GSM系统常见掉话分析

GSM系统常见掉话分析张化民一、掉话的概念在移动通讯中，掉话是指已建立了话音信道，但由于某种原因，使此话音信道中断而无法继续进行正常通话的现象。掉话现象的出现降低了无线网络的服务质量，掉话率的大小从一个侧面反映了电讯企业的运营服务质量，因而电讯运营部门和设备供应商都比较重视这个问题。作为无线通讯，有一定限度的掉话现象是正常的，以GSM移动通讯系统来说，即使一个规划和优化作得比较好的网络，设备运行正常，由于无线传播的复杂性，同时手机用户可能快速移动，也难免存在一些区域和一些条件导致掉话现象的发生。关键在于，掉话率多高是合理的。不同的厂家由于对此问题的认识不同，设备的性能和网络规划设计的水平不同，可能有不同的标准，一般情况下，掉话率应当在1%-2%以下。掉话率的计算公式：语音信道掉话率=语音信道掉话的次数/语音信道占用的次数*100%信令信道掉话率=SDCCH掉话总次数/(SDCCH试呼总次数-SDCCH溢出总次数)*100%掉话的概念通常指语音信道的掉话。应注意的是，在一个小区内，语音信道占用的次数，不仅包括因为呼叫和寻呼而产生的TCH指派次数，还包括由于切换等原因产生的TCH分配和占用语音信道的情况。因此，语音信道占用的次数，不仅仅是TCH成功指派的次数，也不能简单认为就是TCH成功分配的次数。(因为TCH分配成功不意味着指派一定成功)二、掉话产生的若干原因。从大的方面讲，掉话产生的原因主要有以下几种:网络规划和优化工作的不够完善，使得存在一些干扰区和覆盖不良区域。切换产生的掉话。设备的性能不良或处于不良的工作状态。现在我们详细的分析一下这几种情况。1、由于信号不良而造成的掉话。特点是信号的接收电平已降低到无法维持正常的无线信道的需要，或者由于受到干扰，系统无法正常的解码，信号的质量很差，此时BSS系统一般先执行切换算法，在切换不成功(或信令的传送本身就难以成功)的情况下采用超时释放此话务信道的措施，避免无效占用系统资源，这时就会产生掉话。1）同频干扰造成的掉话。GSM网络的根本矛盾就是有限的无线资源带宽和不断增长的用户需求之间的矛盾。解决这个矛盾的方法，一个是降低信道的速率,因而同样的频率资源可以容纳更多的信道,另一个方法,是频率的复用,使得相同的频点，能够在相隔一定的距离后可以重复使用。在这种情况下，在相同的区域内，频率复用的距离大，则频率复用的次数少，系统容量则小，频率复用的距离小，虽然可以容纳更多的用户，却要冒着同频干扰的风险。在用户快速增长的巨大压力下，同时考虑到地形的复杂性，一个网络很难做到完全避免同频干扰。有时由于频率规划的失误，或网络正在进行扩容，也会产生同频干扰的情况。当MS进入此干扰区间，由于相同的频点分属不同的小区，所以完全有可能出现两个MS在相同的时隙以相同的频点分别和不同的小区的载频通话，那么这两个MS的信号对对方来说都是干扰信号，(MS接收到的来自两个基站的相同频率的信号也会相互干扰)当信噪比小于某值时，即使很先进的数字信号处理技术也不能将它们区分开来，因而造成误帧过多，话音质量过差。在不能作出有效的切换的情况下(对于干扰，一般优先执行小区内部切换，但其他频点可能没有空闲信道可用或信令本身就无法正确解码)，将会产生掉话。2）邻频干扰造成的掉话如果相邻小区中存在邻频，这些相邻频点的频谱之间有一段重叠的区域(overlap)，这些重叠的区域也将产生干扰，称为邻频干扰。但是通过仔细的频率规划可以有效的避免邻频干扰。3）覆盖不良的区域产生的掉话覆盖不良的区域的典型是孤岛站，由于周围无其他基站，在一定范围之外信号将很差并且没有相邻小区可作切换.。虽然GSM设定的最大工作范围是半径35公里左右，但是这属于一种理想情况的数据，而且主要是从传播时延对相邻信道的影响的角度来确定的。由于孤岛站一般为O型站，采用全向天线，增益较低，在一些低洼处，或高大障碍物后，或植被覆盖后面易形成信号不良区域。在城市区域，基站数量较多，理论上来说应当较少存在覆盖盲区，但是在楼房内部，地下室，或一些角落，无线信号不易到达。另外，一个很重要的问题是，街道的走向对无线信号的传播有较大的影响。城市内减少信号不良区域依然是一个问题。2、由于切换产生的掉话。任何一次切换都带有一定的风险。一次成功的切换需要涉及到很多因素。而其中任何的因素出现问题都有可能导致掉话。1）切换成功的一个很关键的因素是时间提前量的计算。时间提前量的概念从本质上来说是个同步的概念。作为大型的通讯网络，其各组成部分之间应当是严格同步的MS的同步基准来自于BTS，但是由于不同的MS和BTS的距离不同，BTS的同步信号到达MS就会有不同的传播时延，因而即使有相同的同步基准，各MS之间也不能做到严格同步，造成的问题是如果两个MS占用同一频点相邻的时隙，那么，MS到达BTS的信号就有可能重叠，造成解码困难。因此，让离基站较远的MS提前发射，补偿这个时间上的差值,从而达到各小区内不同MS之间的同步。注意补偿的应是环路的时间差。切换的时候，MS是否能够准确的知道在目标小区它应当采用的时间提前量，就成为影响切换成功率的关键因素。在相同SITE内部各小区之间或同一小区内部不同信道之间的切换，MS到这些小区的距离是一样的，因而可以做到严格意义上的同步切换;同一个BSC下的不同SITE之间的小区切换，分两种情况:一种是各基站的时钟都采用自由振荡的方式，那么，这种情况下的切换将是异步切换:另一种情况是，各BTS的时钟都来源于BSC的时钟，BSC知道MS在原小区采用的时间提前量，而同一BSC下的不同SITE之间是相互同步的(或相差固定的时钟差值)，根据这些数据，BSC可以算出MS进入目标小区应当采用的时间提前量数值。并且告诉MS，那么MS可以按照这个数值接入新的小区，这种切换称之为准同步切换。因为从严格的意义上来讲，通过计算得出的时间提前量有一定的误差。而对于跨BSC，跨MSC的切换，即使它们相互之间是同步的，但是如果要求网络侧计算时间提前量并告诉MS的话，误差也会是非常大的，因此实质上做不到同步切换。在这种情况下，采用的方法是，让MS给目标小区发送HANDOVERACCESS消息，目标小区所在的BSS据此算出时间提前量值，并通过PHISICALINFO消息将此数值发给MS。这两种消息若超时未收到，均会重发。这种需要MS首先发送一个接入BURST，然后测出时间提前量的切换，称为异步切换。异步切换的风险大于同步切换。GSM系统为了减少因切换而产生掉话的风险，切换后，在新的话务信道稳定建立之前，是不释放原信道的，为的是如果切换不成功，可以返回原信道。但是，既然要从原小区切换出去，总是有一定的原因的，或者是由于信号电平低，或者是信号质量差，或者是平衡话务量等，那么返回原信道就不一定能够成功。切换没有成功，又没有成功地返回原信道，那么就会掉话。(由于功率预算的原因而发生切换的掉话风险相对较低,因为原信道的质量不一定很差)另外,由于切换时采用的主要依据是比较MS接收的本小区和相邻小区的信号电平,不能够对未来的信道质量作出完全准确的评价,而且由于网络的复杂性和信令流程的复杂性,切换往往需要一定的时间才能完成,作为作出切换决定的数据依据已不一定能够反映现在的情况,这些原因都会造成切换的不成功.综上,我们可以设想,在话务繁忙的地区,或信号不良的地区,或信号不稳定的地区(如若干小区的信号交叉覆盖地区,容易发生切换,切换次数多了,失败的几率就大一些),或BSC,MSC控制的小区的交界处容易掉话.2）由于网络数据的配置错误或不良而产生的掉话。具体表现有以下几种:a、相邻小区单向配置(notreciprocal)，即A小区以B小区为相邻小区，但是对方却未将其列入自己的相邻小区的名单，这样发生的情况是A小区的话务向B小区转移，但是若切换不成功，则无法返回原信道。引起掉话。对此可以开发专门的软件来检查其一致性。b、相邻小区的配置不合理。网络规划作得不太完善，没有作过实际的勘测，没有充分考虑到地形的复杂性，或者距离网络设计时间较长，不能适应现在的变化等原因，导致相邻小区的配置不尽合理。将一些不合适的小区选作相邻小区，在切换发生时容易引起掉话。需要做实际的勘测和优化的工作。c、相邻小区的数据配置错误。d、切换参数的设置不尽合理。如果切换的门限设置不当，比如门限设置过低的话，那么可能未来得及发生切换，无线信道的质量已不能正常传输信令了。3、系统的性能不良引起的掉话。1)由于基站内部负责处理话音数据的信号处理器件性能不稳定，使得某个信道处理不良而引起掉话。2)基站内部诸如跳频电缆，射频电缆等接触不良，或有破损，受到外部干扰，引起掉话。3)基站的时钟精度未达到标准，引起频率稳定度不够，频偏过大，使得MS上网困难，易掉话。在GSM系统中，时钟同步的方案一般是BSS系统的时钟来源于MSC的时钟，而MSC或者采用自身携带的(足够精度的)时钟，或者取自数字同步网的时钟。而基站的载频的时钟精度是来源于BSC，最终来源于MSC。因此MSC的时钟精度不够，将使得相关的BTS的载频频率稳定度不够，频偏较大，手机难以锁定频点，因而难以上网。如果基站采用自由振荡的方式，某载频的时钟的问题，将影响此载频所在小区。4)两小区的天线接反,或天线安装不当造成干扰.三、减少掉话的措施至于减少掉话的措施要具体问题具体分析，一般来讲，OMC-R运行维护软件中都会有各小区的分时段的掉话统计报告,再结合用户的投诉,我们可以初步确定掉话的重点地区。在通常情况下，我们应当首先检查掉话率较高的小区的基站硬件设备是否有问题。包括检查掉话现象增多时的时间，以及设备的运行中的告警和通知消息报告。并且和此小区的其他性能指标在一起进行综合分析。比如，如果此小区的TCH指派成功率也较低的话，我们将考虑是否此小区的收发信机有什么问题或者天线未能正确安装(两个小区的天线装反了)，某段馈线或接头处未能完成良好的屏蔽等。其次，应当考察此小区是否受到干扰，一般在基站的话务统计报告中，基站会将自己对各载频频点的干扰报告传送到OMC-R。。基站某个载频对干扰的测量是在此载频频点某些空闲的时隙中完成的，从干扰测量报告的数据中可以初步判断干扰的级别(划分为5级)及持续的时间。如果从报告中可以得出本小区受到干扰的结论，那么，下面要作的工作是检查频率规划的方案，看看频率规划中是否错误地将相邻小区的频点设为本小区的同频或邻频，或者在实际的频率配置操作中有所失误。在每一次的网络扩容或新建改建基站之后，由于载频的数量和基站分布已被改变，一般都会考虑重新作一次频率规划，但是由于无线信号受地形地物的影响很大，作频率的重新规划时不太可能考虑得非常完善，并且扩容带来的往往是频率的更紧密的复用，因此总有一些地方会产生新的干扰区。因此，对于网络扩容或新建的网络的掉话现象，很多时候要做一次网络优化。网络优化的实际做法，首先是搜集和分析OMC-R的话务统计报表数据，以及整理用户的投诉，然后确定掉话的重点地区。网络优化人员配备网络优化的工具，一般情况下，要有测试手机GPS，电子地图和带有网络优化软件的电脑，以及测试车辆。测试手机每隔一定时间做一次拨打，接通一次通话，并且将无线话务信道的信号质量，接收电平等数据传送至电脑中。同时可以测量出此处是否存在同频干扰或邻频干扰，这些数据以不同的颜色或其他方式显示在电子地图上，包括切换的次数和原因等数据也被记录下来。这样，在掉话的多发地区进行多次测量，可以帮助我们分析网络的状况和掉话的原因。对于网络规划的不当或不够完善造成的同频干扰，除了仔细地重新进行频点的分配之外，对小区天线的调整和某些无线参数的设置调整是一种常见和简便，实用的做法。尤其在一些多个小区的信号重叠覆盖的地区更为有效。