降低軟切換因子提升CDMA系統(tǒng)容量的探討

張慈秀

(廈門縱橫集團(tuán)建設(shè)開發(fā)有限公司，福建 廈門 361000)

1 概述

1.1 定義 CDMA系統(tǒng)的軟切換是先與目標(biāo)基站建立連接后，待原基站信號(hào)強(qiáng)度小于一定值后再斷開與原有基站的連接，屬于“先連后斷”。軟切換可以改善話音質(zhì)量、控制干擾、降低掉話率、提高系統(tǒng)覆蓋范圍。

定義：

軟切換因子＝軟切換話務(wù)量/不含軟切換話務(wù)量，軟切換比例也叫軟切換因子。

1.2 對(duì)語音業(yè)務(wù)的影響

軟切換過程中會(huì)同時(shí)占用了幾個(gè)扇區(qū)資源，資源耗費(fèi)大于1，導(dǎo)致無線側(cè)話務(wù)負(fù)荷遠(yuǎn)大于業(yè)務(wù)話務(wù)量。顯然，過高的軟切換比例將降低資源利用率。

1.3 對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的影響

用戶進(jìn)行1X數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時(shí)，F(xiàn)CH采用軟切換，反向SCH為軟切換，但前向SCH采用硬切換。反向SCH的軟切換，將占用大量的反向資源，增加了基站的反向負(fù)載，降低了系統(tǒng)有效容量。前向SCH的硬切換，在軟切換區(qū)域會(huì)導(dǎo)致前向平均速率低于單導(dǎo)頻區(qū)域，物理層的頻繁硬切換，又將造成上層應(yīng)用（TCP層、應(yīng)用層）的時(shí)延加大，影響用戶感受度和上層速率。

所以，軟切換因子過大將造成1X數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)占用大量的反向資源，也導(dǎo)致前向速率下降、上層應(yīng)用時(shí)延加大、降低用戶感受。

2 對(duì)資源的占用情況

表一各種切換對(duì)資源占用情況匯總

表二前向定點(diǎn)測(cè)試結(jié)果

表三反向定點(diǎn)測(cè)試結(jié)果

表四切換參數(shù)通常設(shè)置

CDMA20001X系統(tǒng)最多支持三個(gè)基站共六個(gè)扇區(qū)之間的軟切換。軟切換類型包括：更軟切換、兩站兩扇軟切換、兩站三扇軟切換、兩站四扇軟切換、三站三扇軟切換、三站四扇軟切換、三站五扇軟切換、三站六扇軟切換等八種類型。各種切換在語音業(yè)務(wù)、1X數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)上對(duì)資源占用的情況見表一。

3 對(duì)1X數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的影響

我們選取某地系統(tǒng)的閑時(shí)進(jìn)行定點(diǎn)測(cè)試對(duì)比，選取扇區(qū)內(nèi)無語音及數(shù)據(jù)用戶，離基站較近的區(qū)域進(jìn)行前向性能測(cè)試。分別在單導(dǎo)頻、更軟切換、三導(dǎo)頻區(qū)域分別測(cè)試，得出測(cè)試對(duì)比數(shù)據(jù)。

3.1 對(duì)前向數(shù)據(jù)的影響

CDMA系統(tǒng)中前向FSCH基于硬切換，一旦該路信號(hào)質(zhì)量下降，將在FCH激活集中選取另外一路來分配FSCH信道。

表二是單導(dǎo)頻、更軟切換、三導(dǎo)頻區(qū)域前向性能測(cè)試的結(jié)果。

由表二看出，基于硬切換的前向SCH的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)性能,在資源充足的情況下,單導(dǎo)頻無軟切換時(shí)RLP及TCP層的速率都優(yōu)于更軟切換及多導(dǎo)頻情況。

3.2 對(duì)反向數(shù)據(jù)的影響

CDMA系統(tǒng)中反向RSCH基于軟切換，即FCH是幾路軟切換，RSCH也同時(shí)是幾路軟切換，所以1X數(shù)據(jù)用戶在軟切換區(qū)域時(shí)，反向RSCH對(duì)資源的占用很大。

表三是單導(dǎo)頻、更軟切換、三導(dǎo)頻區(qū)域反向性能的測(cè)試結(jié)果。

從表三看出，基于軟切換的反向RSCH數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，在資源充足的情況下,單導(dǎo)頻無軟切換時(shí)RLP及TCP層的速率都會(huì)比更軟切換或多導(dǎo)頻時(shí)的速率高一些，但沒有前向FSCH那么明顯。

從上述的測(cè)試及分析可以看出，1X數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)處于軟切換時(shí)，不僅占用大量系統(tǒng)資源，性能也比單導(dǎo)頻無軟切換時(shí)要差。這是CDMA的軟切換對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)最關(guān)鍵的影響，也是與語音業(yè)務(wù)最大的區(qū)別之一。語音業(yè)務(wù)時(shí)的軟切換雖然占用資源，但可以減少掉話率。

4 降低軟切換因子的幾種方法

4.1 控制扇區(qū)覆蓋

合理的覆蓋控制是整個(gè)CDMA網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的基礎(chǔ)和項(xiàng)目?jī)?yōu)化開展的前提，合理控制扇區(qū)的覆蓋范圍，減少過覆蓋、降低導(dǎo)頻污染區(qū)，達(dá)到每個(gè)扇區(qū)覆蓋的最佳化，從而降低軟切換因子。

福建某地市通過為期兩個(gè)月的覆蓋控制優(yōu)化，優(yōu)化區(qū)域內(nèi)51個(gè)基站的軟切換因子降低了5%；路測(cè)結(jié)果中更軟切換及不切換的比例提高了15%；主導(dǎo)頻Ec/IO大于-9db的比例提高了5%；4路以上導(dǎo)頻污染區(qū)域的比例降低了5%；上行應(yīng)用層平均速率比優(yōu)化前提高了10kbps，下行應(yīng)用層平均速率比優(yōu)化前提高了17kbps。

4.2 優(yōu)化切換參數(shù)

相關(guān)切換參數(shù)主要有接收導(dǎo)頻強(qiáng)度門限值T-ADD、導(dǎo)頻丟棄門限T-DROP、導(dǎo)頻丟棄定時(shí)器T-TDROP、導(dǎo)頻強(qiáng)度比較門限T-COMP。

通常密集城區(qū)與郊區(qū)的切換參數(shù)設(shè)置如表四。

某地優(yōu)化過程中部分城區(qū)站點(diǎn)T-ADDT-DROP分別設(shè)置為-14db和-16db,其軟切換因子都達(dá)到85%以上，調(diào)整T-addT-DROP分別為-12db-14DB后，這些站點(diǎn)平均的軟切換因子降到約75%左右。

加大T-ADD和T-DROP值后,多路切換能在信號(hào)較弱區(qū)帶來分集增益,但由于加大切換門限后就無法進(jìn)行軟切換,造成通話質(zhì)量下降及切換掉話等問題,所以切換參數(shù)優(yōu)化只能做為降低軟切換因子的輔助手段。

4.3 開啟增強(qiáng)型軟切換功能

增強(qiáng)型軟切換是在手機(jī)側(cè)發(fā)起切換請(qǐng)求（增加導(dǎo)頻或去除導(dǎo)頻）時(shí)進(jìn)行二次比較，即在手機(jī)側(cè)進(jìn)行軟切換二次判決，通過鄰集導(dǎo)頻強(qiáng)度與動(dòng)態(tài)門限的比較來決定是否要發(fā)送導(dǎo)頻強(qiáng)度測(cè)量消息給BSS。通過增強(qiáng)型軟切換可提高導(dǎo)頻進(jìn)入激活集的門限，降低軟切換因子。

增強(qiáng)型軟切換的開閉涉及三個(gè)參數(shù)soft_slope（切換開關(guān)）、add_intercep（t入導(dǎo)頻動(dòng)態(tài)門限截距）、drop_intercep（t去導(dǎo)頻動(dòng)態(tài)門限截距）。

增強(qiáng)型軟切換的動(dòng)態(tài)門限算法如下：

通過對(duì)上述機(jī)制的分析，增強(qiáng)型軟切換可改變過于寬松的導(dǎo)頻加入條件，限制了激活集內(nèi)的導(dǎo)頻數(shù)，又可有選擇性的將去掉導(dǎo)頻轉(zhuǎn)入候選集或鄰集，所以增強(qiáng)型軟切換不僅能降低軟切換因子，同時(shí)還能避免頻繁切換，減少切換掉話概率。

通過獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)（IBM SPSS Statistics 21）對(duì)比使用前后擬合水光指數(shù)變化是否顯著；通過ANOVA分析（IBM SPSS Statistics 21）對(duì)比3款面膜擬合水光指數(shù)提升值、擬合水光指數(shù)提升百分比是否有顯著差異來進(jìn)行區(qū)分能力的驗(yàn)證；通過Pearson相關(guān)分析（IBM SPSS Statistics 21）3款面膜消費(fèi)者自我評(píng)估水光感的強(qiáng)弱和擬合水光指數(shù)提升百分比進(jìn)行可靠性驗(yàn)證。

某地CDMA網(wǎng)絡(luò)局部開啟增強(qiáng)型軟切換功能后，路面測(cè)試軟切狀態(tài)變化如圖一所示：

由圖一可見，開啟增強(qiáng)型切換后軟切換因子明顯下降。通過路測(cè)及后臺(tái)分析發(fā)現(xiàn)從1-way（單導(dǎo)拼）、2-way（兩導(dǎo)頻）都得到 15%、10%的改善，相當(dāng)于減少了25%的切換。從統(tǒng)計(jì)上也顯示開啟增強(qiáng)型軟切換后軟切換因子可降低15%左右。

開啟增強(qiáng)型軟切換功能后,將提高手機(jī)處理器的負(fù)荷,降低電池的使用時(shí)間，且只有1X的手機(jī)才支持，其他機(jī)型會(huì)出現(xiàn)當(dāng)前導(dǎo)頻惡化后，鄰集里的強(qiáng)導(dǎo)頻還無法發(fā)送切換請(qǐng)求給BSS，導(dǎo)致切換掉話，所以在實(shí)際中使用的不多，目前基本上只是高通的標(biāo)準(zhǔn)理論定義。

4.4 優(yōu)化BSS側(cè)軟切換二次判決機(jī)制參數(shù)

BSS側(cè)軟切換二次判決機(jī)制指的是手機(jī)對(duì)接收的導(dǎo)頻信號(hào)進(jìn)行一次測(cè)量判決（鄰集有導(dǎo)頻強(qiáng)度大于T-add才發(fā)）之后發(fā)送到BSS，BSS根據(jù)目前手機(jī)的Ec/Io情況決定是否需要讓手機(jī)進(jìn)行切換，BSS側(cè)的軟切換判決即為二次判決機(jī)制。

開啟BSS側(cè)的軟切換二次判決機(jī)制后，當(dāng)手機(jī)激活集里有較強(qiáng)的導(dǎo)頻滿足通話需求時(shí)，如果鄰集里有導(dǎo)頻強(qiáng)度超過T-add門限，通過BSS側(cè)軟切換二次判決機(jī)制控制也不會(huì)進(jìn)行軟切換，這樣就降低了軟切換因子；而在信號(hào)較弱區(qū)BSS側(cè)二次判決機(jī)制判決后還會(huì)讓手機(jī)進(jìn)行軟切換，保證了通話質(zhì)量。

福建某區(qū)域CDMA網(wǎng)絡(luò)原來的軟切換因子達(dá)到80%左右，從路測(cè)來看較多區(qū)域存在兩路及兩路以上切換狀態(tài)。通過aggstrength1、aggstrength2、aggstrength3 這 三個(gè)參數(shù)優(yōu)化，分別從(-5、-7、-9)修改到（-7、-9、-10），降低了BSS側(cè)進(jìn)行軟切換二次判決的門限，即降低了手機(jī)的復(fù)合導(dǎo)頻強(qiáng)度比較門限。參數(shù)優(yōu)化前后軟切換因子變化如圖二：

圖二 參數(shù)修改前后軟切換因子變化情況

圖一增強(qiáng)型軟切換開啟前后路面測(cè)試對(duì)比情況

從表六可見軟切換二次判決參數(shù)修改后1路和2路的軟切換（更軟切換）比例提高了，相應(yīng)的3路和3路以上的軟切換比例減少了。而從路測(cè)效果來看，參數(shù)修改后整個(gè)路面平均的Ec/Io及FER比參數(shù)優(yōu)化前并沒有惡化，說明通過軟切換二次判決機(jī)制參數(shù)的優(yōu)化在不降低通話質(zhì)量的前提下，還可大大降低軟切換因子。

表六軟切換二次判決參數(shù)修改前后路測(cè)效果

5 降低軟切換因子的意義

5.1 提高系統(tǒng)有效容量

這些區(qū)域的軟切換因子降低后，在不增加投資的情況下可減少切換對(duì)網(wǎng)絡(luò)容量的占用，緩解局部區(qū)域信道擁塞、功率溢出、walsh碼不足的情況。通過降低軟切換因子，可提高網(wǎng)絡(luò)有效容量，給業(yè)務(wù)發(fā)展提供網(wǎng)絡(luò)容量保障。

5.2 提高1X數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)性能

由于1X數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在切換上與語音業(yè)務(wù)的不同，降低軟切換因子可大幅提升整個(gè)區(qū)域的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)性能。如前文所述，通過無線覆蓋控制降低5%的軟切換因子后，優(yōu)化區(qū)域的1X數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)上行應(yīng)用層平均速率提高了10kbps，下行應(yīng)用層平均速率提高了17kbps。

總結(jié)

通過上述對(duì)CDMA軟切換因子的分析，說明軟切換因子過大，資源利用率變大，系統(tǒng)的有效容量將降低，該區(qū)域內(nèi)1X數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)性能也將下降。高通公司建議軟切換因子控制在60%以內(nèi)較為合理，而目前網(wǎng)絡(luò)中一些大中城市城區(qū)的CDMA軟切換因子都達(dá)到75%以上，整體的軟切換因子偏高，所以對(duì)軟切換因子的優(yōu)化是一項(xiàng)必要且緊迫的工作。

降低軟切換因子的方法主要有四種：通過無線覆蓋控制、BSS側(cè)軟切換二次判決機(jī)制的啟用是兩個(gè)主要的手段，通過這兩個(gè)方法即可較大程度降低軟切換因子，提高網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量；而切換參數(shù)優(yōu)化、增強(qiáng)型軟切換功能開啟由于其弊端的存在，不能作為降低軟切換因子的主要手段，只能做為局部的補(bǔ)充方案。

[1]楊大成，cdma2000技術(shù)[M].北京郵電大學(xué)出版社，2000.

[2]萬曉榆，萬敏，李怡濱.CDMA移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化[M].北京：人民郵電出版社，2003.

[3]三星電子.CDMA BSS OPM PARTII[Z].2005.

[4]3GPP2 C.S005-A[Z].June 1999.