WCDMA室分系统随机接入参数优化

刘月阳，程先锋

（中国联通北京分公司， 北京 100038）

WCDMA室分系统随机接入参数优化

刘月阳，程先锋

（中国联通北京分公司， 北京 100038）

随机接入过程WCDMA网络通信的初始阶段，UE终端快速、可靠的接入网络，是优质WCDMA网络的重要体现。本文深入研究随机接入原理，结合室分系统组成，分析室分系统干放对随机接入过程的影响。基于理论分析，我们提出参数优化方案。通过测试分析，从多方面对参数优化值进行验证，说明室分系统中，针对性进行随机接入参数优化的必要性。

WCDMA；室分系统；随机接入

1 前言

衡量网络质量的指标有很多，主要包括无线接通率、掉话率、切换成功率、上传/下载速率。其中无线接通率反映用户接入网络的能力，它由RRC建立成功率和RAB建立成功率组成：RRC建立成功率反映手机与RNC之间的关系，RAB建立成功率反映RNC与核心网之间的关系。RRC建立成功率与用户的关系更密切。

WCDMA网络与GSM网络在业务方面具有显著的区别：WCDMA系统业务更加多样化。业务多样性带来室内业务量激增。所以如何做好室内环境的优化，具有非常重要的意义[1]。

本文，针对室分系统存在的问题，进行针对性的分析，提出了室分系统随机接入过程优化的方案，提升室内系统的无线接入的时延和可靠性。

2 室内分布系统

随着都市高层建筑的不断增多，市区内无线环境变得更为复杂，增大对无线信号的屏蔽和衰耗，成为WCDMA系统面临的困难问题。解决以上问题的有效方式是在建筑物内建设室内覆盖分布系统，将基站信号通过有线方式引入到室内区域，达到消除室内覆盖盲区的目的。

室内分布系统可以分为两大部分：信号源和信号分布系统。信号源由微蜂窝基站或直放站组成；信号分布系统是室内分布系统的主要部分，由信号分/合路器、功率分配器件、馈线、室内天线等组成。信号分布系统主要分为4类：无源分布系统、有源分布系统、光纤分布系统和泄露电缆分布方式[2]。目前，室内分布系统主要采用的方式是有源分布系统，在特殊场合可以考虑光纤分布系统和泄露电缆分布方式。

室分系统中经常使用的一个器件是干线放大器，简称干放，是在功率变低而不能满足覆盖要求时的信号放大设备。干放放大信号强度同时，会放大噪声信号强度，特别对于上行，噪声抬升会严重影响接收机的灵敏度，如果室内分布系统中存在多个干放，会增加信号恢复的难度[3]。因此，现有室内分布系统中，干放在上行和下行的放大级是有差别的，通常上行干放的放大能力要比下行干放放大能力低3～7dB，有的甚至可以达到10dB以上[4]。

3 随机接入过程

WCDMA系统中，为了避免手机初始发射功率过大，造成不必要的干扰，随机接入过程发射功率采用开环功控方式，选择理想的初始发射功率[5]。

3.1 UE决定PRACH接入初始PREAMBLE发射功率

UE发射前导采用开环功控，初始发射功率值计算如下：

POWERpreamble=POWERp-cpich_TX-RSCPp-cpich+ RTWP+cons tant_value

POWERp-cpich_TX是导频发射功率， RTWP是基站上行干扰， RSCPp-cpich是下行导频信道的RSCP，UE可以实时测量， cons tant_value是常量值。

3.2 UE发送preamble，选择合适的数据发送功率

确定初始preamble发射功率后，UE发送preamble，进行功率试探，经过一定时间（1.5或2.5个时隙，由SIB5/6给出的AICH参数中获得），到AICH信道上监听是否得到基站允许响应（图1是随机接入过程示意图）。

* 没有收到没有任何响应，增加发射功率步长ΔP0，继续发送前导。

* 收到允许发送消息响应ACK，则从发送本次前导的时间开始后的3或4个时隙开始发送消息部分。

3.3 UE发送业务请求消息数据

图1 随机过程原理图

业务请求消息发射功率由最后1个接入前导的功率决定+偏置ΔPp-m得到。通常ΔPp-m取值正负均可，如果为了减少对上行的干扰，ΔPp-m≤0。确定发送业务请求消息功率后，UE发送RRC请求消息，开始建立信令链路。

4 室分系统随机接入参数优化

4.1 初始接入前导发射功率分析

通过以上介绍，可以看到室内分布系统干放的存在，导致上、下行链路损耗不同，会对UE初始发射功率产生影响。公式（1）决定初始前导的发射功率，假设UE处于无线覆盖环境相当（RSCPp-cpich信号强度基本相同）的室内分布系统和室外基站2种情况，由于室分系统存在干放，容易引入了额外噪声，室内基站的RTWP普遍高于室外基站的RTWP，即RTWP室内≥RTWP室外。因此，对于室内和室外2种环境，计算得到的第一个接入前导发射功率POWERpreamble-室内＜POWERpreamble-室外。

4.2 室内基站和室外基站接入前导次数比较

通过分析，上行室分系统信号要经过众多有源和无源器件，链路损耗大于室外基站；同时，室分系统上行没有分集接收，所以室分系统内手机通信时，接入前导的攀升次数要高于室外基站。

图2是同等无线环境下室分系统和室外基站手机接入前导攀升次数对比图。室内小区接入前导次数主要分布在[20，30]之间；室外小区的接入前导尝试次数基本是1次完成，少量的接入前导要尝试10次以上。

以上分析得出结论：由于室内分布小区和室外小区上下行链路损耗的差别，进行优化时要区别对待。对于室内小区，可以采用激进的前导尝试策略，加快前导攀升步长，缩短前导尝试时间；对于室外小区，可以采用保守的前导尝试策略，避免功率过大前导造成不必要的上行干扰。

4.3 室分小区随机接入参数优化方案

我们选定网络中一个RRC建立成功率较差的小区，该小区上行链路干放增益为26dBm，下行链路干放增益为37dBm，上下行干放增益差为11dBm，参数ΔP0=1dB，ΔPp-m=-4dB。

为了加快室分小区的接入速度，我们针对ΔP0和ΔPp-m参数组合，进行多组参数实验，比较不同参数对随机接入的影响。

我们设定4组参数：

第一组：默认网络参数设置，ΔP0=1dB，ΔPp-m= -4dB。本组参数设置比较保守，功率攀升速度较慢，尽可能减少随机接入过程对上行的干扰。

第二组：ΔP0=2dB，ΔPp-m=-2dB。本组参数设置，接入前导发射功率可以较快达到可以接受的等级。

第三组：ΔP0=3dB，ΔPp-m=-2dB。本组参数设置最激进，接入前导发射功率可以快速达到可接受等级。

第四组：ΔP0=2dB，ΔPp-m=0dB。本组参数设置，接入前导发射功率可以较快达到可接受等级。

我们设置测试案例，对4组参数进行测试分析。测试方法是进行话音业务反复拨测，通话建立后保持5s，间隔15s再次发起业务呼叫请求。

4.3.1 接入前导攀升次数

通过测试，我们对成功得到AICH信道回应前的接入前导攀升次数进行统计。参数组合1，接入前导平均重传20次才能得到AICH回应，还有部分需重传32次才能得到AICH回应；参数组合2和4中，接入前导平均重传10次才能得到AICH回应；参数组合3中，接入前导平均重传6次即可得到AICH回应。这与前期参数设置分析结果是一致的。

4.3.2 接入前导时延

对于不同参数组合下，首个接入前导至AICH回应之间的接入时延满足如下公式

其中，n是发送接入前导的次数，interval_slot是接入前导重发的时隙间隔，slot_time是单个时隙时间（20ms/15)， τP-A是接入前导与AICH回应之间的时间间隔。4组参数接入前导平均接入时间如表1所示。

表1 接入前导时延

表1中参数组合1的接入前导时延最大，当n=32时，最大时延接近169ms；参数组合3的接入前导时延最小，基本处于[20，30]ms区间；参数组合2和4的接入前导时延基本处于[40，50]ms区间。参数组合3与参数组合1相比，接入前导最大时延缩短约139ms，缩短比率约为82%，提升效果还是非常明显。

图2 室内小区和室外小区接入前导攀升次数图

4.3.3 RRC建立成功率

我们对接入前导之后的RRC请求建立过程成功率进行统计，表2是RRC尝试次数和RRC建立成功率统计指标。

表2 RRC尝试次数和建立成功率

可以看到参数组合1中，RRC尝试次数多达4次，RRC建立成功率为96.92%，主要因为ΔPp-m=-4dB，回退步长过大，导致RRC建立过程失败；参数组合2～4中，ΔPp-m=-2dB或0dB，回退步长减少，RRC建立请求发射功率足够大，可以保证RRC建立过程顺利完成。从RRC建立成功率指标中也可以看出，参数组合2～4指标明显好于参数组合1。

4.3.4 RTWP

室分系统对上行RTWP指标非常敏感，RTWP抬升过大，影响基站成功接收数据的能力。参数组合2～4是否会带来较大的RTWP，是我们关心的另一个问题。

我们在测试过程中，对每次接入过程的RTWP数据进行统计，可以看到参数组合2～4的RTWP基本处于-103dBm和-102dBm，对基站接收机不会造成负面影响；此外，RRC建立成功率提升也说明参数组合2～4的设置是合理的。

5 结论

通过以上的理论分析和测试结果分析，我们可以看到，WCDMA室分系统上下行链路不平衡的特性，对随机接入过程产生了影响。因此，网络优化时，要根据实际情况，区别对待室内基站和室外基站：对于室内基站，可以采用激进一些的参数策略，增大前导功率攀升步长和减小RRC小区功率回退值，以求达到快速、可靠接入网络的目的；对于室外基站，采用相对温和的参数策略，也可以达到快速、可靠接入网络的目的。

[1] 张轶凡，崔春风，张平. WCDMA业务分析[J]. 电信科学. 2003，(4).

[2] 李芬，任家富，俞骁. WCDMA室内分布系统的设计[J]. 信息技术与信息化， 2010，(1).

[3] 邱远贺. 室内分布WCDMA干扰分析[J]. 移动通信. 2012，(1).

[4] 宋燕辉. TD-SCDMA室内分布系统改造方案探讨[J]. 通信技术.2010，(1).

[5] 张明，黎军，王嘉琪，刘正军. WCDMA随机接入信道捕捉结构及性能分析[J]. 无线电工程， 2005，(12).

Optimization of random access procedure of WCDMA in indoor distribution system

LIU Yue-yang, CHENG Xian-feng
(Beijing Branch of China Unicom, Beijing 100038, China)

The random access is the beginning of WCDMA communication. Rapid and reliable accessing of UE is key important for WCDMA network. This paper deeply researches the fundamentality of random access; analyze the inf l uence of indoor distribution system for random access. We proposed a parameter optimization and proved the rationality through much testing. Then, the result explains the necessity of parameter optimization for indoor distribution system.

WCDMA; indoor distribution system; random access

TN929.5

A

1008-5599（2012）11-0001-04

2012-07-23