EVDO接入和切换参数研究.doc

EVDO接入和切换参数研究金益源（长途无线部网优中心）摘 要： 目前中国电信的EVDO网络在工程建设、用户发展、终端应用各个方面都已经取得了明显的成效。随着网络和用户的不断发展，用户的需求不断提高，网络自身也需要不断的优化来提供更优异的性能。本文重点从与用户感知最为密切的接入和切换两个方面研究了优化方法和思路。按照先理论分析再现网验证的方法，首先掌握参数的作用和对网络的影响，从而为研究论证提供方向，在此基础上有针对性的进行现网的试验最终论证参数对提高网络性能的作用。根据上述的思路和研究方法，最终研究出一套有效提高EVDO网络性能的优化方法和手段。关键词： EVDO参数 网络性能 接入和切换1 概述EVDO技术是中国电信3G网络采用的关键技术，全称为EVolution Data Optimization。为3G网络提供高速的数据上传和下载，满足无线互联网的需求，也提供例如PTT(Push To Talk)无线对讲等新的业务和应用。自从EVDO网络商用以来，用户数迅猛上升。根据工业及信息化部产业司公布的数据显示，2010年中国电信的3G用户数已达1229万户，净增822万户，比上年增长202.2%。截至2011年4月底，电信3G用户数达1784万户。上海电信EVDO网络忙时话务量已达3万多爱尔兰(erl)，日连接总数已超过2千5百万次。随着智能终端比例快速增加、微博等新应用的出现，除了传统的数据卡上网方式以外，使用智能终端方式上网无论从数量和增长速度上都已经体现出了网络发展的趋势和方向。EVDO网络承载了传统数据卡、智能终端、PTT业务这些在用户行为习惯和网络需求上都截然不同的业务和应用。如何通过网络优化提高EVDO网络的性能，提升不同业务类型的用户的使用感知就成为摆在网络优化工程师面前的一大课题。本文通过对EVDO接入和切换这两个直接影响用户感知的过程的研究分析和实践，得到了一套有效提高网络性能的参数设置方法，为EVDO网络优化提供思路和方法。2 接入参数研究用户无论通过何种方式使用何种业务首先都需要和网络进行连接，这一过程就是接入过程，接入过程的顺畅与否直接影响用户是否能够快速正常使用各种业务。接入过程通常也就是终端和网络直接的互相通信的过程，这个过程中典型的两个设备就是AT（Access Terminal）也就是EVDO手机或者EVDO上网卡，以及AN（Access Network）也就是基站和基站控制器。2.1 接入参数理论研究参数名称参数功能AccessCycleDuration接入消息的发送间隔，决定接入消息的发送次数和频度OpenLoopAdjust初始接入消息的发射功率，决定首个接入消息的发射功率大小表1 接入参数功能AT开机后注册到网络中并进入空闲状态，当需要使用某种业务例如浏览网页时就需要和AN进行通信和协商并根据需要分配业务信道，这个过程便是接入过程。AT在空闲时通过接入信道和AN进行通信，每个基站都有至少一个独立的接入信道，AT通过在接入信道上发送接入消息（Access Probe）从而和AN进行通信。为了克服无线信号的随机性和无线环境的复杂性导致的信号波动和衰减，接入消息（Access Probe）的发送由若干个接入消息序列（Access Probe sequences）组成，每个序列有若干个接入消息（Access Probe），每个Probe功率逐步递增，直到收到基站的确认消息或者序列结束。在覆盖良好的区域初始的接入消息功率就能完成接入，而在覆盖较弱的区域则需要等待接入消息功率的上升直至能够克服信号衰减才能完成接入，因此接入的时间就会变长。如图1所示图1 接入消息序列初始的Access Probe功率由以下公式决定：IP = -Mean Receive Power (dBm)+ OpenLoopAdjust（负值）+ ProbeInitialAdjust由此可以发现增大OpenLoopAdjust值会使IP功率下降，在反向链路无线情况较弱的区域AT的接入时间会增加（探针数增加）或者接入失败。而减小OpenLoopAdjust的值，使得初始功率增加，则可以使接入探针数减少从而减少接入的时长。但是较高的发射功率会导致底噪的抬升，这部分影响也需要关注。 接入消息只能在AN准备接收的时间段里发送，否则由于AN侧没有准备而导致AT发送的接入消息不被接受而导致接入失败，也就是接入消息发送的时刻必须是在基站开始周期性的搜索接入信道的时刻，这个特定的时刻就是由AccessCycleDuration参数决定，接入消息在AccessCycleDuration的整数倍时刻发送，这个周期长度由AccessCycleDuration决定，单位为时隙(slot)，注：1slot=1.667ms。如图2所示图2 接入消息序列据此可以发现，该参数设置越小则基站搜索接入信道就越频繁，同时AT发送接入消息的密度也就越大，同样时段里可以发送接入消息的次数增加，在接入强度不变的情况下，增加了接入的速度和成功率，减少碰撞概率，相当于增加了接入信道的容量，可以适应于更大强度的接入需求，尤其适合目前的对接入时长要求较高的PTT业务，减少接入的时间。理论计算可以看出该参数从32修改为16slots，相当于增加了一倍容量。如表1计算，每秒钟内接入信道的搜索次数增加一倍。AccessCycleDuration(slot)每秒钟每个接入信道的搜索次数（次）16slot37.532slot18.75表2 接入信道搜索强度同时由于接入消息发送在时间上密度增加可能会使底噪略有上升，考虑到由于碰撞的概率下降，在接入强度不变的情况下，整体底噪预计不会有大的变化。另外接入序列之间的时间间隔 =TACMPATProbeTimeout + (y * AccessCycleDuration)序列间的间隔也将减少，从而减少接入时长。2.2 接入参数实践论证为了验证理论分析的正确性掌握参数对网络的实际影响，选择了现网部分基站和交换机进行参数的实践论证。2.2.1. AccessCycleDuration实践论证通过选择3个单站对比测试AccessCycleDuration设置为16和32时接入时长，从时间的对比来看，接入时长有较明显的减少。如表3所示测试基站access_cycle_duration = 32access_cycle_duration = 16平均接入时长(秒)测试次数平均接入时长(秒)测试次数1（覆盖良好）0.199690.159662（覆盖一般）0.179650.1237593（覆盖较弱）0.239490.20949平均值0.2061830.1639174表3同时参数修改前后7天忙时底噪均值没有明显的变化修改后修改前图3通过理论和实践的结果来看，AccessCycleDuration参数的减少可以有效的降低接入时长，并且和无线覆盖没有很大的相关性。尤其适合PTT等对接入时延要求较高的业务，另外由于目前智能手机的快速增加特别是各种短连接业务的迅速增长已经很大程度增加了接入信道的负荷，通过该参数的修改可以增加接入信道的容量，降低接入时间。2.2.2. OpenLoopAdjust实践论证 理论研究结果显示在覆盖较弱的区域该参数的减少会对接入时长有较明显的改善，因此专门选择了覆盖较弱和覆盖良好的3个区域的基站，分别降低参数设置来验证理论研究的结论。测试结果显示在覆盖较弱的区域Open_Loop_Adjust对于接入时长有较大的改善。而对于同一个基站该参数值为85的时候平均接入时长最长，设置为79的时候平均接入时长最短。并且在覆盖较弱的区域接入时长的提高比较明显。测试基站Open_Loop_Adjust = 82Open_Loop_Adjust = 85Open_Loop_Adjust = 79 平均接入时长(slots)平均接入时长(秒)测试次数平均接入时长(slots)平均接入时长(秒)测试次数平均接入时长(slots)平均接入时长(秒)测试次数1（覆盖良好）68.50.11475178.690.2977562.670.1044732（覆盖一般）187.050.31175383.70.63970118.640.1977723（覆盖较弱）265.170.44275348.250.587193.630.15673平均值1740.282253010.502216920.15218表4同时可以观察到，随着参数值的减小，也就是AT初始接入消息的的功率上升后，底噪略有上升，但并不影响系统关键性能指标。原设置值第一次调整后值第二次调整后值影响指标调整前指标第一次调整后指标(85)第二次调整后指标(79)828579RLP层平均下行数据速率(kbps)1095.71086.821060.71RLP层平均上行数据速率(kbps)132.3134.91130.5910秒钟RSSI(dB)0.86470.831.1单扇区平均每天连接建立次数572539718连接成功率99.53%99.48%99.53%表5通过理论和时间证明减小OpenLoopAdjust来提高初始接入探针的功率可以有效的缩短接入的时长，尤其是在覆盖偏弱的区域。对于全网的接通率没有显著的改善，主要原因是即使初始的探针功率偏低AT也会在后续的探针中逐步提高功率，直至基站确认。该参数主要改善的是AT在较弱覆盖区域特别是上行偏弱区域的接入时长。建议在局部弱覆盖区域修改该参数改善接入时长和接通率，提高用户感知。3 切换参数研究切换是所有移动网络都必须解决的一个问题。无线网络都是由不同的基站组成，每个基站都覆盖一定的范围，随着AT远离服务基站，信号会不断的衰减必须要有其他信号较好的基站来提供服务，AT从原服务基站到新服务基站的过程就是切换过程，也是EVDO业务连续性和移动性的保证。如何提高切换成功率同时减少切换给系统带来的资源损耗就是本文的研究目标。3.1 切换参数理论研究参数名称参数功能maxLegsSect参加切换的最大导频数量soft/softer HandoffDelay软/更软切换的延时，决定了虚拟软切换的最短时间soft slope动态软切换的斜率、加入截距、去除截距，共同决定了动态软切换的门限变动add_interceptdrop_intercept表6EVDO前向是时分复用的，同一时刻只能从一个扇区获得数据，因此不存在1X的软切换，只能采用虚拟软切换技术，反向仍采用类似1X的软切换。前向虚拟切换的目标导频和源导频必须是激活集中的导频，而参加切换的导频数量由MaxLegs决定。参加切换的导频数多则切换时的选择就多，能够选择到信号好的扇区的概率就大，同时也能够克服个别扇区信号的剧烈波动带来的对速率的影响，对于信号覆盖良好的区域作用较小，并且由于AT与激活集中的所有导频都必须有控制信道连接，过多的导频数量会导致控制信道的资源浪费。导频数量增加到一定数量后继续增加能够带来的好处也会递减。EVDO RevA引入了DSC信道，从而实现了前向虚拟软切换，如图5所示。图4所谓虚拟软切换就是AT在所有的激活集扇区中重新选择服务扇区的过程。对比REV0，AT在DRC信道指向目标小区前首先将DSC信道指向目标小区，通知目标小区提前做好切换准备，数据开始缓冲，此时仍由源小区提供数据给AT，在目标小区准备好后，再将DRC信道指向新小区，完成切换。避免了提前将DRC指向新小区而导致的数据空白。而更改DRC信道的指向到新的扇区所需要的最小时间间隔就是由参数Soft/SofterHandoffDelay决定。因此如果参数设置过小则在数据尚未准备好之前即将DRC指向新的小区则不能体现虚拟软切换的左右，而参数设置过大则导致资源的浪费。在反向，EVDO可以支持IS95B动态软切换，根据AT接收到的信号强度的优劣来动态改变导频的加入门限和移除门限，目的就是在信号良好的情况下减少不必要的切换。从R22版本开始，EVDO系统在反向链路上支持IS95B软切换算法。当IS95B软切换算法打开后，1x EV手机将利用下面公式计算动态的添加/移除门限：动态加入门限= max（斜率*合成EcIo+加入截距，导频检测门限）动态移除门限= max（斜率*合成EcIo+移除截距，导频移除门限）如图所示，激活集EcIo当动态门限等于t_add/t_drop时IS95B加入/移除质量标记为Q_add/Q_drop： Q_add=（导频检测门限-加入截距）/斜率 （1） Q_drop=（导频移除门限-移除截距）/斜率 （2）当现有的激活集combined EcIo大于Q_add时，如果一个信号强度超过动态加入门限，手机会通知基站将其加入激活集或候选集。同理，当一个导频信号强度低于动态移除门限的时长超过移除时间门限，手机会通知基站将其从激活集中移除。当现有的激活集EcIo小于Q_add/ Q_drop时，手机的操作和在IS95A时一样。注意Q_add和 Q_drop的值越高，需要动态软切换的过程就越少，也就是越接近IS95A。图5通过理论分析可以通过计算模拟出动态软切换在不同设置时的效果：例如参数组按如下设置时：soft slope1.75add_intercept2drop_intercept0表7通过计算可以得出实际的加入门限的变化过程如下表所示：combined Ec/IoT_ADDT_DROP动态add取max（实际加入门限）-15-9-20.5-9.-8.25-9-10.375-9-8-9-10-9-7.75-9-9.625-9-7.5-9-9.25-9-7.25-9-8.875-8.875-7-9-8.5-8.5-6.75-9-8.125-8.125-6.5-9-7.75-7.75-6.25-9-7.375-7.375.表8当combined Ec/Io高于-7.25db时，实际导频加入门限开始上升，从而降低切换的发生。合理的设置就可以有效的减少不必要的切换产生。通过图8可以清晰看出动态加入门限的增长趋势。图6在大于-9db后动态加入门限由一定的斜率线性上升，从而减少切换次数。该参数的设置关键在于在减小切换次数的同时不能影响必要的切换，也就是说需要通过计算和实际实践后采用合理的设置减少“不必要”的切换次数。3.2 切换参数实践论证通过现网的验证进一步的论证了理论研究的正确性和合理设置参数的方法。3.2.1. MaxLegs参数实践论证现网将MaxLegs由4改到6，并统计相应的切换性能和网络主要的指标如表8所示。统计时间网元名称前向RLP层平均速率(kbps)反向RLP层平均速率(kbps)软和更软切换成功率修改前一周平均（4）MSC982.5155.999.91修改后一周平均（6）MSC977.3145.199.93表9从全网统计来看，该参数由4改到6后对切换成功率没有明显的改善，分析原因主要是现有的无线环境中的参加切换的导频数量多为4以下，增加参加切换的导频数量到6以后并不会明显减少由于导频数量不够而导致的切换失败数量。这也为该参数的设置提供了一种思路，需要通过现网的数据统计掌握实际参加切换的导频数量分布，从而指导参数的修改方向，如现网参加切换的导频数量大多数分布在4以下则没有必要修改该参数设置为大于4。如表9所示是在交换机下的一次DO路测结果的统计。ActiveCount采样点数百分比14114318.59%210777948.70%35145823.25%4208099.40%51090.05%总计221298表10统计可以发现激活集的导频数量大多数在4以下，等于4的只有9%左右，并且本次路测的前向虚拟软切换成功率为95%，反向软切换成功率为100%。因此对全网的切换成功率不会有进一步的改善。反过来，这也为该参数的设置指明了方向，通过数据统计掌握现网的激活集导频数量后再根据该分布决定参数的修改方向。图7增加参加切换的导频数量在一定程度上可以增加切换可选择的导频，从而增加切换成功率，但必须掌握现网的激活集导频数量，从而为参数修改提供方向。该参数设置较大的值的场景仅限于导频较多但无稳定主导频的区域。例如在EVDO导频污染严重区域增加maxlegs可以改善切换成功率。3.2.2. soft/softerHandoffDelay实践论证为了验证参数设置的效果将测试基站的soft/softerHandoffDelay分4组进行修改并测试：见表10softerHandoffDelay（slots）1188更软切换时延（slots）2516147SofterHandoffGapTime（平均值/秒）0.04110.02550.02230.0115softHandoffDelay（slots）128168软切换时延（slots）29293429SoftHandoffGapTime（平均值/秒）0.04710.04860.05610.0474表11试结果来看虚拟软切换时延相差不大，更软切换时延在8/8时最短。随后对8/8设置扩大范围到交换机级别进一步验证发现结果与单站测试基本一致。从性能统计指标看，修改前后的上下行速率略有上升但幅度不大。开始时间网元名称前向RLP层平均速率(kbps)反向RLP层平均速率(kbps)目标小区软和更软切换成功率(百分率)16/8一周平均MSC1053.49 141.06 99.54 8/8一周平均MSC1062.52 147.23 99.46 表12从统计结果来看soft/softerHandoffDelay的修改对切换时延有一定程度减少，在设置为8/8时时延最小，但由于切换的时延都在毫秒级别因此对用户的感知并没有很明显的改善。同时理论研究中该参数可能提高前向速率的结论在实践中也证实了并不明显。3.2.3. EVDO动态软切换实践论证在选择一个交换机开启动态软切换并且按照如下设置：soft slope1.75add_intercept2drop_intercept0表13从统计来看交换机切换成功率上升的情况下，减少了10%的切换请求，因此可以认为减少的是不必要的切换。统计时间网元名称前向RLP层平均速率(kbps)目标小区软和更软切换成功次数(次)软和更软切换开销SBEVM(次)软和更软切换开销TP(次)目标小区软和更软切换成功率(百分率)开启前一周平均MSC1047.49 292017.57 1.81 2.22 99.39 开启后一周平均MSC1058.48 265324.14 1.47 1.74 99.69 表14从统计可以发现在开启了动态软切换后切换请求次数有明显的下降，大约每小时下降6万次。下降约10%左右。如下图所示图8同时切换成功率有较明显的上升，切换