随机接入成功率研究分析

1、随机接入成功率的研究分析1.1.1 随机接入成功率研究简介随机接入成功率是无线网络的一个重要性能，良好的随机接入性能也使得DT测试中的DT接通率在接入过程中得到保障。一般来说，网络（尤其是市区网络）的随机接入性能处在一个非常好的水平上，但在现网统计中总有一些小区的随机接入失败较多，为研究随机接入失败对网络的影响特别是对用户感受的影响，本次DT测试优化以此为专题进行相关研究，从理论上研究手机从IDLE模式下进行随机接入的信令流程，及其相应的触发原因和机理。研究分析手机随机接入失败的原因和相应的解决思路和方法及爱立信交换机中与随机接入性能有关的统计计数器和小区参数介绍等。1.1.2 手机空闲状态的活动开机后手机将进行人工或自动的网络选择（PLMN Selection），经过小区选择（Cell Selection）和小区重选（Cell Reselection）选择合适的小区，并根据所选的小区广播信道（BCCH）广播的系统信息进行其它如周期登记、位置更新、小区重选、收听寻呼等空闲状态的活动。下图直观地表示了手机开机后的一些行为。手机空闲状态的活动示意图1.1.3 随机接入过程（RANDOM A

2、CCESS）随机接入过程是一个信道申请过程。从广义上说，这个过程始于移动台（MS），当处于空闲状态（IDLE MODE）下的MS需要与网络建立通信连接，MS就在RACH(随机接入信道)上向网络发送一条称作“信道申请”（CHANNEL REQUEST）消息的报文来向系统申请一条信令信道，网络将根据信道请求需要来决定所分配的信道类型。报文中有用信令消息只有8bit，其中有3bit用来提供接入网络原因的最少指示（对于PHASE 1标准，该建立原因只用3bit；对于PHASE 2 标准，由于引入半速率的概念，建立原因所占的比特最多可达到6bit），如紧急呼叫、位置更新、响应寻呼或主叫请求等，在网络拥塞的情况下，系统可以根据这些粗略的指示来分别对待不同接入目的信道申请（哪些类型的呼叫可以接入网络，哪些类型的呼叫将被拒绝），并为它们选择分配最佳类型的信道。在这一指示中，由于信道容量的限制，显然不能将移动台想要传送的所有消息全部发送给网络，如申请信道的具体原因、用户身份及移动设备的特性等（这些消息在SABM消息中发送）。另外5bit是移动台随机选择的鉴别符（这是对于PHASE 1标准，对于PHASE

3、 2标准，相应的可变为2bit），它并不用来向网络提供信息，其目的是使网络能区分不同MS所发起的请求，网络此后将向移动台发送的“立即指配命令”（含有所分配信道的信息）中会再次将鉴别符发还给移动台，移动台会通过网络返回的鉴别符和本身所发送的鉴别符相比较来判断该信息是否是网络发还给自己的。但它只有5bit，最多只能同时区分32个MS，不保证两个同时发起呼叫的MS的随机鉴别符一定不同。要进一步区分同时发起请求的MS，还要根据Um接口上的应答消息。信道请求消息只在BSS内部进行处理。BTS在对移动台的“信道申请”（CHANNEL REQUEST）消息正确解码后，它将把“信道请求”（CHANNEL REQUIRED）的报文通过ABIS接口发送给BSC，并附上BTS对该MS到BTS传输时延（Timing Advance）的估算（这一指示对启动定时提前控制很重要）及本次接入原因等附加信息，BSC收到此消息后，将根据接入原因及当前系统资源情况的判断，为该次请求选择一条相应的空闲专用信道SDCCH供MS使用。但所分配的信道及其相关的地面资源是否可用，还需BTS作应答证实，这个程序的完成是通过BSC向BT

4、S发送一条”信道激活”（CHANNEL ACTIVE）的报文来查询相应的地面资源（传输电路等）是否可用，该报文指明激活信道所需的全部属性，包括信道类型、工作模式、物理特性和时间提前量等。BTS在准备好相应的资源后，将返回一条“信道激活证实”（CHANNEL ACTIVE ACK）的报文来答复BSC。BTS完成指定信道的激活后，BSC将在MS接收“信道请求”的同一CCCH（公共控制信道）时隙（TS0）即AGCH（接入允许）信道以无证实方式发送一条“立即指配”或“立即指配扩展”的消息来向移动用户分配专用信令信道。BTS在下行CCCH信道的任何部分都可发送“立即指配”或“扩展的立即指配”，这就需要MS对CCCH的所有信息块都进行侦听。所分配的信道类型（TCH或SDCCH，信道模式设置为指令）由运营者决定。在启动立即指配命令的同时网络启动定时器T3101。“立即指配”或“扩展的立即指配”消息包括：指配信道的描述（新的频率序列，MAIO，HSN）；“信道请求”的信息字段和接收到“信道请求”帧的缩减帧号码（缩减帧号是根据BTS收到信道申请时的TDMA帧计算出来的一个取值范围较小的帧号）；初始化时间

5、提前量；起始时间指示（可选）；初始化最大传输功率以及有关随机参考值。每个在AGCH信道上等待分配的MS可以通过比较参考值来判断这个分配信息的归属，以避免争抢引起混乱。MS收到立即指配命令后，通过对该消息的解码，如果认为随机鉴别符和缩减帧号值都符合要求，MS就会将本身的收发配置调整到指定信道上来，并按照BSC指定的TA值和初始化最大发射功率（CCHPWR）开始传输信令。此后将将继续进行信令的接续以及鉴权、加密、TMSI再分配等。下图信令连接建立流图简介了随机接入的过程。图Sequence Diagram For Signaling Connection Setup1.1.4 随机接入失败原因分析随机接入是手机接入网络时发生的第一个事件，随机接入失败率高就会影响网络的接入性能。随机接入失败原因有很多，主要有以下几个方面：同BCCH/BSIC、同临频干扰这是最常见的影响随机接入成功率的原因。由于网络规模和容量的不断提高再加上频率规划的不合理，使得同临频复用的间距越来越小，势必造成因BCCH上行干扰，而导致BTS不能正确解码RACH上的接入请求消息（表现为信息错误编码）。对于同频（BCCH）小

6、区来说，由于BSIC参与了随机接入信道的编码译码过程（为得到36bit的RACH突发脉冲消息字段，在8bit的消息比特基础上，加上6bit的色码，这6bit的色码是通过将6bit的BSIC和6bit的奇偶校验码加和取模2而获得的。然后再加上4bit的尾位，这样就得到了18bit，再将这18bit按照1:2的卷积编码速率，最后得到RACH突发脉冲上36bit的消息位；解码过程与此相反，当小区收到一个接入脉冲，在解码的过程中将比较自己的BSIC。如果相同，则进行下一步解码，如果不同，将丢弃之并产生相应的误码检测告警），因此如果两个具有相同BCCH/BSIC的小区相距不足够远，则手机发出的RACH上的“CHANNEL REQUEST”消息会被这两个小区都收到，这样就会使得较远处小区接收RACH时产生译码错误或TA超限导致随机接入失败（由于手机与较远处小区未同步），即使随机接入译码成功也不能成功给移动台指配信道，甚至有可能干扰近处小区的立即指配等。另一方面，在GSM系统的空中接口UM中，随机接入（RANDOM ACCESS）（RACH上发送）和切换接入（HANDOVER ACCESS）（FAC

7、CH上发送）均使用相同的编码和脉冲方式，即使用8位信息码加上6位奇偶校验位，并且这6位奇偶校验位和目标小区的BSIC相异或（加和模2）。这样距离较近的同BCCH、同BSIC小区间可能会产生随机接入和切换接入的干扰。由于切换多发生在小区边界，切换接入信令会在更近的距离产生干扰。基站分布较密时切换频繁，出现干扰的可能性也就较大。覆盖不好、上下行功率不平衡、TA过大这也是影响随机接入性能的主要原因。覆盖问题主要是指系统的上下行功率不平衡，使得系统产生无效的下行覆盖，手机在上行链路损耗过大，以至于上行的随机接入请求因干扰受限而不能被BTS正确接收到或者低于BTS的解调电平。另外一种覆盖问题是越区覆盖现象，主要是指海岛小区。由于无线电波在海面上的传播形式主要是直线波和海面的反射波的叠加，路径损耗很小，使得海岛小区的覆盖极远，甚至超过了GSM系统允许的TA（Timing Advance）范围（MAXTA），因此在没有作扩展小区（Extended Range Cell）设定的海岛小区会产生由此引起的随机接入失败。另外，由于海面上的信号很杂，同临频现象产生的影响很严重，这也是海岛小区随机接入失败的主要

8、原因。接收路径的硬件问题接收路径的硬件问题也可能影响到随机接入，主要是指接收天线、馈线、耦合器、接受分路器、接收机等，甚至接收机的硬件隐形故障也会影响到随机接入。话务量过高、拥塞由于网络无法控制移动台接入的时间，因而在话务较繁重的地区会不可避免的发生多个移动台同抢一个RACH时隙来申请接入的现象，这就是碰撞现象。其后果有两个，一个是网络收到在此时隙上的一个突发脉冲的电平，要明显比另一个高，这样网络就会处理电平较高的那个随机接入请求。另一后果是，由于两者之间相互的干扰，网络哪一个都不能正确地接受到。因而随着业务量的增长，报文因碰撞而丢失的几率也就越来越大，这必将是对网络容量的一个重要制约因素。“幽灵”随机接入当无线条件符合正常的传播模型时，只要信号电平高于BTS的接收灵敏度，BTS就会解调出所接收到的RACH脉冲群。在没有干扰的情况下，BTS的灵敏度由噪声因子、热噪声功率等决定，不考虑衰落容限时通常为-115dbm。上行干扰和阻塞会影响BTS的最低解调电平，使其不能达到-115dbm。当小区的话务量很低时，BTS接收到的接入脉冲不多，大部分接收到的信号都是由噪声引起的。如果接收机的灵敏度

9、很高，那么一些噪声就会被BTS当作是接入脉冲（噪声中某些比特模式可能会匹配有效的校验序列）。这就是所谓的“幽灵”随机接入（Phantom RACH）现象，而且是不可避免的，除非降低接收机灵敏度或者在信号处理器中采用更好的滤波功能，但是这样的话就可能丢弃一些真正的接入脉冲。当话务量比较高时，由于噪声会被真正的接入脉冲覆盖了，所以问题就不是那么突出，也就没有那么多的Phantom RACH。GSM规范05.05（P25）中有这样一段话：For a BTS on a RACH channel with a random RF input (only noise)， the overall reception performance shall be such that less than 0.02% of all frames are assessed to be error free.也就是说，在没有话务的情况下，会有0.02%的接入噪声被当作接入脉冲。由于在空中接口上时隙的传输速率为217 bursts/s（1/4.616ms），这意味着0.02/100*217=0.0434 access bursts/s ，也就是每隔23秒（1/0.0434）有一个access burst。这个access burst显然是一个噪声随机接入，而不是MS发出的真正随机接入，而这也将会造成随机接入失败。在话务量很小的情况下，由于一些噪声会被真正的接入脉冲所覆盖，噪声随机接入的概率会降低（大约每隔30-40秒一个Phantom RACH）。话务量越高，RACH信道处理机所接收到的噪声就越少，从而BTS上报BSC的噪声随机接入就越少。结论就是，根据GSM 规范05.05，如果一个小区话务量很少时，每小时大约会有高达120 个Phantom RACH存在（每隔30秒一个），这是一个很正常的现象。1.1.5 涉及网络随机接入性能的指标、计数器介绍爱立信交换机的STS统计中有两个描述随机接入性能的OBJTYPE，它们是RANDOMACC 和RNDACCEXT，分别对应了正常小区和扩展小区的随机接入性能。对每个小区来说，BSC中记录了相应的随机接入尝试次数。其中，小

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