CDMA网络优化浅析

　　 移动通信网是一个不断变化的网络，网络结构、无线环境、用户分布和使用行为都是不断变化的。同时，网络规模的扩张、网络覆盖规划规模的复杂化、网络话务模型和业务模型的改变，都会导致网络当前的性能和运行情况偏离最初的设计要求，这些都需要通过网络优化来持续不断地对网络进行调整以适应各种变化，所以网络优化工作是一项长期的持续性的系统工程，需要不断探索、积累经验；只有解决好网络出现的各种问题，优化网络资源配置，改善网络的运行环境，提高网络的运行质量，才能使网络运行在最佳状态，为移动通信业务的迅猛发展提供有力的技术支持与网络支撑。因此，网络优化的意义就在于，可以提高网络的投资效益，提高网络的运行效益，提高网络的运行质量，提高网络的服务质量，在原网络的基础上不再大规模投资的前提下，充分提高网络质量与容量。这在实际的网络维护中都有很重要的现实意义，而且也是在短期内优化网络状况，提升网络质量的重要方法。
　　
　　1 网络优化基本概念
　　
　　1.1　网络优化目标
　　所谓网络优化，一方面是要对网络运行中存在的覆盖不好、通话质量差、呼叫困难、无法接通、掉话、网络拥塞、切换成功率低以及数据业务性能不佳等问题予以解决，使网络达到最佳运营状态；另一方面，还要通过优化资源配置，对网络整体资源进行合理调配和利用，以适应需求和发展的情况，最大地发挥设备潜能，从而获得最大的投资效益。所以，网络优化的主要目的就是通过对投入运行的无限网络进行数据的采集和分析，找出影响网络质量和资源利用率不高的原因，然后通过技术手段或参数调整使网络达到最佳运行状态，使网络资源获得最佳效益；同时了解网络的增长趋势，为扩容提供依据。因此，网络优化是移动通信系统实际运营过程中一项重要工作内容。
　　
　　1.2　网络优化内容
　　网络优化是一项贯穿于整个网络发展全过程的长期工作，同时也是一项系统工作，包含一系列优化方式，包括覆盖优化、话务量优化、设备优化、干扰信号分析和资金的优化使用等。网络优化要解决的是改善硬件环境和软件环境。“硬件优化”主要包括天线优化和设备故障优化等工作。“软件优化”主要指频率优化、无线参数调整和配置参数核查等内容。
　　
　　2　网络优化分析
　　
　　网络优化分析是网络优化工作中的一个重要环节，只有对路测、系统采集等各方面获取来的网络测试数据进行全面系统的分析，才能对网络的运行状况进行评估和测算，对网络故障进行诊断和定位，从而为进一步制定网络优化措施提供基础。以下列举一些日常维护中主要的网络优化的分析内容：
　　
　　2.1　掉话分析
　　掉话是指移动台通信发生中断，它是一种严重的网络故障现象，掉话率是评估CDMA系统性能的一项重要指标，通常，通过信令分析判断导致掉话的直接原因并不困难，但要确定造成掉话的深层原因还必须对测试数据进行仔细的分析。
　　按照协议规定，在通话过程中移动台和基站之间需要有闭合的信令交换，如果由于某种原因造成信令交换失败，移动台就不能正确调整它的发射机，结果或者是重新初始化或者是返回空闲状态，移动台中维持着一个计时器，以限制允许诸如接收到坏帧这样的时间持续的时间。当计时器到期时，移动台会关闭发射机，并返回到初始状态，这样即发生了掉话。
　　2.1.1　移动台掉话机制
　　移动台坏帧：移动台接收到12个坏帧后会关闭发射，在连续收到两个好帧后会重新激活发射机。
　　移动台衰落计时器：T5衰落定时器到时，移动台关闭发射，并宣告前向业务信道丢失。
　　移动台证实失败：移动台在传送了MIN次消息后仍未收到证实，则移动台重新初始化。
　　2.1.2　基站掉话机制
　　无线设备制造商可能会制定与移动台坏帧和证实失败机制类似的基站坏帧和证实失败机制，这些机制由各制造商执行决定，在协议中未作详细规定。CDMA2000协议规定，基站需要持续地监听每一个反向业务信道，以确定呼叫是否处于激活状态。如果基站检测到呼叫不在激活状态，则基站将断定反向业务信道丢失，基站向移动台发送释放指令，一旦基站发送了释放指令，则向所有的呼叫控制实例发送释放指令，并进入释放子状态。
　　
　　2.2　接入失败分析
　　当移动台拨打一个电话号码时即为发起一次呼叫；由无线网络用户发起的呼叫分为移动台到固定网络的呼叫和移动台到移动台的呼叫。如果在规定的时间内，呼叫建立过程不能在主叫方与被叫方建立连接，这种情况就成为一次接人失败。移动台发送起呼消息之后，经过以下5个关键步骤完成业务连接。
　　第1步：基站必须对收到的起呼消息进行证实，即在寻呼信道发送确认消息。
　　第2步：基站必须在给移动台分配业务信道后，在寻呼信道上发送信道指配消息，同时在前向业务信道上发送空业务帧。
　　第3步：移动台收到信道指配消息后，开始识别前向业务信道，通常移动台应在收到信道指配消息后200 ms内识别前向业务信道。
　　第4步：在成功识别前向业务信道后，移动台开始在反向业务信道上发送空业务帧，基站在识别反向业务信道后必须发送证实消息。
　　第5步：基站发送业务连接消息给移动台。
　　以上5个步骤中每一步的完成可以被称为一个关键点，无论哪一步出错都会造成接入失败。而每个步骤出错的可能原因都很多，这就要求对各种可能原因进行一定的收集和整理，因此掌握这个过程还是不难的。还有一个有效的分析接人失败的方式就是从分析信令人手，通过其中的一些关键信令将问题迅速定位到上述的5个关键点中的某一个，然后再结合其他测试数据找出问题所在。除信令流外，我们还需要观察其他测试指标的变化情况来对问题进行准确定位。需要观察的测试指标主要包括：移动台的接收功率、发射功率和导频强度。
2.3　软切换失败分析
　　软切换过程：
　　(1)当邻集或剩余集的某一个导频的强度超过T_ADD时，移动台向基站发送导频强度测量消息，并且把该导频列入候选集。
　　(2)基站向移动台发送切换指示消息或者扩展切换指示消息。
　　(3)移动台将该导频列入激活集并且向基站发送切换完成消息。
　　(4)当激活集中某一个导频的强度低于T_DROP时，它所对应的切换去掉计时器开始启动。
　　(5)当切换去掉计时器期满时(即T_TDROP超时)，移动台向基站发送导频强度测量消息。
　　(6)基站向移动台发送切换指示消息或扩展切换指示消息。
　　(7)移动台将该导频引入候选集，并且向基站发送切换完成消息。
　　软切换失败原因主要有以下两种情况：
　　(1)移动台发出导频强度测量消息，却没有收到基站的切换指示消息。
　　(2)移动台收到基站的切换指示消息，却没有发送切换完成消息。
　　在对软切换失败的情况进行分析时，需要仔细观察路测数据中服务小区导频强度的变化情况。因为软切换失败导致掉话的一个重要标志是服务小区的Ec／Io太低，而别的导频则很强，具体可以从以下几点看出：
　　(1)在一个新的导频上重新初始化：当移动台在导频A上发生系统丢失，然后很快在导频B上重新初始化，可能说明导频B足够强，应该在此之前进行切换。
　　(2)从邻集的搜索结果中可以看出可用的较强的导频。
　　(3)从导频强度测量消息可以看出可用的较强的导频。
　　(4)如果以上的方法都看不出可用的导频，那么对所有导频进行扫描就是最后一种方法。
　　引起切换失败的主要原因有：
　　(1)资源分配问题。系统必须保证有足够的资源来支持软切换，但可能所有的资源都用尽了，这时就会发生切换失败。可能的原因有：T_DROP太低；T_TDROP太大；切换允许算法的有效性太差。
　　(2)切换信令问题。假设系统有可用资源而切换允许算法没有对切换造成干扰，那么软切换是否成功还依赖于切换信令消息是否及时地发送和接受。
　　
　　2.4　高误帧率分析
　　当移动台或基站接收到一个数据帧以后，要进行CRC校验，得到帧速率并检测帧是否错误。所谓误帧是指检测到比特错误或无法检测出帧速率的数据帧。误帧率就是指误帧的数目占总帧数的比例，是衡量语音质量的一项重要指标。语音质量是一个非常主观的量，很难进行客观评估。然而语音质量在很大程度上是与误帧率有关的，而误帧率则可以进行客观的测量。当系统的误帧率高于目标值时，需要对系统性能进行细致地分析以查明原因。
　　
　　3　网络优化的分类
　　
　　3.1　覆盖优化
　　网络覆盖是衡量一个网络优势的关键，为了全面提升网络的覆盖水平，达到在最少的投资条件下实现无线网络设计目标，即最合理的基站布局、最佳的参数设置、最大的网络容量、最小的干扰水平以及最高的网络质量，应进行完善的覆盖规划设计和优化，认真考虑系统的用户分布情况，合理地设置基站数，对CDMA网络的前反向覆盖、导频Ec／Io和切换状态等多方面进行全面分析。
　　
　　3.2　容量优化
　　随着网络内用户的不断增加，系统内不可避免的会出现话务量不均衡的现象，某些局部地区可能会频繁发生话务量拥塞。容量优化的目的就是解决网络内的话务量不均衡的问题，使得整个网络内的业务负荷保持均匀。尤其在一些人口密集的商业区，要考虑人口的流动特点，而在一些大型活动场所又会在某些时段出现突发性的话务量。进行容量优化需要对基站的话务统计数据进行仔细分析，对于既存在容量问题又存在覆盖问题的地区，可以通过增加微蜂窝或基站的方法来解决。
　　如果网络内的某个基站话务负荷很重，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，这时就需要解决由于软切换对系统信道资源的浪费问题。通过调整软切换参数降低软切换比例。如果软切换比例并不高，那么就需要通过调整天线的下倾角和方向角，使该基站的话务量能够分担到周围其他话务量较低的基站上。在调整时要特别注意兼顾对覆盖的影响，需要反复进行测试和调整的过程。
　　
　　3.3　导频污染和干扰优化
　　导频污染具体可分为导频相位污染和导频强度污染两种情况。导频相位污染是指一个小区的导频相位偏移经过传输时延后落入当前移动台激活集内某导频的搜索窗内，且该导频超过一定强度，致使移动台误认为是服务导频，从而对解调形成干扰的情况，这种情况在实际中比较少见。实际网络中比较多见的情况是导频强度污染，它是指当移动台收到超过3个以上Ec／lo强度大于T_ADD的导频，而由于移动台的RAKE接收机最多可以解调3路信号，所以多余的强度导频就对移动台的信号解调形成干扰，工程上所说的导频污染通常是指这种情况。导频污染可以认为是来自CDMA系统内的下行干扰，会严重影响移动台对下行信号的解调，情况严重时常常会引起掉话，因此是CDMA无线网络优化需要解决的重要问题之一。除导频污染这种来自CDMA系统内的干扰外，可能还存在一些来自系统外的干扰，在网络优化过程中需要通过反复实地测试，对干扰源仔细查找定位和排除。
　　导频污染问题的解决方法主要有：
　　(1)以路测数据为依据来优化系统运行以减少导频的数目，或在导频污染区域调出一个主导频来。
　　(2)对于导频相位的污染的情况，可以通过在系统中改善PN偏置分配，如选择合适的PILOT_INC和有效集搜索窗口大小，以及将相同偏置指数的导频置于尽可能远的位置，以使干扰主导频位于有效集中的导频搜索窗口之外。
　　
　　3.4　切换优化
　　切换性能优化的主要目标是解决切换失败的网络故障和对切换比例过高等性能不佳的状况进行优化。
　　在对软切换失败故障进行优化时，首先应先按照对造成软切换失败的故障原因进行分析。如果由于覆盖问题和导频污染造成的，那么应按照覆盖或导频污染来进行优化，如果不是这两方面的问题，那么切换失败多半与切换参数的设置、邻区列表的设置以及搜索窗的大小有关。对软切换参数的调整和软切换性能的优化，应根据网络负载变化情况周期性地进行。
　　
　　4　结论
　　
　　本文说明了网络优化的概念，并对掉话、接人失败、软切换失败和高误帧率这4个日常维护工作中常见的故障进行了分析，并给出了故障的处理方法，这些故障的解决方法在日常网优工作中都不可或缺。对于网络优化中的4个分类也进行了说明，当然CDMA网络系统的覆盖、容量、质量不是孤立的，而是相互制约的关系，从而导致了网络规划、优化方法及过程的复杂性，所以CDMA网络优化是一项综合性工作，对网络优化方法的分析和总结尤为重要。