WCDMA网络切换专题优化毕业设计.docx
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WCDMA网络切换专题优化毕业设计
WCDMA网络切换专题优化毕业设计
1绪论
1.1课题背景及意义
随着移动通信技术和网络的发展,移动通信系统已经历了第一代模拟通信系统和第二代数字通信系统(GSM、CDMA),目前正朝第三代移动通信系统发展。
2009年,国家工业和信息化部正式发放了3G牌照,中国电信获得CDMA2000牌照,中国移动获得TD-SCDMA牌照,中国联通则获得WCDMA牌照。
WCDMA是一种由3GPP具体制定的,基于GSMMAP核心网,UTRAN(UMTS陆地无线接入网)为无线接口的第三代移动通信系统[1]。
移动通信系统切换,是指当用户在蜂窝的覆盖区域中移动时,为了保证一定的通信质量,将正在进行的呼叫从一个蜂窝转移到另一个蜂窝的过程,即对正在进行的通话业务所占用的信道(包括通信频率、占用时隙、使用的扩频码或它们的组合)自动进行转换的过程[2]。
切换是非常重要的移动性管理功能,它是蜂窝移动通信系统所独有的一个关键特征,特别是对于支持全球漫游与全球覆盖的第三代移动通信系统服务质量至关重要。
切换失败即切换呼叫未能获得所需要的无线资源,将导致通话业务的突然中断。
显然,强迫中断正在进行的呼叫要比阻塞新的呼叫更令移动用户反感,因此切换性能对于评估无线资源管理机制优劣以及整个移动通信系统的性能具有非常重大的意义,由此可见切换问题的优化是十分重要的。
1.2研究的主要内容
切换是保证用户在移动通信系统中具有移动性的必不可少的方法。
自从移动通信领域中引入的蜂窝概念,切换技术才开始出现并成为了移动通信系统中的重要技术之一。
切换是蜂窝系统所独有的功能,也是移动通信系统的一个关键特征,它直接影响整个系统的性能[3]。
切换问题的出现可能造成掉话、无线资源的浪费等,因此本课题研究的主要内容是对WCDMA网络中切换问题及解决方法的分析。
1.3论文的组织结构
本论文的主要内容包括:
WCDMA的切换概述及切换问题的定义;WCDMA切换三步曲及切换流程的分析;WCDMA切换问题分析流程;WCDMA典型切换失败案例分析;对实际工程项目中遇到的切换问题的解决与结果验证。
2切换概述及切换问题的定义
2.1切换的基本含义
当一个移动台正在通话的时候,从一个基站移动到另一个基站,无线网络控制器(RNC)自动地将呼叫转移到新基站的信道上,这个过程叫做切换[4]。
更进一步概括,切换的基本含义就是在通话过程中,移动台慢慢走出原先的服务小区,将要进入另一个服务小区时,原小区与移动台之间的链路将由新小区与移动台之间的链路来取代。
2.2切换的目的
切换的基本目的是在UE即将离开当前使用小区的信号覆盖时为其提供连续的无中断的通信服务。
除了这最基本的目的外,切换的目的还包含以下三点:
(1)保持需要的业务的质量。
(2)尽可能减少整个系统的干扰,使用户与信号质量最好的基站相连。
(3)在用户密集,话务量大的地方实现分层小区之间的负载均衡。
2.3切换的分类
切换的种类划分按照UE与网络之间连接建立释放的情况主要可以分为软切换(包含更软切换)和硬切换两大类[6]。
对于硬切换和软切换两者之间的区别简单地说就是:
软切换是先与新的链路连接然后才与旧的链路断开;硬切换是先断开旧的链路然后与新的链路连接。
2.3.1硬切换
硬切换技术在TDMA和FDMA系统中广泛使用。
硬切换的特点是先断后连。
硬切换是指在不同的基站覆盖小区之间的信道切换,在切换过程中只有一个业务信道是处于激活状态。
移动台先中断与原基站的无线链路,再与新的基站建立新的无线链路。
但是如果新的链路不能很顺利建立的话,往往会产生通信中断。
而且如果移动台在两个小区边界来回移动时,有可能造成新基站与原基站来回切换的“乒乓效应”[7]。
硬切换又分成异频硬切换、同频硬切换和系统间切换。
2.3.1.1异频硬切换
当单载波无法满足一些高话务地区的容量要求时,就需要通过增加载波的方式来提高网络容量,现阶段一般为2~3个(FDD)(如图2-1),对于多载波网络,载波之间的切换就是异频硬切换[8]。
引起异频硬切换的主要原因是覆盖问题和负载均衡的需要。
而通过频间硬切换可以实现载频间负载平衡及各载频间的无缝接续。
例如,由于网络中宏蜂窝小区与微蜂窝小区的覆盖范围不同,UE在离开微蜂窝的覆盖范围到底宏蜂窝的覆盖范围内时,就需要完成这种异频硬切换[9]。
图2-1网络分层结构图
异频硬切换根据NodeB所处的范围不同可分为以下三种:
(1)发生在同一NodeB内不同小区间的异频切换。
(2)发生在同一RNC内不同NodeB间的异频切换。
(3)发生在不同RNS间有Iur接口的异频切换。
在切换过程中使用Iur接口而不改变SRNC,如果改变SRNC,那么在切换过程中将伴随SRNC迁移过程发生。
2.3.1.2同频硬切换
进行同频硬切换的主要原因可以概括为以下三点:
(1)没有Iur接口的跨RNC同频小区切换。
(2)有Iur接口,但是Iur接口资源紧张。
(3)PS业务的同频切换。
目前一般进行同频硬切换是因为高速PS业务的切换。
(1)对于跨RNC没有Iur接口及Iur接口资源紧张的同频硬切换,UE会断开原来的链路,在新的小区建立无线链路,然后通过新的SRNC完成新的链路建立。
(2)对发生在超过速率门限的高速PSBestEffort业务的同频切换中,采用软切换的话会占用过多的前向容量,明显不合适。
UE会断开原来的链路,在同一SRNC内相邻的同频小区建立无线链路。
2.3.1.3系统间硬切换
对于系统间硬切换,本文主要讨论的是WCDMA同GSM之间的硬切换。
系统间的切换可以解决不同系统的过渡问题,能最大限度提高老设备的利用率(2G-3G)。
在WCDMA向GSM的系统间硬切换时,UE通过断开原来的链路,在GSM系统中建立一条无线链路。
而在由GSM向WCDMA的系统间硬切换,有两种情况[10]。
(1)UE断开在2G中的链路,在WCDMA系统中建立一条无线链路。
(2)UE断开在2G中的链路,在WCDMA系统中建立两条无线链路。
2.3.2软切换
软切换是只能运用于具有相同频率的CDMA信道之间的切换。
软切换是指UE同时与两个(或多个)NodeB相连的情况。
相比于硬切换,软切换的优点在于:
在软切换过程中没有无线链路的切断过程,能够提高切换成功率,从而降低掉话率[11];
软切换实现了多路信号的合并或帧选择,这比单独使用一条无线链路获得更好的信号质量;
但是,当UE处于软切换状态时,UE会至少和两个小区同时保持通信,这样就需要占用更多的网络系统资源。
软切换只能发生在切换目标小区和源小区使用同一频点的情况,所以软切换的目标小区与原小区必须是下列两种情况之一[10]:
(1)属于同一RNC;
(2)不同RNC但RNC之间存在Iur接口。
软切换还可以进一步细分为更软切换和一般软切换。
2.3.2.1更软切换
更软切换是指UE同时与一个基站(NodeB)内两个(或两个以上)小区相连的情况[12]。
在更软切换情况下,UE改变所在的小区,但目标小区和源小区属于同一基站。
对下行链路方向上来自不同小区的信号通过各自小区使用的下行主扰码区分开来,UE通过RAKE接收机处理。
在上行链路方向上,来自UE的无线信号在基站中进行最大比合并。
这样无论上行方向还是下行方向,在RNC和NodeB之间的Iub接口上只传输一份无线链路数据。
2.3.2.2一般软切换
(1)在当前小区的信号质量变差或者负载较重时,由于NodeB实现以及信令原因,对于发生在同一NodeB内不同小区间的同频切换也可能是不发生更软切换(在NodeB内合并),而是发生软切换(在RNC内合并)[13]。
当这种一般软切换情况发生时,UE的目标小区和源小区是属于同一基站;RNC会下发新的无线链路使用的扰码、信道码、物理信道的帧配置或其它对物理信道、传输信道的更改信息;在RNC内实现无线链路的合并。
(2)当SRNC发现另外一个小区的信号比当前服务小区的信号质量好或者当前小区的负载较重时,发生在同一RNC内不同NodeB间的同频切换是也一般软切换[14]。
当这种一般软切换情况发生时,UE的目标小区和源小区属于同一个RNC内的不同基站;RNC会下发新的无线链路使用的扰码、信道码、物理信道的帧配置或其它对物理信道、传输信道的更改信息;在RNC内实现无线链路的合并。
(3)一般软切换还有可能是发生在不同RNS内不同NodeB间的同频切换[10]。
此时,UE的目标小区和源小区属于不同RNC内的不同基站。
RNC会下发新的无线链路使用的扰码、信道码、物理信道的帧配置或其它对物理信道、传输信道的更改信息;在RNC内实现无线链路的合并。
一般软切换和更软切换的区别在于:
(1)更软切换在NodeB对上行信号进行最大比合并,一般软切换在RNC对上行信号进行选择合并。
由于最大比合并的增益比选择合并大,更软切换性能比软切换好;
(2)由于更软切换合并在NodeB进行,也不会占用Iub接口的传输资源[15]。
2.4切换问题的定义
切换是移动通信系统最主要的特征,是保证移动用户能够正常通信的非常重要的技术。
但是切换在提高小区边界呼叫质量的同时,也会占用系统的资源,增加网络的负载。
如果切换处理得不好或者切换比例不当的话,很可能造成小区的过载或移动台的“掉话”,使网络服务质量大大下降。
切换问题中本文的关注重点是切换成功率和软切换比例方面的问题。
2.4.1切换问题在路测中的定义
路测工具是采集UE侧的Uu口的信令进行分析。
切换失败的问题定义为RNC下发了切换命令(包括软切换的激活集更新、硬切换的物理信道重配置、系统间切换的来自UTRAN切换命令),但是没有收到UE上发的相应切换完成消息(软切换的激活集更新完成、硬切换的物理信道重配置完成、系统间切换没有空口完成消息而是CN发给RNC的Iu口释放命令)。
对于软切换比例的定义是:
在路测中所有记录的点与处于软切换状态的点的比例,该值可以近似地反映软切换区的面积与网络覆盖总面积之比[16]。
2.4.2切换问题在话务统计中的定义
在话统中切换成功率的公式如公式(2-1)所示:
(2-1)
在软切换时,软切换总次数是统计RNC下发的激活集更新命令这一消息的个数得到,软切换成功次数则是统计收到的激活集更新完成消息的个数得到。
对于硬切换和系统间切换成功率的统计方法也类似。
软切换比例能够反映出系统用于切换的资源开销情况,是面向小区的。
软切换的存在带来了宏分集增益,但是也造成系统更多的资源开销,降低了系统容量,因此需要将软切换控制在一定比例上[17]。
由于软切换主要是对系统容量产生了负面影响,因此应从话务量出发定义软切换比例[17]。
软切换比例的公式如公式(2-2)所示:
(2-2)
话统中的软切换与路测中的软切换比例稍有不同,路测中的软切换比例是基于覆盖区域定义的,话统中的软切换比例是基于系统资源定义的[16]。
3WCDMA切换三步曲及切换流程
3.1切换三步曲
切换的流程如图3-1所示:
测量对象以CPICH的Ec/Io为例:
测量
UE测量服务小区和邻区的CPICH
Ec/No,并根据情况产生切换事件
N
判决
满足切换条件?
Y
执行
执行切换,更新参数
图3-1切换三步曲
首先RNC会向UE下发测量控制信息,该控制信息中会包含需要测量的对象、邻区列表、报告方式、事件参数等。
当满足测量报告条件时,UE通过事件方式将测量报告发给RNC。
RNC接到UE上发的测量报告后,结合NodeB侧的测量数据,根据网络无线资源管理的策略来决定是否分配相应资源给UE,以及如何切换。
最后就是切换执行阶段,这一阶段可能会添加或减少无线链路。
在这一过程中可能用到接入网的内部接口协议,如RRC、NBAP、RNSAP。
3.2切换信令流程
3.2.1软切换信令流程
分析软切换信令流程时,本文在此主要是分成三个流程。
它们分别是无线链路增加信令流程、无线链路删除信令流程、无线链路增加和删除组合信令流程。
下面在分析这三个流程时都是以跨RNC口的信令为例,而对于RNC内部的软切换流程只要去掉相应流程中SRNC到DRNC的流程环节[13]。
3.2.1.1无线链路增加信令流程分析
首先UE同SRNC之间至少已经有一条无线链路,然后UE通过新的RNC下的NodeB与SRNC建立一条新的链路与SRNC建立一条新的链路。
软切换无线链路增加的信令流程如图3-2所示。
图3-2无线链路增加流程示意图
信令流程步骤:
(1)SRNC收到UE上发的测量报告后,决定建立一条新的无线链路。
SRNC通过RNSAP协议向DRNC发送“RLSetupRequest”消息,请求DRNC准备相应的无线资源。
该消息包含的参数有:
频率、小区ID、上行扰码、TFS、TFCS。
(2)DRNC根据无线资源状况决定是否分配相应无线资源。
资源允许,DRNC通过NBAP协议向它下属NodeB发送无线链路建立请求“RLSetupRequest”。
NodeB配置完相应层1层2参数后,开始启动上行接收。
“RLSetupRequest”消息包含的参数同步骤1里的一样。
(3)若无线链路建立成功,NodeB将保存RLSETUPREQUEST消息中的“ConfigurationGenerationID”的值,并向DRNC发送无线链路建立响应消息RLSETUPRESPONSE。
若无线链路建立失败,NodeB向DRNC发送无线链路建立失败消息RLSETUPFAILURE,消息中携带失败原因值。
(4)DRNC通过RNSAP协议发送无线链路建立响应“RLSetupResponse”给SRNC。
(5)SRNC通过ALCAP协议建立Iur口和Iub口的数据传输承载。
(6)NodeB和SRNC通过DCH-FP帧发送“DLSync”和“ULSync”完成数据传输承载的同步。
NodeB开始进行下行发送。
(7)SRNC通过专用控制信道向UE发送激活集更新消息“ActiveSetUpdate”,消息中指示增加(RadioLinkAddition)或删除(RadioLinkDeletion)无线链路。
(8)若UE增加或删除无线链路成功,则在DCCH上使用确认模式RLC向SRNC发送活动集更新完成消息ACTIVESETUPDATECOMPLETE。
如果活动集更新消息中包含UE不支持的配置或者“RadioLinkRemovalInformation”中的无线链路不在活动集中,则UE向SRNC发送活动集更新失败消息ACTIVESETUPDATEFAILURE。
3.2.1.2无线链路删除信令流程分析
首先在UE和SRNC之间至少已经有一条无线链路的存在,然后通过SRNC下发删除UE和DRNC下的NodeB的旧链路。
软切换无线链路删除的信令流程如图3-3所示。
图3-3无线链路删除的流程示意图
信令流程步骤:
(1)SRNC收到UE上发的测量报告后,决定删除一条无线链路。
SRNC通过专用控制信道向UE发送激活集更新消息“ActiveSetUpdate”,该消息包含了无线链路删除内容。
(2)UE删除与旧NodeB之间建立的层1层2相关配置,然后通过RRC协议给SRNC发送“ActiveSetUpdateComplete”——激活集更新完成消息。
(3)SRNC通过RNSAP协议将“RadioLinkDeletionRequest”——无线链路删除请求发给DRNC。
(4)DRNC通过NBAP协议向向NodeB发送“RadioLinkDeletionRequest”——无线链路删除请求。
NodeB收到该请求后就停止接收和发送。
(5)NodeB删除与UE间的相关无线资源后,通过NBAP协议向DRNC发送“RadioLinkDeletionResponse”——无线链路删除响应。
(6)DRNC通过RNSAP协议向SRNC发送“RadioLinkDeletionResponse”——无线链路删除响应。
(7)SRNC通过ALCAP协议释放Iur口和Iub口的数据承载。
3.2.1.3无线链路增加和删除组合信令流程分析
首先在UE和SRNC之间至少已经有一条无线链路的存在,然后UE通过新的RNC下的NodeB与SRNC建立一条新的链路,接着通过SRNC下发删除UE与SRNC属下的旧NodeB的旧链路。
软切换无线链路增加和删除组合的信令流程如图3-4所示。
图3-4无线链路增加和删除组合流程示意图
信令流程步骤:
(1)SRNC收到UE上发的测量报告后,决定建立一条新的无线链路。
SRNC通过RNSAP协议向DRNC发送“RLSetupRequest”消息,请求DRNC准备相应的无线资源。
该消息包含的参数有:
频率、小区ID、上行扰码、TFS、TFCS。
(2)DRNC根据无线资源状况决定是否分配相应无线资源。
资源允许,DRNC通过NBAP协议向它下属NodeB发送无线链路建立请求“RLSetupRequest”。
NodeB配置完相应层1层2参数后,开始启动上行接收。
“RLSetupRequest”消息包含的参数同步骤1里的一样。
(3)若无线链路建立成功,NodeB将保存RLSETUPREQUEST消息中的“ConfigurationGenerationID”的值,并向DRNC发送无线链路建立响应消息RLSETUPRESPONSE。
若无线链路建立失败,NodeB向DRNC发送无线链路建立失败消息RLSETUPFAILURE,消息中携带失败原因值。
(4)DRNC通过RNSAP协议发送无线链路建立响应“RLSetupResponse”给SRNC。
(5)SRNC通过ALCAP协议建立Iur口和Iub口的数据传输承载。
(6)NodeB和SRNC通过DCH-FP帧发送“DLSync”和“ULSync”完成数据传输承载的同步。
NodeB开始进行下行发送。
(7)SRNC通过专用控制信道向UE发送激活集更新消息“ActiveSetUpdate”,该消息包含无线链路增加和删除内容。
(8)UE根据激活集更新命令配置相应参数后,去活要删除链路的下行接收,激活要增加链路的下行接收,通过RRC协议向SRNC发送激活集更新完成“ActiveSetUpdateComplete”。
(9)SRNC向旧的NodeB发送“RLDeletionRequest”——无线链路删除请求。
NodeB收到该请求后就停止接收和发送。
(10)NodeB删除与UE间的相关无线资源后,通过NBAP协议向SRNC发送“RLDeletionResponse”——无线链路删除响应。
(11)SRNC通过ALCAP协议释放Iur口和Iub口的数据承载。
3.2.2硬切换信令流程
这里介绍的一般硬切换流程是基于Iur接口,同时UE处于CELL_DCH状态。
一般硬切换的信令流程如图3-5所示:
图3-5一般硬切换的流程示意图
信令流程步骤:
(1)SRNC向目标RNC发送无线链路建立请求消息“RLSetupRequest”。
参数:
目标RNC标识符、S-RNTI、小区ID、TFS、TFCS。
(2)目标RNC为RRC连接和无线链路分配RNTI和无线资源,并通过NBAP协议发送“无线链路建立请求(RLSetupRequest)”给目标NodeB。
参数:
小区ID、TFS、TFCS、频率、上行扰码、功率控制信息等。
(3)目标NodeB分配无线链路资源,启动物理层接收,并通过NBAP协议发送“无线链路建立响应(RLSetupResponse)”给目标RNC。
参数:
信令终止、用于Iub数据传输承载的传输层寻址信息。
(4)目标RNC用ALCAP协议启动Iub数据传输承载的建立。
该请求包含AAL2捆绑ID用于绑定Iub数据传输承载和传输信道DCH,同时该请求由NodeB确认。
(5)当目标RNC完成准备过程,目标RNC发送“无线链路建立响应”给SRNC。
(6)SRNC用ALCAP协议启动Iur数据传输承载的建立。
该请求包含AAL2捆绑ID用于绑定Iur数据传输承载和传输信道DCH,同时该请求由目标RNC确认。
(7)SRNC向UE发送RRC消息“物理信道重配置(PhysicalChannelReconfiguration)”。
(8)当UE从旧的链路切换到新的链路时,源NodeB检测到旧链路同步失败,发送NBAP消息“无线链路失败指示(RLFailureIndication)”给源RNC。
(9)源RNC发RNSAP消息“无线链路失败指示(RLFailureIndication)”给SRNC。
(10)当与目标RNC的RRC连接建立并分配相应的无线资源后,UE发送RRC消息“物理信道重配置完成(PhysicalChannelReconfigurationComplete)”给SRNC。
(11)SRNC给源RNC发送RNSAP信令“无线链路删除请求(RLDeletionRequest)”给源RNC,要求源RNC释放相应的旧链路所用资源。
(12)源RNC给源NodeB发送NBAP消息“无线链路删除请求”。
参数:
小区ID,传输层寻址信息。
(13)源NodeB释放旧链路无线资源,并向源RNC发送NBAP信令“无线链路删除响应(RLDeletionResponse)”。
(14)源RNC用ALCAP协议启动释放Iur数据传输承载。
(15)当源RNC完成释放Iur数据传输承载,发送RNSAP消息“无线链路删除响应”给SRNC。
(16)SRNC用ALCAP协议启动Iur数据传输承载的释放。
该请求包含AAL2捆绑ID用于绑定Iur数据传输承载和传输信道DCH,同时该释放请求由目标RNC确认。
4WCDMA切换问题分析流程及方法
4.1路测数据分析流程
DT测试即路测,在行驶中的测试车上借助专门的采集设备对移动台的通信状态、收发信令和各项性能参数进行记录的一种测试方法。
借助路测后台分析软件对路测数据进行分析处理,可以得出一些统计结果,例如覆盖质量统计、软切换比例等。
路测可以分为全面路测和局部路测。
全面的路测可以对整体覆盖情况、有无漏配的邻区,有无越区覆盖等做总体反映;局部的路测用于发现了切换问题后来定位问题[16]。
路测数据分析流程如图4-1所示:
图4-1路测数据分析流程
(1)通过DT测试采集数据,记录下切换问题发生的地点、发生时间等信息。
(2)分析问题区域的Scanner扫到的最好小区的RSCP,若Scanner最好小区的RSCP很差,则此小区是弱覆盖区,用增强覆盖的方面来考虑解决问题。
(3)若Scanner扫到最好小区的RSCP很好,则不是覆盖问题,可能是邻区漏配、导频污染等其它原因导致。
导频污染的话可以从Scanner最好小区波动看出;而邻区漏配则可以通过比较UE激活集、监测集信号和Scanner最好小区信号变化找出。
(漏配邻区的扰码可以在Scanner中看到,但是此时该扰码既不在UE激活集中,也不在UE监测集中测量出来。
(4)若都不是以上原因导致切换问题,接下去进行信令流程的分析,看切换问题发生在流程
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