CDMA網多載頻實施方案探討

2019-11-03 09:18:32

字體：大中小

來源：轉載

供稿：網友

　　摘要主要探討了在CDMA網絡設計時，如何考慮空閑狀態時終端的守候方式、終端業務請求時網絡資源的分配方式以及跨載頻硬切換的解決方案這3個方面的問題。

　　關鍵詞 CDMA 多載頻配置守候方式信道分配硬切換

　　0 概述

　　隨著中國聯通CDMA網用戶的逐漸增多以及二期工程的全面建設，單載頻的CDMA無線網絡已不能滿足業務量及業務類型增加的需求。我國許多大中城市的CDMA無線網均將逐步擴容至雙載頻，甚至更多載頻。針對CDMA無線網絡而言，多載頻配置時需要采用一些新的技術手段來保證網絡的運行質量，以達到運營商預期的效果。

　　采用多載頻配置，在網絡設計時應重點考慮空閑狀態時終端的守候方式、終端業務請求時網絡資源的分配方式和跨載頻硬切換的解決方案這3個問題。這些因素將直接影響多載頻CDMA網絡效能的發揮和網絡的質量。

　　1 空閑狀態時終端守候方式

　　1.1 守候方式

　　在目前的多載頻CDMA網絡中，選用恰當的終端守候方式，主要是解決空中尋呼信道（PCH）資源緊張的問題。尋呼信道的資源占用包括移動終端的尋呼、注冊、位置更新等消息內容和短信息的消息內容2個方面。可見，終端的數量以及用戶的短信息量都將直接影響PCH的使用情況。

　　在現有的網絡技術水平支持下，移動終端空閑模式時的守候方式主要有以下4種（參見圖1）。

　　1.1.1 所有終端均守候在第一頻點（如283頻點）

　　所有終端均守候在第一頻點時，隨著CDMA用戶的逐漸增加，尋呼信道中的系統消息內容勢必隨之增加。雖然短信息的消息內容可以通過控制字節的長短，將字節數超出門限設定的短消息內容分攤到業務信道（TCH）傳送，但在現有的設備情況和軟件版本下，單一頻點內支持多個PCH仍無法實現。這樣，隨著用戶的增加，PCH中傳送的用戶系統信息及短信息內容的總量將越來越多。如果不采用恰當的終端守候方式將這些消息內容分攤到不同載頻上的PCH中，必然會造成某一頻點PCH信道擁塞，從而嚴重影響網絡質量。

　　由此可見，第一種方式無法滿足目前多載頻網絡的要求，必須把終端分配到不同的頻點上守候。

　　1.1.2 采用HASHING算法分配終端

　　HASHING算法是根據終端的ESN號碼以及當前網絡中的頻點數量，通過相關性算法計算守候的頻點號，并將終端指配到該載頻守候。

　　該算法在理論上將盡可能保持各載頻守候終端數目的均衡，并且在條件不變的前提下，使計算結果始終唯一。

　　1.1.3 根據終端類型（Servers Option）分配終端

　　根據終端類型分配需要，在基本頻點（如283頻點）的尋呼信道中增加擴展信道列表信息（Extend CDMA Channel List Message）。IS-95A終端無法識別擴展信道列表，所以只能按照基本信道列表信息（CDMA Channel List Message）提供的頻點（如283頻點）守候；1x終端則忽略基本信道列表信息，根據擴展信道列表信息進行定向，從而指配到相應的1x載頻（如201頻點）守候，這樣便能達到使不同類型的終端守候在不同載頻上的目的。

　　1.1.4 采用HASHING和終端類型分配的組合算法分配終端

　　采用HASHING和終端類型分配的組合算法分配終端，是上兩種方法的組合，主要用于載頻數量更多的1x和IS-95A的混合系統，可以更加靈活地按照設計思路指配終端守候的頻點。

　　在這種方式下，IS-95A終端按照基本信道列表信息中的頻點組進行HASHING分配；1x終端按照擴展信道列表信息中的頻點組進行HASHING分配。

　　1.2 守候方式選擇

　　分配方式的選擇最主要是看能否解決PCH資源緊張的問題。

　　采用HASHING算法分配終端時，終端的尋呼消息會根據歸屬位置寄存器（HLR）中的位置區信息（LAC），由交換機（MSC）傳送到相關的基站控制器（BSC）、基站（BTS）群。每個BTS則根據該小區的載頻配置，采用HASHING算法計算出終端應該守候的頻點，并在該頻點的PCH中發送尋呼消息。因此，能夠有效地解決單一頻點PCH資源緊張的問題。

　　根據終端類型分配頻點時，由于系統設備中（無論是HLR還是MSC等網元）均沒有記錄終端類型的信息，因此無線子系統（BSS）無法判斷被叫終端的類型以及守候的頻點，系統發出的終端尋呼消息也只能在所有頻點的PCH中同時發送。這樣顯然無法解決PCH資源緊張的問題，達不到分攤尋呼信息的目的。這個問題的解決，還需要各廠家在系統軟件方面進行相應的修改和調整。

　　有鑒于此，目前采用HASHING算法分配終端是較為簡便、有效的方案。

　　1.3 可能存在的問題

　　網絡采用HASHING算法的終端守候方式時，在多載頻的邊界區還可能出現一個新問題。即終端在待機模式下，由多載頻區域移動到單載頻區域（如郊區、室內覆蓋區域等）時，若原來終端被指配到201頻點守候，則該終端移動到單載頻區域后，由于201頻點信號消失，將會出現掉網現象。而終端將自動進行重新搜索，并重新守候到基本頻點（283頻點）。重新搜索所需要的時間與終端的類型等有關系。

　　對于這個問題，目前還沒有好的解決辦法，即使邊界區域的基站設置有偽導頻設備，問題仍無法得到解決。因為偽導頻信號中并沒有控制信道，終端也無法從中獲取系統信息。

　　這種情況出現的比例比較低，僅僅發生在邊界區域，而在這個短暫掉網的時間內被尋呼的概率更低，因此相比不采用HASHING算法造成無線網絡PCH擁塞而言，對網絡和用戶感覺的影響都較小。但當用戶沿多載頻區的邊界線移動時，這種情況的發生將會比較頻繁，因此在網絡設計時應慎重考慮多載頻邊界區的選取，以保證網絡質量。

　　此外，采用HASHING算法的終端守候方式在具體應用時還可能遇到網絡中存在少量舊版本終端不支持HASHING算法和不同廠家設備的支持情況不盡相同的問題。這樣，選擇守候方式時還需要考慮網絡的實際情況。

　　2 多載頻網絡業務信道的分配

　　2.1 業務信道分配對網絡性能的影響

　　業務信道的分配決定了無線網絡資源的使用情況，直接影響到設備資源的利用率和系統的性能。

　　業務信道分配不合理對網絡的直接影響有以下幾個方面。

　　2.1.1 導致話務擁塞

　　業務信道分配不合理或控制不精確，可導致小區中某些載頻的負荷過重而其他載頻負荷較輕，導致技術性的話務擁塞。

　　2.1.2 影響切換成功率

　　業務信道分配不合理或控制不精確，對于周圍小區終端的切換請求，會因無法分配無線資源而導致切換失敗，影響網絡切換成功率。

　　2.1.3 影響分組數據業務

　　對不同業務的信道分配控制不合理，可能導致話音業務占用過多的1x信道資源，限制分組數據業務的使用，影響數據吞吐率。

　　2.2 業務信道的分配方式

　　不同廠家的設備對業務信道分配的具體實現方式大同小異。以雙載頻配置為例，常用的方式有以下幾種：

　　a）根據業務類型區分，將所有的話音業務指配到283頻點，將1x數據業務指配到201頻點。

　　b）在方式（1）的基礎上，對283頻點的負荷情況進行控制，將超出負荷門限的話音業務請求指配到201頻點。

　　c）將所有IS-95A終端的話音業務指配到283頻點，所有1x終端的話音業務和數據業務均指配到201頻點。同時對283頻點的負荷情況進行控制，將超出負荷門限的話音業務請求指配到201頻點。

　　d）將所有IS-95A終端的話音業務指配到283頻點，守候在283頻點的1x終端的話音業務優先指配到283頻點，守候在201頻點1x終端的話音業務和所有1x終端的數據業務均指配到201頻點。同時對283頻點的負荷情況進行控制，將超出負荷門限的話音業務請求指配到201頻點。

　　e）對話音業務請求，無論終端在哪個頻點發起，均不對負荷和指配進行控制，直接使用該頻點的業務信道資源；數據業務請求則指配到201頻點。

　　f）對任何終端發起的話音業務請求，均優先指配該終端守候頻點的業務信道資源。同時根據201頻點的功率分配情況，對該頻點的話音業務負荷和分組數據業務負荷比例進行控制，將超過話音業務負荷設定門限的業務請求指配到283頻點，以確保有一定的網絡資源供分組數據業務使用。

　　功率分配門限的設置可以預留一部分共享功率，由話音業務和數據業務分享。如對數據業務保留60％～７0％的功率，對話音業務保留40％～50％的功率，詳見圖2。

　　可以有不同的方法實現上述方式b）、方式c）和方式d）中的載頻負荷控制。一種是通過扇區功率分配來判定小區負荷（如功率分配達到80％為門限），另一種是通過扇區沃爾氏碼（Walsh Code）的使用情況判定小區負荷（如占用32個沃爾氏碼為門限）。通過沃爾氏碼的使用情況判定小區的負荷難以精確控制，存在一定的誤差；而采用功率分配的情況進行判定，對小區負荷的控制相對精確，應優先考慮。

　　2.3 業務信道分配方式的選擇

　　上述6種分配方式各有特點，適用于不同的網絡。

　　a）對于話音業務量較大的地區，僅283頻點無法滿足業務需求，故不宜采用方式a）。

　　b）方式b）僅將283頻點過負荷部分的話音業務指配到201頻點，能夠充分保證數據業務的網絡資源，但對話音業務存在一定影響，如會影響話音業務的接入和終端軟切換的成功率等。

　　c）方式c）和方式d）的差別在于1x終端話音業務的指配，隨著1x終端類型比例的變化，這2種方式對網絡性能的影響也不一樣，1x終端比例較高時，可能影響網絡提供數據業務的能力。應當結合網絡的實際情況選擇具體應用方式。

　　d）在數據業務量較大的情況下，方式e）可能無法保證201頻點數據業務的網絡資源需求。

　　e）方式f）是在方式e）的基礎上，對201頻點進行負荷控制，目的是通過靈活恰當的功率分配設定，保證201頻點預留一定比例的網絡資源供分組數據業務使用，從而在話音業務的保證和數據業務能力的預留方面找到一個理想的平衡點。

　　由此可見，話音業務負荷情況、終端比例情況、數據業務量等是影響業務信道分配方式選擇的重要因素。在實際網絡中，系統設備、終端和業務量的情況千差萬別，具體的實現方案應切合網絡的實際情況，一方面要考慮網絡資源的合理分配，另一方面還要考慮可能對話音業務切換產生的影響。

　　3 多載頻邊界區域的硬切換

　　多載頻邊界區域發生的硬切換主要是跨載頻硬切換，同時還有因系統制式不同而產生的硬切換。

　　因系統制式產生的硬切換主要指1x話音業務從1x服務區移動到IS-95A服務區時，發生的由RC3到RC1的編碼切換。

　　3.1 跨載頻硬切換的主要方式

　　跨載頻硬切換主要發生在終端由多載頻區域向少載頻區域移動的過程中，這種異頻硬切換的觸發主要有以下3種方式。

　　3.1.1 偽導頻觸發硬切換方式

　　采用偽導頻方式解決邊界區域的異頻硬切換是最傳統、也最有效的解決方案。它需要邊界地區的所有單載頻小區配置偽導頻設備，發射第二載頻偽導頻信號。終端從雙載頻區域移動過來時，通過偽導頻信號的引導，使終端能夠適時切換到單載頻小區。

　　這種方案的優點是無線網絡規劃及小區參數設置簡單，對任何版本的移動終端都適用，切換成功率高，并且不會影響邊界小區的容量。缺點是需要在所有邊界單載頻小區增加偽導頻設備，網絡設備投資額較高。

　　目前有些廠家的基站設備已具備跳頻偽導頻功能，當邊界區域載頻配置相差2個頻點以上時，邊界小區只需增加一套偽導頻設備，它能采用跳頻的工作方式在多個頻點循環發射偽導頻信號，而不需要在每個頻點都安裝偽導頻設備，從而大大減少了設備投資。

　　3.1.2 數據庫輔助硬切換方式

　　數據庫輔助硬切換方式無需增加任何硬件設備，只是通過對邊界區域雙載頻小區進行相關的設置，使該小區實時監測終端的信號強度等參數，并判斷它的移動方向和距離。當終端移動到相鄰小區時，觸發異頻硬切換來保持通話的連續。

　　這種方案的優點是無需額外硬件投資，實施簡便，對任何版本的移動終端都適用。缺點是采用軟件觸發異頻硬切換會影響邊界小區的容量；參數設置比較復雜；網絡優化難度較大；同時由于無線環境的復雜性，完全由軟件進行判斷和觸發硬切換會帶有一定的誤差，所以切換成功率沒有采用偽導頻方式高。

　　3.1.3 手機輔助的硬切換方式

　　達到IS-95B版本要求的CDMA終端都具備了異頻掃描功能，終端在邊界區域通話時可以按照系統的指示，在壓縮的空閑時間內掃描測試其他頻點的導頻強度，并根據相應的門限設定，適時地切換到單載頻小區。

　　這種方式的優點是對無線網絡不需進行任何硬件增加和軟件設置，切換成功率較高。缺點是由于IS-95A以前的版本終端無異頻掃描功能，在邊界區域隨著位置的移動和信號強度的逐漸減弱，會發生掉話而無法正常切換現象；同時不同廠家設備對該功能的支持程度也不同，實際網絡應用比較困難。

　　3.2 跨載頻硬切換對業務的影響

　　對于話音業務而言，通話的實時性要求非常高，硬切換的成功與否直接影響到通話過程的連續性，切換失敗的直接后果就是掉話、通話中斷。

　　對于分組數據業務而言，數據傳送的實時性不高，空中信道資源的分配也是根據數據傳送量的需求而隨時變化的（如在休眠模式下，雖然PPP連接依然保持，但所有的空中信道資源都將被釋放），因此，硬切換對數據業務的影響很小，即使切換失敗，對于數據業務也僅僅是出現短暫的休眠狀態，PPP連接可以依然保持，隨后空中信道資源將會重新建立和分配，用戶感覺不明顯。

　　綜上所述，硬切換對話音業務的影響比較大，所以在網絡規劃中制定終端守候、分配和跨載頻切換方案時都應著重考慮它對話音業務的影響。

　　3.3 跨載頻硬切換的方式選擇

　　3.3.1 宏蜂窩系統的多載頻邊界區域

　　偽導頻觸發的硬切換方式和數據庫輔助的硬切換方式各有優缺點。從保證網絡質量、提高硬切換成功率的角度出發，建議優先考慮采用偽導頻觸發的硬切換方式；對于一些話務量較低、切換頻度不高的區域，根據設備的具體性能情況，也可以采用數據庫輔助的硬切換方式。

　　3.3.2 室內微蜂窩系統與室外宏蜂窩系統間的多載頻邊界區域

　　這種情況下的邊界區域與第一種情況的最大差別是切換邊界不連續，邊界小區的覆蓋半徑不一致，而且零星分布在整個網絡中。如果采用數據庫輔助的硬切換方式，一般很難通過參數的合理設定來控制室內外的切換邊界，另外對邊界小區的容量影響也將導致整個網絡性能的大幅下降。因此對于室內外的多載頻邊界區域，建議采用偽導頻觸發的硬切換方式。

　　3.4 跨載頻硬切換邊界選取

　　3.4.1 宏蜂窩系統內的多載頻邊界區域

　　盡量將邊界區域設置在低話務密度及低切換頻率的區域，并且保證多載頻覆蓋區的連續，避免出現載頻配置不一致的空洞地區。

　　3.4.2 室內外的多載頻邊界區域

　　室內外系統的切換邊界應盡量避免設在用戶移動頻繁的區域，對于建筑物的低層（1～2層），應避免切換邊界位于室外，而應盡量控制在室內的入口區；對于建筑物的高層（3層以上），應盡量將切換邊界設在室外，從而盡量避免切換。

　　4 結束語

　　由于我國CDMA網多載頻的應用才剛剛起步，網絡中設備類型多、終端類型和版本復雜，所以在實際應用中勢必會遇到各種技術問題，只有結合實踐應用，才能找到符合網絡實際情況的技術方案。

　　
摘自《郵電設計技術》

上一篇：2.4GHz頻段上新一代點對點無線技術

下一篇：cdma系統的功率控制