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摘 要 主要探讨了在CDMA网络设计时，如何考虑空闲状态时终端的守候方式、终端业务请求时网络资源的分配方式以及跨载频硬切换的解决方案这3个方面的问题。
关键词 CDMA 多载频配置 守候方式 信道分配 硬切换
0 概述
随着中国联通CDMA网用户的逐渐增多以及二期工程的全面建设，单载频的CDMA无线网络已不能满足业务量及业务类型增加的需求。我国许多大中城市的CDMA无线网均将逐步扩容至双载频，甚至更多载频。针对CDMA无线网络而言，多载频配置时需要采用一些新的技术手段来保证网络的运行质量，以达到运营商预期的效果。
采用多载频配置，在网络设计时应重点考虑空闲状态时终端的守候方式、终端业务请求时网络资源的分配方式和跨载频硬切换的解决方案这3个问题。这些因素将直接影响多载频CDMA网络效能的发挥和网络的质量。
1 空闲状态时终端守候方式
1.1 守候方式
在目前的多载频CDMA网络中，选用恰当的终端守候方式，主要是解决空中寻呼信道（PCH）资源紧张的问题。寻呼信道的资源占用包括移动终端的寻呼、注册、位置更新等消息内容和短信息的消息内容2个方面。可见，终端的数量以及用户的短信息量都将直接影响PCH的使用情况。
在现有的网络技术水平支持下，移动终端空闲模式时的守候方式主要有以下4种（参见图1）。
1.1.1 所有终端均守候在第一频点（如283频点）
所有终端均守候在第一频点时，随着CDMA用户的逐渐增加，寻呼信道中的系统消息内容势必随之增加。虽然短信息的消息内容可以通过控制字节的长短，将字节数超出门限设定的短消息内容分摊到业务信道（TCH）传送，但在现有的设备情况和软件版本下，单一频点内支持多个PCH仍无法实现。这样，随着用户的增加，PCH中传送的用户系统信息及短信息内容的总量将越来越多。如果不采用恰当的终端守候方式将这些消息内容分摊到不同载频上的PCH中，必然会造成某一频点PCH信道拥塞，从而严重影响网络质量。
由此可见，第一种方式无法满足目前多载频网络的要求，必须把终端分配到不同的频点上守候。
1.1.2 采用HASHING算法分配终端
HASHING算法是根据终端的ESN号码以及当前网络中的频点数量，通过相关性算法计算守候的频点号，并将终端指配到该载频守候。
该算法在理论上将尽可能保持各载频守候终端数目的均衡，并且在条件不变的前提下，使计算结果始终唯一。
1.1.3 根据终端类型（Servers Option）分配终端
根据终端类型分配需要，在基本频点（如283频点）的寻呼信道中增加扩展信道列表信息（Extend CDMA Channel List Message）。IS-95A终端无法识别扩展信道列表，所以只能按照基本信道列表信息（CDMA Channel List Message）提供的频点（如283频点）守候；1x终端则忽略基本信道列表信息，根据扩展信道列表信息进行定向，从而指配到相应的1x载频（如201频点）守候，这样便能达到使不同类型的终端守候在不同载频上的目的。
1.1.4 采用HASHING和终端类型分配的组合算法分配终端
采用HASHING和终端类型分配的组合算法分配终端，是上两种方法的组合，主要用于载频数量更多的1x和IS-95A的混合系统，可以更加灵活地按照设计思路指配终端守候的频点。
在这种方式下，IS-95A终端按照基本信道列表信息中的频点组进行HASHING分配；1x终端按照扩展信道列表信息中的频点组进行HASHING分配。
1.2 守候方式选择
分配方式的选择最主要是看能否解决PCH资源紧张的问题。
采用HASHING算法分配终端时，终端的寻呼消息会根据归属位置寄存器（HLR）中的位置区信息（LAC），由交换机（MSC）传送到相关的基站控制器（BSC）、基站（BTS）群。每个BTS则根据该小区的载频配置，采用HASHING算法计算出终端应该守候的频点，并在该频点的PCH中发送寻呼消息。因此，能够有效地解决单一频点PCH资源紧张的问题。
根据终端类型分配频点时，由于系统设备中（无论是HLR还是MSC等网元）均没有记录终端类型的信息，因此无线子系统（BSS）无法判断被叫终端的类型以及守候的频点，系统发出的终端寻呼消息也只能在所有频点的PCH中同时发送。这样显然无法解决PCH资源紧张的问题，达不到分摊寻呼信息的目的。这个问题的解决，还需要各厂家在系统软件方面进行相应的修改和调整。
有鉴于此，目前采用HASHING算法分配终端是较为简便、有效的方案。
1.3 可能存在的问题
网络采用HASHING算法的终端守候方式时，在多载频的边界区还可能出现一个新问题。即终端在待机模式下，由多载频区域移动到单载频区域（如郊区、室内覆盖区域等）时，若原来终端被指配到201频点守候，则该终端移动到单载频区域后，由于201频点信号消失，将会出现掉网现象。而终端将自动进行重新搜索，并重新守候到基本频点（283频点）。重新搜索所需要的时间与终端的类型等有关系。
对于这个问题，目前还没有好的解决办法，即使边界区域的基站设置有伪导频设备，问题仍无法得到解决。因为伪导频信号中并没有控制信道，终端也无法从中获取系统信息。
这种情况出现的比例比较低，仅仅发生在边界区域，而在这个短暂掉网的时间内被寻呼的概率更低，因此相比不采用HASHING算法造成无线网络PCH拥塞而言，对网络和用户感觉的影响都较小。但当用户沿多载频区的边界线移动时，这种情况的发生将会比较频繁，因此在网络设计时应慎重考虑多载频边界区的选取，以保证网络质量。
此外，采用HASHING算法的终端守候方式在具体应用时还可能遇到网络中存在少量旧版本终端不支持HASHING算法和不同厂家设备的支持情况不尽相同的问题。这样，选择守候方式时还需要考虑网络的实际情况。
2 多载频网络业务信道的分配
2.1 业务信道分配对网络性能的影响
业务信道的分配决定了无线网络资源的使用情况，直接影响到设备资源的利用率和系统的性能。
业务信道分配不合理对网络的直接影响有以下几个方面。
2.1.1 导致话务拥塞
业务信道分配不合理或控制不精确，可导致小区中某些载频的负荷过重而其他载频负荷较轻，导致技术性的话务拥塞。
2.1.2 影响切换成功率
业务信道分配不合理或控制不精确，对于周围小区终端的切换请求，会因无法分配无线资源而导致切换失败，影响网络切换成功率。
2.1.3 影响分组数据业务
对不同业务的信道分配控制不合理，可能导致话音业务占用过多的1x信道资源，限制分组数据业务的使用，影响数据吞吐率。
2.2 业务信道的分配方式
不同厂家的设备对业务信道分配的具体实现方式大同小异。以双载频配置为例，常用的方式有以下几种：
a） 根据业务类型区分，将所有的话音业务指配到283频点，将1x数据业务指配到201频点。
b） 在方式（1）的基础上，对283频点的负荷情况进行控制，将超出负荷门限的话音业务请求指配到201频点。
c） 将所有IS-95A终端的话音业务指配到283频点，所有1x终端的话音业务和数据业务均指配到201频点。同时对283频点的负荷情况进行控制，将超出负荷门限的话音业务请求指配到201频点。
d） 将所有IS-95A终端的话音业务指配到283频点，守候在283频点的1x终端的话音业务优先指配到283频点，守候在201频点1x终端的话音业务和所有1x终端的数据业务均指配到201频点。同时对283频点的负荷情况进行控制，将超出负荷门限的话音业务请求指配到201频点。
e） 对话音业务请求，无论终端在哪个频点发起，均不对负荷和指配进行控制，直接使用该频点的业务信道资源；数据业务请求则指配到201频点。
f） 对任何终端发起的话音业务请求，均优先指配该终端守候频点的业务信道资源。同时根据201频点的功率分配情况，对该频点的话音业务负荷和分组数据业务负荷比例进行控制，将超过话音业务负荷设定门限的业务请求指配到283频点，以确保有一定的网络资源供分组数据业务使用。
功率分配门限的设置可以预留一部分共享功率，由话音业务和数据业务分享。如对数据业务保留60％～７0％的功率，对话音业务保留40％～50％的功率，详见图2。
可以有不同的方法实现上述方式b）、方式c）和方式d）中的载频负荷控制。一种是通过扇区功率分配来判定小区负荷（如功率分配达到80％为门限），另一种是通过扇区沃尔氏码（Walsh Code）的使用情况判定小区负荷（如占用32个沃尔氏码为门限）。通过沃尔氏码的使用情况判定小区的负荷难以精确控制，存在一定的误差；而采用功率分配的情况进行判定，对小区负荷的控制相对精确，应优先考虑。
2.3 业务信道分配方式的选择
上述6种分配方式各有特点，适用于不同的网络。
a） 对于话音业务量较大的地区，仅283频点无法满足业务需求，故不宜采用方式a）。
b） 方式b）仅将283频点过负荷部分的话音业务指配到201频点，能够充分保证数据业务的网络资源，但对话音业务存在一定影响，如会影响话音业务的接入和终端软切换的成功率等。
c） 方式c）和方式d）的差别在于1x终端话音业务的指配，随着1x终端类型比例的变化，这2种方式对网络性能的影响也不一样，1x终端比例较高时，可能影响网络提供数据业务的能力。应当结合网络的实际情况选择具体应用方式。
d） 在数据业务量较大的情况下，方式e）可能无法保证201频点数据业务的网络资源需求。
e） 方式f）是在方式e）的基础上，对201频点进行负荷控制，目的是通过灵活恰当的功率分配设定，保证201频点预留一定比例的网络资源供分组数据业务使用，从而在话音业务的保证和数据业务能力的预留方面找到一个理想的平衡点。
由此可见，话音业务负荷情况、终端比例情况、数据业务量等是影响业务信道分配方式选择的重要因素。在实际网络中，系统设备、终端和业务量的情况千差万别，具体的实现方案应切合网络的实际情况，一方面要考虑网络资源的合理分配，另一方面还要考虑可能对话音业务切换产生的影响。
3 多载频边界区域的硬切换
多载频边界区域发生的硬切换主要是跨载频硬切换，同时还有因系统制式不同而产生的硬切换。
因系统制式产生的硬切换主要指1x话音业务从1x服务区移动到IS-95A服务区时，发生的由RC3到RC1的编码切换。
3.1 跨载频硬切换的主要方式
跨载频硬切换主要发生在终端由多载频区域向少载频区域移动的过程中，这种异频硬切换的触发主要有以下3种方式。
3.1.1 伪导频触发硬切换方式
采用伪导频方式解决边界区域的异频硬切换是最传统、也最有效的解决方案。它需要边界地区的所有单载频小区配置伪导频设备，发射第二载频伪导频信号。终端从双载频区域移动过来时，通过伪导频信号的引导，使终端能够适时切换到单载频小区。
这种方案的优点是无线网络规划及小区参数设置简单，对任何版本的移动终端都适用，切换成功率高，并且不会影响边界小区的容量。缺点是需要在所有边界单载频小区增加伪导频设备，网络设备投资额较高。
目前有些厂家的基站设备已具备跳频伪导频功能，当边界区域载频配置相差2个频点以上时，边界小区只需增加一套伪导频设备，它能采用跳频的工作方式在多个频点循环发射伪导频信号，而不需要在每个频点都安装伪导频设备，从而大大减少了设备投资。
3.1.2 数据库辅助硬切换方式
数据库辅助硬切换方式无需增加任何硬件设备，只是通过对边界区域双载频小区进行相关的设置，使该小区实时监测终端的信号强度等参数，并判断它的移动方向和距离。当终端移动到相邻小区时，触发异频硬切换来保持通话的连续。
这种方案的优点是无需额外硬件投资，实施简便，对任何版本的移动终端都适用。缺点是采用软件触发异频硬切换会影响边界小区的容量；参数设置比较复杂；网络优化难度较大；同时由于无线环境的复杂性，完全由软件进行判断和触发硬切换会带有一定的误差，所以切换成功率没有采用伪导频方式高。
3.1.3 手机辅助的硬切换方式
达到IS-95B版本要求的CDMA终端都具备了异频扫描功能，终端在边界区域通话时可以按照系统的指示，在压缩的空闲时间内扫描测试其他频点的导频强度，并根据相应的门限设定，适时地切换到单载频小区。
这种方式的优点是对无线网络不需进行任何硬件增加和软件设置，切换成功率较高。缺点是由于IS-95A以前的版本终端无异频扫描功能，在边界区域随着位置的移动和信号强度的逐渐减弱，会发生掉话而无法正常切换现象；同时不同厂家设备对该功能的支持程度也不同，实际网络应用比较困难。
3.2 跨载频硬切换对业务的影响
对于话音业务而言，通话的实时性要求非常高，硬切换的成功与否直接影响到通话过程的连续性，切换失败的直接后果就是掉话、通话中断。
对于分组数据业务而言，数据传送的实时性不高，空中信道资源的分配也是根据数据传送量的需求而随时变化的（如在休眠模式下，虽然PPP连接依然保持，但所有的空中信道资源都将被释放），因此，硬切换对数据业务的影响很小，即使切换失败，对于数据业务也仅仅是出现短暂的休眠状态，PPP连接可以依然保持，随后空中信道资源将会重新建立和分配，用户感觉不明显。
综上所述，硬切换对话音业务的影响比较大，所以在网络规划中制定终端守候、分配和跨载频切换方案时都应着重考虑它对话音业务的影响。
3.3 跨载频硬切换的方式选择
3.3.1 宏蜂窝系统的多载频边界区域
伪导频触发的硬切换方式和数据库辅助的硬切换方式各有优缺点。从保证网络质量、提高硬切换成功率的角度出发，建议优先考虑采用伪导频触发的硬切换方式；对于一些话务量较低、切换频度不高的区域，根据设备的具体性能情况，也可以采用数据库辅助的硬切换方式。
3.3.2 室内微蜂窝系统与室外宏蜂窝系统间的多载频边界区域
这种情况下的边界区域与第一种情况的最大差别是切换边界不连续，边界小区的覆盖半径不一致，而且零星分布在整个网络中。如果采用数据库辅助的硬切换方式，一般很难通过参数的合理设定来控制室内外的切换边界，另外对边界小区的容量影响也将导致整个网络性能的大幅下降。因此对于室内外的多载频边界区域，建议采用伪导频触发的硬切换方式。
3.4 跨载频硬切换边界选取
3.4.1 宏蜂窝系统内的多载频边界区域
尽量将边界区域设置在低话务密度及低切换频率的区域，并且保证多载频覆盖区的连续，避免出现载频配置不一致的空洞地区。
3.4.2 室内外的多载频边界区域
室内外系统的切换边界应尽量避免设在用户移动频繁的区域，对于建筑物的低层（1～2层），应避免切换边界位于室外，而应尽量控制在室内的入口区；对于建筑物的高层（3层以上），应尽量将切换边界设在室外，从而尽量避免切换。
4 结束语
由于我国CDMA网多载频的应用才刚刚起步，网络中设备类型多、终端类型和版本复杂，所以在实际应用中势必会遇到各种技术问题，只有结合实践应用，才能找到符合网络实际情况的技术方案。
摘自《邮电设计技术》
