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CDMA 网络中高 FER 的优化
摘要：网络优化是移动通信系统增加容量、改善网络性能和服务质量的最主要手段。对 CDMA 移动通信系统尤其关键。本文详细探讨了 CDMA 移动通信系统导致高 FER 的原因及优化措施。
关键词：网络优化， FER ，掉话，切换失败
一、引言
对于移动通信运营商来说，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，并且随着中国加入 WTO 以及运营商之间竞争的加剧，网络的质量已经成为决定其命运的根本要素。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。移动通信网络是一个动态的网络，网络的负载随时都在变化，网络上的业务会不断地更新，网络对资源的需求也会动态地改变，所有这些都会导致运营商随时对自己的网络进行调整，以便优化资源配置，合理地调整网络的参数，使网络达到最佳的运行状态，这就是无线网络优化要达到的目标。
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。
二、 CDMA 移动通信网络优化的流程
网络优化根据优化基站数目的多少又分为单一基站的初始优化和多个基站有载条件下的网络优化。
单一基站的初始优化是在基站安装完毕后进行的。它包括
（ 1 ）基站设备的调试
基站设备的调试包括基站初始数据的加载、基站设备发射参数的测试和设备基础性能参数测试等。
（ 2 ）环境噪声测试
环境噪声测试的目的是了解基站周围环境的电磁干扰情况，并消除干扰源。
（ 3 ）基站工作验证
在环境噪声测试和基站调试进行完毕后，在基站正式开通之前，应对该基站进行必要的工作验证。验证工作主要包括以下内容：固定 → 移动呼叫、移动 → 固定呼叫、移动 → 移动呼叫、扇区与 PN 偏置指数的对应关系、接收信号强度、信噪比以及本基站扇区与邻近基站扇区间的切换。
由于实际系统总是在有载情况下运行的，所以系统的网络优化一般也是在有载条件下进行。即多个基站有载条件下的网络优化
对于已经投入实际运行的系统，用户数已经达到一定规模，话务量有了一定的增长，即系统在有载条件下运行，此时对系统测试获得的数据能够较真实的反映系统的实际运行情况。
网络优化工作就是通过测试和分析，发现系统的问题，修改调整系统的参数，逐步改善系统的性能，如此反复不断地进行，最终使系统在接近最优的状态下进行工作。网络优化的工作步骤大概可分为：系统调查与评估、数据采集、数据分析、制定优化方案、评估并实施优化调整方案、再次数据采集、评估优化结果等。
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。误帧率在 1~3% 之间为可接受。
对 FER 的测试就是将一套带有 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，并安装采集软件。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 网络中的基站不支持 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 ，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 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 100mX 100m 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。
后处理软件一般不计算在掉话之前的 6 秒以内的突发，软件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。
CDMA 通信网络对 FER 的一般要求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% 。
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，很难客观衡量，但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。
“ 目标 ” 前向 FER 一般是可设置的参数，系统运营商可以选择不同的 FER 目标值。
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-A0.5 ，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-ADJ>0 ，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（ 0 ，并且有强导频存在，则是切换失败。
五、通信系统中的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足够的功率以维持可接受的话音质量。来自其它系统的干扰也可能是前向链路话音质量下降的原因。
6. 反向链路话音质量不好：
如果反向链路路径损耗余量比前向链路小，会出现前反向链路不平衡，可能即使移动台以最大功率发射，仍然不能满足要求。前向链路恶化可能使反向功率控制信息变坏，使移动台朝错误的方向调整它的发射功率，同时如果移动台在前向信道发现一连串的坏帧，会关闭发射机，直到连续收到几个好帧。
7. 寻呼或接入信道失败：
寻呼信道的覆盖可能和其它信道的覆盖不匹配，导致移动台收不到寻呼信息。接入信道的性能是初始发射功率、功率步长、每系列接入试探数和试探序列数的函数。优化措施：可以增大寻呼信道增益。对于接入信道，可能需要增加接入试探数。
8. 小区孤岛问题：
一些基站的定时发生器可能会有硬件问题，这时移动台可以起呼，但是不能切换，称为小区孤岛问题。优化措施：这种问题应该在路测前使用诊断工具检测。
六、结束语
网络优化工作是一种持续性的工作， “ 无线网络优化 ” 不是一劳永逸的，要不断地对正在运行的网络进行优化。而且优化也不是一次就能达到最佳的，要不断改善才能逐渐趋近最佳。
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发表于 2009-3-19 13:25:17
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