绵阳WCDMA网络优化(实践类论文)

WCDMA技术是最为成熟，在全球也最为普及的3G技术。本课题主要研究WCDMA中的软切换技术。因软切换是WCDMA系统的关键技术之一,也是无线资源管理与优化的重点。软切换算法和相关参数的设置直接影响着系统的容量和服务质量，所以软切换技术关系到整个系统的运行。

本文在WCDMA系统内对软切换技术进行了全面的分析和研究，包括把其与其他切换对比，软切换在网络规划和优化中的设计，然后从信令层详细分析了其实现的具体过程，算法以及参数设置的影响。

信道质量和手机的移动速度是影响软切换的重要因素，软切换技术的好坏也直接影响切换的成功率以及通话的质量，因此未来不断更新和提高软切换技术显得非常重要，这也是很多通信工作者一直不懈努力的方向。

关键词： WCDMA； 软切换； 网络优化； 参数设置  

ABSTRACT

WCDMA is Maturest and the Most popular of 3G in the world. This topic mainly studies soft handover in WCDMA. Soft handover is one of the key techniques in WCDMA system. It is the emphasis of radio resource management (RRM) and optimization. The soft handover algorithm and correlative parameters setting have an immediate effect on the system capacity and quality of service.So soft handover is very important in WCDMA.

   This article has carried on the comprehensive analysis and the research of the WCDMA system  to soft handover, Including cuts its and other contrast, planning and optimized design of soft handover in network,then from signaling level multianalysis the concrete process which it realized, the algorithm as well as the parameter establishment influence.

The channel quality and handset's traveling speed is the important affects of the soft handover. Soft handover technology quality also immediately influence cut success ratio as well as telephone conversation quality. Therefore renew and enhances the soft handover technology appears very important unceasingly in the future, this is also an huge goal to many correspondence workers.

Key words:  WCDMA；soft handover;  Network optimization;  Parameter establishment

目    录

摘  要    I

ABSTRACT    II

绪  论    1

1.WCDMA概述    2

1.1WCDMA的系统结构    2

1.2WCDMA中的关键技术    3

1.2.1WCDMA的扩频技术    3

1.2.2 WCDMA的功控技术    4

1.2.3 WCDMA的切换技术    6

2.WCDMA中的软切换    7

2.1切换的定义和意义    7

2.2切换的分类    7

2.2.1硬切换    7

2.2.2接力切换    7

2.2.3软切换    8

2.3软切换的规划    10

2.3.1网络中软切换的比例设计    10

2.3.2软切换的优化过程    11

3．WCDMA软切换过程及参数设置    13

3.1 软切换的过程    13

3.1.1无线链路增加信令流程分析    13

3.1.2无线链路增加和删除组合信令流程分析    15

3.1.3无线链路删除信令流程分析    16

3.2软切换的算法    18

3.3参数对实现软切换的影响    20

3.3.1有效集增加门限（T_ADD）的设置    21

3.3.2有效集替换门限（T_REPLACE）的设置    21

3.3.4触发时间（ΔT）的设置    22

4.WCDMA软切换的案例分析    23

4.1切换来不及掉话分析    23

4.1.1邻区漏配的掉话分析    23

4.1.2 拐角引起的掉话分析    24

4.2乒乓切换掉话分析    25

4.2.1导频污染引起掉话的分析    25

4.2.2弱覆盖引起掉话的分析    30

结  论    33

致  谢    34

参考文献    35

绪  论

第一代移动通信技术（1G）主要采用的是模拟技术和频分多址（FDMA）技术。由于受到传输带宽的，不能进行移动通信的长途漫游，只能是一种区域性的移动通信系统。第二代移动通信技术（2G）主要采用的是数字的时分多址（TDMA）技术和码分多址（CDMA）技术。主要业务是语音，其主特性是提供数字化的话音业务及低速数据业务。它克服了模拟移动通信系统的弱点，话音质量、保密性能得到大的提高，并可进行省内、省际自动漫游。第二代移动通信替代第一代移动通信系统完成模拟技术向数字技术的转变，但由于第二代采用不同的制式，移动通信标准不统一，用户只能在同一制式覆盖的范围内进行漫游，因而无法进行全球漫游，由于第二代数字移动通信系统带宽有限，了数据业务的应用，也无法实现高速率的业务如移动的多媒体业务。第三代移动通信技术（3G）主要采用CDMA技术，与从前以模拟技术为代表的第一代和目前正在使用的第二代移动通信技术相比，3G将有更宽的带宽，其传输速度最低为384K，最高为2M，带宽可达5MHz以上。不仅能传输话音，还能传输数据，从而提供快捷、方便的无线应用，如无线接入Internet。能够实现高速数据传输和宽带多媒体服务是第三代移动通信的另个主要特点。第三代移动通信网络能将高速移动接入和基于互联网协议的服务结合起来，提高无线频率利用效率。提供包括卫星在内的全球覆盖并实现有线和无线以及不同无线网络之间业务的无缝连接。满足多媒体业务的要求，从而为用户提供更经济、内容更丰富的无线通信服务。

第三代移动通信系统较前两代移动通信系统而言有很大的提高，也更加复杂，在第三代移动通信系统中，即CDMA系统中有很多关键性的技术：例如扩频，扩频可以说是把CDMA系统区别于之前系统的标志性技术，扩频码的运用可以实现在同一时刻同一频率上多个用户进行通信；功控，功控主要质量和容量之间的矛盾，在扩大容量的同时，保证质量就显得很有必要，因为CDMA系统是一个自干扰系统；切换，切换主要处理移动过程中通信质量的保证。

本文主要围绕WCDMA技术对软切换进行研究，先介绍了WCDMA的系统结构和其中几种有代表性的关键技术，然后重点阐述了切换的分类，软切换技术的过程、算法以及软切换在网络优化方面的应用和参数设置的意义。最后论文总结了软切换对WCDMA系统的作用和意义，并大胆提出了对软切换技术在未来的发展。

1.WCDMA概述 

WCDMA和GSM均是欧洲的移动通信技术标准，WCDMA由GSM平滑过渡而来。GSM作为2G技术，而WCDMA作为3G技术，从GSM到WCDMA的演进有一个过程：GSM先发展成2.25G的HSCSD，传输速率由9.6kbps提高到57.6kbps，然后HSCSD演进到2.5G的GPRS，传输速率提高到115kbps，GPRS演进到2.75G的EDGE，传输速率提高到384kbps，最后演进到3G的WCDMA，速率提高到2M。

1.1WCDMA的系统结构

UMTS（Universal Mobile Telecommunications System、通用移动通信系统）是采用WCDMA空中接口技术的第三代移动通信系统，通常也把UMTS系统称为WCDMA通信系统。UMTS系统采用了与第二代移动通信系统类似的结构，包括无线接入网络（Radio Access Network，RAN）和核心网络（Core Network，CN）。其中无线接入网络用于处理所有与无线有关的功能，而CN处理UMTS系统内所有的话音呼叫和数据连接，并实现与外部网络的交换和路由功能。CN从逻辑上分为电路交换域（Circuit Switched Domain, CS）和分组交换域（Packet Switched Domain, PS）。UTRAN、CN与用户设备（User Equipment，UE）一起构成了整个UMTS 系统。其系统结构如图1-1所示：

图1-1UMTS的系统结构

从3GPP R99标准的角度来看，UE和UTRAN（UMTS的陆地无线接入网络）由全新的协议构成，其设计基于WCDMA无线技术。而CN则采用了GSM/GPRS的定义，这样可以实现网络的平滑过度，此外在第三代网络建设的初期可以实现全球漫游。与同样是3G标准的TD-SCDMA和CDMA2000相比，WCDMA在诸多方面不同，如表1-1所示：

表1-1 3G三种技术对比

WCDMA较之前的GSM系统有了很大的提高，在WCDMA中有很多关键性的技术，现把几种有代表性的技术介绍一下。

1.2.1WCDMA的扩频技术

WCDMA靠编码的不同来区别不同的用户，由于WCDMA系统采用的是二进制编码技术，编码种类很多，所以它的系统容量有了很大的提高。而扩频技术正是解决这一问题的关键。扩频技术就是将信号的频谱展宽后进行传输的技术。如图1-2所示： 

图1-2扩频技术

由图可看出，数字信号加入扩频码之后由窄带信号变成了宽带信号，同时在进行扩频的时候，信号想加了一把钥匙而用来区别开其他的信号，正因为这样不同的信号才能在同一时间内在同一段频谱内进行传递。扩频还能提高信号的增益，因窄带变成了宽带的，但信号的能量保持不变，所以信号的P（f）势必会降低，这就会使增益变大。不但如此，扩频还能抑制噪声的干扰，因其能量谱密度P（f）很小，因此它能使信号隐藏在噪声之下传输，这样还能起到保密的效果。

1.2.2 WCDMA的功控技术

远近效应是在网络优化过程中经常会遇到的问题，而功控正是解决这一问题的关键技术。功控可以分为开环功控和闭环功控，而闭环功控又分为内环功控和外环功控。

(1)开环功控

开环功控的基本原理：假设发射功率与接收功率之间的耦合损耗以及干扰水平相同，利用先行测量接收功率的大小，并由此确定发射功率的大小。如图1-3所示：

图1-3 开环功控

如图所示，发射功率=路径损耗+上行干扰+常量

开环功控可以有效的克服阴影和路径损耗，准确计算出内环所需的初始发射功率，加速其收敛时间，还能降低发射功率过大对系统负载的冲击。

(2)闭环功控

内环功控与外环功控一起被称为闭环功控，如图1-4所示

图1-4 闭环功控

内环功控主要在UE和NodeB之间进行控制和调整，如图所示1-5所示：

图1-5内环功控

在上行内环功控的过程中，由RNC设置目标SIRtar，NodeB测量接收信号SIR并与目标SIR比较。

当测量SIRtar大于目标SIR时，NodeB通过DPCCH下发TPC=0，要求UE降低发射功率；

当测量SIRtar小于目标SIR时，NodeB通过DPCCH下发TPC=1，要求UE升高发射功率。

而下行内环功控的目标SIRtar由UE给出，用于调整NodeB的发射功率，如图1-6所示：

图1-6内环功控

UE侧：根据测量DPCCH的PILOT的SIR（软切换期间在最大比合并之后）；与目标SIR比较生成TPC命令：

DPC-MODE=0时，UE每个时隙发送一次TPC命令。

DPC-MODE=1时；UE每三个时隙重复相同的TPC命令。

NodeB侧：收到TPC后调整DPCCH和DPDCH的发射功率。步长为0.5、1、1.5或2dB。 

DPC-MODE=0，每个时隙调整发射功率；

DPC_MODE=1，每三个时隙调整发射功率 。

1.2.3 WCDMA的切换技术

图1-7软切换示意图

在移动通信系统中，切换是系统必不可少的过程，用户在蜂窝覆盖区内移动时，其正在进行的呼叫有可能从一个基站转移到另一个基站，切换必须快而有效，否则将会影响用户的通话质量。由于移动通信系统采用蜂窝结构移动台在跨越空间划分的小区时必然要进行越区切换。即完成移动台到基站的空中接口的转移以及基站到网人口和网人口到交换中心的相应的转移。在第一和第二代移动通信系统中都采用迫使通信容易中断的越区硬切换方式。3G系统将在使用相同载波频率的小区间实现软切换，即移动用户在越区时可以与两个小区的基站同时接通只相应改变扩频码。即可做到”先接通再断开”的交换功能从而大大改善了切换时的通话质量。

2.WCDMA中的软切换

2.1切换的定义和意义

手机（UE）在开机后有五种状态，再加上关机状态就有六种模式了， 当UE处于CELL_DCH时，小区的变更才叫切换，由RNC发起。切换就是将用户的连接从一个无线链路转换到另一个无线链路。切换的目的是处理由于移动而造成的越区、负载调整或其它原因使得需要引起无线链路改变。

2.2切换的分类

切换分成软切换、硬切换和接力切换。软切换是先连接后断开；硬切换是先断开后连接；接力切换介于两者之间。

软切换进一步可分成更软切换和一般软切换。

硬切换进一步可分成同频硬切换、异频硬切换和系统间切换。

2.2.1硬切换

硬切换是当无线链路发生变化时，UE释放原来的无线链路，再建立新的无线链路。硬切换是采用先断后连的方法，这样就会造成通信的短时中断。

硬切换又分成异频硬切换、同频硬切换和系统间切换。

硬切换是在不同频率的基站或覆盖小区之间的切换。这种切换的过程是移动台(手机)先暂时断开通话,在与原基站联系的信道上,传送切换的信令,移动台自动向新的频率调谐,与新的基站接上联系,建立新的信道,从而完成切换的过程。简单来说就是“先断开、后切换”,切换的过程中约有1/5秒时间的短暂中断。这是硬切换的特点。在FDMA和TDMA系统中，所有的切换都是硬切换。当切换发生时，手机总是先释放原基站的信道，然后才能获得新基站分配的信道，是一个"释放-建立"的过程，切换过程发生在两个基站过度区域或扇区之间，两个基站或扇区是一种竞争的关系。如果在一定区域里两基站信号强度剧烈变化，手机就会在两个基站间来回切换，产生所谓的"乒乓效应"。这样一方面给交换系统增加了负担，另一方面也增加了掉话的可能性。

    现在我们广泛使用的“全球通(GSM)”系统就是采用这种硬切换的方式。因为原基站和移动到的新基站的电波频率不同,移动台在与原基站的联系信道切断后,往往不能马上建立新基站的新信道,这时就出现一个短暂的通话中断时间。在“全球通”系统,这个时间大约是200毫秒。它对通话质量有点影响。

2.2.2接力切换

接力切换是TD-SCDMA独有的一项技术，它利用精确的定位技术，在对移动台的距离和方位进行定位的基础上，根据移动台方位和距离作为辅助信息，来判断移动台是否移动到了可进行切换的相邻基站临近区域。如果移动台进入这个切换区，则RNC通知该基站作好切换的准备，从而实现快速、可靠和高效切换。这样既节省信道资源、简化信令、减少系统负荷，也适应不同频率小区之间的切换。

　　实现接力切换的必要条件是：网络要准备获得移动台的位置信息，包括移动台的信号到达方向(DOA)以及移动台与基站的距离。在TD-SCDMA系统中，由于采用了智能天线和上行同步技术，系统较容易获得移动台的DOA，从而获得移动台的位置信息。具体过程是：

　　（1）利用智能天线和基带数字信号处理技术，可以使天线根据每个移动台的DOA为其进行自适应的波形赋形。对每个移动台来讲，仿佛始终都有一个高增益的天线在自动跟踪它，基站根据智能天线的计算结果就能确定移动台的DOA，从而获得移动台的方向信息。

　　（2）利用上行同步技术，系统可以获得移动台信号传输的时间偏移，进而计算得到移动台与基站之间的距离。

　　（3）经过前两步之后，系统就可准确获得移动台的位置信息。

因此，上行同步、智能天线和数字信号处理等技术，是TD-SCDMA移动通信系统实现接力切换的关键技术基础。

接力切换执行过程：

　 （1）移动台与nodeB1进行正常通信。

　 （2）当移动台需要切换并且网络通过对移动台对候选小区的测量找到了切换目标小区时，网络向移动台发送切换命令，移动台就与目标小区建立上行同步。然后移动台在与nodeB1保持信令和业务连接的同时，与nodeB2建立信令连接。

　 （3）当移动台与nodeB2信令建立之后，移动台就删除与nodeB1的业务连接。

（4）移动台尝试建立与nodeB2的业务连接，这时移动台与nodeB1之间的业务和信令连接全部断开了，而只与nodeB2保持了信令和业务的连接，切换完成。

2.2.3软切换

软切换是当无线链路发生增加或者释放时，UE同UTRAN始终至少保持一条无线链路。软切换的优点在于：

软切换过程中通信不中断，能够提高切换成功率；

软切换实现了选择合并，提供分集增益，可以加强覆盖，提高了无线链路的性能；

软切换具有切换性能好、切换失败不容易掉话的优点，有助于提高处于小区边沿UE通话质量。

但是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，而且处于软切换状态的UE和两个（几个）小区同时保持通信，占用过多的系统前向无线资源。

软切换是同频之间的切换，软切换的目标小区与原小区必须是下列两种情况之一：

1)    属于同一RNC；

2)    不同RNC但RNC之间存在Iur接口。

软切换分为更软切换和一般软切换，更软切换和一般软切换的区别在于：前者在Node B内部实现合并，而后者是在RNC内部实现合并。两者具体定义在后面各自小节中有详细阐述。

更软切换

更软切换是发生在一个基站（Node B）内的同一个频率内的不同小区间的切换，其合并在Node B内完成，更软切换是软切换的一种特例。更软切换在上行（下行本来就是最大比合并）实现了最大比合并（RAKE合并），相对于软切换具有更大的合并增益和更好的链路质量，并且更软切换无须占用额外的Iub/Iur口传输资源。

更软切换发生时会导致以下情形发生：

UE改变所在的小区，但目标小区和源小区属于同一基站；

改变物理信道的分配，如信道码、扰码分配等参数的更改；

无线链路合并在Node B内实现。

一般软切换

1）软切换发生在同一Node B内不同小区间的同频切换，由于Node B实现以及信令原因，此时不发生更软切换（Node B内合并），而是发生软切换（RNC内合并）。此时网络结构图同更软切换是一样，而实现机制是不一样的。

一般软切换发生在Node B内不同小区间的同频切换，这种情况发生时会导致以下情形发生：

UE改变所在的小区，但目标小区和源小区属于同一基站；

改变物理信道、传输信道的分配，如信道码、扰码分配等参数的更改；

无线链路合并在RNC内实现。

2）一般软切换发生在同一RNC内不同Node B间的同频切换，这种情况会导致以下情形发生：

UE改变所在的小区，但目标小区和源小区属于不同基站同一个RNC；

改变物理信道、传输信道的分配，如信道码、扰码分配等参数的更改；

无线链路合并在RNC内实现。 

3）一般软切换发生在不同RNS内不同Node B间的同频切换，这种情况出现以下情形：

UE改变所在的小区，但目标小区和源小区属于不同基站不同RNC；

改变物理信道、传输信道的分配，如信道码、扰码分配等参数的更改；

无线链路合并在RNC内实现。    

2.3软切换的规划

 GSM是硬切换，存在乒乓切换等弊端，而WCDMA是软切换，更有利于基站的分级接收，提高了小区的容量，也降低了对EB/N0门限的要求。一个手机用户可以同时分派给多个基站。软切换解决了网络信号的波动，却加大了网络的业务量。对于WCDMA的规划者来说，此时面对的是一个动态变化的环境，负载、小区的边界、归属的小区都在动态变化，各种因素相互制约。软切换虽然能够改善上行链路的容量和网络的运行质量，但却影响了下行链路的容量，因此需要将软切换区域控制在一个合理的范围内。

2.3.1网络中软切换的比例设计

因软切换可以给用户带来更好的通话质量，但也不是软切换的比例越高越好的。软切换比例太高的话，下行资源占用的就越多，特别是高速的数据业务。WCDMA系统中的软切换是指在一定时间内一个终端通过与多个小区建立无线链接和网络端发送接收数据,如图所示。当一个终端移动到小区1、小区2和小区3重叠覆盖的区域即图1红色区域时,所发送的上行信号被小区1、小区2、小区3同时接收处理,并将处理的结果转发到基站控制器,基站控制器进行比较选择这3个承载同样信息的信号中的最佳的一路信号作为下一步处理的输入信号。在下行,小区1、小区2、小区3向这同一个终端发送承载相同信息的信号,终端同时接收这3个小区发来的信号,并在终端内部采用如最大比例联合方法等进行处理获取增益。通过软切换,上行通信在空中接口能降低终端的发送功率减少干扰 ;在下行通信,通过多个基站向一个终端发送同样信号,能提高信号的传输质量和可靠性, 或均衡相邻小区之间的负荷 或延伸小区的覆盖,但在下行由于小区1、小区2、小区3分别要向基站控制发送承载相同信息的信号,占用了较多的空中接口信道,减少了有效系统容量,同时产生了较多的干扰;另外上行和下行软切换都引起了在基站和基站控制器之间的通信占用了较多的信道。

图2-1软切换示意图

随着WCDMA 网络无线业务需求的增多,无线网络要求更高的吞吐量,而WCDMA系统关键技术软切换却占用了系统的部分容量,引起系统的开销,导致总的吞吐量降低。显然,为了提供更高的容量,在保持系统的性能的同时,需要降低软切换的比例。

2.3.2软切换的优化过程

在一个W网络建成之后往往成在许多不足之处，其中不乏有很多这样或那样的原因使得软切换不能正常发生。下面就把各种问题提出优化方案。

2.3.2.1覆盖问题优化

软切换能成功的先决条件是相邻小区的信号覆盖有重叠区，而信号覆盖质量的好坏主要从两个方面来考察，即Ec和Ec/Io。

网络覆盖是WCDMA网络质量优劣的关键，网络覆盖的好坏不仅反应在UE接收的Ec上，同时反映在接收的Ec/Io和发射功率Tx power上面，只有三者同时满足预定的条件才为有效覆盖。有效的覆盖才能使网络具备良好的软切换性能。在覆盖方面导致切换失败主要是弱覆盖和导频污染两类原因造成。

（1）弱覆盖

导频信号的Ec、Ec/Io值都较低。

产生的原因：小区覆盖边沿、小区工程参数设置不合理、天线被阻挡、功率参数设置不合理。

解决方案：优先通过调整天线方位角和下倾角来改善局部地区覆盖；调整基站发射功率；调整基站站高；必要时需要迁站、加站或减站。

（2）导频污染

如果在同一个区域存在三个以上强度接近的导频，覆盖区域Ec较好，但Ec/Io较差，会导致切换频繁，不稳定，无线接入失败和掉话的几率增加。切换成功率低，降低系统容量。

可采取的优化措施：调整天线方位角和下倾角；调整基站发射功率；必要时在导频污染区加站；采用电下倾天线；优化切换和小区重选参数。

2.3.2.2邻区漏配优化

邻区漏配是软切换优化经常遇到的问题，当手机处于两个小区的交界处，并且正在由A小区移动到B小区，而刚好B小区没有把A小区配成邻区，这时手机就会掉话。邻区配置时如出现漏配或单配，将会把信号强的相邻小区排除在

邻区邻区列表外，使得信号强的相邻小区不能加入UE的激活集，导致掉话。领区配置要遵循以下原则：

（1）距离原则

目标小区的邻小区列表应包含它地理上周围邻近的小区，以保证移动台在小区在移动台在小区间移动时可以自由切换。

（2）强度原则

在一般情况下，距离目标小区比较近的小区在该目标小区覆盖范围内的信号强度也比较高。考虑到距离目标小区相对较远的小区由于强度比较大，可能与目标小区的覆盖区域发生覆盖重叠。这种情况下，根据强度原则，就能把该小区列入目标小区的邻小区列表。

（3）对称原则

如果小区A被列入小区B的邻小区列表，那么小区B也应该被列入小区A的邻小区列表。

各原则的重要性是有一定差异的，距离原则优先考虑，其次是强度、对称原则。在实际操作过程中可以单独考虑距离、强度原则或者综合考虑这两种原则。

2.3.2.3拐角、针尖效应优化

当移动台沿着一个拐角移动时，移动台的接收信号电平发生变化。在拐角后面如果有一个新的基站，移动台接收到的信号强度就会上升得非常快。如果移动台不能足够快地获得新基站，那么增加的干扰就会导致掉话。面对这种情况，需现场看站址有无阻挡，视阻挡情况调整天线的方位角和俯仰角。

针尖效应主要表现为在较强目标小区信号的短时间作用下，原小区信号经历短暂快速下降，又上升的情况。针尖效应可以参考拐角效应的解决办法，其中天线调整的目标是在针尖的位置不要使原信号下降过快目标小区信号上升过快，除了以上的方法，适当增加重传次数，从而抵抗信号的衰落也可以比较好的降低掉话。

3．WCDMA软切换过程及参数设置

3.1 软切换的过程

软切换的过程主要包括三个过程：无线链路的增加，无线链路的增加和删除组合，无线链路的删除。

3.1.1无线链路增加信令流程分析

无线链路增加的软切换信令流程的条件为：UE同SRNC已经有一条或几条无线链路，

UE通过新的Node B、新的RNC同SRNC建立一条新的链路，由于UE同UTRAN只新建一条链路，因此在DRNS没有宏分集合并/情况。如图3-1所示：

图3-1无线链路增加信令流程

信令流程步骤：

1. SRNC决定建立一条新的无线链路，该无线链路所属的新的小区由另一个RNC（DRNC）控制。SRNC通过RNSAP向DRNC发送“Radio Link Setup Request”消息，请求DRNC准备相应的无线资源。由于新的无线链路是UE同DRNC建立的第一条无线链路，于是建立新的Iur信令连接。该Iur信令连接承载跟UE相关的RNSAP信令。“Radio Link Setup Request”消息包含的参数为：小区ID、TFS、TFCS、频率、上行扰码。

2. DRNC根据无线资源判定是否可以满足请求的无线资源要求，如果可以满足，DRNC向属于它的Node B发送NBAP消息——无线链路建立请求“Radio Link Setup Request”。然后Node B启动上行接收。“Radio Link Setup Request”消息包含的参数为：小区ID、TFS、TFCS、频率、上行扰码。

3. Node B按照要求分配无线资源，如果配置成功，Node B通过NBAP消息——无线链路建立响应“Radio Link Setup Response”向DRNC上报。Radio Link Setup Response”消息包含的参数为：信令终止，传输层寻址信息（AAL2寻址、用于数据传输承载的AAL2捆绑ID）

4. DRNC通过RNSAP发送无线链路建立响应“Radio Link Setup Response”给SRNC。

“Radio Link Setup Response”消息包含的参数为：传输层寻址信息（AAL2寻址、用于数据传输承载的AAL2捆绑ID），邻近小区信息。

5. SRNC通过ALCAP协议启动Iur/Iub数据传输承载，该请求包含AAL2捆绑ID用于绑定Iub数据传输承载和DCH。

6./7. Node B 和 SRNC通过交换相应的DCH FP帧“Downlink Synchronisation”和“Uplink Synchronisation”建立数据传输承载的同步。 Node B启动下行发送。

8. SRNC通过DCCH向UE发送激活集更新消息“Active Set Update”， 该消息包含无线链路增加内容。 

参数：更新类型、小区ID、下行扰码、功率控制信息、邻近小区信息

9. UE根据RRC信令配置相应参数后，向SRNC发送RRC消息“Active Set Update Complete”。

3.1.2无线链路增加和删除组合信令流程分析

无线链路增加和删除的软切换信令流程的条件为：UE同SRNC已经有一条或几条无线链路，UE通过新的Node B、新的RNC同SRNC建立一条新的链路，删除UE通过属于SRNC的Node B同SRNC的一条旧链路。如图3-2所示：

图3-2无线链路增加和删除信令流程

信令流程步骤：

1. SRNC决定建立一条新的无线链路，该无线链路所属的新的小区由另一个RNC（DRNC）控制。SRNC通过RNSAP向DRNC发送“Radio Link Setup Request”消息，请求DRNC准备相应的无线资源。由于新的无线链路是UE同DRNC建立的第一条无线链路，于是建立新的Iur信令连接。该Iur信令连接承载跟UE相关的RNSAP信令。“Radio Link Setup Request”消息包含的参数为：小区ID、TFS、TFCS、频率、上行扰码。

2. DRNC根据无线资源判定是否可以满足请求的无线资源要求，如果可以满足，DRNC向属于它的Bode B发送NBAP消息——无线链路建立请求“Radio Link Setup Request”。然后Node B启动上行接收。“Radio Link Setup Request”消息包含的参数为：小区ID、TFS、TFCS、频率、上行扰码。

3. Node B按照要求分配无线资源，如果配置成功，Node B通过NBAP消息——无线链路建立响应“Radio Link Setup Response”向DRNC上报。“Radio Link Setup Response”消息包含的参数为：信令终止，传输层寻址信息（AAL2寻址、用于数据传输承载的AAL2捆绑ID）。

4. DRNC通过RNSAP发送无线链路建立响应消息“Radio Link Setup Response”给SRNC。“Radio Link Setup Response”消息包含的参数为：传输层寻址信息（AAL2寻址、用于数据传输承载的AAL2捆绑ID），邻近小区信息。

5. SRNC通过ALCAP协议启动Iur/Iub数据传输承载，该请求包含AAL2捆绑ID用于绑定Iub数据传输承载和DCH。

6./7. Node B 和 SRNC通过交换相应的DCH FP帧“Downlink Synchronisation”和“Uplink Synchronisation”建立数据传输承载的同步。 Node B启动下行发送。

8. SRNC通过DCCH向UE发送激活集更新消息“Active Set Update”，该消息包含无线链路增加和删除内容。

参数：更新类型、小区ID、下行扰码、功率控制信息、邻近小区信息

9. UE根据RRC信令配置相应参数后，去活要删除链路的下行接收，激活要增加链路的下行接收，并向SRNC发送RRC消息“Active Set Update Complete”。

10. SRNC向Node B发送NBAP消息消息无线链路删除请求“Radio Link Deletion Request”。Node B停止接收和发送。

参数：小区ID、传输层寻址信息。

11. Node B去活无线资源，并向SRNC发送NBAP消息无线链路删除响应“Radio Link Deletion Response”。

12. SRNC通过ALCAP协议启动释放Iur/Iub数据承载。

3.1.3无线链路删除信令流程分析

无线链路删除的软切换信令流程的条件为：UE同SRNC已经有一条或几条无线链路，删除UE通过DRNC同SRNC的一条链路。如图3-3所示：

图3-3无线链路删除信令流程

信令流程步骤：

1. SRNC决定删除一条无线链路。SRNC通过DCCH向UE发送RRC信令“Active Set Update”，激活集更新消息包含了无线链路删除内容。

2. UE去活要删除的无线链路的下行接收，并发送RRC消息“激活集更新完成Active Se Update Complete”给SRNC。

3. SRNC通过RNSAP将无线链路删除请求“Radio Link Deletion Request”向DRNC发送。

参数：小区ID、传输层寻址信息。

4. DRNC向Node B发送NBAP消息：无线链路删除请求“Radio Link Deletion Request”。Node B停止接收和发送。

参数：小区ID、传输层寻址信息。

5. Node B去活无线资源，并向DRNC发送NBAP消息：无线链路删除响应“Radio Link Deletion Response”。

6. DRNC向SRNC发送RNSAP消息：无线链路删除响应“Radio Link Deletion Response”。

7. SRNC通过ALCAP协议启动释放Iur/Iub数据承载。

3.2软切换的算法

WCDMA系统软切换算法可以分为两部分：UE测量报告的配置和RNC更新UE的激活集。UE测量报告的配置记录在系统消息块11（SIB11）中，它是RRC的专用控制消息。SIB11中记录最多八个小区，一个为主用小区，其余七个为相邻小区，实际上，系统只考虑前三个小区的测量配置。RNC对UE内的测量报告或者频段内的测量报告进行判断，以决定UE是否对激活集进行更新。

　　软切换算法就是基于以下的测量消息:

　　频段内测量消息

    频段内测量消息由小区广播的系统消息（SIB11）进行配置。SIB11中包括RACH报告，它记录了被测小区的CPICH强度（Ec/No），以及cell_FACH和cell_DCH的状态。cell_DCH对软切换的触发事件进行报告，比如Event 1a、1b、1c。

　　UE内部测量报告

　　UE内部测量报告由RRC专用控制消息配置，UE内部测量包括接收到不同小区的导频强度以及收发数据的时间差（Rx-Tx time difference）。

　　WCDMA系统对软切换状态下的事件进行了定义，如图3-4所示：

图3-4软切换算法

事件（event）1a:" 1个 P-CPICH 进入了测量范围（reporting range），切入新的测量小区。

事件（event）1b: 1个 P-CPICH 离开了测量范围（reporting range），原小区切出。

事件（event）1c: 1个非激活集的P-CPICH好于激活集中的某个P-CPICH，原小区被新加入小区替换。

WCDMA系统软切换根据触发事件决定UE激活集内导频的更新和替换。以下将根据不同触发事件的判决条件，对小区切换算法进行分析。

　　R（Reporting range）：报告范围，即切换门限，可以用来调节软切换的UE在小区中的比例和切换范围的大小，软切换比例通常控制在20%～30％，以减少基站的下行发射功率，节约系统资源。应当指出的是20％～30％的软切换比例只是实验室的计算结果，在WCDMA网中，特别是在城区内，基站数量密集，为保证用户的语音和数据通信，软切换比例将提高，预计将达到40％～50％。

　　R的取值范围在0～14.5dB，步长0.5dB，缺省值为3dB。

　　H（Hysteresis）：滞后值，可以用来避免由于频繁切换造成的乒乓效应，同时可避免过多的信令开销。

　　H的取值范围在0～7.5dB，步长0.5dB。缺省值为0（event 1a），1.5dB（event 1b,1c）。原IS-95系统为避免乒乓效应，采用的是时间滞后的办法，在WCDMA系统中也仍然保留了时间滞后参数Time to Trigger，它和Hysteresis的作用相近，可以克服因快速衰落造成的导频快速变化，保证激活集内导频的稳定。

　　W：是一个系数，可以用来把激活集中其他导频的影响考虑到切换门限中，通常把激活集中最好的导频作为导频准入门限的参照值。

　　W的取值范围在0～100％，步长10％，缺省值为100％。

event 1a/1b/1c具体算法为：

　　event 1a

　　其中：Mnew为进入测量范围的小区测量值

　  Mi为激活集中第i个小区的测量值

　  NA为当前激活集中小区的数目

    Mbest为激活集中最高测量值

　　W1a为SIB11中event 1a参数 （可设置）

　　R1a为event 1a的报告范围 （可设置）

　　H1a为event 1a的滞后参数 （可设置）

　　event 1a是对激活集以外的某个强导频进行测量，如果满足准入条件，就将该导频加入激活集中。而准入门限的确定就是由以上公式决定。基本原理是UE激活集内的所有导频依照不同的权重进行计算，得到准入门限的参考值:

　　为保证切入导频的稳定性，又加入了两个参数H和R。参考值减去报告范围值R和滞后值H即可确定导频的准入门限，如果新的导频高于此基准值，将被加入到激活集中。

　　event 1b

　  其中：Mnew为正在离开报告范围的小区的测量值

　  Mi为激活集中第i个小区的测量值

　  NA为当前激活集中小区的数目

　  Mbest为激活集中最高测量值

　  W1b为SIB11中event 1b参数（可设置）

　  R1b为event 1b的报告范围（可设置）

　  H1b为event 1b的滞后参数（可设置）

　　与event 1a类似，event 1b根据以上判决门限，对比导频平均值低的激活集导频，从激活集中删除。

　　event 1c

　 10•LogMnew≥10•LogMi+H1c

　 其中：Mnew为进入测量范围的小区测量值

　　Mi为激活集中第i个小区的测量值

　　H1c为event 1c的滞后参数（可设置）

　　event 1c执行替换激活集中导频的操作，新加入导频Mnew与原有Mi小区进行比较，如果高于Mi小区导频强度H1c时，UE的激活集更新，删除原Mi小区导频由Mnew小区替换。

3.3参数对实现软切换的影响

event 1a/1b/1c的算法对系统定义了不同参数，参数值的确定是建设网络的重要指标，特别是在密集市区内，基站相对集中，既要保证小区的连续覆盖，使UE保证软切换的连续性，同时又要避免系统发生过多的软切换，从而造成不必要的资源浪费。因此，有必要改进切换过程和调整切换参数，使系统在增强CDMA 功能的同时保持呼叫的完整性。

软切换的主要参数有：

    a）有效集增加门限（T_ADD）：若某个NodeB的Ec/Io超过有效集中最强的Ec/Io与有效集增加门限的差值，持续ΔT时间，且有效集未满，则该NodeB就进入有效集。

    b）有效集替换门限（T_REPLACE）：若候选集中最强的Ec/Io与有效集中最弱的Ec/Io的差值超过有效集替换门限，且持续ΔT时间，则候选集中导频信号最强的NodeB进入有效集，而有效集中导频信号最弱的NodeB从有效集中删除。

    c）有效集删除门限（T_DROP）：若有效集中某个NodeB的Ec/Io低于有效集中最强的Ec/Io与有效集删除门限的差值，且持续ΔT时间，则该NodeB从有效集中删除。

    d）有效集最大数目：在软切换过程中允许与移动台建立连接的最大NodeB数目。

    e）触发时间（ΔT）：建立切换所需的时间。

软切换的主要目的是提供无缝切换，增加系统的抗干扰能力，从而提高系统的容量和覆盖，带来软切换增益。软切换机制主要提供了以下3种增益：

    a）宏分集增益：对抗慢衰落和由于移动台移动到角落而导致信号强度突然下降的分集增益。

    b）微分集增益：对抗快速衰落的分集增益。

    c）下行链路负载分担：软切换中的移动台同时接收来自多个NodeB的功率，这样，如果软切换连接为N路，移动台得到的最大网络传输功率就为平常的N倍，相当于扩大了系统的覆盖范围。

    考虑2个NodeB间软切换的情况，上行链路和下行链路的软切换增益分别为1.8dB和2.3dB左右。

    然而，软切换不可避免地要带来软切换开销。软切换开销β定义为：

    β=MPn-1，（M——有效集的长度，Pn——UE处于n路软切换的平均概率）

由于移动台和NodeB间的每个连接都需要占用逻辑基带资源和RNC资源，并且要在Iub口上预留出传输容量，因此软切换开销代表了对实现软切换所需要的额外硬件/传输资源的估计值。典型的取值范围是软切换开销占3扇区的标准六边形小区资源的20%～40%。过高的软切换开销会降低下行链路的容量。

考虑软切换开销的影响，每个软切换连接都会增加对网络传输的干扰，如果增加的干扰超过了获得的软切换增益，软切换就不能给系统性能带来任何的好处，因此在WCDMA系统的网络规划和优化中，对软切换参数的正确设置是非常重要的。

    中断概率和接纳失败概率这两个性能指标可定量地分析软切换参数对系统性能的影响。中断概率指的是无线信号的信干比低于目标信干比，使得接收端无法正确接收的概率；接纳失败概率指的是移动台发起的业务请求不能被接纳的概率。显然，这两个指标越低说明系统性能越好。

3.3.1有效集增加门限（T_ADD）的设置

T_ADD这一门限值控制了进入有效集的导频信号，当T_ADD越大时，导频信号越容易进入有效集，处于软切换状态的移动台数量就越多。

   T_ADD取值过小时，只有极少数的移动台处于软切换状态，这将软切换作用的发挥，不能充分体现软切换带来的增益，此时系统性能无法达到最佳。随着T_ADD取值的增大，软切换的比例越来越大，冗余信道也越来越多，更多的功率资源被分配给了因软切换而增加的冗余信道，当T_ADD大于3 dB以后，系统性能又随着T_ADD的增大而下降。因此，T_ADD参数的典型取值为1～3 dB。

3.3.2有效集替换门限（T_REPLACE）的设置

    T_REPLACE门限是将候选集中的导频信号替换进入有效集的控制门限，T_REPLACE取值越高，则对候选集中的导频信号的Ec/Io要求就越高，候选集中的导频信号越不容易被替换进入有效集，这样软切换的比例就越小。

T_REPLACE的取值对系统性能的影响并不大，这是因为在实际的系统运行中，发生导频信号替换的几率比较低。T_REPLACE参数的典型取值为1～3dB。

3.3.3有效集删除门限（T_DROP）的设置

    T_DROP门限功能是控制导频信号在恰当的时机退出有效集。T_DROP取值越大，则有效集中导频信号的Ec/Io差异就越大，因此导频信号就越容易留在有效集中。也就是说，T_DROP取值越大，处于软切换状态的移动台数量就越多，从这个角度来看，T_DROP和T_ADD有基本上相同的功能。

    比较可以发现，T_DROP和T_ADD对系统性能的影响类似，但参数取值并不相同，当T_DROP为3.5dB左右时，系统性能达到最佳，而过高或过低时都会影响系统性能。T_DROP参数的典型取值为2～5dB。

3.3.4触发时间（ΔT）的设置

ΔT是软切换中建立切换所需的时间段。如果ΔT太小，将产生不必要的切换，导致往返不断地增加、替换或删除导频；而如果ΔT太大，系统更容易出现三小区的软切换，耗费更多的软切换开销。因此ΔT的值应当折衷选择，一般ΔT参数的典型取值为0～2s。

4.WCDMA软切换的案例分析

软切换导致掉话主要分为两类原因：切换来不及或者乒乓切换。

4.1切换来不及掉话分析

4.1.1邻区漏配的掉话分析

【问题描述】

测试车辆由南至北的方向行驶过程中被叫UE占用绵阳农电局-1信号（PSC：328）发生掉话。如图4-1所示：

图4-1邻区漏配

【原因分析】

被叫UE手机占用绵阳农电局-1信号（PSC：328），在RSCP和EC/IO恶化后，由于与绵阳运输部-2(PSC:235)没有做邻区关系，导致不能切换引起掉话。

【优化建议】

核查邻区，添加绵阳农电局-1、3（PSC：328，PSC：320）与绵阳运输部-2(PSC:235)的双向邻区关系。

4.1.2 拐角引起的掉话分析

【问题描述】

测试车辆在御营坝附近行驶过程中UE占用绵阳物资大厦-2（PSC:353）的小区信号后，由于拐角效应RSCP值陡降导致掉话。

图4-2绵阳物资大厦-2（PSC:353）拐角效应导致掉话位置图

图4-3绵阳物资大厦-2（PSC:353）拐角效应导致掉话信令图

【原因分析】

该路段一直占用绵阳物资大厦-2 (PSC:353)小区信号，RSCP值一直稳定在-70dbm左右，覆盖与质量都正常，由于无线传播环境突然恶化，拐弯处存在房屋的阻挡，存在拐角效应，绵阳物资大厦-2的RSCP值由拐弯前的-60dbm左右陡降到-90dbm左右，链路质量急剧恶化，从UU口信令上看，UE一直在上发测量报告，上报1A事件，试图让信号质量较好的绵阳御营坝-3（PSC：291）加入，但没有接收到RNC下发的激活集更新命令，最终导致掉话。

【优化建议】

将绵阳物资大厦-2的机械下倾角由9°调整为11°，减小对该区域的信号覆盖；将绵阳御营坝-3的机械下倾角由6°调整到4°，加强该小区信号对此处的覆盖，使其尽早占用绵阳御营坝-3的信号，避免拐角效应的影响。

4.2乒乓切换掉话分析

4.2.1导频污染引起掉话的分析

优化前导频污染图：

图4-4优化前导频污染

优化前空载EC/IO图：

图4-5优化前空载EC/IO

优化前空载RSCP图：

图4-6优化前空载RSCP

【问题描述】：

绵阳绵阳西南财经大学至绵阳上马新村路段，由于接受到多个基站小区的信号，且信号强度差不多，从而导致在此路段形成导频污染。 

【解决方案】：

1、绵阳上马新村-1，方位角由原来的20度调整为60度，电子下倾角由原来的3度调整为0度.

2、绵阳上马新村-2，方位角由原来的140度调整为200度，机械下倾角由原来的126度调整为10度.

3、绵阳上马新村-3，方位角由原来的240度调整为310度，机械下倾角由原来的8度调整为6度，电子下倾角由原来的3度调整为0度。

【优化效果】：

经调整天线，该路段导频污染问题有所改善，复测效果如下：

优化后导频污染图：

图4-7优化后导频污染

优化后空载EC/IO图：

图4-8优化后空载EC/IO

优化后空载RSCP图：

图4-9优化后空载RSCP

优化后空载TX POWER图：

图4-10优化后空载TX POWER

4.2.2弱覆盖引起掉话的分析

绵阳稽征处附近弱覆盖区域图：

图4-11绵阳稽征处附近弱覆盖区域

优化前绵阳西科大西山校区附近EC/IO图：

图4-12优化前绵阳西科大西山校区附近EC/IO

（1）问题描述：

测试车辆在绵阳金穗大厦至稽征处附近的一环路段行驶过程中，UE占用绵阳金穗大厦-2小区信号，但由于行驶至弱覆盖路段时，路侧存在高楼阻挡，且站点调整不合理，使得RSCP强度都在-90dB以下，形成弱覆盖区域。

（2）解决方案：

把绵阳西科大西山校区-2的方位角由200°调整为170°，机械下倾角由10°调整为9°。

（3）优化效果：

RF优化后，在绵阳西科大西山校区附近的该区域的RSCP弱覆盖有所改善，复测效果如下：

优化后RSCP图：

图4-13优化后RSCP

优化后EC/IO图：

图4-14优化后EC/IO

优化后TX POWER图：

图4-15优化后TX POWER

结  论

回顾本文，文章致力于研究和分析软切换技术在WCDMA系统中的运用，软切换的具体产生的过程，算法分析和参数设置对软切换的影响。

如前所述，相比于其他的切换技术，软切换有很多优势，也有些不足的地方。与之前普遍运用的硬切换相比，软切换可以实现无缝的切换，不但不会影响通话质量，还会使它变得更好。但这会占用过多的系统资源，影响系统的容量。

灵活的移动性和和高速的数据传输是通信行业不断发展的目标和动力，而高速的移动和宽阔的带宽总是一对彼此制约的矛盾。目前，固网的带宽比较宽，能实现比较高速的数据传输，而移动通信的数据传输能力却比较低。近几年3G技术发展比较迅猛，在中国有三种制式：TD-SCDMA,WCDMA和CDMA2000。但在整个世界范围内，还有很多的3G标准制式，其中比较有代表的要数WIMAX技术。可以这么说吧，3G技术相对于WIMAX而言的优势在于具有灵活的移动性，而带宽远不及WIMAX，所以3G要实现的是移动宽带化，而WIMAX有比较宽的带宽，但移动性不足，所以它实行的是宽带移动化。未来，宽带移动化和移动宽带化必然会融合，到那时高速移动的带宽会给出行的人带来极大的方便，但有移动就会涉及到切换的问题。由于那时的通信技术既要保障高速的数据传输，又要保证传输的连续性，所以那时的软切换技术既要实现不同网络之间的无缝切换，又要满足高速移动环境下的无缝切换。如果要实现这一目标，就需要更加先进的切换机制和更加灵敏、快速的切换响应。

致  谢

完成本论文，我要感谢的人太多了。首先，我要感谢大学四年教育过我的各位老师们，没有他们的细心教导和热心关怀就没有我的今天。然后，要感谢在浙江华为培训过我的老师们，正是他们的专心授教，才使我对专业技术有了更深的理解。最后，要特别感谢李里亚导师在本次论文中对我的指导和鞭笞，才使我能够及时的完成论文的定稿。

总之，感谢那些曾经鼓励过我的人，正是有了你们的鼓励，才使我有了继续前进的动力；感谢那些曾经帮助过我的人，正是有了你们的帮助，才使我有了不断拼搏的勇气；感谢那些曾经批评过我的人，正是有了你们的批评，才使我有了在黑暗中找到光明的信心。谢谢你们！

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