浅谈网络优化中的切换问题

浅谈网络优化中的切换问题

王迎宾

摘要：本文对GSM网络优化中切换类型，流程以及算法作了探讨，并分析造成切

换失败的原因以及优化办法。

关键字：，切换，切换类型，切换失败

动通信网是动态发展的复杂系统。特别是对于无线网络，影响其质量的因素有很多，在传统的网络优化工作中，对掉话和阻塞比较重视，通过各种方法对降低掉话率、拥塞率等指标都进行了深入的研究，并且总结出了许多宝贵的经验，忽略了对网络影响很大的一项技术——切换技术，由于数据业务对网络的运行质量提出了更高的要求，随着数据业务的发展,只有进一步提高基础网络的运行质量，全面改善网络内小区的覆盖情况和上下行链路质量，降低网络的整体噪音水平，才能为越来越重要的数据业务作好网络支持工作。对网络中切换参数以及切换关系的合理调整能够快速地解决网络中的一些疑难问题，对于降低网络负荷和干扰电平有着明显的作用，对缓解个别小区的话务拥塞也起到不小的作用，保证了网络的连续覆盖。同时切换成功率是衡量一个网络覆盖情况好坏的主要参考指标。切换成功率降低，将直接导致掉话的增加。因此在日常网络优化中我们应特别加强对切换问题的关注。

1、GSM网络中的切换类型及其流程

所谓切换，就是指MS在通话过程中有一个基站覆盖区域移动到另一个基站覆盖区域，或者是由于外界干扰造成通话质量下降时必须改变原有的语音信道转接到一条空闲的语音信道上去，以继续保持通话的过程。从而实现了真正的连续覆盖。GSM系统采用的是移动台辅助的切换方式，即由移动台监测判决，由交换中心控制完成，在切换过程中有移动台和基站均参与切换过程。根据不同的切换触发条件，切换可分为：紧急切换；负荷切换；正常切换；快速移动切换和同心圆切换，其中引起紧急切换的原因主要有：TA过大引起的紧急切换；质量差引起的紧急切换；快速电平下降引起的紧急切换；干扰引起的紧急切换。正常切换由包括：边缘切换；分层分级切换；PBGT切换（链路预算切换）。MS在通话过程中，不停地发送和接收测量报告，其中上行测量值由服务小区BTS获取，包含：对MS

上行的接收电平(ULRxLev)、接收质量(ULRxQal)、bs_power。下行测量值

由MS获取并上报，包含对服务小区的下行接收电平(DLRxLev)、接收质量(DLRxQal)、对邻近小区的下行接收电平(NCellRxLev)、ms_power。同时包含时间提前量的测量值(TA)等。BSC每收到一个测量报告后对数据进行处理之后，对相邻小区按照电平值和质量等参数进行排序。并且判决应该切向哪个小区以及进行什么样的切换。由于小区基本排序和网络特征调整是切换判决的主要部分，根据已经完成惩罚处理后的各个邻区及服务小区情况通过一定的算法进行排序，确定各个小区之间的相对关系，为最后的切换做好基本的准备。而按照GSM网络优化规范的要求，切换主要有四种方式：同一BTS之间的切换；同一个BSC不同BTS 之间的切换；同一个MSC之间不同的BSC 之间的切换，不同MSC之间的切换。我们经常遇到的是前三种切换，对于第四种切换我们不作为重点来探讨.以下是给出了同一BTS之间的切换；同一个BSC不同BTS 之间的切换以及同一个MSC不同的BSC 之间的切换的信令流程以便分析。

1.1同一BTS间切换信令流程

1.2同一个BSC内部的切换

信令流程：

1.3同一个MSC不同的BSC之间的切换

信令流程:

信令释放流程：

由以上的切换信令流程图可以看出：1、BSC内切换没有“切换请求”消息，均由BSC内部分析处理，一旦发现有符合条件的目标小区，且为本BSC内时，直接下发“信道激活”消息。2、当目标小区不是本BSC时，BSC 则将源小区和目标小区的CGI号以及切换原因通过“HO-Required”上报给MSC，MSC查询到目标小区的LAC在本MSC内时，则发送“HO-Request”给目标小区所在BSC，由目标BSC激活目标小区信道，完成以后流程。3.当MSC发现目标小区LAC不属于本MSC时，就会查询其“REMOTLAC表”（包含相邻MSC的LAC和路由地址），根据路由地址，向目标MSC-B发“切换准备”（Prepare-HO）消息。消息内含目标小区的CGI，是否需要分配切换号码的指示等。根据该消息，目标MSC-B向VLR-B索要切换号码后（除非指示内不要求），向目标BSC-B发“HO-Request”（切换请求）消息，收到“切换请求证实”以后，向源MSC发“切换准备证实”消息，执行以后流程。

2 GSM网络中的切换算法

切换由BSC中的无线资源管理模块根据BTS/MS的测量报告的结果决定，对每一个小区和算法都可以有一套单独的参数设置。切换周期性地与相关切换门限比较后触发。切换门限比较包括上下链路电平

(Uplink/downlink level)、上下行质量(Uplink/downlink quality)及干扰(Uplink/downlink interference)，MS-BTS距离(MS-BTS distance)，信号快衰落 (Rapid field drop)，快/慢速度(Fast/slow-moving MS)，

手机转弯(Turn-around-corner MS) ，功率预算(Power budget)以及伞状切换(Umbrella handover)。其中手机的运动快/慢和伞状切换主要用在双层网中。

如果有两种或两种以上切换门限比较都可能触发切换，那么切换的优先级如下：

1上行/下行干扰（Uplink/downlink interference）；

2上行/下行质量(Uplink Downlink quality)；

3上行/下行电平(Uplink Downlink quality)；

5手机与基站的距离（最大或最小）(MS-BTS distance maximum or minimum)；

6信号快衰落(Rapidfielddrop)；

7手机的运动快/慢(Fast/slowovingMS)；

8较好的小区质量（功率预算或伞状切换）（Bettercellpower budget or umbrella）。

对于越区切换的原因，我们的理想情况是所有切换都是因为移动用户在通话过程中，由于位置的变化导致接收网络信号强弱的变化而最终引起服务小区的变化。功率预算（PowerBudget）的算法正是这种设计思想的体现。此算法考察移动台收到当前服务小区信号和BSC推荐的N个（N 由BSC参数设定）最强邻区信号并依据门限设置而选择最佳。然而在网络的实际运营中，由于无线传播环境的复杂状况，有限的频率资源状况，覆盖和干扰问题也许使得许多情况下功率预算（PowerBudget）的门限还未到来不及产生切换请求就已经掉话。

根据切换的不同类型，切换判断主要采用如下几个公式：

AV-RXLEV_NCELL(i)>rxLevMinCell(i)+Max(0,A)（1）

其中：

A=msTxPwrMax(i)-msTxPwrMax（除了伞状切换所有情况都适用）；

AV-RXLEV-NCELL(i)表示手机在相邻小区所能接收的平均信号电平；

rxLevMinCell(i)表示手机在相邻小区所能接收的最小信号电平。

msTxPwrMax(i)和msTxPwrMax分别表示手机在相邻小区的最大发射功率和设计的最大发射功率，A表示手机在相邻小区的最大发射功率与其设计的最大发射功率之差。

AV-RXLEV_NCELL(i)>hoLevelUmberlla(i)（2）

PBGT>hoMarginPBGT(i)（3）

其中：

PBGT=(msTxPwrMax-AV_RXLEV_DL_HO-(BtsTxPwrMax-BTS_TxPwr))-(msTxP wrMax(i)-AV_RXLEV_NCELL(i)

AV-RXLEV_NCELL(i)>AV_RXLEV_DL_HO+hoMarginLev(i)（4）

AV_RXLEV_DL_HO表示手机所在服务小区的平均接收信号电平；BtsTxPwrMax和BTS_TxPwr分别表示手机所在服务基站的最大发射功率和基站当前的发射功率；hoMarginLev(i)表示对相邻小区所定义的切换门限余量。

其中（1）和（4）用于上下行电平、质量和距离引起的切换；而功率预算切换，主要使用（1）和（2）；伞状切换则使用（2）和（4）。

3.GSM网络中有关切换的参数

GSM网络中有关切换的参数主要有二类：切换控制参数和邻区参数，除此之外还包括不同切换类型的切换数据。同时涉及MSC之间的小区切换还要在交换机中定义相应的参数。

3.1在华为的无线系统中，切换控制参数主要有以下几类参数：

1.切换算法类型

2. 切换之间的最小时间间隔；

3. 进行共BSC/MSC调整允许

4 信令信道切换允许；

5. 惩罚处理允许；

6. 小区内切换允许；

7. 负荷切换允许；

8. 快速移动微小区切换算法允许；

9. 接收电平快速下降紧急切换算法允许；

10. PBGT切换算法允许；

11. 切换后功率预测算法允许；

12. BTS测量报告预处理；

13. 传送原始测量报告

14. 传送BS/MS功率级别

15预处理测量报告上报频率

16. 多MNC切换判决允许

17. EDGE切换算法允许以及切换最小时间（秒）3.2 邻区参数主要有以下几类：

1.相邻小区BCCH频率；

2.源小区和目标小区是否共MSC；

3.邻小区所在的层和优先级；

4.切换的电平、质量及功率预算余量；

5.小区识别，包括LAC、NCC、BCC等参数；

6.层间切换的门限和磁滞；

7.速度惩罚值以及惩罚时间；

8.切换候选小区最小下行功率；

4、切换失败率高的主要原因及优化方法

根据切换的信令流程，我们可以发现切换不但涉及到无线参数还涉及交换机中定义的参数，还涉及到GSM网络中的几个主要接口如空中接口（Um）、Abis接口、A接口以及交换信令之间的配合。实践证明，不发生切换或者切换失败不但影响到用户通话，造成掉话，引起用户投诉。而频繁切换影响用户通话质量，增加系统负荷。根据优化的经验，就华为无线系统而言，现总结一下影响切换成功率的因素。

4.1．覆盖差和干扰

在实际的网络规划中，受树林、地形复杂、房屋走向、室内覆盖等因素的影响在城覆盖差引起切换差，另由于覆盖或地形的原因造成实际存在相邻关系的小区之间切换数据漏作，将会产生孤岛效应，造成周围信号很强但手机所占的信号弱或者信号质量较差的现象，严重地影响网络质量。在用户通话过程中，由于BCCH始终以最大功率发射，同时话音信道经常采用DTX或者跳频技术等手段来降低干扰，这就使得BCCH受到的干扰在网络中显得十分明显，这在目前站距仅有300-400米同时交叉覆盖严重的城市中尤其是影响切换成功的一个重要原因。特别是城市中的室内覆盖和农村的直放站造成覆盖范围不规则等现象，更容易造成切换数据漏作。同时由于内部或者外界干扰的存在造成MS上行无法接入或下行收不到信号，从而导致切换成功率低

4.2．参数设置不当

根据GSM规范，移动台必须始终测量本小区和相邻小区的BCCH载频的电平。为了使移动台知道与当前小区相邻有哪些小区，在每个小区的系统消息中都会周期广播相邻小区描述信息，该信息中列出了与当前小区相邻的小区BCCH载频的绝对频道号。移动台必须从系统消息中提取该信息作为测量邻区信号的依据。在实际工作中，由于频率割接的原因造成邻区参数错误而影响切换成功率的现象也比较普遍。GSM网络中，小区间的相邻

关系在网络拓扑设计时已经确定，在建网的过程中必须按照拓扑设计来设置每个小区的邻区描述信息。另外，当网络发生改变时，如增加了基站，改型或改变了网络的频率配置，但是我们没有及时地更改相邻小区参数。邻区参数设置不当，往往是发生切换失败的一个重要原因。在华为无线系统中参数设置不合理引起切换差的主要有以下几种：切换门限设置不合理（偏高、偏低、边缘切换门限比功控门限高），切换磁滞、切换优先级设置不合理，最佳小区统计时间P、N设置不合理，BA2表内漏写频点，漏做邻区关系，存在同频同BSIC的邻区，“小区描述数据表”内CGI、模块号与“小区模块信息表”不一致，“外部小区描述数据表”的CGI、BCCH、BSIC等与对方BSC不符，MSC“位置区小区表”的BSC的目的信令点错误。

4.3 BSC和BTS软硬件故障

在日常优化过程中，我们经常发现所有数据均正常但仍然出现切换失败率高的现象，其中基站软硬件故障也可能是原因之一。因为载频质量问题或天线性能下降以及其它软件原因都可能造成空中链路失败引起切换

失败率高的现象，对于华为无线系统，就BTS而言，CDU EDU TRX TMU 时钟板以及BTS版本等都会造成切换失败。就BSC而言时钟板故障引起各基站之间时钟不一致，通路内的所有单板（BIE、E3M、FTC板等），话统版本不一致以及部分数据没有加载到主机内，导致切换成功率低。

4.4传输有误码或者同步不稳定

由于切换过程中在涉及不同小区时，需要通过TA值来判断手机所处位置，并决定基站和手机的发射功率以供手机接入新的信道，如果传输误码率高或者相互同步不稳定，很容易因为A接口或者Abis接口失败导致切换失败。

4.5由于目标小区忙造成切换失败

在话务密集的地区，经常会出现目标小区忙，无可用信道导致等缺乏无线资源而引起切换失败。

4.6 天馈系统

在日常的维护和优化过程中，由于驻波比过大，小区天线安装反，小区天线安装不规范，小区方位角、下倾角不合理，天线隔离度不足，电缆扭曲或接头不紧、错误都会引起切换失败。

总之，在日常的维护和优化过程中，我们可以根据造成切换失败的6类主要原因有针对性地开展网络优化。首先，我们要加日常网络维护工作，使基站保持在最佳的运行状态，避免出现由于硬件故障造成切换失败。其次，我们要对网络中各个小区的切换参数以及交换机中有关切换的参数进行认真检查，查找设置不合理的参数，尽可能避免因为数据错误而造成切换失败。这就要求我们严格按照网络规划数据来进行数据制作，同时由于网络建设是随着用户发展而建设的，随着用户的增多，基站的建设也就会越来越多，频率割接频繁，因此应及时修正由于频率割接造成的数据错误。第三，我们要根据切换报告情况，及时对覆盖范围过大或者覆盖主控区不适当的小区进行调整，合理规划覆盖区。这样才能切换的正常进行，保证网络的连续覆盖。第四，要不断地对话务分析报告及切换报告情况进行分析，检查是否是因越区切换不成功造成的掉话或者是由于漏作或者做错相邻关系而导致；对切换参数进行检查，检查数据是否设置，设置是否合理，并根据现场DT和CQT测试结果对切换参数进行调整，适当的增加或删除切换关系。第五，对疑难切换问题，要在不同的A接口或者Abis

接口挂表进行测试，通过观察信令流程来检查切换过程中可能出现的错误，特别是生产厂家不同的BSC之间，往往因为个别参数或者软件版本的不匹配而造成切换失败。因此我们一定要加强对切换失败问题的管理和考核，加大对切换问题的优化力度。

5、小结

网络优化工作不但是一项长期持续的工作，而且是一项技术含量较高的日常维护工作，切换问题的分析涉及数据量大，影响切换的因素较复杂。我们在日常的优化过程中不断监视网络的各项运行数据、不断的进行路测，根据路侧数据对网络进行分析，通过对设备、参数的调整，使网络的性能指标达到最佳状态，最大限度地发挥网络能力，提高网络的平均服务质量。