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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<
/p>
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 Sele
ction
），
经过小区选择
（
Cell
Selection
）
和小区重选
（
Cell
Reselection
）
选择合适的小区，
< br>并根据所选的小区广播信道
（
BCCH
< br>）广播的系
统信息进行其它如周期登记、位置更新、小区重选、
< br>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
ACCESS
）
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”（
< br>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<
/p>
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
2
标准，相应的可变为
2bit
< br>），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<
/p>
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
BS
S
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”（
CHA
NNEL
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
< br>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
BTS
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
< br>“信道激活证实”
（
CHANNEL ACTIVE A
CK
）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（<
/p>
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。
< br>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
< br>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 Setup
1.1.4
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
BCC
H/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
）小区来说，由于
BSIC
< br>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<
/p>
6bit
的色码是通过将
6bit
的
BSIC
和
6bi
t
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
< br>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
）（
FACCH
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
< br>
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
< br>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
（
T
iming 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
< br>一个重要制约因素。
“幽灵”随机接入
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