WCDMA无线网络课程设计

辽宁工业大学无线网络课程设计（论文）题目：WCDMA无线网络优化设计院（系）：软件学院专业班级：网络工程131班学号：131302028学生姓名：王馨苑指导教师：李宁教师职称：讲师起止时间：2013.12.19至2014.1.22设计任务及评语院（系）：软件学院教研室：网络教研室学号131302028学生姓名王馨苑专业班级网络工程131设计题目WCDMA无线网络优化设计设计任务设计任务及要求：通过一个无线局域网工程设计实例来说明无线网络系统具体设计及实现等内容，从而给出了一个完整的网络工程设计方案。要求根据无线校园网络的设计原理，按照系统设计的步骤和规范，完成各阶段的设计内容。设计过程中，要严格遵守设计的时间安排，听从指导教师的指导。正确地完成上述内容，规范完整地撰写出设计报告。指导教师评语及成绩成绩：指导教师签字：2014年1月2日辽宁工业大学设计专题说明书（论文）目录第1章设计目的与要求................................................................................................................1.1设计目的.........................................................................................................................................1.2设计的环境......................................................................................................................................1.3设计的预备知识.............................................................................................................................1.4设计要求.........................................................................................................................................第2章设计内容................................................................................................................................2.1需求分析..........................................................................................................................................2.2无线网络设计..................................................................................................................................2.3无线网络安全..................................................................................................................................第3章设计日记................................................................................................................................第4章设计总结................................................................................................................................参考资料............................................................................................................................................辽宁工业大学设计专题说明书（论文）4第1章设计目的与要求1.1设计目的本课程设计要求学生能够掌握无线网络概念，无线网络的组建方法，了解无线网络的优点，测试方法。1.2设计的环境网络环境下，多媒体计算机一台（每人）。1.3设计的预备知识该课程设计安排在计算机网络基础课程结束后进行，学生已经掌握了一定的网络基础知识。1.4设计要求设计过程中，要严格遵守课程设计的时间安排，听从指导教师的指导。正确地完成上述内容，记录设计日记，规范完整地撰写出课程设计报告。辽宁工业大学设计专题说明书（论文）5第2章设计内容2.1需求分析WCDMA是中国联通的3G标准，它的信道类型有传输信道和物理信道两种。其中，传输信道是无线接口层和物理层的接口，是物理层对MAC层提供的服务；根据传输的是针对一个用户的专用信道还是针对所有用户的公共信道而分为专用信道和公共信道两类。物理信道是各种信息在无线接口传输时的最终体现形式，每一种使用特定的载波频率、码（扩频码干扰码）以及载波相对相位的信道都可以理解为一类特定的信道。使用Matlab编程仿真AWGN信道和瑞利信道下的信道编码及计算误码率。其中，AWGN信道是根据给定的以分贝为单位信噪比，计算出高斯噪声的标准差，再乘以可以产生服从标准正态分布随机数的randn函数产生的随机噪声来代替，而瑞利信道则是使用瑞利衰落系数a乘以信号，再加上高斯噪声来替代。而整个系统的仿真则是模拟了一次完整了信息传输和接收。信源发出序列，经过卷积编码，两次交织和调制后，进入AWGN信道或是瑞利信道。接收端接收后先解调，再经过两次解交织，并卷积译码，送给信宿。这样就完成了整个信息的传输。通过这次课程设计，我熟悉了WCDMA系统的基本原理，并对于Matlab仿真有了初步的认识。2.2无线网络设计2.2.1WCDMA系统网络结构组成WCDMA作为UMTS（通用移动通信系统）的实现，其系统体系结构与大多数第二代系统甚至第一代系统基本类似。WCDMA系统包括若干逻辑网络元素，逻辑网络元素可以按不同子网分类，也可以按功能来划分。功能上，逻辑网络元素可以分成UE（用户设备终端）、无线接入网（RAN）和核心网（CN）。无线接入网也可以借用UMTS中地面RAN的概念，因此又简称为UTRAN。其中RAN处理与无线通信有关的功能。CN处理语音和数据业务的交换功能，完成移动网络与其他外部通信网络的互联，相当于第二代系统中的MSC/VLR/HLR。UE和RAN采用全新的WCDMA无线技术规范，而CN基本上来源于GSM。UMTS也可以分成若干个子网，子网之间可以独立工作，又可以协同工作，因而子网又叫做UMTS公众陆地移动网（PLMN）。不同运营商运营的PLMN之间可以互通，而且PLMN也可以与ISDN，PSTN，Internet以及其他数据网络互通。图1给出了PLMN网络体系结构，图中包括PLMN网络的逻辑元素、内部元素连接以及与外部网络的连接。辽宁工业大学设计专题说明书（论文）6USIMMENODEBNODEBNODEBNODEBRNCRNCIubCuIurMSC/VLRSGSNGMSCGGSNHLRPSINPLMNISDNINTERNET外部网络CNUERAN图1PLMN体系结构如图1所示，UE包含如下两个部分：ME（移动设备）和USIM（UMTS用户识别模块）。ME是通过空中无线接口Cu与NodeB进行通信的无线终端。USIM相当于GSM终端中的SIM智能卡，用于记载用户标识，可执行鉴权算法，并保存鉴权、密钥以及终端需要的预约信息。RAN中则包含如下两个部分：NodeB（B结点）和RNC（无线网络控制器）。NodeB是在Iub和Cu接口之间传送数据的基站（BS），基站也参与部分无线资源管理。RNC控制辖区内的所有无线资源，是与之相连的基站的管理者。RNC是RAN提供给CN的所有业务的接入点。CN中包含的逻辑网络元素有如下几个：MSC/VLR（移动业务交换中心/访问位置寄存器）。移动交换中心MSC和数据库VLR为UE提供电路交换服务。MSC用于完成电路交换业务，而VLR用于保存漫游用户的服务特征描述副本，以及UE在服务系统中精确的位置信息。通过MSC/VLR连接的外部网络称作CS域网络。HLR（归属位置寄存器）。这是一个位于用户本地的系统数据库，它保存了用户服务特征描述的主备份。这些服务的特征描述包括允许的业务信息、禁止漫游的地区和补充业务信息（如呼叫前转状态和呼叫前转数量）。此数据库在新用户向系统注册入网时为用户创建初始化数据，创建后的数据在用户接收服务期间始终存在。为了给呼入的用户找到路由并连接到目的UE，HLR还在MSC/VLR和SGSN中保存UE的位置信息。GMSC（移动业务交换中心网关）。这是UMTSPLMN与外部CS域网络连接处的交换设备，所有呼入和呼出的CS连接均需要经过GMSC。SGSN（服务GPRS支撑节点）。它与MSC/VLR的功能类似，只不过它仅用于分组交换（PS）业务。通过SGSN连接的外部网络称作PS域网络。辽宁工业大学设计专题说明书（论文）7GGSN（GPRS支持节点网关）。它与GMSC的功能类似，不过它仅用于分组交换业务。图1中的外部网络包括如下两个部分：CS域网络和PS域网络。CS域网络提供电路交换如现有电话业务的连接。CS域网络包括PSTN和ISDN等。PS域网络提供数据分组交换如现有数据上网业务的连接。PS域网络包括Internet和X.25等。另外，3GPP规范并没有对上面描述的逻辑网络元素的内在功能作具体详细的说明，但是对逻辑网络元素之间的一些接口作了详细定义。PLMN网络主要的开放接口如下：Cu接口：它是USIM智能卡和ME之间的电子接口，遵循智能卡的标准格式。Uu接口：它是WCDMA的无线接口，是UE终端接入系统固定网络的必需接口。UMTSUu接口的开发性可以保证不同制造商设计的UE终端可以接入其他制造商设计的RAN中。Iub接口：它是连接NodeB与RNC的标准接口。制定开放的Iub接口就是为了保证不同移动通信设备制造商生产的NodeB和RCN之间可以互联互通，使运营商单独购置NodeB和RNC设备成为可能。Iur接口：它是RNC之间的接口，开放的Iur接口允许不同设备制造商生产的RNC之间可以进行软切换。Iu接口：它是连接RAN与CN之间的标准接口，类似于GSM网络中的A接口（电路交换）和Gb（分组交换）接口。开放的Iu接口允许运营商购置不同设备制造商生产的RAN和CN设备铺设网络，这样有利于造成设备制造商之间的竞争。开放的A接口和Gb接口也是GSM成功的原因。2.1.2WCDMA系统的关键技术及特点WCDMA由于技术的先进性，所以与以前的GSM等移动通信方式相比，具有以下的技术特点。更大的系统容量：WCDMA由于自身的带宽较宽，抗衰落性能好，上下行链路实现相干解调，大幅度提高链路容量。WCDMA系统采用快速功率技术，使发射机的发射功率总是处于最小的水平，从而减少了多址干扰。这些技术都提高了系统容量。系统容量大，单用户设备成本降低，建设WCDMA网络的投资要比2G低。更多的业务种