于基华为cbsc6600的3g接入网系统实现方案---本科毕业设计

设计题目：基于华为cBSC6600的3G接入网系统实现方案i毕业设计目录目录摘 要1ABSTRACT21 概述31.1 移动通信的发展概况31.2 研究目标42 数字移动通信技术52.1 多址技术52.1.1 频分多址52.1.2 时分多址52.1.3 码分多址62.2 RAKE接收机62.3 功率控制62.3.1 反向开环功率控制72.3.2 反向闭环功率控制72.3.3 前向功率控制92.4 切换92.4.1 切换定义92.4.2 软切换的实现92.5 CDMA系统结构102.5.1 系统的基本特点102.5.2 系统的结构与功能102.5.3 主要接口132.5.4 区域划分133 接入网硬件系统153.1 BSC硬件功能结构153.1.1 总体结构特点153.1.2 交换模块163.1.3 集成处理模块173.1.4 资源和分组模块183.1.5 时钟系统183.2 BTS硬件功能结构203.2.1 总体结构特点203.2.2 基带子系统213.2.3 射频子系统214 组网方案234.1 设计目标234.2 网络规划234.2.1 CDMA系统容量分析234.2.2 覆盖分析254.3 系统设计264.3.1 组网方式264.3.2 硬件配置274.4 安装调试304.4.1 框间软切换地面链路配置304.4.2 载频相邻关系的配置314.5 总结31谢 辞32参考文献33 毕业设计说明书毕业设计摘要摘 要在整个研究过程中，本文首先对CDMA系统原理进行探讨，然后通过介绍移动通信技术原理等方面的知识，并且结合设备硬件部分的功能结构，说明了华为公司的Airbridge cBSC6600设备在该通信领域内的优越性。并根据实际情况，针对具体的应用，通过合理的系统组网设计来满足某地区的移动通信需求，并且在此基础之上，对硬件设备的重要参数进行合理的配置，使得系统的性能达到最佳效果，进而提高系统的整体性能。本方案力争做到能够根据具体的实际情况，灵活的制定相应的组网方案，建设一个高容量、广覆盖、性能稳定的无线通信网来满足该区域现代通信的需要。关键字：CDMA、功率控制、软切换、BSC、BTS、容量毕业设计摘要ABSTRACTIn the entire research process, this article first carries on the discussion to the CDMA system principle, then through aspect and so on introduction mobile communication technology principle knowledge, and the union equipment hardware part function structure, showed HuaWei companys Airbridge the cBSC6600 equipment in this correspondence domain superiority. And acts according to the actual situation, in view of the concrete application, satisfies some local through the reasonable system network design the mobile communication demand, and above this foundation, carries on the reasonable disposition to the hardware equipment important parameter, causes the system performance to achieve the desired effect, then enhances the overall performance of the system. This plan argues vigorously achieves can act according to the concrete actual situation, the nimble formulation corresponding network plan, constructs high-capacity, the broad cover, the performance stable wireless communications network satisfies the need of Communications in this region today.Keywords: CDMA、Power Control、Soft Cut、BSC、BTS、Capacity21 概述1.1 移动通信的发展概况移动通信是当今通信领域内最为活跃和发展最为迅速的领域之一，也是21世纪对人类的生活和社会发展将有重大影响的科学技术领域之一。移动通信是指通信双方或至少一方是处于移动中进行信息交流的通信。20年代开始在军事及某些特殊领域使用，40年代才逐步向民用扩展；最近十年间才是移动通信真正迅猛发展的时期，而且由于其诸多的优点，前景十分广阔。第一代移动通信系统最早在二十世纪七十年代末出现，即模拟话音通信系统，如AMP，TACS，NMT，NTT等系统。在此基础之上，各国又推出了今天称为第二代移动通信系统的GSM，PDC，D-AMPS，CDMA（IS95）等。它在第一代通信技术的基础上进步了许多，很好的解决了之前存在的种种问题，但是随着移动通信技术的日渐成熟和运营实践的不断成功，以及计算机技术的飞速发展和迅速普及，对移动通信系统的业务又有了更高的要求，由此第三代移动通信系统便应运而生了。自从1981年第一代以频分多址（FDMA，frequency Division Multiple Access）技术为基础的模拟通信系统建立使用以来，蜂窝移动通信的发展和需求大大超过了人们最初的预测。在短短几年的时间内，模拟移动通信系统就面临着阻塞概率增高、呼叫中断率增高、系统干扰增大、容量受限的压力，此时的它已经远远不能满足需求了。紧接着，1992年以时分多址（TDMA，Time Division Multiple Access）技术为基础的第二代移动通信系统相继投入使用。TDMA系统较FDMA系统来说有诸多的优势：频谱效率提高、系统容量增大、保密性增强、标准化程度提高等等。但是TDMA系统并不能完全满足未来发展的需要。在这种情况下以美国Qualcomm公司为首的倡导者提出了码分多址（CDMA，Code Division Multiple Access）技术的系统实现方案。大量的实验证明CDMA具有许多TDMA技术所没有的独特属性，它是移动通信环境下获得大容量和高质量的一种灵活有效的技术，可以很好的满足未来通信发展的需求。CDMA技术在1993年正式成为国际技术标准，目前其商用系统已经在许多国家和地区投入使用，取得了良好的用户反映。从历史的角度来看，第一、第二代移动通信系统是针对传统的话音和低速的数据业务的系统。而未来社会所需要的是能提供图像、话音、数据相结合的多媒体和高速数据业务稳定服务的通信系统，另外随着用户的不断增加，现有的系统远远不能满足用户容量的发展需求。而第三代移动通信系统能提供多种类型、高质量的多媒体业务，能实现全球无缝覆盖，具有全球漫游能力，可与固定网络相兼容，并可以小型便携式终端在任何时候、任何地点进行任何种类的通信。由于其诸多的优点，吸引了全世界的运营商、生产厂家和广大用户。预计第三代移动通信系统的引入将经历一个渐变演进的过程，并充分考虑向下兼容的原则。通信业务方面，将以第二代出现的各种业务为基础。逐步引入宽带及多媒体业务；通信技术方面，网络技术和设施将与有线网的智能化、宽带化结合在一起，通过一种演变的过程进入第三代，而无线传输技术将经历一场革命，为第三代移动通信新业务的提供奠定基础。1.2 研究目标为了实现我们的研究目标，在此将采用理论和实际相结合的原则。在理论方面，我们需要掌握和分析CDMA移动通信系统的核心技术，例如为什么要采用该项技术，它存在哪些优缺点，以及整个CDMA移动通信系统在实际当中是如何规划和实现的；在实际应用中，需要将技术理论同实际情况相结合，根据具体的实际需求合理的分配有限的资源，力争达到最优的组网效果。最后，还要运用现已掌握的技术手段，对硬件系统进行合理的优化配置，尽最大努力使之实际运行效果接近理论值，也就是利用华为公司所提供的接入网系统设备实现最佳的系统性能。除此之外，还需要在研究过程中不断的发现问题，解决问题，在具体的实践当中寻找“捷径”，提高我们的工作效率，寻找更有效的研究方法。在此将采用华为技术有限公司提供的CDMA通信系统接入网设备实现网络的覆盖。该设备有着很强的系统性能，一方面通过对移动通信技术原理和产品硬件知识的研究，更进一步的了解CDMA通信系统的技术特性，另一方面根据实际的用户需求，合理的对硬件系统进行配置，提供最优的方案来解决实际的网络覆盖。2 数字移动通信技术2.1 多址技术多址技术可以使众多的用户共用公共的通信线路。为使信号多路化而实现多址的方法基本上有三种，它们分别采用频率、时间或代码分隔的多址连接方式，即人们通常所称的频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）三种接入方式。如图2-1表示了这三种方法简单的概念模型。图2-1三种多址方式概念示意图FDMA是以不同的频率信道实现通信的；TDMA是以不同的时隙实现通信的；CDMA是以不同的代码序列实现通信的。2.1.1 频分多址频分，有时也称之为信道化，就是把整个可分配的频谱划分成许多单个无线电信道，每个信道可以传输一路话音或控制信息。在系统的控制下，任何一个用户都可以接入这些信道中的任何一个。模拟蜂窝系统是FDMA结构的一个典型例子，数字蜂窝系统中也同样可以采用FDMA，只是不会采用纯频分的方式，比如GSM和CDMA系统就采用了FDMA。2.1.2 时分多址时分多址是在一个带宽的无线载波上，按时间划分为若干个时分信道，每一用户占用一个时隙，只在这一指定的时隙内收发信号，故称为时分多址。此多址方式在数字蜂窝系统中采用，GSM系统也采用了此种方式。TDMA是一种较复杂的结构，最简单的情况是单路载频被划分成许多不同的时隙，每个时隙传输一路猝发式信息。TDMA中关键部分为用户部分，每一个用户分配给一个时隙，用户与基站之间进行同步通信，并对时隙进行计数。当自己的时隙到来时，移动台就启动接收和解调电路，对基站发来的猝发式信息进行解码。同样，当用户要发送信息时，首先将信息进行缓存，等到自己时隙的到来。在时隙到来时，再将信息以加倍的速率发射出去，然后又开始积累下一次猝发式传输。TDMA的一个变形是在一个单频信道上进行发射和接收，称之为时分双工（TDD）。其最简单的结构就是利用两个时隙，一个发一个收。当移动台发射时基站接收，基站发射时移动台接收，交替进行。TDD具有TDMA结构的许多优点：猝发式传输、不需要天线的收发共用装置等等。它的主要优点是可以在单一载频上实现发射和接收，而不需要上行和下行两个载频，不需要频率切换，因而可以降低成本。TDD的主要缺点是满足不了大规模系统的容量要求。2.1.3 码分多址码分多址是一种利用扩频技术所形成的不同的码序列实现的多址方式。它不像FDMA、TDMA那样把用户的信息从频率和时间上进行分离，它可在一个信道上同时传输多个用户的信息，也就是说，允许用户之间的相互干扰。其关键是信息在传输以前要进行特殊的编码，编码后的信息混合后不会丢失原来的信息。有多少个互为正交的码序列，就可以有多少个用户同时在一个载波上通信。每个发射机都有自己唯一的代码（伪随机码），同时接收机也知道要接收的代码，用这个代码作为信号的滤波器，接收机就能从所有其他信号的背景中恢复成原来的信息码（这个过程称为解扩）。第三代移动通信技术是建立在码分多址的基础之上的，之前已经介绍了码分多址技术的诸多优点，也正因如此，它才能够吸引全世界的目光，引领下一代通信网络的发展。下面我们所讨论的技术原理都是基于码分多址的。2.2 RAKE接收机RAKE接收机也称为多径接收机，即是指移动台中有多个RAKE接收机，由于无线信号传播中存在多径效应，因此基站发出的信号会经过不同的路径到达移动台，经不同路径到达移动台的信号的时间是不同的，如果两个信号到达移动台处的时间差超过一个信号码元的宽度，RAKE接收机就可将其分别成功解调，移动台将各个RAKE接收机收到的信号进行矢量相加（即对不同时间到达移动台的信号进行不同的时间延迟到达同相），每个接收机可单独接收一路多径信号，这样移动台就可以处理几个多径分量，达到抗多径衰落的目的，提高移动台的接收性能。基站对每个移动台信号的接收也是采用同样的道理，即也采用多个RAKE接收机。另外，在移动台进行软切换的时候，也正是由于使用不同的RAKE接收机接收不同基站的信号才得以实现。2.3 功率控制由于CDMA系统不同用户同一时间采用相同的频率，所以CDMA系统为自干扰系统，如果系统采用的扩频码不是完全正交的（实际系统中使用的地址码是近似正交的），则会造成相互之间的干扰。在一个CDMA系统中，每一码分信道都会受到来自其它码分信道的干扰，这种干扰是一种固有的内在干扰。由于各个用户距离基站距离不同而使得基站接收到各个用户的信号强弱不同，由于信号间存在干扰，尤其是强信号会对弱信号造成很大的干扰，甚至造成系统的崩溃，因此必须采用某种方式来控制各个用户的发射功率，使得各个用户到达基站的信号强度基本一致。CDMA系统的容量主要受限于系统内部移动台的相互干扰，所以每个移动台的信号达到基站时都达到最小所需的信噪比，系统容量将会达到最大值。CDMA功率控制分为：前向功率控制和反向功率控制，反向功率控制又分为开环和闭环功率控制。2.3.1 反向开环功率控制反向开环功率控制是移动台根据在小区中所接收功率的变化，迅速调节移动台发射功率。其目的是试图使所有移动台发出的信号在到达基站时都有相同的标称功率。开环功率控制是为了补偿平均路径衰落的变化和阴影、拐弯等效应，它必须有一个很大的动态范围。在刚进入接入信道时：平均输出功率=平均输入功率73+NOM_PWRINIT_PWR其中平均功率是相对于1.23 MHz标称CDMA信道带宽而言；INIT_PWR是对第一个接入信道序列所需作的调整；NOM_PWR是为了补偿由于前向CDMA信道和反向CDMA信道之间不相关造成的路径损耗，其后的试探序列不断增加发射功率，直到收到一个效应或序列结束。在反向业务信道开始发送之后一旦收到一个功率控制比特，移动台的平均输出功率变为：平均输出功率=平均输入功率73+NOM_PWRINIT_PWRPWR_STEP所有闭环功率校正之和其中NOM_PWR的范围为87dB，标称值为0dB，INIT_PWR的范围为1615dB，标称值为0dB，PWR_STEP的范围为07dB。2.3.2 反向闭环功率控制闭环功率控制是指基站下发功率控制命令给移动台，同时根据移动台调整后的反馈结果来进行下一步的调整。闭环功率控制又可以分为内环功率控制与外环功率控制，如图2-2所示：图2-2 CDMA2000 1X闭环功率控制示意图内环功率控制是指基站根据接收到的Eb/Nt（解调门限）来下发功率控制比特。当接收信号的Eb/Nt大于或等于预先设定的Eb/Nt时，基站将功率控制比特置为1；当接收信号的Eb/Nt小于预先设定的Eb/Nt时，基站将功率控制比特置为0；移动台接收到为“1”的功率控制比特时，就降低发射功率；当移动台接收到为“0”的功率控制比特时，就提高发射功率。外环功率控制是BSC根据接收到的反向信号的误帧率，来调整Eb/Nt的设定值。当实际接收的误帧率高于目标误帧率时，BSC将Eb/Nt的设定值升高；当实际接收的误帧率低于目标误帧率时，BSC将Eb/Nt的设定值降低。这时基站将使用新的Eb/Nt的设定值来下发功率控制比特，从而达到间接控制移动台发射功率的目的；闭环功率控制的目的是使基站对移动台的开环功率估计迅速做出纠正，以使移动台保持最理想的发射功率。功率控制比特是连续发送的，速率为每比特1.25ms（即800bit/s）。“0”比特指示移动台增加平均输出功率，“1”比特指示移动台减少平均输出功率。反向外环与闭环功率控制如图2-3所示：图2-3反向外环与闭环功率控制示意图2.3.3 前向功率控制基站周期性地降低发射到移动台的发射功率，移动台测量误帧率，当误帧率超过预定义值时，移动台要求基站对它的发射功率增加1，每1520ms进行一次调整。下行链路低速控制调整的动态范围是6dB。移动台的报告分为定期报告和门限报告。2.4 切换2.4.1 切换定义切换是指将一个正在进行的呼叫从一个小区转移到另一个小区的过程。切换是用于无线传播、业务分配、激活操作维护、设备故障等原因而产生。CDMA系统中的切换有两类：硬切换和软切换。硬切换是指在切换的过程中，业务信道有瞬时的中断的切换过程。硬切换包括以下两种情况：同一MSC中的不同频道之间和不同MSC之间；软切换（Soft Handoff）是指在切换过程中，在中断与旧的小区的联系之前，先用相同频率建立与新的小区的联系。手机在两个或多个基站的覆盖边缘区域进行切换时，手机同时接收多个基站的信号，几个基站也同时接收该手机的信号，直到满足一定的条件后手机才切断同原来基站的联系。如果两个基站之间采用的是不同频率，则这时发生的切换是硬切换。软切换包括四种情况。在CDMA系统中，主要进行的是软切换，而且软切换的成功率也是衡量系统性能的最重要指标之一，下面我们就来讨论软切换究竟是如何实现的。2.4.2 软切换的实现能够实现软切换的原因在于：1、CDMA系统可以实现相邻小区的同频复用；2、手机和基站对于每个信道都采用多个RAKE接收机，可以同时接收多路信号，在软切换过程中各个基站的信号对于手机来讲相当于是多径信号，手机接收到这些信号相当于是一种空间分集。为了更好的来理解软切换的过程，有必要先介绍几个CDMA系统中比较重要的概念。导频：指导频信道。导频集合：指所有具有相同频率但不同PN码相位的导频集。有效导频集：与正在联系的基站相对应的导频集合。候选导频集：当前不在有效导频集里，但是已有足够的强度表明与该导频相对应的基站的前向业务信道可以被成功解调的导频集合。相邻导频集：当前不在有效导频集或候选导频集里但又根据某种算法被认为很快就可以进入候选导频集里的导频集合。剩余导频集：不被包括在相邻导频集。候选导频集和有效导频集里的所有其它导频的导频集合。软切换的具体实现过程是这样的。当导频强度达到T_ADD，移动台发送一个导频强度测量消息，并将该导频转到候选导频集合；基站发送一个切换指示消息；移动台将此导频转到有效导频集并发送一个切换完成消息；当导频强度掉到T_DROP 以下时，移动台启动切换去掉定时器；切换去掉定时器到期，移动台发送一个导频强度测量消息；基站发送一个切换指示消息；移动台把导频从有效导频集移到相邻导频集并发送切换完成消息。软切换过程如图2-4所示：图2-4软切换实现过程2.5 CDMA系统结构2.5.1 系统的基本特点CDMA系统作为一种开放式结构和面向未来设计的系统具有下列主要特点：CDMA系统是由几个子系统组成的，并且可与各种公用通信网（PSTN、ISDN、PDN等）互连互通；各子系统之间或各子系统与各种公用通信网之间都明确和详细定义了标准化接口规范，保证任何厂商提供的CDMA系统或子系统能互连；CDMA系统能提供穿过国际边界的自动漫游功能；CDMA系统除了可以承载电信业务，还可以开放各种承载业务、补充业务、智能业务；CDMA系统具有加密和鉴权功能，能确保用户保密和网络安全；CDMA系统具有灵活和方便的组网结构，移动交换机的话务承载能力一般都很强，可以保证在话音和数据通信两个方面都能满足用户对大容量、高密度业务的要求；CDMA系统抗干扰能力强，覆盖区域内的通信质量高，用户终端设备（手持机）功耗小，待机时间长。2.5.2 系统的结构与功能CDMA系统的典型结构如图2-5所示。由图可见，CDMA系统是由若干个子系统或功能实体组成。其中基站子系统（BSS）在移动台（MS）和网络子系统（NSS）之间提供和管理传输通路，特别是包括了MS与CDMA系统的功能实体之间的无线接口管理。NSS必须管理通信业务，保证MS与相关的公用通信网或与其它MS之间建立通信，也就是说NSS不直接与MS互通，BSS也不直接与公用通信网互通。MS、BSS和NSS组成CDMA系统的实体部分。操作系统（OSS）则提供运营部门一种手段来控制和维护这些实际运行部分。OSS：操作子系统BSS：基站子系统NSS：网络子系统NMC：网络管理中心DPPS：数据后处理系统SEMC：安全性管理中心PCS：用户识别卡个人化中心OMC：操作维护中心MSC：移动交换中心VLR：拜访位置寄存器HLR：归属位置寄存器AC：鉴权中心EIR：移动设备识别寄存器BSC：基站控制器BTS：基站收发信台PDN：公用数据网PSTN：公用电话网ISDN：综合业务数字网MS：移动台图图2-5 CDMA系统结构移动台（MS）是公用CDMA移动通信网中用户使用的设备，也是用户能够直接接触的整个CDMA系统中的唯一设备。除了通过无线接口接入CDMA系统的通常无线和处理功能外，移动台必须提供与使用者之间的接口。比如完成通话呼叫所需要的话筒、扬声器、显示屏和按键。或者提供与其它一些终端设备之间的接口。比如与个人计算机或传真机之间的接口，或同时提供这两种接口。因此，根据应用与服务情况，移动台可以是单独的移动终端（MT）或者是由移动终端（MT）直接与终端设备（TE）传真机相连接而构成，或者是由移动终端（MT）通过相关终端适配器（TA）与终端设备（TE）相连接而构成。这些都归类为移动台的重要组成部分之一移动设备。CDMA手机以前号码和手机捆绑在一起，更换号码必须更换手机，或对手机重新写码。现在机卡分离的CDMA早已研制成功，UIM卡和GSM手机的SIM卡一样，它包含所有与用户有关的和某些无线接口的信息，其中也包括鉴权和加密信息。CDMA系统的机卡分离将促进CDMA系统的大力发展。基站子系统（BSS）是CDMA系统中与无线蜂窝方面关系最直接的基本组成部分。它通过无线接口直接与移动台相接，负责无线发送接收和无线资源管理。另一方面，基站子系统与网络子系统（NSS）中的移动交换中心（MSC）相连，实现移动用户之间或移动用户与固定网络用户之间的通信连接，传送系统信号和用户信息等。当然，要对BSS部分进行操作维护管理，还要建立BSS与操作子系统（OSS）之间的通信连接。基站子系统是由基站收发信台（BTS）和基站控制器（BSC）这两部分的功能实体构成。实际上，一个基站控制器根据话务量需要可以控制数十个BTS。BTS可以直接与BSC相连接，也可以通过基站接口设备采用远端控制的连接方式与BSC相连接。需要说明的是，基站子系统还应包括码变换器（TC）和相应的子复用设备（SM）。码变换器在更多的实际情况下是置于BSC和MSC之间，在组网的灵活性和减少传输设备配置数量方面具有许多优点。具有本地和远端配置BTS的典型BSS组成方面如图2-6所示。基站收发信台（BTS）属于基站子系统的无线部分，由基站控制器（BSC）控制，服务于某个小区的无线收发信设备，完成BSC与无线信道之间的转换，实现BTS与移动台之间通过空中接口的无线传输及相关的控制功能。图2-6 一种典型的BSS组成方式基站控制器（BSC）是基站子系统（BSS）的控制部分，起着BSS的变换设备的作用，即各种接口的管理，承担无线资源和无线参数的管理。网络子系统（NSS）主要包含有CDMA系统的交换功能和用于用户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能，它对CDMA移动用户之间通信和CDMA移动用户与其它通信网用户之间通信起着管理作用。NSS由一系列功能实体构成，整个CDMA系统内部，即NSS的各功能实体之间和NSS与BSS之间都通过符合CCITT信令系统No.7协议和CDMA规范的7号信令网络互相通信。移动交换中心（MSC）是网络的核心，它提供交换功能及面向系统其它功能实体：基站子系统BSS、归属位置寄存器HLR、鉴权中心AC、移动设备识别寄存器EIR、操作维护中心OMC和面向固定网（公用电话网PSTN、综合业务数字网ISDN、分组交换公用数据网PSPDN、电路交换公用数据网CSPDN）的接口功能，把移动用户与移动用户、移动用户与固定网用户互相连接起来。移动交换中心MSC可从三种数据库，即归属位置寄存器（HLR）、拜访位置寄存器（VLR）和鉴权中心（AC）获取处理用户位置登记和呼叫请求所需的全部数据。反之，MSC也根据其最新获取的信息请求更新数据库的部分数据。2.5.3 主要接口CDMA系统的主要接口是指A接口、Um接口。如图2-7所示。它能保证不同供应商生产的移动台、基站子系统和网络子系统设备能纳入同一个CDMA数字移动通信网运行和使用。图2-7 CDMA系统的主要接口A接口为网络子系统（NSS）与基站子系统（BSS）之间的通信接口，从系统的功能实体来说，就是移动交换中心（MSC）与基站控制器（BSC）之间的互连接口，其物理链接通过采用标准的2.048Mbit/sPCM数字传输链路来实现。此接口传递的信息包括移动台管理、基站管理、移动性管理、接续管理等。Um接口（空中接口）为移动台与基站收发信台之间的通信接口，用于移动台与CDMA系统的固定部分之间的互通，其物理链接通过无线链路实现。此接口传递的信息包括无线资源管理，移动性管理和接续管理等。2.5.4 区域划分在小区制移动通信网中，基站设置很多，移动台又没有固定的位置，移动用户只要在服务区域内，无论移动到何处，移动通信网必须具有交换控制功能，以实现位置更新、越区切换和自动漫游等功能。在CDMA移动通信网络结构中，区域的定义如图2-8所示。服务区是指移动台可获得服务的区域，即不同通信网（如PLMN、PSTN或ISDN）用户无需知道移动台的实际位置而可与之通信的区域。一个服务区可由一个或若干个公用陆地移动通信网（PLMN）组成，可以是一个国家或是一个国家的一部分，也可以是若干个国家。PLMN是由一个公用陆地移动通信网（PLMN）提供通信业务的地理区域。PLMN可以认为是网络（如ISDN网或PSTN网）的扩展，一个PLMN区可由一个或若干个移动交换中心（MSC）组成。在该区内具有共同的编号制度（比如相同的国内地区号）和共同的路由计划。MSC构成固定网与PLMN之间的功能接口，用于呼叫接续等。MSC区是由一个移动交换中心所控制的所有小区共同覆盖的区域构成PLMN网的一部分。一个MSC区可以由一个或若干个位置区组成。位置区（LAC）是指移动台可任意移动不需要进行位置更新的区域。位置区可由一个或若干个小区（或基站区）组成。为了呼叫移动台，可在一个位置区内所有基站同时发寻呼信号。基站区是由置于同一基站点的一个或数个基站收发信台（BTS）包括的所有小区所覆盖的区域。小区采用基站识别码或全球小区识别进行标识的无线覆盖区域。在采用全向天线结构时，小区即为基站。34毕业设计说明书3 接入网硬件系统3.1 BSC硬件功能结构华为公司Airbridge cBSC6600设备，依据3GPP2颁布的协议规范设计，完成CDMA2000 1X系统的接入网基站控制器功能，是CDMA无线通信系统的重要组成部分。 它基于业界领先、成熟的宽带分组交换平台，采取中央交换、分布式处理方式，运用模块化结构设计，可实现平滑升级扩容。该设备软硬件同时支持多频段、多种通信协议和接口、时间同步和传输同步、功率控制、软切换的实现等等。3.1.1 总体结构特点BSC系统主要由交换模块（CSWS）、集成处理模块（CIPS）、资源及分组处理模块（CRPS）和时钟处理模块（CLKM）等所组成，其系统功能结构如图3-1所示。 图3-1 BSC系统功能结构图BSC采用了华为技术有限公司成熟的ATM交换平台作为系统的交换模块。该平台采用三级交换网络，实现了25G交换容量，提供了全面的ATM业务支持。支持点到点、点到多点的PVC，SVC，SPVC，SPVP，PVP等不同连接类型；支持CBR、nrt-VBR、rt-VBR、UBR和ABR等多种类型业务，满足话音、数据各种业务的要求，采用多种业务量控制算法实现对不同业务类型的QoS保证；支持各种宽带业务接口，实现了系统内业务处理模块的互连；通过综合管理系统提供系统的后台管理和操作维护功能。为了提高系统的可靠性和配置的灵活性，BSC采用了模块化的业务处理结构。通过灵活配置业务模块的数量，以及每个模块业务单板的数量，就可以实现系统的不同容量需求和平滑扩容。BSC的用户可以根据实际情况灵活的选择各个接口的传输方式：Abis接口提供E1/T1电接口；A3/A7/A13接口提供E1/T1电接口和155M SDH光传输接口（ATM over SDH）；A1/A2/A5接口提供E1/T1接口；A8/A9接口提供155M SDH光传输接口（ATM over SDH）；A10/A11接口提供10/100BASE-T和千兆以太网接口；A12接口提供10/100BASE-T和千兆以太网接口。系统通过ESD测试，符合国家关于电信设备的EMC标准要求。除此之外，还提供了方便可靠的维护管理功能，包括：对所有单板采用集中式的维护管理，操作方便；丰富的故障诊断功能；所有单板均支持热插拔；支持软件在线升级；多级告警处理机制。3.1.2 交换模块交换模块作为大容量BSC系统的交换中心，其总交换容量为25G。模块内的线路接口单元提供了SDH 155M或者155M ATM over SDH光接口，用于交换模块与各业务模块间的信息交互。交换模块在逻辑上可分为如下几个部分：交换网络单元、时钟单元、主控单元、线路接口单元、高速背板单元和控制通路单元。交换模块的逻辑结构框图如图3-2所示：图3-2 交换模块逻辑结构数据首先经过155M ATM线路接口单元，在该单元内完成物理层和ATM层的主要功能，并根据链路信息对用户数据流进行处理和排队工作；然后经过高速背板单元到达交换网络单元，该单元采用双平面结构，完成4040 622M的与协议无关的定长数据包交换；最后交换模块单元将处理完的数据通过高速背板单元传经ATM线路接口单元传送到系统内其它业务框。上述整个过程都是由主控单元进行控制的，它采用11热备份配置，是交换模块的控制核心，主要完成交换模块的维护、管理、告警等任务。另外时钟单元采用主从同步的双平面工作方式，可以跟踪上级MSC提供的线路时钟，提供加强型三级时钟。时钟单元还负责处理和转发卫星同步时钟信息。3.1.3 集成处理模块CDMA2000 1X业务处理实体主要完成CDMA2000 1X的相关信令和业务的处理，如：无线帧处理、数据分发、接口信令处理、语音编解码、回波抵消、七号信令处理以及电路型数据业务处理等。CDMA2000 1X业务处理实体的集成处理模块从逻辑上可以分为如下几个部分：系统复用单元、业务处理单元、信令处理单元、WF业务处理单元、ATM业务接口单元、MTP-2信令处理单元、语音处理单元、窄带业务接口单元和高速背板单元。它的逻辑结构框图如图3-3所示。图3-3 集成处理模块逻辑结构（CDMA2000 1X）用户数据首先通过ATM业务接口单元进入集成处理模块，接下来数据被传送到业务处理单元，该单元负责完成无线帧处理、选择分发、功率控制、信令/数据/语音的复用和解复用等功能。经过业务处理单元之后，用户数据被分割成信令、IWF（电路型数据）业务、MTP-2信令以及语音数据，这些被分割后的数据被传送到系统复用单元，在此进行数据的交换和复用，然后各自被分发到相应的模块单元进行数据处理，最后经系统复用单元在由窄带业务接口单元送出。需要近一步说明的两个功能单元分别是语音处理单元和MTP-2信令处理单元：语音处理单元采用资源池的工作方式，可以提供话音编解码、电路型数据业务的速率适配以及回波抵消等功能；MTP-2信令处理的单元提供对七号信令链路MTP-2层的支持，可同时处理16条64kbps的信令链路。至此数据的集成处理过程完毕。3.1.4 资源和分组模块资源和分组模块主要完成系统的资源管理和分组数据业务的处理，同时还负责向各业务模块提供周期同步信元。资源和分组模块从逻辑上可以分为如下几个部分：系统复用单元、ATM业务接口单元、资源管理单元、分组业务处理单元、数据缓存单元、PCF控制单元、高速接入单元和高速背板单元。资源和分组模块的逻辑结构框图如图3-4所示：图3-4 资源和分组模块逻辑结构系统复用单元完成整个资源和分组模块的管理和维护，在单元内进行数据的交换和复用。系统复用单元提供155M的光接口，用于将业务汇聚至交换模块；系统复用单元还提供卫星同步时钟输入接口接收绝对时间信息，送至资源管理单元用于生成周期同步信元，并转发给各业务模块使用。用户数据首先通过系统复用单元提供的155M光接口进入到系统复用单元，然后通过高速背板单元将用户数据分别传送到模块内各功能单元。分组业务处理单元负责完成上下行分组数据的处理与转发，具体包括通道监听、GRE数据包的处理与转发、缓冲队列的管理等；数据缓存单元完成下行分组数据的缓存、处理以及转发，还负责数据包的重新排序；PCF控制单元负责处理A9和A11接口的高层信令以及管理数据缓存单元的资源和PCF会话资源，用于建立信令和业务连接，维护分组呼叫的状态；高速接入单元为PCF提供A10/A11接口，负责上下行业务和信令的转发。在这过程当中系统资源的管理和分配都是由资源管理单元完成的，另外该单元同时还提取绝对时间信息，生成周期同步信元。3.1.5 时钟系统在CDMA2000系统中，空中无线接口的帧号必须同步于卫星同步时间，因此BSC不但要满足时钟同步的要求，同时也要满足时间同步的要求。BSC时钟同步系统以实现传输同步以及时间同步为目的，主要分为两个模块：时钟处理模块；各个业务框的时钟模块。BSC时钟同步系统体系结构如图3-5所示：图3-5 BSC时钟同步系统体系结构BSC系统传输同步从A接口提取线路时钟（CAIE板从A接口提取2.048MHz线路时钟）；传输同步时钟传递的过程如下：BSC系统选定时钟参考源后，将时钟信号通过配线送给时钟处理模块进行锁相处理，生成BSC的系统8kHz时钟；时钟处理模块将生成的系统时钟，通过配线送给资源和分组插框的CMUX板；CMUX板将8kHz信号封装为ATM信元后，通过光口传送到交换插框的CLPC板；交换插框对ATM信元进行交换处理后，通过CLPC板的光口，分发到各业务框的CMUX板；各业务框的CMUX板从ATM信元中提取8kHz系统时钟，经过锁相处理，分发给本框的所有单板，作为本框的工作时钟。BSC的时间同步通过GPS（或GLONASS）实现。BSC向BTS下发的无线业务帧需要携带RFN帧号，该帧号要求与系统绝对时间同步，即GPS时间的系统零时（1980年1月6日0时整）为RFN第0帧，以后按照20ms一帧，帧号为0 15循环。BSC时间同步时钟传递的过程如下：时钟处理模块从GPS/GLONASS天线接收的信号中，提取1PPS和绝对时间信息，经过内部处理后，输出PP16S脉冲信号和绝对时间信息到资源和分组插框中的CMUX板；资源和分组插框的CMUX板根据这些信号，每隔320ms产生一个周期同步信元，通过交换插框CLPC板的光口，广播给各个集成处理插框的CMUX板；各业务框的CMUX板产生周期同步脉冲，通过背板总线送给本框的相关单板使用。3.2 BTS硬件功能结构3.2.1 总体结构特点华为技术有限公司的BTS同BSC一样，也具有非常强的功能，可称得上业内一流的产品。它不但在功能上非常强大，而且其系统的稳定性、兼容性也是在同类产品中表现的很出色的。下面简单介绍一下华为公司BTS的主要功能特点。在这里我们以BTS3606为例，BTS3606基站在设计中充分考虑了用户在业务、容量、覆盖、传输、电源、安装、维护等方面的需求，采用一体化设计，集成度高，体现了华为公司客户化服务的思想。从兼容性上讲，既满足IS2000 Release A的要求，又对IS-95A/B完全兼容；另外在系统功能方面，BTS3606每扇区载频物理层支持的最高速率在前向、反向高达307.2kbit/s，具备良好的收、发性能以实现广覆盖应用。并且分别支持多种功率控制方式，以及全向小区、定向三扇区配置、带内自适应滤波抗干扰和灵活多变的组网方式；在系统内部采用基带交换分组ATM平台，大大的提高了数据传输的速率和准确性；机柜远程电源管理，自动重启功能能够在掉电、无人环境下正常的工作；多频段的支持也是其一大特点，分别支持1900MHz，450MHz，800MHz三个频段，能够很好的满足不同条件下的通信需求。方便的操作维护功能可以通过本地维护终端的集中维护台对BTS3606基站进行远程操作维护，系统状态监控提供系统运行指标指示和资源状态指示，提供本地小区和逻辑小区配置及状态指示，采用动态数据配置方式，配置局部数据不用复位基站即可立即生效；提供数据配置的批处理功能，可集中配置多个网元的共性配置数据；提供数据备份功能，完备的告警收集、告警清除、告警查询、告警屏蔽、告警过滤功能和相关处理。BTS3606基站机柜按功能结构主要分为基带子系统、射频子系统，结构如图3-6所示：图3-6 BTS3606功能结构图3.2.2 基带子系统基带子系统由BCKM、BCIM、CCPM等单板组成，该系统能够提供Abis接口，完成Abis接口协议处理；提供到射频子系统的光纤接口，完成空中无线接口物理层和公共信道物理层协议的处理；完成基带数据的调制解调、CDMA信道的编码解码功能；为基站系统提供同步时钟；完成基站系统的资源管理、操作维护，以及环境监控功能。由于BCKM和BCIM单板在硬件配置中是不需要根据实际情况进行变动的，这里我们不进行过多的讨论。下面主要对CCPM单板进行研究。CCPM板完成基带信号、前向和反向业务的处理。在前向完成信号的编码、交织、扩频、调制、数据复用等功能；反向完成解复用、解扩、解调、解交织、解码等功能。这些功能是分别依靠板内的基带处理模块、CPU模块、数据处理模块、复用/解复用模块和收发模块来共同实现的。基带处理模块是CCPM板的核心部分，主要用来完成编码解码、调制解调、扩频解扩等前向链路和反向链路的功能操作。通过总线与CPU相连，对芯片进行操作。CPU模块完成CCPM单板调测、电路复位、与主控板传递操作维护信息、与CTRM或者DDU的操作维护信息交互等功能。数据处理模块主要对DDU和CTRM送来的数据进行分配和选择处理，并将处理后的数据送往基带处理模块。同时再把基带处理模块送来的数据分配给CTRM或复用/解复用模块。另外，数据处理模块还负责CTRM模块的操作维护信息的处理，即将来自CPU的操作维护信息分别送至相应的电接口或光接口；反之，将电接口或光接口送来的数据通过总线传送至CPU。复用/解复用模块主要对光口送来的数据进行处理，包括数据链路的选择、数据的复用/解复用、时钟检测、操作维护信息的处理。复用过程就是把由数据处理模块送来的速率为16FC的数据复用成100FC的数据，再通过收发模板转换为1.2288GHz信号。解复用过程与之过程正好相反，1.2288GHz信号经收发模块转换为100Fc信号后，再通过复用/解复用模块解复用为速率16Fc的数据信号并送至数据处理模块，经数据处理模块处理后送至基带处理模块。收发模块主要完成1.2288GHz信号到122.88MHz并行信号的转化。每块CCPM单板支持三个载频板，即一块CCPM单板支持三块CTRM。3.2.3 射频子系统射频子系统主要由CTRM、CHPA、CDDU等模块组成，收发信机模块（CTRM）用于完成射频信号的上下变频功能；高功放模块（CHPA）用于完成对发射载波信号的高功率放大；双路双工单元（CDDU），是射频前端模块之一，用于完成两路收发信号的滤波和双工隔离。其功能结构如图3-7所示：CTRM：收发信机模块CHPA：高功放模块CDDU：双路双工单元图3-7 射频子系统功能结构图该系统在前向链路首先对已调制发射信号的功率进行上变频和线性功率放大，然后对发射信号进行滤波，最后发往天馈子系统。在反向链路对基站天线接收信号进行滤波来抑制带外干扰，然后进行低噪声放大、分路，对噪声系数进行下变频和信道选择性滤波，最后发往基带子系统。在这里我们主要对系统容量有直接影响的CTRM单板进行介绍。在反向链路，CTRM接收天馈子系统发送过来的主、分集接收信号，对信号进行下变频、滤波、复用等操作之后将其转换成基带信号，然后送往基带子系统处理；在前向链路，CTRM接收基带子系统发送过来的信号，通过解复用、滤波、上变频等操作将其转换成射频信号，通过射频前端模块送往天馈子系统发射出去。此外，CTRM还接收基带子系统的BCKM单板下发的各种管理和配置信息，并向BCKM单板上报自身的各种状态和告警信息。在CDMA2000系统下，每个载频，也就是一个CTRM理论上支持32个用户同时通话，这里我们需要注意的是“同时”的概念，可以想象同一时间支持32个用户同时通话，此时系统容量已经基本上达到极限。4 组网方案4.1 设计目标以某地区为例，根据实际不同系统环境的要求，在一定的成本下，并且满足网络服务质量的前提下，建设一个容量和覆盖范围都尽可能大的无线网络，并适应未来网络发展和扩容的要求。在整个移动通信网络建设过程中包括四个步骤：网络规划、勘测、系统设计以及安装调试。4.2 网络规划网络规划的主要任务是针对一个实际项目给出规划方案，它包括网络规划策略和规划分析方法、站址规划与勘测、工程参数规划、邻区和PN规划、网络系统参数规划等。网络规划是对通信系统进行的初步设计，规划的工作从某种意义上说是一种粗略的方案。预规划的一般过程如下图4-1所示：预规划方案现场交流和勘察仿真（条件允许时）容量和覆盖估算客户需求分析图4-1 规划流程图在整个流程当中最为关键的步骤是第二步，即容量和覆盖的估算。它的目的是根据客户提出的具体要求，结合硬件设备的特点，给出网络的规划及配置。包括组网方式、基站数量、信道配置、天馈等，这不仅需要考虑到今后无线网络的质量、网络可发展性，还必须考虑成本因素，提高竞争力。在进行覆盖分析时，为了保证规划的针对性，需要对提供服务的区域进行划分，从而针对不同的区域进行不同的分析和规划。在不同区域所采用的信号传播模型是不同的，并由此决定了其覆盖区域无线网络的设计原则、网络结构、服务等级和频率复用方式。通常，区域规划可以按照以下方式进行划分：密集市区、市区、城郊、县城、农村，以及在上述区域的连接部，还有各类的交通干道，包括：高速公路、国道、省道、铁路和航道等，此外还有山间公路等等。下面我们就上边所提到的网络规划过程中最为重要的两方面进行分析。4.2.1 CDMA系统容量分析CDMA系统容量与外界干扰密切相关，体现为软容量。小区半径、无线配置、用户行为、环境因素等参数的改变，都将导致系统容量的变化，变化范围可与原容量相差很多。CDMA系统中，所有小区可共用相同频谱，这一点是有利于提高CDMA系统容量的。但也正是同频复用的原因，系统存在多用户间的干扰，这种多址干扰会在一定程度上限制的系统的容量。对于反向链路而言，基站为了正确解调手机的信号，要求到达基站处的接收信号功率必须满足一定的接入门限，即手机的发射功率必须大到足以克服传输损耗、噪声和各种干扰。只有这样才能够成功的将信号解调出来。另外在CDMA系统中，无线传播环境、话音激活程度、功率控制等多方面的因素都会影响到网络中的干扰分布，因此，CDMA系统的容量是在动态中变化的，很难找到适用于所有情况的一种方法来评估CDMA网络的容量。一个实际而合理的方法是评估理想情况下一个中心放置的基站允许接入的呼叫数量，针对这种理想情况做出假设，然后再根据实际情况进行相应的修正。前向链路容量受限于基站总的发射功率、CDMA同信道干扰和手机接收机的Eb/Nt门限。基站总的发射功率在各种信道之间进行功率分配，因此分配给每个业务信道的功率是有限的。当分配给业务信道的功率不再能满足移动台接收机的Eb/Nt时，系统容量就达到了极限。在前向链路，需要额外的业务信道来实现软切换。这个数量与所设计的切换区域的大小有关。软切换增加了反向链路的容量，但降低了前向链路的容量。软切换的分布和比例对前向链路的容量有非常大的影响。与反向链路不同，手机要求的Eb/Nt随移动台的移动速率和多径环境的变化呈现出较大的变化范围。而且由于手机不使用分集天线，这就意味着除非明确知道移动台正处于软切换状态下，否则不能保证手机一定存在至少两条路径。由于前向链路性能更多地依赖于各种环境因素，需要评估各种因素的组合，从而确定小区内支持的用户数。 同时移动台固有的随机移动性更增加了前向链路容量分析的复杂性。在进行容量规划时，一定要保证数据的准确性，首先根据反向进行估算，然后根据估算的结果进行仿真，从而得到前向容量，并确定是前向受限还是反向受限，最终根据受限方来进行容量规划。下面我们来讨论一下CDMA系统的极限容量。在CDMA系统中，正如上边所说，所有小区可共用相同的频谱，这一点对提高CDMA系统容量非常有利。但也正是同频复用的原因，系统存在多用户间的干扰，这种多址干扰反过来又限制了系统的容量。如果小区允许m个用户同时工作，则它必须能同时提供n个信道，n越大，多址干扰越强，n的极限是保证信号功率与干扰功率的比值大于或等于某一个门限，使系统能够提供可以接受的话音质量。对于CDMA系统，由于是一个自干扰系统，对于一个呼叫而言，其它所有移动台的信号是其干扰的主要来源。当有一个新的移动台接入网络时，网络中原有的移动台则需要增大发射功率以克服增加的干扰，从而保证获得要求的服务质量。随着移动台的不断增加，干扰不断增加，要求各移动台的发射功率继续加大，这样将会达到一个极限，即移动台已经达到了最大发射功率，无法提供更大的发射功率。对于在移动通信网上的移动台而言，没有足够的功率来克服一个新的呼叫接入时带来的干扰；对于准备接入的移动台而言，无法提供足够的功率来克服现有网上用户所产生的干扰。