CDMA高FER的优化

CDMA高FER的优化钱振技中国联通宁波分公司运行维护部摘要：本文重点分析FER对网络的影响，以及高FER产生原因以及解决方法。关键词：FER、话音质量、掉话、搜索窗一、引言在CDMA移动通信系统中，网络优化较为重要，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。无线网络的性能通常由话音质量、无线覆盖、掉话率、呼叫成功率、系统容量和建筑物穿透率等确定。而CDMA网络还包括误帧率、软切换比率等。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。本文着重分析高FER网络的影响以及优化方法。二、FER定义以及在系统中的地位FER(误帧率)是CDMA系统的语音质量指标，指接收端完成信道解码之后的20ms帧的误帧率。CDMA语音编码的全速率业务信道(9600bit/s)的20ms帧中有172个信息比特，12个CRC校验比特，语音译码器通过CRC校验来判定该帧是否有误码，如果有误码则认为该帧为错误帧。该指标跟掉话机制密切相关，当MS接收到前向链路信号质量较差时，导致较高FER，表明前向链路不好，这时如果MS连续接收到12个坏帧，MS就停止发射。同时MS的T5m（一般设为5秒）计数器开始倒计时。如果在计数器到期之前，MS接收到了2个连续的好帧则计数器复位，MS重新发射；如果计数器到期了仍然没有复位，MS重新初始化，导致掉话。另外FER在前功控中起到非常重要的作用，基站通过移动台对前向链路误帧率的报告来决定是增加发射功率还是减小发射功率。移动台的报告分为定期报告和门限报告。定期报告顾名思义就是隔一段时间汇报一次，门限报告就是当FER（误帧率）达到一定门限时才报告。这个门限是由运营者根据对话音质量的不同要求设置的。这两种报告可以同时存在，也可以只要一种，可以根据运营者的具体要求来设定。三、FER的测试方法当接收到帧以后，要进行一些质量检测。这些质量检测是为了确定帧速率以及检查比特差错。坏帧定义为接收的检测出有比特差错或没有足够的质量来确定帧速率的帧。误帧率定义为错误的全速率帧的个数与总的全速率帧的个数之比。一般是在正常通话时测量，也可以使用Markov测试，测量的时间必须有效即平均话长在100~120s以上。目前宁波联通用安捷伦仪表进行路测，每个月都对城区道路以及高速公路进行测试，其中专门有对FFER（前向误帧率）的考核。FER数据应按如下的方法收集及处理：在路测软件上将手机设置成长话呼叫，同时打开GPS，我们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，呼叫保持时间最大值，呼叫间隔时间10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。当测试完成后，用后台分析软件对采样点进行分析。在作突发误帧率的测试时使用前向FER测试相同的数据，后处理软件首先将数据按每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。目前使用较多的后台软件为ACTIX，在DownlinkMeasurements模块下可选FER指标进行分析，并导到工作表上。在删除空白点后，计算FER≤3%的比例并进行考核。按照省公司的标准，城区道路FER≤3%的比例在99%以上是满分，而高速满分是在98%以上。经过平时不断的优化，这2项基本上都能拿到满分。一般测试出FER比较差的点往往是用户投诉的信号较弱区域以及直放站覆盖区域，还有新开站后邻小区没有优化好的区域。四、高FER原因的分析及其优化高误帧率有可能是导致切换失败和掉话的主要原因。话音质量是一个主观性很强的指标，如果通话模糊，用户往往会进行投诉。话音质量与误帧率有很大的关系，并且误帧率可以客观地测量到。如果测量到的误帧率超过预先设定的目标值，就需要详细分析系统性能找出原因。分析反向的误帧率需要基站日志，这些数据一般由网络运营商维护，一般不易得到。1、前向链路高FER原因分析如果前向FER太高，则说明没有足够的前向Eb/Io，前向链路高FER的原因主要有：前向业务信道太差、导频信号太差等。1)、前向业务信道太差：如果移动台的接收功率和导频Ec/Io都很高，强导频意味着移动台在小区的覆盖范围内，但是前向链路FER很高，说明可能是前向业务信道太差。主要原因有：前向链路功控的反应速度太慢、业务信道的最大增益太低、基站已经终止前向业务信道、导频污染。前向链路功控的反应速度太慢：前向功控就是基站调整分配给每个业务信道的功率，使处于不同传播环境下的各个移动台都得到足够的信号能量。该调整范围较小，在标称功率上下浮动范围建议是3~4dB。在标准中未给出其具体实现，由各基站设备商自己设计算法实现，因此各个设备厂家可能不同。基站通过移动台对前向链路误帧率的报告来决定是增加发射功率还是减小发射功率。移动台的报告分为定期报告和门限报告，这两种报告可以同时存在，也可以只要一种或两种都不用。它是根据运营商的具体要求来设定的。如果导频信号很强，但分配给前向业务信道的功率不足，前向功控过程就有可能跟不上信道的变化。业务信道的最大增益太低：业务信道的最大增益是系统运营商可以设置的参数，如果此增益太低，系统将不会给前向业务信道分配足够的功率。基站已经终止前向业务信道：当反向链路丢失时，基站将最终终止前向业务信道。导频污染：错误的PN偏置规划将导致同一个区域的多个基站进入移动台的搜索窗口，不同基站的多径合并后可能产生较高的导频Ec/Io，但业务信道传送所有呼叫，两个不同业务信道的相加导致高的FER。2)导频信号太差：导频信号差说明已经发生了系统丢失，在这种情况下移动台的接收功率可能高也可能低。主要原因有：切换失败、捕获失败。切换失败：如果移动台日志上显示可以检测到强导频，则是切换失败导致高误帧率。移动台在通话过程中经常会发生切换，如果切换失败，误帧率就会变大，随后就有可能掉话。捕获失败：如果移动台日志上显示没有检测到强导频，则是捕获失败。导致捕获失败的主要原因有：搜索窗太小、前向干扰太大、覆盖问题。a.搜索窗太小：如果接收功率很高，激活集搜索窗SRCH-WIN-A40chips，则说明激活集搜索窗太小不足以收集足够的强多径。b.前向干扰太大:：如果接收功率很高，并且激活集搜索窗也比较大，则意味着捕获失败是由于前向链路存在强干扰。c.覆盖问题：如果接收功率很低，同时导频的Ec/Io小，可能是移动台在通话过程中已移出系统覆盖范围，又可分为两种情况：移动台确实移出覆盖范围：如果POWERtraffic/POWERpilot0.5，则是移动台确实移出覆盖范围。往返时延（RTD）硬切换失败：如果服务小区是系统之间的边界小区，则是往返时延（RTD）硬切换失败。如果使用往返时延（RTD）技术来初始化硬切换，不需要检测“导频信标”。基站必须在知道移动台在边界小区中，并且往返传播时延超过指定门限时才初始化硬切换。导致硬切换失败的原因有三个：一是边界小区未定义，为了使用往返时延（RTD）硬切换技术，必须在基站数据库中正确地定义边界小区。如果基站不知道移动台在边界小区中，就不会初始化硬切换。二是硬切换参数问题，在硬切换期间，基站指定两个重要的参数值，NOM-PWR和NUM-PREAMBLE。如果这两个值设置的不正确，硬切换可能会失败。三是没有将边界小区与其它导频隔离，如果移动台在进行软切换或更软切换，切换判决算法将不指示进行硬切换。硬切换算法一般设计成只有当移动台在边界小区中、不处于切换状态，且传播时延超过往返时延门限时才初始化硬切换。若由于覆盖问题而导致高FER，可以调整的参数有：搜索窗、覆盖参数和减小前向干扰。2．反向链路高FER原因分析当反向FER过高时，说明没有足够的反向Eb/Io，产生反向链路高FER的原因主要有：反向链路干扰太大、反向业务信道功率不足、系统覆盖问题、切换失败。1)反向链路干扰太大：如果基站的接收功率很高，并且TX-GAIN-ADJ0，则是反向链路干扰太高，干扰源包括：其它移动通信系统、LOS微波系统和不受控的CDMA用户单元。2)反向业务信道功率不足：如果移动台的接收功率很高，并且导频的Ec/Io也很高，则是反向业务信道功率不足。出现此情况的原因有：移动台的发射机已经被关闭、反向外环功控的问题、前反向链路不平衡和基站搜索问题。移动台的发射机已经被关闭：如果没有发射功率，则是移动台已经关闭其发射机。IS-95A标准规定，如果移动台连续接收到12个坏帧，就将关闭其发射机。反向外环功控的问题：如果移动台的发射功率没有达到最大，则是反向外环功控的问题。对应反向业务信道的功率控制是基于传播环境的，如果要求移动台的功率增加太快，可能会导致外环功控跟不上，可以对外环功控的速度加以控制。前反向链路不平衡：如果导频信道很好，而反向业务信道很差，并且移动台的发射功率已达到最大，则可能是前反向链路不平衡。基站搜索问题：如果基站的业务信道的搜索窗口太小（40chips），可能会检测不到比较强的多径。3)系统覆盖问题：如果移动台的发射功率达到最大，并且导频的Ec/Io较低，则是系统覆盖问题。产生原因与前向高FER相同。4)切换失败：如果移动台的发射功率达到最大、TX-GAIN-ADJ0，并且有强导频存在，则是切换失败。分析反向的误帧率需要基站日志，一般不易得到。目前主要是对前向FER进行优化，提高性能指标。六、常见问题及优化措施1.导频信号功率不足：路径损耗很高时会出现覆盖空洞，随着负载的增加，允许的路径损耗减少。即使无载导频测试时没有空洞，有载测试时也可能出现覆盖空洞。优化措施：第一步将最强服务基站的发射功率以步长为2dB增加，对于比较小的小区，发射功率余量比较小，增加发射功率可能不够；第二步可以增加天线增益或调整天线方向角，但是可能造成其它区域的覆盖问题；第三步可以增加新的基站或直放站。2.强导频数目太多或激活集太多低功率导频：不在激活集的强信号是对激活集基站信号的强干扰，另外强导频数目太多会增加移动台处于软切换的时间。移动台处于激活集的导频数达到上限时，其中最低的一个导频在一个新的导频加入之前必须从激活集中移出，造成移动台激活集中的导频交换，导致呼叫处理的时延。这段时间FER可能明显升高。优化措施：第一步以2dB步长减少激活集最低功率导频的发射功率，产生一个或两个主要服务导频，但要进行测试以确保这些小区的覆盖没有下降；第二步如果发射功率足够，主要服务区的发射功率以2dB步长增加，此时要检查邻近小区以保证没有产生太大的干扰；第三步可以调整天线参数。3.主要服务区掉话：如果一个强导频不在激活集或邻集列表中，移动台无法对它进行软切换，此时该导频成为干扰源。如果强导频的PN在邻集列表中，但是搜索窗太小，由于传播时延没有被搜索到，移动台无法将这个强导频报告给服务基站，因此无法对它进行软切换，此时该导频成为干扰源。优化措施：第一步检查邻集列表保证该导频在邻集列表内，如果不在，必须调整邻集列表的长度来包括这个导频；第二步如果这个导频在邻集列表中，则必须增大搜索窗。4.PN复用问题：通常在距离足够远的小区之间有PN复用，如果来自两个基站分配的PN相同，接收功率近似相同，就会出现同信道干扰。同时如果某个PN触发了移动台发送导频强度测量消息，基站很难处理邻集，特别是移动台恰好在两个基站之间时，基站很难确定哪个要列入。优化措施：检测PN分配，而且需要进行附加的PN规划。5.前向链路话音质量不好：业务信道的信噪比是信号能量、干扰、衰落、多径、移动台速度和切换状态的函数，达到一定话音质量的信噪比门限可能变化很大。基站的发射功率受到前向过载控制门限的限制，移动台可能不能接收到