Ev-Do多載波覆蓋一致性控制研究

胡寶法 ，林明輝 ，陳 文

（1.中國(guó)電信股份有限公司泉州分公司 泉州 362000；2.中國(guó)電信股份有限公司福建分公司 福州 350000）

1 引言

中國(guó)電信的 cdma2000 Ev-Do（evolution-data only）網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過(guò)近幾年的發(fā)展，用戶(hù)數(shù)量急劇增長(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷不斷提升。目前對(duì)于用戶(hù)密集區(qū)采用了多載波方案，但同時(shí)也給網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化帶來(lái)了挑戰(zhàn)。特別是無(wú)線(xiàn)環(huán)境不一致而產(chǎn)生的疊加載波覆蓋控制優(yōu)化問(wèn)題，因依靠傳統(tǒng)性能指標(biāo)分析、DT（drive test）等多載波優(yōu)化手段耗時(shí)耗力，難以實(shí)施，導(dǎo)致疊加載波存在或多或少的過(guò)覆蓋或弱覆蓋，最終影響用戶(hù)體驗(yàn)。對(duì)于多載波系統(tǒng)，傳統(tǒng)優(yōu)化方法的步驟介紹如下。

首先，通過(guò)性能指標(biāo)分析（話(huà)務(wù)量、接入距離、Ec/Io分布統(tǒng)計(jì)等）判斷各載波的覆蓋范圍。

其次，根據(jù)指標(biāo)的分析結(jié)果判斷是否存在覆蓋不一致的情況，并通過(guò)DT驗(yàn)證覆蓋差異的情況。

最后，根據(jù)DT及指標(biāo)分析，依據(jù)網(wǎng)優(yōu)人員的經(jīng)驗(yàn)調(diào)整載波功率之后再進(jìn)行DT驗(yàn)證覆蓋一致性的優(yōu)化效果。若未達(dá)到預(yù)期效果，則重復(fù)以上步驟。

由此可知，傳統(tǒng)的多載波系統(tǒng)覆蓋一致性?xún)?yōu)化過(guò)分依靠經(jīng)驗(yàn)并需要多次DT以達(dá)到優(yōu)化效果，因此，在實(shí)際使用過(guò)程中難于廣泛應(yīng)用。另外，對(duì)于目前Ev-Do多載波系統(tǒng)，散列算法駐留策略及硬指配平衡策略這兩種負(fù)荷均衡分配方法各有優(yōu)劣：前者節(jié)約系統(tǒng)資源但覆蓋不一致，容易影響接入成功率及Ev-Do轉(zhuǎn)cdma2000 1x用戶(hù)比等無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵性能指標(biāo)；后者使用戶(hù)都駐留于覆蓋較小的基本載波，再根據(jù)平衡門(mén)限進(jìn)行業(yè)務(wù)頻點(diǎn)的指配分配，但會(huì)占用較多的CPU資源，而且平衡門(mén)限需要根據(jù)各個(gè)扇區(qū)的實(shí)際話(huà)務(wù)量而進(jìn)行調(diào)整，相對(duì)繁瑣。

本文結(jié)合CDMA工作原理及協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)、大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及數(shù)值分析的思想，針對(duì)使用散列算法駐留策略的Ev-Do多載波系統(tǒng)提出了一種分析控制疊加載波與基本載波覆蓋一致性的有效方法：一方面，結(jié)合協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)駐留及起呼統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析判斷各載波的覆蓋情況；另一方面，利用DRC分析覆蓋水平可以有效避開(kāi)各種復(fù)雜的無(wú)線(xiàn)環(huán)境造成的測(cè)試?yán)щy，方便地估計(jì)覆蓋差異。最后再結(jié)合多載波無(wú)線(xiàn)環(huán)境典型模型推算出載波功率的量化調(diào)整公式，以進(jìn)行覆蓋控制優(yōu)化。

2 控制原理

2.1 散列算法及信道選擇

散列算法是把任意長(zhǎng)度的預(yù)映射，變換成固定長(zhǎng)度的散列值（一般較短）輸出。這種轉(zhuǎn)換是一種壓縮映射，即散列值的空間通常遠(yuǎn)小于輸入的空間，不同的輸入可能會(huì)散列成相同的輸出。在3GPP2 C.S0024-A協(xié)議中，散列函數(shù)有Key（一般為接入終端的ATI）、N（信道個(gè)數(shù)）及Decorrelate（用于解調(diào)相同終端不同應(yīng)用產(chǎn)生的值）3個(gè)主要參數(shù)，其具體函數(shù)可表示為：

其中，L為 Key的 0～15位，H 為 Key的 16～31位。更具體地，用戶(hù)終端在接入Ev-Do網(wǎng)絡(luò)時(shí)首先提供一個(gè)SessionSeed（是地址管理協(xié)議的公共數(shù)據(jù)，由隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生）作為散列函數(shù)中的Key，并由SectorParameters字段中的ChannelCount字段值來(lái)定義N，Decorrelate一般取0，從而確定出函數(shù)值R而選擇駐留的頻點(diǎn)。從較長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)時(shí)間來(lái)看，相同覆蓋范圍的多載波扇區(qū)各載波上由散列算法分配駐留的用戶(hù)數(shù)基本相等。因此，對(duì)于使用散列算法分配用戶(hù)駐留頻點(diǎn)的多載波扇區(qū)，可以從各載波上大量駐留與起呼數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析來(lái)確定其覆蓋情況。

2.2 Ev-Do前向數(shù)據(jù)速率控制原理

Ev-Do速率控制技術(shù)的核心思想是通過(guò)動(dòng)態(tài)控制數(shù)據(jù)速率使每個(gè)用戶(hù)以可能得到的最高速率通信。其前向鏈路速率控制算法包含如下步驟。

·導(dǎo)頻 SINR （signal to interference plus noise ratio）估計(jì)：在每個(gè)時(shí)隙，基站下發(fā)192 bit的前向?qū)ьl信號(hào)，終端通過(guò)相干積累計(jì)算前向?qū)ьl的信噪比。

·信道預(yù)測(cè)：結(jié)合過(guò)去一段時(shí)間內(nèi)前向?qū)ьl的信噪比估計(jì)，預(yù)測(cè)下一個(gè)時(shí)隙內(nèi)前向?qū)ьl的信噪比。

·根據(jù)事先設(shè)置好的或者自適應(yīng)調(diào)整的信噪比門(mén)限，用查表方法，獲得下一個(gè)時(shí)隙內(nèi)前向鏈路所能支持的最大傳送速率。

因此，DRC（data rate control）申請(qǐng)速率受 SINR 值的影響，信號(hào)的SINR越大，則DRC申請(qǐng)速率越大。QUALCOMM公司給出的二者的對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表1。

2.3 Ev-Do多載波覆蓋一致性控制算法原理

根據(jù)3GPP2 C.S0024-A協(xié)議可以知道，散列算法是根據(jù)載波的覆蓋范圍而進(jìn)行的隨機(jī)駐留策略，當(dāng)疊加載波與基本載波的有效覆蓋范圍一致時(shí)，從長(zhǎng)時(shí)間統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看，各載波上的駐留用戶(hù)數(shù)也會(huì)大致相等。再者，根據(jù)Ev-Do的數(shù)據(jù)速率控制原理可知，無(wú)線(xiàn)環(huán)境的質(zhì)量SINR值直接影響了DRC的值。故可以對(duì)駐留與起呼統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對(duì)比，逆向分析控制疊加載波的發(fā)射功率，以達(dá)到覆蓋準(zhǔn)確控制的目的。信道中SINR的基本定義為：

其中，Signal為有用信號(hào)的功率值，Interference為測(cè)量到的信號(hào)或信道干擾信號(hào)的功率，包括本系統(tǒng)其他小區(qū)的干擾以及異系統(tǒng)的干擾；Noise為底噪，與具體測(cè)量帶寬和接收機(jī)噪聲系數(shù)有關(guān)。

圖1為典型的Ev-Do多載波插花組網(wǎng)時(shí)的扇區(qū)分布，其中只有C基站-3和G基站-1扇區(qū)使用了雙載波配置。對(duì)于C基站-3扇區(qū)來(lái)說(shuō)，如果兩個(gè)載波發(fā)射功率一樣，則表明其有用信號(hào)的功率值相同，但37基本載波的干擾InterferenceBase相比于其78疊加載波的干擾InterferenceAdd大。因?yàn)镮nterferenceBase干擾源包含圖1中所有其他扇區(qū)，而InterferenceAdd干擾源則只有G基站-1扇區(qū)，即78載波的信號(hào)環(huán)境純凈，SINRAdd明顯比SINRBase好，78載波（疊加載波）有效覆蓋范圍大于37載波（基本載波）。

表1 DRC值與SINR值對(duì)應(yīng)關(guān)系

圖1 Ev-Do多載波插花組網(wǎng)扇區(qū)典型分布

根據(jù)SINR的基本定義可知，一般周邊無(wú)線(xiàn)環(huán)境穩(wěn)定（無(wú)突發(fā)干擾，無(wú)新加載波等）的情況下，SINR與載波的發(fā)射功率P成正比，即：

因此有：

其中，PNew為疊加載波優(yōu)化后的發(fā)射功率，POld為疊加載波優(yōu)化前的發(fā)射功率，即可以從載波的SINR差值推算出發(fā)射功率P的優(yōu)化量。

另外，由表1中給出的SINR與DRC的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)數(shù)值分析多項(xiàng)式擬合法可以得到二者的換算函數(shù)，表示如下：

其中，SINR的單位為dB，DRC的單位為kbit/s。

綜合以上分析，Ev-Do多載波覆蓋一致的控制算法介紹如下。

·由大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)(一周全天)分析各載波的空閑態(tài)駐留用戶(hù)數(shù)及激活態(tài)異頻指配失敗次數(shù)，判斷各載波的覆蓋差異。

·若存在覆蓋差異，則分析各載波的DRC值。

·根據(jù)式（5）將DRC值轉(zhuǎn)化為各載波的SINR值。

·對(duì)比疊加載波與基本載波的SINR值之差。

·由式（5）確定疊加載波發(fā)射功率的調(diào)整量，之后觀察指標(biāo)，可循環(huán)以上步驟進(jìn)行多次優(yōu)化。

具體優(yōu)化控制方法流程如圖2所示。

3 實(shí)例驗(yàn)證

福建泉州A基站_R0WZ（圖3中五角星標(biāo)注扇區(qū)）使用Ev-Do雙載波插花組網(wǎng)方式，其基站扇區(qū)分布如圖3所示。

圖2 Ev-Do多載波覆蓋一致性?xún)?yōu)化控制流程

圖3 中泉州A基站_R0WZ扇區(qū)使用37～78雙載波配置，使用散列駐留策略，原來(lái)基本37載波的功率為12 W，疊加78載波的功率為4 W，呼叫保持門(mén)限與跨頻指配門(mén)限為默認(rèn)值。由于此地為商業(yè)繁華區(qū)，話(huà)務(wù)量較高，Ev-Do連接失敗次數(shù)經(jīng)常為該區(qū)Top1。在確定該基站扇區(qū)無(wú)其他異常之后，對(duì)其覆蓋一致性進(jìn)行檢查分析優(yōu)化，具體步驟介紹如下。

3.1 數(shù)據(jù)分析

從中國(guó)電信無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化平臺(tái)跟蹤提取一周 （全天24 h的駐留及起呼統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)量大保證數(shù)據(jù)隨機(jī)統(tǒng)計(jì)的有效性）的駐留及起呼統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，分析各載波駐留用戶(hù)數(shù)、跨頻指配失敗次數(shù)，以判斷各疊加載波的覆蓋情況。

表2給出了5月20-26日一周以來(lái)的駐留及起呼統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，從表2中的數(shù)據(jù)可以看出，在原來(lái)配置的條件下，78載波明顯覆蓋比較好而造成駐留用戶(hù)數(shù)較多。為了負(fù)荷均衡而把用戶(hù)指配至37頻點(diǎn)時(shí)，由于在78頻點(diǎn)的邊緣覆蓋比37頻點(diǎn)好，這種覆蓋不一致的區(qū)域會(huì)造成較多的指配接入失敗，因此，該扇區(qū)的78載波的功率設(shè)為4 W仍然太高。

3.2 各載波覆蓋質(zhì)量對(duì)比并估計(jì)功率衰減量

泉州A基站_R0WZ扇區(qū)一周各載波平均DRC統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。

從表3可以看出，一周以來(lái)早上9點(diǎn)最忙時(shí)37頻點(diǎn)的平均DRC為1 113 kbit/s，78頻點(diǎn)的平均DRC為1 927 kbit/s。根據(jù)式（5）可以估計(jì)此時(shí)37頻點(diǎn)上用戶(hù)的為3.34，而78頻點(diǎn)上用戶(hù)的平均為8.48，故根據(jù)式（4）有：

即78載波的功率應(yīng)該由原來(lái)的4 W優(yōu)化為1.542 W，取1.5 W。

3.3 功率修改后駐留及起呼統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及關(guān)鍵性能指標(biāo)對(duì)比

功率修改之后跟蹤此小區(qū)一周并對(duì)駐留及起呼統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，評(píng)價(jià)覆蓋一致性?xún)?yōu)化的實(shí)際效果。泉州A基站_R0WZ扇區(qū)一周駐留與起呼數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表4。從表4可以看出，37載波與78載波的駐留用戶(hù)數(shù)平衡性及跨頻指配指標(biāo)明顯優(yōu)于表2中的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

在確認(rèn)各載波駐留用戶(hù)數(shù)及跨頻指配次數(shù)之間的平衡性明顯優(yōu)之后，則選擇關(guān)鍵指標(biāo)對(duì)優(yōu)化效果進(jìn)行對(duì)比，主要關(guān)注 Ev-Do網(wǎng)絡(luò) RLP（radio link protocol，無(wú)線(xiàn)連接協(xié)議）數(shù)據(jù)狀態(tài)（如吞吐量及重傳率）、接入及穩(wěn)定性（連接成功率、掉線(xiàn)率及Ev-Do下切cdma2000 1x用戶(hù)比），并參考Ev-Do網(wǎng)絡(luò)總話(huà)務(wù)量、DRC值的變化而進(jìn)行整體評(píng)估。其中接入及穩(wěn)定性是影響用戶(hù)感知的最主要因素，而用戶(hù)感知?jiǎng)t是網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的初衷。泉州A基站_R0WZ扇區(qū)78頻點(diǎn)的發(fā)射功率由4 W調(diào)整為1.5 W前后各項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)的對(duì)比見(jiàn)表5。優(yōu)化之后Ev-Do無(wú)線(xiàn)連接成功率及Ev-Do下切cdma2000 1x用戶(hù)比有明顯改善，其他各關(guān)鍵指標(biāo)保持平穩(wěn)。

表2 泉州A基站_R0WZ扇區(qū)一周駐留與起呼數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)（78載波功率4 W）

表3 泉州A基站_R0WZ扇區(qū)一周各載波平均DRC統(tǒng)計(jì)(78載波功率4 W)

表4 泉州A基站_R0WZ扇區(qū)一周駐留與起呼數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)（78載波功率1.5 W）

表5 泉州A基站_R0WZ扇區(qū)關(guān)鍵指標(biāo)變化對(duì)比

為了更為全面地評(píng)價(jià)扇區(qū)優(yōu)化效果，對(duì)泉州A基站_R0WZ扇區(qū)覆蓋方向附近的泉州B基站、泉州C基站及泉州D基站的指標(biāo)也進(jìn)行了分析對(duì)比，見(jiàn)表6。

綜合以上的關(guān)鍵指標(biāo)參數(shù)可知，用此方法調(diào)整疊加載波的覆蓋范圍確實(shí)準(zhǔn)確有效。所選取的泉州A基站_R0WZ扇區(qū)在功率修改后：

Ev-Do無(wú)線(xiàn)連接成功率由99.102%提升至99.396%（修改前后一周早忙時(shí)平均值，下同），提升0.294個(gè)百分點(diǎn)，優(yōu)化效果突出，明顯改善了用戶(hù)體驗(yàn)。

Ev-Do話(huà)務(wù)量略有增加，由71.1Erl提升至76.6Erl。

RLP前反向數(shù)據(jù)吞吐量都略有提升。

Ev-Do轉(zhuǎn)cdma2000 1x用戶(hù)比明顯優(yōu)化，均值由6.123%下降為3.141%，優(yōu)化幅度接近3個(gè)百分點(diǎn)，用戶(hù)體驗(yàn)得到了極為明顯的改善。

可預(yù)見(jiàn)的不足是DRC小于307.2 kbit/s的比例略有增加，由3.96%變?yōu)?.59%。

周邊各站點(diǎn)的關(guān)鍵指標(biāo)參數(shù)保持穩(wěn)定，其中Ev-Do下切cdma2000 1x用戶(hù)比的指標(biāo)有明顯的優(yōu)化。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種調(diào)整控制Ev-Do插花多載波疊加載波覆蓋范圍的全新方法，該方法是一種閉環(huán)的調(diào)整控制過(guò)程，為了較為精確地控制多載波有效覆蓋范圍一致，可以根據(jù)圖2中的優(yōu)化流程進(jìn)行多次分析調(diào)整。相比于傳統(tǒng)控制覆蓋范圍的優(yōu)化手段，本方法簡(jiǎn)單快捷地實(shí)現(xiàn)了疊加載波覆蓋范圍的量化分析調(diào)整，避免疊加載波弱覆蓋或過(guò)覆蓋的情況，使用戶(hù)感知和用戶(hù)體驗(yàn)得到明顯改善。另外，本方法的提出使Ev-Do插花多載波覆蓋的優(yōu)化效率明顯提高，可以節(jié)約大量的人力物力轉(zhuǎn)而為L(zhǎng)TE網(wǎng)絡(luò)部署的關(guān)鍵時(shí)期服務(wù)，助力LTE網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展。

表6 泉州A基站_R0WZ覆蓋優(yōu)化后周邊基站關(guān)鍵指標(biāo)變化情況

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