NOKIA无线网络优化中的切换问题分析.doc

NOKIA无线网络优化中的切换问题分析

作者：段志强    转贴自：河南移动通信有限责任公司

在传统的网络优化工作中，相关人员从语音服务的角度，对掉话率、拥塞率等指标都进行了深入的研究，并且总结出了许多宝贵的经验，为提升网络的服务质量做出了重要的贡献，但是数据业务的发展对网络的运行质量提出了更高的要求，我们只有进一步提高基础网络的运行质量，全面改善网络内小区的覆盖情况和上下行链路质量，降低网络的整体噪音水平，及时发现并解决网络中影响数据吞吐量的问题，才能为越来越重要的数据业务作好网络支持工作，因此，原本不是关键指标的切换成功率逐渐成为日常优化的一个重要目标。实践证明，对网络中切换关系的合理调整能够快速地解决网络中的一些疑难问题，对于降低网络负荷和干扰电平有着明显的作用，对缓解个别小区的话务拥塞也起到不小的作用，因此在日常网络优化中我们应特别加强对切换问题的关注。
    一、GSM网络中的切换类型及其算法
    切换技术是移动通信的重大发现，它实现了用户在通话过程中手机信号自动地从一个小区到另外一个小区的转换，从而实现了真正的连续覆盖。根据GSM规范，切换主要有四种方式：小区内部的切换；同一BSC内部小区之间的切换；同一MSC内部不同BSC之间的小区切换；不同MSC之间的小区切换。同一个BCF不同小区内部的切换由于在切换前后不需要向BSC发送TA（TimeAdvance）值，我们将其称为同步切换，而将其它在切换前后GSM系统需要重新测量TA值的切换称为异步切换。
    切换由BSC中的无线资源管理模块根据BTS/MS的测量报告的结果决定，对每一个小区和算法都可以有一套单独的参数设置。切换由周期性地与相关切换门限比较后触发。切换门限比较包括上下链路电平(Uplink/downlinklevel)、质量(Uplink/downlinkquality)及干扰(Uplink/downlinkinterference)，MS-BS距离(MS-BTS distance)，信号快衰落 (Rapid field drop)，快/慢速度(Fast/slow-moving MS)，手机转弯(Turn-around-corner MS) ，功率预算(Power budget)以及伞状切换(Umbrella handover)。其中手机的运动快/慢和伞状切换主要用在双层网中。
    如果有两种或两种以上切换门限比较都可能触发切换，那么切换的优先级如下：
    ①上行/下行干扰（Uplink/downlinkinterference）；
    ②上行质量(Uplinkquality)；
    ③下行质量(Downlinkquality)；
    ④上行电平(Uplinkquality)；
    ⑤下行电平(Downlinkquality)；
    ⑥手机基站的距离（最大或最小）(MS-BTSdistancemaximum or minimum)；
    ⑦手机转弯(Turn-around-cornerMS)；
    ⑧信号快衰落(Rapidfielddrop)；
    ⑨手机的运动快/慢(Fast/slowmovingMS)；
    ⑩较好的小区质量（功率预算或伞状切换）（Bettercellpower budget or umbrella）。
  对于越区切换的原因，我们的理想情况是所有切换都是因为移动用户在通话过程中，由于位置的变化导致接收网络信号强弱的变化而最终引起服务小区的变化。功率预算（PowerBudget）的算法正是这种设计思想的体现。此算法考察移动台收到当前服务小区信号和BSC推荐的N个（N由BSC参数设定）最强邻区信号并依据门限设置而选择最佳。然而在网络的实际运营中，由于无线传播环境的复杂状况，有限的频率资源状况，覆盖和干扰问题也许使得许多情况下功率预算（PowerBudget）的门限还未到来不及产生切换请求就已经掉话。因此GSM技术规范又建议了上列前六种切换，可称之为紧急切换。六种紧急切换算法不比较切换目的小区和当前服务小区优劣情况，只依据当前服务小区的相关参数相关门限设置，在移动台测量报告邻区列表中选择并请求切换。由于目的小区的情况可能优于源小区，也可能劣于源小区加之门限设置的不合理性可能会导致频繁切换，错误切换甚至掉话。
    根据切换的不同类型，切换判断主要采用如下几个公式：
    1．AV-RXLEV_NCELL(n)>rxLevMinCell(n)+Max(0,A)（公式1）
    其中，A=msTxPwrMax(n)-msTxPwrMax（除了伞状切换所有情况都适用）；AV-RXLEV-NCELL(n)表示手机在相邻小区所能接收的平均信号电平；rxLevMinCell(n)表示手机在相邻小区所能接收的最小信号电平。
    msTxPwrMax(n)和msTxPwrMax分别表示手机在相邻小区的最大发射功率和设计的最大发射功率A表示手机在相邻小区的最大发射功率与其设计的最大发射功率之差。
    2．AV-RXLEV_NCELL(n)>hoLevelUmberlla(n)（公式2）
    3．PBGT>hoMarginPBGT(n)（公式3）
    其中：
    PBGT=(msTxPwrMax-AV_RXLEV_DL_HO-(BtsTxPwrMax-BTS_TxPwr))-(msTxPwrMax(n)-AV_RXLEV_NCELL(n)
    4．AV-RXLEV_NCELL(n)>AV_RXLEV_DL_HO+hoMarginLev(n)（公式4）
    AV_RXLEV_DL_HO表示手机所在服务小区的平均接收信号电平；BtsTxPwrMax和BTS_TxPwr分别表示手机所在服务基站的最大发射功率和基站当前的发射功率；hoMarginLev(n)表示对相邻小区所定义的切换门限余量。
    公式1和公式4用于上下行电平、质量和距离引起的切换；而功率预算切换，主要使用公式1和公式3；伞状切换则使用公式2和公式4。
    二、GSM网络中有关切换的参数及其信令流程
    GSM网络中有关切换的参数主要有二类：切换控制参数和邻区参数，同时涉及MSC之间的小区切换还要在交换机中定义相应的参数。
    在NOKIA的无线系统中，切换控制参数主要有以下几类参数：
    1.BSC级别的切换控制参数，主要用于决定一个BSC中切换的优先级；
    2.切换控制参数；
    3.平均邻区数目；
    4.切换测量报告的平均方法；
    5.切换之间的间隔；
    6.小区允许的切换类型；
    7.不同切换的测量周期；
    8.切换测量中不同测量平均周期和权重；
    9.决定切换的各种门限值；
    10.手机的运动快/慢的切换参数；
    11.信号快衰落的切换参数；
    12.直接重试的有关切换参数。
    邻区参数主要有以下几类：
    1.相邻小区BCCH频率；
    2.相邻小区的接入参数
    3.与之切换的优先级及是否同步切换；
    4.切换的电平、质量及功率预算余量；
    5.小区识别，包括LAC、NCC、BCC等参数；
    6.伞状参换的接入电平；
    7.直接重试门限；
    8.手机的运动快/慢的切换参数；
    9.信号快衰落的切换参数。
    小区内的切换由于涉及信令较为简单，同时只要基站基本数据及覆盖正常，一般不会出现切换失败率高的情况，在此不再赘述。我们主要讨论信令过程较为复杂的小区间切换流程。
    三、切换失败率高的主要原因及优化方法
    根据切换的信令流程，我们可以发现切换不但涉及到无线参数还涉及交换机中定义的参数，还涉及到GSM网络中的几个主要接口如空中接口（Um）、Abis接口、A接口以及交换信令之间的配合。根据笔者日常优化切换的经验，现总结一下影响切换成功率的因素。
1．BSC上无线参数的缺失和错误
根据GSM规范，移动台必须始终测量本小区和相邻小区的BCCH载频的电平。为了使移动台知道与当前小区相邻有哪些小区，在每个小区的系统消息中都会周期广播相邻小区描述信息，该信息中列出了与当前小区相邻的小区BCCH载频的绝对频道号。移动台必须从系统消息中提取该信息作为测量邻区信号的依据。如果由于覆盖或地形的原因造成实际存在相邻关系的小区之间切换数据漏作，将会产生孤岛效应，造成周围信号很强但手机所占的信号弱或者信号质量较差的现象，严重地影响网络质量。特别是城市中的室内覆盖和农村的直放站造成覆盖范围不规则等现象，更容易造成切换数据漏作。
在实际工作中，由于频率割接的原因造成邻区参数错误而影响切换成功率的现象也比较普遍。GSM网络中，小区间的相邻关系在网络拓扑设计时已经确定，在建网的过程中必须按照拓扑设计来设置每个小区的邻区描述信息。另外，当网络发生改变时，如增加了基站或改变了网络的频率配置，网络操作员必须严格地按照改变后的小区相邻关系重新设置邻区描述信息。邻区描述实际上确定了移动台发生越区切换时，可能的目标小区。邻区描述设置不当，往往是发生切换失败的一个重要原因。另外由于实际的网络拓扑结构与理论计算经常存在较大的不同，网络操作员必须根据实际的邻区关系对邻小区描述信息进行修改。
2．MSC上数据的缺失和错误
在MSC上须定义相应的切换关系，如LAC、CI以及HandoverNumber的局数据分析等，同时由于交换机之间的配合涉及大量的七号信令流程，如果信令配合不畅也容易造成小区的切换失败率高。这在我省三门峡与山西运城、南阳与湖北襄樊等处都发现了这种现象。
3．基站软硬件故障
在日常优化过程中，我们经常发现所有数据均正常但仍然出现切换失败率高的现象，其中基站软硬件故障也可能是原因之一。因为载频质量问题或天线性能下降以及其它软件原因都可能造成空中链路失败引起切换失败率高的现象。
4．传输有误码或者同步不稳定
由于切换过程中在涉及不同小区时，需要通过TA值来判断手机所处位置，并决定基站和手机的发射功率以供手机接入新的信道，如果传输误码率高或者相互同步不稳定，很容易因为A接口或者Abis接口失败导致切换失败。
5．源小区或者目标小区的BCCH频率受到干扰
由于BCCH始终以最大功率发射，同时话音信道经常采用DTX或者跳频技术等手段来降低干扰，这就使得BCCH受到的干扰在网络中显得十分明显，这在目前站距仅有300-400米同时交叉覆盖严重的城市中尤其是影响切换成功的一个重要原因。
6．由于无线资源缺乏造成切换失败
在话务密集的地区，经常会出现由于缺乏无线资源而引起切换失败。
在日常工作中，我们可以根据造成切换失败的6类主要原因有针对性地开展网络优化。
首先，我们要对网络中各个小区的切换参数以及交换机中有关切换的参数进行认真检查，尽可能避免因为数据错误而造成切换失败。这就要求我们严格按照网络规划数据来进行数据制作，同时由于网络发展较快，频率割接频繁，我们要积极进行信息沟通，及时修正由于频率割接造成的数据错误。
其次，我们要加日常网络维护工作，使基站保持在最佳的运行状态。
第三，我们要根据切换报告情况，及时对覆盖范围过大或者覆盖主控区不适当的小区进行调整，合理规划覆盖区。这样才能切换的正常进行。
第四，要不断地对话务分析报告及切换报告情况进行分析，检查是否是因越区切换不成功造成的掉话或者是由于漏作或者做错相邻关系而导致；对切换参数进行检查，检查数据是否设置，设置是否合理，并根据现场DT和CQT测试结果，切换参数进行调整，适当的增加或删除切换关系，这对覆盖情况复杂的城市尤其必不可少。
第五，对疑难切换问题，我们要在不同的A接口或者Abis接口挂表进行测试，通过观察信令流程来检查切换过程中可能出现的错误，特别是生产厂家不同的MSC之间，往往因为个别参数或者软件版本的不匹配而造成切换失败。
第六，我们要对切换问题切实引起重视，虽然有些切换失败对话音业务影响不大，但对GPRS数据业务却有较大影响，因此我们一定要加强对切换失败问题的管理和考核，加大对切换问题的优化力度。
四、小结
网络优化工作是一项技术含量较高的日常维护工作，切换问题的分析涉及数据量大，影响切换的因素较复杂。我们要在不断监视网络的各项运行数据、路测，根据发现的问题，通过对设备、参数的调整，使网络的性能指标达到最佳状态，最大限度地发挥网络能力，提高网络的平均服务质量。相邻MSC之间的切换不但涉及大量的无线和交换参数，对技术协作的要求很高，特别是相邻省之间的切换。同时由于网络的频繁调整和割接，对信息沟通和数据交流也提出了很高的要求，只有同时加强技术和管理两种手段，密切观察和分析小区的切换情况，合理调整网络的各项配置和参数，才能从根本上做好切换优化工作。