GSM系统微蜂窝的优化.doc

GSM系统微蜂窝的优化东方通信股份有限公司系统营销总结部结工程服务部 马志强关键词GSM规范 微蜂窝无线网络优化 切换门限 负荷均衡 视距传播 频率干扰 天线 阻塞率 掉话率 射频丢失 切换失败乒乓切换小区选择 接入电平 功率控制前言随着移动通信的发展，用户数量不断增加，而移动通信系统容量是受到系统带宽，频率复用模式，基站间距等因素制约。当系统带宽确定，而传统宏蜂窝基站间距已缩小到极限。此时，为了进一步增加系统容量，采用微蜂窝技术，是一种很好的解决方案。微蜂窝技术也是覆盖盲点和高层覆盖很好的解决方案。本文主要讨论摩托罗拉的GSM微蜂窝系统在实际工程中的优化技术。通过优化，可使微蜂窝系统更好运行，吸收更多的话务量，缩短运营商的投资回收期。一微蜂窝的无线环境微蜂窝具有较小的体积，较低的发射功率，较低的天线高度，采用低增益的天线。但是微蜂窝与宏蜂窝关键区别在于无线环境的差异。 图1 微蜂窝天线高度 宏 蜂 窝 微蜂窝BCAA.宏蜂窝的覆盖区域B.热点微蜂窝的覆盖区域C.连续的微蜂窝层的覆盖区域图2 宏蜂窝与微蜂窝覆盖区域如图1所示，微蜂窝的天线可装于6米到建筑物的2/3高度处。如图2所示：1.独立的微蜂窝，主要用于热点的覆盖，图2中B所示区域。2.连续覆盖的微蜂窝层,图2中C所示区域。此时微蜂窝要求专用的频段。我们知道宏蜂窝的无线传播由于多径效应的存在，符合瑞利分布。而微蜂窝的覆盖有一部分处于视距内（LOS），多径效应不明显，符合莱斯（RACIAN）分布。另一部分，处于非视距（non-LOS）的覆盖，多径衰落明显。故而，微蜂窝的优化与宏蜂窝的优化既有相同之处，又有区别。微蜂窝系统的设计思想是根据不同的环境和无线资源，将话务量有效地分布到不同层上。通过智能的切换算法，可以使话务量集中在微蜂窝层而不降低用户的通信质量。通过Walkabout和Tems等场强测试设备，调整微蜂窝的覆盖，通过OMC的统计，进行分析，选用合适的切换算法和参数，在保证通信质量的前提下，使微蜂窝吸收更多的话务量，这就是优化的目的。11微蜂窝优化的重点影响微蜂窝表现的因素：1.微蜂窝天线的位置。2.无线干扰水平。3.微蜂窝参数设置。3.吸收的话务与服务质量间的平衡。微蜂窝的切换与前面四点，有着密切的联系，所以，微蜂窝优化可归结为四个要点：1天线调整和上下行功率控制。2频率规划的优化。3切换算法和参数的优化。4吸收话务量与服务质量的均衡。12适用于微蜂窝无线环境的切换算法标准的功率预算切换算法算法一是标准的功率预算算法(GSM05.08)，适用于宏蜂窝与宏蜂窝之间的切换。也可用于微蜂窝之间的切换。使用不同的Hreqave和Hreqt，控制向邻小区切换的快慢。强制切换算法二主要用于保证微蜂窝所服务的移动台在快速移动的情况下，rxqual或rxlev迅速恶化，能够切换至上一层的宏蜂窝，不致于掉话。切换门限（handovermargin）不能成为防碍切换的因素,但必须满足邻小区的最小接入电平。测量周期不使用add_neighbor中所设定的Hreqave,应使用chg_act_alg_data surround_cell中所设定的Hreqave。(参数use_neighbor_pgbt_hreqave必须等于1)拐角处的微蜂窝切换算法算法三适用于在街道的拐角两侧的微蜂窝或由室外进入一个由微蜂窝覆盖的室内时，在门口附近发生切换。特点是源小区信号迅速下降，目标小区信号迅速增强。切换不仅根据邻小区的信号强度，而且可根据服务小区的信号强度来设计小区的覆盖范围，这样对控制服务小区的话务能伸缩自如。ABCd =300mdadb图3快速移动的移动台在微蜂窝间的切换A微蜂窝1B微蜂窝2C快速运动的移动台视距内的微蜂窝间的切换算法四主要应用于慢速移动移动台在视距内（LOS）的微蜂窝间切换。算法四对切换有额外的限制，即用户必须在目前的服务信道上停留一定的时间(Qualify_Time)。一计数器初始为零，当每收到一次移动台发往基站的测量报告(至少每秒一次，通常每秒两次)，该计数器加一，直到255。当PBGT满足条件时，该计数器也必须大于Qualify_Time，这时才产生切换请求的要求。如果移动台用户移动很快时,将不考虑切换到视距内的微蜂窝,为了防止频繁切换,将考虑强制切换到宏蜂窝(算法二)视距内微蜂窝的切换算法算法五对标准GSM切换的额外限制是当PBGT条件满足和邻小区的信号强度超过所设的门限值时，一计数器减少(该计数器初始为参数Qualifying delay time的值),但如不满足上述条件时，该计数器恢复为Qualifying delay time的值。如果该计数器减少为零，则产生切换请求。所以算法五能够明确指出邻小区的信号连续增强，这样保证了一个较好的切换。(典型应用：共站型微蜂窝利用负切换吸收宏蜂窝话务量的情况。)该算法也适合处于视距内的微蜂窝之间的切换。西门子的功率预算切换算法算法六类似于算法4和5,主要防止快速移动的移动台用户切换到微蜂窝。切换的产生必须满足下列条件:1.最小接入电平；2.Ho_margin；3.在delay timer未中止前(delay timer在PBGTHo_margin时启动,但在该公式不成立时复位)，对邻小区的PBGT必须大于Ho_margin+Static_Offset；或delaytimer中止后对邻小区的PBGT必须大于Ho_margin+Static_Offset-Dyanmic_Offset。预防存在BCCH邻频干扰的相邻小区间的切换算法七的使用是通过对邻BCCH频点的邻小区设置为算法七,当邻小区的邻BCCH干扰逐步加大，例如移动台逐步远离服务小区，靠近邻BCCH的邻小区，这时由于干扰加大，会造成掉话，而算法七的使用是为了保持对邻BCCH的邻小区的早期监测，一旦当干扰增大到一定程度，就因此产生了到其他邻小区的切换。该算法主要预防移动台切换到具有邻频BCCH干扰的微蜂窝。13快速运动的移动台的切换分析如图3所示。假设两基站间距300米，Ho_margin=5。汽车以72KM/小时的时速由源小区A,向小区B行驶。如何控制切换速度？假设:1. 基站A,B的ERP相等。2. 信号在视距内传播,建 筑物的遮挡损耗A，B基站相同。分析：通过控制Ho_margin，hreqave和hreqt,即可控制切换需要的时间，一般在0.48s15.36s(1sacch32sacch)。利用微蜂窝区的李氏模型：式中，P0距离d0处的截点，d1是总长度，0是视距损耗斜率，取40dB/dec(da,db6.5秒。不能完成正确的切换。如Hreqave=4,Hreqt=2,则：切换时间80.48=3.84秒10%），需要调整天线倾角，调整基站发射功率，甚至优化频率规划。如果SDCCH拥塞率高而TCH拥塞率低，则增加SDCCH的数量，并将SDCCH的动态分配功能打开。如果两个LAC（位置更新登记区）的边界在繁忙的地带（如商业区大道），会使移动台频繁地位置更新，增加系统负荷，可能导致严重后果。这种情况发生时，应重新进行LAC分区。另外，延长移动台周期性位置更新时间，如将T3212=60增大到T3212120，使周期性位置更新时间由6小时变为12小时，可以大大降低系统SDCCH的负荷，代价是移动台被叫接通率可能下降。系统内各小区T3212应一致。减小max_retran移动台最大允许重发次数可以降低RACH和SDCCH负荷，微蜂窝取2或1。2.2.2TCH的阻塞率：无可用TCH资源供通话建立或切换,分配TCH失败占总分配次数的比例。公式:其中：ALLOC_TCH成功指配TCH的次数ALLOC_TCH_FAIL无法指配TCH的次数如果SDCCH及TCH Block-rate都很高，则需要进行小区间的话务量均衡。通过增加切换对象、降低切换门限等手段，增加移动台向外围基站切换的数量，加快移动台向外切的速度，减少移动台的切入。通过降低BTS的发射功率，降低天线高度，减小天线倾角来减小小区的覆盖范围，达到减少负荷的目的。或调整小区接入优先级，提高允许接入的最小接收电平，启动直接重试和拥塞缓解功能，达到话务量的均衡。这些将在下面的章节论述。23掉话移动台成功地接入话音信道后，由于各种原因而导致非正常的释放，这就是掉话。公式：Drop_Call_Rate=掉话主要由射频丢失和切换失败造成2.3.1射频丢失SDCCH的射频丢失率公式：SDCCH_RF_Loss_Rate=TCH的射频丢失率其中：RF_LOSSES_SDSDCCH上的射频丢失RF_LOSSES_TCHTCH上的射频丢失OK_ACC_PROC_LOC_UPD位置更新过程中成功接入OK_ACC_PROC_IMSI_DET IMSI Detach过程中成功接入IN_INTER_HO 小区间切换时成功切入IN_INTRA_BSS_HOBSS内切换时成功切入可通过以下措施，达到降低射频丢失造成的掉话的目的：1. 调整基站的天线高度和倾角，减少天线附近出现严重覆盖阴影效应的情况。2. 修改频率规划，降低干扰。3. 在基站边缘，信号强度变差而造成射频丢失。可适当提高移动台的初始、最大发射功率等级，加快移动台通话过程中提升功率的速度。4. 令Full_pwr_rfloss1，当RF连接即将断开时,允许移动台和基站满功率发射。5. 用link_about_to_fail(有效值范围0-15，对应464个sacch block)，来挽救即将发生的掉话。必须保证link_about_to_fail小于link_fail值，以保证这一过程在链路失败前触发。6. 在保证通话质量的前提下适当增大radio_link_timeout(有效值范围0-15，对应464个sacch block)，减少掉话次数。建议取radio_link_timeout25为好。2.3.2切换失败移动台从源小区向目标小区切换时无法到达目标小区，而且不能返回源小区（掉话）。它被统计在源小区中。当切换命令发给移动台后切换请求次数就开始计数。切换掉话率公式:其中：Intra_cell_HO_LostMS小区内切换失败且移动台掉话Intra_BSS_HO_LostMSBSS内切换失败且移动台掉话。Inter_BSS_HO_LostMSBSS间切换失败且移动台掉话。Intra_cell_HO_Atmpt小区内切换请求次数。Intra_BSS_HO_AtmptBSS内切换请求次数。Inter_BSS_HO_AtmptBSS间切换请求次数。发出切换请求后的可能结果有三种：1.移动台成功地由源小区切换至目标小区。2.移动台切换不成功，并掉话。3.移动台未能成功地由源小区切换至目标小区，然后返回源小区。降低切换失败造成的掉话如果小区的边缘是一个高话务量的地区，则会造成频繁的切换，既加重了系统处理器的负担，也容易引起掉话。可通过调整天线、切换参数等手段解决。微蜂窝与宏蜂窝间的切换算法选择不合理，相邻关系不合理，造成切换混乱，引起掉话。或由于参数设定不合理，导致乒乓切换，也容易导致掉话。设置合适的切换算法和参数检查并调整系统拓扑图。由于天线倾角过大,天线波瓣形状发生畸变,容易产生”孤岛效应”。容易引入频率干扰和错误的切换。结合路测结果判断是否发生”孤岛效应”。调整天线倾角和高度、切换关系。由于BTS发射功率偏小，下行信号强度不足，导致移动台在不该切换时就产生切换请求，产生掉话。解决的方法是提高BTS发射功率。由于目标小区太忙，无空闲信道可供切换，引起掉话。可通过平衡话务量来解决。24资源均衡可通过系统资源的均衡提高系统接通率，降低阻塞率，减少掉话。资源均衡的内容包括不同小区间的话务量均衡；小区信道的平衡配置，相互制约的参数之间的平衡；小区本身话务量和服务质量的平衡。2.4.1不同小区间的话务量均衡相邻小区间的话务量均衡通过：1. 通过切换门限Ho_margin的大小调节增大高阻塞率小区的切入门限,减小向相邻较空闲小区切换的门限,可以非常有效地调节话务量,降低阻塞和由阻塞带来的掉话。这一手段可以非常有效地调整话务量，但是如果Ho_margin取值不合理，容易造成乒乓切换，尤其在引入负切换控制话务量的时候。参见图4。图4 不合理的负切换门限直接导致乒乓切换2. 调整小区接入优先级小区禁止限制（Cell_Bar_Quality，CBQ）和小区接入禁止（Cell Bar Access，CBA）共同决定了小区的小区的优先级。在优化中，为使微蜂窝充分吸收其上层宏蜂窝的话务量，可将微蜂窝的优先级设为正常，宏蜂窝的优先级设为低。这样不管其电平是否比宏蜂窝低，只要满足小区选择的门限，移动台将选择微蜂窝。3调整允许接入的最小接收电平（Rxlev_Access_Min）基站密度较高的地区可采用这一手段调整小区话务量。增大高阻塞率小区的Rxlev_Access_Min，使C1和C2变小，缩小该小区的有效覆盖范围，从而减少话务量，达到话务量均衡。调整该参数对SDCCH的业务量影响更加直接。注意不要使Rxlev_Access_Min大于21（90dBm）,人为在交界处造成盲区。4.直接重试(Directed Retry)这是GSM规范中定义的功能。当移动台被分配SDCCH后,但是当前小区已没有空闲TCH，此时，基站直接由SDCCH切换到相邻小区的TCH。为了提高速度，基站直接根据当前的一次测量报告计算PBGT来选择一个相邻小区的TCH来分配。如果切换在两个BSC之间进行,则需要MSC来支持直接重试。5.拥塞缓解(Congestion Relief)当前小区已经阻塞,为了使更多的用户进入该服务区,当前小区的用户根据常规的PBGT算法切出到相邻空闲的小区去,以让出空闲的信道给其它的用户服务。此时,移动台进行TCH-TCH的切换,也不需要MSC来支持。实际上，拥塞缓解功能比定向重试功能更能有效地进行话务量的均衡。2.4.2系统资源负荷均衡LAC的合理分区，尽量平均不同BSC间所带基站数和载频数，基站的合理分布，等等。是系统负荷均衡的大前提。通过修改部分参数，可以调整各种资源的负荷。2.4.2.1寻呼负荷同一LAC内所有小区的寻呼负荷应当是相等的,因此各小区PCH的配置应相同。通过对发出的寻呼信息计数来统计小区的寻呼信道上的负荷。每条信息可寻呼一个或一个以上的移动台。它是对给定小区的寻呼信道资源负荷的绝对值的统计，为了科学地评估寻呼信道的利用率，必须结合该小区配置的可用寻呼信道来分析。可以根据CCCH_CONF,BS_AG_BLKS_RES,BS_PA_MFRMS,计算出每个小区寻呼子信道的个数：当CCCH_CONF为001时,(3-BS_AG_BLKS_RES)XBS_PA_MFRMS。当CCCH_CONF不为001时,(9-BS_AG_BLKS_RES)XBS_PA_MFRMS。例如：CCCH_CONF0，BS_AG_BLKS_RES2，BS_PA_MFRMS2，则：寻呼子信道个数为14。当BS_PA_MFRMS越大,小区的寻呼子信道越多,寻呼信道的承载能力越。但这是以增大寻呼消息在无线信道上的时延为代价的。尽管从理论上讲，bs_pa_mfrms越大，小区在同一时刻，可以寻呼更多的移动台。但实际上，由于总的CCCH消息块数目，AGCH与PCH分配的比例已经确定，在某一时间段内，总的寻呼消息数目确定。所以调整该参数对提高被叫接通率并无明显影响。在实际系统中经常发现LAC分区过小，造成移动台频繁发生位置更新，增加SDCCH负荷，影响系统运行质量。可以利用OMCR统计的PAGE_REQ_FROM_MSC，确认现有LAC分区是否合理，是否需要重新分区。2.4.2.2 RACH负荷控制利用tch_flow_control和tch_busy_norm_threhold控制RACH和TCH负荷。Tch_flow_control=1,打开TCH流控制开关。tch_busy_norm_threhold95（可根据需要设置）。当95的TCH被占用，开始启动禁止接入进程（在access c