京津高速铁路CDMA2000 1x网络的性能和优化

【摘要】文章通过搭建实验室测试系统,模拟时速350公里的高速铁路手机使用场景,分析路测发现的网优问题并给出了解决方法,取得了商用产品抗衰落的实验数据。

【关键词】CDMA2000 1x 高速铁路 多普勒频移 前向闭环功率控制

京津城际铁路投入运行后,给沿线CDMA2000 1x网络的性能和优化带来了新问题:在极高移动速度的场景下,无线链路的可靠性如何?路测发现了哪些网络质量问题?运用什么方法优化?本文将对此进行详细分析和探讨。

1 优化前的问题

北京至天津的城际铁路最高时速达到350公里,平均时速在300公里左右。开通后,中国电信接到一些用户的投诉,反映某些路段存在语音质量低、掉话等问题。经现场测试,收集无线接入网的各项指标后,发现如下问题:

(1)语音质量指标MOS值较低[1,2]且听觉效果差,但对应的误帧率却小于1%,完全符合前向闭环功率控制的要求。

(2)掉话均发生在SID/NID变化的硬切换区域,因无线链路中断导致定时器超时而掉话。掉话发生前,终端不断用信令消息Pilot Strength Measurement Message(PSMM)和Power Measurement Report Message(PMRM)上报很高的误帧率(见图1)。掉话后,捕获到非邻区列表里的Pilot PN。

(3)测试日志显示单程发生了1350次软切换,几乎每秒一次。

2 问题分析

2.1 高铁场景下终端的抗衰落性能

350公里的时速会产生较大的多普勒频移。在此场景下,CDMA2000 1x的无线链路性能如何?笔者在实验室以无线信道模拟器为核心搭建了测试模型,主要构建模块有Agilent公司的E5515C通信综测仪、Spirent公司的SR5500无线信道模拟器、高通公司的CDMA2000 1x被测终端。实验系统连接方式如图2所示。测试软件用Agilent Lab Application,测试流程见图3:

信道条件是一径的莱斯衰落,则多普勒频移

fd=cosθ

其中,λ是波长,v是移动速度,θ是入射角,测试模型中为0。测试各项配置见表1:

因为前向链路采用了闭环功率控制,链路的误帧率能自适应地逼近1%的目标值。我们要观察的是不同的信道条件下基本业务信道的发射功率如何变化。测量结果见图4:

测量结果显示,低速情况下业务信道需要最大的发射功率维持链路可靠性;时速达到200公里以上时业务信道发射功率只是温和上升,抗衰落能力很强,说明链路在350公里时速时完全可靠。

2.2 信号覆盖质量

路测表明,终端接收功率、发射功率、导频信道Ec/Io等统计覆盖指标均正常,见表2:

掉话前的高误帧率推高了平均误帧率,但总体而言,前反向链路预算没问题。而通信有效性下降的主要原因是频繁软切换带来了过多的信令消息开销,业务信道帧原来传送语音信息的比特被信令比特取代了。

3 优化方法

采取下列方法优化无线接入网络,能显著提高通话效果:

(1)减少京津城际铁路沿线的基站数量,扩大宏蜂窝基站的覆盖范围,有效减少软切换次数,扩大单个软切换区域范围;

(2)改变SID/NID硬切换边界位置,降低掉话率;

(3)使用窄波束、高增益天线做无线覆盖;

(4)适当使用直放站。

参考文献

[1]杨大成,等编著. 移动传播环境:理论基础、分析方法和建模技术[M]. 北京: 机械工业出版社,2003.

[2]Yeh J, Khan A, Aydin L, et al. Performance Comparison of CDMA2000 Forward Power Control Modes[C]. The 14th IEEE 2003 International Symposium on Persona1,lndoor and Mobile Radio Communication Proceedings,2003.

[3]3GPP2 C.S0002 v3.0. Physical Layer Standard for CDMA2000 Spread Spectrum Systems Release 0[S].

【作者简介】

裘再奇:高通公司主任工程师,从事测试软件开发和实验室系统级性能测试,主要研究方向是CDMA2000 1X EV-DO物理层均衡算法的计算机仿真研究。