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

1、高鐵環(huán)境下CDMA網(wǎng)絡(luò)切換掉話問題淺析_高速鐵路論文導(dǎo)讀:：求，本文針對高速環(huán)境下CDMA系統(tǒng)中切換掉話的原因從理論進(jìn)行了分析，并通過實際案例對切換掉話問題的優(yōu)化方案進(jìn)行了分析與說明。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）、運行速度快等特點，同時列車經(jīng)過的地形地貌復(fù)雜多樣，這些對鐵路沿線無線網(wǎng)絡(luò)提出更高的移動通信要求。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)境下無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)優(yōu)化工作尤其突出。通常無線網(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重要指標(biāo)。本文針對高速環(huán)境下CDMA系統(tǒng)中切換過程中發(fā)生掉話問題進(jìn)行了分析，并通過實際案例對切換掉話問題提出了相應(yīng)的優(yōu)化方案。二、高速運動對切換性能的影響（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，在列車低速運行情況下是可以滿足覆蓋要求的。但當(dāng)運行速度提到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)為一是信號覆蓋深度不夠，無法達(dá)到小區(qū)切換邊緣信號強(qiáng)度的要求；二是部分地區(qū)基站站址分布密集，周邊信號雜亂無章，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)生無主導(dǎo)頻小區(qū)問題等等。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，無線電波在特殊場景如隧道中傳播時，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)生切換掉話問題。同時不同行政區(qū)的不同設(shè)備廠家之間的高速運動下的同頻硬切換問題；以及專網(wǎng)與非專網(wǎng)之間的切換問題1。（二）高速環(huán)境下的無線電波傳播衰落特性移動通信中的無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，不僅帶來信號覆蓋深度不夠，而且伴隨著高速

4、運動帶來的接收信號快速衰落以及山體彎道處等陰影效應(yīng)也會發(fā)生快速衰落，同時由于重疊覆蓋區(qū)不夠，小區(qū)切換過程滯后于信號衰減速度，造成終端無法占用最強(qiáng)信號，進(jìn)一步惡化了覆蓋，使終端在跨越不同無線覆蓋區(qū)域時，無法保持業(yè)務(wù)的連續(xù)性。（三） 切換時延CDMA系統(tǒng)采用手機(jī)輔助的越區(qū)切換策略，切換過程中網(wǎng)絡(luò)要求移動臺測量其周圍基站的信號質(zhì)量并把結(jié)果上報，網(wǎng)絡(luò)根據(jù)測試結(jié)果決定是否進(jìn)行越區(qū)切換論文開題報告。因此，切換時延包括終端搜索、測量處理和切換執(zhí)行三個過程時間。手機(jī)不斷檢查可以得到的導(dǎo)頻信號并測試其強(qiáng)度，當(dāng)超過一定閾值T_ADD時，發(fā)送導(dǎo)頻信號測量強(qiáng)度PSMM，PSMM是CDMA軟切換時用來觸發(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)信息需要一定的時間，這個時間因為設(shè)定不同的搜索窗口寬度和判決條件會有一定的差異。搜索窗口寬度影響手機(jī)搜索時間，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锏鹊亩嗦窂椒瓷鋪磉M(jìn)行配置的，這些切換參數(shù)即判決條件影響手機(jī)切換時延。根據(jù)大量的測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果以及相關(guān)理論計算，一般不超過500ms?？紤]到軟件執(zhí)行延遲等預(yù)留切換時間設(shè)置，估計軟切換時間約為1s。在切換區(qū)大小不變的前提下，速度越快的終端穿過切換區(qū)的時間越短，由于原小區(qū)信號快速衰落，當(dāng)終端的移動速度足夠快

6、以至于穿過切換區(qū)的時間少于系統(tǒng)處理軟切換的最小時延，來不及切換到新的導(dǎo)頻上，此時就會導(dǎo)致掉話的產(chǎn)生。對于速度為300km/h的CRH動車，根據(jù)上述分析，軟切換距離為83米，因此重疊區(qū)域長度為166米2。對于同頻硬切換過程中，終端會周期性地上報PSMM消息高速鐵路，與前相同一般必須在T56m（0.2s）時間內(nèi)完成，考慮到切換之前異頻搜索請求時間，硬切換的時延約為5s，這意味著更長的重疊覆蓋區(qū)距離。三、切換掉話問題分析發(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。分析因為切換不正常而發(fā)生掉話問題，主要通過路測設(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，分析切換掉話問題的原因并提出優(yōu)化方案。（一）信號快速衰落CDMA系統(tǒng)軟切換過程中，終端發(fā)起請求要求加入新的小區(qū)PN碼信號，發(fā)送導(dǎo)頻信號強(qiáng)度測量報告，搜索器收到導(dǎo)頻強(qiáng)度測量報告，并開始發(fā)送擴(kuò)展切換指示（EHOD）消息，由于列車的高速運動以及無線環(huán)境信號快速衰落，服務(wù)小區(qū)激活集中的PN碼的Ec/Io（能噪比）急劇下降，此時存在新的PN的信號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的信號還未來得及進(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)生掉話問題。圖1是涵江局江口東大附近掉話前的無線環(huán)境測試結(jié)果圖。在測試數(shù)據(jù)中，車輛行駛在圖1發(fā)生掉話區(qū)域時，終端占用石庭模塊局PN321信號，RX尚可為-88dBm，進(jìn)行隧道后，PN321扇區(qū)信號快速衰弱，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)致終端來不及由PN321切換至P

9、N6，從而發(fā)生了掉話，信號快速衰落帶來的來不及切換區(qū)域覆蓋特點是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 掉話前無線環(huán)境解決方案：結(jié)合周邊環(huán)境調(diào)整兩個扇區(qū)PN321和 PN6的天饋系統(tǒng)，增大兩個扇區(qū)的重疊覆蓋區(qū)高速鐵路，滿足軟切換時延要求，同時考慮適當(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)的信號保持一致。為了保證重疊覆蓋區(qū)域的長度，設(shè)置一個重選點，往往通過功控來保證足夠的切換帶，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PN碼信號成為干擾而無法成為目標(biāo)小區(qū)的PN碼信號，此時雖然手機(jī)接收電平很好，但是Ec/Io越來越差，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)先級不高，從前面的分析可知，此時增加了手機(jī)搜索時間，當(dāng)信號快速衰落時也會因來不及切換而引起掉話論文開題報告。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PN碼，并結(jié)合鄰小區(qū)列表數(shù)據(jù)庫中判斷是否為未定義或雖然定義了但優(yōu)先級太低。（三）無主導(dǎo)頻在測試數(shù)據(jù)中，車輛行駛在圖2秀嶼局靈川外山門基站南面發(fā)生掉話區(qū)域時，圖2（a）中可知終端激活集收到PN碼信號有PN363、PN351、PN12，終端占用PN363信號，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，存在無主導(dǎo)頻情況。隨著車輛快速移動，終端占用的PN363信號強(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，無主導(dǎo)頻。解決方案：考慮到上述四個PN信號里掉話區(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)該路段的信號覆蓋，突出主導(dǎo)頻的信號強(qiáng)度，而削弱一些導(dǎo)頻的信號強(qiáng)度，同時優(yōu)化PN363、PN351、PN12所屬基站之間的鄰區(qū)關(guān)系。圖2（a） 掉話前無線環(huán)境圖2（b） 掉話后無線環(huán)境四、結(jié)束語通過以上分析，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。前者可以通過延長切換距離換取足夠的切換時間，保證切換過程的完整性。后者可以通過加強(qiáng)信號覆蓋，突出某一主導(dǎo)頻信號強(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)信號質(zhì)量，減少