CDMA前反向搜索窗研究

CDMA前反向搜索窗研究

田永超天津市电信公司网络优化中心

摘要：本文深入探讨了CDMA2000前反向搜索窗设置的原理及实际应用情况，通过对搜索窗的分析，给出搜索窗规划思路和规划方法。

关键词：搜索窗导频集参考时间参考导频传播时延 Chip

作者简介：田永超 2000年毕业河北大学工程力学专业，大学本科学位，高级工程师。目前在天津电信无线网优中心从事CDMA网络优化工作，有2年的CDMA工程建设和8年的CDMA、TD-SCDMA 无线网络维护、优化经验。

1.引言：

CDMA终端的Rake接收利用Search Windows 搜索来自基站的导频信号，本文提供一些对Search Windows概念和一些优化方法。共有三种搜索窗供终端使用，即激活集搜索窗(SrchWinA)、相邻集搜索窗(SrchWinN)和剩余集搜索窗(SrchWinR)。

2.相关概念解释：

在前向链路上，CDMA使用同步检测技术。换句话说，移动台要成功地解调导频信号，就必须能够精确地估计系统时间。移动台从参考导频中提取这个估计结果，参考导频是其正在接收的一个导频。用这个系统时间作为参考，移动台就可以用任意PN码对信号进行同步接收，从而提取导频载波信号。为更好的说明搜索窗问题，首先必须对几个重要概念进行解释：

3.搜索窗及导频搜索过程：

3.1 激活集和候选集搜索窗：

激活集和候选集采用相同的搜索窗SRCH_WIN_A，移动台利用这个搜索窗口搜索激活集和候选集中的导频，它以PN码片为单位来指定。这样，移动台在传播时延增大或减小的情况下，都将继续跟踪导频。移动台将把激活集和候选集中每个导频信号的搜索窗口中心定位在最早到达的可用多径位置处。

如：手机当前激活集和侯选集中共有两个导频：PN100、PN200，则其搜索窗中心见下图1：

图3-1激活集导频搜索窗

激活集中各个PN有各自不同的搜索窗中心，各个PN的搜索窗中心都设置在各自最早到达的可用多径处，激活集中同一PN的时延超过其搜索窗一半的多径不能被搜索到。

3.2 相邻集和剩余集搜索窗：

移动台利用这个搜索窗口搜索相邻集和剩余集中的导频，这些窗口的中心大约位于目标导频相对于激活集中参考导频到达时刻的PN码偏置处。

如下图示例中Ref_PN100的时序为δ0 ,传播时延为τ0，Nbr_PN200的时序为δ1，传播时延为τ1，τd为Nbr_PN和Ref_PN到达的时延差。

图3-2 相邻集和剩余集搜索窗

基于最早到达的参考导频的定位，移动台将加上适当数量的码片来找出相邻集的导频，相对于导频Ref_PN来找出导频Nbr_PN意味着加上（200-100）×64=6400 Chip。终端将以δ1+τ0为中心，SRCH_WIN_N/2为半径，搜索Nbr_PN。只有τd等于±SRCH_WIN_N/2时，才能被搜索到，即要求SRCH_WIN_N≧2（τ1-τ0）。

3.3 搜索过程：

对各种不同导频集，手机采用不同的搜索策略。对于激活集与候选集，采用的搜索频度很高，相邻集搜索频度次之，对剩余集搜索最慢。整个导频搜索的时间安排见下图所示：

图3-3 搜索窗搜索过程

从上图可以看出，在完成一次对全部激活集或候选集中的导频搜索后，搜索一个相邻集中的导频信号。然后再一次完成激活集与候选集中所有导频搜索后，搜索另一个相邻集中的导频信号。在完成对相邻集中所有导频信号搜索后，才搜索一个剩余集中的导频信号。周而复始，完成对所有导频集中的信号的搜索。

手机搜索能力有限，当搜索窗尺寸越大、导频集中的导频数越多时，遍历导频集中所有导频的时间就越长。

设搜索窗设置为5、8、9，激活集、侯选集、相邻集中导频分别为3、2、20，PILOT_INC为4时：搜索一遍激活集时间约为0.09秒，搜索一遍相邻集时间约为1.34秒，搜索一遍剩余集时间约为2.4分钟。对于活动/候选导频集和相邻导频集而言，应满足如下对搜索速度的要求：

a)每秒时间内，手机搜索器应至少搜索活动/候选导频集4～6次；

b)相邻导频集应至少在1.5秒内搜索一次。

世纪网络中如果当各搜索窗设置过大时，手机搜索速度减慢，会引起掉话、切换不成功等问题，影响网络质量。

4.搜索窗设置：

4.1 搜索窗设置原则

搜索窗设置就是要使最好的信号落在搜索窗内：

图4-1 前向搜索窗口

如果搜索窗太窄，丢失重要的导频信号,形成干扰；

如果搜索窗太宽，搜索效率低，会降低通话质量。

设置搜索窗口时其主要思想如下所述：

c)在搜索窗口大小和搜索速度之间要进行折中。

d)移动台检测不到搜索窗口外的导频，无论它们的强度多大。因此，未检测出的导频可能

成为强干扰源。

e)如果导频不在邻近组的列表中，某些设备将不允许导频进入活动组。在这种情况下，建

议在优化后将SRCH_WIN_R设置为零，防止移动台浪费时间来搜索不能用于切换的导频。

搜索窗的大小与PN_INC相关。如PN_INC为2时，两个相邻扇区PN相位偏移最小可能为

2*64chips=128chips。为了避免PN混淆，要求激活集窗口不能超过10（100chips）。否则相邻PN 信号会落入激活集窗口中，造成导频混淆。如果PN_INC为4，要求激活集窗口不超过13（226chips）。

搜索窗大小设置与PN_INC的关系可以用两条准则来描述：

1)防止由于大时延，使得干扰导频出现在激活集的搜索窗中，造成导频混淆。根据这个准则，

要求：

PN_INC*64>SA/2+max?τ

上式中SA代表激活集窗口大小，?τ代表两导频间的传播延迟差。

即两导频的最小偏移差应大于激活集窗口的一半加上最大的路径传播差。

2)防止非理想导频出现于相邻搜索窗，即为了避免出现混淆，相邻搜索窗不能重叠。根据这个

准则，要求：

PN_INC*64>SN

上式中SN代表相邻集窗口大小。

而通常SN>SA、SN/2>max?τ，所以综合上述两个准则后有：

PN_INC>SN/64

一个城市网络的PN_INC是确定的，但是在一些特殊区域需要把搜索窗设置的超过以上原则的规定，这就需要注意把周围小区的PN间隔设置的大于PN_INC。

4.2 激活集搜索窗设置

手机在搜索激活集及侯选集中导频时，是分别以各导频自己最早到达多径为中心进行搜索的。如果某一多径分量与最早到达的分量之间的时延差超过SRCH_WIN_A的一半时，这个多径分量就不能被搜索到，从而会造成干扰。所以激活集搜索窗大小设置需要并且仅需要考虑该导频自己的多径情况（即该导频的最大时延扩展），根据当地传播环境的色散情况来配置足够大的搜索窗，保证经过不同传播延时后的多径信号，落在搜索窗口内。但搜索窗又不能过大，否则会使得手机的搜索导频的频度变慢，影响网络性能。因此需要在满足对多径分量搜索的前提下将搜索窗设小，以满足系统性能对搜索频度的要求。

当移动台接收到SRCH_WIN_A的值大于或等于13时，移动台将存储并使用13（226chips）（此时手机只能按226chips来搜索，320chips不起作用）。

4.3 相邻集搜索窗设置

相邻集搜索主要是搜索系统下发的邻区，当移动台处于切换状态时，系统将各切换分支的邻区合并后下发，并优先搜索优先级较高的导频。还需要注意，邻区太多会直接影响下发邻区列表消息体的长度，在一定程度上也增加了接入慢甚至接入失败的概率。

由于中心设置在相邻导频相对于参考导频到达时刻的PN码偏置处，所以相邻集搜索窗的设置不仅要考虑相邻导频自身的多径时延，还必须考虑相邻导频与参考导频的相对传播时延（也可理解为距离差）。要使得经过传播延时后的相邻导频信号能落在相邻集搜索窗口内。

当窗口小于该相邻导频相对参考导频的时延时，在相邻集搜索中搜不到该导频，将严重影响软切换。设置过大的相邻集搜索窗，如设置大于130个码片，将使手机的搜索速度慢，会影响切换和掉话。对于需要设置大搜索窗的情况，需在搜索窗口大小和搜索速度之间进行折衷。

4.4 剩余集搜索窗设置

剩余集搜索的是那些PN为PILOT_INC的倍数导频，与相邻集同，根据剩余导频与参考导频的相对

传播时延配置。

当网络建设初期，基站的相临集的配置可能有疏漏，不能保证有用的PN都加入到了相临集中，需要将SRCH_WIN_R设得较大以搜索漏配的邻区。当网络优化工作结束后，可以将该值设为零，以提高移动台搜索速度。

剩余集搜索窗大小建议值取9。

4.5 基站的反向搜索窗设置

基站搜索反向信号使用两个搜索窗：公共信道搜索窗、业务信道搜索窗。

在基站反向捕获手机业务信道之前（如反向TCH Preamble），基站使用公共信道搜索窗搜索反向接入信道，包括移动台接入过程及业务捕获过程。一旦捕获业务后，由公共信道搜索窗转为使用业务信道搜索窗。无论呼叫或是切换目前都采用这种方式。

主要的反向搜索窗参数如下：

a)maxcellr 定义最大小区半径，单位：千米。

该值用于计算反向公共信道搜索窗大小。如：maxcellr=39，即小区半径是39km。将公里（直径）转换成码片，5×64chips，即为公共信道的搜索窗大小。该搜索窗中心设置在公共搜索窗口的一半处，即为基站位置处。对于带了直放站的施主基站，配置该参数时，应考虑到直放站覆盖区域的最远端，此时时延最大。手机接收直放站信号的时延，包括信号从直放站天线到手机的无线传播时延、直放站本身处理时延、直放站至施主基站之间信号传播时延。即设置最大小区半径时，需要考虑手机在直放站的覆盖范围内可能达到的最大时延。

b)tchschwsz 定义tch窗口尺寸，单位：64 chips。

该值用于设置反向业务信道的搜索窗大小。如：Tchschwsz=1，即反向业务信道搜索窗大小为64 chips。打开搜索窗口动态调整功能时，搜索窗中心由芯片自动跟踪。设置反向业务信道搜索窗口大小时，主要考虑的是环境的多径情况，类似于前向激活集搜索窗的设置。直放站的使用，在反向业务信道搜索窗口方面，一般不需要特殊考虑。对于直放站与施主扇区有交叠覆盖时，考虑方法同前向激活集搜索窗的分析。

4.6 直放站搜索窗设置

直放站前向搜索窗：

1）由于激活集和候选集导频都有自己的搜索窗口，所以直放站对于激活集窗口的影响表现分为两个方面：

–当施主基站与直放站没有重复覆盖的情况下，激活集参数基本不变

–当施主基站与直放站之间重复覆盖时，激活集窗口应该大于不同多径之间最大时延的2倍

2）为保证相邻导频能落在搜索窗里面，要求相邻集搜索窗大小为相邻集导频与参考导频间最大可能达到的相对时延的2倍。

3）在网络开通之初，剩余集搜索窗设置一般与相邻集一致、或大于相邻集的搜索窗。当网络得到良好的优化后，该值可以设为零。

直放站反向向搜索窗：

1）设置最大小区半径时，需要考虑手机在直放站的覆盖范围内可能达到的最大时延。

2）直放站的使用，在反向业务信道搜索窗口方面，一般不需要特殊考虑。对于直放站与施主扇区有交叠覆盖时，考虑方法同前向激活集搜索窗的分析。

5.搜索窗优化

在网络优化过程中，经常会碰到一些搜索窗参数设置不当导致的网络问题。而最常见的是搜索窗参数设置过小，导致该利用的多径或其它的相邻导频却不能利用起来，形成干扰，导致不能切换或掉话等网络问题。

分析搜索窗口设置的问题，可以用路测工具进行实地测试，观察激活集导频的多径情况。从搜集到的“finger information”和PSMM消息中的“pilot_pn_phase”项可以看出关于时延的信息。示例如下：

finger information消息：

图5-1 finger information消息

Finger #1 PN=0x19E = 414, f_ pos=0x8D5F

Finger #1 PN=0x19E = 414, f_ pos=0x8D44

Calculation

(1) 8D5F(hex) ? 36191(dec) , 8D44 (hex) ? 46164 (dec)

(2) 36191 - 36164 = 27

(3) 27/8 = 4 chip

从上面可以看出，导频414的两个多径分量时间偏移为4chips。

如果从跟踪到的信息发现该导频的多径分量之间时间偏移已经超过了原来设置搜索窗窗口的一半，则可以说明问题可能就是搜索窗设置不够大所造成的。这时需适当增大激活集搜索窗尺寸（在调整过程中要保证相邻集搜索窗尺寸不小于激活集窗口尺寸），即可解决激活集搜索窗设置不当问题。

PSMM消息：

图5-2 PSMM消息

Calculation

(1) Pilot_pn_phase:16130

(2) PN 252 ： 252 * 64chip = 16128(dec )

(3) 16128 - 16130 = 2 chip delay

上面的2chips代表两导频之间附加时间偏移。相邻搜索窗尺寸应大于2倍的附加时间偏移。

对于相邻集搜索窗尺寸设置过小的问题，在路测时会发现本来应该出现的邻区却没有出现，以至于不能切换。如果在手机掉话后又可以在该邻区导频上进行初始化。排除基站同步问题、漏做邻区关系等问题，就可以怀疑是相邻集搜索窗尺寸设置问题。进一步定位问题的手段是增大相应相邻集搜索窗尺寸，用路测工具观察时延情况，判断是否存在相邻集导频搜索窗设置过小的问题。

5.1 搜索窗优化案例一：激活集搜索窗过小，导致切换失败

【问题描述】

某地东西分别为一条大堤和一座桥，大堤和桥之间地势较低，在桥东边有一基站。

在测试中发现，手机在桥西部不远处容易掉话。而在其它地方使用正常。

【问题分析】

由于在手机掉话前后始终占用该基站信号，且根据周边基站分布和路测情况分析，此处没有其它基站信号。但观察手机时发现，手机掉话后仍占用该基站信号，而根据地形，此时手机仍出于信号阴影区，且在此处仍能成功呼叫，只是此时的信号强度比掉话前稍弱。

由此排除信号差引起掉话的可能性。从现象分析，掉话可能是由于信号本身的不同多径引起。综合手机掉话前后的信号强度及当时手机所处的地形分析，手机在掉话前后占用的虽然是同一PN，但可能是通过不同路径的多径信号。手机掉话处与基站的距离约2.5公里，与大堤的距离约4.5公里，假设手机掉话前使用的是B信号，而手机掉话后使用的是A信号。B信号经过的路径为2.5公里（10chip），A信号经过的路径为11.5公里（47chip），两路信号的相对时延差为37chip。检查基站数据，此基站的激活集和候选集搜索窗为5，即最大只能搜索到相对时延为10chip的多径。将搜索窗修改为9后手机在此处切换正常。

当手机处于阴影区域时，由于搜索窗过小，导致基站只能搜索到一路多径信号（假设只有A、B两路多径信号），另一路多径信号虽然是同一PN的信号，但由于无法搜索到，就成为了当前使用信号的干扰。由于当地地形复杂，两路多径信号强度变化较大，因此很容易产生掉话。

【处理过程】

将搜索窗修改为9后手机在此处切换正常

5.2 搜索窗优化案例二：搜索窗偏小造成直放站与施主基站切换失败的处理

【问题描述】

某局一CDMA宏基站第三扇区（PN436）方向3.5公里处下带一个光纤全向直放站（PN 也是436），在路测过程中发现在一段高速公路上（距离直放站2.4公里，距离基站4公里），不论是从直放站向基站切换还是从基站到直放站切换均不能正常完成。AGILENT E6473A扫频仪在该地段显示的Pilot sets比较单纯，Active sets仅有PN436，EC/IO为－11到－16，RX power较好，为－70左右，手机TX power也不高，为－9左右，PN Chips延迟不断在17，18和52，53之间变化。随着测试车辆的移动，FER不断变差，由小于1％逐渐升高到大于80％直至掉话。

【问题分析】

高FER掉话就是空中接口误帧率高，触发手机掉话机制造成掉话。由于RX power较好，排除覆盖不好的原因。手机TX power也不高，排除存在上行干扰的原因。Active sets仅有PN436，排除导频污染的原因。PN Chips延迟不断在17，18和52，53之间变化，指示当时最强导频信号不断在施主基站和直放站之间切换，因此怀疑直放站工作不稳定，也有可能是基站切换参数设置不合理。

【处理过程】

1）首先，开车去直放站检查测试，发现在站下各项无线指标都比较正常，PN Chips延迟为41。排除了直放站工作异常的故障原因。

2）检查该基站切换参数，发现搜索窗设置为10，11，12。搜索窗10对应空口往返延迟为100个chips。而当时在掉话路段测到的单程延迟最大为53个chips，往返延迟为53×2＝106

个chips，在掉话点手机已经不能识别直放站的导频信号，该信号干扰手机，造成高FER

掉话。

3）立刻修改搜索窗为11，12，13，再次路测，发现掉话路段FER小于1％，EC/IO基本保持在－6左右，通话正常。

6.总结

搜索窗是个较容易混淆的概念，理解搜索窗关键在于理解窗口的中心位置和设置大小对系统所造成的影响。在实际工作中，对搜索窗的设置既不能太大也不能太小。如果搜索窗设置过大，会降低手机搜索器搜索导频的速度，太大的搜索窗设置和有可能造成PN混淆；如果搜索窗设置过小，可能导致有用信号不能加入激活集，从而形成干扰，导致切换失败、通信质量差或者掉话等问题。