关于CDMA搜索窗设置问题的探讨

关于CDMA搜索窗设置问题的探讨李治国（中国联通河南分公司 450045）摘要：本文深入探讨了CDMA网络中搜索窗的概念，对搜索窗设置的原理、修改搜索窗的方法、合理调整搜索窗大小在实际网优中的作用以及光纤直放站的搜索窗设置进行了详尽的论述，可作为工程建设人员和网络优化人员在实际工作中的参考。关键词：搜索窗、设置、传播时延1基本概念的介绍1.1激活导频集（Active Set）:允许手机接入的前向业务信道的导频集合。手机将在激活集中选择其他的多径信号，移动台的激活集最多支持6个导频，而目前的移动台由于rack 接收机的设计问题最多可以选用3路信号。当移动台第一次被分配了一个前向业务信道时，它的激活集中仅包含与该业务信道相对应的导频。当移动台处理切换指示消息时，它会将激活集替换为消息中所列举的导频偏置。1.2候选导频集（Candidate Set）: 当前不在激活集里，但是已经有足够的强度表明与该导频相对应的基站的前向业务信道可以被成功解调的导频集合。移动台在候选集中最多支持6个导频。当移动台第一次被分配了一个前向业务信道时，会将候选导频集初始化为空。1.相邻导频集（Neighbor Set）: 当前不在激活集和候选集中但是有可能进入候选集的导频集合。移动台的相邻导频集最多能支持20个导频。当移动台第一次被分配前向业务信道时，移动台会将相邻导频集初始化为最后一次接收到的邻集列表消息中的导频。1.4剩余导频集（Remaining Set）:在现在的系统中、现在的CDMA频率配置下所有可能的导频，除了包含在激活集、候选集和相邻导频集中的导频。该导频集是由邻集列表消息和邻集列表更新消息中的参数PILOT_INC来确定的。因为在系统中的导频偏置可能仅仅是PILOT_INC的整数倍。1.5SRCH_WIN_A:用于搜索搜索激活集和候选集中导频信号的搜索窗大小。取值范围：0-15。默认值：6表1-1:导频搜索窗口大小SRCH_WIN_ASRCH_WIN_NSRCH_WIN_RWindow size(PN chips)SRCH_WIN_ASRCH_WIN_NSRCH_WIN_RWindow size(PN chips)0486016980281010031011130414121605201322662814320740154521.6SRCH_WIN_N: 定义用于搜索临集中导频信号的搜索窗大小。取值范围：0-15。默认值：81.7SRCH_WIN_R: SRCH_WIN_R是定义用于搜索剩余集中导频信号的搜索窗大小。取值范围：0-15。默认值：61.8SWA,SWN,SWR：北电PDB数据库中的设置，各个设备厂商有不同的称呼，但原理一样。在实际的网络规划中和网络调整中必须将SRCH_WIN_A，SRCH_WIN_N，SRCH_WIN_R和SWA,SWN,SWR匹配设置。1.9chip与时间和距离的关系:sec/1.2288Mchips=0.81389sec光速：3*108meters/sec1Chip的每秒迟延距离: 3 *108meters/sec *0.814 sec=244.14meters2、导频搜索过程中搜索窗的作用前向链路的信号就像其他无线信号一样在无线环境下，会遇到反射、折射等情况，产生多路信号的重叠，因此不同的导频信号到达手机的时间是也是不同的，每一个导频信号经过多径传输到达手机的时间总比它直射到达手机的时间有多个chips的延时。正是网络在实际的无线传播中有这种现象的存在，所以在系统中引入搜索窗的概念。搜索窗被定义为搜索在激活集、候选集、临集和剩余集中导频信号的参数。在系统中，SRCH_WIN_A是定义用于搜索激活集和候选集中导频信号的搜索窗大小；SRCH_WIN_N是定义用于搜索临集中导频信号的搜索窗大小；SRCH_WIN_R是定义用于搜索剩余集中导频信号的搜索窗大小。这三个参数是通过system parameters message 和 handoff direction message消息发送给手机的。需要说明的是对于激活集和候选集的搜索窗的定义是以最早到达手机的导频信号的多径分量作为时间参考，手机根据此参考时间来确定搜索窗的中心，进行搜索。例如：如果SRCH_WIN_A定义为chips，则手机将搜索在搜索窗中心周围个chips的最早到达手机的导频多径分量。对于临集和剩余集中的每个导频，搜索窗是基于每一个导频信号相对于手机的参考时间的PN offset作为中心进行定义的。3搜索窗设置的原理3.1SRCH_WIN_A的设置SRCH_WIN_A是手机用来追踪激活集和候选集中导频的搜索窗，搜索窗的大小是根据预知的传播环境所设置的。SRCH_WIN_A应该设的足够大，用于捕捉所有的可用多径信号。但同时这个窗口又应该设的足够小，以便发挥基站的最大性能。图3-1描述了一个多径的情况。搜索窗的中心是以最早到达的可用信号作为参考点，直径传播（PathA）到手机的距离为1Km，另一个多径（PathB）经反射到达手机的距离为4Km。我们知道1个chip对应距离为244.14m，所以直线传播的距离对应：1000/244.14=4.1chips多径传播的距离对应：4000/244.14=16.4chips两个路径传播的差为：16.4-4.1=12.3chips图3-1同时显示了SRCH_WIN_A的大小，因为直线传播信号最早到达手机，被定为搜索窗的中心，而经反射后的多径信号（PathB）有12.3chips的时延。为了使搜索窗能够同时捕捉到这两路信号，搜索窗的大小必须至少设为2*12.3chips=24.6chips。通常我们还要根据实际的无线环境例如建筑物的遮挡、高山和水面的反射等外在因素进行必要的修正。搜索窗设置的大小直接影响的网络的性能，如果设置的过大可用的信号虽然可以完全搜到，但同时也将一些强度较低的导频搜进来，手机无法正常解调形成对网络的干扰；如果设置的过小，又将限制导频的数量，使有用的导频无法进行搜索窗从而也形成了网络的干扰，造成掉话。所以我们在实际的工程建设和网络优化中一定要合理的设置搜索窗的大小。 图3-1SRCH_WIN_A的合理设置还可以控制手机的软切换区域。如图3-2可知：在a点，基站1到手机的时延为：3000/244.14=12.3chips 基站2到手机的时延为：7000/244.14=28.7chips 两路径的差值为：28.7-12.3=16.4chips在b点，基站1到手机的时延为：7000/244.14=28.7chips 基站2到手机的时延为：3000/244.14=12.3chips 两路径的差值为：28.7-12.3=16.4chips所以两基站的搜索窗大小均需设为2*16.4chips=32.8chips如图3-3可知：在c点，基站1到手机的时延为：4000/244.14=16.4chips 基站2到手机的时延为：6000/244.14=24.6chips 两路径的差值为：24.6-16.4=8.2chips同理在d点，两路径的差值亦为：24.6-16.4=8.2chips，所以两基站的搜索窗须设为16.4chips。所以，当我们需要控制手机的软切换区域，我们可以适当的调整搜索窗的大小。在图3-2、图3-3中显示了不同的软切换范围，图3-2中软切换区域为4Km，图3-3中软切换区域为2Km。图3-2图3-33.2SRCH_WIN_N的设置 对于SRCH_WIN_N的设置和SRCH_WIN_A的原理一样，如图我们可以假设基站1距离基站2的距离为5km，为保证SRCH_WIN_N设置为最大，可以认为手机距离基站1的距离为0km，即时延为0。基站2到手机的时延为：5000/244.14=20.5chips，所以基站2、基站1到手机时延的差值为：20.5-0=20.5chips，因此SRCH_WIN_N至少设为2*20.5chips=51chips。图3-43.3SRCH_WIN_R的设置 SRCH_WIN_R是用于捕捉剩余导频集中导频的搜索窗，对于SRCH_WIN_R的设置，通常我们要将搜索窗的大小设成至少和SRCH_WIN_N的值相等。4、修改搜索窗的方法我们在实际的网络优化调整中根据实际的情况肯定会遇到修改搜索窗大小的情况，那么我们怎么进行修改呢？各个设备厂家搜索窗的参数名称或修改的方法可能不同，但修改CDMA网络搜索窗的原则是一样的，那就是不仅仅要在BTS端修改，并且还要在数据库端（北电称为PDB）进行相应的修改，并且两端的数据必须要一致。如下图所示，如果仅修改BTS端的搜索窗大小，则在数据检查中必然会出错，并且修改后在实际的网络中并不能真正起到作用。（如图4-1）图4-1作者以北电CDMA设备为例简要说明搜索窗修改的方法。4.1BTS侧的修改在北电BSM的GUI界面，进入SECTOR的属性修改页面，对SRCH_WIN_A、SRCH_WIN_N或SRCH_WIN_R进行修改，然后确定即可。如下图4-2所示：图4-2或者通过命令行进行修改：xix-bsm0a% bsmci /在主用BSM下进入BSMCI：Environment variable SITENAME is already set to xix-bsm0aEnvironment variable BSM_EXECUTABLES is already set to /opt/bsm/binEnvironment variable BSM_TOOL_EXECUTABLES is not set, setting it to /opt/bsm/tool/binStarting bsmci . # Hello. Welcome to the BSMCI - a new interface for the BSM Tools Program.# For on-line BSMCI documentation type: helpFilenames that begin with bsmci.log.23498 will contain the debug logs for this session.BSMCI table sectorsp /进入sectorsp TableSECTORSP pos MC800BTS1694 1 283 Alpha /定位到需要修改的基站扇区。例如694的第一扇区SECTORSP list /查看扇区的信息。SUBSYS NUM FREQ SECTOR SWINA SWINN SWINR NMAXAGE PREPTH PREPFR PTHEN PPEREN PREPDEL RESCAN TADD TDROP TCOMP TTDROP =MC800BTS1694 1 283 Alpha 7 13 13 0 2 15 1 0 0 0 28 32 2 3 SECTORSP cha SWINA 5 /将694Alpha扇区的SRCH_WIN_A改为5。同样修改SRCH_WIN_N、SRCH_WIN_R方法相同。4.2修改PDB侧的搜索窗xix-bsm0a% bsmci /进入主用BSM的BSMCIEnvironment variable SITENAME is already set to xix-bsm0aEnvironment variable BSM_EXECUTABLES is already set to /opt/bsm/binEnvironment variable BSM_TOOL_EXECUTABLES is not set, setting it to /opt/bsm/tool/binStarting bsmci . # Hello. Welcome to the BSMCI - a new interface for the BSM Tools Program.# For on-line BSMCI documentation type: helpFilenames that begin with bsmci.log.15322 will contain the debug logs for this session.BSMCI table pdb /进入PDB TablePDB view full /显示所有的属性PDB pos 694 Alpha 283 800 /定位到694的Alpha扇区PDB list 1 /查看扇区的参数设置。CELL SECTOR FREQ BAND CONNTYPE TRAFFICRANGE PORTNUM PORTTYPE PILOTPN CELLTYPE CELLCAP HHO3G2G AVAIL MPHHE MARKET SWITCH FPCID VPNLIST Q13RR QREPEAT FWDGAIN SWA SWN SWR TADD TDROP TCOMP TTDROP BRPRTDT MCTATHRSH MCTAPRIO MCTAALG EHHOMAXFW EHHOMAXRV EHHOMODFW EHHOMODRV EHHOTCGMX EHHOEBNOMX EHHOWIN EHHOMARKET EHHOSWITCH EHHOINTID TAOA TAOB TDOA TDOB TCOA TCOB TTDOB DELTA3 DELTA4 DELTA5 DELTA6 MAXNIL =694 Alpha 283 800 DISCO 25 31 MCBTS_Primary 129 standard MixedRRM T T T 14014 1 0 () L0 T 0 7 13 13 28 32 2 3 0 64 0 mcta_10_1_algorithm 99 99 99 99 99 99 254 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 31 31 31 31 4 PDB cha SWA 5 /将PDB下的SWIN值同样改为5，和BTS中设置一致。5合理调整搜索窗大小在实际网优中的成功案例5.1问题现象与相关参数配置河南新乡地区韦庄基站（XX716，PN33）与安阳地区焦虎直放站（施主基站为安阳地区牛屯镇第二扇区，AY865，PN174）相邻。由于直放站的影响，新乡地区韦庄基站第一扇区掉话率非常高（最高达到40%）。经过新乡分公司与安阳分公司运维部的协商,安阳运维部调整了焦虎直放站的施主扇区，直放站的PN由原来的174改为6，经过一个月左右观察，调整后，新乡地区基站运行正常，安阳地区基站接入失败率很高，无法彻底解决此问题，所以将安阳分公司直放站施主扇区的PN重新改回到174进行测试分析。下图5-1即为出现问题的区域，处于新乡和安阳交界地带，相关基站为新乡基站XX716第一扇区，安阳基站AY865牛屯镇第二扇区和焦虎直放站。连接焦虎直放站与施主基站牛屯镇的光纤长度为13公里左右。图5-1根据对新乡话务统计分析，韦庄第一扇区的掉话率比较高，为此之前也做过几次路测，发现在掉话区域出现了PN177的信号。从NLTT结果中也发现了韦庄第一扇区有多次请求与PN177的切换。图5-2以下为出现问题区域的相关基站的搜索窗口的参数设置情况：基站名称站号扇区PNSrch_Win_ASrch_Win_NSrch_Win_R牛屯镇AY865Alpha610/100(Chips)13/226(chips)13/226(chips)牛屯镇AY865Beta17410/100(Chips)13/226(chips)13/226(chips)韦庄XX716Alpha3310/100(Chips)13/226(chips)13/226(chips)韦庄XX716Beta20110/100(Chips)13/226(chips)13/226(chips)韦庄XX716Gamma3697/40(Chips)13/226(chips)13/226(chips)表5-1下图5-3为韦庄第一扇区的邻小区信息：图5-3安阳第二扇区的邻小区信息：图5-45.2现场测试分析以及调整方案从NLTT数据的信息可以发现，PN177确实是移动台在韦庄第一扇区覆盖范围内经常发送PSMM请求切换的对象，而根据最新的Dataaudit的结果，当前新乡地区内使用PN177的基站为XX102，位于新乡市区，距离韦庄基站有63公里之远，其信号能影响到问题区域的可能性可以排除。可以初步判定出现在问题区域的PN177实际上是一个伪导频，只有来自焦虎直放站PN174的影响才可能造成这种伪PN的出现。从当前网络参数配置信息可以发现，韦庄三个扇区的搜索窗口的设置都比较偏大，激活集的搜索窗口设置为10（100Chips），邻集的搜索窗口设置了最大值13（226Chips）。而且韦庄第一扇区的邻小区列表设置也存在问题，PDB和BTS端数据不同步，而且与之正对的焦虎直放站的施主基站BTS865第二扇区PN174没有出现在BTS端的邻小区列表中，会对在空闲状态下手机的切换产生不利影响。需要注意到的是，韦庄第一扇区将市区的XX102基站第二扇区PN177加入了邻小区列表中，而实际上这两者之间是不可能发生任何切换关系的。而导致的后果是手机将会依照BTS发送的邻小区列表搜索PN177，由于使用直放站带来的额外时延和邻集搜索窗口太大而将PN174的部分能量搜索进来，造成PN177信号强的假象。基于这种分析我们从韦庄第一扇区出发，向焦虎直放站方向进行路侧，采集了大量路测数据。路测中发现设置成不间断长呼叫的手机期间重新起呼。从路测数据中可以发现，移动台在韦庄第一扇区的覆盖下，的确请求与PN177的切换。下图5-5为手机端检测到的PN177的EcIo,表现出来已经超过了T_Add的门限。分析中发现手机不断检测到较强PN174和PN177，与PN177切换完后，并不能将PN174加到当前的激活集中，因为前向PN174的干扰，误帧率较高，手机的发射功率也比较高，之后基站发送前向Realease Order,解除通话。如图5-6、图5-7。图5-5 EcIo_For_PN177图5-6图5-7根据测试的分析结果，我们作出了如下参数调整，将韦庄基站的三个扇区的搜索窗都相应调小，分别设置为5/10/13,去除第一扇区与基站XX102第二扇区的邻集关系，调整PDB与BTS端邻集关系同步，根据NLTT的结果对邻集顺序做出调整。调整后的参数为：基站名称站号扇区PNSrch_Win_ASrch_Win_NSrch_Win_R韦庄XX716Alpha335/20(Chips)10/100(chips)13/226(chips)韦庄XX716Beta2015/20(Chips)10/100(chips)13/226(chips)韦庄XX716Gamma3695/20(Chips)10/100(chips)13/226(chips)表5-2调整后的韦庄基站第一扇区的邻集关系：（如图5-8）图5-8调整完毕后验证了新的Dataaudit数据，确认相关参数更改生效后对相同路段又做了一次测试。测试中发现PN177已经不复存在。整个测试过程手机均能保持呼叫，没有出现掉话现象。下图5-9为修改参数前后的FER变化情况，可以发现在圈示区域内FER有着明显的改善。伪PN的问题已经得到解决，在下图中可以发现仍有一段区域FER较差，该地段离基站韦庄有4公里左右，这需要在优化工作进一步处理。图5-9修改参数前后FER变化情况5.3总结：对直放站的使用要格外谨慎，不仅要考虑到施主基站的临区、搜索窗设置的更改，还需要考虑周边基站相应参数的修改。6光纤直放站搜索窗的设置6.1光纤直放站系统的组成图6-16.2光纤传播时延的计算A. 空气传播中的时延 传播的进行速度 : 3 * 108 Meter/sec 1Chip的每秒迟延距离: 3 * 108 Meter * 0.814 sec = 0.244 Km/Chip 每公里的Chip Delay : 1Km / 0.244Km/Chip = 4.1ChipB. 在光纤媒质中的传播时延 传播的进行速度 : 1.998 * 108 Meter/sec 1Chip的每秒延迟距离 : 1.998 * 108 Meter * 0.814 sec = 0.162 Km 每公里Chip Delay : 1Km / 0.162Km/Chip = 6.15 Chip例如：光纤直放站的长度为5Km，则光缆延迟 : 5 * 6.15 = 30.75 Chip Search_Window_Size ： =9 (+/- 40 PN chip)6.3各光缆长度的可适用的最小参数值 光缆长度(Km)Setting ValueWindow Size(PN Chip)光缆长度(Km)Setting ValueWindow Size(PN Chip)37+/- 201011+/- 6548+/- 301112+/- 8059+/- 401212+/- 8069+/- 401312+/- 80710+/- 501413+/- 113810+/- 501513+/- 113911+/- 651613+/- 113表6-1设置参数时应同时考虑无线时延和光纤时延，为了保证基站的性能，搜索窗设置的不宜太大，即在实际的工程中应重视工程设计，使得新增的光纤直放站的光缆长度不要太长，建议光纤长度限定在6Km以内为好。7总结语搜索窗作为CDMA网络中的一个重要参数，需要我们进行深入的理解。在我们实际的工程建设和网络优化中，根据实际的网络情况需要调整搜索窗的大小，特别是添加直放站后调整相应的搜索窗是尤为重要的，搜索窗设置的恰当与否将直接影响到我们的网络质量。参考文献：1 Samuel C. Yang著 CDMA RF System Engineering2 杨大成/等编著cdma2000技术 北京邮电大学出版社 出版2000年11月3IS95、CDMA2000协议标准作者简介：李治国，男，年月日出生，年月毕业于中国科学技术大学电子工程与信息科学系电子工程及计算机应用专业。现就职于中国联通河南分公司运行监督部网优中心，任网络优化主管，助理工程师。作者从年起开始从事北电GSM、CDMA网络的工程、维护及优化工作，具有年的网络优化经验。通讯地址：河南省郑州市郑花路5号中国联通河南分公司运行监督部。邮编：450045电话：13323719386