关于GPS故障影响通话质量分析.doc

关于CDMA基站GPS故障影响通话质量的分析
杨西光
中国电信股份有限公司北京分公司网络部
摘要：CDMA基站以美国全球定位系统（GPS）作为时钟参考，GPS的工作异常情况下，基站在长期没有时钟源的情况下，会引起手机接收误码增高，影响通话质量。在强制内部时钟情况下可以规避GPS故障影响通话质量的问题，同时分析了CDMA系统运行的时钟偏差极限。
关键字：GPS，CDMA，通话质量，FER，噪声
正文：
CDMA基站以美国全球定位系统（GPS）作为时钟参考，它保证了网络内的基站工作的时钟在同一个基准之下，保证手机的RAKE接收机可以同时解析两个以上基站的信号，保证了CDMA基站软切换的成功率，对基站的正常运行十分重要。一般情况GPS的问题不影响手机用户的正常通信，只会影响手机切换的成功率。正常运维中手机的通话质量一般和基站的信号、底噪、驻波比的故障相关，在解决用户通话质量的时候，关注点一般是天馈系统和信号的强弱有关。但是在一些情况下GPS的问题也会影响用户的通话质量。
一、GPS故障影响通话质量问题分析和处理过程
在北京银泰中心基站用户投诉的处理中，现场测试手机信号基本正常，但是手机用的通话有断续的爆破音。初始分析怀疑是噪声高造成，但是跟踪噪声数据发现噪声的变化在正常范围，图1是全天噪声的数字图表，排除的噪声的问题，驻波比数字正常。

图1：基站对应扇区RSSI跟踪图
经过专用测试终端现场排查，发现用户通信过程中，手机的FER较高，系统误帧较大。经过分析发现该站GPS在较早之前，GPS线因业主装修，被业主剪断。分析时钟问题疑似长期丢星，进而使基站采用内部时钟时出现时钟偏移，从而导致供给高通芯片的时钟不准引起芯片大量的写帧错误，引起断续等语音质量问题。
为验证此问题，设在修改北京银泰中心基站时钟源状态为没有使用外部时钟源（SET CBTSCDMA1XCTRLPARA: BTSID=XX, CLKSTATUS=NOTALLUSE;）后，室内的语音质量是否得到提升，为后续是否进行全网修改提供依据。利用LG KX206测试手机，鼎立3.6测试软件现场测试在北京银泰中心大楼1楼大厅和地下1层机房附近选取了5个点进行定点拨测，每个点拨20次，每次通话时间为25秒左右，对话音质量进行主观评价，并记录信号的频点，PN，Rx,Tx, Ec/Io，FFER等值。下面两表记录了现场修改参数前后的测试数据的记录。
地点
修改前后
序列
频点
PN
Rx
Ec/Io
Tx
FFER
语音质量
1楼大厅右侧电梯附近
修改前
1
283
150
-80.1
-8.5
8.1
0
通话正常，未出现断续现象
2
283
150
-78.9
-7.4
5.4
2
语音有断续，有轻微杂音
3
283
150
-82.6
-8.3
10.1
1
语音有断续
4
283
150
-76.7
-9.9
12.3
3
语音有断续，有轻微杂音
5
283
150
-72.9
-8.8
6.8
1
语音有断续
修改后
1
283
150
-75.2
-6.6
-13.7
0
通话正常，未出现断续现象
2
283
150
-74.3
-7
-17.8
0
通话正常，未出现断续现象
3
283
150
-79.2
-6.4
-13.3
0
通话正常，未出现断续现象
4
283
150
-78.8
-6.9
-15.2
0
通话正常，未出现断续现象
5
283
150
-77.2
-5.4
-11.9
0
通话正常，未出现断续现象
表格 1 1楼大厅右侧电梯附近时钟源状态修改前后CQT指标对比
现场测试结果显示，时钟源状态修改前该点出现了几次语音断续现象，严重时还能听见轻微杂音，修改后该点测试话音质量有所提高，且不再出现话音断续及杂音现象。
地点
修改前后
序列
频点
PN
Rx
Ec/Io
Tx
FFER
语音质量
1楼大厅左侧电梯附近
修改前
1
283
150
-59.6
-6.9
-3.3
3.3
语音有断续，有轻微杂音
2
283
150
-58.9
-12.6
-12.6
2
语音有断续
3
283
150
-62.3
-7.3
-8.1
2
语音有断续
4
283
150
-72.6
-9.4
-3.3
2
语音有断续
5
283
150
-75.9
-6.1
0.2
1
通话正常，未出现断续现象
修改后
1
283
150
-60.6
-2.7
-8.9
0
通话正常，未出现断续现象
2
283
150
-62.3
-3.1
-10.6
0
通话正常，未出现断续现象
3
283
150
-51.9
-2.6
-11.9
0
通话正常，未出现断续现象
4
283
150
-44.6
-3.0
-19.3
0
通话正常，未出现断续现象
5
283
150
-47.6
-2.6
-19.9
0
通话正常，未出现断续现象
表格 2 1楼大厅左侧电梯附近时钟源状态修改前后CQT指标对比
现场测试结果显示，时钟源状态修改前该点同样出现了语音断续现象，修改后测试话音质量有较大提升，且不再出现话音断续现象。
此次时钟源状态修改前一共选了6个点进行测试，其中有5个点出现了语音断续现象，参数修改后，对同样的6个点再次进行测试，发现单分支下话音质量有所提升，未再出现语音断续现象。通过此次测试，验证了修改此参数（SET CBTSCDMA1XCTRLPARA: BTSID=XX, CLKSTATUS=NOTALLUSE;）后，对室内单分支的语音质量确实起到了提升的作用。
二、 基站使用内部时钟的影响分析
1．单分支情况影响分析
当在该基站覆盖下单分支情况，BSC发帧时在帧头携带用GPS计算出的帧序列号信息，基站根据BSC的帧序列号按照自身的GPS时间点写帧发给手机。如果基站使用内部时钟没有外部参考源校准，当时钟发生偏移时，基站自身的时间不准时和BSC带下来的GPS时间戳对应不上，向手机写帧的时间就是错误的，手机收到语音帧不是期望的帧内容引起语音断续等语音质量问题。
2．下面的日志是CP每20分钟的帧统计，出现很多写帧错的帧统计，如黑色标识：
2010-03-25 13:18:01 CPM 2 2010:03:25:05:18:01:347--(mng_managerclass.cpp,4258) 20m:WFE:30156,UnRun:6101,SNull:5414,FSNEr:246314,PrdE:5543,PrdL:9,NoAcqReq:0
2010-03-25 13:38:13 CPM 2 2010:03:25:05:38:13:468--(mng_managerclass.cpp,4258) 20m:WFE:35977,UnRun:7343,SNull:6249,FSNEr:278715,PrdE:6428,PrdL:14,NoAcqReq:0
2010-03-25 13:58:25 CPM 2 2010:03:25:05:58:25:588--(mng_managerclass.cpp,4258) 20m:WFE:29136,UnRun:5841,SNull:5064,FSNEr:233625,PrdE:5333,PrdL:91,NoAcqReq:0
注：WFE表示高通芯片写帧错误数，此类在终端解析必为误帧。说明时钟的偏差的确引起了业务帧的问题。
三、 设备对时钟的容忍能力分析
协议规定：不同基站的导频时间误差不能相差 3us以上，在外部系统时钟中断后，基站如果能够保持与系统时钟的偏差小于10us偏差，则不会影响系统的性能。
以下是来自高通的答复：

对于上述两方面要求华为的基站系统是完全满足的，但是如果长期（超过24小时）处于内部时钟状态，会不可避免地出现不同程度的语音质量及切换问题。对于这种情况只能通过提高时钟参考源的稳定性来解决。
四、 规避措施
对于已经确认无法保证GPS的站点，可使用如下命令（华为）来改善单分支情况下的语音质量：
SET CBTSCDMA1XCTRLPARA: BTSID=XX CLKSTATUS=NOTALLUSE;
执行该命令后，基站将停止使用系统时间来对应帧序号的时间戳校验，避免由于BTS和BSC两端帧序号不一致而导致向手机的写帧错问题。
说明：执行该命令后，仍然无法改善切换以及外界导频强度较大时的语音质量和掉话等问题，且当GPS正常后还需要使用如下命令修改回默认值，才能正常切换：
SET CBTSCDMA1XCTRLPARA: BTSID=12, CLKSTATUS=ALLUSE;
参考文献：
【1】 华为技术有限公司.CDMA20001X无线网络规划与优化.北京：人民邮电出版社，2005.3
【2】 杨大成，等.CDMA2000 1X移动通信系统.第一版.机械工业出版社.2003年
作者简介：
杨西光，1972年11月19日，男，硕士研究生，中国电信股份有限公司北京分公司网络部无线设备维护中心，联系电话：[phone]，邮箱：yang-xg@,简历如下：
1991.9-1995.7 沈阳工业大学 电机专业攻读学士学位
1995.9-1998.6 沈阳工业大学 电机专业攻读硕士学位
1998.8-1999.3 辽宁电信数据通信局作辽宁省分组交换网的网管
1999.4-1999.8 辽宁电信数据通信局作辽宁省的ATM网管
1999.9-2000.11辽宁电信数据通信局作辽宁省INTERNET（163，169网）的网管
2000.11-2004.9 北京东华诚信电脑科技发展公司主任工程师
2004.9-2007.5 中国卫星通信集团公司网络部NGN网建设运维中心经理
2007.5-2009.4 中国卫星通信集团公司数字集群部运营支撑处经理NGN运维
2009.4-今 北京电信无线设备维护中心基站维护

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