WCDMA室分系統(tǒng)隨機(jī)接入?yún)?shù)優(yōu)化

劉月陽，程先鋒

（中國聯(lián)通北京分公司， 北京 100038）

WCDMA室分系統(tǒng)隨機(jī)接入?yún)?shù)優(yōu)化

劉月陽，程先鋒

（中國聯(lián)通北京分公司， 北京 100038）

隨機(jī)接入過程WCDMA網(wǎng)絡(luò)通信的初始階段，UE終端快速、可靠的接入網(wǎng)絡(luò)，是優(yōu)質(zhì)WCDMA網(wǎng)絡(luò)的重要體現(xiàn)。本文深入研究隨機(jī)接入原理，結(jié)合室分系統(tǒng)組成，分析室分系統(tǒng)干放對(duì)隨機(jī)接入過程的影響?；诶碚摲治?，我們提出參數(shù)優(yōu)化方案。通過測試分析，從多方面對(duì)參數(shù)優(yōu)化值進(jìn)行驗(yàn)證，說明室分系統(tǒng)中，針對(duì)性進(jìn)行隨機(jī)接入?yún)?shù)優(yōu)化的必要性。

WCDMA；室分系統(tǒng)；隨機(jī)接入

1 前言

衡量網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的指標(biāo)有很多，主要包括無線接通率、掉話率、切換成功率、上傳/下載速率。其中無線接通率反映用戶接入網(wǎng)絡(luò)的能力，它由RRC建立成功率和RAB建立成功率組成：RRC建立成功率反映手機(jī)與RNC之間的關(guān)系，RAB建立成功率反映RNC與核心網(wǎng)之間的關(guān)系。RRC建立成功率與用戶的關(guān)系更密切。

WCDMA網(wǎng)絡(luò)與GSM網(wǎng)絡(luò)在業(yè)務(wù)方面具有顯著的區(qū)別：WCDMA系統(tǒng)業(yè)務(wù)更加多樣化。業(yè)務(wù)多樣性帶來室內(nèi)業(yè)務(wù)量激增。所以如何做好室內(nèi)環(huán)境的優(yōu)化，具有非常重要的意義[1]。

本文，針對(duì)室分系統(tǒng)存在的問題，進(jìn)行針對(duì)性的分析，提出了室分系統(tǒng)隨機(jī)接入過程優(yōu)化的方案，提升室內(nèi)系統(tǒng)的無線接入的時(shí)延和可靠性。

2 室內(nèi)分布系統(tǒng)

隨著都市高層建筑的不斷增多，市區(qū)內(nèi)無線環(huán)境變得更為復(fù)雜，增大對(duì)無線信號(hào)的屏蔽和衰耗，成為WCDMA系統(tǒng)面臨的困難問題。解決以上問題的有效方式是在建筑物內(nèi)建設(shè)室內(nèi)覆蓋分布系統(tǒng)，將基站信號(hào)通過有線方式引入到室內(nèi)區(qū)域，達(dá)到消除室內(nèi)覆蓋盲區(qū)的目的。

室內(nèi)分布系統(tǒng)可以分為兩大部分：信號(hào)源和信號(hào)分布系統(tǒng)。信號(hào)源由微蜂窩基站或直放站組成；信號(hào)分布系統(tǒng)是室內(nèi)分布系統(tǒng)的主要部分，由信號(hào)分/合路器、功率分配器件、饋線、室內(nèi)天線等組成。信號(hào)分布系統(tǒng)主要分為4類：無源分布系統(tǒng)、有源分布系統(tǒng)、光纖分布系統(tǒng)和泄露電纜分布方式[2]。目前，室內(nèi)分布系統(tǒng)主要采用的方式是有源分布系統(tǒng)，在特殊場合可以考慮光纖分布系統(tǒng)和泄露電纜分布方式。

室分系統(tǒng)中經(jīng)常使用的一個(gè)器件是干線放大器，簡稱干放，是在功率變低而不能滿足覆蓋要求時(shí)的信號(hào)放大設(shè)備。干放放大信號(hào)強(qiáng)度同時(shí)，會(huì)放大噪聲信號(hào)強(qiáng)度，特別對(duì)于上行，噪聲抬升會(huì)嚴(yán)重影響接收機(jī)的靈敏度，如果室內(nèi)分布系統(tǒng)中存在多個(gè)干放，會(huì)增加信號(hào)恢復(fù)的難度[3]。因此，現(xiàn)有室內(nèi)分布系統(tǒng)中，干放在上行和下行的放大級(jí)是有差別的，通常上行干放的放大能力要比下行干放放大能力低3～7dB，有的甚至可以達(dá)到10dB以上[4]。

3 隨機(jī)接入過程

WCDMA系統(tǒng)中，為了避免手機(jī)初始發(fā)射功率過大，造成不必要的干擾，隨機(jī)接入過程發(fā)射功率采用開環(huán)功控方式，選擇理想的初始發(fā)射功率[5]。

3.1 UE決定PRACH接入初始PREAMBLE發(fā)射功率

UE發(fā)射前導(dǎo)采用開環(huán)功控，初始發(fā)射功率值計(jì)算如下：

POWERpreamble=POWERp-cpich_TX-RSCPp-cpich+ RTWP+cons tant_value

POWERp-cpich_TX是導(dǎo)頻發(fā)射功率， RTWP是基站上行干擾， RSCPp-cpich是下行導(dǎo)頻信道的RSCP，UE可以實(shí)時(shí)測量， cons tant_value是常量值。

3.2 UE發(fā)送preamble，選擇合適的數(shù)據(jù)發(fā)送功率

確定初始preamble發(fā)射功率后，UE發(fā)送preamble，進(jìn)行功率試探，經(jīng)過一定時(shí)間（1.5或2.5個(gè)時(shí)隙，由SIB5/6給出的AICH參數(shù)中獲得），到AICH信道上監(jiān)聽是否得到基站允許響應(yīng)（圖1是隨機(jī)接入過程示意圖）。

* 沒有收到?jīng)]有任何響應(yīng)，增加發(fā)射功率步長ΔP0，繼續(xù)發(fā)送前導(dǎo)。

* 收到允許發(fā)送消息響應(yīng)ACK，則從發(fā)送本次前導(dǎo)的時(shí)間開始后的3或4個(gè)時(shí)隙開始發(fā)送消息部分。

3.3 UE發(fā)送業(yè)務(wù)請(qǐng)求消息數(shù)據(jù)

圖1 隨機(jī)過程原理圖

業(yè)務(wù)請(qǐng)求消息發(fā)射功率由最后1個(gè)接入前導(dǎo)的功率決定+偏置ΔPp-m得到。通常ΔPp-m取值正負(fù)均可，如果為了減少對(duì)上行的干擾，ΔPp-m≤0。確定發(fā)送業(yè)務(wù)請(qǐng)求消息功率后，UE發(fā)送RRC請(qǐng)求消息，開始建立信令鏈路。

4 室分系統(tǒng)隨機(jī)接入?yún)?shù)優(yōu)化

4.1 初始接入前導(dǎo)發(fā)射功率分析

通過以上介紹，可以看到室內(nèi)分布系統(tǒng)干放的存在，導(dǎo)致上、下行鏈路損耗不同，會(huì)對(duì)UE初始發(fā)射功率產(chǎn)生影響。公式（1）決定初始前導(dǎo)的發(fā)射功率，假設(shè)UE處于無線覆蓋環(huán)境相當(dāng)（RSCPp-cpich信號(hào)強(qiáng)度基本相同）的室內(nèi)分布系統(tǒng)和室外基站2種情況，由于室分系統(tǒng)存在干放，容易引入了額外噪聲，室內(nèi)基站的RTWP普遍高于室外基站的RTWP，即RTWP室內(nèi)≥RTWP室外。因此，對(duì)于室內(nèi)和室外2種環(huán)境，計(jì)算得到的第一個(gè)接入前導(dǎo)發(fā)射功率POWERpreamble-室內(nèi)＜POWERpreamble-室外。

4.2 室內(nèi)基站和室外基站接入前導(dǎo)次數(shù)比較

通過分析，上行室分系統(tǒng)信號(hào)要經(jīng)過眾多有源和無源器件，鏈路損耗大于室外基站；同時(shí)，室分系統(tǒng)上行沒有分集接收，所以室分系統(tǒng)內(nèi)手機(jī)通信時(shí)，接入前導(dǎo)的攀升次數(shù)要高于室外基站。

圖2是同等無線環(huán)境下室分系統(tǒng)和室外基站手機(jī)接入前導(dǎo)攀升次數(shù)對(duì)比圖。室內(nèi)小區(qū)接入前導(dǎo)次數(shù)主要分布在[20，30]之間；室外小區(qū)的接入前導(dǎo)嘗試次數(shù)基本是1次完成，少量的接入前導(dǎo)要嘗試10次以上。

以上分析得出結(jié)論：由于室內(nèi)分布小區(qū)和室外小區(qū)上下行鏈路損耗的差別，進(jìn)行優(yōu)化時(shí)要區(qū)別對(duì)待。對(duì)于室內(nèi)小區(qū)，可以采用激進(jìn)的前導(dǎo)嘗試策略，加快前導(dǎo)攀升步長，縮短前導(dǎo)嘗試時(shí)間；對(duì)于室外小區(qū)，可以采用保守的前導(dǎo)嘗試策略，避免功率過大前導(dǎo)造成不必要的上行干擾。

4.3 室分小區(qū)隨機(jī)接入?yún)?shù)優(yōu)化方案

我們選定網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)RRC建立成功率較差的小區(qū)，該小區(qū)上行鏈路干放增益為26dBm，下行鏈路干放增益為37dBm，上下行干放增益差為11dBm，參數(shù)ΔP0=1dB，ΔPp-m=-4dB。

為了加快室分小區(qū)的接入速度，我們針對(duì)ΔP0和ΔPp-m參數(shù)組合，進(jìn)行多組參數(shù)實(shí)驗(yàn)，比較不同參數(shù)對(duì)隨機(jī)接入的影響。

我們?cè)O(shè)定4組參數(shù)：

第一組：默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置，ΔP0=1dB，ΔPp-m= -4dB。本組參數(shù)設(shè)置比較保守，功率攀升速度較慢，盡可能減少隨機(jī)接入過程對(duì)上行的干擾。

第二組：ΔP0=2dB，ΔPp-m=-2dB。本組參數(shù)設(shè)置，接入前導(dǎo)發(fā)射功率可以較快達(dá)到可以接受的等級(jí)。

第三組：ΔP0=3dB，ΔPp-m=-2dB。本組參數(shù)設(shè)置最激進(jìn)，接入前導(dǎo)發(fā)射功率可以快速達(dá)到可接受等級(jí)。

第四組：ΔP0=2dB，ΔPp-m=0dB。本組參數(shù)設(shè)置，接入前導(dǎo)發(fā)射功率可以較快達(dá)到可接受等級(jí)。

我們?cè)O(shè)置測試案例，對(duì)4組參數(shù)進(jìn)行測試分析。測試方法是進(jìn)行話音業(yè)務(wù)反復(fù)撥測，通話建立后保持5s，間隔15s再次發(fā)起業(yè)務(wù)呼叫請(qǐng)求。

4.3.1 接入前導(dǎo)攀升次數(shù)

通過測試，我們對(duì)成功得到AICH信道回應(yīng)前的接入前導(dǎo)攀升次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。參數(shù)組合1，接入前導(dǎo)平均重傳20次才能得到AICH回應(yīng)，還有部分需重傳32次才能得到AICH回應(yīng)；參數(shù)組合2和4中，接入前導(dǎo)平均重傳10次才能得到AICH回應(yīng)；參數(shù)組合3中，接入前導(dǎo)平均重傳6次即可得到AICH回應(yīng)。這與前期參數(shù)設(shè)置分析結(jié)果是一致的。

4.3.2 接入前導(dǎo)時(shí)延

對(duì)于不同參數(shù)組合下，首個(gè)接入前導(dǎo)至AICH回應(yīng)之間的接入時(shí)延滿足如下公式

其中，n是發(fā)送接入前導(dǎo)的次數(shù)，interval_slot是接入前導(dǎo)重發(fā)的時(shí)隙間隔，slot_time是單個(gè)時(shí)隙時(shí)間（20ms/15)， τP-A是接入前導(dǎo)與AICH回應(yīng)之間的時(shí)間間隔。4組參數(shù)接入前導(dǎo)平均接入時(shí)間如表1所示。

表1 接入前導(dǎo)時(shí)延

表1中參數(shù)組合1的接入前導(dǎo)時(shí)延最大，當(dāng)n=32時(shí)，最大時(shí)延接近169ms；參數(shù)組合3的接入前導(dǎo)時(shí)延最小，基本處于[20，30]ms區(qū)間；參數(shù)組合2和4的接入前導(dǎo)時(shí)延基本處于[40，50]ms區(qū)間。參數(shù)組合3與參數(shù)組合1相比，接入前導(dǎo)最大時(shí)延縮短約139ms，縮短比率約為82%，提升效果還是非常明顯。

圖2 室內(nèi)小區(qū)和室外小區(qū)接入前導(dǎo)攀升次數(shù)圖

4.3.3 RRC建立成功率

我們對(duì)接入前導(dǎo)之后的RRC請(qǐng)求建立過程成功率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，表2是RRC嘗試次數(shù)和RRC建立成功率統(tǒng)計(jì)指標(biāo)。

表2 RRC嘗試次數(shù)和建立成功率

可以看到參數(shù)組合1中，RRC嘗試次數(shù)多達(dá)4次，RRC建立成功率為96.92%，主要因?yàn)棣p-m=-4dB，回退步長過大，導(dǎo)致RRC建立過程失?。粎?shù)組合2～4中，ΔPp-m=-2dB或0dB，回退步長減少，RRC建立請(qǐng)求發(fā)射功率足夠大，可以保證RRC建立過程順利完成。從RRC建立成功率指標(biāo)中也可以看出，參數(shù)組合2～4指標(biāo)明顯好于參數(shù)組合1。

4.3.4 RTWP

室分系統(tǒng)對(duì)上行RTWP指標(biāo)非常敏感，RTWP抬升過大，影響基站成功接收數(shù)據(jù)的能力。參數(shù)組合2～4是否會(huì)帶來較大的RTWP，是我們關(guān)心的另一個(gè)問題。

我們?cè)跍y試過程中，對(duì)每次接入過程的RTWP數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可以看到參數(shù)組合2～4的RTWP基本處于-103dBm和-102dBm，對(duì)基站接收機(jī)不會(huì)造成負(fù)面影響；此外，RRC建立成功率提升也說明參數(shù)組合2～4的設(shè)置是合理的。

5 結(jié)論

通過以上的理論分析和測試結(jié)果分析，我們可以看到，WCDMA室分系統(tǒng)上下行鏈路不平衡的特性，對(duì)隨機(jī)接入過程產(chǎn)生了影響。因此，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化時(shí)，要根據(jù)實(shí)際情況，區(qū)別對(duì)待室內(nèi)基站和室外基站：對(duì)于室內(nèi)基站，可以采用激進(jìn)一些的參數(shù)策略，增大前導(dǎo)功率攀升步長和減小RRC小區(qū)功率回退值，以求達(dá)到快速、可靠接入網(wǎng)絡(luò)的目的；對(duì)于室外基站，采用相對(duì)溫和的參數(shù)策略，也可以達(dá)到快速、可靠接入網(wǎng)絡(luò)的目的。

[1] 張軼凡，崔春風(fēng)，張平. WCDMA業(yè)務(wù)分析[J]. 電信科學(xué). 2003，(4).

[2] 李芬，任家富，俞驍. WCDMA室內(nèi)分布系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 信息技術(shù)與信息化， 2010，(1).

[3] 邱遠(yuǎn)賀. 室內(nèi)分布WCDMA干擾分析[J]. 移動(dòng)通信. 2012，(1).

[4] 宋燕輝. TD-SCDMA室內(nèi)分布系統(tǒng)改造方案探討[J]. 通信技術(shù).2010，(1).

[5] 張明，黎軍，王嘉琪，劉正軍. WCDMA隨機(jī)接入信道捕捉結(jié)構(gòu)及性能分析[J]. 無線電工程， 2005，(12).

Optimization of random access procedure of WCDMA in indoor distribution system

LIU Yue-yang, CHENG Xian-feng
(Beijing Branch of China Unicom, Beijing 100038, China)

The random access is the beginning of WCDMA communication. Rapid and reliable accessing of UE is key important for WCDMA network. This paper deeply researches the fundamentality of random access; analyze the inf l uence of indoor distribution system for random access. We proposed a parameter optimization and proved the rationality through much testing. Then, the result explains the necessity of parameter optimization for indoor distribution system.

WCDMA; indoor distribution system; random access

TN929.5

A

1008-5599（2012）11-0001-04

2012-07-23