 保密的學位論文在解密后遵守此規(guī)定) 本學位論文不屬于保密范圍，適用本授權書。 本人簽名：盍墨日期： 導師簽名：舉獐望 日期； 細華2 、玎 ；p 午2 - 叮 北京郵電大學碩士研究生學位論文c d m a 網絡無線性能的分析和優(yōu)化 c d m a 網絡無線性能的分析和優(yōu)化 摘要 移動互聯時代的到來，使人們對移動網絡質量的要求更加高，網 絡優(yōu)化工作的重要性日益顯著。網絡優(yōu)化是網絡建設和發(fā)展的關鍵環(huán) 節(jié)。在完成c d m a 網絡的理論規(guī)劃和實際建網后，網絡優(yōu)化就成為 提升網絡性能的重要手段，成為網絡維護的重要內容，也將成為將來 網絡擴容和改造工程的重要組成部分。網絡優(yōu)化是在曰常運行維護工 作的基礎上，在保證網絡設備正常運行的前提下，對已驗收投產的網 絡所進行的一系列旨在提高移動通信質量和網絡運行效率的調查、分 析與調整作業(yè)。具體的說，就是根據系統的實際表現、系統的實際性 能，對系統進行分析，在分析的基礎上通過對系統參數的調整，使系 統性能得到逐步改善，為現有的系統配置下提供最優(yōu)的服務質量，即 最佳的覆蓋、滿意的信號強度、最佳的通話音質和最低的掉話率等。 本文所述的網絡優(yōu)化主要是針對c d m a 網絡的無線性能部分， 并且以河源市電信公司的4 5 0 m h zc d m a 無線市話網絡無線側的優(yōu) 化為例。在c d m a 網絡無線優(yōu)化過程中，作者通過故障定位，提出 硬件調整建議，并對網絡參數進行具體的調整和修改，實施成效跟蹤 和分析，總結優(yōu)化經驗并形成技術報告。 本文首先概述了c d m a 技術的理論基礎，其中包括碼分多址與 其他多址方式的比較和c d m a 移動通信系統的關鍵技術。然后簡單 介紹了網絡優(yōu)化的概念、內容以及優(yōu)化手段，并給出了網絡優(yōu)化的具 體步驟。本文接著詳細論述了作者在課題期間總結的無線網絡優(yōu)化的 經驗和體會。最后介紹了河源電信4 5 0 m h zc d m a 無線網絡優(yōu)化的 過程以及成果。 關鍵詞c d m a 優(yōu)化干擾源掉話天線 摘要 北京郵電大學碩士研究生學位論文c d m a 網絡無線性能的分析和優(yōu)化 a n a l y s i sa n do p t i m i z a t l 0 na b o u tw i r e l e s s p e r f o r m a n c eo fc d m an e t w o r k a b s t r a c t i nt h e a g e o fm o b i l e i n t e r a c t ，t h e d e m a n df o rt h e q u a l i t y o fm o b i l e t e l e c o m m u n i c a t i o nn e t w o r kb e c a m es t r i c t e rt h a nb e f o r e i ti sm o r ei m p o r t a n tt h a n b e f o r et o o p t i m i z e n e t w o r k n e t w o r k o p t i m i z a t i o n i st h e p i v o t a l t a c h eo ft h e c o n s t r u c t i o na n d d e v e l o p m e n t o fn e t w o r k a f t e rt h et h e o r e t i c l a y o u t a n dt h e a c c o m p l i s h m e n to f t h ec d m a n e t w o r k ，n e t w o r ko p t i m i z a t i o nb e c o m e st h ei m p o r t a n t m e a s u r eo fu p g r a d i n gt h ep e r f o r m a n c eo ft h en e t w o r ka n dt h ei m p o r t a n tc o n t e mo f n e t w o r km a i n t e n a n c e i tt u r n si n t ot h ei m p o r m a n ts e g m e n to fn e t w o r ks p r e a da n dt h e p r o j e c t a l t e r a t i o n n e t w o r k o p t i m i z a t i o n i sas e r i e so fr e s e a r c h ，a n a l y s i sa n d a a j u s t m e n tt h a ta i ma ti m p r o v i n gt h eq u a l i t yo f m o b i l ec o m m u n i c a t i o na n df u n c t i o n e f f i c i e n c yo f t h en e t w o r k o nt h eb a s i so f d a i l yf u n c t i o na n dm a i n t e n a n c e c o n c r e t e l y , i t i st oa n a l y s et h es y s t e mo nt h eb a s i so f t h ea c t u a lr e p r e s e n ta n dt h ep e r f o r m a n c eo f t h e s y s t e m t h et h e s i sg i v e st h en e t w o r ko p t i m i z a t i o nt h a ta i m sa tw i r e l e s sp e r f o r m a n c eo f t h ec d m an e t w o r k t h ee x a m p l ei st h eo p t i m i z a t i o no fw i r e l e s sp e r f o r m a n c eo ft h e h e y u a n4 5 0 m h zc d m an e t w o r k f i r s t l y , t h e a u t h o r e x p a t i a t e s t h e t h e o r yb a c k g r o u n d o fc d m at e c h n o l o g y i n c l u d i n gt h ec o m p a r i n go f c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s sa n do t h e rm u l t i p l em o d e a n di n c l u d i n gt h ep i v o m lt e c h n o l o g yo fc d m am o b i l ec o m m u n i c a t i o n t h e nt h e a u t h o ri n t r o d u c e ss i m p l yt h ec o n c e p ta n dc o n t e n to fn e t w o r ko p t i m i z a t i o na n dg i v e s t hm a t e r i a l s t e p a t l a s tt h ea u t h o ri n t r o d u c e st h ec o u r s ea n dh a r v e s to fn e t w o r k o p t i m i z a t i o no f h e y u a n 4 5 0 m h zc d m aw i r e l e s sn e t w o r k k e yw o r d s ：c d m a o p t i m i z a t i o n i n t r u d e ra n t e n n a a b s t r a c t 北京郵電大學碩士研究生學位論文c d m a 網絡無線性能的分析和優(yōu)化 1 1 引言 第一章緒論 移動通信是當今通信領域內最為活躍和發(fā)展最為迅速的領域之一，也是2 1 世紀對人類的生活和社會發(fā)展將有重大影響的科學技術領域之一。移動互聯時代 的到來，使人們對移動網絡質量的要求更加高，網絡優(yōu)化工作的重要性日益顯著。 移動通信系統的網絡優(yōu)化是一項復雜的系統工程，它涉及到頻率資源、無線 網絡、交換網絡、用戶分布、甚至手機用戶的使用習慣等問題，涉及到對網絡數 據的復雜測試及評估。它沒有固定的模式。網絡優(yōu)化又是一項長期的工作，從建 網以后的所有擴容和調整工作都是網絡優(yōu)化的一部分。隨著用戶的增加以及網絡 規(guī)模的擴大，優(yōu)化工作也將不斷的深入。 本文所述的網絡優(yōu)化主要是針對c d m a 網絡的無線性能部分，并且以河源 市電信公司的4 5 0 mc d m a 無線市話網絡無線側的優(yōu)化為例。 1 2 我國移動通信網絡的現狀 白1 9 9 3 年我國首次開通g s m 移動試驗網以來，移動通信在我國以一種前 所未有的發(fā)展速度迅猛發(fā)展，到2 0 0 0 年底，全國移動用戶已突破了8 0 0 0 萬，而 2 0 0 1 年已超過一億，截至2 0 0 3 年9 月，全國移動電話用戶總數達2 4 億，平均 年增長率達到了5 0 1 0 0 。同時，用戶迅速地大規(guī)模增長促使我國移動通信網絡 的規(guī)模也以一種前所未有的速度迅猛發(fā)展。現我國移動通信網已覆蓋了全國大、 中、小城市和平原地區(qū)，實現了全國3 1 個省、市、自治區(qū)的自動漫游，與世界上 1 1 6 個國家和地區(qū)的運營商實現了自動漫游，基本實現了國內各大、中、小城市 間的無縫連接。2 0 0 0 年初，中國聯通又推出了覆蓋全國的c d m ai s 一9 5 移動通 信網，現已升級成c d m a 2 0 0 0l x 系統。從國家打破壟斷、鼓勵競爭的管理思路以 及w t o 要求對中國電信市場開放的時間表等各方面的考慮，基本可以認為中國 移動、中國聯通、中國電信和中國網通四大運營商將獲得3 g 牌照。這一切都標 志著我國移動通信市場的飛速發(fā)展。但隨著移動通信的迅猛發(fā)展，移動用戶對網 絡服務質量的要求也越來越高。而由于下述原因，使得現有網絡的服務質量不盡 如人意，巨額的投資并沒有得到最高的收益。 1 由于網絡建設速度快，市場需求的壓力大，使得網絡來不及進行調試即投 6 第一章緒論 c d m a 網絡無線性能的分析和優(yōu)化 入運行。因此產生了通話質量上的各種問題，如串音，掉話，晤音斷續(xù)，單邊通 話和干擾等。 2 由于移動通信網絡的“移動”特性，使得對它的維護和操作與固定鏈路通信 網絡之間的差別是很大的。最大的區(qū)別是移動通信網的條件會發(fā)生變化，如周圍 的環(huán)境、話務量分布：另外移動網規(guī)劃中有大量的小區(qū)設計參數，而且它們大多 數是可調整的。這些都會對服務質量等重要指標產生很大影響。但是，移動通信 網又不可能象固定鏈路通信網那樣將問題在規(guī)劃設計階段就解決，因為移動網中 出現的大多數問題在網絡規(guī)劃階段是不可能考慮得到的。 所以在移動通信網絡運行當中，我f 1 既要通過優(yōu)化來解決工程遺留下的問 題，還要根據移動通信網條件的變化進行優(yōu)化調整。由此可見，加強網絡優(yōu)化、 搞好運行維護是提高移動通信網絡質量的關鍵。特別是在移動通信業(yè)務的提供走 向市場化的情況下，如何通過網絡優(yōu)化來提高網絡的利用率，使巨額的投資得到 最高的收益，正在成為運營商越來越關心的問題。 1 - 3 論文期間的工作 河源電信4 5 0 m h zc d m a 無線市話工程于2 0 0 2 年1 1 月底啟動，1 2 月1 4 日正式打通第一個電話，至2 0 0 3 年1 月底共建設2 0 個基站，容量達4 0 0 0 0 多個 用戶。無線市話建網初期出現的問題主要集中在無線側，具體表現是覆蓋率較低、 m s 起呼尋呼困難、掉話率高和語音質量差等等。 作者從2 0 0 3 年2 月至2 0 0 3 年1 2 月，在廣東省電信公司河源市分公司的無 線通訊部開展“c d m a 網絡無線性能的分析和優(yōu)化”的課題。在課題研究期間， 作者通過對c d m a 無線網絡的故障定位，提出硬件調整建議，并對網絡參數進 行具體的調整和修改，然后進行實施成效跟蹤和分析，總結優(yōu)化經驗并形成技術 報告。 2 0 0 2 生1 1 月至2 0 0 3 生1 旦，開始前期研究。包括閱讀有關c d m a 移動通 信系統的書籍和文獻，詳細了解了c d m a 移動通信系統的關鍵技術；閱讀網絡 優(yōu)化方面的書籍，了解目前使用的網絡優(yōu)化手段以及工具。 2 0 0 3 生2 目至2 0 0 3 生3 月，根據前期的知識儲備，進一步全面了解c d m a 移動通信網的各種技術，以及系統分析、無線傳播和蜂窩工程方面的基礎知識： 學習使用網絡優(yōu)化的工具；完成研究生論文開題報告。 2 0 0 3 生4 月至2 0 0 3 生9 目，加入河源市電信公司的無線通訊部進行日常工 作，對4 5 0 m h zc d m a 無線市話網絡進行無線性能分析，首先進行無線頻譜監(jiān) 第一章緒論c d m a 網絡無線性能的分析和優(yōu)化 測，確定外部干擾源，然后逐一進行排查；然后針對切換成功率、接通率、擁塞 率、掉話率等網絡指標對無線網絡參數進行具體的調整和修改。 2 q q 3 生! q 旦至2 q 塑生1 2 旦，對前期的優(yōu)化_ l 作的實施成效進行跟蹤和分 析，總結優(yōu)化經驗并形成技術報告。 2 q q 4 生! 旦至2 q q 壘生2 月，總結文檔，完成研究生學位論文。 第二章c d m a 技術的理論基礎c d m a 網絡無線性能的分析和優(yōu)化 第二章c d m a 技術的理論基礎 2 1 碼分多址( c d m a ) 技術 1 9 7 7 年，庫珀( r g c o o p e r ) 和內特爾頓( n e t t l e t o n ) 首先提出利用擴頻技 術實現c d m a 方案，以使蜂窩移動通信系統的頻譜效率提高2 5 倍。這一成果 的發(fā)表引起了極大的轟動。但由于當時的數字無線技術和陸地移動通信的市場需 求均未成熟，因此沒有進入實用。但自1 9 8 9 年以來，美國欲將c d m a 方式在移 動通信中實用化，研究工作十分活躍，才真正引起人們的注意。美國q u a l c o m m 公司發(fā)展的c d m a 系統采用直接序列擴頻技術，在數字蜂窩系統、無繩電話系 統和個人通信中充分發(fā)揮技術優(yōu)勢，使人耳目一新。 2 2 什么是碼分多址 c d m a 是碼分多址的英文縮寫( c o d e d i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) ，它是在數字 技術的分支一擴頻通信技術上發(fā)展起來的一種嶄新而成熟的無線通信技術。 c d m a 技術的原理是基于擴頻技術，即將需傳送的具有一定信號帶寬的信息數 據，用一個帶寬遠大于信號帶寬的高速偽隨機碼進行調制，使原數據信號的帶寬 被擴展，再經載波調制并發(fā)送出去。接收端使用完全相同的偽隨機碼，與接收的 帶寬信號作相關處理，把寬帶信號換成原信息數據的窄帶信號即解擴，以實現信 息通信。 碼分多址包含兩個基本技術：一個是碼分技術，其基礎是擴頻技術；另一個 是多址技術。將這兩個基本技術結合在一起，并吸收其他一些關鍵技術，形成了 今天碼分多址移動通信系統的技術支撐。 擴頻技術 在c d m a 中，分配給每個用戶一個唯一的編碼序列( 擴展碼) ，用于對它的 承載信息信號進行編碼。接收機知道用戶的編碼序列，可以在接收后對接收的信 號進行解碼并恢復出原始數據，這是因為特定用戶的編碼信號和其他用戶的編碼 信號之間的互相關性很小。因為編碼信號的帶寬比承載信息信號的帶寬大得多， 因此編碼處理擴展了信號的帶寬，這就是大家熟知的擴頻調制。 擴頻調制技術必須遵循下面的兩個準則： ( i ) 傳輸帶寬必須遠遠大于信息帶寬； 第二章c d m a 技術的理論基礎c d m a 網絡無線性能的分析和優(yōu)化 ( 2 ) 產生的射頻信號帶寬由一個函數決定，而不是由發(fā)送的信息決定( 因 此，帶寬和發(fā)送的信息是統計獨立的) 。 多址技術 蜂窩系統向用戶提供服務的資源包括空間、時間、頻率和編碼方式等。一般 而言，不同的系統可以使用不同的通信資源( 可以看成抽象的信道) 來區(qū)分通信 對象，一個這樣的信道只容納一個用戶進行通信，而許多同時通信的用戶，互相 以不同的抽象信道的形式來區(qū)分，這就是多址的概念。蜂窩移動通信系統是一個 有多個抽象信道同時工作的系統，同時在下行方向具有廣播的特點和大面積覆蓋 的特點。在利用無線通信環(huán)境的電波覆蓋區(qū)內，如何建立用戶之問的無線信道的 連接，是多址接入方式要解決的問題。 當以傳輸信號存在的空間不同來區(qū)分信道建立多址接入時，稱為空分多址 ( s d m a ) 方式；當以傳輸信號的載波頻率不同來區(qū)分信道建立多址接入時，稱 為頻分多址( f d m a ) 方式；當以傳輸信號存在的時間不同來區(qū)分信道建立多址 接入時，稱為時分多址( t d m a ) 方式；當以傳輸信號的碼型不同來區(qū)分信道建 立多址接入時，稱為碼分多址( c d m a ) 方式。在實際應用中，上述幾種多址方 式可以結合使用。比如g s m 系統就結合了f d m a 和t d m a 技術，同時它也利 用了空分復用( s d m ) 技術。 碼分多址的實現原理 碼分多址是使用一組正交( 或準正交) 的碼組通過相關處理來實現多個用戶 共享空間傳輸的頻率資源和同時入網接續(xù)的功能。 在發(fā)端，有用信號經擴頻處理后，頻譜被展寬；在收端，利用偽碼的相關性 作解擴頻處理后，有用信號頻譜被恢復成窄帶譜。寬帶無用信號與本地偽碼不相 關，因此不能解擴頻，仍為寬帶譜；窄帶無用信號則為本地偽碼所擴展稱為寬帶 譜。由于無用的干擾信號為寬帶譜而有用信號為窄帶譜，我們可以用一個窄帶濾 波器排除帶外的干擾電平，于是窄帶內的信噪比就大大提高了。 2 3 碼分多址和其他多址方式的比較 目前在移動通信中應用的多址方式有：頻分多址( f d m a ) 、時分多址 ( t d m a ) 、碼分多址( c d m a ) 和空分多址( s d m a ) 以及它們的混合應用方 式等，s d m a 一般不單獨使用，而是和其他多址方式結合使用。 相對于c d m a 碼分多址，f d m a 頻分多址和t d m a 時分多址經過多年應用， 他們的優(yōu)勢已得到充分的挖掘，同時缺點也得到充分的暴露。 第二章c d m a 技術的理論基礎c d m a 網絡無線性能的分析和優(yōu)化 頻分多址( f d m a ) 方式 在頻分多址系統中，把可以使用的總頻段劃分為若干占用較小帶寬的頻道， 這些頻道在頻域上互不重疊，每個頻道就是一個信道，分配給一個用戶。在接收 設備中使用帶通濾波器允許指定頻道里的能量通過，但濾除其他頻率的信號，從 而限制了臨近信道之間的相互干擾。 每信道占用一個載頻，相鄰載頻之間的間隔應滿足傳輸信號帶寬的要 求。為了在有限的頻譜中增加信道數量，系統均希望間隔越窄越好。每個信道的 每一載波僅支持一個電路連接，也就是說f d m a 通常在窄帶系統中實現。 符號時問與平均延遲擴展相比是很大的。f d m a 方式中，每信道只傳送 一路數字信號，信號速率低，一般在2 5 k b i f f s 以下，遠低于多徑時延擴展所限定 的1 0 0 k b i t s ，所以在數字信號傳輸中，由碼間干擾引起的誤碼極小，因此在窄帶 f d m a 系統中無需自適應均衡。 基站復雜龐大，重復設置收發(fā)信設備?；居卸嗌傩诺溃托枰嗌俨?收發(fā)信機，同時需要天線共用器，功率損耗大，易產生信道間的互調干擾。 越區(qū)切換較為復雜和困難。因在f d m a 系統中，分配好語音信道后， 基站和移動臺都是連續(xù)傳輸的，所以在越區(qū)切換時，必須瞬時中斷傳輸數十至數 百毫秒，以把通信從一頻率切換到另一頻率上去。對于話音，瞬時中斷問題不大， 對于數據傳輸則帶來數據的丟失。 時分多址( t d m a ) 方式 在時分多址系統中，把時間分成周期性的幀，每一幀再分成若干時隙( 無論 幀或時隙都是互不重疊的) ，每一個時隙就是一個通信信道，分配給一個用戶。 然后按一定的時隙分配原則，使各個移動臺在每幀內只能按指定的時隙向基站發(fā) 射信號，在滿足定時和同步的條件下，基站可以在各時隙中接收到各移動臺的信 號且互不干擾。同時，基站發(fā)向各個移動臺的信號都按順序安排在預定的時隙中 傳輸，各移動臺只要在指定的時隙內接收，就能在合路的信號中把發(fā)給他的信號 區(qū)分出來。 突發(fā)傳輸的速率高，遠大于語音編碼速率，每路編碼速率設為r b i f f s ， 共n 個時隙，則在這個載波上傳輸的速率將大于n rb i f f s 。這是因為t d m a 系 統中需要較高的同步開銷。同步技術是t d m a 系統正常工作的重要保證。 發(fā)射信號速率隨n 的增大而提高，如果達到1 0 0 k b i f f s 以上，碼間串擾 就將加大，必須采用自適應均衡，用以補償傳輸失真。 抗干擾能力強，頻率利用率高，系統容量大。 越區(qū)切換簡單。由于在t d m a 中移動臺是不連續(xù)地突發(fā)式傳輸，所以 第二章c d m a 技術的理論基礎c d m a 網絡無線性能的分析和優(yōu)化 切換處理對一個用戶單元來說，是很簡單的，因為它可以利用空閑時隙監(jiān)測其他 基站，這樣越區(qū)切換可在無信息傳輸時進行。因而沒有必要中斷信息的傳輸，即 使傳輸數據也不會因越區(qū)切換而丟失。 碼分多址( c d m a ) 方式 碼分多址系統為每個用戶分配了各自特定的地址碼，利用公共信道來傳輸信 息。c d m a 系統的地址碼相互具有準正交性，以區(qū)別地址，而在頻率、時間和 空間上都可能重疊。系統的接收端必須有完全一致的本地地址碼，用來對接收的 信號進行相關監(jiān)測。其他使用不同碼型的信號，因為和接收機本地產生的碼型不 同而不能被解調。 與f d m a 和t d m a 相比，c d m a 具有許多獨特的優(yōu)點，其中一部分是擴頻 通信系統所固有的，另一部分則是由軟切換和功率控制等技術所帶來的。c d m a 移動通信網是由擴頻、多址接入、蜂窩組網和頻率復用等幾種技術結合而成，含 有頻域、時域和碼域三維信號處理的一種協作，因此它具有抗干擾性好，抗多徑 衰落，保密安全性高，同頻率可在多個小區(qū)內重復使用，容量和質量之間可做權 衡取舍等屬性。這些屬性使c d m a 比其它系統有非常重要的優(yōu)勢。 通信容量大。理論上講，信道容量完全由信道特性決定，但實際的系統 很難達到理想的情況，因而不同的多址方式可能有不同的通信容量。c d m a 是 干擾限制性系統，任何干擾的減少都直接轉化為系統容量的提高。因此一些能降 低干擾功率的技術，如話音激活( v o i c e a c t i v i t y ) 技術等，可以自然的用于提高 系統容量。 容量的軟特性。在c d m a 系統中，用戶數的增加相當于背景噪聲的增 加，造成話音質量的下降。但對用戶數并沒有限制，操作者可在容量和話音質量 之間折衷考慮。另外，多小區(qū)之間可根據話務量和干擾情況自動均衡。 這一特點與c d m a 的機理有關。c d m a 是一個自擾系統，所有移動用戶都 占用相同帶寬和頻率，打個比方，將帶寬想象成一個大房子，所有的人將進入唯 一的大房子。如果他們使用完全不同的語言，他們就可以清楚地聽到同伴的聲音 而只受到一些來自別人談話的干擾。在這里，屋里的空氣可以被想象成寬帶的載 波，而不同的語言即被當作編碼，我們可以不斷地增加用戶直到整個背景噪音限 制住了我們。如果能控制住用戶的信號強度，在保持高質量通話的同時，我們就 可以容納更多的用戶。 在c d m a 系統中，信道數據速率很高，因此碼片時長很短，通常比信 道的時延擴展小得多。因為p n 序列有低的白相關性，所以大于一個碼片寬度的 時延擴展部分，可受到接收機的自然抑制。另一方面，如采用分集接收最大比合 2 第二章c d m a 技術的理論基礎c d m a 網絡無線性能的分析和優(yōu)化 并技術，可獲得最佳的抗多徑衰落效果。 平滑的軟切換和有效的宏分集。c d m a 系統中所有小區(qū)使用相同的頻 率，這不僅簡化了頻率規(guī)劃，也使越區(qū)切換得以完成。每當移動臺處于小區(qū)邊緣 時，同時有兩個或兩個以上的基站向該移動臺發(fā)送相同的信號，移動臺的分集接 收機能同時接收合并這些信號，此時處于宏分集狀態(tài)。當某一基站的信號強于當 前基站信號且穩(wěn)定后，移動臺才切換到該基站的控制上去。這種切換可以在通信 的過程中平滑的完成，稱為軟交換。 低信號功率譜密度。在c d m a 系統中，信號功率被擴展到比自身頻帶 寬度寬百倍以上的頻帶范圍內，因而其功率譜密度大大降低。由此可得到兩方面 的好處：其一，具有較強的抗窄帶干擾能力；其二，對窄帶系統的干擾很小，有 可能與其他系統共用頻段，使有限的頻譜資源得到更充分的使用。 但是c d m a 技術并未盡善盡美： c d m a 雖具有柔性容量，但同時工作的用戶越多，所形成的干擾噪聲就 越大，當用戶數超過網絡設計容量時，系統的信噪比會惡化，從而導致通信質量 的下降。 c d m a 技術采用r a k e 接收機，有利于克服碼間干擾，但當擴頻處理 增益不夠大時，克服的程度會受到限制，即仍會殘存碼間干擾。 c d m a 為克服遠近效應而采用功率控制技術，從而增加了系統的復雜 性。 c d m a 的不同用戶是以p n ( 偽隨機碼) 碼來區(qū)分的，要求各p n 碼之 間的互相關系數盡可能小，但很難找到數目較多的這種p n 碼；另外用戶越多， p n 碼的長度就會越長，則在接收端的同步時問也長，難以滿足高速移動中通信 快速同步的要求。 一一c d m a 系統各地址碼間的互相關性越大，則多址干擾就越大，而在 t d m a 和f d m a 中不存在多址干擾問題。 c d m a 蜂窩網各蜂窩可能使用同一頻帶同一碼組，那么相鄰蜂窩的同一 碼組之間會產生干擾。 c d m a 體制是一種噪聲受限系統，同時通信的用戶數越多，通信質量惡 化的程度就越嚴重。 以上各種因素的影響，最終導致c d m a 系統的用戶容量遠低于理論計算值。 第二章c d m a 技術的理論基礎c d m a 網絡無線性能的分析和優(yōu)化 2 4c d m a 移動通信系統的關鍵技術 1 功率控制技術 功率控制是c d m a 系統的核心技術。c d m a 系統是一個白擾系統，所有移 動用戶都占用相同帶寬和頻率，“遠近效應”問題特別突出。c d m a 功率控制的 目的就是克服“遠近效應”，使系統既能維護高質量通信，又不對其他用戶產生干 擾。 在實際的c d m a 系統中功率控制分為前向鏈路功率控制和反向鏈路功率控 制，反向鏈路功率控制又分為反向丌環(huán)功率控制和反向閉環(huán)功率控制，采用開環(huán) 功率控制是指移動臺根據接收到基站的寬帶導頻信號功率的變化，估計從移動臺 到基站的傳輸損耗，迅速調節(jié)移動臺的發(fā)射功率。丌環(huán)功率控制的目的是試圖使 所有移動臺發(fā)出的信號在到達基站時都有相同的功率。由于開環(huán)功率控制是為了 補償平均路徑衰落的變化和陰影、拐彎等效應，所以它必須要有一個很大的動態(tài) 范圍。例如，如果用戶中的接收信號功率突然增強，則開環(huán)功率控制要在幾個 m s 內提供一個非?？焖俚捻憫?，降低用戶的發(fā)射功率，防止信號以過高的電平 到達基站。開環(huán)功率控制只是對移動臺發(fā)送電平的粗略估計，移動臺通過測量接 收功率來估計發(fā)射功率，而不需要進行任何正向鏈路解調。在c d m a 系統中， 雙向無線信道的前向鏈路和反向鏈路使用不同的頻段，頻段間隔( 4 5 m h z ) 使得 用戶的發(fā)射機和接收機能同時工作，而且避免了發(fā)射機對接收機的干擾。頻率間 隔對功率控制也產生了很大的影響。一般頻帶間隔遠遠超過信道的相干帶寬，使 得發(fā)射和接收信道成為兩個獨立的衰落信道。這意味著用戶不能把測得的接收信 號的路徑損耗當作發(fā)射信號的路徑損耗，還要利用基站測量所接收的移動臺功率 得到的反饋。所以在實際c d m a 系統中，采用開環(huán)和閉環(huán)功率控制結合的方案， 基站測量移動臺的信號強度，然后給移動臺傳送功率控制命令，使移動提高或降 低它的傳送功率，從而為移動臺設定它的傳送功率提供一個閉環(huán)控制。閉環(huán)控制 應根據基站接收信噪比，決定移動臺的發(fā)射功率。閉環(huán)功率控制的目的是由基站 的接收信噪比迅速調整移動臺的發(fā)射功率，以保證基站收到的信號足夠強，同時 其他信道干擾最小。閉環(huán)功率控制是由基站協助移動臺來完成的對開環(huán)功率控制 的補充手段。開環(huán)功率控制和閉環(huán)功率控制共同調整用戶的發(fā)射信號功率。 對于c d m a 蜂窩系統，用戶不僅受到來自本小區(qū)基站的干擾，而且受到周 圍小區(qū)基站的干擾，特別是位于小區(qū)邊緣的用戶受到了很強的來自周圍小區(qū)基站 的干擾。解決這個問題的有效方法是前向鏈路功率控制。在前向功率控制中，基 站根據移動臺的測量結果，調整對每個移動臺的前向鏈路功率，而對那些遠離基 第二章c d m a 技術的理論基礎c d m a 網絡無線性能的分析和優(yōu)化 站的和誤碼率較高的移動臺分配較大的前向鏈路功率。基站通過移動臺對前向誤 幀率的報告決定是增加發(fā)射功率還是減少發(fā)射功率。 前向功率控制有兩種方法：遠近控制和c i 控制。 遠近控制 如果能知道用戶在小區(qū)內的位置，基站可以根據基站和用戶之間的距離確定 發(fā)射信號的功率，即：p i o c r i “，式中r 。式基站與第i 個用戶之間的距離，r l 是個一 個常數，取n = 2 達到前向鏈路的最大容量。這樣基站就能分別用較強和較弱的 功率對位于小區(qū)邊緣和基站附近的用戶發(fā)射信號，以最小的總發(fā)射功率滿足各用 戶對信號性能的要求。用遠近控制方法實現的前向功率控制適用于非陰影衰落的 環(huán)境，因為此時功率衰減僅由距離決定。對于存在的陰影衰落環(huán)境，接收信號功 率不僅是用戶和基站的之間距離的函數，而且取決于陰影衰落的特性，因此遠近 控制方法不適用于陰影衰落環(huán)境。 c i 控制 載波干擾比( c i ) 控制是使每個用戶的接收信號達到滿足性能要求所需的 最小值。為了實現c i 控制，每個用戶必須向基站發(fā)送c i 信息，基站來決定使 增加還是減少對該用戶的發(fā)射信號功率。遠近控制方法在非陰影衰落環(huán)境下對容 量的提高小于c i 控制在陰影環(huán)境下對系統容量的提高。遠近控制方法在陰影衰 落環(huán)境下的性能會進一步下降。c i 控制的c d m a 系統有較大的容量，其原因在 于c i 控制方法能使基站發(fā)射的信號的總功率更接近于所需的最小值，即每個用 戶的接收信號更接近于滿足性能要求的最小功率。 2 p n 碼技術 p n 碼的選擇直接影響到c d m a 系統的容量、抗干擾能力、接入和切換速度 等性能。c d m a 信道的區(qū)分是靠p n 碼來進行的，因而要求p n 碼自相關性要好， 互相關性要弱，實現和編碼方案簡單等。目前的c d m a 系統就是采用一種基本 的p n 序列m 序列作為地址碼，利用它的不同相位來區(qū)分不同用戶。 3 r a k e 接收技術 發(fā)射機發(fā)出的擴頻信號，在傳輸過程中受到不同建筑物、山崗等各種障礙物 的反射和折射，到達接收機時每個波束具有不同的延遲，形成多徑信號。如果不 同路徑信號的延遲超過一個偽碼的碼片的時延，則在接收端可將不同的波束區(qū)別 開來。將這些不同波束分別經過不同的延遲線，對齊以及合并在一起，則可達到 變害為利，把原來是干擾的信號變成有用信號組合在一起。這就是r a k e 接收 機的基本原理。 4 軟切換技術 第二章c d m a 技術的理論基礎c d m a 網絡無線性能的分析和優(yōu)化 移動臺如果與兩個基站同時連接時進行的切換稱為軟切換。在c d m a 系統 中軟切換可以減少對于其它小區(qū)的干擾，并通過宏分集還可以改善性能。更軟切 換則指的是一個小區(qū)內不同扇區(qū)間的軟切換。軟切換的原理如下：移動臺在上行 鏈路中發(fā)射的信號被兩個基站所接收，經解調后轉發(fā)到基站控制器( b s c ) ，下 行鏈路的信號也同時經過兩個基站再傳送到移動臺。移動臺可以將收到的兩路信 號合并，起到宏分集的作用。因為處理過程是先通后斷，故稱為軟切換，而一般 的硬切換則是先斷后通。 5 話音編碼技術 目前c d m a 系統的話音編碼主要有兩種，即碼激勵線性預測編碼 ( c e l p ) 8 k b i t s 和1 3 b i l d s 。8 k b i t s 的話音編碼達到g s m 系統的1 3 b i t s 的話音水平 甚至更好。1 3 b i t s 的話音編碼已達到有線長途話音水平。c e l p 采用與脈沖激勵 線性預測編碼相同的原理，只是將脈沖位置和幅度用一個矢量碼表代替。 第三章網絡優(yōu)化的理論基礎c d m a 網絡無線性能的分析和優(yōu)化 第三章網絡優(yōu)化的理論基礎 網絡優(yōu)化是網絡建設和發(fā)展的關鍵環(huán)節(jié)。在完成c d m a 網絡的理論規(guī)劃和 實際建網后，網絡優(yōu)化就成為提升網絡性能的重要手段，成為網絡維護的重要內 容，也將成為將來網絡擴容和改造工程的重要組成部分。 3 1 網絡優(yōu)化是確保系統高質量運行的必要手段 1 個移動通信網絡的發(fā)展歷程般分為三個階段： ( 1 ) 初期的論證和初期的工程建設：在此階段運營商要根據本地區(qū)的人口、 地理環(huán)境、將來移動用戶發(fā)展?jié)B透率以及可能的話務模型來設計網絡建設的交換 和無線容量，重點考慮的是網絡覆蓋，網絡的容量和質量并不是重點。 ( 2 ) 中期的網絡高速發(fā)展期：在經過一段時間的運營商市場宣傳和促銷之 后，網絡會經歷一個高速發(fā)展期，在這一階段網絡面臨的最大問題是容量問題， 而且這時網絡的覆蓋問題也比較重要，但是本階段的網絡質量已凸現。由于這階 段各運營商的放號、發(fā)展用戶的情況都好，所以競爭不太激烈，所以網絡運營質 量問題顯得不是很突出。 ( 3 ) 后期的網絡發(fā)展平穩(wěn)期：網絡發(fā)展到本階段最重要的問題是網絡運行 質量問題。因為網絡經過多次擴容和新增基站之后，整體網絡的交換和無線容量 相對較超前，而每天新增用戶數目平穩(wěn)，且這時的新增用戶有很多是轉網或比較 挑剔的用戶。所以本階段運營商的主要任務是留住老用戶，發(fā)展新用戶，這就是 競爭最激烈的階段。 同時網絡經過一段時間的運行和大規(guī)模的擴容調整，總會出現一些難以解決 的問題。表現為： ( 1 ) 網絡的不斷擴容會造成頻率復用模式的變化，從而造成c i 的下降， 影響網絡質量。 ( 2 ) 網絡設計脫離實際。由于目前的設討單位對網絡的現狀和當地實際情 況并沒有很深入的了解，從而造成站址選擇不當，頻率規(guī)劃和參數設計錯誤，造 成網絡質量下降。 ( 3 ) 網絡越龐大，設備存在的問題也就越來越多。 ( 4 ) 設備安裝調試方面存在的問題。 當這些問題積累到一定程度，就會使系統性能出現一定程度的惡化。使得通 話質量下降、服務水平低、網絡運行效率低。即通過普通的系統運行維護已無法 第三章網絡優(yōu)化的理論基礎c d m a 網絡無線性能的分析和優(yōu)化 對系統性能進行改善，這時我們就需要經常對網絡進行全面的系統優(yōu)化。 3 2 網絡優(yōu)化的概念和內容 網絡優(yōu)化是移動通信運行維護工作的重要組成部分，是在日常運行維護工作 的基礎上，在保證網絡設備正常運行的前提下，對已驗收投產的網絡所進行的一 系列旨在提高移動通信質量和網絡運行效率的調查、分析與調整作業(yè)。具體的說， 就是根據系統的實際表現、系統的實際性能，對系統進行分析，在分析的基礎上 通過對系統參數的調整，使系統性能得到逐步改善，為現有的系統配置下提供最 優(yōu)的服務質量，即最佳的覆蓋、滿意的信號強度、最佳的通話音質和最低的掉話 率等。 網絡優(yōu)化的目的是，從運營的角度出發(fā)，做到系統配置( 硬件及參數) 合理， 爭取最大限度地利用網絡資源，提高網絡運行經濟效益，降低運營成本；從用戶 的角度出發(fā)，在移動通信網絡的獲得性、穩(wěn)定性以及話音質量等方面獲得滿意服 務。為了保證整個移動網的服務質量，必須不斷地觀察和監(jiān)測整個移動網，不斷 地優(yōu)化調整，提高移動網網絡的服務質量( 如提高接通率，降低掉話率) 。 3 2 1 移動通信網絡優(yōu)化的范疇 一個移動通信網絡主要由以f 四個部分組成： * 交換子系統( n s s ) + 基站子系統( b s s ) 網管子系統( n m s ) + 移動終端( m s ) 交換予系統在傳統的電路業(yè)務中處于核心網的位鼴，主要完成陸地移動網絡 ( p l m n ) 的移動性管理、與呼叫相關功能、和其他網絡接口、計費等功能。交 換系統有很多相關的運行指標來監(jiān)測網絡的運營，其中交換系統的接通率、話音 系統接通率以及尋呼的成功率等幾項指標最關鍵。交換系統的接通率在以上幾項 指標中是核心，它反映了熬個系統的話音接通，交換錄音通知、呼轉等附加功能 的設置合理性，交換路出、局問中繼選線方式及合理性，無線予系統側網絡覆蓋、 無線接通率，用戶行為等系列的網絡運營情況。通過這項指標的優(yōu)化，可以達 到以卜 多項效果： ( 1 ) 高話音系統接通率，相應直接提高運營商的活費收入和同時提高終端 用戶的滿意度： ( 2 ) 改善錄音通知設最，提高和加強呼轉、秘書臺等附加、1 k 務的推廣，相 第三章網絡優(yōu)化的理論基礎 c d m a 網絡無線性能的分析和優(yōu)化 應提高用戶的滿意度； ( 3 ) 合理選擇交換的路t h a n 設置局參數，規(guī)范局間的中繼選線方式，提高 接入速度和中繼、傳輸的利用率，降低系統有線側的呼損，提高、l p 務收入和客戶 滿意度。 其他有關無線側的項目對交換系統接通率的影響后面會提到。話音系統接通 率的影響因素主要也分為：系統、無線和用戶行為等主要方面。系統方面也包括 中繼、選線方式、信令負荷、局參數設置等影響因素；無線側的影響后面詳細介 紹：用，1 行為包括：就叫不應( 無a n c ) 、振鈴之后被叫故意掛斷、另外超級呼 轉等功能開通之后用戶端也會掛斷等情況。尋呼成功率的影響包括無線主要足信 令負荷和無線側的覆蓋問題、溢出問題等。 基站子系統的在整個移動通信處于接入網的部分，主要完成三層協議中的第 - a n 第二層，在第三層主要完成無線資源的管理和分配。但是由于無線環(huán)境的下 差萬別，地理環(huán)境的復雜以及基站控制器( b s c ) 和基站( b t s ) 間不開放。所 以和交換子系統相比，基站子系統的設計、規(guī)劃和優(yōu)化更具有復雜性的特點。陋 且基站子系統的運行狀況除直接影響網絡無線運行指標外，還間接影響了交換系 統各項關鍵運營指標，例如無線接通率太低將直接影響交換系統和話音接通率， 無線覆蓋問題會帶來交換側尋呼成功率的降低，從而也影響交換系統和話音的接 通率。 基站子系統的運營指標主要分以下幾個大方面： ( 1 ) 小區(qū)規(guī)劃、容量設計、天線選型和設計、以及b s s 無線參數設囂，對 網絡的話務量、接入失敗率、無線接通率、掉話率、切換成功率( c d m a 系統 還包括軟切換比例，每用戶的c e 、s e c t o r 的占用比例) 等幾項關鍵指標有重大 影響； ( 2 ) 無線子系統設備運行狀態(tài)，包括基站的t r x ( c d m a 系統中的c e m 、 x c e m ) 、c o m b i n e r 、分集接受板、功放、主時鐘板( c d m a 的g p s t m 板) 、天 饋硬件、傳輸、b s c 的信令處理板、t c u 的d s p ( c d m a 中s b s 聲碼器) 等硬 件設備故障，對系統主要影響分配失敗率、信道可用率、掉話率、切換失敗率等 關鍵無線運行指標； ( 3 ) 上面兩部分結合起來對系統最壞小區(qū)、超忙小區(qū)、超閑小區(qū)比例等指 標的影響； ( 4 ) 網外干擾對網絡運營質量和指標的影響，包括上行r a c h 的非解碼電 甲( c d m a 中的基站n o i s ef i g u r e ) ，非t - f 行鏈路不平衡的反常的高t 行切換 比例( c d m a 系統還有由于網外干擾帶來的糍站自保護、g p s 接收機無法鎖定 第三章網絡優(yōu)化的理論基礎 c d m a 網絡無線性能的分析荊i 優(yōu)化 衛(wèi)星輸出的偶秒脈沖的參考時鐘、基站體眠等問題) 等； ( 5 ) 有關微蜂窩、室內分布、贏放高i i 和宏蜂窩之間的網絡設計帶來的卜擾 掉話、切換失敗，話務平衡不當帶來的無線接通率f 降等網絡運行質量問題 ( c d m a 系統中還有由此帶來的導頻搜索窗設置問題、智能軟切換邊界偏移等 問題帶來的接入失敗、切換失敗等) ； 由于系統的小區(qū)規(guī)劃、參數調整、話務統計無法做到無線環(huán)境的具體點的覆 蓋、干擾分析( 由于小區(qū)規(guī)劃的無線傳播模型一般不準) ，所以路測是i 矧絡優(yōu)化、 檢測的重要手段，可以模擬和驗證真匯終端用戶通話情況，反映實際點面l 的覆 蓋、通話和干擾問題，所以增加了d t ( d r i v et e s t ) 的考核。 另外室內、有些居民區(qū)等環(huán)境無法進行d t 測試，所以增加了c q t ( c a l l q u a l i t yt e s t ) 測試。 3 2 2 移動通信網絡優(yōu)化的內容 移動通信網絡優(yōu)化包括移動通信9 6 9 絡的無線和交換系統優(yōu)化，內容有網絡測 試與分析、網絡調蘩及話務均衡、覆蓋優(yōu)化和用戶申告處理等幾項工作。 f1 ) 網絡測試與分析工作包括移動通信網絡性能、結構及效率的監(jiān)測與分 析，城區(qū)路測，撥打通話測試( c q q l ) 以及局數據檢查等，它是作為一項日常性