CDMA系统拥塞优化分析定位

【摘要】文章从网络产生拥塞的原因及拥塞分类、拥塞的发现及预测、拥塞分析与定位等方面对CDMA网络中的拥塞问题进行了详细的探讨，并用相关案例验证了优化效果。

【关键词】CDMA 优化 拥塞

1 概述

拥塞是所有具备承载业务功能的无线网络系统中最常见的一种故障，主要是由于资源不足和资源过度重复利用造成的结果，总结归纳一些关于拥塞的现象、原因和解决办法，对优化CDMA无线网络是大有益处的。拥塞对用户感知的影响主要体现在：呼入呼出困难、多次拨打才可接通、有信号但是无法起呼、容易掉话、通话质量较差等方面。当前正处在CDMA网络用户快速增长的时期，网络负荷不断增加，如果不注意进行网络的负荷和拥塞分析，容易发生大面积的拥塞事故。因此，必须采取措施进行拥塞的预防与控制。

2 网络产生拥塞的原因及拥塞分类

拥塞主要是由于资源不足和资源过度重复利用造成的结果。CDMA用户的一次呼叫，需要涉及基站的Walsh码、CE、前向功率、公共信道开销等资源；需要涉及传输链路资源MSC信令处理、声码器等资源。

目前，造成CDMA网络拥塞主要有：一是基站侧拥塞；二是传输侧拥塞；三是MSC核心侧拥塞。

2.1 基站侧拥塞

基站侧拥塞的原因主要包括：物理信道资源不足、逻辑业务信道资源不足、基站前向功率不足、寻呼信道资源不足及接入信道资源不足等。

（1）物理信道资源不足（即CE资源拥塞）

物理信道资源主要取决于CE的数量。CE（Channel Element）用于CDMA系统的信道调制解调。CE的数量决定基站支持的并发用户数（含软切换）。CE在基站内的小区及载频间共享，当配置的CE不足时会引起拥塞。

对于CE拥塞，首先要分析拥塞基站的CCU板的TCH利用率，因为这是最常见的，也是最具普遍意义的拥塞原因。计算业务信道数量的方法是整个CCU的CE减掉开销信道所占的CE数量和切换需占用的CE数量，最后剩余的CE即为TCH Channel。然后根据这些剩余的TCH CE，将其与Erlang-B表相对应，扣除2%的呼损，从而可以得到系统最大支持业务容量的Erlang数。将每日的系统实际业务统计量和这个理论的容量相对比，就可知目前的系统是不是TCH拥塞，因此必须以增加CCU板卡来解决TCH拥塞故障，即普通意义上的扩容工程。

（2）逻辑业务信道资源不足（即Walsh码资源拥塞）

逻辑业务信道数主要由Walsh码资源决定。

在CDMA系统中，Walsh码的主要作用是：相互之间完全正交；前向链路中，Walsh码用来区分各个信道；反向链路中，Walsh码用作正交码，进行正交调制。

Walsh码资源和CE资源存在区别：CE资源是整个基站共用；Walsh码资源每载扇只有64个（RC3），当可用Walsh码数量不足时会引起拥塞。

（3）基站前向功率不足

基站前向功率是有限的，它的消耗主要由固定的公共信道消耗、基于用户数及无线环境的业务信道消耗组成。用户数增加以及用户渐远等因素对基站前向功率的需求增加，但是基站功率是一定的，这就会出现通常所说的功率不够用的情况，从而引起拥塞。另外，前向准入门限设置不合理等因素也会引起基站前向功率不足的拥塞。

（4）寻呼信道资源不足

寻呼信道提供系统信息和向手机发送控制消息（如系统参数、接入参数、邻区表、接入信道参数、CDMA信道列表、时隙寻呼及寻呼消息、各种指令、信道分配消息等）。当寻呼信道负荷过高时，会引起寻呼信道的拥塞。一般认为当寻呼信道负荷超过70%时，会引起寻呼信道拥塞。

当前许多的SP供应商在提供大量短信、游戏等业务时，由于群发的用户众多，会占用大量的寻呼信道。

在MSC侧可以设置短信使用业务信道传输的触发门限，字节数小于该门限的短信会在寻呼信道下发，当该类短信较多时，会引起寻呼信道的拥塞。

LAC规划不合理，如LAC规划过大，导致寻呼量较大；或LAC区边界位于高话务区域或人流量较大的交通要道，导致位置更新频繁，同样会引起寻呼信道的拥塞。

寻呼机制配置不合理，也会引起寻呼信道的拥塞。

（5）接入信道资源不足

接入信道用于用户接入或登记时的信令交互，过多用户同时接入或登记，会引起接入信道的拥塞。一般认为当接入信道负荷超过60%时，会引起接入信道拥塞。

REG_ZONE边界位于高话务区域或人流量较大的交通要道，导致位置更新频繁，会引起接入信道的拥塞。

用户登记机制设置不合理，同样会引起接入信道的拥塞。如TOTAL_ZONE设置过小，当用户处于多个位置区的边界时，会频繁登记，导致接入信道拥塞。

2.2 传输侧拥塞

传输链路包括基站与MGW之间的链路、MGW与MSC之间及MGW与MGW之间的链路。传输链路带宽不足而吞吐量过大时，会引起传输拥塞。

2.3 MSC核心侧拥塞

MSC的各处理板CPU负荷过高、声码器及PCF配置不足、IP Backhaul、ATM接口配置不足等，这些问题都会引起MSC的拥塞。

3 拥塞的发现及预测

3.1 日常监控

日常应建立有效的拥塞监控机制，通过网管指标分析、监察设备告警及日志等手段，及时发现及预防拥塞。主要有：

（1）通过业务信道拥塞率、Walsh码话务量、Walsh码拥塞次数等统计指标来分析是否出现Walsh码拥塞。

（2）通过业务信道拥塞率、CE话务量、CE拥塞次数等统计指标来分析是否出现CE拥塞。

（3）通过业务信道拥塞率、前向发射功率峰值负荷、前向发射功率忙时平均负荷等统计指标及功放告警等，分析是否出现前向功率拥塞。

（4）通过寻呼信道负荷分析是否出现寻呼信道拥塞。

（5）通过接入信道负荷分析是否出现接入信道拥塞。

3.2 阶段性系统负荷分析

应建立有效的系统负荷定期分析制度，周期性地对空口资源、设备负荷、传输链路负荷等进行分析，并结合用户发展规模预期，评估现网容量，提前做好网络扩容准备工作。空口资源的相关分析：

（1）现网负荷分析

可以通过传输吞吐量峰值负荷及平均值负载分析是否出现传输链路资源不足；另外，通过CPU负荷、ATM占用率来分析是否出现MSC资源不足。

（2）用户发展引起的负荷增长及拥塞预测

根据近期VLR用户数增长趋势、市场部门放号计划及促销活动、增长用户的地理分布，结合现网的配置容量来预测网络负荷增长及拥塞情况，提前做好网络扩容准备工作。

4 拥塞分析与定位

4.1 基站侧拥塞

（1）CE拥塞分析定位与解决方案

1）CE拥塞定位流程

如果通过统计，基站出现TCH Block，那么可用以下方法判定是否出现CE拥塞：

通过Smart数据查看峰值CE占用数接近可用CE数，断定为CE拥塞；

忙时查看2139界面，CE占用率大于80%断定为CE拥塞。

2）CE拥塞解决方案

对于基站各载频及临近区域基站话务量均很高的情况，增加CE资源或增加站点；

对于基站密度较高的区域，可以通过新建独立信源加室内分布系统的方式吸收话务，解决网络拥塞问题；

对于本站话务量高、邻近基站话务量不高的情况，可以通过调整天线的方位角、下倾角、发射功率等方式，收缩拥塞基站的覆盖范围，减少基站的话务负荷，达到解决拥塞的目的。

3）CE拥塞相关指标

Smart统计相关指标如下：

Peak Occupied Ces；

2G/3G O/T Block Rate due to CE,BH and WC(%)；

2G/3G HO Block Rate due to CE,BH and WC(%)；

Data Call Blocks due to Insufficient Resource(D3.1)；

Data Call Block Rate due to Insufficient Resource(D3.2)(%)；

Data Call Block Rate due to Insufficient Wireless Resource(D3.3)(%)；

TCH Blocks(CE/BH)；

TCH Block Rate(CE/BH)(%)；

TCH Block Rate(Total)(%)。

（2）Walsh码拥塞分析定位与解决方案

1）Walsh码拥塞定位流程

如果通过统计，基站出现TCH Block，通过Smart数据查看峰值Walsh码占用数接近可用Walsh码占用数，断定为Walsh码拥塞。

2）Walsh码拥塞解决方案

对于基站各载频及临近区域基站话务量均很高的情况，可增加载频数量，解决网络拥塞问题；

对于本站话务量高、邻近基站话务量不高的情况，可以通过调整天线的方位角、下倾角、发射功率等方式，收缩拥塞基站的覆盖范围，减少基站的话务负荷，达到解决拥塞的目的；

基站各载频话务量差异较大的情况，可以根据话务均衡算法进行载频间话务分担；

高速数据业务占用Walsh码资源过多，可以通过减小基站可支持最大的速率，如将最大支持153.6Kbps速率减小到19.2Kbps，以减少高速数据业务占用的Walsh码资源，但此种方法会影响到用户的感受，也可通过RC3改RC4，使每载扇支持的Walsh码数由64个增加到128个，以达到解决Walsh码拥塞的目的。

3）Walsh码拥塞相关指标

Smart统计相关指标如下：

Peak Walsh Code；

2G/3G O/T Block Rate due to CE,BH and WC(%)；

2G/3G HO Block Rate due to CE,BH and WC(%)；

Data Call Blocks due to Insufficient Resource(D3.1)；

Data Call Block Rate due to Insufficient Resource(D3.2)(%)；

Data Call Block Rate due to Insufficient Wireless Resource(D3.3)(%)；

TCH Blocks(CE/BH)；

TCH Block Rate(CE/BH)(%)；

TCH Block Rate(Total)(%)。

（3）基站前向功率不足拥塞分析定位与解决方案

1）基站前向功率不足拥塞定位流程

通过Smart统计，如果该扇区存在TCH Block Rate（Forward Power Control）(%)或者TCH Block Rate（Reverse Power Control）(%)，则判断为基站前向功率不足导致的拥塞。

2）前向功率不足拥塞解决方案

基站各载频话务量差异较大的情况，前向功率负荷差异也较大，可以根据话务均衡的算法进行载频间话务分担；

对于本站话务量高、邻近基站话务量不高的情况，可以调整天线的方位角、下倾角、发射功率等方式，收缩拥塞基站的覆盖范围，减少基站的话务负荷，达到解决拥塞的目的；

合理配置功率参数；

合理分配开销信道占总功率的比例。

3）前向功率不足拥塞相关指标

Smart统计相关指标如下：

2G/3G HO Block Rate due to Power Control Overload(%)；

Data Call Blocks due to Insufficient Resource(D3.1)；

Data Call Block Rate due to Insufficient Resource(D3.2)(%)；

Data Call Block Rate due to Insufficient Wireless Resource(D3.3)(%)；

TCH Block Rate (Forward Power Control)(%)；

TCH Block Rate (Reverse Power Control)(%)；

TCH Block Rate(CE/BH)(%)；

TCH Block Rate(Total)(%)。

（4）寻呼信道资源不足拥塞分析定位与解决方案

1）寻呼信道资源不足拥塞定位流程

通过Smart统计，如果该扇区Peak Paging Channel Occupancy(%)大于70%，则判断为寻呼信道资源不足导致的拥塞。

2）寻呼信道资源不足拥塞解决方案

LAC区规划不合理引起寻呼信道拥塞，LAC区的规划不应位于高话务区域或人流量大的交通要道，以免频繁注册，造成大量的注册消息占用寻呼信道，造成拥塞；

话务量过高引起寻呼信道拥塞，增加载频或开第二个寻呼信道解决寻呼信道拥塞；

寻呼策略的优化，寻呼策略包括寻呼次数的设置、寻呼时间间隔设置、隐含关机时间、ISPAGE功能开通、SCI寻呼周期的设置等，合理的寻呼策略可以达到减少寻呼拥塞，提高寻呼成功率的目的；

短信引起的寻呼信道拥塞，在MSC侧让短信全部占用业务信道，减少寻呼信道的使用；另外，Priority Paging During High Paging Channel Occupancy功能是通过在寻呼信道负荷超过门限的时间段提高部分通过寻呼信道传递的消息的优先级，来解决在短信风暴所带来寻呼信道负荷过高而导致语音业务建立失败的问题。

3）寻呼信道资源不足拥塞相关指标

Smart统计相关指标如下：

Peak Paging Channel Occupancy(%)；

Paging Channel Occupancy(%)。

（5）接入信道资源不足拥塞分析定位与解决方案

1）接入信道资源不足拥塞定位流程

通过Smart统计，如果该扇区Peak Access Channel Occupancy(%)大于60%，则判断为接入信道资源不足导致的拥塞。

2）接入信道资源不足拥塞解决方案

话务量过高引起的寻呼信道拥塞，增加载频或开启多接入信道功能（Multiple Access Channel）解决寻呼信道拥塞问题；

登记机制参数设置不合理引起的接入信道拥塞，可通过调整TOTAL ZONE、ZONE TIMER来改善多个位置区交界处频繁登记现象。

3）接入信道资源不足拥塞相关指标

Smart统计相关指标如下：

Access Channel Occupancy(%)；

Peak Access Channel Occupancy(%)。

4.2 传输侧拥塞

传输链路包括基站与MGW之间的链路、MGW与MSC之间及MGW与MGW之间的链路，需要MSC工程师定期进行各链路资源负荷检查。

4.3 交换侧拥塞

5 相关案例

5.1 故障现象

通过Smarter查看浙江金华1局ECP3的RCS187在3月3日早忙时11点的指标，发现该站点拥塞溢出率突增，CE/BH溢出严重，CE/BH溢出888，CE/BH拥塞率为48.21%，导致该站在早忙时有3次掉话，影响了网络指标，同时也影响了客户感知度，如表1所示。

5.2 原因分析

通过Smarter查看RCS187的CE/BH溢出严重，Smarter无法查看具体是CE溢出，还是BHS溢出，通过查询相关计数器，分析得出CE溢出严重。

经过查看OMP的btseqp表的14页的CE参数设置，发现RCS187的1扇区CCU2的CCU Carriers Block设置为2，也就是说该CCU只给该站2载频提供CE资源，不能给1载频提供CE资源。而该站点语音话务量较大，导致该站点1载频CE拥塞，如图2所示：

5.3 优化建议及处理结果

建议将RCS187的btseqp表中14页的CCU Carriers Block的参数设置为1和2，让该CCU为1，2载频同时提供CE资源。

修改btseqp表中14页的CCU Carriers Block的参数后，对ECP3的RCS187进行了指标跟踪。通过Smarter数据查看，该站点没有出现拥塞，溢出0次，没有出现掉话现象，该站指标已经恢复正常，具体指标如表2所示。

6 结论

本文分析了现网可能存在的CDMA系统拥塞类型以及针对不同拥塞类型的定位流程，以便更及时、准确地选择处理拥塞的分析方法，提高网络利用效率，降低网络风险。

参考文献：

[1] 中国电信集团公司. CDMA网络拥塞分析和处理指导书[Z]. 2009.

[2] 王叶青. CDMA网络优化浅析[J]. 电子质量, 2001(12): 88-93.