xx地区wcdma网络优化设计

通信系2013届毕业设计论文

题 目：xx 地区 wcdma 网络优化设计 专 业： 通信技术 班 级： 通信1034(宽带) 学生姓名： 郑高平 (0201103428) 导师姓名： 惠聪 起止时间： 2013 年 12 月 01 日

至2013 年 05 月 15 日

陕 邮 职 院 通 信 系 2013 届 毕 业 设 计 论 文

通信系2010级毕业设计（论文）任务书

论文题目 指导教师 Email ××地区WCDMA网络优化设计 惠聪 asdtoyou@163.com 电 话 办公室 15339183335 1-414 时间要求 论文终稿纸质版上交指导教师本人，时间截止：2012年5月15日。 要求： 1、从地区自然概况、网络结构及运行数据等方面介绍××地WCDMA网络概况。 2、分析××地区WCDMA网络运行中存在问题。（试从：接通率数据、掉话率数据、拥塞率数据、切换成功率数据等方面进行分析） 3、提出WCDMA网络优化设计方案，并对优化前后网络性能进行分析对比，对网络优化方案做出评价。 *论文字数不少于8000字！ 论文初稿电子版上交指导教师邮箱，时间截止：2013年4月1日； 参考资料：

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陕邮职院通信系2013届毕业设计论文成绩评定表 学生姓名 课题名称 郑高平 性别 男 系别 通 信 系 专业 通信技术 班级 通信1034（宽xx地区wcdma网络优化设计 带） 起止时间 2013 年 12 月～ 2013年 指导教师 惠聪 05月 课题任务 论文 12.4(千字)； 图纸 35 (张)； 完成情况 其它(含附件)：表 2 (张)，流程图 9 (张) 指 导 教 师 意 见 评阅成绩： 评阅/指导教师(签字)： 年 月 日 评 阅 成 绩 评 定 级 别 （级别为“优秀”、“合格”、“不合格”三档） 学生实得成绩 (百分制)

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摘 要

在我国，目前已经拥有了全球最大的移动通信网和最大的移动用户数，移动用户的数量已经超过4亿，而且这个数字还将快速增长。现有的第二代移动通信系统无论是在频谱资源，还是在所能提供的业务方面，都已经不能满足移动通信用户的需求。

本论文讨论的WCDMA是一项全球应用最广、最成熟的3G技术，论文从WCDMA的应用现状出发，首先介绍了3G标准的提出及其商用情况，并简要地阐述了研究WCDMA技术的意义。然后介绍了无线网络系统，重点分析了无线网络系统及3G网络的规划与设计方法。接着重点分析了WCDMA网络的规划的流程和注意事项以及需要重点考虑的因素，并阐述了WCDMA核心网络的规划与设计方法。

最后本文在对3G的市场需求进行定性预测的基础上，结合兰州市的具体情况，分析了WCDMA网络规划时所需考虑的基本原则，提出在兰州市构建WCDMA核心网络的预规划方案。

关键词：无线网络，网络规划，容量规划

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目 录

1绪 论 ........................................................................................................................................................... 1

1.1 课题背景 ...................................................................................................................................... 1 1 WCDMA系统规划与设计.............................................................................................................................. 2

1.1 WCDMA系统介绍 ............................................................................................................................ 2

1.1.1 WCDMA系统的网络结构 .................................................................................................... 2 1.1.2 WCDMA的技术特点 ............................................................................................................ 8 1.2 WCDMA无线通信网络规划与设计方法 ........................................................................................ 9

1.2.1 WCDMA网络规划与设计的原则 ........................................................................................ 9 1.2.2 需要考虑的因素 ............................................................................................................. 10 1.2.3 网络规划与设计流程 ..................................................................................................... 13 1.2.4 无线网规划的重点内容 ................................................................................................. 14 1.2.5 WCDMA无线网络规划的基本方法 .................................................................................. 15

2 WCDMA系统核心网络规划与设计 .......................................................................................................... 16

2.1.1 WCDMA版本介绍 .............................................................................................................. 16 2.1.2 WCDMA系统的整体演进 .............................................................................................. 18 2.1.3 核心网络基本结构 ........................................................................... 错误！未定义书签。

3 WCDMA系统核心网络规划与设计应用实例 .................................................................................. 23

3.1 兰州市WCDMA核心网络现状及需求分析 ............................................................................ 23

3.1.1 兰州城市概况 ................................................................................................................... 24 3.1.2 甘肃联通的业务现状 ....................................................................................................... 24 3.1.3 2G／3G共站址可行性分析 ............................................................................................ 25 4.1 兰州市WCDMA核心网络组网策略 ........................................................................................ 25

4.1.1 WCDMA核心网网元建设策略 ...................................................................................... 26 4.1.2 GSM网络升级策略 ......................................................................................................... 27 4.1.3 GSM／WCDMA网络互通策略 ..................................................................................... 27 4.2 兰州市WCDMA核心网组网方案 ............................................................................................ 28

4.2.1 兰州市WCDMA业务模型 ............................................................................................. 28 4.2.2 MSC-SERVER的设置方案 ............................................................................................. 28 4.2.3 MGW及GMSC-MGW的设置方案 ............................................................................... 28 4.2.4 核心网建设方案 ............................................................................................................... 28 4.2.5 电路域组网方案 ............................................................................................................... 29 4.2.6 分组域网络建设 ............................................................................................................... 30

结 论 .......................................................................................................................................................... 33 致 谢 .......................................................................................................................................................... 34 参考文献 ...................................................................................................................................................... 35

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1绪 论

1.1 课题背景

移动通信从20世纪80年代第一代模拟蜂窝移动通信开始，到90年代中期以GSM和CDMA为代表的第二代移动通信的大规模商用，再到本世纪初第三代移动通信开始投入商用，基本上是每10年商用一代新技术。目前全球范围内，模拟移动通信技术基本已经退出了历史舞台，第二代技术（包括二代半技术）占据了98%以上的移动通信市场。第三代移动通信已经步入了规模商用阶段，在今后10年间将是第三代移动通信和第二代移动通信长期并存发展的时期。

第三代移动通信技术是在2000年由国际电信联盟（ITU）正式确定的，WCDMA技术标准是通过的第三代移动通信主流标准之一。WCDMA移动通信系统从2001年10月开始商用，经过近几年技术设备逐渐成熟的蛰伏期之后，开始在世界范围内逐步步入规模商用阶段。全球获得WCDMA运营许可的运营商有120多家，由于目前占据全球80%以上移动通信市场份额的GSM和TDMA运营商选择了WCDMA技术，所以WCDMA技术毫无疑问将成为占据未来移动通信主导地位的第三代移动通信技术。

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1 WCDMA系统规划与设计

1.1 WCDMA系统介绍

WCDMA是一个宽带直扩码分多址(DS-CDMA)系统，即通过用户数据与由CDMA扩频码得来的伪随机比特相乘，从而把用户信息比特扩展到宽的带宽上去。系统中的多个用户同时工作于同一频段，靠码字相互正交，实现相互区分。直扩码分多址系统具有同频自干扰特性，需要有效的解决网络中的干扰问题才能完善网络覆盖，提高网络容量，改善业务质量。

1.1.1 WCDMA系统的网络结构

WCDMA系统是IMT-2000家族的一员，它由CN（核心网）、UTRAN（UMTS陆地无线接入网）和UE（用户装置）组成。UTRAN 和UE采用WCDMA无线接入技术。WCDMA网络在设计时遵循以下原则：

（1）无线接入网与核心网功能尽量分离（即对无线资源的管理功能集中在无线接入网完成，而与业务和应用相关功能在核心网执行。）

（2）无线接入网是连接移动用户和核心网的桥梁和纽带。其满足以下目标： 允许用户广泛访问电信业务，包括一些现在还没定义的业务，像多媒体和高速率数据业务。

方便的提供与固定网络相似的高质量的业务（特别是话音质量）。

方便的提供小的、容易使用的、低价的终端，它要有长的通话和待机时间。 提供网络资源有效的使用方法（特别是无线频谱）。

目前，WCDMA系统标准的R99版本已经基本稳定，其R4、R5和R6版本还在紧锣密鼓的制订中。WCDMA系统的网络结构如图1.1所示。

CN Iu UTRAN Uu UE 图1.1 WCDMA系统结构

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WCDMA系统的CN（核心网）、UTRAN（无线接入网）和UE（用户装置）之间的接口不同，CN与UTRAN的接口定义为Iu接口，UTRAN与UE的接口定义为Uu接口。

WCDMA网络结构的基本特点是核心网从GSM的核心网逐步演进和过渡，而无线接入网则是革命性的变化，完全不同于GSM的无线接入网，且业务是完全兼容GSM的业务，体现了业务的连续性[5]。

1.无线接入网

UTRAN包括许多通过Iu接口连接到CN的RNS（无线网络子系统）。一个RNS包括一个RNC（无线网络控制器）和一个或多个Node B。Node B通过Iub接口连接到RNC上，它支持FDD模式、TDD模式或双模。Node B包括一个或多个小区。UTRAN内部，RNS中的RNC能通过Iur接口交互信息, Iu接口和Iur接口是逻辑接口。Iur接口可以是RNC之间物理的直接相连或通过适当的传输网络实现。UTRAN结构如图1.2所示。

Iub 图1.2 UTRAN结构

Node B RNC RNS CN Iu Iu Iur RNS Iub Node B RNC Iub Node B Iub Node B 其中：Iu、Iur、Iub接口分别为CN与RNS、RNC与RNC、RNC与Node B之间的接口。

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图1.3所示为UTRAN接口通用协议模型。此结构依据层间和平面间相互独立原则而建立。

无线 网络层 控制平面 应用协议 用户平面 数据传输网络 用户平面 传输 网络层 信令承载 传输网络 控制平面 ALCAP（s） 传输网络 用户平面 数据承载 信令承载 物理层 图1.3 UTRAN接口通用协议模型

协议结构包括三层：无线网络层、传输网络层和物理层。所有UTRAN相关问题只与无线网络层有关，传输网络层只是UTRAN采用的标准化的传输技术，与UTRAN的特定的功能无关。物理层可用E1、T1、STM-1等数十种标准接口。

控制平面包括无线网络层的应用协议以及用于传输应用协议消息的信令承载。 在Iu接口的无线网络层是无线接入网应用协议（RANAP），它负责CN和RNS之间的信令交互。在Iur接口的无线网络层是无线网络子系统应用协议（RNSAP），它负责两个RNS之间的信令交互。在Iur接口的无线网络层是B节点协议（NBAP），它负责RNS内部的RNC与Node B之间的信令交互。

在传输网络层三个接口统一应用ATM传输技术，3GPP还建议了可支持七号信令的SCCP、MTP及IP等技术。应用协议在无线网络层建立承载，信令承载与ALCAP（接入链路控制应用协议）的信令承载可同可不同。信令承载由操作维护（O&M）建立，用户平面包括数据流和用于传输数据流的数据承载。数据流是各个接口规定的帧协议，传输网络控制平面只在传输层，它不包括任何无线网络控制平面的信息。它包括用户平面传输承载（数据承载）所需的ALCAP协议，还包括ALCAP所需的信令承载。传输

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网络控制平面的引入使得无线网络控制平面的应用协议完全独立于用户平面数据承载技术。用户平面的数据承载和应用协议的数据承载属于传输网络用户平面。

2.R99核心网

为了第二代向第三代的平滑过渡和演进，目前R99核心网包括三个域，CS（电路交换）域、PS（分组交换）域和BC（广播）域，分别处理电路交换业务、分组交换业务和广播组播业务。R99核心网的CS域指GSM的核心网，PS域指GPRS的支持节点。CS域处理传统的电路交换业务，每次通信需占用占用的一些资源建立专用的一条链路，如语音业务；PS域处理分组交换业务，不需要建立专用链路，每个分组都自己找路由。R99核心网主要有以下一些设备：

（1）移动业务交换中心(MSC)：对位于它管辖区域中的移动台进行控制、交换的功能实体。

（2）服务GPRS支持节点（SGSN）：执行移动性管理、安全管理和接入控制和路由选择等功能。

（3）网关GPRS支持节点（GGSN）：负责提供GPRS PLMN与外部分组数据网的接口，并提供必要的网间安全机制（如防火墙）。

（4）拜访位置寄存器(VLR)：MSC为所管辖区域中MS呼叫接续所需检索信息的数据库。VLR存储与呼叫处理有关的一些数据，例如用户的号码，所处区域的识别，向用户提供的业务等参数。

（5）归属位置寄存器(HLR)：管理部门用于移动用户管理的数据库。每个移动用户都应在其归属位置寄存器中注册登记。

（6）鉴权中心(AUC)：为认证移动用户的身份和产生相应鉴权参数的功能实体。 另外，R99核心网还包括一些智能网设备和短消息中心等设备。具体结构如下图：

SGSN 分组域 UTRAN 无线接入网 PSC/GPSN HIR 电路域 GGSN 因特网 GPSN PSTN

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图1.4 R99核心网结构

R99核心网只是为2G向3G系统过渡而引入的解决方案，真正的WCDMA系统核心网是全IP核心网，目前在R4和R5标准中已制定了大致方案。

3.全IP核心网

全IP核心网体系结构基于分组技术和IP电话，用于同时支持实时和非实时的业务。此核心网体系结构可以灵活的支持全球漫游和与其它网络的互操作，诸如：PLMN、2G网络、PDN和其它多媒体VOIP网络。此核心网主要包括三部分：GPRS网络、呼叫控制和网关。

GPRS网络部分同R99 GPRS PS网络，而GPRS网络中HLR功能由归属用户服务器提供（HSS）。网络结构中呼叫控制部分是最重要的功能。CSCF（呼叫状态控制功能）、MGCF（媒体网关控制功能）、R-SGW（漫游信令网关）、T-SGW（传输信令网关）、MGW（媒体网关）和MRF（多媒体资源功能）组成了呼叫控制和信令功能。CSCF与H.323网守或SIP服务器相似。此体系结构是一个通用结构而不是基于一个具体的H.323或SIP的呼叫控制解决方案。用户特征文件被保存在HSS中。与多媒体IP网络通信的信令只能通过CSCF，而业务则直接通过GGSN就可。MRF与所有业务承载实体协调业务承载事宜，而与CSCF协商信令承载事宜。MRF提供媒体混合、复用以及其它处理和产生功能。与其它网络（诸如PLMN、其它PDN、其它多媒体VOIP网络和2G继承网络GSM）的互联由GGSN、MGCF、MGW、R-SGW和T-SGW支持。其它PLMN网络与本网的信令和业务接口是它们的GPRS实体。CSCF作为一个新的实体通过信令也参与此过程。到继承网络的信令通过R-SGW、CSCF、MGCF、T-SGW和HSS，而和PSTN网络的业务承载接口通过MGW，具体结构如图3.5所示。

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业务层

应用服务器 控制层 MSC服务器 MGCF CSCF MRFC 传送层

IP核心网 接入层 IM-MGW CS-GW MRFP SGW UTRAN 图1.5 全IP核心网结构

BSS/GERAN 4.WCDMA无线网络建设指导思想

WCDMA 无线网络的建设要综合考虑投资、覆盖、容量、服务质量、可升级性、竞争等下列六项间的关系，从不同的侧重点和需求出发进行设计和建设,具体如下：

1. 综合建网投资控制最低。首先，WCDMA无线网络的建设投资应结合GSM现网的扩容投资进行考虑，建设中要合理利用GSM系统现有基站、传输和交换网络资源，3G发牌前新建GSM系统应当考虑未来与WCDMA系统共用问题，最大限度的发挥各种资源的效用；其次，投资的考察不仅包括当前建设投资，还应当注意到未来系统升级的成本和投资，不能为了减少初期投资而导致未来系统运维成本的增加。

2. 可盈利的业务覆盖情况最好。结合2G网络合理的安排网络布局，保证目标区域内可盈利的业务覆盖最好，可以提高市场竞争能力，提高运营商的信誉。

3. 网络有效容量最大化。WCDMA系统内功率、码字等各种资源都是共享的，网络建设应当充分利用这一点以及现有GSM网络资源，实现整体网络的有效容量最大。

4. 网络提供业务质量最优。网络可提供的各项业务质量达到最好，用户的主观感觉最好，保持在移动通信市场对用户长久的吸引力。

5. 网络未来可升级的潜力最大。移动通信系统中业务的增长是无法完全准确预测的，对于WCDMA 网络而言，网络规划和建设要注重未来网络的可升级性，即未来网络的成本最低、覆盖最好、容量最大和质量最优，这样可以保证运营商在移动通信行业内的长时间的优势和领先地位。这也是科学发展观在移动通信网络建设中的体现。

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6. 竞争能力最强。WCDMA网络的建设力求建设精品网络，开展和推广丰富多彩的业务，吸引不同消费层次的用户，保持在移动通信领域的领先地位，才能在日益激烈的移动通信市场竞争中立于不败之地。

WCDMA系统的网络结构包括核心网和无线接入网两部分。对于核心网采取由GSM的核心网逐步演进的思路，即由最初的GSM的电路交换的一些实体，然后加入GPRS的分组交换的实体，在到最终演变成全IP的核心网。这样可以保证业务的连续性和核心网络建设投资的节约化。而对于无线接入网，由于WCDMA方式是完全不同于GSM的TDMA的无线接入方式，所以无线接入网是全新的，完全不同于GSM的基站子系统。所以WCDMA系统的无线接入网需要重新进行无线网络规划和布站[7]。

WCDMA网络的设计遵循了网络承载和业务应用相分离、承载和控制相分离、控制和用户平面相分离的原则，这样使得整个网络结构清晰，实体功能独立，便于模块化的实现。

1.1.2 WCDMA的技术特点

WCDMA（宽带码分多址）是一个ITU(国际电信联盟)标准，它是从码分多址（CDMA）演变来的，从官方看被认为是IMT-2000的直接扩展，与现在市场上通常提供的技术相比，它能够为移动和手提无线设备提供更高的数据速率。WCDMA采用直接序列扩频码分多址（DS-CDMA）、频分双工（FDD）方式，码片速率为3.84Mcps，载波带宽为5MHz.基于Release 99/ Release 4版本，可在5MHz的带宽内，提供最高384kbps的用户数据传输速率。WCDMA能够支持移动/手提设备之间的语音、图像、数据以及视频通信，速率可达2Mb/s（对于局域网而言）或者384Kb/s（对于宽带网而言）。输入信号先被数字化，然后在一个较宽的频谱范围内以编码的扩频模式进行传输。窄带CDMA使用的是200KHz宽度的载频，而WCDMA使用的则是一个5MHz宽度的载频。作为一项新技术，它在技术成熟性方面不及CDMA2000，但其优势在于GSM的广泛采用能为其升级带来方便。因此，近段时间也倍受各大厂商的青睐。WCDMA采用最新的ATM微信元传输协议，能够允许在一条线路上传送更多的语音呼叫，呼叫数由现在的30个提高到300个，在人口密集的地区线路将不再容易堵塞。另外，WCDMA还采用了自适应天线和微小区技术，大大地提高了系统的容量。

WCDMA由ETSI NTT DOCOMO（欧洲电信标准协会NTT DoCoMo公司）作为无线介面为他们的3G网络FOMA（自由移动的多媒体接入）开发。后来NTT DOCOMO提交给ITU一个详细规范，作为一个像IMT-2000一样的一个候选国际3G标准，国际电信联盟(ITU) 最终接受WCDMA并作为IMT-2000家族3G标准的一部分。尽管名字

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跟CDMA很相近，但是WCDMA跟CDMA关系不大。具体有多大关系要看不同人的立足点，在行动电话领域，术语CDMA 可以代指码分多址扩频复用技术，也可以指美国高通（Qualcomm）开发的包括IS-95/CDMA1X和CDMA2000(IS-2000)的CDMA标准族。

核心网基于GSM/GPRS网络的演进，保持与GSM/GPRS网络的兼容性。 核心网络可以基于TDM、ATM和IP技术，并向全IP的网络结构演进。 核心网络逻辑上分为电路域和分组域两部分，分别完成电路型业务和分组型业务。

UTRAN基于ATM技术，统一处理语音和分组业务，并向IP方向发展。MAP技术和GPRS隧道技术是WCDMA体制移动性管理机制的核心。空中接口采用的WCDMA信号带宽为5MHz，码片速率为3.84Mcps，并采用AMR语音编码， 支持同步/异步基站运营模式、上下行闭环加外环功率控制方式、开环 （STTD、TSTD）和闭环（FBTD）发射分集方式，导频辅助的相干解调方式、卷积码和Turbo码的编码方式、上行BPSK和下行QPSK调制方式。

1.2 WCDMA无线通信网络规划与设计方法

目前，2G无线接入网已相当成熟，网络覆盖和网络质量都达到了比较高的用户满意度。如何充分利用现有网络资源，提高用户满意程度和节约建网投资，是WCDMA网络设计规划的主要内容。由于空中接口的革命性变化，无线接入网部分的演进也是革命性的，而空中接口的不同反映了WCDMA系统的新要求。WCDMA系统是以频谱效率技术构建的网络，需要把不同比特率、不同服务种类和不同性质要求的业务混合在一起，与GSM的无线接口和接入方式完全不同，因此，WCDMA的无线接入部分将会重新部署，如何使现有GSM网络与WCDMA网络协同发展，无疑会给移动通信的发展带来深远的影响[7]。

1.2.1 WCDMA网络规划与设计的原则

WCDMA无线通信网络的规划与设计的原则如下：

a.全网统一规划，应坚持规模发展的原则，充分考虑远期发展，并根据区域重要程度考虑采用分步实施的建设方式。

b.从未来网络的可持续性发展即网络可升级性的角度出发，多速率和混合网是未来网络的发展趋势。WCDMA网络将是这样的网络。

c.协调好无线覆盖、无线网络容量、网络质量及投资效益间的关系，确保网络建设的综合效益。

d.确定不同区域覆盖重点程度，根据实际用户的敏感程度决定，结合重要的点（如

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著名旅游景点、重要乡镇）、线（如城区、开发区、居民小区等）覆盖目标，最终达到完善的覆盖效果。

e.应特别重视室内覆盖。

f.坚持以差异化策略指导网络规划与建设，无线网的规划应尽量采用各种技术手段实现低成本的覆盖方案，确保工程建设投资和网络运营维护成本最小化。

g.软切换的比例一般在30%-40%之间，信令信道数量根据业务量计算SCCPCH（FACH\\PCH）数量，初期建设可以使用映射两条FACH和一条PCH的一条SCCPCH信道。关键性能指标需要考察并发用户数、系统吞吐量、负载因子和软切换情况，扩容方式为骨干基站建设后根据业务情况考虑加载和加站扩容。

h.应反复调整和预优化过程。

i.在技术合理的前提下，应充分利用现有的通信基础设施（包括机房、铁塔和传输设备等），减少重复建设，降低建设运营成本。

j.如果是2G\\3G共存的网络，原来的2G用户应首先选择2G，这样可以保证初期通信质量，新增3G用户应当优选3G网络。

k.只需要对WCDMA系统下行链路扰码进行简单规划，扩频码不需要规划。 l.有限制的使用直放站，直放站应当具备网管监控和自激保护功能，室内分布系统可以考虑小功率直放站的使用，边际网的建设可以使用比较多的直放站以减少投资。

m.网络规划应充分考虑远期发展规划，具有向前良好的扩展性，即系统容量以满足用户增长需要为衡量目标，能方便的进行扩容升级，满足远期业务需求。

n.网络规划要规划好无线支撑系统的建设，能提供不同用户的QoS等级服务。 1.2.2 需要考虑的因素

在进行规划与设计时，主要考虑一下几个因素：

1.在确定的业务模型条件下选择合适的站址。在网络建设的成本中，站点成本占很大比例，以往的工程经验告诉我们：完美的基站布局和现实的基站投资成本本身就是一对矛盾体，而且随着人们在进行环保意识的增强和市政规划建设的变化，新站点的获取难度将越来越大，无疑增加了新的矛盾。因此，无论是过去还是未来，所有的站址选择方案都是在这些矛盾中寻找侧重和平衡，在进行站址选择时，主要考虑以下几个方面的原则：

（1）充分考虑站址的周边环境。要充分利用周边建筑和地理环境的隔离避免小区间干扰；避开不利于覆盖控制的物体和区域；同时应充分了解城市发展，选择站址时要结合城市的建设规划。

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（2）应综合考虑不同区域容量和覆盖规划的需求。站址尽量靠近用户和业务集中区域；考虑不同区域对覆盖和业务的不同需求，细化指标。

（3）兼顾远期扩容的方便。考虑网络的发展，尽量选择有拓展余地的站址；同时考虑相应配套设施的操作及发展空间。

选择站址时应先利用PS 384kbit/s的业务，网络负荷上行容量50%、下行容量75%进行规划，仿真远期业务容量需求下的站址需求情况。利用预选站址，根据初期不同区域业务容量需求及覆盖需求，仿真不同区域站址满足情况，得出初期所需站址。可按照以下步骤进行：在能用站点中，先挑出需重点保证覆盖地区（如主要话务密集区、主要道路等）站址；再以已经选出的站址为主线，结合整体覆盖及容量需求，通过仿真挑选出其他站址。

2.选择用于规划的仿真工具，确定仿真所需要的相关参数，包括传播模型、天线参数、基站站距、容量和覆盖要求以及链路预算参数等。用于链路预算的参数，大致包含两个方面：（1）传播环境（即无线环境），主要包括：无线传播特性（即地形地貌）；遮挡因素，即通常所述Shadow Fading；多径效应；穿透损耗；身体损耗；邻区干扰；邻频干扰；UMTS系统参数，尤其是空口上的主要参数；系统负载；主要参照ULNR；扩频增益等。（2）设备（基站、手机等）相关性能参数，如设备发射功率、各信道分配功率、设备接收灵敏度、设备噪声系数、天线增益、馈线损耗及塔放影响等。（3）要根据所拥有或预测的业务话务分布数据，细化话务分布区域，并进一步确定WCDMA话务分布密度，然后带入仿真工具进行仿真，得到初步的网络规划仿真结果。（4）根据仿真结果分析进行模型核对，并进一步对站址进行筛选和重选，确定合理的布网方案，并根据合理的布网方案，调整相关的参数，进行再一次仿真，以达到最终的设计要求。

3.覆盖策略：在覆盖规划中，首先应针对不同的地形和环境，确定不同的覆盖策略。鉴于不同的地形地貌条件下建筑物或车体穿透损耗不同，将地形地貌划分为密集城区、普通城区、郊区、农村、公路/干道、山区和其他特殊地形环境（如地铁隧道等）。具体要求如下：

（1）密集城区

特点：建筑物密集，平均高度高，传播环境复杂，室内外的传播损耗都很高。 覆盖策略：采用宏蜂窝、室外微蜂窝、室内微蜂窝和专用室内覆盖系统相结合的方法。

（2）普通城区

采用常规的3扇区宏蜂窝基站为主要的覆盖方式，在个别的大型建筑物内使用室内

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覆盖系统。

（3）密集建筑区

特点：总体传播损耗大，但是在大量的建筑物内建立室内覆盖又是不现实不经济 的。

覆盖策略：覆盖主要靠室外信号完成，要适当提高室外宏蜂窝的密度，同时对覆盖效果不佳的地方要做针对性的补充覆盖，例如可用单扇区或扇区的小型基站覆盖密集建筑之间的街道及两侧建筑。

（4）农村和郊区 特点：话务量较低。

覆盖策略：建议采用3扇区或2扇区的配置，因为其覆盖效果远远优于全向站。在 山区乡镇和旅游景点等不需要连续大范围覆盖的地区可以采用全向站的配置。采用微 型基站安装在塔顶的方式可以有效降低整体建设成本，基站靠近天线，可以减少馈线损耗，扩大覆盖范围。

采用塔放用于扩大覆盖范围，可有效补偿上行的馈线损耗。某个区域的覆盖性能通常指该区域多数位置点在大多数时间内接收信号质量与接收信号门限的关系，对于位置点的要求就是系统要求的区域覆盖率。而对于时间的要求就是通常所说的通信概率。接收信号码功率（RSCP）是用来考核全网环境下的网络覆盖质量的重要指标之一，它与网络的区域通信概率、边缘通信概率有关。

对WCDMA导频覆盖能力的要求定义为导频信道信号接收信号能量与干扰之比（E/I），也就是导频信号在各点的强度与干扰信号在该点总和的比值。在导频功率比例确定的情况下，不同的业务有确定的（E/I）的要求。在确定目标业务的情况下，通过覆盖区域 的E/I的情况可反映覆盖区域的干扰大小，同时判断目标业务的覆盖能力。

4.天线的选择

在覆盖规划中，天线的选择也是决定覆盖区域内网络质量的一个重要方面。它可以减少覆盖区域内的盲区，提高通信概率和接收区域内的接收电平，同时合理配置无线资源，减小不同小区之间、不同系统之间的干扰，扩大WCDMA网络容量并提高掉话率和切换成功率。由此可见，天线虽然在整个无线组网中仅占经费比例的一小部分，但它在网络规划、优化及维护工作中所占的工作量却非常大，几乎可以达到在天线的选择上，一个基本的原则是，根据基站服务区内的覆盖、服务质量要求、话务分布和地形地貌等条件，并综合考虑整网的覆盖和干扰情况来选择天线。

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规划任务下达之后，首先按照工期要求完成规划工作情况，通过控制网络规划质量的流程，给网络规划工作提供指导。具体规定从规划准备工作开始到规划工作结束各个阶段需要输入、输出的文档，以及各文档的格式、内容的要求。规划项目的负责人可以根据实际的情况，对规划的流程做适当的调整，以提高规范应用的灵活性。

1.2.3 网络规划与设计流程

WCDMA无线网络的规划的流程主要包括：初始网络预估（又称为预规划阶段）、网络规划与设计、部署基础设施（又称为详细规划阶段）、优化和维护（又称为后规划阶段）。如图3.6所示。

初始网络预估 预规划

网络规划与设计 详细规划

部署基础设施 优化 维护 后规划

图1.6 WCDMA无线网络规划与设计流程

预规划阶段：根据所搜集的信息综合考虑覆盖、容量、质量等要求，得到理论上覆盖和容量规划的初步设计方案，建立传播模型和制定链路预算表，评估基站站点并建议新站点，进行计算机辅助的网络覆盖及干扰分析等。这一阶段主要从覆盖、容量、和业务质量等方面对服务区域进行规划。核心问题是选取基站数目及设定网络拓扑结构与无线参数。从覆盖、容量和业务质量角度预测基站数目及设定网络拓扑结构并进行综合选择。并通过初步仿真生成估计的站点数、站点类型、理想站点分布和无线覆盖分布，结合提供的初选站址信息，得出基站的初始布局。确定初步的网络规划方案后，通常采用Monte Carlo仿真的方法来进行验证与分析，并对一些关键参数进行修改与优化。

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WCDMA网络性能是由诸多复杂因素决定的，这些因素一般分为三种类型：基本上固定不变的因素，如基站位置、基站天线方向、基站最大发射功率等；可变因素，如用户接入控制算法、软切换算法、功控算法以及调度算法等；随机因素，如系统负荷、用户分布、用户业务以及每个用户的传播损耗等。仿真过程中考虑的因素越多，仿真精度也就越高，但复杂度也迅速增加。因此，无线网络规划中的仿真一般是在复杂度和精确度之间寻找合适的折中，来选择适合的硬件参数和无线资源管理参数进行设置。

详细规划阶段：无线网络详细规划要从根据初步规划中得到的站间距要求按照蜂窝组网的结构部署到设计覆盖的各个环境中，然后进行无线仿真设计，同时确立设计的终端类型与站参数，确定天线类型。根据仿真结果，反复调整，直到网络设置的各项系统性能得到满足，最终输出整个设计结果。

后规划阶段：网络优化和维护是网络规划工作的自然延续，是不断提高网络整体质量的过程，网络优化将在充分利用现有网络资源的基础上使系统容量和覆盖最大化，维护是一个长期的过程，只有进行优质的网络维护，才能使系统的稳定性和寿命得到加强。值得注意的是不同的业务会有不同的质量目标，这也是WCDMA网络优化和维护工作复杂的主要原因。当网络已被设计和建好时就需要进行相应的网络优化和维护工作，从而找到网络的最佳工作状态。

1.2.4 无线网规划的重点内容

关于WCDMA无线网络规划的内容和过程目前有多种提法，不同的供货厂商所采用的方法也各不相同，因此，在做具体城市的网络划设计前必须研究总结出一套行之有效的方法，保证实际应用的正确性。通过对WCDMA网络特性的分析，总结出WCDMA网络规划工作的重点内容有以下六个方面:

1.市场调查、业务及用户数的分析预测

结合当地人口、国民经济情况、消费水平等因素对服务区业务量和用户数进行分析与预测，确定用户分布、话务模型、初期和中远期容量。

2.确定建网目标

明确网络建设中分区域、分阶段的覆盖目标、容量目标、质量目标和成本目标，建立准确的业务模型，例如决定在各类型的地区(密集城区、普通城区等)实现何种业务的连续覆盖等，以获得最佳的投入产出比。

3.根据覆盖规划和容量规划综合取定基站数量

覆盖规划用到传播预测模型，这是确定系统的工作参数如:基站、移动台天线高度、增益、发射功率、接收灵敏度等的重要数据，由于无线传播环境千差万别，不同城市和

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地区应选用合适的传播预测模型，根据连续波测试校准的传播预测模型，计算出保证业务下的理论小区半径:容量规划即是根据容量目标和业务模型中的参数确定满足需求的基站数量。

4.确定站址

按照计算所得基站数量，实地现场勘察并经过模拟仿真确定适合网络规划要求的基站位置。

5.频点选择及频段干扰预测

WCDMA数字蜂窝移动通信系统存在多址干扰，即内部干扰，对系统容量起到限制作用。因此，在确定网络所选频点之前，一定要预测干扰情况，从设计方法上尽可能消除干扰的影响。

6.系统兼容

WCDMA数字蜂窝移动通信系统在制式选择时应考虑能与原有的蜂窝系统相兼容的问题，所选的标准应兼容现有TDMA数字蜂窝通信系统，同时，还要预测发展中的体制标准和未来的蜂窝通信系统的开发、研制和市场趋势，使系统相互兼容。

1.2.5 WCDMA无线网络规划的基本方法

WCDMA无线网络的覆盖、容量和网络性能之间的关系是相互影响、相互制约的。用户的分布、用户的移动速度以及用户的业务模型都直接影响到无线网络的覆盖、容量和网络性能。因此要准确地反映未来网络的实际情况，不仅需要通过链路预算、容量推算等方法估算网络的大致建设规模以及基本建设方案，而且还需要采用专用的网络规划和仿真工具，建立准确的地理环境模型、用户业务和行为模型，才能仿真出实际网络的运行效果。下面是两种基本的基站预测方法。

1．以无线网络覆盖为依据的基站预测方法

在这种无线网络规划方法中，主要需要把握如下几个关键点：

（1）确定业务类型并列出业务的链路预算属性，如AMR业务、384kbit/s室外业务，最大路径耗损为146dB等；

（2）确定传播模型，3G经典模型有COST23 Hata模型、奥村模型等；

（3）传播模型的校正：一般是对不同的地理分区，选择3～4个具有代表性的区域进行模型校正，一条测试路径应该是8字型或螺旋性，避免系统误差；

（4）传播模型有效性的确认：校正后的模型，实测数据与模型的方差应不大于8dB, 否则要重新考虑测试路径、地理分区、测试数据的有效性；

（5）参考业务一般应该在城区基本覆盖：如3km2范围。不同地理分区覆盖面积不

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同，覆盖面积与传播模型有关。（基站预算＝总覆盖区域/参考业务覆盖范围，如3km2）

[8]

。

2．以业务为依据的基站预测设计方法

在这种无线网络规划方法中，主要需要把握如下几个关键点：

（1）确定业务模型：包括分组业务模型和语音业务模型。CS业务主要有如下模型：

坎贝尔模型、等效爱尔兰法、Post Erlang-B方法。以坎贝尔模型为代表，因为它是解决混合实时类业务模型的理论计算方法之一，其特点是该模型预算值适度。

（2）确定总业务量的预测分布。（以坎贝尔模型算出：基站预算＝坎贝尔业务总量/基站坎贝尔业务量）。

（3）核算CS域剩余信道容量是否满足PS域数据承载。如不能满足，则根据数据承载需要增加基站预算。

2 WCDMA系统核心网络规划与设计

2.1.1 WCDMA版本介绍

主要有以下五种版本，具体为R99、R4、R5、R6和R7。它们各自的特点如下： R99版本主要继承了前期ETSI标准化组织在WCDMA规范上的研究成果，在2000年3月功能框架冻结。R99主要特征包括：（1）核心网在逻辑上分为CS（电路域）和PS（分组域），保持了与2G（GSM/GPRS）核心网络结构的兼容性。（2）核心网和接入网之间的Iu接口基于ATM，其中CS业务基于ATM AAL2承载，分组业务基于ATM AAL5承载。（3）电路域只支持TDM传输技术。（4）分组域网络结构与GPRS基本一致，包括SGSN、GGSN、BG、CG等功能实体。（5）可以在一体化的物理实体UMSC中，实现CS MSC和PS SGSN的所有功能，简化网络结构[10]。

R4版本于2001年3月完成功能框架的冻结。其主要功能特征包括：（1）继承了R99功能。（2）与R99一致，核心网在逻辑上分CS和PS。（3）核心网和接入网之间的Iu接口基于ATM和IP技术。（4）电路域可以基于TDM、ATM、IP多种传输技术。（5）电路域结构发生变化，由MSC Server、GMSC Server和MGW构成，实现了网络的分层化，即控制和承载相分离。（6）电路域NNI侧信令采用ITU新定义的BICC信令，实现控制与承载的无关性。（7）分组域网络结构与R99一致，包括SGSN、GGSN、BG、CG等功能实体。（8）增加了业务功能，包括宽带AMR语音、GTT业务、增强的LCS业务、增强的MEXE功能、视频媒体流业务等[10]。

R5版本于2002年3月完成功能框架的冻结。R5版本的主要功能特征包括：（1）继承了R4所有的业务和功能。（2）核心网除保留了原有的CS和PS外，还增加了IP

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多媒体域，实现实时IP多媒体业务。（3）RAN向IP方向发展，核心网和接入网之间的Iu接口基于ATM或IP。（4）新增IP多媒体域的实现机制，可实现端到端的IP语音业务。（5）增强了IP QoS。（6）增强了业务，如OSA、PUSH Service[10]。

R6版本功能于2004年12月确定。在网络架构方面，R6没有太大的变更，主要是增加了一些新的功能特性，以及对已有功能特性的增强。考虑到版本冻结时间，一些功能有可能推迟，成为后续R7版本的工作任务。R6推出以下功能：（1）引入HSDPA（属于R5中的内容），用于对下行分组域的数据速率增强。在R6中，致力于HSUPA标准的制定，HSUPA主要用于对上行分组域数据速率的增强。（2）多媒体广播和多播业务（MBMS）。网络需要增加广播和多播中心功能实体，另外，对用户终端、接入网以及核心网均有新的需求，需要对空中信道、接入网和核心网接口信令进行修改。（3）增强空中接口，支持不同频率的UMTS系统，包括UMTS850、UMTS800、UMTS1.7/2.1GHz，增强了不同频率和不同系统间的测量。（4）定位业务增强，支持IMS公共标识，伽利略卫星系统应用于定位业务研究、UE定位增强、开放式移动定位服务中心（服务无线电网络控制器接口）。（5）增强RAN。从UTRAN到GERAN（GSM/EDGE无线接入网）网络辅助的小区改变，需要对网络的影响、天线倾角的远端控制、RAB支持增强、Iu-b/Iu-r接口无线资源管理进行优化。（6）IMS第二阶段。这是在R5 IMS第一阶段基础上提供的新特性，包括IMS本地业务/Mm接口（UE与外部IP多媒体网之间的互通）、IMS与CS互通、Mn接口（IM-MG与MGCF之间）增强、Mp接口（MRFC与MRFP之间）协议定义、R6监听的需求和网络框架、PDF与P-CSCF之间的Gq接口策略控制、基于IPv4与基于IPv6的IMS互通和演进、Cx和Sh接口增强、IMS群组管理、IMS附加SIP能力、IMS会议业务、IMS消息业务。（7）基于不同IP连接网的IMS互通，包括3GPP IMS用户与3GPP2 IMS、固网IMS等用户之间的互通。（8）Push业务。网络主动向用户Push内容，根据网络和用户的能力推出多种实现方案。（9）在线。实时了解用户的状态和可及性等信息。（10）增强安全。包括基于IP传输的网络域安全、应用IPSec等安全技术。（11）WLAN-UMTS互通，通过WLAN接入的用户可与UMTS用户一样使用移动网业务，其间需要经过多个互通层面，包括统一鉴权、计费、利用移动网提供的PS和IMS业务、不同接入方式切换时业务不中断。（12）优先业务。指导电路域优先业务的实现，分组域和IMS优先业务将来考虑。（13）网络共享。多个移动运营商有各自独立的核心网或业务网，但共享接入网。（14）增强QoS，提供端到端QoS动态策略控制增强。（15）计费管理。包括对WLAN计费、基于IP流的承载计费和在线计费系统

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等的管理。（16）PoC（无线一键通）。UMTS移动网为PTT业务提供承载能力，PTT业务应用层规范由OMA制定。

R7版本主要继续R6未完成的标准和业务（如MIMO技术，包括多种MIMO实现技术等）制定工作，将考虑支持通过CS域承载IMS话音、通过PS/IMS域提供紧急服务、提供基于WLAN的IMS话音与GSM网络的电路域的互通、提供xDSL和Cable Modem等固定接入方式。同时，引入OFDM，完善HSDPA和HSUPA技术标准。目前，R7标准正在制定中。

随着用户对多业务需求的不断提高，WCDMA标准在不同的版本中引入很多新业务，使业务向多样化、个性化方向发展，代表性的有虚拟归属环境概念、引入基于IP的多媒体业务及其他形式多样的补充业务等[9]。

2.1.2 WCDMA系统的整体演进

WCDMA系统的整体演进方向为：网络结构向全IP化发展；业务向多样化、多媒体化和个性化方向发展；无线接口向高速传输分组数据发展；小区结构向多层次、多制式、重复覆盖方向发展；用户终端向支持多制式、多频段方向发展。具体各种版本的演进如下：

1.R99向R4演进

同R99相比，R4的网络结构，特别是在核心网电路域的结构上，发生了很大的变化。

网络结构差异：R99电路域主要设备MSC/VLR和RNC之间用ATM相连接，设备之间通过ATM信令来交互，媒体流使用AAL2承载的AMR编码。MSC和GMSC、GMSC和PSTN以及MSC和传统的2G BSS等设备之间相联均使用TDM，设备之间通过TDM承载的窄带NO.7信令交互，媒体流使用G.711格式的PCM编码。

R4电路域采用控制和承载相分离的技术，设备在网络实体上分为MSC Server和MGW，在MSC Server和MGW之间通过H.248协议进行网关控制；在MSC Server/GMSC Server之间增加了BICC协议来控制局间的媒体流[6]。

承载网差异：在R99组网中，GMSC和MSC之间或者MSC之间只能是TDM承载，从RNC上来的媒体流到了MSC以后进行编解码操作转换成G.711的PCM编码。在R4组网中，GMSC与MGW之间和MSC与MGW之间的承载方式除了原有的TDM方式以外，还新增加了IP承载和ATM承载两种方式。

媒体流在IP上的分组复用极大节约了传送带宽，具体说来，IP分组复用可以带来以下几个好处：（1）减少语音编解码的次数，提高了语音服务质量，网络带宽高效利用，

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节省了建网成本。（2）网络配置、扩容和维护简单，可大幅降低运营成本。（3）骨干网、数据专网和城域网可以共享，减少建设投入。（4）实现多网融合，提供综合业务。 信令网差异：R99电路域的信令网除了和RNC交互是ATM信令以外，与其他实体如PSTN/GMSC/HLR/SCP等的交互都是承载在TDM上的窄带NO.7信令。而R4电路域的信令网除了继续支持传统的承载于TDM上的NO.7信令以外，还支持承载在IP上的NO.7信令。传统的窄带NO.7信令在SG（信令网关，可以内置在MSC Server或者MGW上）设备上汇聚后接入MSC Server设备，解决了原有窄带NO.7信令传输造成的带宽资源浪费（特别是长途传输）问题以及信令传输带宽不足的问题。窄带NO.7信令目前普遍使用的是64k，2M也在逐步运用，而承载于IP上的NO.7信令只需一个接口（如FE口）接入到MSC Server设备就可以把带宽提高到100M，使信令传送技术有了一个质的提高。在IP上承载的NO.7信令在R4中主要采用SIGTRAN协议。该协议基本成熟。

业务和功能差异：

R99和R4在功能上的差别比较小，主要是引入了TRFO功能。由于话音编码器对话音编码是有损压缩，每经过一次编解码会降低话音质量，因此，减少语音编解码次数可以改善语音质量，同时还可以减少话音的传输时延，节省网络设备功率。TRFO和TFO（在R99被引入，用于减少语音编解码次数）的区别在于，TRFO采用了带外检测机制，TFO采用了带内检测机制。TFO仍然需要用TC来进行语音编码检测，仍然需要分配64k带宽的通道；而TRFO则视信令协商结果分配带宽，如协商成功不需要TC资源，这大大节约了网络资源。

相对R99，R4在业务上对MMS、LCS等也进一步完善和明确了规范。 设备差异：

3G业务的个性化、多样化及其3G开放的业务平台将产生越来越多的业务，这对设备的高处理能力提出了要求。R4核心网络的分组化，使信令传输和内部交换带宽得到了质的提高；控制和承载分离以及网络构件化，使得各业务实体分工明确且可各自按不同的技术方向发展。R4的分离式建设和组网使得设备越来越集中设置，这对大容量的设备提出了要求。因此，相对R99，R4电路域设备一般具有更高的集成度、更大的容量和更强的处理能力。但是，R4协议还在完善之中，设备的成熟度不及R99。 2.其他网络实体间的演进。

在R5网络中，由于SIP协议的底层承载都基于IP，不存在不同承载模式的转换，因此，网络不再单独存在SGW用于不同承载模式的SIP协议转换，只存在SIP与其他

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协议互通的网络实体MGCF。

在R5阶段，用户的QoS策略将通过Go接口的COPS协议，下发给GGSN的PEF（策略执行机构）执行。因此，GGSN设备也需要升级。需要新增PEF功能，同时支持COPS协议。GGSN软件也要进行相应的升级，比如，将用于承载IMS信令的PDP Context同通常的PDP Context相区分等。

考虑到GGSN作为IMS域一个接入点的同时，需要兼顾已有的IPv4网络，因此，GGSN需要提供IPv4/IPv6双栈支持。

IMS域信令路由寻址基于SIP URL格式，而传统的路由寻址方式主要基于E.164格式，因此，在IMS域中需要增加ENUM设备，用于实现E.164格式与SIP URL格式的转换。初期可考虑同DNS合并设置。后期随着用户量的增大，可考虑另设一ENUM设备。

在R5阶段，IMS域采用IPv6地址。考虑到实际应用中有可能在骨干网还采用IPv4地址，因此需要对消息体中包含的内容做地址转换，这需要在IMS域边缘接点处，新增一个SIP协议的IWF设备 （该实体还包括SIP协议的转换功能）。

DNS由于要进行IPv4/IPv6地址翻译，因此设备需升级，根据用户所处IPv4/IPv6网络，给出不同格式的IP地址。

考虑到业务开放的需要，IMS域提供了基于SIP消息的接口。因此，运营商在基于可信赖的基础上，可直接由第三方开发业务，进行业务控制。由于该接口直接开放SIP消息，因此很容易实现业务的开放。

2.1.3 WCDMA核心网容灾策略

WCDMA相对于GSM网络，无线侧用户在接入速率上有了很大提高，这对核心网网元的处理能力提出了高要求，单个MSC、MSC Server、MGW所承担的用户话务和信令负荷大大提升。同时，随着技术的进步以及竞争的加剧，各厂商推出的设备容量也不断提高。在2G网络中，MSC的容量通常为20~30万，HLR的容量通常为50~70万。而在3G网络中，R99阶段的MSC最大容量达100~180万左右；R4阶段的MSC Server、MGW的最大容量达100~180万左右，HLR最大容量达200万左右；R5版本的商用设备虽然还没有大规模推出，不过可以肯定容量将朝着更高的方向发展。在核心网结构上，R4阶段引入了控制和承载分离的软交换架构，将传统2G网络中的MSC分离成MSC Server和MGW，其中MSC Server负责信令处理、路由和业务；MGW负责媒体流处理。由于MSC Server和MGW之间只是IP上承载的信令，占用的带宽非常少，因此，两者之间可以经济地拉远放置。MSC Server可集中设置在中心城市；MGW由于容量及处理

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能力的大幅提高，按照集中化原则，也可集中设置。这样，整个R4核心网的建设思路是“大容量，少局所”。一个MSC Server控制多个MGW，组成一个“大本地网”。R5尽管目前还没有商用组网的实际例子，但它继承了R4的软交换架构思想，因此，仍会采用“大容量，少局所”的大本地网结构。但是，在R4、R5之前的R99阶段，由于MSC之间的传输仍是TDM话路，因此，集中设置MSC将造成传输的长途迂回，增加运营成本。所以，R99的组网与现在的GSM相比不会有太大的变化，只是把原来的MSC进行软硬件升级，以支持WCDMA的接入。

从以上分析可以看出，基于移动软交换架构的WCDMA核心网，其集中设置的MSC Server将成为网络和设备安全的重要隐患，因此，有必要在建网时考虑其容灾备份方案，预防网元单点故障特别是MSC Server设备故障，而引起大面积网络瘫痪的情况发生。

1.方案分析

（1） R99核心网容灾方案

R99核心网结构与GSM相比没有变化，因此，其单点故障位置及其对网络造成的影响也与GSM一样：MSC失效，导致MSC覆盖区域的网络不可用；HLR失效导致HLR覆盖区域的网络不可用。因此，R99可以采用GSM组网的安全性措施。对于HLR的容灾方案而言，可以采用N+1备份方案来解决HLR失效的问题。即对主用HLR配置备份HLR，并在两者之间通过数据同步机制实现用户数据的同步，当主用HLR出现故障时，备份HLR接管主用HLR的业务，减少对现网用户的影响。

GSM组网没有针对MSC失效的安全性措施，只是通过MSC设备本身的可靠性措施，即设备的单板备份和端口备份来保证MSC网元的安全。因此，在R99组网中也存在这个安全隐患。通常的解决方法是，尽量采取小容量MSC的策略来规避风险，但这不能从根本上解决问题。

（2）R4核心网容灾方案

R4核心网软交换架构。可以看出，其单点故障在于： MSC Server失效，导致MSC Server覆盖区域的网络不可用； MGW失效，导致MGW覆盖区域的网络不可用； HLR失效，导致HLR覆盖区域的网络不可用。

针对上述故障点，相应的安全容灾方案有：（1）在MSC Server层面，实施双归属方案。建设MSC Server容灾备份中心，一个MGW同时接入两个MSC Server，一个主用，一个备用，当主用MSC Server发生故障后，MGW重新注册到备用MSC Server，继续原来的事务。（2）在MGW层面，实施MGW负荷分担技术。一个RNC同时接入

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多个MGW，MGW之间负荷分担，当一个MGW发生故障时，其RNC的负荷由其他MGW承担，RNC的业务处理不影响。（3）在HLR层面，采用HLR的N+1备份方案（和GSM的HLR容灾方案相同）。

另外，也可以同时通过板级和端口级的设备冗余备份来实现一定的安全容灾。 （3）R5核心网容灾方案

R5核心网容灾技术基本等同于R4，但R5特有的是，在Iu接口引入了Iu Flex技术。即一个RNC可以同时接入多个MSC Server，MSC Server间负荷分担，多个MSC Server组成一个“Server池”，共同控制几个位置区。当一个MSC Server发生故障时，RNC可以将故障MSC Server的事务转发给其他MSC Server处理。Iu Flex容灾是WCDMA一项研究中的核心网容灾技术。

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3 WCDMA系统核心网络规划与设计应用实例

在WCDMA网络通信系统建设时，应综合考虑如何利用在现有的网络资源、保护现有的投资的基础上，怎样才能快速建立网络，同时能够尽快吸引新的用户。而核心网的建设作为WCDMA无线网络通信系统建设的一个重要内容，对这些因素的要求就应该充分的考虑。由于目前核心网的建网方案有很多种，因此，需要对它们进行很好的比较之后再进行取舍。

3.1 兰州市WCDMA核心网络现状及需求分析

3.1.1 兰州城市概况

兰州市处在中国版图的几何中心，即北纬34°，东经 103°40＇距西北其他四省（自治区）的省会平均距离最近。市区南北，群山环抱，东西黄河穿流而过，枕山带河，依山傍水，平均海拔1500米，具有盆地城市的特征。兰州地处内陆，大陆性季风气候明显，特点是降水少，日照多，光能潜力大，气候干燥，昼夜温差大，年日照时数为2600小时，无霜期为180天，年平均降水量在250~350毫米，并集中分布在6~9月。年平均气温9.3℃。

全市现辖城关、七里河、西固、安宁、红古5个区和永登，榆中、皋兰3个县。土地面积为13085.6平方公里，常住人口332.18万人，其中，市区人口210万人。有汉、回、满、东乡、藏、蒙、土家等36个民族，少数民族人口占总人口占3.6％。

2009年经济概况：国内生产总值达926亿元人民币，人均GDP 4189美元，完成地区性财政收入254.8亿元，增长71.27%；地方财政总收入94.47亿元，增长16.62%；金融机构各项存款余额、贷款余额和居民储蓄存款余额分别增长21.56%、32.03%和20.16%。城市居民人均可支配收入达到12760.66元，增长9.28%；农民人均纯收入突破4000元，增长14%。

3.1.2 甘肃联通的业务现状

去年以来，随着新一轮电信体制改革，原甘肃联通完成了CDMA业务出售以及原甘肃网通和原甘肃联通的重组合并。重组合并后的新甘肃联通，已经拥有了包括2G和3G移动通信、宽带互联网、固定电话、国际国内长途通信以及各类信息服务业务在内的全业务。目前，甘肃联通移动通信网络覆盖到了全省，移动用户达200多万，固网宽带用户30万，并通过推行单一全业务品牌——“沃”，联通将凸显在3G个人移动通信市场的优势，以及在家庭、企业用户市场提供融合业务的能力，奋力实现3G时代网络、服务、业务“三领先”。

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3.1.3 2G／3G共站址可行性分析 WCDMA与GSM900／GSMl800覆盖差异分析： 下表是WCDMA话音和CS64K业务、GSM900话音业务、GSMl800话音业务在不同环境下的覆盖范围情况： 表3.1 WCDMA与GSMl800覆盖差异比较 典型环境 WCDMACSl2.2K小区覆盖半径 (公里) WCDMACS64K小区覆盖半径(公里) 0.51 0.98 3.29 GSM900 小区覆盖半径 (公里) 0.98 1.55 4.50 GSMl800 小区覆盖半径(公里) 0.44 0.84 2.77 密集城区 普通城区 郊区 0.60 1.16 3.93 上表是链路预算结果，采用的边缘覆盖概率密集城区取79%，普通城区取77%，郊区取74%。WCDMA上行负荷取50%。WCDMA与GSM设定相同的边缘覆盖概率、穿透损耗、阴影衰落标准差、天线挂高等参数。 可以看出，在上行容量负荷为50%情况下，WCDMA CSl2.2K话音业务和CS64K业务的覆盖半径小于GSM900覆盖半径，略好于GSMl800覆盖半径。 2G现网站点情况分析： 中国移动现网平均站距情况如下： 密集市区：500——600m 一般市区：1.1——1.2km 郊区： 1.8——2.0km 高速公路：2.0——2.5km 国道： 1.4——1.5km 以上数据来自广东移动站址分布情况的整体统计平均分析结果，具有一定的代表意义。但从具体统计数据来看，数据的方差较大。因此，涉及到特定地区具体站址问题，得具体情况具体分析。 3G与2G共站分析： 在典型传播环境下，根据WCDMA链路预算结果，以CS64kbps为标准对比中国移动2G站距如下表所示：

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表3.2 2G与3G站距比较 典型环境 覆盖分析 WCDMA覆盖半径2G 510m 980m 3.29km WCDMA站距 760m 1.5km 4.9km 站距 500～600m 1.1～1.2km 1.85～2.05km 2.05～2.5km 1.43～1.45km 密集城区 普通城区 郊区 高速公路 国道 由于目前中国GSM网络站址规划和设置目的主要在于通过小区分裂满足日益增长的GSM容量需求，站址较为密集。从上表可知，在目前2G站址设置情况下，WCDMA在上行容量负荷50%、保证CS64K业务连续覆盖下与GSM共站，2G站址基本能够满足3G站址数量与位置要求。 此外，通过外场一些测试可知，上行容量负荷50%所支持的CSl2.2k话音和CS64K用户数比下行容量负荷75%所支持的同样业务的用户数略高或基本相当。上行容量负荷50%时，单小区单载波能同时支持的CSl2.2K话音的用户数为50～70个左右，能同时支持的CS64K可视电话的用户数为8～9个左右。此时的覆盖仍受限于上行。 从上表可知，密集城区环境下，WCDMA在该容量下满足CS64K业务连续覆盖的站距为760m，2G目前的站距是500～600m，比较WCDMA和目前2G的单站覆盖情况，WCDMA可以做到2G的1.5～2倍左右。因此，如果2G的站址完全可以利用，WCDMA只需2G站点的50%～70%。当然，由于2G站点不可能都能被3G共用，在真正选择站址时，具体问题还得具体分析。 综上所述，2G和3G的共站可行性的结论如下： （1）在城市环境，利用2G现网站址建设WCDMA网络，能够满足语音及CS64k数据的连续覆盖要求。 （2）由于中国移动2G网络站距受限于容量，WCDMA站距主要受限于覆盖能力。考虑2G站址完全被WCDMA利用，在经济发达和人口密集城市WCDMA站点数只需2G站点数量的50%～70%。 4.1 兰州市WCDMA核心网络组网策略

通过以上关于WCDMA无线网络系统规划与设计的学习及其核心网络的分析，下面对其核心网络的建设策略进行大体分析，并对兰州市的WCDMA网络的核心网部分做一预规划。

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4.1.1 WCDMA核心网网元建设策略

WCDMA核心网网元的建设必须立足于现有GSM网络资源，整体上需要把握如下建设原则：

l.2G网络稳定优先原则。GSM网络是当前也是未来一段时间内运营商业务收入的重要主体，3G网络建设应尽量减少对GSM网络业务质量的影响，保证当前GSM网络的稳定性。

2.3G／2G相互补充、均衡发展原则。3G网络应能够充分依托现有GSM网络作为语音和数据业务覆盖的补充，同时能够充分体现3G系统在组网、容量、以及数据业务上的优势，和2G网络均衡发展。

3.充分利用网络现有资源原则。WCDMA网络建设充分利用现有的GSM网络资源，避免重复建设。最大限度考虑现有信令网、本地网、汇接网、承载网、同步网、传输网、BOSS系统等公共资源的重用。

基于以上原则，WCDMA核心网网元的建设可采用如下策略。

1.R4网络中MSC由MSC Server和MGW取代。在3G网络建设中如果采用对MSC进行改造的方式不仅难度大，而且对现网的影响也极大，不符合“2G网络稳定优先原则”。因此采取新建MSC Server和MGW的方式。MSC Server的建设必须考虑容灾备份，主备用的MSC Server应当设置在不同局址，并保证主备用MSC Server到相应的MGW的电路安排在不同的传输环上，并采用不同的路由，以确保实现有效的容灾。MGW站点应选在传输的节点上，并且MGW应尽可能和与之相连的RNC同机房设置。

2.不单独进行3G HLR的建设，对现有的2G HLR进行升级，使得现有的HLR同时支持2G／3G。对于规划期内可能出现的总的HLR容量不足的问题，可以对现网设备扩容，也可以新建HLR。如果新建，应要求其同时支持2G／3G。

3.随着GSM网络的IP化改造和WCDMA的建设，为了转接MSC Server间的BICC信令，需要引入CMN功能，现有的长途软交换TMSC Server本身是具备升级支持CMN功能的，因此将其直接升级即可。

4.WCDMA分组域相对于2G GPRS来说变化不大，没有增加新的网元。现有的SGSN／GGSN设备基本可以通过板卡升级和软件升级同时满足2G BSS以及3G RAN的接入。然而随着3G网的发展，3G数据业务量应该增长很快，SGSN主要用于处理大数据量的分组包，因此可以升级和新建SGSN和GGSN。新建的SGSN和GGSN也将同时服务于GPRS和3G网络，这样也保障了3G用户在3G网与2G网之间切换时，数据业务的不间断。

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4.1.2 GSM网络升级策略

从GSM网络自身的技术发展以及GSM／WCDMA混合组网的特性来看，对GSM网络升级可以从以下两方面来考虑：

1.引入软交换技术，满足平滑升级的要求。

现有的GSM网无论从设备寿命还是设备规模上来说，还有较长的生命周期，对天津联通而言，GSM网络中进行软交换技术升级，必须分阶段逐步实施。第一步，通过在长途汇接层面引入软交换减轻2G TDM长途汇接网的扩容压力。在控制层面引入TMSC Server，用于汇接不同大区或省际的BICC信令；媒体层面引入IP扁平化承载网，疏通省际的长途话务。第二步，对于本地网因扩容压力而需要新建2G MSC，可直接引入移动软交换端局设备MSC Server／MGW。初期根据2G组网要求，GSM移动软交换端局MGW之间，以及和现有TDM设备之间采用TDM承载，话务及信令疏通方式和现有传统TDM端局保持一致。随着软交换向端局的引入，可逐步使软交换端局之间话务承载向IP化过渡。保证未来2G／3G核心网在承载平面的一体化传输，有助于两网融合。

2.升级GSM网元至目标版本，满足混合组网的互操作特性。

在建设初期，WCDMA网络难以做到全市完全覆盖。在这种情况下，有必要通过升级GSM网元，满足2G／3G系统间互操作功能，包括切换、漫游等，保证用户业务的连续性和可获得性。

4.1.3 GSM／WCDMA网络互通策略

在考虑兰州市2G／3G发展的同时，必须考虑到它们之间的话路互通问题，以达到2G／3G一张网的运营目标。对于GSM运营商内部的GSM／WCDMA网络之间的话路互通，根据话路路由可分为两种情况：

1.同一本地网内GSM／WCDMA之间的话务互通可以建设基于软交换架构的关口局用于WCDMA和2G网络之间的互通。

2.GSM／WCDMA之间的长途话务互通可以利用原有GSM长途汇接网：3G MGW采用TDM方式或者通过2G／3G互通局接入现有GSM长途汇接网，由TDM汇接网来疏通，长途话务路由遵循现有汇接网网络组织原则。

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IP MGW 互通GMGW TDM G网TMSC1/2 TDM G网TMSC1/2 TDM MSC 图 4.1 长途话务互通示意图

4.2 兰州市WCDMA核心网组网方案

下面结合以上核心网规划的有关知识，对兰州市的核心网做出规划。

4.2.1 兰州市WCDMA业务模型

WCDMA业务是包括语音、CS数据和PS数据等业务的混合业务，由于数据业务种类多、数据话务比例大，WCDMA业务模型比2G更复杂。WCDMA各类业务均通过同样的空中接口进行传送，在进行初始容量分析、覆盖分析、接口计算和信道板配置时，需要用到业务模型，WCDMA业务模型的准确性直接关系到系统性能和网络投资。制定业务模型通常需要到己开通的网络上采集数据，由于目前尚缺乏经验，只能对规划期内WCDMA用户和业务的组成进行分析，综合取定WCDMA业务模型[10]。

4.2.2 MSC-SERVER的设置方案

根据业务预测需求及核心电路域网元的设置原则，各网元的建设方案如下： 一期工程：新建1个MSC-SERVER，容量70万户，并进行容灾备份； 二期工程：扩容现有MSC-SERVER，容量为90万户；

三期工程：需求达到90万户时，再考虑新增1个MSC—SERVER，容量为70万户可考虑采用1+1容灾备份方式。

4.2.3 MGW及GMSC-MGW的设置方案

对于一期工程MGW的设置可采用以下设置方案：建设1个MGW兼做GMSC—MGW容量70万户。这个移动交换机与现有长途交换机、相应的市话汇接交换机、网关交换机设置直达中继电路，与话务量大的市话端局交换机也可以设置直达中继，同时与IP承载网的1对接入路由器相连[11]。网络组织如图4.2所示：

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MS TSH1 MSC-SERVER IP网 GW 4个独立汇接交换机 G/MGW 2个网关交换机 图4.2 网络组织图 4.2.4 核心网建设方案

目前兰州联通拥有覆盖平均值达96%、接通率达98%、掉话率仅为0．3%的GSM网络，在建设WCDMA网络时，需要考虑利用现有网络资源，同时建设现有GSM网络时，也要考虑将来网络的演进。WCDMA核心网建议采用以下解决方案：GSM和WCDMA共用核心网。同时支持GSM和WCDMA无线接入技术；核心网采用基于3GPP R4规范的分层网络结构；网络冗余采用MSC in Pool、HLR l+1、SGSN in Pool技术。为网络提供冗余保证；MGW支持Iu和A接口的灵活连接；采用IP技术，语音和分组域数据都基于统一IP网传输。

统一核心网包含5个方面的内容。它们是：统一的网络结构、同一网络设备、统一的信令结构、统一的传输网络、统一的网络管理和计费，具体为：

1.统一网络结构是指GSM和WCDMA网络将采用统一的软交换网络结构（MSC-S、MGW）。

2.同一网络设备是指同一设备能同时支持GSM和WCDMA网络。网络设备需要支持GSM和WCDMA的双接入，设备的资源能根据GSM和WCDMA网络业务灵活分布。

3.统一的信令网络是指支持多种传输技术信令网络，信令网关的功能集成在两络节点中(集成在媒体网关中)，信令网关作为TDM信令和基于IP的信令(SIGTRAN)转换网关。

4.统一的传输网络是指电路域语音和信令，分组域业务等都在同一IP网络上传输，节省网络的建设和维护。

5.统一的网络管理和计费是指GSM和WCDMA网络共享同一套网络管理系统和计费系统。

随着GSM核心网络的快速扩展，在建设WCDMA网络时，工作重点在WCDMA无线网络和新业务的引入，以及移动用户在GSM和WCDMA网络的漫游，同时现网规

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模较大，话音业务基于TDM传输。如果对现网GSM全面进行软交换改造，工程量巨大，同时可能对现有业务带来影响，因此可以考虑采用分步建设[12]。

4.2.5 电路域组网方案

由于采用控制与承载分离的软交换架构，传统的MSC／VLR节点演变成MSC Server和MGW两个节点。MSC Server只负责控制部分，而MGW负责承载，因而网络结构发生了变化。MSC Server可以集中设置，而MGW可以根据无线的规划分散放置。

设备配置原则如下。MSG Server的配置：MSC Sever是新建节点，为了充分发挥分层网络分离架构的优势，MSC-Server的规划基于“集中放置，集中管理”的原则：在大本地网的组网方案中，MSC-Server单元集中放置在大本地网的中心城市。按大本地网方式划分3G移动本地网，每个移动业务本地网中可以设一个或若干个MSC-Server，以MSC Pool的形式管辖大本地网内的MGW，整个WCDMA本地网构成一个大的MSC-Server Poo1，所有用户都登记在该Pool中。无MSC间位置更新和MSC间切换，初期MSC Server配置在城关区。MGW的配置：WCDMA大本地网覆盖多个GSM本地网，为了充分发挥分层同络“集中控制、分散接入”的特点，MGW原则上应设置在各区、县，便于与RNC就近接入，与其他PLMN／PSTN就近接入，充分发挥分层网络“本地交换”的特点，尽量减少话务的迂回，节省传输；MGW与MSC-S和RNC没有一一对应关系。而是M：N关系；同本地网内的MSC-S可任选同一本地网内的MGW，MGW以POOL的形式工作，负荷分担。MGW之间采用IP承载，通过1P／MPLS网络，构建IP核心承载同络；MGW可分散放置在各区中，或与无线规划配合，与RNC一起放置。GMSC的配置：建议采用GSM／WCDMA综合关口局的形式；综合关口局初期可以利用GSM现网关口局设备；随着网络的发展，移动用户的迁移，综合关口局应向分层结构演进，变为GMSC-Server/MGW结构，融入IP分层网络，适应全口的组网要求；本地WCDMA用户与网内的GSM用户之间的呼叫和本地WCDMA用户与PSTN及其他运营商之间的呼叫通过现有的GMSC进行转接。

HLR/AUC配置：WCDMA网络的HLR／AUC可以新建,也可以利用现有的HLR节点。当现有GSM用户成为WCDMA用户时,仍然可以保留现有的GSM号码,可考虑升级现有HLR节点来支持GSM和WCDMA用户。如果需要单独管理WCDMA用户，需要新建HLR节点[13]。

4.2.6 分组域网络建设

R4的分组域是在2.5G网GPRS的基础上演进而来的，在网络结构和网络实体上并无变化，主要在无线网络子系统(RNS)即包括空中接口和无线接入网部分做了改动，使

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用户容量、接入速率上有了提高，同时在与核心网络的接口上采用ATM／IP技术，并将一部分移动性管理的功能转移到了RNC上。由于分组域建议采用共用核心网设备，因此，在WCDMA开始建设时，通过升级GSM设备，完成RNC的接入。其网络组织基本维持现状即可。

WCDMA分组域是在GSM／GPRS网络的基础上演进而来的．在网络结构和网络设备上没有变化,主要在空中接口和无线接入网部分进行了改进，在用户容量、接入速率上有了提高。分组网络由服务GPRS交换节点(SGSN)、网关GPRS交换节点(GGSN)，边界网关(BG)计费网关(CG)，域名服务器(DNS)等组成。如图4.2所示：

图4.2 分组域组成

SGSN面向移动台执行移动性管理,安全功能，接入控制和路由选择等功能。GGSN负责提供GPRS与外部分组网络的接口。SGSN和GGSN可以独立设置，也可以合设。SGSN、GGSN、BG、CG、DNS等核心网实体是通过IP传输网进行信令与数据传输，

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SGSN与HLR、MSC／VLR、短消息中心等通过7号信令网进行通信。SGSN的作用相当于电路域的MSC，负责移动性管理及会话(Session)管理。通常一个SGSN可负责若干个RNC的分组域业务，所以放置相对集中。SCSN设备的处理能力主要受到以下因素的限制：同时附着用户数(SAU)、PDP上下文激活数量(PDP Context)、吞吐量(PPS)。在网络建设的初期，SGSN应采用集中的建设模式，设置地点也最好与新建的MSC同局址，便于组织传输资源[13]。

GGSN的作用相当干电路域的GMSC，是外部数据网的关口。CGSN一般放置在ISP的出口处。

从网络结构和信令的角度考察GSM的分组核心网络和WCDMA的分组核心网络，主要区别就是Gb和Iu接口的区别，其它的接口和信令没有变化。双接入的功能可以实现GSM和WCDMA公共核心分组网络的目的。双接入SCSN节点可以同时处理GSM和WCDMA的话务，动态分配SAU、PDP资源和负载资源是它的一大优势。通过SGSN内的系统问切换(ISC)减小数据传输的时间中断，增强了端用户体验和性能。

未来支持移动数据业务的用户数量的迅速增长及更多新型数据业务(Push-To-Talk、流媒体业务、Weshare等)的引入，强烈要求提高网络的有效运行。数据业务使用的增长使用户体验变得越发重要。用户体验的质量不仅由数据应用决定，它还由网络因素决定，比如网络运行的性能和资源利用率。SGSN节点池技术通过提高网络容量资源利用率、网络级冗余备份、高效的移动性管理和简单的网络运维满足了这些要求。

当网络中SGSN的数量超过3个以上时，就可以考虑引进SGSN节点池的解决方案。在SGSN节点池方案引进之前，网络中的每个SGSN只负责它自己管辖的服务区域内的附着用户和话务。任何SGSN的宕机就意味着它所负责的服务区域在宕机时间不能够提供分组数据业务。SGSN节点池方案提供了更灵活、系统资源有效运营的网络架构。它实现了网络级的节点冗余配置。在节点池中，每个BSC和/或RNC逻辑地连接到所有的SGSN上。节点池所服务的大区域中的用户负载将被均衡地分配到每个SGSN上。任何SGSN宕机故障时，所有附着到该节点上的用户将自动迁移到池中其它的SGSN上。这种方案可以更加有效的利用资源，减少了SGSN节点的数量。合理的网络规划可以使SGSN的节点数量减少15%至30%。

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结 论

WCDMA是第三代移动通信的三大主流标准之一，随着3G的逐步投入商用，有关3G网络的规划方法的研究受到了整个通信行业的普遍关注。预先做到完善的网络规划，不仅可以大大节省资源，而且是保持长远发展的必要准备。本文通过对无线网络通信系统、WCDMA以及兰州市核心网络的设计的研究，详细阐述了无线网络以及WCDMA网络的规划方法和步骤，并就兰州市3G网络的核心网部分的规划方案进行了设计。

本文主要做了以下工作：

1．通过分析WCDMA的应用现状，总结出了研究WCDMA的意义。

2．本文对无线网络通信系统和3G网络规划与设计所涉及的技术理论基础和系统专业知识进行了分析，在此基础上得出了无线网络通信系统规划与设计的一般方法。

3．本文着重对WCDMA的知识进行了研究，通过对其网络结构的分析，得出了WCDMA无线网络通信系统的规划与设计方法。

4．通过对核心网理论的分析，提出了兰州市核心网的建网方案。

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致 谢

本文是在导师老师的悉心指导和亲切关怀下完成的。本学期开始毕业设计以来，老师在学习、生活和工作上所给予我的关怀和帮助，特别是严谨的治学风范和献身教育与科学的崇高敬业精神，学生永远铭记在心，在论文完成之际，特向致以深切的谢意!

同时，我也深深地感谢在我学习期间关心、支持和帮助过我的其他老师和同学，在此向致以最诚挚的谢意!

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参考文献

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/gjx7.html