CDMA掉话原因分析

1、 CDMA掉话原因分析 武汉理工大学 程晓摘要：文章就CDMA系统中由于无线原因造成掉话的几种情况进行了较为详尽的分析，并以在城区路测过程中发现的一些无线掉话具体问题作为实例进行分析和研究，揭示了掉话的原因，提出了解决方法和解决后改善的情况。关键词：CDMA 掉话 切换 Abstract: this paper mainly analyse several circumstances that can cause call drop which is caused by wireless.It takes examples from driving test in the city prope

2、r, analyse and research into the question,reveal the cause of call drop . At last, put forward a solution to the problem and recount the result of the solution.Key words: CDMA call drop transform一、前言掉话率是评价CDMA网络系统质量的一个关键指标CDMA系统规范中规定移动台应该为特定的事件(例如移动台接收到的错误帧)制定相应的计数器当计数器的计数值达到一定的门限值后，移动台将关闭其发射机井回到初始状

3、态，这样就会发生掉话事件计数器和与之相对应的掉话机制决定了移动台在何种状态下会发生掉话事件。一般来说，确认特定机制导致的掉话是很难的，并且确认了这种机制也仅仅是只了解表面的问题，要详细分析掉话的原因还需要从确定掉话事件的底层原因着手。本文通过分析一些典型掉话事件的掉话原因给大家提供一种分析掉话原因的方法。二、原因分析1接入/切换冲突引起的掉话当MS在小区覆盖的边缘处发起呼叫时，由于服务小区主导频强度较弱，在接入过程中需要切换到新的导频上去，而IS-95A CDMA系统中不支持在接入系统过程中同时进行切换，这样很可能发生掉话情况。从数据分析表明，这种情况下MS接收到的信号强度越来越强，但是主导频

4、Ec/Io越来越弱。当在接入过程中主导频Ec/Io低于-15dB时，前向信道信号质量将极大恶化，因为新的导频是一个强干扰源。当前向链路不能被MS解调出来时，手机很快收到12个连续的坏帧，手机停止发射并且启动T5m计数器。如果在MS接收到信道分配消息12帧之后主导频的Ec/Io小于-15dB，则MS来不及切换就会产生掉话，MS重新初始化到一个很强的导频信号上。目前在IS-95B和CDMA2000系统中，已经解决了接入过程的切换问题12.切换失败引起的掉话此类掉话的特征是移动台的发射功率达到最大，移动台的接收功率不断增加，而导频的Ec/Io不断下降，在重新同步到新导频上后又很快增加，TX-GAIN

5、-ADJ的幅度保持平坦。导频的Ec/Io随着移动台的接收功率不断增加而不断下降说明有新的强导频成为干扰源，应当进行切换。当导频强度降低到-15dB以下时，前向链路的质量严重下降，当前向链路不能成功解调时移动台将关闭它的发射机。因为移动台不再发射信号，反向闭环功控比特将被忽略，TX-GAIN-ADJ的幅度保持平坦，一般是正的几dB。很高的移动台接收功率将使开环功控过程低估所需的移动台发射功率。掉话原因有：1) 切换准许算法引起的软切换失败：如果BS日志显示PSMM消息中有合适的导频且有可用资源，但没有发送包含强导频的切换指示消息（HDM），则是切换准许算法问题。可能的原因有：不允许多于3路的软切

6、换；切换算法不完善；不允许切换到不属于邻集列表中的导频上。2) 资源分配引起的软切换失败：当进行软切换时，需要向目标基站申请资源。系统必须保证有足够的资源来支持软切换，如果系统的激活用户数很多或由于切换率过高，最终所有的资源都用尽了，从而由于没有可用资源导致切换失败。若为切换呼叫预留过多的资源将导致新呼叫阻塞概率的增高，因此接入控制过程可能不会为切换预留足够的资源，从而导致切换失败。可能的原因有：网络负载过大；切换率过高。可以通过调整切换参数T-ADD、T-COM、T-DROP、T-TDROP和切换准许算法来解决。3) 切换信令引起的软切换失败：有了可用的资源，切换准许算法也允许，软切换是否成

7、功还依赖于适当信令消息的及时传输和接收。如果用于切换的信令不完整和及时，也可能导致切换失败。如果基站日志上记录没有接收到包括强导频的导频强度测量消息（PSMM）或延迟很长时间收到PSMM，则是切换信令出现问题。主要原因有：强的可用导频没有被检测到：移动台向基站报告检测到的强导频，如果移动台检测导频很慢或没有检测到所有的导频，切换就不会及时地进行。若移动台没有发送包括强导频的PSMM或发送的很慢，则是移动台没有检测到强导频。可能的原因是：搜索窗口太小、T-ADD太高、移动台的导频搜索太慢。可以调整的参数有：SERACH-WIN-A、SERACH-WIN-N、SERACH-WIN-R、T-ADD、

8、PILOT-INC。反向链路性能下降（反向FER高）：随着服务导频强度的不断降低，切换信令必须及时地发送。如果反向链路下降得太快，基站将永远不会接收到PSMM，因此导致切换失败。前向高FER使接收的切换指示消息（HDM）出错或被丢失：如果前向链路降低，移动台可能接收不到切换指示消息，从而导致切换失败。3前向干扰掉话这种情况分为长时（大于T5m）和短时（少于T5m）干扰掉话。长时是指持续时间超过移动台的衰落计时器的设定值。此类掉话的特征是移动台的接收功率不断增加，而导频强度Ec/Io在不断降低，TX-GAIN-ADJ的幅度保持水平。随着移动台的接收功率不断增加而导频强度Ec/Io在不断降低，表示

9、在前向链路存在干扰源造成强干扰，但此时活动集内导频信号强度也很好，造成前向FER过高。当导频强度低于-15dB时，前向链路的质量严重下降，FER增高，不能成功解调，此时MS很快启动T5m计数器，如果时间持续过长大于T5m设定的时间，则手机就会重新初始化，导致掉话，连续收到12个坏帧后，移动台关闭发射机，衰落计时器启动（当连续收到2好个帧后发射机会从新开始发射）。反向闭环功控比特被忽略，TX-GAIN-ADJ的幅度保持平坦，一般是正的几dB。如果这种情况持续直到衰落计时器期满，发生的掉话称为长时掉话。若MS掉话后重新初始化进入新导频，这就是最明显的前向干扰掉话；如果MS的FER是由外部干扰造成，

10、MS将长时间地进入搜索模式（大于10秒），这是因为干扰源信号很强但是MS解调不出相关信息。短时是指持续时间不超过移动台的衰落计时器的设定值。此类掉话的特征是移动台的接收功率在一段时间内不断增加，而后又开始下降，导频强度Ec/Io在一段时间内不断降低，而后又开始上升，TX-GAIN-ADJ的幅度保持水平。在短时前向干扰掉话中，如果发生了上面的情况，手机的衰减计数器可能在短时间内复位，就不会导致掉话的情况。如果导频Ec/Io在T5m到期之前恢复到-15dB以上，而基站的指令TX_GAIN_ADJ（调整移动台功率）仍然保持恒定，则表明MS没有重新发射功率，当T5m到期时，手机开始重新搜索网络（即掉话

11、情况发生）。这是因为基站启动了自己的掉话机制并且其计时器比MS的更短（如2秒），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，导致手机又初始化到原来的导频上。产生前向干扰的干扰源有两种：CDMA的自干扰和外部干扰。CDMA的自干扰如果移动台马上在另外一个导频上进行初始化，那么掉话是因为切换失败，这是前向链路干扰造成掉话的最普遍的情况。解决的方法是优化邻集列表，把强导频加入邻集列表，但要保证邻集列表长度不超过限制。外部干扰如果移动台掉话后进入长时间的搜索模式（超过10s），造成很高的FER，从而导致掉话。此时干扰源不可能是CDMA系统中的可用导频信号。优化方法

12、是检测前向频谱，找出干扰源并消除，保证频谱可用于CDMA系统。 4前反向链路功率不平衡掉话基站系统分配给前向业务信道的功率和反向信道最大Eb/No值都有一个范围，如果这些参数设置不合理，就可能导致前向信道功率太小不足以维持良好的通话质量，使MS启动T5m计数器最终导致掉话。在反向信道上也是如此，系统允许MS信号的Eb/No最大值过低将会导致MS发射功率过小，不足以维持反向链路，使基站认为反向链路太差而切断信道（即使在导频Ec/Io很好的情况下也可能发生）。此类掉话的特征是移动台的发射功率达到最大，移动台的接收功率和导频的Ec/Io基本保持不变，TX-GAIN-ADJ的幅度变得平坦。由

13、于导频强度很高，意味着前向链路很好；移动台的发射功率却已经调整到最大，说明反向链路很差。这两项指标说明存在前反向链路的不平衡，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，这样就触发了MS的掉话机制，导致掉话。基站将放弃反向业务信道，并且停止发送前向业务信号。此时移动台的前向业务FER变得极高，很快会关闭发射机，参数TX-GAIN-ADJ的幅度变得平坦。造成这种情况有两种原因：一种就是用户过多造成反向链路阻塞，因为CDMA是个自干扰系统，一定功率下系统容量是有限的；另一种原因是导频过多。还有一种是在反向链路上存在例如微波发射机等强反向干扰。优化

14、方法是由于是导频信道增益过高，可以调整的参数：降低导频发射功率，使导频信道和业务信道覆盖平衡；可以减小天线增益或调整天线方向角，缩小覆盖区，从而减小反向干扰，但可能造成其它区域的覆盖问题；可以增加新的基站或直放站。由于郊区往往使用较高增益的天线，导频信道增益过高更易于发生。导频信道增益过高时，手机信号显示较佳，但是会出现无法进行拨打接听电话，及通话质量较差。25覆盖掉话覆盖掉话最明显的特征是导频Ec/Io和MS接收的功率同时减少，当导频强度低于-15dB并持续T5m以上时，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。6

15、业务信道发射功率设置不合理造成掉话此类掉话的特征是移动台的发射功率、移动台的接收功率、导频的Ec/Io和TX-GAIN-ADJ的幅度都基本保持不变，但移动台的发射功率未达到最大，移动台的接收功率和导频的Ec/Io也在门限以上。前向业务信道的功率分配值和反向业务信道Eb/Io的设置值都在一定的限制范围内，如果这些参数的最大允许值设置为很小的值，业务信道可能不能发送足够的功率来保持通信链路，导致掉话。即使在导频的Ec/Io可接受的情况下也可能发生。3闭环功控分为内环和外环功控两部分，目的是使BS能够在保证一定接收质量的前提下，让MS以尽可能低的功率发射信号，以减小对其它用户的干扰，提高容量。内环功

16、控就是BS接收MS信号，将其与一闭环门限相比，如果高于该门限，向MS发送“降低发射功率”的功率控制指令，否则发送增加发射功率的指令。外环功控就是BS根据所接收到的反向业务信道误帧率的变化，对闭环功控门限Eb/No进行调整。FER有一定的目标值，由于多径信道的变化，反向FER和闭环门限没有一一对应的关系，为了达到FER的目标值，需要动态调整闭环门限Eb/No。当实际接收的FER高于目标值时，BS就需要提高内环门限，以增加MS的反向发射功率；当实际接收的FER低于目标值时，BS就适当降低内环门限，以降低MS的反向发射功率。前向链路首先失败：由于导频强度和移动台的接收功率都在门限之上，TX-GAIN

17、-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了发射机。而移动台在同一个导频信道上初始化明确地表明掉话的原因是前向业务信道的信号太弱。解决方法是增大前向业务信道最大发射功率，保证前向业务信道和导频信道的覆盖平衡。但这会增加邻近小区的前向干扰，需要测试邻近小区的前向覆盖。反向链路首先失败：基站设置的反向业务信道Eb/No目标值是反向信道的一个限制，外环功控不合理会导致反向链路的发射功率不足。当基站所接收到的反向业务信道的能量达不到一定的值，基站将掉话，中断前向业务信道，现象与前向链路首先失败相同。 三、案例分析案例一1情况介绍在某市市

18、区的路测中，发现了一次语音掉话，我们通过分析掉话前的信号，得知掉话原因，并针对掉话原因，进行了调整，改善了掉话点的信号，解决了掉话问题： 图1 市区某路段路测信号图如图，掉话前合成Ec/Io是20.8dB，激活集中主导频为国安局第三扇区（PN=378，1503g），二监狱第二扇区（PN=237，1536b），候选集中为英华学校第二扇区（PN=285，1560g）。英华学校第二扇区（PN=285,1560g）的Ec/Io是12.1dB，但没有进入激活集。2原因分析通过对路测数据的分析，我们可以发现，由于地形的原因，当路测车辆自北向南经过1560号基站英华学校的时候，首先在A区域内是1560的1扇

19、区信号为有效主导频，信号较好；随着进入B区域后，出现了上坡，1560号基站1扇区信号迅速衰减，手机切换到了红线标志的1536和1503号基站，信号较差，但是能够继续保持通话状态，直至1560号基站2扇区信号出现，并且较强，但是未能快速进行软切换，同时1536和1503号基站信号迅速衰减，最终掉话；c区域已经是1560基站2扇区服务。由于从掉话的路测数据分析，我们可以了解到掉话主要原因是由于：1软切换失败：主要是1560号基站2扇区在候选集中信号较强，但是不能迅速与激活集中的信号较弱的1536号基站以及1503号基站成功切换。2坡地地形影响：主要是有较大的坡形地形导致在B区域内，没有较强的主导频

20、信号覆盖，形成弱覆盖区域。3解决方法针对掉话的主要原因，我们进行了如下调整和建议：1 软切换失败：主要是调整了1560号基站2扇区与1536号基站，1503号基站的软切换参数，主要是切换参数包括了T_add从-12dB调整为-14dB，T_COMP从4dB调整为3dB，T_TDROP从3s调整为2s。2 坡地地形影响：通过天线调整解决效果有限，建议在B区域内通过增加直放站来保证该主要国道的覆盖，避免掉话。4改善情况 图二 市区某路段经过整改后路测信号图调整后的路测效果如图，可以看到，没有发生掉话，信号质量也有了明显改善。1560号基站第一扇区的掉话率从调整前的6.23下降到1.02；1560号

21、基站第二扇区的掉话率从调整前的3.55下降到3.47；案例二1情况介绍本次掉话发生于某市区路测过程中，手机在 09:59:28.508 起呼，导频为PN48，09:59:31.842 收到基站的信道指配消息，09:59:33.278 完成起呼进入通话状态，在 10:00:05.150 同步到 PN48。从信令上看，在发生掉话前手机一直发送功率测量报告消息和多次导频测量消息，但导频测量消息中只有 1 个导频PN48，导频的 Ec/Io 为-17.5dB，说明前向链路覆盖不好，但没有其它导频可切换。从物理信号图上来看，在掉话前手机的接收功率为-58.5dBm，手机的发射功率为 3.8dBm，FER=100%，Ec/Io=-24.6dB，说明是前向覆盖不好而导致前向误帧率非常高，从而引起掉话。从导频测量图上看，邻集中可以搜索到 7 个导频，但Ec/Io 在-18dB-20dB 之间。2情况分析说明此处是弱导频区域，Ec/Io 较差，因此是前向