解析CDMA掉话原因 - 全文

一、 掉话的基本概念及掉话机制

在CDMA 系统中要求通话时在MS 和基站之间保持良好的反向链路连接。如果这个链路由于任何原因被中断了，MS 就失去了精确的功率控制。对于CDMA 这个自干扰系统来说，功率控制是决定系统容量和性能的关键，所以如果MS 失去了基站的控制，就会根据接收到基站的功率来调整自己发射的功率，这样可能造成MS 以自己最大的功率发射，对整个系统造成很大的干扰，所以诸如功率控制和切换等重要的过程都需要良好的闭环通道。

MS 掉话机制：

MS 接收到前向链路信号质量较差时，导致较高FER（ForwordError Rate），表明前向链路不好，这时如果MS 连续接收到12 个坏帧，MS 就停止发射。同时MS 的T5m（一般设为5 秒）计数器开始倒计时。如果在计数器到期之前，MS 接收到了2 个连续的好帧则计数器复位，MS 重新发射；如果计数器到期了仍然没有复位，MS 重新初始化，导致掉话。另一种是MS 没有收到确认信息：MS 在业务信道上发射需要确认信息时，如果重发了N1m 次后都没有收到基站的确认信息，MS 也会进入初始化状态。

基站掉话触发机制：

CDMA 系统并没有规定无线子系统的掉话机制，但是设备制造商一般都根据MS 的掉话情况规定了相应的掉话机制。一种就是基站收到一定数目的坏帧，基站就关闭前向链路；另一种是在重试了几次之后仍然没有收到MS 的确认信息，系统也会认为是掉话。

二．掉话原因分析

1．接入/切换冲突引起的掉话

当MS 在小区覆盖的边缘处发起呼叫时，由于服务小区主导频强度较弱，在接入过程中需要切换到新的导频上去，而IS-95A CDMA 系统中不支持在接入系统过程中同时进行切换，这样很可能发生掉话情况。从数据分析表明，这种情况下MS 接收到的信号强度越来越强，但是主导频Ec/Io 越来越弱。当在接入过程中主导频Ec/Io 低于-15dB 时，前向信道信号质量将极大恶化，因为新的导频是一个强干扰源。当前向链路不能被MS 解调出来时，手机很快收到12 个连续的坏帧，手机停止发射并且启动T5m 计数器。如果在MS 接收到信道分配消息1～2帧之后主导频的Ec/Io 小于-15dB，则MS 来不及切换就会产生掉话，MS 重新初始化到一个很强的导频信号上。目前在IS-95B 和CDMA2000 系统中，已经解决了接入过程的切换问题。

2.切换失败引起的掉话

此类掉话的特征是移动台的发射功率达到最大，移动台的接收功率不断增加，而导频的Ec/Io 不断下降，在重新同步到新导频上后又很快增加，TX-GAIN-ADJ 的幅度保持平坦。导频的Ec/Io 随着移动台的接收功率不断增加而不断下降说明有新的强导频成为干扰源，应当进行切换。当导频强度降低到-15dB 以下时，前向链路的质量严重下降，当前向链路不能成功解调时移动台将关闭它的发射机。因为移动台不再发射信号，反向闭环功控比特将被忽略，TX- GAIN-ADJ 的幅度保持平坦，一般是正的几dB。很高的移动台接收功率将使开环功控过程低估所需的移动台发射功率。

掉话原因有：

1） 切换准许算法引起的软切换失败：如果BS 日志显示PSMM 消息中有合适的导频且有可用资源，但没有发送包含强导频的切换指示消息（HDM），则是切换准许算法问题。可能的原因有：不允许多于3 路的软切换；切换算法不完善；不允许切换到不属于邻集列表中的导频上。

2） 资源分配引起的软切换失败：当进行软切换时，需要向目标基站申请资源。系统必须保证有足够的资源来支持软切换，如果系统的激活用户数很多或由于切换率过高，最终所有的资源都用尽了，从而由于没有可用资源导致切换失败。若为切换呼叫预留过多的资源将导致新呼叫阻塞概率的增高，因此接入控制过程可能不会为切换预留足够的资源，从而导致切换失败。可能的原因有：网络负载过大；切换率过高。可以通过调整切换参数T-ADD、T-COM、T-DROP、T-TDROP和切换准许算法来解决。

3） 切换信令引起的软切换失败：有了可用的资源，切换准许算法也允许，软切换是否成功还依赖于适当信令消息的及时传输和接收。如果用于切换的信令不完整和及时，也可能导致切换失败。如果基站日志上记录没有接收到包括强导频的导频强度测量消息（PSMM）或延迟很长时间收到PSMM，则是切换信令出现问题。

主要原因有：强的可用导频没有被检测到：移动台向基站报告检测到的强导频，如果移动台检测导频很慢或没有检测到所有的导频，切换就不会及时地进行。若移动台没有发送包括强导频的PSMM 或发送的很慢，则是移动台没有检测到强导频。可能的原因是：搜索窗口太小、T-ADD 太高、移动台的导频搜索太慢。可以调整的参数有：SERACH-WIN-A、SERACH-WIN-N、SERACH-WIN-R、T-ADD、 PILOT-INC。

反向链路性能下降（反向FER 高）：随着服务导频强度的不断降低，切换信令必须及时地发送。如果反向链路下降得太快，基站将永远不会接收到PSMM，因此导致切换失败。

前向高FER 使接收的切换指示消息（HDM）出错或被丢失：如果前向链路降低，移动台可能接收不到切换指示消息，从而导致切换失败。

3．前向干扰掉话

这种情况分为长时（大于T5m）和短时（少于T5m）干扰掉话。

长时是指持续时间超过移动台的衰落计时器的设定值。此类掉话的特征是移动台的接收功率不断增加，而导频强度Ec/Io 在不断降低，TX-GAIN-ADJ 的幅度保持水平。随着移动台的接收功率不断增加而导频强度Ec/Io 在不断降低，表示在前向链路存在干扰源造成强干扰，但此时活动集内导频信号强度也很好，造成前向FER 过高。当导频强度低于-15dB 时，前向链路的质量严重下降，FER 增高，不能成功解调，此时MS 很快启动T5m 计数器，如果时间持续过长大于T5m 设定的时间，则手机就会重新初始化，导致掉话，连续收到12 个坏帧后，移动台关闭发射机，衰落计时器启动（当连续收到2 好个帧后发射机会从新开始发射）。反向闭环功控比特被忽略，TX-GAIN-ADJ 的幅度保持平坦，一般是正的几dB。如果这种情况持续直到衰落计时器期满，发生的掉话称为长时掉话。若MS 掉话后重新初始化进入新导频，这就是最明显的前向干扰掉话；如果MS 的FER 是由外部干扰造成，MS 将长时间地进入搜索模式（大于10 秒），这是因为干扰源信号很强但是MS 解调不出相关信息。

短时是指持续时间不超过移动台的衰落计时器的设定值。此类掉话的特征是移动台的接收功率在一段时间内不断增加，而后又开始下降，导频强度Ec/Io在一段时间内不断降低，而后又开始上升，TX-GAIN-ADJ 的幅度保持水平。在短时前向干扰掉话中，如果发生了上面的情况，手机的衰减计数器可能在短时间内复位，就不会导致掉话的情况。如果导频Ec/Io 在T5m 到期之前恢复到-15dB 以上，而基站的指令TX_GAIN_ADJ（调整移动台功率）仍然保持恒定，则表明MS没有重新发射功率，当T5m 到期时，手机开始重新搜索网络（即掉话情况发生）。这是因为基站启动了自己的掉话机制并且其计时器比MS 的更短（如2 秒），当MS 检测到服务小区的Ec/Io 恢复时，基站却认为MS 已经掉话，就切断了业务信道，导致手机又初始化到原来的导频上。

产生前向干扰的干扰源有两种：CDMA 的自干扰和外部干扰。

CDMA 的自干扰—如果移动台马上在另外一个导频上进行初始化，那么掉话是因为切换失败，这是前向链路干扰造成掉话的最普遍的情况。解决的方法是优化邻集列表，把强导频加入邻集列表，但要保证邻集列表长度不超过限制。

外部干扰—如果移动台掉话后进入长时间的搜索模式（超过10s），造成很高的FER，从而导致掉话。此时干扰源不可能是CDMA 系统中的可用导频信号。优化方法是检测前向频谱，找出干扰源并消除，保证频谱可用于CDMA 系统。

4．前反向链路功率不平衡掉话

基站系统分配给前向业务信道的功率和反向信道最大Eb/No 值都有一个范围，如果这些参数设置不合理，就可能导致前向信道功率太小不足以维持良好的通话质量，使MS 启动T5m 计数器最终导致掉话。在反向信道上也是如此，系统允许MS 信号的Eb/No 最大值过低将会导致MS 发射功率过小，不足以维持反向链路，使基站认为反向链路太差而切断信道（即使在导频Ec/Io 很好的情况下也可能发生）。

此类掉话的特征是移动台的发射功率达到最大，移动台的接收功率和导频的Ec/Io 基本保持不变，TX-GAIN-ADJ 的幅度变得平坦。由于导频强度很高，意味着前向链路很好；移动台的发射功率却已经调整到最大，说明反向链路很差。这两项指标说明存在前反向链路的不平衡，经过一段时间（3~5 秒）之后，基站检测到MS 的反向信道信号很弱，放弃了反向信道，同时切断前向信道，这样就触发了MS 的掉话机制，导致掉话。基站将放弃反向业务信道，并且停止发送前向业务信号。此时移动台的前向业务FER 变得极高，很快会关闭发射机，参数TX-GAIN-ADJ 的幅度变得平坦。

造成这种情况有两种原因：一种就是用户过多造成反向链路阻塞，因为CDMA是个自干扰系统，一定功率下系统容量是有限的；另一种原因是导频过多。还有一种是在反向链路上存在例如微波发射机等强反向干扰。

优化方法是由于是导频信道增益过高，可以调整的参数：降低导频发射功率，使导频信道和业务信道覆盖平衡；可以减小天线增益或调整天线方向角，缩小覆盖区，从而减小反向干扰，但可能造成其它区域的覆盖问题；可以增加新的基站或直放站。由于郊区往往使用较高增益的天线，导频信道增益过高更易于发生。导频信道增益过高时，手机信号显示较佳，但是会出现无法进行拨打接听电话，及通话质量较差。

5．覆盖掉话

覆盖掉话最明显的特征是导频Ec/Io 和MS 接收的功率同时减少，当导频强度低于-15dB 并持续T5m 以上时，就会导致掉话。如果主导频信号强度在T5m 内恢复到-15dB 以上，MS 仍然掉话，则表明基站的掉话机制已经关闭了前反向链路。

6．业务信道发射功率设置不合理造成掉话

此类掉话的特征是移动台的发射功率、移动台的接收功率、导频的Ec/Io和TX-GAIN-ADJ 的幅度都基本保持不变，但移动台的发射功率未达到最大，移动台的接收功率和导频的Ec/Io 也在门限以上。前向业务信道的功率分配值和反向业务信道Eb/Io 的设置值都在一定的限制范围内，如果这些参数的最大允许值设置为很小的值，业务信道可能不能发送足够的功率来保持通信链路，导致掉话。即使在导频的Ec/Io 可接受的情况下也可能发生。

闭环功控分为内环和外环功控两部分，目的是使BS 能够在保证一定接收质量的前提下，让MS 以尽可能低的功率发射信号，以减小对其它用户的干扰，提高容量。

内环功控就是BS 接收MS 信号，将其与一闭环门限相比，如果高于该门限，向MS 发送“降低发射功率”的功率控制指令，否则发送增加发射功率的指令。

外环功控就是BS 根据所接收到的反向业务信道误帧率的变化，对闭环功控门限Eb/No 进行调整。FER 有一定的目标值，由于多径信道的变化，反向FER 和闭环门限没有一一对应的关系，为了达到FER 的目标值，需要动态调整闭环门限Eb/No。当实际接收的FER 高于目标值时，BS 就需要提高内环门限，以增加MS的反向发射功率；当实际接收的FER 低于目标值时，BS 就适当降低内环门限，以降低MS 的反向发射功率。

前向链路首先失败：由于导频强度和移动台的接收功率都在门限之上，TX-GAIN-ADJ 的幅度在5s 内保持平坦，之后移动台重新初始化。这表明前向业务信道能量不足，使移动台不能成功解调而关闭了发射机。而移动台在同一个导频信道上初始化明确地表明掉话的原因是前向业务信道的信号太弱。解决方法是增大前向业务信道最大发射功率，保证前向业务信道和导频信道的覆盖平衡。但这会增加邻近小区的前向干扰，需要测试邻近小区的前向覆盖。

反向链路首先失败：基站设置的反向业务信道Eb/No 目标值是反向信道的一个限制，外环功控不合理会导致反向链路的发射功率不足。当基站所接收到的反向业务信道的能量达不到一定的值，基站将掉话，中断前向业务信道，现象与前向链路首先失败相同。