CDMA2000多載波交界規(guī)劃研究

??? 文章討論了在CDMA2000系統(tǒng)中，手機(jī)在多載波交界區(qū)域由于無線規(guī)劃不合理引起的瞬間脫網(wǎng)、被叫不良等常見的缺陷，并根據(jù)CDMA2000協(xié)議中相關(guān)空閑切換操作流程分析了原因，隨后總結(jié)多載波交界建網(wǎng)的若干要求，最后提出了CDMA2000下多載波交界區(qū)域規(guī)劃經(jīng)驗(yàn)原則。

??? 1、手機(jī)在空閑狀態(tài)下的行為

??? 由于CDMA2000的大容量特點(diǎn)，長期以來對其無線建網(wǎng)的討論往往都是在單載波（一個頻點(diǎn)）的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，但在實(shí)際應(yīng)用中單載波并不總是能滿足話務(wù)需求——在城市密集區(qū)域尤其如此。于是雙載波（或多載波）應(yīng)用不斷出現(xiàn)，又由于成本原因，運(yùn)營商往往根據(jù)話務(wù)情況只在局部區(qū)域設(shè)置兩載波（多載波）。這樣所產(chǎn)生的一個問題是，手機(jī)在跨越單載波和雙載波間的交界區(qū)域發(fā)生異頻切換時，易出現(xiàn)脫網(wǎng)現(xiàn)象。如圖1所示：

??? 圖1 單、雙載波覆蓋交界區(qū)

??? 空閑狀態(tài)下，手機(jī)要周期性喚醒以便監(jiān)聽尋呼信道、接收網(wǎng)絡(luò)各類信息、來話尋呼消息等等。如果前向物理層傳輸質(zhì)量下降，手機(jī)需要在丟失網(wǎng)絡(luò)前預(yù)先切換到鄰近信號更強(qiáng)的小區(qū)，一般情況下只要切換前原來尋呼信道傳輸質(zhì)量尚可，手機(jī)內(nèi)搜索器有關(guān)候選導(dǎo)頻的定時記憶讓切換等同于直接替換活動集導(dǎo)頻?？臻e切換是手機(jī)執(zhí)行正常的小區(qū)重選程序沒有所謂離網(wǎng)現(xiàn)象；反之，當(dāng)手機(jī)由于當(dāng)前尋呼信道高差錯率，手機(jī)內(nèi)部程序認(rèn)為要放棄當(dāng)前無線系統(tǒng)，并再次啟動初始化過程，由于初始化前通常伴隨無線信號衰落——表現(xiàn)為手機(jī)指示收信電平或者導(dǎo)頻強(qiáng)度衰落，而之后的初始化網(wǎng)絡(luò)搜索和同步捕獲期間手機(jī)無有效網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，即表現(xiàn)為空閑時離網(wǎng)。

??? 過多離網(wǎng)現(xiàn)象產(chǎn)生的不利影響在于前向信道來話的尋呼信令被丟失可能性提高，對手機(jī)而言往往發(fā)生被叫尋呼超時，以及前向開銷信道、業(yè)務(wù)信道較多的錯幀導(dǎo)致無線側(cè)呼叫建立失敗。而且小區(qū)高路徑損耗需要增加前反向功率，這將消耗更多基站功率資源，反向受發(fā)射功率限制更容易產(chǎn)生掉話。由此可知，存在手機(jī)空閑模式下瞬間離網(wǎng)的區(qū)域必然普遍有電話撥打困難、易掉話等現(xiàn)象。

??? 總的來說，在載波交界區(qū)空閑手機(jī)離網(wǎng)主要有兩個原因：一個是無線覆蓋的薄弱區(qū)域，此時一般有高傳播損耗和導(dǎo)頻污染兩種情況；另一個是網(wǎng)絡(luò)或者終端對空閑切換的支持不夠完善，例如有關(guān)鄰小區(qū)導(dǎo)頻搜索方面的限制導(dǎo)致手機(jī)不能及時發(fā)現(xiàn)其它載頻上可用導(dǎo)頻信號，手機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商對規(guī)范中建議的空閑切換操作支持程度不夠等。對運(yùn)營有兩載波或多載波CDMA2000網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營商來說，盡可能地減少多載波交界處手機(jī)的脫網(wǎng)具有重要意義。

??? 2、多載波交界處空閑切換技術(shù)

??? CDMA2000規(guī)范中有關(guān)空閑操作可以概括為監(jiān)視尋呼信道、手機(jī)導(dǎo)頻搜索、空閑切換三部分。

??? ◆尋呼信道監(jiān)視——3秒鐘的尋呼信道監(jiān)視定時器，連續(xù)3秒尋呼信道消息錯幀即判信道丟失，并觸發(fā)手機(jī)初始化。發(fā)生離網(wǎng)實(shí)際上是指尋呼信道的3秒鐘丟失。在正常情況下，空閑時手機(jī)輔助的導(dǎo)頻測量可以及時進(jìn)行切換過程避免尋呼信道丟失。

??? ◆導(dǎo)頻搜索——手機(jī)連續(xù)掃描相鄰基站可用的導(dǎo)頻信號以發(fā)現(xiàn)更好鄰小區(qū)，手機(jī)獲取鄰小區(qū)表廣播從而知道所有鄰區(qū)導(dǎo)頻偏置，為幫助手機(jī)更好地進(jìn)行導(dǎo)頻搜索基站額外提供每個鄰區(qū)載頻與尋呼信道配置，方便手機(jī)在鄰小區(qū)指定的載頻上搜索導(dǎo)頻信號。在IS-95/1X規(guī)范中，有關(guān)手機(jī)空閑時操作的建議都提供了手機(jī)搜索與當(dāng)前載頻相異頻率的導(dǎo)頻信號同樣可選擇性，稱可選擇性源于協(xié)議，原文表訴為“可以”而不用“應(yīng)該”來表明對其它載頻的搜索規(guī)定，為支持異頻搜索基站一方所作的改動僅是在尋呼信道鄰區(qū)表消息里為每個鄰小區(qū)增設(shè)一個NGHBR-CONFIG參數(shù)，而對手機(jī)來說可能忽略這一參數(shù)。手機(jī)的最基本功能只是搜索當(dāng)前載頻上的導(dǎo)頻信號，因而限制了它發(fā)現(xiàn)其它載頻上鄰小區(qū)導(dǎo)頻，特別當(dāng)手機(jī)恰好位于某個載頻交界，極易由于載頻衰落引起的手機(jī)離網(wǎng)。由手機(jī)輔助的異頻測量是空閑時載波切換可能實(shí)現(xiàn)方法之一，但缺點(diǎn)是需要手機(jī)支持。

??? ◆空閑切換——一旦候選導(dǎo)頻的測量超過當(dāng)前導(dǎo)頻3dB，手機(jī)完成活動集導(dǎo)頻替換后開始在新的尋呼信道上監(jiān)聽?？臻e切換避免手機(jī)停留在已經(jīng)衰落的小區(qū)上，因此能夠防止離網(wǎng)的發(fā)生。

??? 從以上手機(jī)空閑行為的概要介紹中可以知道，手機(jī)能否順利穿越載頻交界，及時完成載波空閑切換是得到合乎網(wǎng)絡(luò)性能要求，減少手機(jī)離網(wǎng)，改善交界小區(qū)呼叫、尋呼指標(biāo)等，一方面要有良好的覆蓋，控制好小區(qū)范圍，減少多導(dǎo)頻信號范圍；而且還需要輔助手機(jī)完成跨載波空閑切換的機(jī)制。目前，幾種主要的載波空閑切換機(jī)制有些需要手機(jī)額外功能的配合，另外一些則對手機(jī)透明，大體上可將其分為三類：

??? ◆偽導(dǎo)頻實(shí)現(xiàn)方式——這是CDMA2000系統(tǒng)中輔助載波間切換的主要方式。該功能實(shí)現(xiàn)時對手機(jī)透明。主要原理是在包裹載波交界小區(qū)的外圍小區(qū)設(shè)置附加載頻的偽導(dǎo)頻、同步信道和尋呼信道。手機(jī)在交界上既可以收到雙載頻小區(qū)開銷信道，又能收到偽導(dǎo)頻，偽導(dǎo)頻提供外圍小區(qū)信號覆蓋范圍，當(dāng)手機(jī)穿越載波交界時，根據(jù)偽導(dǎo)頻指示空閑切換到外圍小區(qū)。手機(jī)空閑時只是在偽導(dǎo)頻上更新開銷信道消息，之后立即轉(zhuǎn)移到公共載波上。只要在包圍載波交界小區(qū)周圍環(huán)繞一層偽導(dǎo)頻就能幫助手機(jī)在空閑時進(jìn)行跨載波切換，對手機(jī)空閑操作無特殊要求。這樣，只要合理規(guī)劃偽導(dǎo)頻區(qū)域，就能夠避免手機(jī)空閑時的離網(wǎng)現(xiàn)象。

??? ◆手機(jī)輔助導(dǎo)頻測量方式——異頻搜索時需要手機(jī)支持，規(guī)范建議為可選擇項(xiàng)。對幾款主流CDMA手機(jī)的驗(yàn)證表明，均不支持異頻測量功能，所以，讓手機(jī)測量其它載波來完成載波之間切換目前基本不可行。

??? ◆設(shè)備廠家自行提供的實(shí)現(xiàn)方式——為了解決終端的跨載波切換問題，部分設(shè)備供應(yīng)商提供了自己的解決方案。這些方案基本也是通過在載波交界小區(qū)的周圍基站發(fā)射輔助導(dǎo)頻信號來引導(dǎo)手機(jī)完成空閑、通話時跨載波切換。

??? 3、不同技術(shù)的測試及結(jié)果

??? 以上將三類不同的載波交界處切換技術(shù)分別從網(wǎng)絡(luò)和終端兩方面進(jìn)行了比較，這三種技術(shù)要求的網(wǎng)絡(luò)和終端功能有很大區(qū)別，我們對前兩種技術(shù)的實(shí)際使用效果做了對比，并比較了他們在導(dǎo)頻測量精度、切換的靈敏性、優(yōu)化運(yùn)用中靈活方面的差異。

??? ◆偽導(dǎo)頻測試：

??? 結(jié)果：所有手機(jī)都能在偽導(dǎo)頻引導(dǎo)下進(jìn)行空閑、通話跨載波切換。

??? 優(yōu)點(diǎn)：偽導(dǎo)頻方式獨(dú)立于終端，兼容性最好。

??? 缺點(diǎn)：需要基站側(cè)配置附加載波設(shè)備，成本投入較高。

??? 偽導(dǎo)頻連續(xù)發(fā)射與一般導(dǎo)頻相同，因此能夠保證手機(jī)導(dǎo)頻測量精度，切換靈敏性與同頻空閑和通話軟切換相當(dāng)；此外，偽導(dǎo)頻有獨(dú)立設(shè)置的信道增益以獲得需要的覆蓋范圍，有利于在雙載波交界區(qū)域話務(wù)量、覆蓋區(qū)域、切換比率實(shí)現(xiàn)靈活調(diào)整。

??? ◆手機(jī)輔助導(dǎo)頻測量

??? 結(jié)果：幾款主流手機(jī)都不能在偽導(dǎo)頻引導(dǎo)下進(jìn)行空閑、通話跨載波切換。

??? 原因：測試用手機(jī)均不能測量另一個載波上的導(dǎo)頻信號，因此空閑手機(jī)穿越載波交界時肯定要發(fā)生離網(wǎng)現(xiàn)象。由于IS-95/2000規(guī)范沒有明確要求終端必須具備異頻搜索功能，所以，從該測試結(jié)果我們推測多數(shù)手機(jī)應(yīng)該都不具備同時搜索兩個載波上導(dǎo)頻的能力，手機(jī)還是必須要依靠網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)射的輔助導(dǎo)頻信號來觸發(fā)切換的執(zhí)行。

??? 4、載波交界網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的基本原則

??? 通過以上幾種空閑、專用模式切換輔助機(jī)制的性能比較后，我們得到載波交界區(qū)的基本規(guī)劃原則：

??? ◆要有平衡的無線覆蓋——雙載波覆蓋應(yīng)形成連片區(qū)域，中心區(qū)各基站的兩個載波要有基本相同的覆蓋范圍。

??? ◆雙載波交界區(qū)外圍單載波基站要能提供偽導(dǎo)頻——所有外圍基站均應(yīng)配置偽導(dǎo)頻或虛擬導(dǎo)頻，仔細(xì)選擇定義為過渡帶的小區(qū)——往往要依實(shí)際測試而定，其標(biāo)準(zhǔn)是能否將雙載波區(qū)域局限到環(huán)狀過渡區(qū)內(nèi)。

??? ◆導(dǎo)頻功率設(shè)置——處在交界的雙載波小區(qū)其第一頻點(diǎn)覆蓋范圍略小于第二載波，外圍基站的第二載波偽導(dǎo)頻覆蓋稍大于同基站第一載頻，通過導(dǎo)頻增益優(yōu)化避免在空閑手機(jī)交界區(qū)乒乓切換，由軟切換門限建立合理的切換交界，均勻分配話務(wù)負(fù)荷。

??? 5、小結(jié)

??? 載波交界區(qū)域缺少完整的雙載波過渡帶是目前CDMA2000網(wǎng)絡(luò)普遍存在的缺點(diǎn)。尤其是單載頻室內(nèi)分布站點(diǎn)以雙載頻基站為鄰區(qū)時，手機(jī)沒有任何措施輔助進(jìn)行空閑切換，極易造成空閑狀態(tài)的離網(wǎng)，從而影響用戶對整個網(wǎng)絡(luò)的性能評價。為了避免這一問題，本文對多載波交界處無線規(guī)劃進(jìn)行了探討并初步提出了規(guī)劃原則。