CDMA网络掉话浅析与优化.doc

CDMA网络掉话问题浅析及优化 王 国 民 （中国联通牡丹江分公司 157000）【摘要】CDMA掉话问题是网络优化的重点，本文通过实际案例，从掉话现象描述、原因分析及定位、解决方案三个方面对每一种掉话进行了详尽的剖析。【关键词】 CDMA 掉话 分析 优化 掉话比是评价CDMA网络性能的一个重要指标，是衡量话务量与掉话之间关系的依据。掉话会使用户通信突然中断，是一种严重的网络故障现象。下面将掉话的深层原因与实际网络故障现象的直接感观紧密联系在一起，对掉话问题进行分析并提出优化方案。1、 掉话的基本概念及掉话机制掉话定义：在没有经过用户同意的情况下由基站或移动台释放业务信道。1.1 移动台掉话机制：当移动台处于业务信道状态时,移动台将总是监测前向业务信道。若移动台在前向业务信道上收到 N2m(IS95规定为12)个连续坏帧，它将关掉发射机。并启动前向业务信道衰落定时器T5m（IS95规定为5s），若移动台收到 N3m（IS95规定为2）个好帧时,定时器T5m将复位。若定时器T5m愈时，移动台断定前向业务信道丢失,系统认定一次掉话。由于CDMA系统中，第2层协议不能保证在任何指令中传递消息。如果移动台要求基站按一定顺序接收一组消息，在发射下一组消息以前，移动台必须等待对于每个消息的一个证实（移动台是通过发送一个证实的消息中的ACK_SEQ字段等于接收的MSG_SEQ字段的消息来证实一个接收消息）。在业务信道上，消息请求证实过程是一个选择性重复设计，这里一个消息只有当没有收到对于它的证实时才重发。如果移动台在发送消息后，将启动移动台最长等待证实时间计数器T1（规定为0.4s）,在T1m愈时内没有收到证实，移动台将重发这一消息。如果移动台重发这一消息，移动台将用相同的MSG_SEQ号重发。在移动台中，将储存一个重发计数器（RETRY_COUNTs）。对于每个发送的需要证实的消息，移动台在第一个消息发送以前将置RETRY_COUNTs为零。发送每个消息后，如果没有收到证实，移动台将增加RETRY_COUNTs。当RETRY_COUNTs等于N1(95A中为3，在CDMA2000中为13)，移动台将宣告证实失败，系统认定为一次掉话。1.2 基站触发掉话机制： CDMA系统没有对无线子系统的掉话机制作出规定，但是设备制造商一般都根据MS的掉话情况规定了相应的掉话机制。一种就是基站收到一定数目的坏帧，基站就关闭前向链路；另一种是在重试了几次之后仍然没有收到MS的确认信息，系统也会认为是掉话。2、常见掉话案例分析及优化2.1 前向链路干扰掉话2.1.1 掉话现象描述（各项指标变化描述）：接收功率RX保持正常，而导频强度Ec/Io在不断降低，FFER增大，但是，TX-GAIN-ADJ的幅度保持水平。2.1.2 掉话机制分析：当Ec/Io下降到低于-15dB以后，前向链路的质量严重下降，前向链路连续收到12个坏帧（由N2m计数器决定），移动台关闭发射机并启动T5m计时器, 此时，反向链路功率控制比特被忽略。如果T5m愈时，导致MS掉话，掉话后，重新搜索强导频，一般情况下，重新初始化到新的导频上。如果前向链路的质量严重下降时间较短，T5m没有愈时，MS收到N3m个（一般2个）好帧，导频Ec/Io恢复到-15dB以上，MS不会关闭发射机。但是，基站启动了自己的掉话机制并且其计时器比MS的T5m更短，当MS检测到服务小区的Ec/Io恢复时，基站却认为MS已经掉话，就切断了业务信道，一般来说在这种情况下，移动台会在同一个导频上重新初始化。2.1.3 掉话原因分析及解决方案：MS掉话后，重新初始化到新的导频上，这是前向链路干扰掉话的最普遍的现象，一般情况下，是由于切换失败引起的。导致切换失败的原因有以下几种情况。第一、邻区列表中缺少该扇区导频而导致掉话l 故障现象分析（导频变化情况）及定位：在候选导频集中，大于T_ADD导频长时间不能进入激活集而导致掉话（如图一）。MS掉话后重新初始化，一般情况下，重新初始化到新的导频上。在空闲状态下，观察源扇区的邻区列表中是否存在上述没有切换成功的目标导频，如果没有，说明缺少邻区。 （图一） 缺少邻区的手机扫描图 上图是在PN198的邻区列表中没有PN258的现象。在通话状态下，MS检测到PN258的Ec/Io大于T_ADD时，向基站发送PSMM (导频检测消息)，报告导频变化情况，并且把PN258列入候选集中。如果基站检测PN198的邻区列表中没有PN258,则，不会向MS下发HDM（切换指示消息）来指示切换。导致PN258停留在候选集中不能进入激活集。形成干扰而掉话。l 解决方案：在邻区列表中加入有用导频。第二种：邻区列表规划不合理而导致掉话l 故障现象分析（导频变化情况）及定位：有用导频在候选导频集中，长时间不能进入激活集，此时，激活集中存在二个以上导频，由于前向干扰而导致掉话后。MS重新初始化。 检查空闲状态下的邻区列表，如果不是缺少该邻区，可能原因是邻区列表设置不合理。因为移动台的相邻导频集最大支持20个导频，而在多路软切换时，还会对邻区关系列表进行合并。如果较强目标导频在邻区列表中的位置靠后，就会存在被顶出邻区列表可能性，导致移动台没有检测到。l 解决方案： 重新合理优化邻区列表，将切换比率较大的导频，在邻区列表中的位置前移。一般邻区列表中长度不超过15，如果过大，会影响相邻导频集的搜索速度。合理的设置NGHBR_MAX_AGE（相邻导频集最大存活期）参数。如果该参数设置过大，从激活集和候选集中转到相邻集中的导频过晚的离开邻区列表，导致新的强目标导频不能进入邻集列表；如果设置太小（例如0），从激活集和候选集中转到相邻集中的导频在更新邻区列表时很快被转移到剩余集中，从而降低了导频被所搜到的可能性。将PN加入到邻区列表一般遵循以下原则：互易性原则：如果小区在小区的邻集列表中，那么小区也在小区的邻集列表中； 邻近原则：如果两个小区相邻，那么它们要在彼此的邻集列表中； 百分比重叠覆盖原则：在扇区大于1的覆盖范围内检测到该PN的强度超过10dB。在扇区大于3的覆盖范围内检测到该PN的强度超过12dB。初始化邻集列表可以通过使用能预测路径损耗和接收功率等参数的软件工具来完成。第三种 ：SRCH_WIN_N设置过大而导致掉话l 故障现象分析及定位： 在通话状态下，候选集中导频总是存在，该导频的OFFSET与激活集中导频相差一个PN间隔，虽然，此现象与缺少邻区相似，当干扰程度较其小，掉话几率相对较小。在保证基站硬件工作正常的情况下，检查SRCH_WIN_N和SRCH_WIN_R是否过大， SRCH_WIN_N和SRCH_WIN_R使用最大可能性由PILOT_INC来约束。如果PILOT_INC设置为3，那么两个PN码之间的最小距离是3*64=192Chips。在这种情况下，SRCH_WIN_N和SRCH_WIN_R不应设置大于12（即80Chips）。否则，潜在的增加了多经信号PN检测错误的可能性，该扇区可能出现大于本扇区PN一个PILOT_INC的PN一直停留在候选集中，不能切换到激活集而形成干扰信号。（图二） SRCH_WIN_N设置过大手机扫描图分析以上实例发生在镇江村，由于最近的毛毯厂基站PN99、PN267的SRCH_WIN_N设置为15（对应226Chips）,而PILOT_INC设为3。因为系统不支持在通话过程中处理系统参数消息，因此，移动台搜索相邻集导频时，始终以手机起始呼叫扇区（PN267）的SRCH_WIN_N进行搜索。激活集中有PN267、PN99、PN90,如搜索相邻导频集中的PN270时，SRCH_WIN_N采用开始呼叫扇区的值15,以27064717287 Chips为中心，左右226个Chips进行搜索（即搜索范围是1704717513 Chips），在17095个Chips处搜索到较强的多经信号，超过T_ADD值，PN270进入候选集，实际上搜索到的是PN267信号延迟7个Chip，手机向网络发送PSMM消息上报PN267.11(17095/64=267.11)请求切换，因为PN267已经存在于激活集中，因此，不会向手机发送HDM消息进行切换指示，导致搜索到的PN270一直守候在候选集中不能正常切换。l 解决办法: 根据以上原则，适当减小SRCH_WIN_N的设置。如果扇区覆盖较大或越区覆盖产生较大的延时，可能会出现搜索窗不够宽的现象，那么，要通过天线调整或调整PN间隔来解决。下图三为301国道穆棱镇附近SRCH_WIN_R大导致的现象，图中liumao（柳毛）是Mulingzhen（穆棱镇）基站的直放站,PN为18，SRCH_WIN_R为13 (113Chips)，PILOT_INC设置为3。具体情况与上例基本相似，这里就不再罗嗦。 （图三） SRCH_WIN_R设置过大手机扫描图分析第四种：SRCH_WIN_N设置过小而导致掉话l 故障现象分析及定位：在通话状态下，导频接收机接收的PN较强，但是，手机检测到该导频一直处于相邻导频集中，Ec/Io较小,FFER升高，持续一段时间后，导频丢失而掉话（如图三）。掉话后，一般重新同步到原来的导频上。通过直接观察导频接收机的路径检测时延差（即不能被检测检测到的PN与正在使用的PN时延差值的码片数）或者时延计算，判定其差值是否大于SRCH_WIN_N的参数设置值。如果属实，则表明SRCH_WIN_N小，有用的导频多经不能落入搜索窗中；如果时延差小于SRCH_WIN_N的参数设置值,则应该对基站硬件进行检测查找原因。 （图三） SRCH_WIN_N设置小的手机扫描实例图 从上图表明 PN480的时延为4个chip，而PN444、PN402的时延分别为61个chip和 69个chip，即与PN480的时延差分别为57 chips和65 chips，由于PN444、PN402的SRCH_WIN_N设置为10(50chips)，小于PN444、PN402与PN480的时延差，因此手机无法搜索到PN480的有效信号，导致无法切换而掉话。 l 解决方案：观察事件发生地点是否需要上述没有检测到的强导频覆盖，如果需要，则通过时延计算，对相邻搜索窗口进行合理增大设置。如果是越区覆盖，那么，要对扇区天线进行调整，减小覆盖范围，消灭如上现象。第五种：SRCH_WIN_A设置过小而导致掉话l 故障现象分析和定位 在通话状态下，导频接收机接收的PN较强，但是，手机检测到该导频很弱，合成Ec/Io逐渐变差,FFER升高，持续一段时间后，导频丢失而掉话。在山区或是丘陵地带，由于反射导致很多多径信号出现较大延时，由于SRCH_WIN_A设置过小，有用多径信号落到搜索窗以外，致使MS成功解调的信号较少，不能被解调的有用信号对系统是一种强干扰。l 解决办法：通过对多经时延差的计算，合理增大SRCH_WIN_A,这种现象在增加直放站的情况下容易发生。第六种：导频强度污染掉话l 故障现象分析和定位当MS处于空闲状态时，切换较为频繁。在通话状态下，激活集中有四个以上的导频信号，而且强度基本相当，单个导频Ec/Io较好，但是，合成Ec/Io较差，FER逐渐升高，导致掉话。在CDMA系统中，MS的RAKE接收机一般只能处理三路信号，当激活集中的导频多于三路时，RAKE接收机将选取三路进行合并，剩余的导频不能被解调。将会导致FER升高。掉话大多是由于此时的切换引起，移动台在该区域中移动时，大于T_ADD的导频较多，相互变化快，产生频繁切换，从而增大了掉话的几率。l 解决方案： 将导频污染区域的12路导频信号强度突出出来，形成主用导频，改善Ec/Io。增加基站或直放站，增强该区域覆盖。调整天线：方位角和倾角、更换天线类型等来减小导频重叠数量。调整基站发射功率：一般对12个主要导频增加功率，但不主张降低功率，因为可能会影响覆盖。调节周围小区的系统切换门限，可以减小相关小区间不必要的切换，通过在导频污染区域减小导频切换的次数来改善掉话。第七种：外部干扰掉话l 故障现象分析和定位：在通话状态下，FFER升高，掉话后，进入长时间的搜索模式（超过10s），才重新获得同步， 这是外部干扰源对前向链路干扰的症状。l 解决办法： 检测前向频谱，找出干扰源并消除，保证频谱可用于CDMA系统。2.2 链路不平衡，反向链路增益不够导致掉话221 掉话现象描述：MS在接入系统时较难，甚至接入失败。在接入阶段，MS的RX较好，Ec/Io正常， TX Power和TX-GAIN-ADJ高，严重情况下，会导致信号丢失。接通后，RX和Ec/Io正常，TX-GAIN-ADJ非常高， FER变差，信号丢失导致掉话。222 掉话机制分析：这种情况下，虽然导频Ec/Io正常而且RX很好，然而MS的发射功率却达到最大值，来努力满足反向链路的需求，经过一段时间 （35秒）之后，基站检测到MS的反向信道信号很弱，放弃了反向信道，同时切断前向信道，此时移动台的前向业务FER变得极高，很快会关闭发射机，这样就触发了MS的掉话机制，导致掉话。223 原因分析：主要原因为反向链路外部干扰，导致底部噪声较大，反向功率受限。常见的干扰为：l 劣质的有线电视增补器，很容易自激对CDMA产生干扰；l 280M的寻呼发射机4倍频后与CDMA频段相当，可能产生干扰；427M的寻呼链路发射机2倍频后，可能对CDMA产生干扰。l 直放站的引入增加了网络底噪，如果直放站增益设置不好，在直放站覆盖边界区域，上下行链路会存在增益差，很容易出现上行功率不够的链路不平衡现象，导致电话很难打通或接通后掉话。一般前向增益和反向增益差控制在10dB以内。l CDMA直放站自激要引起高度重视。为了解决网络深层覆盖，增加了一些室内小功率直放站，如果直放站出现问题，导致上下行链路严重失调，有可能将周围基站的底部噪声全部抬高，导致一定区域内出现通话困难甚至掉话现象。23 导频信号变差掉话2.3.1 现象描述及定位移动台的RX低，一般接近-100dB或更低； TX-GAIN-ADJ较大,在0dB以上，但幅度保持平坦；导频的Ec/Io不断降低，导致最终掉话。由于导频强度Ec/Io与移动台的接收功率同时下降，并且移动台的发射功率达到最大，说明前反向链路都不好。当导频强度低于-15dB并持续T5m以上时，关闭发射机，此时反向闭环功控比特被忽略，TX-GAIN-ADJ的幅度保持平坦，大致范围一般在0-10dB的范围，就会导致掉话。如果主导频信号强度在T5m内恢复到-15dB以上，MS仍然掉话，则表明基站的掉话机制已经关闭了前反向链路。2.3.2 解决办法：增强网络覆盖能力。2.4 业务信道发射功率受限造成的掉话2.4.1 现象描述及定位分析导频的Ec/Io和RX都在可以接受的范围之内，TX-GAIN-ADJ的幅度基本保持不变，掉话后重新初始化到原来的导频上。由于导频强度和移动台的接收功率都在门限之上，TX-GAIN-ADJ的幅度在5s内保持平坦，之后移动台重新初始化。这表明前向业务信道能量不足，使移动台不能成功解调而关闭