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

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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，