CDMA 2000-1x网络移动数据业务的无线接入网优化

　　自2000年以来，3G业务在世界范围内兴起，特别是近两年进入快速发展阶段。3G业务的主要特征是提供移动多媒体业务。目前，中国联通已经将所有95网络升级到CDMA2000-1x，数据传输速率提高到153.6kbit/s，实际应用平均速率达到80kbit/s，基本满足了数据用户的使用需求，从而实现了CDMA系统从第二代向第三代第一阶段的平滑过渡。

　　CDMA2000-1x在移动数据业务方面的能力较IS-95A有了很大的提升，构筑了一个基于IP技术的可管理的分组网络。它不仅支持语音业务，还支持高速的数据业务。随着网络的不断扩大和发展、数据用户数量的不断增加，对数据业务性能的优化就显得尤为重要。

　　一、移动数据业务

　　随着低端用户比例的逐步增加，市场竞争日益激烈，来自语音等传统业务的每用户业务收入(ARPU)持续下降，移动运营商需要新业务增长点维持甚至提高ARPU，移动数据业务为运营商提供了这个机会。

　　CDMA2000-1x分组数据业务完全基于IP技术。当用户使用分组数据业务的时候，分组域将为移动终端提供一个接入IP网络的通道。在此基础上，CDMA2000-1x分组核心网可以向移动用户提供多种业务。

　　1.移动数据类型

　　根据接入IP网络的不同，CDMA2000-1x分组网可提供的接入业务大体分为互联网接入业务、专网接入业务和增值应用接入业务。

　　(1)互联网业务

　　CDMA 2000-1x分组网作为IP的承载平台，可以向用户提供各种互联网业务。如电子邮件、FTP、WWW浏览、电子商务等。

　　(2)基于WAP/Brew/Java的应用

　　CDMA 2000-1x可以提供WAP/Brew等承载业务，在此基础上可支持多种基于WAP/Brew/Java的应用。

　　(3)多媒体通信业务

　　随着3G技术的发展，传输速率的提高，可用带宽的增加，诸如图像流媒体业务、视频会议业务、交互式游戏业务等的实现必将成为可能。

　　2004年3月，中国联通已经推出了一系列基于CDMA2000-1x的移动数据业务。如基于WAP技术的“互动视界”，移动多媒体邮件业务“彩E”，1X的无线上网业务“掌中宽带”，基于Brew和Java技术的“神奇宝典”，基于GPSone定位技术的“定位之星”等。2005年又将主要提供基于WAP2.0的“视讯新干线”业务和基于手机的流媒体业务。随着CDMA系统的演进，必将伴随着更多的满足用户潜在需求的数据新业务。

　　2.移动数据业务特点

　　在CDMA2000-1x中，由于数据的突发性，数据呼叫和语音呼叫有很大的区别，数据呼叫需要建立空中接口连接和PPP连接。当用户下载完数据，就会进入一个阅读或思考时期，如果这个时间过长，则进入休眠时期，空中的连接被释放，但PPP连接一直存在。此外，语音呼叫只占用FCH，带宽9.6kbit/s，在用户挂机之前，空中的这条信道一直存在。每个数据呼叫也会占用一条FCH，不同之处在于当有数据突发时，系统分配给用户一个SCH，带宽根据当时的负荷动态分配，在短时间内将数据突发传完，释放SCH。SCH的速率可以为9.6kbit/s、19.2kbit/s、38.4kbit/s、76.8kbit/s或153.6kbit/s，SCH分配的时长根据协议，可以为1～8、16、32、64、128、256帧，或者是无限长，这些是根据实际系统中分配的SCH速率和时长由RRM算法决定的。

　　3.动态SCH分配

　　因为一个用户在他的一个会话过程中，并不是始终占用SCH的，当他处于激活状态时使用SCH，而处于休眠态时SCH释放。在一次的下载过程中，数据脉冲之间总会存在一定的时间间隔，导致SCH的利用率不高。所以需要SCH的分配策略来提高SCH的利用率。

　　普遍采用SCH动态分配方式以提高SCH的利用率。基本过程如下。

　　(1)当BSC的缓冲区中的数据量达到一定门限，则BSC根据数量的多少已经当前系统状态向MS分配一定速率的SCH。然后通知BTS做好准备。

　　(2)BTS通过空中接口向MS发送一个ESCAM消息。此消息中含有SCH时长开始的时间，MS在收到消息后就在规定时间传送数据，注意系统要保证MS的SCH开始时间和基站保持同步。

　　4.SCH延续概念

　　动态的SCH分配也存在一些问题，即SCH释放和重新申请SCH之间会存在传输空隙。于是，我们就会想到：如果在前一个数据突发结束以前就指派新的数据突发，使得SCH信道连续的传送数据，这样会大大的提供传输效率。以上的分配方式就称作SCH延续。

　　二、数据业务无线侧优化

　　数据业务的优化可以包括无线侧和网络侧的优化。无线侧的优化即空中接口的优化，对于数据业务而言，空中接口的优化主要是包括SCH功控参数的优化、负荷控制参数的优化和信令延时的优化等。

　　1.SCH功控参数的优化

　　SCH功率参数的优化主要是在设定的目标FER前提下，确保不会浪费额外的功率资源，使得功率效率最大。

　　2.目标FER的设定

　　FER和网络传送吞吐量满足：FER增大，要求的信噪比门限降低，从而载频容量上升，但是同时误帧使得有效吞吐量下降了，从而影响到功率效率。所以就有临界值FERo，当目标FER

　　在设定目标FER时还要考虑到现网的状况：一般负荷轻时，可以设的小一些；负荷重时，可以设的大一些。通常，不同的数据速率可以设定相同的目标FER，但也可以对不同的数据速率设不同的目标FER值，一般是速率越低，目标FER越小。

　　3.前向SCH功控参数

　　(1)FPC_MODE：快速功控模式

　　模式0：F-FCH使用800bit/s的快速功控，F-SCH没有功控，F-SCH的功率在当前F-FCH功率的基础上加一个偏置，不同速率对应的偏置不同。

　　模式1：F-FCH/F-SCH使用400/400bit/s功率控制。

　　模式2：F-FCH/F-SCH使用200/600bit/s功率控制。

　　当SCH分配时，FPC_MODE=1，当没有SCH分配时，FCP_MODE=0。

　　(2)SCH功率的初始设定值

　　当FPC_MODE=1或2时，需设F-SCH的初始值，此参数的设置有3种方式。

　　方式1：使用绝对参数，对某种速率的数据突发采用同一个SCH功率初始值。

　　方式2：采用相对参数，在当前F-FCH功率的基础上加一个偏移量。这个偏移量与信道速率、目标FER、信道编码方式、切换状态等有关。

　　方式3：SCH的初始发射功率和上一次数据突发结束时SCH的发射功率一样。

　　相较而言，方式1和方式3实现较简单。但方式1不能充分的反映当前的无线环境、不同的SCH速率以及不同的QoS需要，方式3则是难以控制。所以方式2更符合实际的无线环境，因为对于同一个呼叫而言，SCH的发射功率和FCH有相关性。可以用FCH的发射功率来估计SCH的发射功率。它们的不同主要体现在：信道速率、目标FER、信道编码方式、切换状态等。可以用FCH发射功率在考虑到以上因素不同的情况下根据具体情况对SCH的发射功率进行估计。

　　(3)SCH的最大发射功率

　　在实际的网络中，若用户在距离基站较远的地方申请高速率的数据业务，则前向SCH的功率会比较高。为了合理地利用功率，就要根据用户距离基站的距离来分配不同的速率，在距离基站较近的区域分配较高速率，在较远的区域分配较低的速率。这样就需要将小区按照距离划分为不同的区域，区域的区分可根据移动台收到的导频强度的大小。

　　(4)反向SCH功控参数

　　反向功控参数主要是指相对反向导频的增益。此参数表示SCH信道功率相对反向导频功率的偏置，分不同速率。此参数设的高，可以保证反向SCH的传输效率，但是会影响反向容量。SCH速率越高，所需的功率越大，该偏置也要设的越大。此参数对反向SCH误帧率和数据传输速度有很多影响。

　　4.负荷控制参数

　　负荷控制参数主要是根据当前小区的负荷合理的分配SCH的速率与时长以及数据业务的接入。

　　(1)SCH时长

　　SCH的动态算法中，数据突发在固定的时间片内发送，时长设得长短各有利弊。长时长有以下的好处：

　　a.快速功控算法可以有足够的时间使SCH收敛到目标FER；

　　b.ESCAM的消息数会减少，可以减轻信令的负担；

　　c.减轻调度过程的负担。

　　短时长有以下好处

　　a.BS有较多的机会来调整数据传输的速率；

　　b.如果数据包长度比较短时，采用短的时长，传输效率更高；

　　c.TCP性能更加优越。

　　一般建议把时长设定在16～64帧。长的时长降低了SCH的分配次数，总的信令延时减少了，当传输长数据突发时，有利于使单用户的吞吐量最大化，但对于短数据突发，当数据传完时，时间片还没有结束，这样会降低系统吞吐量。因此优化系统吞吐量，需要选择合适的时长。

　　(2)前向SCH的速率申请

　　前向SCH申请的速率是由SDU和PCF缓冲区的数据量决定的，SDU决定是否需要建立前向SCH，并根据一定的原则申请所需要的速率，最终申请速率取以下3个值中的最小值：

　　a.业务协商所确定的最大速率；

　　b.在HLR中预先定义的移动台的最大速率；

　　c.SDU和PCF缓冲区内数据量的大小确定的最大速率。

　　(3)前向FCH在数据业务中的工作方式

　　前向FCH在数据业务中有3种工作方式。

　　方式1：前向FCH在任何时候都不用于传数据，当需要传数据时，无论数据量大小，都必须建立SCH。这种方式对信道资源的利用率不高，而且带宽波动比较大。

　　方式2：当没有SCH分配时，FCH上可以传低速率的数据业务，当有SCH分配时，FCH不用来传数据。这种方式，降低了带宽的波动，峰值吞吐量为一条SCH的速率，即153.6kbit/s。

　　方式3：FCH任何时候都可以来传数据。这种方式降低了带宽的波动，峰值吞吐量为FCH和SCH的总吞吐量，为163.2kbit/s。

　　目前，一般采用方式2或者方式3。

　　5.信令时延

　　信令时延是由于SCH的动态分配造成的，当用户分配了SCH后，只在一定的SCH时长内传数据，时长结束，SCH就拆除（不管数据是否传完，但FCH依然存在），然后下一次SCH申请到来，又在空中接口重建SCH，这样，在两次SCH时长之间会有一定的间隔，这就是信令时延，其直接的影响是：导致平均吞吐量下降，因此需要优化信令时延，以提高数据业务的平均吞吐量。

　　解决时延问题的方法有以下三种：

　　a.采用SCH延续。

　　b.采用调度算法，提前进行SCH的申请，当某个SCH时长结束时，正好时下一个SCH的开始。

　　c.改进RLP（无线链路协议）的SCH申请机制，加大检测缓冲区数据量的频次，同时减小SCH申请间隔。

　　三、小结

　　CDMA2000-1x是向3G过渡的2.5G技术。目前在CDMA2000-1x网络上的业务、用户都为今后中国3G业务的开展奠定了基础。如果一个国家没有先期在2.5G基础上普及3G业务，那么在3G时期的效果不会很好的，就像欧洲目前各个国家做3G时遇到最大的问题也是这个问题。所以对CDMA1X的网络优化有着重大的现实意义。

----《通信世界》

作者：南京邮电大学通信工程系 刘果 宋上雷