王睿TDSCDMA毕业设计全.docx
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王睿TDSCDMA毕业设计全
摘要
随着我国移动通信企业的飞速发展和进步,终端和芯片性能的改善,测试工具和主设备能力的稳步提高,我国提出首个具有自主知识产权的第三代移动通信标准TD-SCDMA,使TD-SCDMA无线网络规划和基站系统数据配置显得尤为重要。
本设计主要根据中兴TD-SCDMA基站设计的方案和要求,进行TD-SCDMA无线网络规划,对RNC和NODEB进行计算。
利用OMC网管仿真软件进行参数配置、提高网络性能的预评估,对某些参数设置存在的问题,进行及时调整,从而使网络性能达到最佳状态。
并通过LMT软件,完成相关数据配置与调试,使系统能正常运行,并根据故障现象,进行相应的故障处理,使之能够更好的对3G基站运行维护能力。
关键词:
TD-SCDMA无线接入网网络规划数据配置中兴
前言3
第一章TD-SCDMA基本原理5
致谢…………………………………………………………………………………………………37
参考文献……………………………………………………………………………………………38
前言
移动通信的飞速发展和广泛应用,使其已经成为经济发展的强大动力。
从移动通信的发展历程来看,第一代(1G)移动通信系统(简称1G系统)的作用在于开辟了移动通信领域,并在无线通信理论方面为后续系统的发展奠定了基础;第二代移动通信系统(简称2G系统)的贡献在于让普通老百姓也能享受到个人通信的方便和实用。
随着人们物质文化水平的进一步提高,对移动通信业务的数量、质量的需求越来越大,目前的2G系统在容量也业务提供能力方面均不能满足社会的巨大需求,第三代移动通信系统(简称3G系统)应运而生。
第三代移动通信网络主要有3大主流技术标准:
TD-SCDMA、WCDMA、cdma2000。
其中,日本和欧洲支持WCDMA;北美和韩国支持cdma2000;而TD-SCDMA是我国首次提出的一个具有自主知识产权的第三代移动通信标准,与WCDMA、cdma2000一起成为IMT2000的正式成员,是中国移动通信发展史上的里程碑式的重要事件。
TD-SCDMA是由我国提出的并由ITU正式发布的第三代移动通信空间接口技术规范之一,它集CDMA、TDMA、FDMA等技术优势于一体,具有系统容量大、频谱利用率高、抗干扰能力强等优点,它采用了智能天线、联合检测、同步CDMA、多时隙、可变扩频系统、自适应功率调整等诸多核心技术。
2001年3月,3GPP通过包括TD-SCDMA技术在内3GPPR4版本规范,从此TD-SCDMA标准化工作在3GPP组织架构内启动并开展。
为了有效地推进TD-SCDMA标准制定和完善,中国通信标准化协会CCSA在2000也启动TD-SCDMA标准化研究和完善工作,主要是通过制定TD-SCDMA行业标准,来推动我国TD-SCDMA产业应用和发展。
图1显示了这些年来3GPP和CCSA中TD-SCDMA标准发展完善的各个阶段。
近年来,TD-SCDMA网络技术的日渐成熟,以及我国移动用户的逐步增长,尤其是国有通信企业的飞速发展和进步,我国第三代移动通信网已经逐步迈入了商用状态,终端和芯片性能的改善,测试工具和主设备能力的稳步提高,使得TD-SCDMA网络建设形势变得更加明朗。
因此,TD-SCDMA无线网络规划和网络维护,使其能满足未来移动通信对于数据和话音业务的需求,就显得尤为重要。
TD-SCDMA是一种采用TDD(时分双工)模式和智能天线技术的移动通信系统,也是惟一采用SCDMA(同步CDMA)和LCR(低码片速率)技术的3G系统。
由于TD-SCDMA特有的智能天线、上行同步、联合检测、接力切换等关键技术在无线网络规划中的特殊性,根据固有的上、下行不对称数据传送特点,在不同话务场景进行不同的网络规划。
随着新技术的不断涌现和增强型移动通讯业务需求的日趋强劲,ITU-R启动第四代移动通信标准征集工作。
结合近期3GPP的研究进展,TD-SCDMA技术演进可以明确分成如图2所示的四个版本:
TD基本版本(R4)、TD近期演进版本(HSPA、HSPA+)、TD长期演进版本(LTE)和TD的4G演进版本(IMT-Adv/4G)。
中兴通讯在TD演进技术领域的产业化方面持续投入,在产品产业化速度方面处于业界领先水平。
预计2009年前,完成包括HSPA+在内的TD近期演进产业化工作。
通过对现有TD-SCDMA网络软件升级,可以实现HSPA+TDD的平滑演进。
HSPA+TDD后向兼容,可以保护运营商在TD-SCDMA网络和终端上的已有投资,并能够达到与LTETDD相当的频谱利用率。
中兴通讯在对HSPA+的必要性和可行性进行充分研究的基础上,提出了完整的技术方案,牵头中国公司推动HSPA+TDD在CCSA、3GPP的标准化工作。
TD-SCDMA与WCDMA采用了共同的核心网技术,三大第三代移动通信标准制式间的最主要区别在于接入网。
中兴通讯目前已申请TD-SCDMA无线接入技术专利千余项,涉及Uu、Iub、Iu等接口,主要涵盖了智能天线、联合检测、同步控制、无线资源管理算法、同频组网技术等重要领域;另外,中兴通讯还拥有与WCDMA共用核心网的百余项专利。
在这些专利中,有几十项专利为核心专利,主要分布在物理层过程、Iub接口、N频点技术、多载波技术、系统测量、HSDPA、功率控制、接力切换等多个核心方面。
在标准研究的同时,中兴通讯还积极地推动标准的产业化,独家率先实现了多项先进技术,比如,BBU+RRU解决方案、07年10月的北京展中独家展示的MBMS相关业务、均值速率2Mbps的HSDPA下载等。
TD-SCDMA技术标准化过程中充满着艰辛也收获了巨大成功,中兴通讯及国内各公司都在为该项技术的推广而努力奋斗,中国的这项高科技技术必将在国际无线通讯舞台上会迎来更加辉煌的成就。
本设计的目的是通过对TD-SCDMA基站系统中的各项数据进行分析配置。
并且通过网络仿真进行调整参数、提高网络性能的预评估,对某些参数设置存在的问题,进行及时调整,从而使网络性能达到最佳状态。
并利用OMC网管仿真软件的动态数据管理和信令追踪工具完成RNC和NODEB的数据调试,使系统能正常运行,并根据故障现象,进行相应的故障处理,使之能够更好的对3G基站运行维护能力。
本设计共分为五章。
第一章介绍了第三代移动通信系统以及TD-SCDMA基本原理;第二章介绍了TD-SCDMA系统网络结构及无线设备;第三章详细介绍了TD-SCDMAUTRAN网络规划设计的原则和流程等;第四章根据具体的3G基站设计方案和要求,对中兴TDUTRAN仿真软件数据配置,进行详细说明;第五章是对TD-SCDMA网络规划和基站数据配置进行的总结。
第一章
TD-SCDMA基本原理
这个章节里,主要是根据目前移动通信的飞速发展和广泛应用,提出TD-SCDMA系统的必要性,包括TD-SCDMA主要特点及关键技术。
一.1第三代移动通信系统简介
一.1.1第三代移动通信系统简介
第三代移动通信,即国际电信联盟(ITU)定义的IMT-2000(InternationalMobileTelecommunication-2000),简称3G(TheThirdGenerationMobileSystem)。
第三代移动通信系统能够提供更大的通信容量和覆盖范围,具有可变高速数据率、同时提供高速电路交换和分组交换业务、具有更高的频谱利用率等特点。
此外,3G系统还能提供更加可靠的信道编码、灵活配置的传输信道和逻辑信道,支持多种语音编码方案更为灵活的为用户提供接入服务。
当前,3G存在三大主流标准。
一是WCDMA标准,即宽带码分多址接入(WidebandCDMA),支持者主要以GSM系统为主的欧洲厂商。
二是cdma2000标准,亦称多载波码分多址接入(CDMAMulti-Carrier),由美国高通公司为主导提出。
三是TD-SCDMA标准,也称时分同步码分多址接入(TimeDivisionDuplex–SynchronousCodeDivisionMultiplexAccess),是由我国独自指定的3G标准,它是由中国原邮电部电信科学技术研究院(大唐电信)于1999年6月29日向ITU提出的,在频谱利用率、对业务支持、频率灵活性及成本等方面具有独特优势。
一.1.2第三代移动通信与其他技术标准比较
(1)3G主流技术比较
技术名称
WCDMA
Cdma2000
TD-SCDMA
空中接口
WCDMA
Cdma2000兼容IS95
TD-SCDMA
双工方式
FDD
FDD
TDD
频带宽度
5M
1.25*n(n=1,3,6)
1.6M
码片速率
3.84Mc/s
(1.2288*n)Mc/s
1.28Mc/s
同步要求
同步/异步
GPS同步
同步
继承基础
GSM
窄带CDMA
GSM
采用地区
欧洲、日本
北美、韩国
中国
商用试验
2001
2000
2007
核心网
GSMMAP
ANSI-41
GSMMAP
表1-1
(2)用户容量比较
WCDMA和cdma2000都是干扰受限的系统,实际的用户数小于码道资源;TD-SCDMA由于采用了联合检测和智能天线,实际的用户数接近码道资源。
WCDMA和cdma2000采用的是软切换技术,消耗部分网络资源,在容量上需考虑网络软切换比例;TD-SCDMA采用类似硬切换的接力切换,所以无需考虑软切换比例,但是没有软切换增益。
(3)覆盖范围比较
基站的覆盖范围主要由上下行链路的最大允许损耗和无线传播环境决定。
由于TD-SCDMA采用TDD方式,再覆盖上受GP(上下行保护时隙)影响,所以超远覆盖的基站需要牺牲容量得以实现。
另外,WCDMA和cdma2000中不同速率业务的覆盖半径不同,速率越高覆盖半径越小;TD-SCDMA的不同速率的业务覆盖半径比较接近。
一.1.3TD-SCDMA发展历程
TD-SCDMA(TimeDivision-SynchronizationCodeDivisionMultipleAccess,时分同步码分多址技术)作为中国提出的第三代移动通信标准,自1998年正式向ITU(国际联盟)提交以来,已经历经7年多的时间,完成了标准的专家组评估、ITU认可并发布、与3GPP体系的融合、新技术特性的引入等一系列的国际标准化工作,从而使TD-SCDMA标准成为了第一个由中国提出的、以我国知识产权为主的、被国际上广泛接受和认可的无线通信国际标准。
这是我国电信史上的一个重要的里程碑。
在3G技术和系统蓬勃发展之际,在ITU认定的几个技术发展方向中,认为智能天线技术和TDD时分双工技术都是以后技术发展的趋势,目前在TD-SCDMA标准体系中已经得到了很好的体现和应用。
在中国明确TD-SCDMA商用主体运营商(中国移动)后,运营商主导,快速形成产业链,TD-SCDMA下一代的标准和商用化的推进将加快,达到领先。
一.2TD-SCDMA系统的基本原理
一.2.1物理层结构
图1-1
物理层处于无线接口协议模型的最底层,它提供物理介质中比特流传输所需要的所有功能,物理层与媒体接入控制子层及无线资源控制子层的接口。
(1)TD-SCDMA帧结构
图1-2
TD-SCDMA的物理信道采用四层结构:
系统帧、无线帧、子帧和时隙/码。
一个TDMA帧的长度为10ms,分成两个结构完全相同的子帧,每个子帧的总长度为6400chips,时长为5ms,码片速率为1.28Mcps,每一个子帧又分成7个常规时隙(TS0~TS6,每个时隙长度为864chips)和3个特殊时隙:
DwPTS(下行导频时隙,长度为96chip/s)、GP(保护间隔,长度为96chip/s)和UpPTS(上行导频时隙长度为160chip/s)。
在7个常规时隙中:
TS0用作下行时隙来发送系统广播信息;TS1总是固定地用作上行时隙;其他常规时隙(TS2~TS6)根据需要灵活配置,以实现不对称业务的传输。
其中,上下行的转换是由转换点SP(SwitchPoint)分开,每个5ms的子帧有2个SP,第一个是固定在TS0结束处,第二个是取决于小区上下行时隙的配置(现网一般在时隙TS3后有SP)。
(2)TD-SCDMA时隙结构
常规时隙是由864Chips组成,时长为675μs,包括数据块(Data)、训练序列(Midamble)和GP;业务和信令数据由两块组成,每个数据块(Data)分别由352Chips组成;训练序列(Midamble)由144Chips组成;GP由16Chips组成为保护间隔;可以进行波束赋形。
①Midamble码
Midamble码用于训练序列,在同一小区同一时隙上的不同用户所采用的Midamble码由同一个基本的Midamble码经循环移位后产生。
整个系统有128个长度为128chiips的基本Midamble码,分成32个码组,每组4个。
一个小区采用哪组基本Midamble码由基站决定,当建立起下行同步之后,移动台就知道所使用的Midamble码组。
NodeB决定本小区将采用这4个基本Midamble中的哪一个。
传输时Midamble码不进行基带处理和扩频,直接与经基带处理和扩频的数据一起发送,在信道解码时它被用作进行信道估计。
②物理层信令TPC/SS/TFCI
Data
TFCI1
Midamble
SS
TPC
TFCI2
Data
表1-2
TPC/SS/TFCI位于Midamble两侧。
(3)特殊时隙
①下行导频时隙DwPTS
为全向或扇形传输,不进行波束赋形。
该时隙由96chips组成,32chips用于保护,64chips用于导频序列。
导频序列有32个不同的SYNCDL码,对应32个Midamble码,用于区分不同的基站,相邻的2个DL码不能相同。
②上行导频时隙UpPTS
用于建立上行初始同步和随机接入,及越区切换临近小区测量,共由160chips组成,128个用于SYNC-UL,32个用于保护。
SYNC-UL有256种不同码,可以分32个码组,以对应32个SYNC-DL码,每组有8个不同SYNC-UL,即每个基站对应8个确定SYNC-DL码。
③GP保护时隙GP
用于下行到上行转换的保护,共96Chips保护时隙,时长75μs。
在小区搜索时,确保DwPTS可靠接收,防止干扰UL工作;在随机接入时,确保UpPTS可以提前发射,防止干扰DL工作以及确定基本的基站覆盖半径的作用。
一.2.2信道编码与复用
编码和复用过程:
数据→加CRC进行校验→传输块级联和码块分割→信道编码→无线帧均衡→第一次交织→无线帧分割→速率匹配→传输信道复接→物理信道分割→第二次交织→子帧分割→物理信道映射→物理信道
①信道编码技术是通过给原数据添加冗余信息,从而获取纠错能力。
适合纠正非连续的少量错误,即离散型误码(卷积码:
BER<10-3;Turbo码:
BER<10-6)
②交织技术是改变数据流的传输顺序,将突发的错误随机化,提高纠错码的有效性,即纠正长串型误码。
一.2.3扩频与调制
数据调制:
比特流的数据到符号数据的形成过程;
扩频调制:
符号数据到高速码片数据的形成过程。
图1-3
①扩频通信
扩频通信(SS:
SpreadSpectrum),即扩展频谱通信,是将信号的频谱展宽后进行传输的技术。
TD-SCDMA扩频码是OVSF码(正交可变扩频因子码),由Walsh函数生成。
OVSF码相关为零,相互完全正交。
②扩频过程(符号速率*SF=1.28Mcps)
图1-4
在TD-SCDMA中,上行信道的码SF为:
1,2,4,8,16;下行信道的码SF为:
1,16。
扰码共128个,分成32组,每组4个,扰码码组由基站使用的SYNCDL序列确定。
扩频通信的特点是:
抗干扰能力强、保密性高、低发射功率、占用频带宽、易于实现大容量多址通信。
一.3TD-SCDMA主要特点及关键技术
TD-SCDMA作为TDD模式技术,比FDD更适用于上下行不对称的业务环境,是多时隙TDMA与直扩CDMA、同步CDMA技术合成的新技术。
一.3.1TDD技术
TD-SCDMA采用TDD技术,易于使用非对称频段,无需具有特定双工间隔的成对频段;适应用户业务需求,灵活配置时隙,优化频谱效率;上行和下行使用同个载频,故无线传播是对称的,有利于智能天线技术的实现;基站小巧,无需笨重的射频双工器,降低成本。
但由于上行频带和下行频带相同,即需GPS同步。
一.3.2同步码分多址技术
同步CDMA是指上行链路各终端信号与基站解调器完全同步,即所有用户的伪随机码在到达基站时都是同步的,使正交扩频码的各码道在解扩时完全正交,相互间不产生多址干扰,使得系统可以有效的消除码间干扰,扩大系统容量。
一.3.3智能天线
TD-SCDMA系统是一个以智能天线为核心的第三代移动通信系统。
智能天线是一个天线阵列,它由一组天线和对应的收发信机按照一定的方式排列和激励,利用波的干涉原理产生强方向性的辐射方向图。
对TD-SCDMA系统性能而言,智能天线提高了基站接收机的灵敏度和发射机的等效发射功率,降低了系统的干扰和误码率,增加了CDMA系统的容量,改进了小区的覆盖,降低了无限基站的成本。
一.3.4联合检测技术
联合检测先估计所有用户的信道冲激响应,然后利用已知的所有用户的扩频码、扰码和信道估计,对所有用户的信号同时检测,消除符号间干扰和用户间干扰,从而达到提高用户信号质量的目的,即通过多个PN码,一次性解扩所有信号,使干扰抵消。
对TD-SCDMA系统性能而言,联合检测提高系统容量,增大覆盖范围,减小呼吸效应,缓解功率控制精度要求,削弱远近效应。
一.3.5动态信道分配(DCA)
TD-SCDMA系统中一条信道是由频率/时隙/扩频码的组合唯一确定的。
DCA从频域、时域、码域、空域这四维空间将用户彼此分隔,有效地降低了小区内用户间的干扰,小区与小区之间的干扰,提高整个系统的容量。
DCA分为慢速DCA和快速DCA。
一.3.6接力切换技术
接力切换(BatonHandover)是TD-SCDMA移动通信系统的核心技术之一。
是在切换测量期间,使用上行预同步的技术,提前获取切换后的上行信道发送时间、功率信息,从而达到减少切换时间,提高切换的成功率、降低切换掉话率的目的。
一.3.7功率控制
功率控制技术是CDMA系统的基础,功率控制既补偿衰落,又克服远近效应,使基站处接收到的每个UE信号的bit能量相等。
功率控制分为开环和闭环。
开环功率控制是接收机测量、估计接收发射的功率。
闭环功率控制分为内环功率控制和外环功率控制,闭环内环功率控制是测量信噪比和目标信噪比比较,并向移动台发送指令调整发射功率,闭环外环控制是测量误帧率(误块率),调整目标信噪比。
第二章
TD-SCDMA系统网络结构及无线设备
本章首先介绍TD-SCDMA系统的网络结构,然后对TD-SCDMA系统接入网部分特有的空中接口协议以及相关物理过程进行介绍,另外,还介绍ZXTRRNC和NODEB系统结构。
二.1TD-SCDMA系统结构
TD-SCDMA系统的网络结构完全遵循3GPP指定的UMTS网络结构,可分为无线接入网UTRAN、和核心网CN。
UMTS系统由用户设备(UserEquipment,UE)域、无线接入网(RAN)域和核心网(CN)域组成。
图2-1
二.1.1UTRAN的基本结构
(1)UTRAN的基本结构和功能
UMTS无线接入网络(UTRAN)的主要功能是生成和维护用户设备(UserEquipment,UE)和核心网(CoreNetwork,CN)间用于通信的无线接入承载(RadioAccess,RAB)业务,通过RAB核心网单元可以实现和UE的通信,从而达到简化功能的目的。
(2)基站(NodeB)
基站(NodeB,也称为BaseStation,简称BS)位于Uu接口和UMTS接口之间(即RNC和NodeB之间的Iub接口)。
对于用户终端而言,NodeB主要任务是实现Uu接口的物理功能;对于网络端而言,NodeB主要是通过为各种接口定义的协议栈来实现Iub接口的功能。
(3)无线网络控制器(RNC)
无线网络控制器(RadioNetworkController,RNC)是UTRAN的交换和控制元素,RNC位于Iub接口和Iu接口之间,主要用于RNS间的连接。
二.1.2UTRAN接口协议
(1)用户平面和控制平面
图2-2
Uu和Iu接口的协议栈结构被分为用户平面和控制平面两部分。
用户平面:
传输通过接入网的用户数据;控制平面:
对无线接入承载及UE和网络之间的连接进行控制,也提供了非接入层消息透明传输的机制。
用户平面的数据承载和控制平面的信令承载都属于传输网络层的用户平面。
(2)Iu接口逻辑结构
Iu接口定义在核心网和UTRAN交界处,表示其逻辑结构划分,对于Iu接口而言,UTRAN的接入点为一个RNC。
连接到核心网CS域的Iu接口称为Iu-CS;连接到分组交换PS域的Iu接口称为Iu-PS;连接到广播BC域的Iu接口称为Iu-BC。
①IUCS接口协议
图2-3
在Iu-CS接口协议中,主要由两个协议:
控制面协议和用户面协议。
②IUPS接口协议
在Iu-PS总体协议结构中,GTP-GPRSTunnelingProtocol(GPRS隧道传输协议)是一个为单个分组数据流提供标识的复用层,每个单个分组数据流使用UDP无连接传输和IP寻址。
③Iur接口
Iur接口协议包含无线网络层和传输网络层两个功能层。
Iur接口饿主要功能是支持基本RNC之间的移动性、支持公共信道业务、支持专用信道业务和支持系统管理过程。
④Iub接口
Iub接口主要功能是:
操作维护、公用,专用信道管理以及传输资源管理。
⑤Uu接口
移动终端和接入网之间的接口Uu,通常也称为空中接口。
TD-SCDMA和WCDMA不同之处就在于无线接口即Uu接口的不同。
它主要由物理层(L1)、数据链路层(L2)和网络层(L3)组成。
⑥IPOA技术
IPOA(IPOverATM)是在ATM-LAN上传送IP数据包的一种技术。
在Iub接口,用于在RNC和NodeB之间建立一条操作维护数据的通道;在Iu-PS口,用于承载Iu-PS用户面。
二.1.3UMTS核心网络结构
UMTS核心网可以看作是向UMTS用户提供所有通信业务的基本平台。
基本通信业务包括电路交换类型呼叫的交换和分组数据的路由,此外在这些基本业务之上还有增值业务,因此核心网部分从逻辑上分为电路交换(CS)域、分组交换(PS)域。
二.2RNC设备介绍
ZXTRRNC(V3.0)是中兴通讯根据3GPPR4版本协议研发的TD-SCDMA无线网络控制器,该设备提供协议所规定的各种功能,提供一系列标准的接口,支持与不同厂家的CN,RNC或者NodeB互连。
二.2.1硬件
(1)操作维护单元(包括ROMB和CLKG单板)
(2)接入单元(APBE、IMAB、SDTB和DTB单板)
(3)交换单元(由两级交换子系统组成)
①一级交换子系统包括交换网PSN和线卡GLI单板;
②二级交换子系统包括UIMC、UIMU和CHUB单板。
(4)处理单元(包括RCB、RUB和RGUB)
(5)外围设备监控单元(包括PWRD单板和告警箱ALB)
(6)RNC3.0主备设计
ZXTRRNC系统关键部件均提供硬件1+1备份,如ROMB、RCB、UIMC、UIMU、CHUB、PSN、GLI
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