CDMA2000多载波交界规划研究

摘要

    文章讨论了在CDMA2000系统中，手机在多载波交界区域由于无线规划不合理引起的瞬间脱网、被叫不良等常见的缺陷，并根据CDMA2000协议中相关空闲切换操作流程分析了原因，随后总结多载波交界建网的若干要求，最后提出了CDMA2000下多载波交界区域规划经验原则。

    1、手机在空闲状态下的行为

    由于CDMA2000的大容量特点，长期以来对其无线建网的讨论往往都是在单载波（一个频点）的基础上进行的，但在实际应用中单载波并不总是能满足话务需求——在城市密集区域尤其如此。于是双载波（或多载波）应用不断出现，又由于成本原因，运营商往往根据话务情况只在局部区域设置两载波（多载波）。这样所产生的一个问题是，手机在跨越单载波和双载波间的交界区域发生异频切换时，易出现脱网现象。如图1所示：

    图1 单、双载波覆盖交界区

    空闲状态下，手机要周期性唤醒以便监听寻呼信道、接收网络各类信息、来话寻呼消息等等。如果前向物理层传输质量下降，手机需要在丢失网络前预先切换到邻近信号更强的小区，一般情况下只要切换前原来寻呼信道传输质量尚可，手机内搜索器有关候选导频的定时记忆让切换等同于直接替换活动集导频。空闲切换是手机执行正常的小区重选程序没有所谓离网现象；反之，当手机由于当前寻呼信道高差错率，手机内部程序认为要放弃当前无线系统，并再次启动初始化过程，由于初始化前通常伴随无线信号衰落——表现为手机指示收信电平或者导频强度衰落，而之后的初始化网络搜索和同步捕获期间手机无有效网络服务，即表现为空闲时离网。

    过多离网现象产生的不利影响在于前向信道来话的寻呼信令被丢失可能性提高，对手机而言往往发生被叫寻呼超时，以及前向开销信道、业务信道较多的错帧导致无线侧呼叫建立失败。而且小区高路径损耗需要增加前反向功率，这将消耗更多基站功率资源，反向受发射功率限制更容易产生掉话。由此可知，存在手机空闲模式下瞬间离网的区域必然普遍有电话拨打困难、易掉话等现象。

    总的来说，在载波交界区空闲手机离网主要有两个原因：一个是无线覆盖的薄弱区域，此时一般有高传播损耗和导频污染两种情况；另一个是网络或者终端对空闲切换的支持不够完善，例如有关邻小区导频搜索方面的限制导致手机不能及时发现其它载频上可用导频信号，手机和网络设备制造商对规范中建议的空闲切换操作支持程度不够等。对运营有两载波或多载波CDMA2000网络的运营商来说，尽可能地减少多载波交界处手机的脱网具有重要意义。

    2、多载波交界处空闲切换技术

    CDMA2000规范中有关空闲操作可以概括为监视寻呼信道、手机导频搜索、空闲切换三部分。

    ◆寻呼信道监视——3秒钟的寻呼信道监视定时器，连续3秒寻呼信道消息错帧即判信道丢失，并触发手机初始化。发生离网实际上是指寻呼信道的3秒钟丢失。在正常情况下，空闲时手机辅助的导频测量可以及时进行切换过程避免寻呼信道丢失。

    ◆导频搜索——手机连续扫描相邻基站可用的导频信号以发现更好邻小区，手机获取邻小区表广播从而知道所有邻区导频偏置，为帮助手机更好地进行导频搜索基站额外提供每个邻区载频与寻呼信道配置，方便手机在邻小区指定的载频上搜索导频信号。在IS-95/1X规范中，有关手机空闲时操作的建议都提供了手机搜索与当前载频相异频率的导频信号同样可选择性，称可选择性源于协议，原文表诉为“可以”而不用“应该”来表明对其它载频的搜索规定，为支持异频搜索基站一方所作的改动仅是在寻呼信道邻区表消息里为每个邻小区增设一个NGHBR-CONFIG参数，而对手机来说可能忽略这一参数。手机的最基本功能只是搜索当前载频上的导频信号，因而限制了它发现其它载频上邻小区导频，特别当手机恰好位于某个载频交界，极易由于载频衰落引起的手机离网。由手机辅助的异频测量是空闲时载波切换可能实现方法之一，但缺点是需要手机支持。

    ◆空闲切换——一旦候选导频的测量超过当前导频3dB，手机完成活动集导频替换后开始在新的寻呼信道上监听。空闲切换避免手机停留在已经衰落的小区上，因此能够防止离网的发生。

    从以上手机空闲行为的概要介绍中可以知道，手机能否顺利穿越载频交界，及时完成载波空闲切换是得到合乎网络性能要求，减少手机离网，改善交界小区呼叫、寻呼指标等，一方面要有良好的覆盖，控制好小区范围，减少多导频信号范围；而且还需要辅助手机完成跨载波空闲切换的机制。目前，几种主要的载波空闲切换机制有些需要手机额外功能的配合，另外一些则对手机透明，大体上可将其分为三类：

    ◆伪导频实现方式——这是CDMA2000系统中辅助载波间切换的主要方式。该功能实现时对手机透明。主要原理是在包裹载波交界小区的外围小区设置附加载频的伪导频、同步信道和寻呼信道。手机在交界上既可以收到双载频小区开销信道，又能收到伪导频，伪导频提供外围小区信号覆盖范围，当手机穿越载波交界时，根据伪导频指示空闲切换到外围小区。手机空闲时只是在伪导频上更新开销信道消息，之后立即转移到公共载波上。只要在包围载波交界小区周围环绕一层伪导频就能帮助手机在空闲时进行跨载波切换，对手机空闲操作无特殊要求。这样，只要合理规划伪导频区域，就能够避免手机空闲时的离网现象。

    ◆手机辅助导频测量方式——异频搜索时需要手机支持，规范建议为可选择项。对几款主流CDMA手机的验证表明，均不支持异频测量功能，所以，让手机测量其它载波来完成载波之间切换目前基本不可行。

    ◆设备厂家自行提供的实现方式——为了解决终端的跨载波切换问题，部分设备供应商提供了自己的解决方案。这些方案基本也是通过在载波交界小区的周围基站发射辅助导频信号来引导手机完成空闲、通话时跨载波切换。

    3、不同技术的测试及结果

    以上将三类不同的载波交界处切换技术分别从网络和终端两方面进行了比较，这三种技术要求的网络和终端功能有很大区别，我们对前两种技术的实际使用效果做了对比，并比较了他们在导频测量精度、切换的灵敏性、优化运用中灵活方面的差异。

    ◆伪导频测试：

    结果：所有手机都能在伪导频引导下进行空闲、通话跨载波切换。

    优点：伪导频方式独立于终端，兼容性最好。

    缺点：需要基站侧配置附加载波设备，成本投入较高。

    伪导频连续发射与一般导频相同，因此能够保证手机导频测量精度，切换灵敏性与同频空闲和通话软切换相当；此外，伪导频有独立设置的信道增益以获得需要的覆盖范围，有利于在双载波交界区域话务量、覆盖区域、切换比率实现灵活调整。

    ◆手机辅助导频测量

    结果：几款主流手机都不能在伪导频引导下进行空闲、通话跨载波切换。

    原因：测试用手机均不能测量另一个载波上的导频信号，因此空闲手机穿越载波交界时肯定要发生离网现象。由于IS-95/2000规范没有明确要求终端必须具备异频搜索功能，所以，从该测试结果我们推测多数手机应该都不具备同时搜索两个载波上导频的能力，手机还是必须要依靠网络侧发射的辅助导频信号来触发切换的执行。

    4、载波交界网络规划的基本原则

    通过以上几种空闲、专用模式切换辅助机制的性能比较后，我们得到载波交界区的基本规划原则：

    ◆要有平衡的无线覆盖——双载波覆盖应形成连片区域，中心区各基站的两个载波要有基本相同的覆盖范围。

    ◆双载波交界区外围单载波基站要能提供伪导频——所有外围基站均应配置伪导频或虚拟导频，仔细选择定义为过渡带的小区——往往要依实际测试而定，其标准是能否将双载波区域局限到环状过渡区内。

    ◆导频功率设置——处在交界的双载波小区其第一频点覆盖范围略小于第二载波，外围基站的第二载波伪导频覆盖稍大于同基站第一载频，通过导频增益优化避免在空闲手机交界区乒乓切换，由软切换门限建立合理的切换交界，均匀分配话务负荷。

    5、小结

    载波交界区域缺少完整的双载波过渡带是目前CDMA2000网络普遍存在的缺点。尤其是单载频室内分布站点以双载频基站为邻区时，手机没有任何措施辅助进行空闲切换，极易造成空闲状态的离网，从而影响用户对整个网络的性能评价。为了避免这一问题，本文对多载波交界处无线规划进行了探讨并初步提出了规划原则。