CDMA无线容量优化.doc

CDMA无线容量优化李俊龙 赖孙芳（中国联通福建分公司 邮编350001）摘要：通过对CDMA容量的分析，提出了容量优化的措施，主要有功率控制参数调整、切换区域调整、天线调整、增加设备等关键词：CDMA 容量 优化1 前言在CDMA蜂窝通信系统的扇区中，在可容忍的相互干扰下，可同时接入基站的移动用户个数就是该扇区的容量。由于各个用户使用同一频率和时隙，每个用户的信号对其他的用户而言都是干扰，因此系统中存在着多址干扰是限制CDMA容量的主要原因。CDMA系统采用的功率控制技术，其目的就是为了克服远近效应，通过控制每个移动台信号的功率电平，使它们到达基站时都达到最小所需的信噪比，既维持了高质量通信又不对占用相同信道的其他用户产生不必要的干扰。容量极限的产生是因为移动台最终没有足够的发射功率来克服干扰电平，因此容量取决于那些会影响到基站接收到的干扰因素。容量优化的目标是扩大系统容量，使每个移动台的信号以最小的功率满足所需的话音质量要求；同时解决网络内话务量不均衡问题，使得整个网络内的业务负荷保持均衡。我们要在不影响网络稳定安全、不影响通话质量的情况下，充分利用网络容量资源，提高设备利用率，实现经济效益的最大化。其优化措施很多，主要有功率控制参数调整、切换区域调整、天线调整、增加设备等。2 功率控制参数设置对系统容量影响功率控制是CDMA的关键技术之一，涉及的参数很多，下面介绍一些常用的参数调整对系统容量产生的影响。2.1 调整基站扇区功率基站发射功率由开销信道功率和业务信道功率组成，即P（总功率）=P（开销信道功率）+P（业务信道功率），由于开销信道所占比例通常为常数，提高基站扇区功率，则业务信道功率也随之提高，从而提高基站前向容量。系统中通常将基站发射功率设置成满功率发射保证系统容量。在三星系统中，通过改变Tx-Atten值来调整基站发射功率。Tx-Atten值是一个线性衰减参数，其中宏基站（即SCBS-408L）取值范围0700，微基站（即PICO）取值范围0315，Tx-Atten值每增加10即衰减1db，每减少10即增加1db。2.2 改变开销信道功率在总功率中所占的比例当基站扇区功率无法改变时，可调整CDMA开销信道增益，改变开销信道功率在总功率中所占的比例，从而改变业务信道功率所占的比例，改变业务信道容量。在三星系统中通过调整Pilot-Gain、Paging-Gain、Sync-Gain值改变基站开销信道功率在总功率中所占的比例。具体如表一所示。相关计算公式 （db_value+41）*4+1= dB_index （ A1） db_value=10*lg（channel_power/total_power） （A2）表一 不同Pilot-Gain、Paging-Gain、Sync-Gain设置所占的功率比例Pilot-GainPaging-GainSync-GainOVHC total Power Ratio dB_indexPower RatiodB_indexPower RatiodB_indexPower Ratio14023.71%13618.84%1002.37%44.92%13618.84%13214.96%961.88%35.68%13214.96%12811.89%921.50%28.34%12811.89%1249.44%881.19%22.51%在城区中，为了保证基站有足够的功率容量，必须保证基站满功率发射，需要适当减小基站Pilot-Gain值。在乡镇话务量小的基站，为了扩大基站的覆盖范围，可以适当增大基站Pilot-Gain值。但是，在系统参数设置中必须严格控制Pilot-Gain比Paging-Gain大4，Pilot-Gain比Sync-Gain大40，即导频信道功率始终比寻呼信道功率大1dB，比同步信道功率大10dB，如图一所示，这样才不至于在基站覆盖边缘出现有导频信号而寻呼信道功率不足，导致被叫时无寻呼信号产生被叫不成功。Pilot-Gain Paging-GainSync-Gain 图一 开销信道增益配置示意图2.3 前向功率控制参数设置对系统容量影响前向功率控制参数中与系统容量有关系的参数主要是前向业务信道最小增益，在三星系统中主要是FDCH-MIN-GAIN-RC1和FDCH-MIN-GAIN-RC3，以FDCH-MIN-GAIN-RC1为例，当前向功控启动时，在前向信号良好覆盖区域，前向功率一直减小直到FDCH-MIN-GAIN-RC1，因此FDCH-MIN-GAIN-RC1设置不同值会对前向容量造成影响。根据公式A1、A2，其它参数不变，FDCH-MIN-GAIN-RC1设置变小时，用户通话时所需的业务信道功率减小，容量也增加。例如，从101改为97，根据公式A1、A2计算，我们不难得到前向信道容量最大可增加约20%。当然，也带来负面影响，当FDCH-MIN-GAIN-RC1较小时，在地形复杂区域，由于信号强度变化大，当手机接收电平急剧下降时，前向功率控制参数来不及在较短时间内将业务信道功率上升到保证良好FER值的电平而导致FER值过高引起掉话，这种情况对乡镇地形复杂区域尤为明显。2.4 合理设置语音、数据功率分配相关参数语音、数据功率分配的相关参数主要是调整语音业务和数据业务允许占用总功率的最大比例，在三星系统中分别为F-V-ALLOWED-LIMIT、F-P-ALLOWED-LIMIT参数，两参数默认值均为95，即话音和数据业务能够使用的功率允许占用总功率的95%。在实际中可合理调整F-V-ALLOWED-LIMIT、F-P-ALLOWED-LIMIT参数设置。由于建网初期，话音业务明显高于数据业务，因此在实际使用中可将F-V-ALLOWED-LIMI参数设置成100或0。话音在该参数设置成100时，允许话音业务使用100%的业务信道功率，但是由于业务信道存在上限，当用户数高到一定程度时仍然存在部分用户出现TCH-OVP现象，即无足够前向功率分配给业务信道造成指配失败；而将F-V-ALLOWED-LIMI设置成0后，意味着基站子系统不对呼叫进行管理，无论目前用户数目多少，一旦出现新用户呼叫请求或切换请求，系统会将目前所有用户的功率降低相同的比例，来满足新的呼叫的功率需求，因此不会出现TCH-OVP现象。随着数据业务的增长，我们也可以把F-P-ALLOWED-LIMI设置成0。当然，也带来负面影响，随着用户数的增多会造成通话质量下降，对通话时处于最低功率需求边缘的一些用户，随着功率降低会出现无法保证通话需求而导致掉话。3 软切换参数调整和天线调整如果网络内的某个基站的话务负荷很重，经常出现话务拥塞，而周围基站的话务量又相对较低，就说明明显存在话务量不均衡的现象，这时需进一步查看该基站的软切换比例统计数据。我们可以根据软切换比例数据进行以下调整。3.1 调整软切换参数如果软切换比例很高，这时就需要解决由于软切换对系统资源浪费问题，通过调整软切换参数（主要有T-ADD、T-DROP、T-TDROP、T-COMP等）降低软切换比例。3.1.1 T-ADD调整T-ADD参数是移动台用来检测接收到的导频强度门限值，该参数单位是以0.5dB为单位，也就是说，如果T-ADD设置为26，则对应的是13dB。T-ADD设置过大时产生大量导频测量消息，增加了不必要的切换，占用了更多的业务信道资源，尤其是随着T_ADD 增大，三小区切换的比例会上升。这时我们可适当调小T-ADD值,但不能设置过小,否则, 造成了通话质量差，甚至由于切换延迟造成掉话。我们可以从下图分析T_ADD变化对软切换造成的影响。 图二 T_ADD 设置对切换比例的影响图二绘出了系统中两小区和三小区切换比例随T_ADD 变化而变化的趋势，可以看到当门限T_ADD 的值大于-12dB 后，两小区切换比例迅速下降；在T_ADD 的范围有一个最大值，随着T_ADD的降低，更多的移动台进入两小区切换状态，曲线上升；当T_ADD 进一步降低时，会产生更多的三小区切换，同时两小区切换的比例必然会降低。适当选择T_ADD，使系统的大部分软切换是两小区切换，并且使移动台与两小区的距离大致相等，这样可使移动台平均发射功率降幅加大，降低了对系统的干扰，提高系统容量。3.1.2 T-DROP调整 T-DROP参数是导频丢弃门限值，该参数单位是以0.5dB为单位，也就是说，如果T-DROP设置为26，则对应的是13dB 。T-DROP值设置过大时，处于切换状态的移动台数量增多，参与切换的基站数量增多，占用了更多的业务信道资源。这时我们可适当调小T-DROP值,但不能设置过小,设置过小，减小了切换区域，增加了乒乓切换，导致过早去掉可用导频，掉话率上升。我们可以从图三看出T-DROP变化对软切换造成的影响用。 图三 T_DROP 设置对切换比例的影响3.1.3 T_TDROP 调整T_TDROP参数是导频丢弃定时器，设置过大时，系统易产生三小区软切换，占用了更多业务信道资源，但也不能设置过小，否则容易增加乒乓切换。3.1.4 T_COMP 调整 T_COMP参数是导频强度比较门限值，设置过小时，导频切换的增多产生大量的增多导频测量消息，使系统负担增大，占用更多的业务信道资源，但也不能设置过大，设置过大时，造成切换延迟，易掉话，也可能是本应进入活动集的导频被忽略，继而成为了强干扰源，引起掉话。3.2 天线调整如果软切换比例不高，那么就需要通过调整天线，使该基站的话务量能够分担到周围其它话务量低的基站上。早期建站目的是为了大面积覆盖，天线链路增益高。当系统用户迅速增长时，原有为大面积覆盖而建的基站对新建的相邻基站就是一个强干扰。在两个基站覆盖重叠区域，二者互为干扰，并且在前向信道上由于软切换会消耗很多无线资源。我们可以进行天线挂高调整、天线型号的更换、天线方位角、俯仰角的调整，减小多个基站覆盖重叠区域。如将某个基站天线挂高下降，将不带电调的天线更换为带内置倾角的电调天线，将全向天线改为定向天线等等，通过对天线的调整和更换，控制基站的无线覆盖区域，减少小区干扰。4 增加信道板，提高基站容量在CDMA的前期工程中，大多数的基站只配置1块CEMA板（信道板）。在网管监控终端中，我们有时可以看到BSS系统对于BTS CE负荷告警(更确切地说是BUSY告警)。三星系统中，在总共能分配的BTS CE中，如果实际已分配的比例超过设定的门限值，就产生如下告警。CE: 3903 BTS SYSTEM CE BUSY RATE MINOR 3904 BTS SYSTEM CE BUSY RATE MAJOR3905 BTS SYSTEM CE BUSY RATE CRITICAL 我们可以通过命令CHG-CE-OOSBUSY、CHG-VL-OOSBUSY查看和修改告警门限值，一般门限值如下所示： Minor_Threshold : 30；Major_Threshold : 50；Critical_Threshold : 70。以告警的Critical级别值为基准，CEMA板的BUSY RATE达到了70%，需进行扩容，扩容方式是增加CEMA板。5 合理配置CEMA板MDSP 我们以1FA 3 Sector/1个CEMA为例，在三星系统中，1块CEMA板提供54个信道单元，分别配置了前向Pilot（Wash0）、Paging（Wash1）、Sync（Wash32）及反向Access信道，具体有如下两种配置方式。5.1使用Pilot+PSA(Paging+Sync+Access)的方式采用该方式时,3个扇区需要1个MDSP来处理Overhead Channel，总信道数Total Channel(Overhead+2G,3G Voice)=545.1.1 不考虑1x Packet Data CallTotal TCH(2G+3G Voice)=54-6=48 5.1.2 使用1x Packet Data Call配置时1个F_SCH，1个R_SCH：Total TCH(2G+3G Voice)=48-12=362个F_SCH，2个R_SCH：Total TCH(2G+3G Voice)=48-24=24我们要根据不同地区的业务需求配置F_SCH，R_SCH，以便充分利用信道资源。5.2 使用Pilot+Paging+Sync+Access的分离模式采用该方式时,3个扇区需要3个MDSP来处理Overhead Channel。总信道数Total Channel(Overhead+2G,3G Voice)=545.2.1 不考虑1x Packet Data CallTotal TCH(2G+3G Voice)=54-12=42 5.2.2 使用1x Packet Data Call配置时1个F_SCH，1个R_SCH：Total TCH(2G+3G Voice)=42-12=302个F_SCH，2个R_SCH：Total TCH(2G+3G Voice)=42-24=18我们要根据不同地区的业务需求配置F_SCH，R_SCH，以便充分利用信道资源。5.3 小结为使得CEMA板上MDSP的配置合理，我们可以根据如下方法进行调整：用Dis-Call-Cnt在BSM上查看BTS忙时Call分布情况，即可知道当前占用的2G,3G,1x Packet Data Call的分布情况，以此来对MDSP的配置进行调整。但是该方法有一定的随机性，不能够代表稳定的状态。我们可观察忙时的Service Option统计，根据各个Service Option值的比例关系来调整MDSP的配置；也可以观察忙时的Traf_Org、Traf_Ter统计，根据ATT_VOC、ATT_SMS（等同于语音业务）、ATT_DAT的比例关系来调整MDSP的配置, 以便充分利用信道资源。从上面分析我们可以看出：同等条件下使用“Pilot+PSA(Paging+Sync+Access)的方式”比使用“Pilot+Paging+Sync+Access的分离模式”多出了6个语音信道，能够为用户提供更多的语音服务。不过，在实际应用中发现： “Pilot+PSA(Paging+Sync+Access)的方式”容易导致基站软件进程吊死，影响网络质量，可能是三星设备该功能还不善，因此不建议采用该方式。6 增加扇区或安装直放站，提高基站容量6.1增加扇区一个CDMA扇区是一个独立的服务设施，有独立的基站天线。当小区容量用完之后，用增加扇区的方法可以增加更多的服务设施，从而增加容量。添加一个扇区所增加的容量比上一次添加的容量要小。扇区越多，每个扇区的容量增益就越小，这是因为扇区张角越小，扇区间的干扰就越大，导致容量增加的程度就减小，由于扇区间的干扰，在同样条件下，3扇区基站所能服务的业务量是全向小区的2.5倍。当部署扇区时，我们应当尽量使扇区的边界远离多个小区的交汇处，这样可以减少该交汇处已存在的导频污染现象。6.2 安装直放站直放站的引入，施主小区包含了原先信号差的地区，覆盖区域因此发生了变化。对话务量不高，但对数据业务有需求的地区，采用了直放站后，路径损耗减少，用户就会消耗更少的无线资源，从而提高了小区容量。而以增加容量为目的的直放站最好架在人口密度较高、当系统负载低时服务尚可接受的地区。因为该地区路径损耗较高，从这里发起呼叫的用户的发射功率竞争不过路径损耗低的地区的用户，因此当系统负载增大时，这里的用户处于竞争劣势，从而得不到系统服务。7 新建基站，提高系统容量7.1 小区分裂新小区建在原有小区中间合适的位置，同时减小原有小区的覆盖范围，从而达到分担话务的目的。由于原有小区承载的业务量减小，系统的阻塞率也随之恢复到可以接受的水平上。例如，两个相邻的基站都达到容量极限，那么可以在它们中间适当的地方架设新的基站。理想情况下，新加的基站可以承载原来两个基站总业务量的1/3。小区分裂首先考虑那些忙时阻塞率较高和在短期内会变得较高的地方。7.2 增加微蜂窝或室内覆盖系统有时系统容量只是发生在一些局部区域，这些区域面积不是很大，这时采用新增微蜂窝覆盖。有时大量的移动业务仅仅发生在某个建筑物内，例如高档写字楼产生的3G数据业务，这时考虑采用新增室内覆盖系统。这样既可避免对相邻小区产生强干扰，又可节省成本。8 增加载频，提高系统容量随着新业务类型的开展和网络容量的增长，此时单载波网络开始出现局部负载过重现象。尤其是数据业务本身的突发性和高速率性，会占用较多的资源，导致资源紧张。而且，基站之间的距离已经很近，这时可考虑增加载频。考虑到控制硬切换，尽量保证在重要区域增扩载频层的连续覆盖。下面以三星系统为例，讨论有关载频（FA）负荷问题。8.1 三星系统统计数据说明在三星系统中FA的负荷信息可以利用现有的统计数据通过计算得到。相关的统计项目如下表所示。表二 有关统计数据的说明项目说明ATT_VOC忙时该 site的voice call attempt 数ATT_SMS忙时该site的SMS call attempt数ATT_DAT忙时该 site的data call attempt 数ATT_TOT等于ATT_VOCATT_DATATT_SMSATT_HLD忙时该 site里发生的所有呼叫的 average holding time，包括所有 voice呼叫, SMS和data call. 对于Data call， 还另有仅针对data call的AVG_HLD值.先计算各个基站的Traffic Load：Traf_Org和Traf_Ter统计中提供的ATT_HLD的值包括了voice, data, SMS三种业务，现在需要针对各种呼叫算出其ATT_HLD值。现做如下设定：ATT_HLDTOT：就是Traf_Org和Traf_Ter统计中的AVG_HLD。ATT_HLDDAT ：就是Data_Org和Data_Ter统计中的AVG_HLD。ATT_HLDSMS ：由于没有专门的SMS的统计，使用0.5秒作为其假定值。语音业务的ATT_HLDVOICE=ATT_HLDTOTATT_TOTATT_SMSATT_HLDSMSATT_DATATT_HLDDAT （B1）语音业务和短信业务间是有一些区别的，语音业务的Activity是0.5左右，短信业务的Activity是1左右，这样，即使两种呼叫具有相同的holding time，两者消耗的RF power也会不同。所以，语音业务和短信业务的Traffic Load的计算公式为：假设：，Traffic_LoadVOICE,SMS= （B2）对于分组数据业务，相应的AVG_HLD没有实际的意义，更有意义的是分组数据业务的速率，假定：throughput per data call attempt at busy hour即忙时每个数据呼叫的速率，分组数据业务的Traffic Load的计算公式为：Traffic_LoadDATAATT_DAT （B3）8.2 不同网络环境Traffic Load的计算方法实际网络环境中，2G、3G手机均存在，语音业务、短信业务、分组数据业务均存在，所以接下来描述对于这种混合网络的Traffic Load的计算方法。8.2.1只有语音业务的情况现网中出现的2G终端将使得BTS的容量减少，三星BSS设备的有关数据为：2G only case：12 Erlang / sector / FA1X only case：21.8 Erlang / sector / FA此时的语音业务的容量计算公式为：假定：a2G用户数比例；b3G用户数比例。Voice_Capacity2G+1X (B4)8.2.2 只有分组数据业务的情况假定2G终端没有分组数据业务。单FA单扇区的数据业务容量为：190kpbs。8.2.3 语音业务和数据业务混合的情况此时将满足如下图形关系： 图四 RF Power与 语音容量关系图 图五 语音容量与数据容量关系图从图四可以看出,RF的Power越高，语音业务可用的容量越大；从图五可以看出,语音业务的容量越小，分组数据业务可用的容量越大。为了统一用Erlang来计算，首先将分组数据业务的Traffic Load换算成语音业务的Erlang值：假定：XVoice Capacity；YData Capacity；Data2Voice_Erlang (B5)最后，得到总Erlang值的公式为：Total_Voice_ErlangTraffic_LoadVOICE,SMSData2Voice_Erlang (B6)综上所述，已经有方法得到某个BTS的容量和实际Traffic_Load，该基站上FA的扩容点可以描述为：如果换算后的Total_Voice_Erlang超过了Voice_Capacity2G+1X的75%，则需要增加FA。8.3 案例以某基站的某扇区统计为例，全部呼叫业务中2G voice traffic约为 57.52%，1X voice traffic为 40.55%，1X data traffic约占1.93%。此时，如果语音用户的话务类型不管2G或1X都是相同的，那么2G，1X 用户的比例分别为59%（57.52/(57.52+40.55)）, 41%（40.55/(57.52+40.55)）。从而，根据公式(B4),可得 Voice_Capacity2G+1X14.7 Erlang / Sector / FA。而单FA单扇区的数据业务容量仍然为：190kpbs。此时，如果该基站的某扇区的Traffic_LoadVOICE,SMS 为10Erlang，且分组数据业务的Throughput为23kbps，则根据公式(B5),可得Data2Voice_Erlang1.8 Erlang于是,根据公式（B5）总的Erlang值为Total_Voice_Erlang10Erlang+1.8 Erlang=11.8 Erlang该值超过了Voice_Capacity2G+1X 的75%（即14.7Erlang *75% = 11），因此需要增加FA。9 总结从上面分析，我们可以看出，CDMA无线容量与网络覆盖、网络质量紧密相连。对反向链路而言，随着容量的上升，干扰也会随之上升，覆盖能力随之下降。干扰与反向容量的关系为：Ptotal/N0xBw=(Prec+ N0xBw)=1/(1-X) （C1）Ptotal为基站接收到的总功率Prec为基站接收到的干扰N0xBw为基站噪声X为小区负荷因子由C1公式可以看出，若小区归一化容量为1，小区的负荷因子为X，当1-X降低一半时，总功率与基站噪声的比值就需增加一倍，即3dB。我们不难得出，网络负荷的提升会直接导致反向接收的底噪提升，导致覆盖能力的减落。对于前向链路，它的容量取决于小区总的发射功率、业务信道分配、开销信道（包括导频信道、寻呼信道、同步信道等）。如果功放不能提供足够的前向功率，系统容量可能就会前向受限了。很多情况下，扩大网络容量的同时使得网络覆盖范围减小。我们应本着“小覆盖、大容量，大覆盖、小容量”的原则，进行容量与覆盖之间的置换。根据网络优化实际需要，实现两者之间的均衡。如在密集城区，覆盖一般不成问题，而希望能提供更大的