WCDMA系统的软切换算法技术研究

长春理工大学本科毕业设计I摘要在 CDMA 系统中，作为无线通信的一项至关重要的技术，软切换得到了越来越多的关注。在什么条件下执行软切换、采取哪一种软切换策略、软切换的性能如何等等问题构成了软切换控制的核心问题。WCDMA 系统是当今第三代移动通信系统的主流标准之一，研究在该系统中的软切换问题具有重大的现实意义。本文首先介绍了第三代移动通信技术以及切换技术的一些前提背景知识；然后介绍了 WCDMA 系统的构成。接下去讨论了 WCDMA 系统的无线资源管理技术和切换技术，通过对几种切换类型的对比，得出软切换的优势所在。紧接着着重介绍了 WCDMA 的软切换三个过程，测量、判决和执行阶段。在此前提下，提出了几种不同的算法和不同的仿真模型，以及对系统性能指标的衡量。然后论述了几个重要的参数对系统性能的不同影响，并给出了了最佳值，以进一步优化其网络系统。最后对课题进行了总结，并展望了未来的软切换研究工作。关键词：WCDMA 软切换 算法 仿真 参数 长春理工大学本科毕业设计IIABSTRACTAs one of the crucial technologies for seamless communication in CDMA system, soft handover has been absorbed more and more investigations. When to carry on soft handover, which soft handover algorithm to be chosen and what the performances of soft handover are the kernel questions of the soft handover. WCDMA is one of the mainstream standards of the 3G cellular communication systems, the research and development of soft handover algorithm in WCDMA system is an important issue.First，this paper introduces the premise background knowledge of the third generation mobile communication technology and switching technology，then the composition of the WCDMA system is introduced，next it discusses the radio resource management technology and switching technology of the WCDMA system. According to the comparison of Switch several types ，we can see the advantages of soft switching.Then this paper emphatically introduces the three prosses of WCDMA Soft switch， Measurement, judgment and implementation phases.In this context,it gives several different algorithms and different simulation models, as well as a measure of system performance indicators.And then the different effects of several important parameters on system performance are introduced. In order to further optimize their network systems，the best value is given.Finally ，some problems and suggestions are proposed.KEYWORDS: WCDMA； Soft Switch； Algorithm； Simulation； Parameter长春理工大学本科毕业设计III目录摘要 .IABSTRACT .II目录 .III第一章 绪论 .11.1 第三代移动通信系统简介 .11.2 WCDMA 的系统概述 .21.3 课题的研究意义 .41.4 论文结构 .4第二章 无线资源管理与切换技术 .52.1 无线资源管理 .52.2 切换简介 .62.3 切换的分类 .72.3.1 硬切换 .72.3.2 软切换 .82.4 软/硬切换的比较 .9第三章 WCDMA 的软切换研究 .103.1WCDMA 系统中软切换过程 .103.2 仿真模型介绍 .113.2.1 无线信道传播模型 .113.2.2 业务类型模型 .14长春理工大学本科毕业设计IV3.3WCDMA 系统软切换算法 .143.4 WCDMA 的软切换算法仿真模型 .163.4.2 无线信道传输模型 .173.4.4 移动模型 .183.5 软切换仿真性能的衡量 .183.6 仿真结论 .18第四章 软切换参数影响和优化 .194.1 参数切换门限和参数 Time_to_trigger.194.1.1 切换门限 .204.1.2 参数 Time_to_trigger .204.1.3 切换门限和参数 Time_to_trigger .204.2 最大激活集数 N 的设置 .204.3 权重系数 W 的设置 .214.4 WCDMA 软切换的系统优化 .22结论 .23致谢 .24参考文献 .25长春理工大学本科毕业设计V第一章 绪论1.1 第三代移动通信系统简介从第一代模拟技术到第二代 GSM 和 CDMA，再到今天被各国广泛关注的3G（第三代移动通信） ，全球移动通信发展一直牵动着世界电信业的神经中枢。3G 从概念的提出，到今天逐步入实用化，期间走过了漫长曲折的道路。第三代移动通信技术的研究、发展和国际范围内的标准化早在第二代系统商用之时便已经开始。1996 年 ITU（国际电联）正式将 1985 年提出的FPLMT5（未来公共陆地移动通信系统）更名为 ITM-2000，简称 3G,从此 3G 成为国际电联 ITU 以及全球对第三代移动通信系统的总称。这项工作的目的在于鼓励合作，使各种相互竞争的技术能在一个全球兼容的无线通信系统上实现融合1。3G 网络存在三大主流标准：一是 WCDMA 标准，也称为“宽带码分多址接入”，支持者主要是以 GSM 系统为主的欧洲厂商；二是 CDMA2000 标准，也称为“多载波码分多址接入” ，由美国高通北美公司为主导提出，韩国现在称为该标准的主导者；三是 TD-SCDMA 标准，中文含义为“时分同步码分多址接入” 。2009 年 1 月 7 日，工业和信息化部为中国移动、中国电信和中国联通发放三张第三代移动通信（3G）牌照。其中，中国联通获得 WCDMA 牌照，中国移动获得 TD-SCDMA 牌照，中国电信获得 CDMA2000 牌照，标志着我国正式进入第三代移动通信时代。中国拥有世界上最大的 GSM 网络，从国际上 GSM 发展演进方向来看，WCDMA 是最适合 GSM 网络演进的标准，这一技术能够实现网络的平滑演进，获得最大的规模效益，最终使广大的消费者以最低的成本享受 3G 服务 2。1.2 WCDMA 的系统概述WCDMA 是以第二代移动通信系统 GSM 为基础进行演进的，所以 WCDMA 网络系统基本保持着和 GSM 相似的网络拓补结构，是由无线接入网长春理工大学本科毕业设计2（UTRAN：Universal Terrestrial Radio Access） ，Iu 接口（Interface Unit，连接 RAN 与 CN 之间的标准接口）和核心网(CN：Core Network)三部分组成，见图 1-1，图中 Node B 相当于 GSM 中的基站， UE（User Equipment）表示移动台，GSN（Gigabyte System Network）是千兆字节系统网络，HLR（Home Location Register）表示归属位置寄存器，MSC（Mobile Switching Center）为移动交换中心 【34 。（一）无线接入网（UTRAN）UTRAN 包含一个或多个无线网络子系统（RNS：Radio Network Subsystem） 。每个 RNS 都是 UTRAN 内的一个子网，它包含一个无线网络控制器（RNC：Radio Network Controller） 、一个或者多个 Node B。RNC 通过 Iur（Interface Unit RNC）接口彼此互联，而 RNC 和 Node B 通过 Iub（Interface Unit RNC and Node B）接口相连。RNC 是负责控制 UTRAN 无线资源的网络元素，它与 CN（Core Network）相连。RNC 包含支持不同 Node B 之间宏分集的合并、拆分功能，对需要和移动台有信令连接的切换作出决定。RNS 负责管理自身蜂窝所需的资源。对于用户设备和 UTRAN 间的每个连接，都有一个 RNS 是服务 RNS。Node B 的主要功能是进行空中接口 L1 层处理（信道编码和交织、速率匹配、扩频等） ；它也执行了一些基本的无线资源管理操作，比如内环功率控制。在逻辑上，它对应于 GSM 的基站。（二）Iu 接口Iu 接口将 UTRAN 连接至 CN，它是一个开放接口，并且将系统分成专用于无线通信的 UTRAN 和负责处理交换、寻找路由和业务控制的 CN 两部分。Iu 接口有两种类型，他们分别是用于将 UTRAN 连接至电路交换（ CS）CN 的 IuCS 接口和连接至分组交换（PS）CN 的 IuPS 接口。（三）核心网（CN）WCDMA 核心网技术标准是在现有 GSM/GPRS 基础上发展起来的，依然沿用了目前 GSM/GPRS 系统的网络结构，对 GSM 有良好的继承性。WCDMA 核心网将 GSM 网络中语音和分组数据业务的网络处理节点（MSC/GSN）集成为支持语音数据一体化的网络节点，具备如下特性：A支持电路/分组交换业务、实时/非实时及自适应流量控制业务；B支持各种 QoS 需求和业务描述；C支持用户获得各种通信业务，包括许多未定义的多媒体和高速率业务。（四）WCDMA 的空中接口WCDMA 的空中接口Uu 接口，支持和 WCDMA 移动无线终端 UE 进行通长春理工大学本科毕业设计3信，其特点如下：A最高可达 2Mbit/s 的比特速率；B根据不同的带宽需求支持可变比特速率；C支持不同服务质量需求的业务，例如：语音、视频和分组数据业务复用到一条单一的连接中；D满足从对时延敏感的实时业务到比较灵活的尽力而为型的分组数据的时延要求；E支持 10的误帧率到 10-6的误比特率的质量要求；F与第二代系统的共存以及支持为覆盖范围和负荷均衡而要在两种系统之间进行切换的功能；G支持上、下行链路业务量不对称的服务如浏览网页造成的下行链路负荷远大于上行链路负荷；F高频谱利用率；G支持 FDD（Frequency Division Duplex） 、TDD（Time Division Duplex）两种模式的共存。图 1-1 WCDMA 的系统结构图1.3 课题的研究意义WCDMA 技术继承了第二代移动通信体制 GSM 标准化程度高和开放性好的特点，标准化进展顺利。WCDMA 支持高数据传输（慢速移动时为 384kbit/s，室内走动时为 2Mbit/s）和可变速传输。在移动通信系统中，无线资源管理起着非长春理工大学本科毕业设计4常重要的作用，它主要负责对系统可以使用的所有无线资源进行分配和管理，其核心问题是在保证网络服务质量的前提下，提高频谱利用率。在第三代移动通信系统中，无线资源管理的内容更加丰富，切换作为其中的重要组成部分，必须与其他接纳控制、功率控制、负载控制和动态信道分配等 RRM 算法协调，对网络做到整体优化。WCDMA 系统支持多种切换技术，其中软切换是 CDMA 系统特有的，移动台与基站（小区）间的新连接在建立之前保持原有的旧连接，这种切换方式大大降低了由于硬切换时间间隙引起的掉话概率。1.4 论文结构本论文共分为 5 章：第一章，绪论，介绍课题的背景包括第三代移动通信系统的发展，WCDMA系统的简介，以及该课题的研究意义。第二章，介绍无线资源管理技术和切换技术。着重介绍了无线资源管理技术的算法组成和切换的概念以及分类，最后比较了软/硬切换的优缺点。第 3 章 ，介绍 WCDMA 的软切换过程。着重介绍了 WCDMA 软切换的三个过程，仿真模型，以及典型的软切换算法和性能指标。第 4 章，介绍软切换参数影响和优化。主要以参数切换门限和参数Time_to_trigger 、最大激活集数 N 的设置、权重系数 W 的设置为重点，提出网络优化的问题，进一步提高系统效率和服务质量。第 5 章，对课题进行了总结，并对未来的发展进行了展望。长春理工大学本科毕业设计5第二章 无线资源管理与切换技术2.1 无线资源管理第三代移动通信的无线资源管理技术是提高系统容量和系统稳定性的根本技术，如图 2-1 所示，WCDMA 系统中的无线资源管理技术包括：功率控制，切换控制，负载控制和接纳控制等技术。图 2-1 WCDMA 系统中的无线资源管理功能构成和其典型分布功率控制技术是高容量 CDMA 系统设计的保障，一个典型的例子就是移动台到基站的链路上出现的远近效应。在蜂窝系统中离基站近的移动台的路径损耗比远方移动台的路径损耗低。如果所有移动台都使用相同的发射功率，处于近处的移动台必然要干扰远方的移动台的接入。再有，CDMA 系统中的用户共用相同的频带，且各用户的扩频码之间存在着非理想的相关特性，用户发射功率的长春理工大学本科毕业设计6大小将直接影响系统的总容量。这就需要通过功率控制来解决这样的问题。功率控制确保了用户间的干扰维持在最低水平上，同时提供用户所要求的 QoS；切换控制处理用户跨小区移动的情况；接纳控制、负载控制和分组调度等完成保证服务质量和不同比特速率、业务、质量要求的情况下将系统的吞吐能力最大化。对无线系统而言，无线资源可以是频率，可以是功率，还可以是时间、码字，但是无论从哪个角度来看，以移动通信为代表的无线通信系