Ev-Do多載波覆蓋一致性控制研究

胡寶法 ，林明輝 ，陳 文

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

1 引言

中國電信的 cdma2000 Ev-Do（evolution-data only）網絡經過近幾年的發展，用戶數量急劇增長，網絡負荷不斷提升。目前對于用戶密集區采用了多載波方案，但同時也給網絡優化帶來了挑戰。特別是無線環境不一致而產生的疊加載波覆蓋控制優化問題，因依靠傳統性能指標分析、DT（drive test）等多載波優化手段耗時耗力，難以實施，導致疊加載波存在或多或少的過覆蓋或弱覆蓋，最終影響用戶體驗。對于多載波系統，傳統優化方法的步驟介紹如下。

首先，通過性能指標分析（話務量、接入距離、Ec/Io分布統計等）判斷各載波的覆蓋范圍。

其次，根據指標的分析結果判斷是否存在覆蓋不一致的情況，并通過DT驗證覆蓋差異的情況。

最后，根據DT及指標分析，依據網優人員的經驗調整載波功率之后再進行DT驗證覆蓋一致性的優化效果。若未達到預期效果，則重復以上步驟。

由此可知，傳統的多載波系統覆蓋一致性優化過分依靠經驗并需要多次DT以達到優化效果，因此，在實際使用過程中難于廣泛應用。另外，對于目前Ev-Do多載波系統，散列算法駐留策略及硬指配平衡策略這兩種負荷均衡分配方法各有優劣：前者節約系統資源但覆蓋不一致，容易影響接入成功率及Ev-Do轉cdma2000 1x用戶比等無線網絡的關鍵性能指標；后者使用戶都駐留于覆蓋較小的基本載波，再根據平衡門限進行業務頻點的指配分配，但會占用較多的CPU資源，而且平衡門限需要根據各個扇區的實際話務量而進行調整，相對繁瑣。

本文結合CDMA工作原理及協議標準、大數據統計及數值分析的思想，針對使用散列算法駐留策略的Ev-Do多載波系統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，結合協議標準根據駐留及起呼統計數據統計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各種復雜的無線環境造成的測試困難，方便地估計覆蓋差異。最后再結合多載波無線環境典型模型推算出載波功率的量化調整公式，以進行覆蓋控制優化。

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度的預映射，變換成固定長度的散列值（一般較短）輸出。這種轉換是一種壓縮映射，即散列值的空間通常遠小于輸入的空間，不同的輸入可能會散列成相同的輸出。在3GPP2 C.S0024-A協議中，散列函數有Key（一般為接入終端的ATI）、N（信道個數）及Decorrelate（用于解調相同終端不同應用產生的值）3個主要參數，其具體函數可表示為：

其中，L為 Key的 0～15位，H 為 Key的 16～31位。更具體地，用戶終端在接入Ev-Do網絡時首先提供一個SessionSeed（是地址管理協議的公共數據，由隨機數發生器產生）作為散列函數中的Key，并由SectorParameters字段中的ChannelCount字段值來定義N，Decorrelate一般取0，從而確定出函數值R而選擇駐留的頻點。從較長統計時間來看，相同覆蓋范圍的多載波扇區各載波上由散列算法分配駐留的用戶數基本相等。因此，對于使用散列算法分配用戶駐留頻點的多載波扇區，可以從各載波上大量駐留與起呼數據統計分析來確定其覆蓋情況。

2.2 Ev-Do前向數據速率控制原理

Ev-Do速率控制技術的核心思想是通過動態控制數據速率使每個用戶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。

·導頻 SINR （signal to interference plus noise ratio）估計：在每個時隙，基站下發192 bit的前向導頻信號，終端通過相干積累計算前向導頻的信噪比。

·信道預測：結合過去一段時間內前向導頻的信噪比估計，預測下一個時隙內前向導頻的信噪比。

·根據事先設置好的或者自適應調整的信噪比門限，用查表方法，獲得下一個時隙內前向鏈路所能支持的最大傳送速率。

因此，DRC（data rate control）申請速率受 SINR 值的影響，信號的SINR越大，則DRC申請速率越大。QUALCOMM公司給出的二者的對應關系見表1。

2.3 Ev-Do多載波覆蓋一致性控制算法原理

根據3GPP2 C.S0024-A協議可以知道，散列算法是根據載波的覆蓋范圍而進行的隨機駐留策略，當疊加載波與基本載波的有效覆蓋范圍一致時，從長時間統計結果來看，各載波上的駐留用戶數也會大致相等。再者，根據Ev-Do的數據速率控制原理可知，無線環境的質量SINR值直接影響了DRC的值。故可以對駐留與起呼統計數據進行分析對比，逆向分析控制疊加載波的發射功率，以達到覆蓋準確控制的目的。信道中SINR的基本定義為：

其中，Signal為有用信號的功率值，Interference為測量到的信號或信道干擾信號的功率，包括本系統其他小區的干擾以及異系統的干擾；Noise為底噪，與具體測量帶寬和接收機噪聲系數有關。

圖1為典型的Ev-Do多載波插花組網時的扇區分布，其中只有C基站-3和G基站-1扇區使用了雙載波配置。對于C基站-3扇區來說，如果兩個載波發射功率一樣，則表明其有用信號的功率值相同，但37基本載波的干擾InterferenceBase相比于其78疊加載波的干擾InterferenceAdd大。因為InterferenceBase干擾源包含圖1中所有其他扇區，而InterferenceAdd干擾源則只有G基站-1扇區，即78載波的信號環境純凈，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值對應關系

圖1 Ev-Do多載波插花組網扇區典型分布

根據SINR的基本定義可知，一般周邊無線環境穩定（無突發干擾，無新加載波等）的情況下，SINR與載波的發射功率P成正比，即：

因此有：

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

另外，由表1中給出的SINR與DRC的對應關系，通過數值分析多項式擬合法可以得到二者的換算函數，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。

·由大數據統計(一周全天)分析各載波的空閑態駐留用戶數及激活態異頻指配失敗次數，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。

·根據式（5）將DRC值轉化為各載波的SINR值。

·對比疊加載波與基本載波的SINR值之差。

·由式（5）確定疊加載波發射功率的調整量，之后觀察指標，可循環以上步驟進行多次優化。

具體優化控制方法流程如圖2所示。

3 實例驗證

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

圖2 Ev-Do多載波覆蓋一致性優化控制流程

圖3 中泉州A基站_R0WZ扇區使用37～78雙載波配置，使用散列駐留策略，原來基本37載波的功率為12 W，疊加78載波的功率為4 W，呼叫保持門限與跨頻指配門限為默認值。由于此地為商業繁華區，話務量較高，Ev-Do連接失敗次數經常為該區Top1。在確定該基站扇區無其他異常之后，對其覆蓋一致性進行檢查分析優化，具體步驟介紹如下。

3.1 數據分析

從中國電信無線網絡優化平臺跟蹤提取一周 （全天24 h的駐留及起呼統計，數據量大保證數據隨機統計的有效性）的駐留及起呼統計數據，分析各載波駐留用戶數、跨頻指配失敗次數，以判斷各疊加載波的覆蓋情況。

表2給出了5月20-26日一周以來的駐留及起呼統計數據，從表2中的數據可以看出，在原來配置的條件下，78載波明顯覆蓋比較好而造成駐留用戶數較多。為了負荷均衡而把用戶指配至37頻點時，由于在78頻點的邊緣覆蓋比37頻點好，這種覆蓋不一致的區域會造成較多的指配接入失敗，因此，該扇區的78載波的功率設為4 W仍然太高。

3.2 各載波覆蓋質量對比并估計功率衰減量

泉州A基站_R0WZ扇區一周各載波平均DRC統計見表3。

從表3可以看出，一周以來早上9點最忙時37頻點的平均DRC為1 113 kbit/s，78頻點的平均DRC為1 927 kbit/s。根據式（5）可以估計此時37頻點上用戶的為3.34，而78頻點上用戶的平均為8.48，故根據式（4）有：

即78載波的功率應該由原來的4 W優化為1.542 W，取1.5 W。

3.3 功率修改后駐留及起呼統計數據及關鍵性能指標對比

功率修改之后跟蹤此小區一周并對駐留及起呼統計數據分析，評價覆蓋一致性優化的實際效果。泉州A基站_R0WZ扇區一周駐留與起呼數據統計見表4。從表4可以看出，37載波與78載波的駐留用戶數平衡性及跨頻指配指標明顯優于表2中的統計結果。

在確認各載波駐留用戶數及跨頻指配次數之間的平衡性明顯優之后，則選擇關鍵指標對優化效果進行對比，主要關注 Ev-Do網絡 RLP（radio link protocol，無線連接協議）數據狀態（如吞吐量及重傳率）、接入及穩定性（連接成功率、掉線率及Ev-Do下切cdma2000 1x用戶比），并參考Ev-Do網絡總話務量、DRC值的變化而進行整體評估。其中接入及穩定性是影響用戶感知的最主要因素，而用戶感知則是網絡優化的初衷。泉州A基站_R0WZ扇區78頻點的發射功率由4 W調整為1.5 W前后各項關鍵指標的對比見表5。優化之后Ev-Do無線連接成功率及Ev-Do下切cdma2000 1x用戶比有明顯改善，其他各關鍵指標保持平穩。

表2 泉州A基站_R0WZ扇區一周駐留與起呼數據統計（78載波功率4 W）

表3 泉州A基站_R0WZ扇區一周各載波平均DRC統計(78載波功率4 W)

表4 泉州A基站_R0WZ扇區一周駐留與起呼數據統計（78載波功率1.5 W）

表5 泉州A基站_R0WZ扇區關鍵指標變化對比

為了更為全面地評價扇區優化效果，對泉州A基站_R0WZ扇區覆蓋方向附近的泉州B基站、泉州C基站及泉州D基站的指標也進行了分析對比，見表6。

綜合以上的關鍵指標參數可知，用此方法調整疊加載波的覆蓋范圍確實準確有效。所選取的泉州A基站_R0WZ扇區在功率修改后：

Ev-Do無線連接成功率由99.102%提升至99.396%（修改前后一周早忙時平均值，下同），提升0.294個百分點，優化效果突出，明顯改善了用戶體驗。

Ev-Do話務量略有增加，由71.1Erl提升至76.6Erl。

RLP前反向數據吞吐量都略有提升。

Ev-Do轉cdma2000 1x用戶比明顯優化，均值由6.123%下降為3.141%，優化幅度接近3個百分點，用戶體驗得到了極為明顯的改善。

可預見的不足是DRC小于307.2 kbit/s的比例略有增加，由3.96%變為5.59%。

周邊各站點的關鍵指標參數保持穩定，其中Ev-Do下切cdma2000 1x用戶比的指標有明顯的優化。

4 結束語

本文提出了一種調整控制Ev-Do插花多載波疊加載波覆蓋范圍的全新方法，該方法是一種閉環的調整控制過程，為了較為精確地控制多載波有效覆蓋范圍一致，可以根據圖2中的優化流程進行多次分析調整。相比于傳統控制覆蓋范圍的優化手段，本方法簡單快捷地實現了疊加載波覆蓋范圍的量化分析調整，避免疊加載波弱覆蓋或過覆蓋的情況，使用戶感知和用戶體驗得到明顯改善。另外，本方法的提出使Ev-Do插花多載波覆蓋的優化效率明顯提高，可以節約大量的人力物力轉而為LTE網絡部署的關鍵時期服務，助力LTE網絡快速發展。

表6 泉州A基站_R0WZ覆蓋優化后周邊基站關鍵指標變化情況

1 武巍.多載頻場景下的Ev-Do連接成功率優化思路.電信技術,2011(11):41～43 Wei W.Optimization of Ev-Do connection success rate under multiple carrier frequency scene.Telecommunications Technology,2011(11):41～43

2 馮建和,王衛東,房杰等.cdma2000網絡技術與應用.北京：人民郵電出版社,2010 Feng J H,Wang W D,Fang J,et al.cdma2000 Technology and application.Beijing:Posts and Telecom Press,2010

3 王曉凡,顧曉斌,劉蕓.CDMA網絡Ev-Do多載波連續部署與插花部署的建議.通信世界,2011(11)Wang X F,Gu X B,Liu Y.Suggestion of Ev-Do multicarrier continuous and flower arrangement deployment for CDMA network.Communications World Weekly,2011(11)

4 鄒鐵剛,劉灝.Ev-Do多載波組網中的終端駐留及指配策略.信息通信,2012(2):188～190 Zou T G,Liu H.Mobile terminals reside and assignment strategy for Ev-Do multicarrier networking.Information&Communications,2012(2):188～190

5 3GPP2.cdma2000 High Rate Packet Data Air Interface Specification.C.S0024-A,2004

6 Xie F,Tian H,Zhang P,et al.The trade-off between SINR and total power consumption in dual-mode systems.Proceedings of the 5th International Symposium on Multi-Dimensional Mobile Communications,the Joint Conference of the 10th Asia-Pacific Conference on Communications and the 5th International Symposium on Multi-Dimensional Mobile Communications(APCC/MDMC),Beijing,China,2004:848～852

7 郝文東.CDMA Ev-Do網絡載干比優化分析與研究.硅谷,2011(13)Hao W D.C/I optimization analysis and research of Ev-do network.Silicon Valley,2011(13)

8 QUALCOMM Incorporated.1xEv-Do Forward Link Performance,2008

9 張國文,袁堅,謝衛浩.Ev-Do Rev.A前向發射功率調整及其影響,移動通信,2009,33(14):26～29 Zhang G W,Yuan J,Xie W H.Forward transmitter power adjustment and effects of Ev-Do Rev.A.Mobile Communications,2009,33(14):26～29