CDMA网络优化浅谈

zjol

一、引言

通信是衡量一个国家或地区经济学问发展水平的重要标志，对推动社会进步和人类文明的发展有着重大的影响。随着我国移动用户数量的迅猛增长，移动通信网络的建设显得尤为重要。网络优化是移动通信网络建设中的一个非常重要的过程，其目的就是要改善网络的通信质量。采用快速有效的网络优化方法，改善网络的性能和服务质量成为移动通信网络运营商所关注的重要问题之一。网络优化即通过对频率设计、基站参数、网络结构等一系列调整措施，来建设一个覆盖良好、话音清晰、接通率高的优质蜂窝移动通信系统。

对于CDMA移动通信系统，网络优化更为重要，因为CDMA移动通信系统是干扰受限的通信系统。系统的容量是软容量，网络优化不仅能改善网络的性能和服务质量，还能增加系统的容量。
加强网络优化，提高网络的运行效率，实现服务水平、服务质量、经营效率以及竞争能力的提高，已成为发展的必然。

移动网络优化的目标是尽可能利用系统资源，如系统基础结构和频谱，使系统性能达到最佳。为了测量通信系统的性能，需要一些可以量化的指标对网络进行评估。指标的选择依赖评估者对不同网络性能的侧重。无线网络的性能通常由话音质量、无线覆盖、掉话率、起呼失败率、止呼失败率、系统容量和建筑物穿透率等确定。而CDMA网络还包括误帧率、软切换比率。优化过程的结果是寻找一系列系统变量的最佳值，优化有关性能指标参数，提高网络质量。

二、CDMA网络性能指标定义

掉话率——定义为成功起呼后掉话的次数除以所有起呼成功的次数。
呼叫成功率——定义为成功的呼叫次数除以总的呼叫尝试次数。
空间( 地理) 平均的FER——定义为在覆盖区内所有子块(100mX100m的bin)FER的平均值。
移动台平均发射功率——定义为所有子块(100mX100m的bin)移动台发射功率的平均值。
移动台平均接收功率——定义为所有子块(100mX100m的bin)移动台接收功率的平均值。
移动台软切换状态——定义为移动台各种软切换状态子块(100mX100m的bin)占所有测试子块的百分比。

三、CDMA网络优化的分析流程

1. 确定分析的系统及其稳定性

每个网络的配置都不一样，因此不存在通用的参数配置。在系统的实现上，对IS-95A/B中未规范的功控和切换过程，各个CDMA设备都可以有不同的算法实现。如果有了基站位置和扇区PN的信息，对分析结果的准确性将更有帮助。稳定性是指在BTS处于工作状态中时：移动台能够得到服务、登记注册、发起呼叫和接受呼叫，软切换工作正常，App版本没有变动。进一步的目标是为了保证结果的有效性，并且节省财力和时间。如果在测试过程中，有几个小区没有工作，测出来的数据就没有太大价值。
确定系统稳定性的方法有几种：

1）使用用户测试单元或者类似的设备，这种设备放在BTS附近。
2）进行预测试。初步的路测只需要在网络的主要部分的测试路线上用一部测试手机发起十几次呼叫就可以了，观测TX-GAIN-ADJUST、空闲切换和接收功率等数据，以及呼叫接入和业务信道的切换等，判断系统是否处于稳定状态。
3）导频扫描也是一个有效的办法，根据扫描的结果与网络的邻集列表比较可以确定网络的稳定性。
4）使用网络规划App预测路径损耗、接收功率、导频强度等，这些预测值在进行大规模的路测时可以用来检验系统的稳定性。例如，当接收功率的预测值与路测值相差小于30~40dB时可以认为系统是不稳定的。

2. 初始化邻集列表

邻集列表定义为移动台在某个小区里可能会得到服务的所有小区的导频偏置列表，这个列表在寻呼信道上发给用户。一个好的邻集列表可以最大限度地减小空闲切换失败率，还可以减少导频扫描时的重新初始化的次数。

当移动台处于空闲状态时，如果它从一个小区移动到另一个小区，就必须切换到新的寻呼信道上。当新导频信号比原导频信号高3dB以上，移动台会自主完成这种切换。在IS-95A中，接入过程中不允许有空闲切换，在IS-95B及CDMA2000中，接入过程中可以有空闲切换。

邻集列表的设置有以下原则：
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也应在小区A的邻集列表中；
2）邻近原则：如果两个小区相邻，那么它们要在彼此的邻集列表中；
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比例达到一定的门限，将这两个小区分别置于彼此的邻集列表中。
初始化邻集列表可以通过使用能预测路径损耗、接收功率等参数的App工具来完成。

3．优化邻集列表

根据导频扫描（导频扫描[PN SCAN]搜索所有可能的导频，通常是在覆盖区内沿预定的路线连续进行路测。根据测试结果，就可以确定路测线路上任一点能检测到的所有导频，导频扫描应在有负载条件下进行。）结果修改初始邻集列表。很强的干扰导频往往会降低系统的性能。改进的一种方法是增加强导频的空间隔离（如调整天线下倾角），另一种方法是把强导频加到邻集列表中。但要注意邻集列表中的导频不宜太多。

3. 实测收集数据

无线网络一般是使用适当的RF传播模型、天线模型、地形模型和其它模型进行规划的，但规划时不能考虑到所有影响传播的因素，因此网络建成后要进行实测。数据收集工具有CDMA空中接口测试仪、导频扫描仪、频谱仪、GPS接收机等。另外，有基站日志的帮助会使分析结果更加准确。

4. 网络故障分析及解决

性能分析有两个主要功能：第一个功能是处理数据并产生各种性能指标统计，评估系统是否满足最低性能指标，如最大掉话率等；第二个功能是检查单个失败事件并找出原因。首先处理路测数据，生成统计数据，然后检查单个失败事件的原因。一旦找到原因，需要调整系统参数，然后再测试分析。至于处理数据，可以使用多种App。需要检查的相关数据有：接收信号强度、移动台发射功率、发射功率调整、激活集导频强度、邻集导频强度等。

四、CDMA网络优化的主要内容

1．优化准备工作

1）监视基站硬件的状态：基站的安装；基站的联调；基站准备就绪。
2）基站基本测试：检查基站的收发路径；测试TX输出功率的调整范围；测试基站接收端的背景噪声；测试天线的下倾角和方向；选定基站的基本参数。
3）采集基站信息：选定基站现场测试方案；制作邻小区的列表；检查基站的运营状态并测试输出功率。
4）各CLUSTER 的规划：一般将一个系统分成多个CLUSTER（基本业务区域），一般选择两层结构的20~30个蜂窝为一个CLUSTER,CLUSTER的选择受地理位置（如水域、山脉）、相关MSC/BSC和客户的喜好的影响。先优化内层，再优化外层。
5）选定路测的线路：CLUSTER的测试线路（用于优化CLUSTER及测试CLUSTER的扩展覆盖，应完全在被测的CLUSTER预测覆盖区域内）；系统级测试线路（要经过每一个CLUSTER，用于性能测试）。所有的路测线路应使用覆盖预测图和地形地貌来定义。应包括主要的公路和主要的街道，如果时间允许还要包括一些稍小的街道。
6）频谱检测：在RF优化开始前应清楚所使用的频谱，RF组应进行频谱监测，以保证临界区域确实没有干扰。上行链路频谱和下行链路频谱都应进行检查，方法是：（1）关闭CDMA系统；（2）监视前向链路的频带；（3）监视反向链路的频带；（4）在进行CLUSTER测试前找出干扰源并将其消除。
7）核实数据库中的参数：包括功率衰减、PN偏置、邻集列表、切换门限参数和激活集/邻集/剩余集的搜索窗口。保证在优化期间剩余集窗口设为7~9，并在优化后设为0。

2．现场测试

根据实际的地理环境最后确定测试路线。

1）CLUSTER的无负载测试：主要包括三项：检查各部分是否正常工作；CLUSTER无负载覆盖测试；移动台起呼测试。

第一项主要测试各部分是否能正常工作。MSC/BSC能正常工作的标准是：MSC/BSC已完成联调；远端拨号可以进入OMC/OMP；OCNS（正交信道噪声仿真器）等必须工作正常。各蜂窝能正常工作的标准是：基站已完成功率校准并进行了全面的联调。蜂窝中天线能正常工作的标准是：RF天线、GPS和电缆已正确安装；天线模型、高度、方位角、下倾角与RF设计预测的相同。RF部分能正常工作的标准是：天线配置（包括方向、倾角）基于RF工程设计工具；邻集列表的产生也是根据设计工具和工程调整；完成了PN偏置的分配；没有频谱干扰；测试设备已配备和校准；测试车辆已配备和安排。

第二项测试的主要目的是检查覆盖盲区、多导频覆盖区域、邻集列表问题和切换区域。因此它将测量前向信道的导频和前反向链路的FER。通过监测FER来衡量通话质量。要进行的工作有盲区优化和盲区图制作；检查现场状态（包括FER和切换状态）；测试无线环境状态（包括RSSI/MS TX/FER、切换测试和链路平衡测试）。

第三项测试主要是基本呼叫处理测试，包括移动台起呼的处理状态和各切换类型的现场测试。

3．CLUSTER级的调整和优化

1）天线调整：选定天线的调整值，调整天线。
2）参数调整：分析参数，调整参数。
3）盲区优化工作：基站输出功率的确认和调整，进行天线的调整和在盲区的优化，进行各要素的优化（RSSI、MS TX、Ec/Io、FER等）。
4）最终各CLUSTER 的优化工作：各CLUSTER的测试（RSSI、MS TX、Ec/Io、FER、TX-ADJUST等），进行各切换类型的现场测试和优化和链路平衡测试。

4．系统级优化（有负载）

系统级优化是对整个系统进行全面的优化，并为系统性能测试作准备。将所有的CLUSTER组合成完整的系统。起呼失败率、掉话率和FER是系统级优化的主要参数。系统级优化的主要目标是使整个系统的性能达到最优，而不是使某个区域达到最优，因为对一个区域优化所做的任何改动都有可能影响其它区域的性能。所有优化步骤与CLUSTER级优化的步骤相同。主要集中在有问题的区域并解决问题，当改动参数时要测试周围的区域以保证对其没有很大的影响。

5．系统级性能测试

系统级性能测试是在CDMA网络正常工作及有负载的条件下重点收集整个网络的性能统计。所有的优化应在性能测试前完成；OCNS、测试车辆和所有的RF测试设备等都应正常工作；应从OMC/MSC/BSC中检查所有的基站以保证每个蜂窝能持续地正常工作；选择系统级的测试路线以保证能反映整个系统的性能，此测试路线应包括主要的公路和街道。测试的指标主要有掉话率、起呼失败率、接打失败率和FER。
五、测试方法及定义

1．建立测试

所有的测试都是使用装有符合或超过IS-95A/TIA-98移动台标准的移动台的测试车辆进行的，所有的测试都使用8K的EVRC声码器，在收集空中接口信息的同时，使用GPS来收集位置信息。

2．测试区域

所有的测试都是在网络规划的覆盖区内进行的，在服务区内选择的测试路线代表了城区的典型覆盖。为了分析数据，测试路线被分成各种不同的100mX100m的地理块，在数据采集的过程中测试车的行进速度依照普通用户的速度。室外测试路线应包括：市中心密集区、市区、郊区、乡镇、高速公路、重点公路铁路、主要观光区等；室内测试点应包括：宾馆饭店、大型百货商店、地铁、地下商店、公寓小区等。

对于室内的测试，测试方法略有改变。

3．各种性能指标的测试方法


3.1无线覆盖测试

分别对前向和反向覆盖进行测试。通过测试得到覆盖区域内各个地理位置上主导频的Ec/Io和手机的发射功率。用主导频的Ec/Io作为定义系统前向覆盖范围的尺度。用手机的发射功率来衡量反向覆盖范围。

通过标准是90%的预期覆盖区域内主导频的强度Ec/Io≥-12dB，Tx_power≤20dBm。

测试方法是将一套带有GPS、PN Scanner和手机的路测设备安装到测试车中。另外还需要一台便携电脑，并安装采集App。将手机设置成可变速率的Markov（若不支撑Markov呼叫，可拨打测试电话）长话呼叫，长话的设置为呼叫建立时间10秒，呼叫保持时间为最大值，呼叫间隔时间5秒。同时将PN Scanner和GPS打开，大家使用手机来测试发射功率，即Tx_power，使用PN Scanner来测主导频的Ec/Io。

测试车按照指定的路线行驶。将Tx_power和Ec/Io与GPS对应的位置信息记录到日志中。当测试车走遍所有的测试路线之后，处理日志中的数据。

处理结果是确认是否满足通过标准，并输出Ec/Io分布图、Tx_power分布图。


3.2误帧率
这项测试的目的是检验在覆盖区域和测试路线上、前向链路和反向链路的平均FER是否达到要求。

测试方法是将一套带有GPS和手机的路测设备安装到测试车中。另外还需要一台便携电脑，并安装采集App。数据应按如下的方法收集及处理：将手机设置成全速率的Markov长话呼叫（如果CDMA 网络中的基站不支撑Markov 呼叫，就使用有人值守的固定电话，当有呼叫进来时, 该电话被拿起并贴近电视机的喇叭,将电视调到一个一直在讲话的频道，这样产生的将主要是全速率的语音帧），同时打开GPS，使用手机来得到前向误帧率。长话的设置为呼叫建立时间10秒，呼叫保持时间为最大值，呼叫间隔时间5秒。如果发生了掉话，它会自动重拨；在呼叫的过程中，前向及反向的全速率帧将以每100帧为一时间块的形式被采集，将每一时间块里的平均数据放到100mX100m的地理块内，这样就可得到一个FER值。测试车按照指定的路线行驶。将前向误帧率与GPS采集到的位置信息记录到日志中。

当测试车走遍所有的测试路线之后，处理日志中的数据。反向误帧率是通过基站的DM得到的。

前向突发误帧率被用来测量前向业务信道的误帧分布情况, 连续的一个或多个误帧定义为一个突发。 当它与FER 测试相结合起来时，它能对前向业务信道的话音质量提供额外的信息。通常来讲，对于一给定的FER值， 如果误帧是均匀分布的（较少的突发），对于用户来说意味着更好的话音质量。 从数学上讲， 这个测试可看作是对平均FER变化的限制， 太多的长突发意味着高可变性。

在作突发误帧率的测试时使用前向FER测试相同的数据，后处理App首先将数据按每100帧分成时间块， 然后在每一时间块内统计突发的个数及长度。对突发及FER的分析都是按时间为基准， 同时把它们放到相应的地理位置。 唯一的不同在于那些从一个100帧抽样开始而在下一个100帧抽样结束的误帧是被放在结束帧对应的位置上。

后处理App一般不计算在掉话之前的6秒以内的突发，App也应剔除那些有最高FER值的一部分地理块，然后计算短突发(小于5个误帧的突发)的个数，以及长突发(有连续4个以上误帧的突发)的个数，最后计算短突发对所有突发的比率， 以及相应的长突发的比率。

通过标准是在前向和反向链路上，至少90%的预期覆盖区域内的测试路线上的平均误帧率FER≤3%。

结果处理是确认是否满足通过标准，输出测试结果：前向FER与位置图、反向FER与位置图。


3.3起呼测试
这项指标是测试整个系统的呼叫失败率。沿着指定的测试路线至少发起500次呼叫，然后统计失败的次数。一个有效的呼叫尝试定义为通过拨打非忙的电话号码进行的起呼尝试，一个成功的起呼定义为已经到达语音信道状态的呼叫。只有在覆盖区内采集的数据才会被用作分析。
通过标准是允许的最大的接入失败率为5%。

测试方法是将一套带有GPS和手机的路测设备安装到测试车中。另外还需要一台便携电脑，并安装采集App。位置信息通过GPS 接收机获得，通过前台采集App里的呼叫监控器来发起呼叫以及计算起呼的次数。将手机设置成可变速率的Markov短话呼叫（若基站不支撑Markov呼叫，可以拨叫特服电话），同时打开GPS，统计呼叫过程中总的试呼次数、接入失败的次数。短话的设置为呼叫建立时间10秒，呼叫保持时间10秒，呼叫间隔时间5秒。测试车按照指定的路线行驶。将试呼次数、接入失败的次数和空中接口的信息都记录到日志中。当测试车走遍所有的测试路线之后，处理日志中的数据。

处理结果就是确认是否满足通过标准，并输出接入失败率=接入失败的次数/总的试呼次数。


3.4掉话测试
掉话率是指发生掉话的呼叫数与成功发起呼叫总数的比值。一个成功的起呼定义为已经到达语音信道状态的呼叫，只有在覆盖区内采集的数据才会被用作分析。发生掉话的呼叫是指非移动台的原因、系统意外地失去了与移动台的射频连接，这会迫使移动台重新发起呼叫。在90%的射频覆盖区域内测试整个网络的掉话率。

通过标准是网络的掉话率≤2%。

测试方法是将一套带有GPS和手机的路测设备安装到测试车中。另外还需要一台便携电脑，并安装采集App。将手机设置成可变速率的Markov短话呼叫（若基站不支撑Markov呼叫，可以拨叫特服电话），同时打开GPS。在测试中发起一系列的呼叫，每一个电话的通话时长不应超过系统的平均通话时长(以秒为单位)。当手机掉话时，设置手机自动重拨。统计掉话的次数。一般呼叫建立时间10秒，呼叫保持时间50秒，呼叫间隔时间5秒。

测试车按照指定的路线行驶。将掉话的次数和成功发起呼叫的次数记录到日志中。当测试车走遍所有的测试路线之后，处理日志中的数据。

处理结果是确认是否满足通过标准，并输出掉话率=掉话的次数/成功发起呼叫的次数。


3.5软切换测试

软切换测试及分析采用如下方法：在测试中发起呼叫，呼叫建立的时间为10s，每一个呼叫不进行人工挂断，直到发生掉话为止。通过对测试路线的数据采集，可以分析统计出测试路线的软切换状态。

在上述测试的同时，还要进行下面的辅助测量，使用这些信息可以帮助诊断系统的问题。



3.6频谱扫描

使用频谱分析仪或具有频谱分析功能的仪器来监视在前向信道上是否收到异常的信号。


3.7 PN 扫描

使用PN Scanner对系统内的所有导频进行扫描，监控系统的邻区设置。

4．硬件配置

测试所需要的设备包括：测试移动台、频谱分析仪、扫频仪、笔记本电脑、GPS接收机。还需要有足够的电缆、双端口适配器(Dual Port Adapters)、直流/交流转换器、低噪声放大器、 滤波器、电源及其他配件。

六、CDMA系统的参数

对网络进行优化时需要调整网络的参数，CDMA系统的参数一般分为三类，第一类是需要经常调整的参数，可用于任何问题的调整。它包括：

邻集列表——如果邻集列表不完整，由于不能获得来自合并强导频信号而带来的软切换增益，将导致掉话并降低系统的性能。初始的邻集列表是根据预测App的覆盖图来完成的，需要通过路测数据来优化。邻集列表优化是最直接的优化措施。

下行链路发射功率——如果有多个弱导频存在的区域（WPA），调低干扰扇区的导频发射功率，直到此导频不再出现在有限覆盖区域的主导服务区内。对这些干扰扇区，以2~4dB的步长降低发射功率。这是一个重复的过程，随着发射功率的改变，必须更新邻集列表。

天线配置（下倾角、方向角、天线高度和天线类型）——可以通过调整天线的下倾角或天线的重定位来解决不能通过简单地改变下行链路发射功率解决的问题。基本思想就是通过改善覆盖或降低干扰来产生一个主导导频，实现的方式是将能量集中在所要求的区域或将功率泄露控制在所要求的区域外。需要注意的是：使用传播工具来预测效果，避免能够引起水平模式扭曲的过大下倾角调整，调整可能影响邻集列表。

硬切换门限（不同CDMA运营商间的切换、不同频率间的切换）。

第二类是不经常进行调整的参数，可能会在系统级影响容量和性能，只在一直存在问题的区域使用。必须谨慎地进行调整。它包括：

软切换门限——在需要优化切换性能的区域改变T-ADD、T-DROP、T-TDROP和T-COMP。这些移动台的参数只取自于主服务扇区，而不是其它服务扇区。增加T-ADD和T-DROP的值可以降低切换率，选择T-TDROP定时器使其匹配典型的导频的阴影衰落时间。降低T-COMP的值可以使弱导频更频繁地从激活集中移出，但它也增加了总的切换次数。一般的设置为：T-ADD=-13dB，T-DROP=-15dB，T-TDROP=3，T-COMP=2.5dB。

激活集和邻集搜索窗的大小（WIN-A/WIN-N）——减少搜索窗的大小可以使移动台更快地检测到导频，对多导频区域、拐角效应和高桥问题有帮助。对给定扇区的激活集的搜索窗大小一般应稍微大于所观察到的PN偏置的最大时延扩展。当使用直放站时可能需要增大搜索窗口的大小。一般的扇区设置值为SRCH-WIN-A=7，SRCH-WIN-N=7/9，SRCH-WIN-R=7，在优化后应将SRCH-WIN-R设为0。

接入信道标称和初始功率设置。

导频/寻呼/同步信道的数字增益。

第三类是固定参数，它由实验室测试和仿真得到，是基本不能进行调整的参数。它包括：
前反向功率控制门限
剩余集搜索窗的大小（WIN-R）
前反向过载控制设置点
业务信道数字增益（最小值、最大值、标称值）




七、结束语
网络优化工作是一种持续性的工作，要不断地对正在运行的网络进行优化。在网络运行初期，由于用户数较少，需要通过路测进行优化，这种过程一般需要重复多次。随着用户数的增多，可以通过网络维护中心记录的数据对网络进行优化。这种连续不断的优化工作对CDMA移动通信系统尤为重要，因为CDMA移动通信系统是干扰受限的通信系统，随着用户数量的不断增加，每个用户所受到的干扰也在增加，并且外部环境也在变化，因此需要不断修改某些网络参数。

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