劉月陽，程先鋒

（中國聯(lián)通北京分公司， 北京 100038）

WCDMA室分系統(tǒng)隨機接入?yún)?shù)優(yōu)化

劉月陽，程先鋒

（中國聯(lián)通北京分公司， 北京 100038）

隨機接入過程WCDMA網(wǎng)絡通信的初始階段，UE終端快速、可靠的接入網(wǎng)絡，是優(yōu)質WCDMA網(wǎng)絡的重要體現(xiàn)。本文深入研究隨機接入原理，結合室分系統(tǒng)組成，分析室分系統(tǒng)干放對隨機接入過程的影響?；诶碚摲治?，我們提出參數(shù)優(yōu)化方案。通過測試分析，從多方面對參數(shù)優(yōu)化值進行驗證，說明室分系統(tǒng)中，針對性進行隨機接入?yún)?shù)優(yōu)化的必要性。

WCDMA；室分系統(tǒng)；隨機接入

1 前言

衡量網(wǎng)絡質量的指標有很多，主要包括無線接通率、掉話率、切換成功率、上傳/下載速率。其中無線接通率反映用戶接入網(wǎng)絡的能力，它由RRC建立成功率和RAB建立成功率組成：RRC建立成功率反映手機與RNC之間的關系，RAB建立成功率反映RNC與核心網(wǎng)之間的關系。RRC建立成功率與用戶的關系更密切。

WCDMA網(wǎng)絡與GSM網(wǎng)絡在業(yè)務方面具有顯著的區(qū)別：WCDMA系統(tǒng)業(yè)務更加多樣化。業(yè)務多樣性帶來室內業(yè)務量激增。所以如何做好室內環(huán)境的優(yōu)化，具有非常重要的意義[1]。

本文，針對室分系統(tǒng)存在的問題，進行針對性的分析，提出了室分系統(tǒng)隨機接入過程優(yōu)化的方案，提升室內系統(tǒng)的無線接入的時延和可靠性。

2 室內分布系統(tǒng)

隨著都市高層建筑的不斷增多，市區(qū)內無線環(huán)境變得更為復雜，增大對無線信號的屏蔽和衰耗，成為WCDMA系統(tǒng)面臨的困難問題。解決以上問題的有效方式是在建筑物內建設室內覆蓋分布系統(tǒng)，將基站信號通過有線方式引入到室內區(qū)域，達到消除室內覆蓋盲區(qū)的目的。

室內分布系統(tǒng)可以分為兩大部分：信號源和信號分布系統(tǒng)。信號源由微蜂窩基站或直放站組成；信號分布系統(tǒng)是室內分布系統(tǒng)的主要部分，由信號分/合路器、功率分配器件、饋線、室內天線等組成。信號分布系統(tǒng)主要分為4類：無源分布系統(tǒng)、有源分布系統(tǒng)、光纖分布系統(tǒng)和泄露電纜分布方式[2]。目前，室內分布系統(tǒng)主要采用的方式是有源分布系統(tǒng)，在特殊場合可以考慮光纖分布系統(tǒng)和泄露電纜分布方式。

室分系統(tǒng)中經(jīng)常使用的一個器件是干線放大器，簡稱干放，是在功率變低而不能滿足覆蓋要求時的信號放大設備。干放放大信號強度同時，會放大噪聲信號強度，特別對于上行，噪聲抬升會嚴重影響接收機的靈敏度，如果室內分布系統(tǒng)中存在多個干放，會增加信號恢復的難度[3]。因此，現(xiàn)有室內分布系統(tǒng)中，干放在上行和下行的放大級是有差別的，通常上行干放的放大能力要比下行干放放大能力低3～7dB，有的甚至可以達到10dB以上[4]。

3 隨機接入過程

WCDMA系統(tǒng)中，為了避免手機初始發(fā)射功率過大，造成不必要的干擾，隨機接入過程發(fā)射功率采用開環(huán)功控方式，選擇理想的初始發(fā)射功率[5]。

3.1 UE決定PRACH接入初始PREAMBLE發(fā)射功率

UE發(fā)射前導采用開環(huán)功控，初始發(fā)射功率值計算如下：

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

POWERp-cpich_TX是導頻發(fā)射功率， RTWP是基站上行干擾， RSCPp-cpich是下行導頻信道的RSCP，UE可以實時測量， cons tant_value是常量值。

3.2 UE發(fā)送preamble，選擇合適的數(shù)據(jù)發(fā)送功率

確定初始preamble發(fā)射功率后，UE發(fā)送preamble，進行功率試探，經(jīng)過一定時間（1.5或2.5個時隙，由SIB5/6給出的AICH參數(shù)中獲得），到AICH信道上監(jiān)聽是否得到基站允許響應（圖1是隨機接入過程示意圖）。

* 沒有收到?jīng)]有任何響應，增加發(fā)射功率步長ΔP0，繼續(xù)發(fā)送前導。

* 收到允許發(fā)送消息響應ACK，則從發(fā)送本次前導的時間開始后的3或4個時隙開始發(fā)送消息部分。

3.3 UE發(fā)送業(yè)務請求消息數(shù)據(jù)

圖1 隨機過程原理圖

業(yè)務請求消息發(fā)射功率由最后1個接入前導的功率決定+偏置ΔPp-m得到。通常ΔPp-m取值正負均可，如果為了減少對上行的干擾，ΔPp-m≤0。確定發(fā)送業(yè)務請求消息功率后，UE發(fā)送RRC請求消息，開始建立信令鏈路。

4 室分系統(tǒng)隨機接入?yún)?shù)優(yōu)化

4.1 初始接入前導發(fā)射功率分析

通過以上介紹，可以看到室內分布系統(tǒng)干放的存在，導致上、下行鏈路損耗不同，會對UE初始發(fā)射功率產(chǎn)生影響。公式（1）決定初始前導的發(fā)射功率，假設UE處于無線覆蓋環(huán)境相當（RSCPp-cpich信號強度基本相同）的室內分布系統(tǒng)和室外基站2種情況，由于室分系統(tǒng)存在干放，容易引入了額外噪聲，室內基站的RTWP普遍高于室外基站的RTWP，即RTWP室內≥RTWP室外。因此，對于室內和室外2種環(huán)境，計算得到的第一個接入前導發(fā)射功率POWERpreamble-室內＜POWERpreamble-室外。

4.2 室內基站和室外基站接入前導次數(shù)比較

通過分析，上行室分系統(tǒng)信號要經(jīng)過眾多有源和無源器件，鏈路損耗大于室外基站；同時，室分系統(tǒng)上行沒有分集接收，所以室分系統(tǒng)內手機通信時，接入前導的攀升次數(shù)要高于室外基站。

圖2是同等無線環(huán)境下室分系統(tǒng)和室外基站手機接入前導攀升次數(shù)對比圖。室內小區(qū)接入前導次數(shù)主要分布在[20，30]之間；室外小區(qū)的接入前導嘗試次數(shù)基本是1次完成，少量的接入前導要嘗試10次以上。

以上分析得出結論：由于室內分布小區(qū)和室外小區(qū)上下行鏈路損耗的差別，進行優(yōu)化時要區(qū)別對待。對于室內小區(qū)，可以采用激進的前導嘗試策略，加快前導攀升步長，縮短前導嘗試時間；對于室外小區(qū)，可以采用保守的前導嘗試策略，避免功率過大前導造成不必要的上行干擾。

4.3 室分小區(qū)隨機接入?yún)?shù)優(yōu)化方案

我們選定網(wǎng)絡中一個RRC建立成功率較差的小區(qū)，該小區(qū)上行鏈路干放增益為26dBm，下行鏈路干放增益為37dBm，上下行干放增益差為11dBm，參數(shù)ΔP0=1dB，ΔPp-m=-4dB。

為了加快室分小區(qū)的接入速度，我們針對ΔP0和ΔPp-m參數(shù)組合，進行多組參數(shù)實驗，比較不同參數(shù)對隨機接入的影響。

我們設定4組參數(shù)：

第一組：默認網(wǎng)絡參數(shù)設置，ΔP0=1dB，ΔPp-m= -4dB。本組參數(shù)設置比較保守，功率攀升速度較慢，盡可能減少隨機接入過程對上行的干擾。

第二組：ΔP0=2dB，ΔPp-m=-2dB。本組參數(shù)設置，接入前導發(fā)射功率可以較快達到可以接受的等級。

第三組：ΔP0=3dB，ΔPp-m=-2dB。本組參數(shù)設置最激進，接入前導發(fā)射功率可以快速達到可接受等級。

第四組：ΔP0=2dB，ΔPp-m=0dB。本組參數(shù)設置，接入前導發(fā)射功率可以較快達到可接受等級。

我們設置測試案例，對4組參數(shù)進行測試分析。測試方法是進行話音業(yè)務反復撥測，通話建立后保持5s，間隔15s再次發(fā)起業(yè)務呼叫請求。

4.3.1 接入前導攀升次數(shù)

通過測試，我們對成功得到AICH信道回應前的接入前導攀升次數(shù)進行統(tǒng)計。參數(shù)組合1，接入前導平均重傳20次才能得到AICH回應，還有部分需重傳32次才能得到AICH回應；參數(shù)組合2和4中，接入前導平均重傳10次才能得到AICH回應；參數(shù)組合3中，接入前導平均重傳6次即可得到AICH回應。這與前期參數(shù)設置分析結果是一致的。

4.3.2 接入前導時延

對于不同參數(shù)組合下，首個接入前導至AICH回應之間的接入時延滿足如下公式

其中，n是發(fā)送接入前導的次數(shù)，interval_slot是接入前導重發(fā)的時隙間隔，slot_time是單個時隙時間（20ms/15)， τP-A是接入前導與AICH回應之間的時間間隔。4組參數(shù)接入前導平均接入時間如表1所示。

表1 接入前導時延

表1中參數(shù)組合1的接入前導時延最大，當n=32時，最大時延接近169ms；參數(shù)組合3的接入前導時延最小，基本處于[20，30]ms區(qū)間；參數(shù)組合2和4的接入前導時延基本處于[40，50]ms區(qū)間。參數(shù)組合3與參數(shù)組合1相比，接入前導最大時延縮短約139ms，縮短比率約為82%，提升效果還是非常明顯。

圖2 室內小區(qū)和室外小區(qū)接入前導攀升次數(shù)圖

4.3.3 RRC建立成功率

我們對接入前導之后的RRC請求建立過程成功率進行統(tǒng)計，表2是RRC嘗試次數(shù)和RRC建立成功率統(tǒng)計指標。

表2 RRC嘗試次數(shù)和建立成功率

可以看到參數(shù)組合1中，RRC嘗試次數(shù)多達4次，RRC建立成功率為96.92%，主要因為ΔPp-m=-4dB，回退步長過大，導致RRC建立過程失敗；參數(shù)組合2～4中，ΔPp-m=-2dB或0dB，回退步長減少，RRC建立請求發(fā)射功率足夠大，可以保證RRC建立過程順利完成。從RRC建立成功率指標中也可以看出，參數(shù)組合2～4指標明顯好于參數(shù)組合1。

4.3.4 RTWP

室分系統(tǒng)對上行RTWP指標非常敏感，RTWP抬升過大，影響基站成功接收數(shù)據(jù)的能力。參數(shù)組合2～4是否會帶來較大的RTWP，是我們關心的另一個問題。

我們在測試過程中，對每次接入過程的RTWP數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，可以看到參數(shù)組合2～4的RTWP基本處于-103dBm和-102dBm，對基站接收機不會造成負面影響；此外，RRC建立成功率提升也說明參數(shù)組合2～4的設置是合理的。

5 結論

通過以上的理論分析和測試結果分析，我們可以看到，WCDMA室分系統(tǒng)上下行鏈路不平衡的特性，對隨機接入過程產(chǎn)生了影響。因此，網(wǎng)絡優(yōu)化時，要根據(jù)實際情況，區(qū)別對待室內基站和室外基站：對于室內基站，可以采用激進一些的參數(shù)策略，增大前導功率攀升步長和減小RRC小區(qū)功率回退值，以求達到快速、可靠接入網(wǎng)絡的目的；對于室外基站，采用相對溫和的參數(shù)策略，也可以達到快速、可靠接入網(wǎng)絡的目的。

[1] 張軼凡，崔春風，張平. WCDMA業(yè)務分析[J]. 電信科學. 2003，(4).

[2] 李芬，任家富，俞驍. WCDMA室內分布系統(tǒng)的設計[J]. 信息技術與信息化， 2010，(1).

[3] 邱遠賀. 室內分布WCDMA干擾分析[J]. 移動通信. 2012，(1).

[4] 宋燕輝. TD-SCDMA室內分布系統(tǒng)改造方案探討[J]. 通信技術.2010，(1).

[5] 張明，黎軍，王嘉琪，劉正軍. WCDMA隨機接入信道捕捉結構及性能分析[J]. 無線電工程， 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