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摘 要 主要探討了在CDMA網(wǎng)絡設計時，如何考慮空閑狀態(tài)時終端的守候方式、終端業(yè)務請求時網(wǎng)絡資源的分配方式以及跨載頻硬切換的解決方案這3個方面的問題。
關鍵詞 CDMA 多載頻配置 守候方式 信道分配 硬切換
0 概述
隨著中國聯(lián)通CDMA網(wǎng)用戶的逐漸增多以及二期工程的全面建設，單載頻的CDMA無線網(wǎng)絡已不能滿足業(yè)務量及業(yè)務類型增加的需求。我國許多大中城市的CDMA無線網(wǎng)均將逐步擴容至雙載頻，甚至更多載頻。針對CDMA無線網(wǎng)絡而言，多載頻配置時需要采用一些新的技術手段來保證網(wǎng)絡的運行質量，以達到運營商預期的效果。
采用多載頻配置，在網(wǎng)絡設計時應重點考慮空閑狀態(tài)時終端的守候方式、終端業(yè)務請求時網(wǎng)絡資源的分配方式和跨載頻硬切換的解決方案這3個問題。這些因素將直接影響多載頻CDMA網(wǎng)絡效能的發(fā)揮和網(wǎng)絡的質量。
1 空閑狀態(tài)時終端守候方式
1.1 守候方式
在目前的多載頻CDMA網(wǎng)絡中，選用恰當?shù)慕K端守候方式，主要是解決空中尋呼信道（PCH）資源緊張的問題。尋呼信道的資源占用包括移動終端的尋呼、注冊、位置更新等消息內容和短信息的消息內容2個方面�？梢�，終端的數(shù)量以及用戶的短信息量都將直接影響PCH的使用情況。
在現(xiàn)有的網(wǎng)絡技術水平支持下，移動終端空閑模式時的守候方式主要有以下4種（參見圖1）。
1.1.1 所有終端均守候在第一頻點（如283頻點）
所有終端均守候在第一頻點時，隨著CDMA用戶的逐漸增加，尋呼信道中的系統(tǒng)消息內容勢必隨之增加。雖然短信息的消息內容可以通過控制字節(jié)的長短，將字節(jié)數(shù)超出門限設定的短消息內容分攤到業(yè)務信道（TCH）傳送，但在現(xiàn)有的設備情況和軟件版本下，單一頻點內支持多個PCH仍無法實現(xiàn)。這樣，隨著用戶的增加，PCH中傳送的用戶系統(tǒng)信息及短信息內容的總量將越來越多。如果不采用恰當?shù)慕K端守候方式將這些消息內容分攤到不同載頻上的PCH中，必然會造成某一頻點PCH信道擁塞，從而嚴重影響網(wǎng)絡質量。
由此可見，第一種方式無法滿足目前多載頻網(wǎng)絡的要求，必須把終端分配到不同的頻點上守候。
1.1.2 采用HASHING算法分配終端
HASHING算法是根據(jù)終端的ESN號碼以及當前網(wǎng)絡中的頻點數(shù)量，通過相關性算法計算守候的頻點號，并將終端指配到該載頻守候。
該算法在理論上將盡可能保持各載頻守候終端數(shù)目的均衡，并且在條件不變的前提下，使計算結果始終唯一。
1.1.3 根據(jù)終端類型（Servers Option）分配終端
根據(jù)終端類型分配需要，在基本頻點（如283頻點）的尋呼信道中增加擴展信道列表信息（Extend CDMA Channel List Message）。IS-95A終端無法識別擴展信道列表，所以只能按照基本信道列表信息（CDMA Channel List Message）提供的頻點（如283頻點）守候；1x終端則忽略基本信道列表信息，根據(jù)擴展信道列表信息進行定向，從而指配到相應的1x載頻（如201頻點）守候，這樣便能達到使不同類型的終端守候在不同載頻上的目的。
1.1.4 采用HASHING和終端類型分配的組合算法分配終端
采用HASHING和終端類型分配的組合算法分配終端，是上兩種方法的組合，主要用于載頻數(shù)量更多的1x和IS-95A的混合系統(tǒng)，可以更加靈活地按照設計思路指配終端守候的頻點。
在這種方式下，IS-95A終端按照基本信道列表信息中的頻點組進行HASHING分配；1x終端按照擴展信道列表信息中的頻點組進行HASHING分配。
1.2 守候方式選擇
分配方式的選擇最主要是看能否解決PCH資源緊張的問題。
采用HASHING算法分配終端時，終端的尋呼消息會根據(jù)歸屬位置寄存器（HLR）中的位置區(qū)信息（LAC），由交換機（MSC）傳送到相關的基站控制器（BSC）、基站（BTS）群。每個BTS則根據(jù)該小區(qū)的載頻配置，采用HASHING算法計算出終端應該守候的頻點，并在該頻點的PCH中發(fā)送尋呼消息。因此，能夠有效地解決單一頻點PCH資源緊張的問題。
根據(jù)終端類型分配頻點時，由于系統(tǒng)設備中（無論是HLR還是MSC等網(wǎng)元）均沒有記錄終端類型的信息，因此無線子系統(tǒng)（BSS）無法判斷被叫終端的類型以及守候的頻點，系統(tǒng)發(fā)出的終端尋呼消息也只能在所有頻點的PCH中同時發(fā)送。這樣顯然無法解決PCH資源緊張的問題，達不到分攤尋呼信息的目的。這個問題的解決，還需要各廠家在系統(tǒng)軟件方面進行相應的修改和調整。
有鑒于此，目前采用HASHING算法分配終端是較為簡便、有效的方案。
1.3 可能存在的問題
網(wǎng)絡采用HASHING算法的終端守候方式時，在多載頻的邊界區(qū)還可能出現(xiàn)一個新問題。即終端在待機模式下，由多載頻區(qū)域移動到單載頻區(qū)域（如郊區(qū)、室內覆蓋區(qū)域等）時，若原來終端被指配到201頻點守候，則該終端移動到單載頻區(qū)域后，由于201頻點信號消失，將會出現(xiàn)掉網(wǎng)現(xiàn)象。而終端將自動進行重新搜索，并重新守候到基本頻點（283頻點）。重新搜索所需要的時間與終端的類型等有關系。
對于這個問題，目前還沒有好的解決辦法，即使邊界區(qū)域的基站設置有偽導頻設備，問題仍無法得到解決。因為偽導頻信號中并沒有控制信道，終端也無法從中獲取系統(tǒng)信息。
這種情況出現(xiàn)的比例比較低，僅僅發(fā)生在邊界區(qū)域，而在這個短暫掉網(wǎng)的時間內被尋呼的概率更低，因此相比不采用HASHING算法造成無線網(wǎng)絡PCH擁塞而言，對網(wǎng)絡和用戶感覺的影響都較小。但當用戶沿多載頻區(qū)的邊界線移動時，這種情況的發(fā)生將會比較頻繁，因此在網(wǎng)絡設計時應慎重考慮多載頻邊界區(qū)的選取，以保證網(wǎng)絡質量。
此外，采用HASHING算法的終端守候方式在具體應用時還可能遇到網(wǎng)絡中存在少量舊版本終端不支持HASHING算法和不同廠家設備的支持情況不盡相同的問題。這樣，選擇守候方式時還需要考慮網(wǎng)絡的實際情況。
2 多載頻網(wǎng)絡業(yè)務信道的分配
2.1 業(yè)務信道分配對網(wǎng)絡性能的影響
業(yè)務信道的分配決定了無線網(wǎng)絡資源的使用情況，直接影響到設備資源的利用率和系統(tǒng)的性能。
業(yè)務信道分配不合理對網(wǎng)絡的直接影響有以下幾個方面。
2.1.1 導致話務擁塞
業(yè)務信道分配不合理或控制不精確，可導致小區(qū)中某些載頻的負荷過重而其他載頻負荷較輕，導致技術性的話務擁塞。
2.1.2 影響切換成功率
業(yè)務信道分配不合理或控制不精確，對于周圍小區(qū)終端的切換請求，會因無法分配無線資源而導致切換失敗，影響網(wǎng)絡切換成功率。
2.1.3 影響分組數(shù)據(jù)業(yè)務
對不同業(yè)務的信道分配控制不合理，可能導致話音業(yè)務占用過多的1x信道資源，限制分組數(shù)據(jù)業(yè)務的使用，影響數(shù)據(jù)吞吐率。
2.2 業(yè)務信道的分配方式
不同廠家的設備對業(yè)務信道分配的具體實現(xiàn)方式大同小異。以雙載頻配置為例，常用的方式有以下幾種：
a） 根據(jù)業(yè)務類型區(qū)分，將所有的話音業(yè)務指配到283頻點，將1x數(shù)據(jù)業(yè)務指配到201頻點。
b） 在方式（1）的基礎上，對283頻點的負荷情況進行控制，將超出負荷門限的話音業(yè)務請求指配到201頻點。
c） 將所有IS-95A終端的話音業(yè)務指配到283頻點，所有1x終端的話音業(yè)務和數(shù)據(jù)業(yè)務均指配到201頻點。同時對283頻點的負荷情況進行控制，將超出負荷門限的話音業(yè)務請求指配到201頻點。
d） 將所有IS-95A終端的話音業(yè)務指配到283頻點，守候在283頻點的1x終端的話音業(yè)務優(yōu)先指配到283頻點，守候在201頻點1x終端的話音業(yè)務和所有1x終端的數(shù)據(jù)業(yè)務均指配到201頻點。同時對283頻點的負荷情況進行控制，將超出負荷門限的話音業(yè)務請求指配到201頻點。
e） 對話音業(yè)務請求，無論終端在哪個頻點發(fā)起，均不對負荷和指配進行控制，直接使用該頻點的業(yè)務信道資源；數(shù)據(jù)業(yè)務請求則指配到201頻點。
f） 對任何終端發(fā)起的話音業(yè)務請求，均優(yōu)先指配該終端守候頻點的業(yè)務信道資源。同時根據(jù)201頻點的功率分配情況，對該頻點的話音業(yè)務負荷和分組數(shù)據(jù)業(yè)務負荷比例進行控制，將超過話音業(yè)務負荷設定門限的業(yè)務請求指配到283頻點，以確保有一定的網(wǎng)絡資源供分組數(shù)據(jù)業(yè)務使用。
功率分配門限的設置可以預留一部分共享功率，由話音業(yè)務和數(shù)據(jù)業(yè)務分享。如對數(shù)據(jù)業(yè)務保留60％～７0％的功率，對話音業(yè)務保留40％～50％的功率，詳見圖2。
可以有不同的方法實現(xiàn)上述方式b）、方式c）和方式d）中的載頻負荷控制。一種是通過扇區(qū)功率分配來判定小區(qū)負荷（如功率分配達到80％為門限），另一種是通過扇區(qū)沃爾氏碼（Walsh Code）的使用情況判定小區(qū)負荷（如占用32個沃爾氏碼為門限）。通過沃爾氏碼的使用情況判定小區(qū)的負荷難以精確控制，存在一定的誤差；而采用功率分配的情況進行判定，對小區(qū)負荷的控制相對精確，應優(yōu)先考慮。
2.3 業(yè)務信道分配方式的選擇
上述6種分配方式各有特點，適用于不同的網(wǎng)絡。
a） 對于話音業(yè)務量較大的地區(qū)，僅283頻點無法滿足業(yè)務需求，故不宜采用方式a）。
b） 方式b）僅將283頻點過負荷部分的話音業(yè)務指配到201頻點，能夠充分保證數(shù)據(jù)業(yè)務的網(wǎng)絡資源，但對話音業(yè)務存在一定影響，如會影響話音業(yè)務的接入和終端軟切換的成功率等。
c） 方式c）和方式d）的差別在于1x終端話音業(yè)務的指配，隨著1x終端類型比例的變化，這2種方式對網(wǎng)絡性能的影響也不一樣，1x終端比例較高時，可能影響網(wǎng)絡提供數(shù)據(jù)業(yè)務的能力。應當結合網(wǎng)絡的實際情況選擇具體應用方式。
d） 在數(shù)據(jù)業(yè)務量較大的情況下，方式e）可能無法保證201頻點數(shù)據(jù)業(yè)務的網(wǎng)絡資源需求。
e） 方式f）是在方式e）的基礎上，對201頻點進行負荷控制，目的是通過靈活恰當?shù)墓β史峙湓O定，保證201頻點預留一定比例的網(wǎng)絡資源供分組數(shù)據(jù)業(yè)務使用，從而在話音業(yè)務的保證和數(shù)據(jù)業(yè)務能力的預留方面找到一個理想的平衡點。
由此可見，話音業(yè)務負荷情況、終端比例情況、數(shù)據(jù)業(yè)務量等是影響業(yè)務信道分配方式選擇的重要因素。在實際網(wǎng)絡中，系統(tǒng)設備、終端和業(yè)務量的情況千差萬別，具體的實現(xiàn)方案應切合網(wǎng)絡的實際情況，一方面要考慮網(wǎng)絡資源的合理分配，另一方面還要考慮可能對話音業(yè)務切換產(chǎn)生的影響。
3 多載頻邊界區(qū)域的硬切換
多載頻邊界區(qū)域發(fā)生的硬切換主要是跨載頻硬切換，同時還有因系統(tǒng)制式不同而產(chǎn)生的硬切換。
因系統(tǒng)制式產(chǎn)生的硬切換主要指1x話音業(yè)務從1x服務區(qū)移動到IS-95A服務區(qū)時，發(fā)生的由RC3到RC1的編碼切換。
3.1 跨載頻硬切換的主要方式
跨載頻硬切換主要發(fā)生在終端由多載頻區(qū)域向少載頻區(qū)域移動的過程中，這種異頻硬切換的觸發(fā)主要有以下3種方式。
3.1.1 偽導頻觸發(fā)硬切換方式
采用偽導頻方式解決邊界區(qū)域的異頻硬切換是最傳統(tǒng)、也最有效的解決方案。它需要邊界地區(qū)的所有單載頻小區(qū)配置偽導頻設備，發(fā)射第二載頻偽導頻信號。終端從雙載頻區(qū)域移動過來時，通過偽導頻信號的引導，使終端能夠適時切換到單載頻小區(qū)。
這種方案的優(yōu)點是無線網(wǎng)絡規(guī)劃及小區(qū)參數(shù)設置簡單，對任何版本的移動終端都適用，切換成功率高，并且不會影響邊界小區(qū)的容量。缺點是需要在所有邊界單載頻小區(qū)增加偽導頻設備，網(wǎng)絡設備投資額較高。
目前有些廠家的基站設備已具備跳頻偽導頻功能，當邊界區(qū)域載頻配置相差2個頻點以上時，邊界小區(qū)只需增加一套偽導頻設備，它能采用跳頻的工作方式在多個頻點循環(huán)發(fā)射偽導頻信號，而不需要在每個頻點都安裝偽導頻設備，從而大大減少了設備投資。
3.1.2 數(shù)據(jù)庫輔助硬切換方式
數(shù)據(jù)庫輔助硬切換方式無需增加任何硬件設備，只是通過對邊界區(qū)域雙載頻小區(qū)進行相關的設置，使該小區(qū)實時監(jiān)測終端的信號強度等參數(shù)，并判斷它的移動方向和距離。當終端移動到相鄰小區(qū)時，觸發(fā)異頻硬切換來保持通話的連續(xù)。
這種方案的優(yōu)點是無需額外硬件投資，實施簡便，對任何版本的移動終端都適用。缺點是采用軟件觸發(fā)異頻硬切換會影響邊界小區(qū)的容量；參數(shù)設置比較復雜；網(wǎng)絡優(yōu)化難度較大；同時由于無線環(huán)境的復雜性，完全由軟件進行判斷和觸發(fā)硬切換會帶有一定的誤差，所以切換成功率沒有采用偽導頻方式高。
3.1.3 手機輔助的硬切換方式
達到IS-95B版本要求的CDMA終端都具備了異頻掃描功能，終端在邊界區(qū)域通話時可以按照系統(tǒng)的指示，在壓縮的空閑時間內掃描測試其他頻點的導頻強度，并根據(jù)相應的門限設定，適時地切換到單載頻小區(qū)。
這種方式的優(yōu)點是對無線網(wǎng)絡不需進行任何硬件增加和軟件設置，切換成功率較高。缺點是由于IS-95A以前的版本終端無異頻掃描功能，在邊界區(qū)域隨著位置的移動和信號強度的逐漸減弱，會發(fā)生掉話而無法正常切換現(xiàn)象；同時不同廠家設備對該功能的支持程度也不同，實際網(wǎng)絡應用比較困難。
3.2 跨載頻硬切換對業(yè)務的影響
對于話音業(yè)務而言，通話的實時性要求非常高，硬切換的成功與否直接影響到通話過程的連續(xù)性，切換失敗的直接后果就是掉話、通話中斷。
對于分組數(shù)據(jù)業(yè)務而言，數(shù)據(jù)傳送的實時性不高，空中信道資源的分配也是根據(jù)數(shù)據(jù)傳送量的需求而隨時變化的（如在休眠模式下，雖然PPP連接依然保持，但所有的空中信道資源都將被釋放），因此，硬切換對數(shù)據(jù)業(yè)務的影響很小，即使切換失敗，對于數(shù)據(jù)業(yè)務也僅僅是出現(xiàn)短暫的休眠狀態(tài)，PPP連接可以依然保持，隨后空中信道資源將會重新建立和分配，用戶感覺不明顯。
綜上所述，硬切換對話音業(yè)務的影響比較大，所以在網(wǎng)絡規(guī)劃中制定終端守候、分配和跨載頻切換方案時都應著重考慮它對話音業(yè)務的影響。
3.3 跨載頻硬切換的方式選擇
3.3.1 宏蜂窩系統(tǒng)的多載頻邊界區(qū)域
偽導頻觸發(fā)的硬切換方式和數(shù)據(jù)庫輔助的硬切換方式各有優(yōu)缺點。從保證網(wǎng)絡質量、提高硬切換成功率的角度出發(fā)，建議優(yōu)先考慮采用偽導頻觸發(fā)的硬切換方式；對于一些話務量較低、切換頻度不高的區(qū)域，根據(jù)設備的具體性能情況，也可以采用數(shù)據(jù)庫輔助的硬切換方式。
3.3.2 室內微蜂窩系統(tǒng)與室外宏蜂窩系統(tǒng)間的多載頻邊界區(qū)域
這種情況下的邊界區(qū)域與第一種情況的最大差別是切換邊界不連續(xù)，邊界小區(qū)的覆蓋半徑不一致，而且零星分布在整個網(wǎng)絡中。如果采用數(shù)據(jù)庫輔助的硬切換方式，一般很難通過參數(shù)的合理設定來控制室內外的切換邊界，另外對邊界小區(qū)的容量影響也將導致整個網(wǎng)絡性能的大幅下降。因此對于室內外的多載頻邊界區(qū)域，建議采用偽導頻觸發(fā)的硬切換方式。
3.4 跨載頻硬切換邊界選取
3.4.1 宏蜂窩系統(tǒng)內的多載頻邊界區(qū)域
盡量將邊界區(qū)域設置在低話務密度及低切換頻率的區(qū)域，并且保證多載頻覆蓋區(qū)的連續(xù)，避免出現(xiàn)載頻配置不一致的空洞地區(qū)。
3.4.2 室內外的多載頻邊界區(qū)域
室內外系統(tǒng)的切換邊界應盡量避免設在用戶移動頻繁的區(qū)域，對于建筑物的低層（1～2層），應避免切換邊界位于室外，而應盡量控制在室內的入口區(qū)；對于建筑物的高層（3層以上），應盡量將切換邊界設在室外，從而盡量避免切換。
4 結束語
由于我國CDMA網(wǎng)多載頻的應用才剛剛起步，網(wǎng)絡中設備類型多、終端類型和版本復雜，所以在實際應用中勢必會遇到各種技術問題，只有結合實踐應用，才能找到符合網(wǎng)絡實際情況的技術方案。
摘自《郵電設計技術》
