高鐵環(huán)境下CDMA網(wǎng)絡(luò)切換掉話問(wèn)題淺析_高速鐵路

1、高鐵環(huán)境下CDMA網(wǎng)絡(luò)切換掉話問(wèn)題淺析_高速鐵路論文導(dǎo)讀:：求，本文針對(duì)高速環(huán)境下CDMA系統(tǒng)中切換掉話的原因從理論進(jìn)行了分析，并通過(guò)實(shí)際案例對(duì)切換掉話問(wèn)題的優(yōu)化方案進(jìn)行了分析與說(shuō)明。論文關(guān)鍵詞：CDMA，高速鐵路，越區(qū)切換一、引言鐵路新型列車CRH（China RailwayHigh-speed）具有車體密封性好，穿透損耗高（一般達(dá)到20dB）、運(yùn)行速度快等特點(diǎn)，同時(shí)列車經(jīng)過(guò)的地形地貌復(fù)雜多樣，這些對(duì)鐵路沿線無(wú)線網(wǎng)絡(luò)提出更高的移動(dòng)通信要求。為確保系統(tǒng)能快速、全面提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和用戶感知度，高鐵環(huán)境下無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)優(yōu)化工作尤其突出。通常無(wú)線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的主要性能指標(biāo)有網(wǎng)絡(luò)覆蓋率、接續(xù)成功率、掉話率、切

2、換成功率等，在以上主要數(shù)據(jù)指標(biāo)中，掉話率是影響網(wǎng)絡(luò)整體性能和用戶感知度的一個(gè)重要指標(biāo)。本文針對(duì)高速環(huán)境下CDMA系統(tǒng)中切換過(guò)程中發(fā)生掉話問(wèn)題進(jìn)行了分析，并通過(guò)實(shí)際案例對(duì)切換掉話問(wèn)題提出了相應(yīng)的優(yōu)化方案。二、高速運(yùn)動(dòng)對(duì)切換性能的影響（一）現(xiàn)網(wǎng)組網(wǎng)方式現(xiàn)網(wǎng)的鐵路沿線移動(dòng)通信蜂窩小區(qū)呈線狀覆蓋且大多采用城鄉(xiāng)基站兼顧鐵路覆蓋的方式，在列車低速運(yùn)行情況下是可以滿足覆蓋要求的。但當(dāng)運(yùn)行速度提到200km/h以上，原有的組網(wǎng)方式基本上不能滿足覆蓋要求，主要表現(xiàn)為一是信號(hào)覆蓋深度不夠，無(wú)法達(dá)到小區(qū)切換邊緣信號(hào)強(qiáng)度的要求；二是部分地區(qū)基站站址分布密集，周邊信號(hào)雜亂無(wú)章，干擾電平較高；有的地區(qū)基站天饋系統(tǒng)分布不合

3、理，容易發(fā)生無(wú)主導(dǎo)頻小區(qū)問(wèn)題等等。這些特征使得終端容易發(fā)生快速切換和頻繁切換，進(jìn)而降低系統(tǒng)效率，增加了掉話的可能性。高鐵經(jīng)過(guò)的地形復(fù)雜多樣，橋梁高速鐵路，隧道等占有一定的比例，無(wú)線電波在特殊場(chǎng)景如隧道中傳播時(shí)，由于隧道壁的吸收及電波的干涉作用而受到較大的衰耗，隧道區(qū)域存在弱覆蓋問(wèn)題甚至盲區(qū)，并且因切換區(qū)域設(shè)置不當(dāng)容易發(fā)生切換掉話問(wèn)題。同時(shí)不同行政區(qū)的不同設(shè)備廠家之間的高速運(yùn)動(dòng)下的同頻硬切換問(wèn)題；以及專網(wǎng)與非專網(wǎng)之間的切換問(wèn)題1。（二）高速環(huán)境下的無(wú)線電波傳播衰落特性移動(dòng)通信中的無(wú)線傳播衰落有多徑衰落和陰影衰落，在高鐵環(huán)境下，由于車速加快和車體損耗的增大，不僅帶來(lái)信號(hào)覆蓋深度不夠，而且伴隨著高速

4、運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的接收信號(hào)快速衰落以及山體彎道處等陰影效應(yīng)也會(huì)發(fā)生快速衰落，同時(shí)由于重疊覆蓋區(qū)不夠，小區(qū)切換過(guò)程滯后于信號(hào)衰減速度，造成終端無(wú)法占用最強(qiáng)信號(hào)，進(jìn)一步惡化了覆蓋，使終端在跨越不同無(wú)線覆蓋區(qū)域時(shí)，無(wú)法保持業(yè)務(wù)的連續(xù)性。（三） 切換時(shí)延CDMA系統(tǒng)采用手機(jī)輔助的越區(qū)切換策略，切換過(guò)程中網(wǎng)絡(luò)要求移動(dòng)臺(tái)測(cè)量其周圍基站的信號(hào)質(zhì)量并把結(jié)果上報(bào)，網(wǎng)絡(luò)根據(jù)測(cè)試結(jié)果決定是否進(jìn)行越區(qū)切換論文開(kāi)題報(bào)告。因此，切換時(shí)延包括終端搜索、測(cè)量處理和切換執(zhí)行三個(gè)過(guò)程時(shí)間。手機(jī)不斷檢查可以得到的導(dǎo)頻信號(hào)并測(cè)試其強(qiáng)度，當(dāng)超過(guò)一定閾值T_ADD時(shí)，發(fā)送導(dǎo)頻信號(hào)測(cè)量強(qiáng)度PSMM，PSMM是CDMA軟切換時(shí)用來(lái)觸發(fā)切換流程空中接

5、口消息。從手機(jī)發(fā)送PSMM消息開(kāi)始，到切換完成以后的手機(jī)發(fā)出確認(rèn)信息需要一定的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間因?yàn)樵O(shè)定不同的搜索窗口寬度和判決條件會(huì)有一定的差異。搜索窗口寬度影響手機(jī)搜索時(shí)間，搜索窗口寬度和切換觸發(fā)參數(shù)T_ADD、T_DORP、T_TDORP是根據(jù)當(dāng)?shù)貍鞑キh(huán)境的色散情況，綜合考慮當(dāng)?shù)氐牡匦魏徒ㄖ锏鹊亩嗦窂椒瓷鋪?lái)進(jìn)行配置的，這些切換參數(shù)即判決條件影響手機(jī)切換時(shí)延。根據(jù)大量的測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果以及相關(guān)理論計(jì)算，一般不超過(guò)500ms?？紤]到軟件執(zhí)行延遲等預(yù)留切換時(shí)間設(shè)置，估計(jì)軟切換時(shí)間約為1s。在切換區(qū)大小不變的前提下，速度越快的終端穿過(guò)切換區(qū)的時(shí)間越短，由于原小區(qū)信號(hào)快速衰落，當(dāng)終端的移動(dòng)速度足夠快

6、以至于穿過(guò)切換區(qū)的時(shí)間少于系統(tǒng)處理軟切換的最小時(shí)延，來(lái)不及切換到新的導(dǎo)頻上，此時(shí)就會(huì)導(dǎo)致掉話的產(chǎn)生。對(duì)于速度為300km/h的CRH動(dòng)車，根據(jù)上述分析，軟切換距離為83米，因此重疊區(qū)域長(zhǎng)度為166米2。對(duì)于同頻硬切換過(guò)程中，終端會(huì)周期性地上報(bào)PSMM消息高速鐵路，與前相同一般必須在T56m（0.2s）時(shí)間內(nèi)完成，考慮到切換之前異頻搜索請(qǐng)求時(shí)間，硬切換的時(shí)延約為5s，這意味著更長(zhǎng)的重疊覆蓋區(qū)距離。三、切換掉話問(wèn)題分析發(fā)生切換掉話的因素很多，弱覆蓋（快衰落）、導(dǎo)頻污染、干擾、相關(guān)切換參數(shù)設(shè)置（鄰區(qū)配置或者相鄰集搜索窗設(shè)置）等等。分析因?yàn)榍袚Q不正常而發(fā)生掉話問(wèn)題，主要通過(guò)路測(cè)設(shè)備或其它呼叫跟蹤設(shè)備采

7、集空中接口消息，采集掉話前后的信息，關(guān)注掉話區(qū)域的覆蓋接收電平RX、發(fā)射電平TX、誤幀率FER等性能指標(biāo)，分析跟蹤掉話前后的信令流程，檢查掉話前手機(jī)上報(bào)的PSMM消息中當(dāng)前所駐留的PN碼以及掉話后同步的PN碼，綜合這些信息，分析切換掉話問(wèn)題的原因并提出優(yōu)化方案。（一）信號(hào)快速衰落CDMA系統(tǒng)軟切換過(guò)程中，終端發(fā)起請(qǐng)求要求加入新的小區(qū)PN碼信號(hào)，發(fā)送導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量報(bào)告，搜索器收到導(dǎo)頻強(qiáng)度測(cè)量報(bào)告，并開(kāi)始發(fā)送擴(kuò)展切換指示（EHOD）消息，由于列車的高速運(yùn)動(dòng)以及無(wú)線環(huán)境信號(hào)快速衰落，服務(wù)小區(qū)激活集中的PN碼的Ec/Io（能噪比）急劇下降，此時(shí)存在新的PN的信號(hào)Ec/Io迅速加強(qiáng)瞬間進(jìn)入候選集（Ca

8、ndidate Set）中，但是由于兩PN碼對(duì)應(yīng)的小區(qū)軟切換區(qū)太小，使得候選集中新的PN的信號(hào)還未來(lái)得及進(jìn)入激活集，在強(qiáng)干擾的作用下導(dǎo)致Ec/Io迅速變差，從而發(fā)生掉話問(wèn)題。圖1是涵江局江口東大附近掉話前的無(wú)線環(huán)境測(cè)試結(jié)果圖。在測(cè)試數(shù)據(jù)中，車輛行駛在圖1發(fā)生掉話區(qū)域時(shí)，終端占用石庭模塊局PN321信號(hào)，RX尚可為-88dBm，進(jìn)行隧道后，PN321扇區(qū)信號(hào)快速衰弱，從信令流程可以看出終端在0.14s內(nèi)，其激活集內(nèi)PN321的Ec/Io由-8dB降到-21dB，誤幀率達(dá)到100%。而江口東大PN6的導(dǎo)頻信號(hào)突然出現(xiàn)且Ec/Io達(dá)到-11.5dB，瞬間進(jìn)入候選集，導(dǎo)致終端來(lái)不及由PN321切換至P

9、N6，從而發(fā)生了掉話，信號(hào)快速衰落帶來(lái)的來(lái)不及切換區(qū)域覆蓋特點(diǎn)是RX較好、TX較小、FER高，從信令分析中一般表現(xiàn)為掉話后手機(jī)同步到新的導(dǎo)頻集。圖1 掉話前無(wú)線環(huán)境解決方案：結(jié)合周邊環(huán)境調(diào)整兩個(gè)扇區(qū)PN321和 PN6的天饋系統(tǒng)，增大兩個(gè)扇區(qū)的重疊覆蓋區(qū)高速鐵路，滿足軟切換時(shí)延要求，同時(shí)考慮適當(dāng)加強(qiáng)PN6的導(dǎo)頻功率。另外，由于發(fā)生掉話區(qū)域是在隧道，除了增大軟切換區(qū)之外，還需要選擇切換區(qū)位置，通常將切換帶設(shè)計(jì)在隧道外，并將切換區(qū)延伸到隧道口，一般可考慮100200米的切換距離，使隧道口和隧道外一定距離內(nèi)的信號(hào)保持一致。為了保證重疊覆蓋區(qū)域的長(zhǎng)度，設(shè)置一個(gè)重選點(diǎn)，往往通過(guò)功控來(lái)保證足夠的切換帶，保

10、證合理的軟切換比例。（二）鄰區(qū)配置不合理由于無(wú)限環(huán)境及服務(wù)小區(qū)的各種原因，鄰區(qū)規(guī)劃往往與實(shí)際情況存在一定的差異。鄰區(qū)配置不合理表現(xiàn)為三種。第一種漏定義鄰區(qū)，MS發(fā)送PSMM請(qǐng)求切換，要求加入新的小區(qū)PN碼，由于未定義鄰區(qū)關(guān)系，新的小區(qū)PN碼不是激活集中所有PN的鄰小區(qū)，不能進(jìn)入激活集，只能保留在候選集，因此該P(yáng)N碼信號(hào)成為干擾而無(wú)法成為目標(biāo)小區(qū)的PN碼信號(hào)，此時(shí)雖然手機(jī)接收電平很好，但是Ec/Io越來(lái)越差，F(xiàn)ER逐漸增大誤幀率升高，最終導(dǎo)致掉話。第二種是鄰區(qū)配置優(yōu)先級(jí)不高，從前面的分析可知，此時(shí)增加了手機(jī)搜索時(shí)間，當(dāng)信號(hào)快速衰落時(shí)也會(huì)因來(lái)不及切換而引起掉話論文開(kāi)題報(bào)告。第三種越區(qū)覆蓋破壞了鄰區(qū)

11、關(guān)系，由于未將周邊小區(qū)加入到鄰區(qū)中，導(dǎo)致同頻干擾，Ec/Io非常小容易發(fā)生掉話3。解決方案：鄰區(qū)配置不合理引起的切換掉話問(wèn)題從信令分析也表現(xiàn)為掉話后手機(jī)同步到新的導(dǎo)頻集。通過(guò)查找該同步消息之前系統(tǒng)下發(fā)的鄰區(qū)列表更新最近的消息，看是否有定義該P(yáng)N碼，并結(jié)合鄰小區(qū)列表數(shù)據(jù)庫(kù)中判斷是否為未定義或雖然定義了但優(yōu)先級(jí)太低。（三）無(wú)主導(dǎo)頻在測(cè)試數(shù)據(jù)中，車輛行駛在圖2秀嶼局靈川外山門(mén)基站南面發(fā)生掉話區(qū)域時(shí)，圖2（a）中可知終端激活集收到PN碼信號(hào)有PN363、PN351、PN12，終端占用PN363信號(hào)，Rx為-88.25dBm左右，Ec/Io為-21.12dB左右高速鐵路，終端發(fā)射功率（TxPower）達(dá)

12、到7.08dBm，存在無(wú)主導(dǎo)頻情況。隨著車輛快速移動(dòng)，終端占用的PN363信號(hào)強(qiáng)度逐漸變差，在掉話前PN363始終還未切換到PN312上，導(dǎo)致切換失敗，從而導(dǎo)致掉話。從圖中可以看出，該路段Ec/Io整體覆蓋差，無(wú)主導(dǎo)頻。解決方案：考慮到上述四個(gè)PN信號(hào)里掉話區(qū)域距離較遠(yuǎn)，可以檢查距離較近的基站秀嶼局靈川外山門(mén)基站PN15和PN102扇區(qū)是否閉鎖，進(jìn)一步加強(qiáng)該路段的信號(hào)覆蓋，突出主導(dǎo)頻的信號(hào)強(qiáng)度，而削弱一些導(dǎo)頻的信號(hào)強(qiáng)度，同時(shí)優(yōu)化PN363、PN351、PN12所屬基站之間的鄰區(qū)關(guān)系。圖2（a） 掉話前無(wú)線環(huán)境圖2（b） 掉話后無(wú)線環(huán)境四、結(jié)束語(yǔ)通過(guò)以上分析，高鐵環(huán)境下主要發(fā)生兩大類切換，一是快速切換，二是頻繁切換。前者可以通過(guò)延長(zhǎng)切換距離換取足夠的切換時(shí)間，保證切換過(guò)程的完整性。后者可以通過(guò)加強(qiáng)信號(hào)覆蓋，突出某一主導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度以及采用功分同PN技術(shù)克服系統(tǒng)內(nèi)頻繁切換。為了保證高鐵環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)信號(hào)質(zhì)量，減少