CDMA小区搜索窗优化问题探讨

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1引言
小区搜索窗是CDMA无线网络中非常重要的参数，移动台在检测前向导频时，由于并不知道导频的传播时延大小，网络设计者必须规划移动台在合理的窗口上进行搜索，直到找出导频的实际位置。

移动台使用的搜索窗参数包括搜索激活集与候选集的SRCH_WIN_A，搜索邻区集的SRCH_WIN_N，搜索剩余集的SRCH_WIN_R。

本文针对无线网络优化过程中，各种搜索窗的优化方法进行分析。

2移动台搜索流程
对各种不同导频集，移动台采用不同的搜索流程。

移动台通过参考导频时延后的相位作为参考，前后各打开W/2，对导频集进行搜索，搜索过程中，先搜索所有的激活集，再搜索所有候选集，然后搜索第一个邻区集，再次搜索激活集与候选集，又搜索第二个邻区集，当邻区集搜索完后，搜索第一个剩余集，移动台通过以上流程，逐一对整个导频序列展开搜索。

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。

3搜索窗设置基本原则
无线网络优化过程中，搜索窗设置的基本原则就是根据基站的覆盖类型作为参考。

如果搜索窗设置太小，当导频的多径时延超过W/2的，这个多径分量就不能被搜索到，从而会造成干扰，增加了网络掉话的风险。

如果搜索窗设置太大，一方面可能把相邻导频延时后的多经分量当成本导频使用，造成FER提升导致掉话；另一方面，移动台的搜索效率下降，不能应对网络迅速突变的情况，如果新导频出现后，移动台没有及时搜索到，也会造成干扰，也增加了网络掉话的风险。

在对基站搜索窗进行优化时，要充分考虑到基站的覆盖半径，避免多径信号不能被搜索到的问题，同时也要考虑到移动台的移动速度以及基站配置的邻区数量是否会影响搜索效率。

此外，移动台在多方软切换下合并参数时，邻区搜索窗的大小是根据激活集中搜索窗最大的导频决定的。

这些因素是制约搜索窗设置的基本原则。

4导频搜索特点探讨
移动台有1个搜索器，3个解调器，移动台在搜索导频时，需要消耗两部分时间：一是根据搜索流程逐一搜索，需要消耗的搜索时间；二是搜索器搜索到之后，再通过解调器解调，需要的内部处理时间，该时间一般为10ms。

移动台在搜索完整个导频序列需要的时间，典型值为3s，考虑到部分终端的性能差异，最大为6s。

如果根据典型值，则移动台搜索完成1个Chips 大致的时间T0为：T0=3/32768×1000ms。

如果考虑内部处理处理时间，则需要T0+10ms。

当考虑到现网终端的性能差异时：T0=6/32768×1000ms。

CDMA小区搜索窗优化问题探讨
黄辉中国电信股份有限公司贵州分公司无线网优中心主任
陈守益中国电信股份有限公司贵州分公司无线网优中心工程师
摘要介绍了移动台搜索导频信号的基本原理，并针对CDMA无线网络优化过程中，在多种条件下搜索窗优化的问题进行探讨，提出搜索窗优化的基本思路。

关键词小区搜索窗搜索流程搜索特点
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《电信网技术》2010年10月第10期前瞻技术
假设现网某基站在市区密集地带，根据软切换话务量比例分析，大致判断出用户呼叫期间平均使用的激活集为3个，同时考虑侯选集为1个，邻区配置了20条；搜索窗设置情况为SRCH_WIN_A=6(28Chips)，SRCH_WIN_N=8(60Chips)，SRCH_WIN_R=10（100Chips）。

则该站下最慢的移动台搜索情况如下：搜索完激活集与侯选集的时间TA为：TA=(3+1)×（6×28/32768×1000)ms≈61ms。

搜索完20个邻区需要的时间TN为：TN=20×(TA+(6×60/32768×1000+10))ms≈1630ms。

上式中6×60/32768×1000+10ms是移动台单独搜索一个邻区集需要的时间。

如果现网Pilot_INC设置为3，则还有104个剩余集，可计算出当移动台完全搜完一次剩余集，约需169s的时间。

通过上面的例子，我们可以初步确定移动台搜索导频集所需要的时间。

再以激活集搜索窗大小为20chips为例，并假设该搜索窗设置过小造成多径搜索不到而掉话，当掉话地点距离基站1km时，最早到达的分量为1km，那么所有传播路径在1＋10×0.244＝3.44km以内的导频多径会被移动台接收到。

假设传播斜率为20，那么在搜索窗外的多径分量会比最短路径的多径分量至少低20log3.44=10.73dB；如果掉话区域在2km左右，则在搜索窗之外的多径分量会比最短路径的多径分量至少低20log4.44/2=6.9dB。

很容易看出，不同地点多径干扰会有所不同，距离基站越远，在搜索窗之外的多径干扰影响相对越大，同时也说明在越靠近基站的地方，不太容易出现由于激活集窗口设置过小导致的网络问题。

5搜索窗设置的要求
(1)移动台移动速度对搜索窗设置的要求
根据移动台掉话机制：当移动台连续收到12个坏帧，将停止发射机工作，同时衰落计时器开始计时，衰落计时器到期就会导致掉话。

如果移动台的快速移动，在地形突变的情况下，强导频突然出现，移动台一旦搜索不到强导频，促使移动台的EC/IO迅速恶化，连续收到12个坏帧的时间只需要240ms。

当然，强导频的出现需要一定的时间，但切换过程也同时需要一定的时间，真正留给移动台搜索的时间是很有限的，在实际情况中，经常遇到由于邻区和搜索窗优化工作不到位，而导致掉话的问题。

某次对高速公路的DT测试中，移动台在13：24：58：063收到切换后的NLUM消息，在19个邻区中包含PN183。

一分钟以后，移动台导频质量迅速恶化，Ec/Io达到-24.6DB，FER达到70%，但RX保持在-85dbm左右。

之后移动台发出10条PSMM消息，均是激活集导频强度低于T_DROP的报告。

移动台发出第10条PSMM消息后，没有再发其他消息，关闭了发射机，之后导致了掉话，掉话后到13：27：17：425重新同步在PN183导频上。

从以上掉话过程分析，掉话过程中RX并不很弱，且同步后的导频是包含在NULM消息中的，从导频迅速恶化到移动台关闭发射机，只经过了3s左右，结合现场判断PN183在掉话前没有被搜索到。

移动台在高速公路以120km的时速移动时，只需要2s就可移动60m的范围，可见突发的强导频出现后，如果没有切换到激活集，会对原导频造成干扰，当激活集导频Ec/Io下降到-15DB后，很容易造成掉话。

从保障移动台移动速度来考虑搜索窗设置时，要尽量减小搜索窗，提升移动台的搜索效率。

(2)覆盖距离对搜索窗设置的要求
由于1个Chips的长度约为244m，导频信号传播1km约有4.1个Chips的时延，在对搜索窗进行设置时，必须考虑到基站的覆盖半径，通过覆盖半径充分估计出传播过程中各路多径的时延。

当移动台在一条腿的情况下呼叫时，其搜索窗中心都设置在最早到达的可用多径处，即以该导频延时后的位置作为参考中心的，再打开搜索窗时，已经具有补偿时延的效果。

在这种情况下，移动台对激活集多径的搜索不太会出现问题，但在多方软切换和搜索邻集时，由于各站的传播时延不确定，网络设计者需尽量保证同一导频的各路时延差低于W/2，否则有用的多径可能搜索不到而造成问题。

从保障移动台覆盖距离来考虑搜索窗设置时，要尽量增大搜索窗，搜索出能够使用的多径信号。

(3)直放站对搜索窗设置的要求
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对施主基站设计搜索窗时，需要多考虑直放站的光缆传播时延和设备处理时延，由于光调制信号在光缆中的传播为全反射路径，光缆传播时延折合为光缆长度的1.5倍；设备的传播时延主要是直放站近端和远端的内部处理时间，与各类设备的性能有关，网络优化中，通常将设备处理时延预留10us左右，折合10×1.2288≈12Chips。

在对施主基站设计搜索窗口时，必须考虑以上环节增加的时延，需要合理的增大搜索窗。

(4)覆盖模型对搜索窗设置的要求
根据各类基站的覆盖模型，大致可以分为密集区域、高速公路、广域覆盖等几类，对于不同的覆盖模型，搜索窗的设置问题需要考虑的问题也不相同。

对于密集区域，其特点是：软切换比例较高（特别是在导频污染区域，同时进入激活集和侯选集的导频数量很大）、覆盖范围较小、邻区配置数量很多、同时建筑物密集。

移动台在移动过程中，很容易遇到突发的强导频，这时必须考虑到移动台的搜索速度，需尽量减小搜索窗。

本章案例中，通过简单的计算，能大致量化出移动台的搜索速度，在实际网络优化中，给搜索窗的设置提供了更多依据。

对于高速公路，要结合移动台的搜索速度和基站的覆盖距离，结合实际情况量化出搜索窗合理的范围。

对于广域覆盖类基站，考虑到搜索窗之外的多径干扰影响相对较大，同时各路多径的时延也较大，搜索窗的设置主要考虑距离因素，尽量增大搜索窗，搜到所有的多径。

(5)Pilot_INC对搜索窗设置的要求
搜索窗大小设置与Pilot_INC的关系可以用两条准则来描述：
(1)防止时延过大后，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：Pi-lot_INC×64>SRCH_WIN_A/2+max△τ。

式中△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。

而最大的路径传播差应该等于覆盖较大的小区的半径（折算成Chips）。

(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：Pilot_INC×64>SRCH_WIN_N。

而通常SRCH_WIN_N>SRCH_WIN_A、SRCH_WIN_N/2>max △τ，所以综合上述两个准则后有：Pilot_INC> SRCH_WIN_N/64。

如果以上判断条件得不到充分满足，则对现网的PN规划提出了更高要求，尽量避免邻PN混淆问题。

搜索窗最大能设置到多少，与PN_INC相关。

当PN_INC为3时，两个相邻扇区PN相位偏移最小可能为3×64Chips=192Chips。

为了避免PN混淆，要求激活集窗口不能超过12（160Chips），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）。

6结束语
小区搜索窗的设置直接影响移动台的搜索效果，当追求移动台的搜索速度和避免PN混淆时，要求尽量减小搜索窗，而当考虑到覆盖距离时，要求增大搜索窗，两者形成相对对立的问题。

在网络优化过程中，需要根据基站的覆盖类型给出适当的范围，提升网络质量。

实际经验中，移动台在山区高速公路时，要求搜索器每秒搜索激活集和候选集4～6次，相邻集每秒搜索1次；在城区时，要求相邻集每1.5s搜索1次，农村对搜索速度则无太大要求。

通常，SRCH_WIN_N>SRCH_WIN_A，在网络开通之初，SRCH_WIN_R设置与SRCH_WIN_N相似、或大于SRCH_WIN_N。

当网络得到良好的优化后，可以减小该值，更大程度的提升移动台搜索效率。

搜索窗口的优化是一项细致的工作，要结合邻区优化及PN规划工作共同开展，才可能进一步提升网络质量。

参考文献
13GPP2C.S0005-A.cdma2000SpreadSpectrumSystems.1999 2华为技术有限公司编著.cdma20001x无线网络规划与优化.人民邮电出版社.2005
NEW TECHNOLOGIES
（收稿日期：2010-09-10）
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