CDMA系统中邻区列表的优化.doc

CDMA系统中邻区列表的优化联通河北分公司移动部 于爱民摘要：文章介绍了CDMA系统中邻区列表的作用和形成过程，重点分析了邻区列表对系统的影响和实际工作中对邻区列表的优化方法。关键词：软切换、搜索窗、邻区列表一 概述移动通信以灵活、便捷的优点符合了现代社会人们对通信技术的要求，成为目前发展最为迅速的通信方式。移动通信网由众多基站小区完成对服务区的有效覆盖，如何确保移动台在这些小区间自由切换而不影响用户正常使用，是移动通信网络优化的重要课题。实际优化工作中发现许多移动台空闲切换失败重新初始化、接入失败、切换掉话和通话质量下降均与邻区列表设置不合理有关。本文将重点研究CDMA系统中邻区列表对网络性能的影响和优化方法。二 邻区列表对系统性能的影响邻区列表是一个特定小区的一个导频相位偏置的集合，包含处于该小区覆盖范围内的移动台有可能搜索到的比较强的导频。空闲状态下邻区列表消息（Neighbor List Message）通过寻呼信道传送给移动台，通话状态下基站可以通过业务信道给移动台发送相邻列表更新消息（The Neighbor List UpdateMessage）调整相邻导频集。IS-95A系统在邻区列表消息或相邻列表更新消息中指定的导频信号不超过20个，CDMA2000系统中导频信号可以达到40个，在不同载频间允许有不同的邻区列表。发送给IS-95A移动台的邻区列表及更新消息不包含搜索优先级（Serch Priority Field）参数域，在IS-95B/CDMA2000系统中扩展邻区列表更新消息（Extended NeighborList Update Message）则包含该域。基站以优先级递减的顺序在邻区列表及更新消息中列出导频信号，移动台根据收到的邻区列表进行准确快捷搜索，确保及时捕捉到所有有用导频信道。如果邻区列表设置得比较合理，会降低空闲切换的失败率和由此所引起的重新初始化，减少通话过程中的切换掉话次数。1、移动台对导频信号的搜索顺序导频信道通过相对于零偏置导频信号PN序列的偏置来识别，在空闲状态下导频信号偏置可分成有效导频集、相邻导频集和剩余导频集三种，通话状态增加了一个候选导频集用于描述其状态，这些状态与导频信号搜索有关。RCNRRRRRRNNNNNNNNAA每个导频信号偏置仅属于一组中的一个。移动台根据寻呼信道上发送的系统参数消息来确定各个导频集搜索窗的宽度，自发地、持续不断地搜索四个导频集中的导频信号。移动台导频接收机的搜索顺序就如同一套齿轮传动装置（图一），有效 候选导频集构成一个齿轮，其转速最快带动相邻集和剩余集两个齿轮运转。移动台从主用导频信号开始对所有有效集 候选集导频信号搜索完成后，搜索一个优先级最高的相邻集导频信号；然后再对有效 候选集所有信号进行搜索，再搜索第二个相邻集导频信号，如此重复直至搜索完所有相邻集导频信号后搜索一个剩余集导频信号。 A1 A2 . A last C1 C2 . C last N3-1 A1 A2 . A last C1 C2 . C last N3-2 A1 A2 . A last C1 C2 . C last N3-3 . A1 A2 . A last C1 C2 . C last N3-last A1 A2 . A last C1 C2 . C last N2-1 A1 A2 . A last C1 C2 . C last N2-2 . A1 A2 . A last C1 C2 . C last N2-last A1 A2 . A last C1 C2 . C last N1-1 . A1 A2 . A last C1 C2 . C last N1-last A1 A2 . A last C1 C2 . C last N0-1 . A1 A2 . A last C1 C2 . C last N0-last R A : 有效导频集, C : 候选导频集 , N : 相邻导频集 R: 剩余导频集图一 导频信号搜索顺序2 移动台对导频信号典型搜索周期如上所述移动台持续不断按照一定顺序对所有导频信号进行搜索测量，其对每个导频集内导频信号的搜索周期与搜索窗口的大小及各导频集内导频数量、移动台处理速度 、导频偏置指数增量（PILOT_INC）有直接关系，表 一为假设移动台连续搜索全部512个PN所需时间是3.5秒，报告时间为10ms, PILOT_INC4时计算的几种典型导频搜索周期，根据相关数值分析可知：l 有效集导频数量对所有导频搜索周期影响最大，应尽量减少多路切换。llllll 相邻集导频数量对相邻集 剩余集导频信号搜索周期有直接关系，应尽量降低邻区列表导频数量llllllllllllllllllllllllll 剩余集搜索窗口大小对整个搜索周期影响较小。 表一 导频搜索周期对照表PN数量（个）搜索窗（chips）搜索周期（秒）ACNRANRA、CNR108119406080.0330.2631.51020107406080.0320.64693220103406080.0891.78183328115406080.0890.7181.94115108406080.0891.3314410811940601300.0350.2833211511040601300.0610.911002115110286080.0570.8593.45118107406080.0951.72178.71015112406080.0320.4954.4 3 邻区列表对空闲切换的影响 空闲状态下由于移动台不能同时对多路信号进行解调，不支持空闲状态下的软切换致使无法同时监听不同基站或扇区的寻呼信道。在空闲状态移动台从一个基站的覆盖区移动到另一基站覆盖区时就要进行空闲切换。空闲切换区域是指移动台应该切换到新的寻呼信道的区域，即该区域中非服务导频比当前服务导频大3dB，且当前服务导频依然可用（如EC/IO-15dB）。移动台应能够快速地检测并切换到可用的最好信号。空闲切换区域太小，服务小区的导频信号衰减很快（例如56dB/sec），移动台仅有很短的时间来进行空闲切换，将导致空闲切换失败移动台重新初始化。如果接入过程的持续时间比这个时间段要长，由于接入过程中不允许切换，随着导频强度降低，这将导致接入失败。如果很强的可用导频没有被列入邻集列表，移动台可能在接入请求前没有进行空闲切换，将造成接入过程中的系统丢失。4 通话过程中邻区列表不合理造成掉话分析在通话过程中移动台首先将相邻导频集初始化为最后一次接收到的邻区列表消息中的导频。每次切换完成后系统将通过前向业务信道发送一个新的相邻列表更新消息，移动台将该消息内容替换原相邻导频集列表。由于邻区列表不合理造成通话质量下降甚至掉话主要表示为移动台通话过程中接收功率很好（大于85dB）但前向FER和Ec/Io指标下降,从安捷伦接收机发现一个较强PN信号而移动台无法及时搜索到(图二)。再查看空中接口三层消息最近一次相邻列表更新消息是否包含该PN或该PN的优先级设置是否合理(图三)。即使PN没有包含在邻区列表内，如果SRCH_WIN_R 设置的值足够大，移动台也可在通话期间检测到剩余集的PN，如强度足够大将可升级到侯选集并发送PSMM（导频强度测量消息），因没在邻区列表内基站不发送切换指示消息致使该PN仅能存在于侯选集无法提升到有效集。该PN将对前向链路造成干扰，使 FFER 和 Ec/Io的指标恶化,因FER升高移动台不断发送功率测量报告消息要求基站增大发射功率但由于干扰严重最后造成掉话(图四)。掉话后移动台通常在掉话前邻区列表内不存在的强PN上发起登记(图五)。 图二 ：手机测试显示PN296接收信号很好但前向Ec/Io和FER较差，怀疑有下行干扰图三： 从安捷伦接收机上看到PN348信号较强，因没在邻区列表内手机不能很快在剩余集内搜索到且无法进行正常切换造成强干扰。图五： 手机掉话后迅速同步到PN348图四：PN348仍很强造成掉话解决方案：将该PN添加到激活扇区的邻区列表内，若其在邻区列表内将提升其优先级顺序。三 邻区列表的编制原则建网初期和新加基站初始邻区列表一般需要由预测工具在得到路径损耗和接收功导频信号强度的基础上进行。可利用地图根据基站位置、天线类型、天线挂高、导频功率、天线方向角、基站间距、基站ID， PN、切换类型等资料进行编制，一些规划软件和厂商开发了一些软件支持此项工作，邻区列表初始化设置原则：1) 互易性原则：如果小区A在小区B的邻集列表中，那么小区B要在小区A的邻区列表中。2) 邻近原则：如果两个小区相邻，那么它们要在彼此的邻近列表中。3) 百分比重叠覆盖原则：确定一个导频门限，然后确定在该导频门限之上的小区覆盖范围。如果两个小区重叠覆盖区域的比例达到一定的门限，将这两个小区分别置于彼此的邻区列表中。4) 优先级确定原则： 编制邻区列表时要特别注意邻区PN的优先级。应根据相互之间预测发生切换比例确定，切换比例越高的邻区优先级别越高。四 相邻列表更新消息导频集的形成B_IB_hB_fB_cB_aA_eA_dA_cA_b相邻列表更新A_fA_gA_lastB_m最大20个三星IS-95系统：l 根据导频强度测量消息将有效集内导频(A B C)信号进行排队(导频强度ABC)l 以Ec/Io强度最强的导频A邻区列表为基础，去掉列表内当前在有效集的导频l 如果列表内导频数量不足20个，将Ec/Io次强导频B的邻区列表PN进行填补，去掉列表内在有效集的导频和上面已经存在的导频，直至达到20个。l 如果仍达不到20个，将Ec/Io再差导频C的邻区列表PN按上述规则进行填补，直至达到20个或将有效集内各导频邻区列表PN全部填充完毕。移动台在通话状态每次切换完成后，基站都要依照有效导频集内各导频的邻区列表按一定原则形成新的相邻列表更新消息或扩展相邻列表更新消息，通过前向业务信道发送给移动台对该移动台的相邻集进行更新，移动台将根据新相邻集的PN和顺序进行搜索。对形成相邻列表更新消息的算法规则标准上没有明确规定，各厂商的实现方式有所不同。扇区A cellB cellC cell邻 区 列 表A_bB_aC_aA_cB_cC_bA_dB_fC_dA_eB_hC_hA_fB_IC_kA_gB_mC_gA_lastB_lastC_last扇区A cellB cellC cell邻 区 列 表A_bB_aC_aA_cB_cC_bA_dB_fC_dA_eB_hC_hA_fB_IC_kA_gB_mC_gA_lastB_lastC_lastMOTOROLA系统：u 根据导频强度测量消息将有效集内导频(A B C)信号进行排队(导频强度ABC)u 从Ec/Io强度最好的导频A邻区列表优先级最高的PN开始，再加入导频B邻区列表优先级最高PN, 再加入导频C邻区列表优先级最高PN,然后加入导频A邻区列表优先级次高的PN, 再加入导频B邻区列表优先级次高PN, 再加入导频C邻区列表优先级次高PN,按此规律循环添加直至达到20个或将有效集内导频邻区列表PN全部填充完毕。u 去掉列表内当前在有效集的导频。添加过程中发现该PN已存在，则选取此邻区列表内优先级仅次于该PN的PN加入。B_IB_hA_eC_hC_dA_cC_aB_aA_b相邻列表更新B_cC_bA_dB_fC_k最大20个根据以上相邻列表更新消息形成原则看出，邻区列表的顺序不仅仅影响到移动台搜索该PN的优先级，而且有时会因优先级过低在形成相邻列表更新消息时被排除在外。特别是三星系统更要注意邻区列表的优先级和PN数量，否则将对网络性能带来极大影响。四 邻区列表优化方法准确、完整的邻区列表对系统性能非常重要。邻区关系作得过少或优先级顺序不对，会造成大量掉话；邻区关系过多，会导致导频测量报告的及时性精确性降低。这两种情况都会造成网络质量的恶化。无线网络进行规划时一般都采用适当的射频传播模型、天线类型及地形地物类型等，然而影响射频传播的因素太多，规划者不可能将所有这些因素都考虑进去。同时随着话务量的提高传播环境的变化，基站覆盖和切换区域会随之改变，需要根据网络运行实际情况不断对系统邻区列表进行优化调整。1、地理环境分析考虑到电波传播条件，环境和地形的复杂性利用数字化地图计算出模拟的覆盖区域和切换区域编制的邻区列表与实际情况有一定差距。同时各地区的地物、地貌是不断变化，特别是近几年来，经济蓬勃发展，城市高楼大厦不断涌现，改变了无线信号的传播环境，造成覆盖和切换区域的变化，网络优化中应加强对传播环境的分析根据实际测试确认基站的实际覆盖和切换区域及相邻关系比较检查调整初步编制的邻区列表 。 2 、OMC信息统计分析OMC话务统计数据是了解网络性能指标的一个重要途径，它反映无线网络的实际运行状态，包含了BSC整体性能指标、小区无线接通率的统计、小区切换成功率的统计、小区掉话率的统计等。可从OMC的统计信息，经过分析来发现不正常的原因。MSC、BSC告警中包含许多网络不正常信息。如当相邻小区数据配置有误时，造成切换失败掉话，都会在MSC及BSC中产生告警。三星系统可通过收集/分析F3000 统计中因遗漏相邻关系导致切换失败有关告警消息 F3000_NGHBR_PN_FAIL Message 对邻区列表进行调整。 在三星系统的话务统计中HO_PN项用来对与该扇区所发生切换请求的每个PN次数进行统计，通过对此统计项进行分析可以明确与该扇区要求发生切换请求的扇区数量和优先级。ORG_RTD和TER_RTD可通过RTD值表征用户呼叫建立时距基站的统计分布值。MOTOROLA公司CDL中包含一些切换PN的信息，其开发的NLP邻区列表优化工具软件可帮助现场工程师统计分析各扇区的相邻关系。 3 路测数据分析用导频扫描仪进行路测是优化邻区列表的重要手段，导频扫描仪不受系统参数限制持续快速的对所有512个PN信号进行扫描搜索（也可设置PILOT_INC）, 这样就可以知道测试路线上每一点的所有可以被检测到的导频及信号强度。利用测试结果可以进一步完善邻集列表。因为在导频扫描的过程中可以检测到在某一个小区中比较强但是没有被列入该小区的邻区列表的导频。反过来，列入邻区但是在该小区中并不能被检测到的导频可以从邻集列表中剔除。网络优化工程师根据话务统计分析的结果和用户投诉情况进行重点路测。路测采集的数据包括：测试路线区域内各个基站的位置、基站间的距离、各点的导频信号强度、接收信号电平和移动台发射功率、Layer3消息的解码数据、相邻小区状况、前向FER和测试路线的地理位置信息等。通过实地路测，可获得基站的真是覆盖情况及切换情况，从而得到某些OMC所不能提供的信息。通过对路测数据分析，观察信令接续过程，配合Abis口数据、A接口数据分析，可以对各小区掉话、切换失败等事件发生的主要原因和场所正确定位。4 邻区列表调整邻区列表的调整是建立在对地理环境、OMC信息、路测数据的全面综合分析的基础上进行。不仅需要及时对优化过程中发现的邻区列表设置不合理进行个别调整，还应定期对全网络的情况进行重点分析对邻区列表进行优化调整。1、根据路测数据和OMC告警信息确定相邻关系丢失情况。2、根据话务统计（