GSM网络中的掉话问题分析

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摘要　本文分析了GSM网络中掉话形式、种类及解决方法。
　　作为网络运营的基础，网络建设和维护的质量必须得到足够的加强。在GSM网络的建设和维护过程中，无线网络的掉话问题是比较常见的也是影响面比较大的问题，对掉话问题解决的好坏将直接影响到网络建设和维护的工作。本文中笔者结合多年网络建设和维护工作的经验对网络的掉话问题进行一些探讨和分析。
　　（1）从类型上掉话可分为两种形式，一类是在SDCCH信道上的掉话，SDCCH的掉话是指在BSC给移动台分配了SDCCH信道而TCH信道还没有分配成功期间发生的掉话。一类是在TCH信道上的掉话。TCH掉话是指在BSC给移动台成功分配了TCH信道后，发生的不正常掉话；
　　（2）造成掉话的原因，从全局角度来讲有3种，分别是无线链路故障（发生在通信过程中，消息无法正常接收）、T3103逾时（发生在切换过程中，即MS无法占用目标小区信道，也无法返回原信道）、系统故障（各种可能随时发生的故障）。在这3种掉话原因中，主要的掉话形式是无线链路故障。我们知道在GSM规范中有一个参数为RADIO LINK TIMEOUT（无线链路超时），单位是SACCH测量报告周期的个数。当RADIO LINK TIMEOUT减为0时，信道就被释放，从而发生掉话，掉话的原因被记为无线链路故障（信令流程如图1所示），在网络运行中，这种类型的掉话是最多的，因此对于某些掉话率较高的基站，我们可以适当提高该值的设置，如可把它设为32（SACCH测量周期）。一般情况下该值被默认为20（SACCH测量周期）。当改变该值时还应注意几点要求，一方面，应同时改变相关的参数如T3109等，例如当RADIO LINK TIMEOUT设为32时，T3109值应大于16s；另一方面，该小区不能为拥塞小区，因为T3109设置得过大会延长无线信道释放的时间。

图1  信令流程

　　下面笔者结合多年的网络建设和运营经验针对一些常见的原因产生的掉话，分别进行分析，研究一下掉话产生的具体原因，观察方法及解决措施。
1、由于覆盖原因导致的掉话
　　1.1　原因分析
　　（1）服务小区由于各种原因（如无线传播环境太好、功率太高）导致覆盖太大甚至将它的邻小区也覆盖在内，或它的邻小区定向天线（设邻小区为定向小区）方位角有问题或本身信号太弱，以至于移动台超出了它所定义的邻小区B的覆盖范围之外到达了小区C后还占用着服务小区A的信号，而小区A又未定义邻小区C，此时移动台再根据原服务小区A提供的邻小区B进行切换时，就会因找不到合适的小区而导致掉话，这种情况一般发生在市区等基站密集的地方；
　　（2）两小区的交界部分出现明显的无线信号覆盖的漏洞；
　　（3）覆盖过小也可能是由于某个小区的硬件设备出现了问题，如天线受到阻挡或携载BCCH的载频发生了故障（功放部分）；
　　（4）还有一种原因是由于一些高大建筑物所产生的阴影效应导致移动台信号发生快衰落而来不及切换引起的掉话；
　　（5）邻小区定义不全会导致移动台保持通话在现有小区中，直至超出该小区覆盖边缘而掉话。
　　1.2　解决措施
　　1.2.1　查找覆盖不足的地区
　　通过话务统计分析，首先确认该小区掉话率是否较高（同时也可能伴有较高的切出失败率），并且切换的原因多为救援性电平切换，而其它指标一切正常，如果是这样的话我们便应去检查是否存在覆盖的问题。接下来我们可以进行DT测试来确认覆盖不足的区域。还应分析是否由于地形地势的原因导致的，如隧道、大商场、地铁入口及洼地，一般来说，这样的掉话多集中于某个方向上，可考虑加微蜂窝来解决。
　　1.2.2　增大基站覆盖
　　通过用户投诉来查明覆盖不足的地方，看是否应该新添基站，或是通过别的手段来提高基站的覆盖，如提高基站的最大发射功率，改变天线的方位角、倾角、挂高等（这需要综合考虑频率规划情况和其它方位的覆盖情况）。
　　1.2.3　消除漂移信号的影响
　　通过定期的驱车测试来找出覆盖不规范的基站，消除掉它的漂移信号对其它基站的影响。对于这种情况导致的掉话，可以通过减小该基站的倾角，或降低它的最大发射功率（BSPWR MAX）及提高最小接入电平（RXLEV ACCESS MIN）来收缩覆盖范围，当然一定要防止出现盲区。
　　1.2.4　排除硬件故障
　　如果掉话率突然上升并且本站其它指标全部正常，则应检查相邻小区此时是否工作正常（可能下行链路发生故障，如TRX、分集单元及天线出现问题，若是上行链路故障则会导致原小区切出失败率较高）。
　　1.2.5　检查邻小区表是否定义完整
　　检查在OMC-R数据库中定义相邻小区是否互为对称关系、是否邻小区表定义不全。不同移动公司之间应常对照相邻小区的数据。
2、由于切换引起的掉话
　　2.1　原因分析
　　2.1.1　参数不合理
　　当基站做救援性的切换时（当手机接收电平低于切换门限下限IRXLEVULH、IRXLEVDLH），一些切换请求会因为切入小区的信号强度太弱而失败，即使切换成功也经常会因为信号强度太弱而掉话。
　　2.1.2　T3103超时导致掉话
　　计时器T3103超时：当BSC向移动台发出切换命令（Handover Command）时T3103器开始记时，在BSC收到来自切换目标小区的切换完成（Handover Complete）或者来自源小区的切换失败（Handover Failure）时就将T3103复位，BSC将Handover Command信息发送到BTS时，如果T3103逾时后仍未收到任一种消息时，BSC就判断在源小区发生了无线链路失败，进而释放源小区的信道，信令流程如图2所示。

图2　信令流程

　　2.2　观察办法
　　如果掉话率高涉及到切换问题可通过OMC-R的话务报告来分析主要是什么原因引起的切换。如上下行接收电平RXLEVEL原因引起的切换；上下行接收质量PXQUAL原因引起的切换；上下行干扰引起的切换；功率预算（PBGT）引起的切换；呼叫定向重试；话务原因引起的切换等。
　　2.3　解决措施
　　可采用DT进行较大范围的测试，因为切换是在小区及基站之间发生的，本小区的掉话有可能是因为与其相邻小区之间的切换设置不合理造成的。对于一些与该小区有切换拓扑关系而拥塞率又较高的小区应作为测试的重点，并需要检查小区周围是否有盲区存在，如果是这种原因应及时修改相关频率并增加新基站或扩大原有基站的覆盖范围。对于因切换设置不合理而造成的掉话可根据实测情况适当修改切换参数。对那些由于话务量不均衡，造成忙时因目标基站无切换信道而产生的掉话，解决的办法是进行话量的调整。
3、由设置硬件或系统参数错误引起的掉话
　　3.1　参数问题
　　可通过参数检查工具来检查参数是否合理，如频率的规划是否合理；小区内载频之间的路频偏移量（MAIO）是否冲突（当出现这种情况时各种指标都会差如分配失改率）；跳频的频点是否存在干扰；BSC定时器与MSC的定时器是否匹配（如CELL的定时器T3103大于BSC的定时器BSSMAPT8时肯定会造成移动台切换期间的掉话）。参数IRXLEVDLH与RXLEVMINCELL定义不匹配时易造成移动台到了下限切换电平（IRXLEVDLH、IRXLEVELH）但还没有邻小区满足RXLEVMINCELL定义的电平值而造成的掉话。此外，切换容限（HOMAGIN）定义的不合理也会造成切换掉话。可观察计时器T3103和T3107是否定义的太苛刻，以至于系统没有足够的时间将分配完成的消息报告给BSC，而此时主时器已复位所导致的掉话。
　　3.2　硬件问题
　　对因硬件原因而产生的掉话，可通过OMC-R察看相关硬件的告警。如果OMC-R中无硬件告警信息，则可能是某个TRX或分集部分的故障所导致，此时分配失败率和上下行质量切换所占的比例肯定也会很高，此时可以通过ABIS的监测软件，也可以通过关闭掉小区内其它载频，对怀疑有问题的载频进行拨打测试来发现故障点。一旦发现故障硬件后，应及时更换，如无备件，也应先闭掉故障板以免产生掉话现象影响网络进行质量。一般来说，当帧处理单元出现故障时，分配失败率和上下行质量切换都会比较严重；当接收部分出现故障时分配失败率和上行质量切换会较严重，当发射部分出现故障时分配失败率和下行质量切换会较严重。
　　3.3　基站经纬度有误
　　在实地路测中，有时会发现少数基站的实际经纬度与规划中的经纬度不一致，甚至相差很大，造成此现象的主要原因是在选址中碰到困难，最后不能按设计中要求确定，而将基站移至其它地方，但在规划数据库中没有进行相应更新，仍按原计划规划其相邻小区及频率，从而造成很多相邻小区漏做或做错，最终导致掉话率较高。
　　3.4　系统扩容、升级、补丁的影响
　　在系统做了大规模的调整后，如新建基站的割接入网、基站扩容、重新频率规划、升级、补丁，应对与之相关的系统参数进行全面的检查、调整。尤其要重点检查相邻小区关系、频率干扰情况以及跳频参数、小区参数等。
4、由于干扰而导致的掉话
　　4.1　原因分析
　　由于基站分配给移动台SDCCH信道频点可能与TCH信道频点不同，因而需要对它们分别进行分析。干扰主要包括同频、邻频及交调干扰。当手机在服务小区中收到很强的同频或邻频干扰信号时，会引起误码率恶化，使手机无法准确调邻近小区的BSIC码或不能正常接收移动台测量报告。交调干扰主要是指数模共站的基站由于模拟基站发射机的影响而产生的干扰，这种干扰的直接后果是时隙分配不出去造成基站资源的浪费。
　　通过OMC-R来判断干扰的办法。
　　（1）可通过观察OMC-R关于干扰的计数器，在有些系统中，当信道处于空闲状态时，系统就会观察这信道受干扰的情况，并在一定时期间内向系统报告一次，当工作于干扰级别的信道较多时，可以判断系统存在干扰现象；
　　（2）也可通过观察为可被系统解码的RACH请求的平均电平的绝对值来判断是否存在上行干扰现象；
　　（3）可通过观察OMC-R关于切换原因的统计来进行判断。在正常情况下PBGT（功率预算切换）应比其它类型的切换都要高的多（约占切换总次数的60%以上），当上行质量切换较高时，可判断为上行干扰或硬件故障；当下行质量切换较高时，可判断为下行干扰或硬件故障；当上下行质量切换都较高时可判断为硬件故障问题（也不排除同时存在上下行干扰的情况）。
　　4.2　解决措施
　　4.2.1　消除上行干扰
　　这种干扰为目前的主要干扰，上行干扰要发生在话务高峰期，它主要来源于同频干扰，也可能是外部干扰。同频干扰与同频小区的话务量有关，话务量高则干扰大；外部干扰主要是交调干扰。上行干扰可通过分析驱车测试中的相关报告、修改同频小区的同频频率、增加两个同频小区的间距（实际统计表明信号强度随距离以近似4次幂指数的规律衰减）或利用频谱分析仪来加以分析和解决，通过分集接收和有效的功率控制也可减少上行干扰。
　　4.2.2　消除下行干扰
　　这种干扰不是很普通。下行干扰主要是由于频率规划不当而造成部分基站的同频干扰和邻频干扰。发现的方法是通过在OMC中取得切换测量报告来加以判断，下行干扰一般会引起频繁下行切换。通过测量报告和现场实测如发现存在同频和邻频干扰，需对蜂窝系统的频率规划重新进行优化调整。对无上述情况但有干扰的小区可用频谱分析仪寻找干扰源。
　　4.2.3　使用DTX、跳频技术、功率控制及分集技术
　　DTX分为上行DTX（由参数DTXMODE设定）和下行DTX（由参数CELLDTXDOWNLINK设定），是采用话音激活检测（VAD）技术，在不传送话音信号时停止发射（仅在每480ms发送一组SID帧以满足基站的测量需要），限制无用信息有发送，减少了发射的有效时间，从而降低了系统的干扰电平，并能延长电池寿命。跳频可有效地改善无线信号的传输质量，特别是慢速移动体的传输质量，这是由于跳频使得发射频载以突发脉冲序列为基础进行跳变，能明显地降低同频干扰和频率选择性衰落效应。
　　但DTX必须结合实际周围无线环境与相邻小区的关系进行调整。当手机接收信号不好时，使用DTX可能导致掉话。因为由于DTX下行功能的开启，手机建立通话后，用户在通话时基站发射功率增强，而在通话的间隙，基站会降低发射功率，这样一方面可以降低对其它基站的干扰，但是另一方面，如果基站周围存在干扰，下行信号的不连续发射将使通话质量恶化，当基站降低发射功率时，在一些接收电平相对较低而干扰信号较强的地方就容易引起通话质量下降甚至发生掉话现象。
5、由于天馈线原因而导致的掉话
　　5.1　原因分析
　　5.1.1　由于两副天线俯仰角不同而产生的掉话
　　基站安装过程中每个定向小区有主集和分集两副天线，该小区的BCCH和SDCCH就有可能分别从两副不同的天线发出。当两副天线的俯仰角不同时，就会造成两副天线的覆盖范围不同，即会出现用户能收到BCCH信号，但发起呼叫时却因无法占用另一天线发出的SDCCH而导致掉话。
　　5.1.2　由于天线方位角原因而产生的掉话
　　在基站安装过程中每个定向小区均有两副天线，当两副天线的方位角不同时就会导致用户可以收到信令信道SDCCH，但他一旦被指配到由另一副天线发射出的TCH时就会造成掉话。
　　5.1.3　由于天馈线自身原因而产生的掉话
　　天馈线损伤、进水、打折和接头处接触不良均会降低发射功率和收信灵敏度，从而产生严重的掉话。可通过测驻波比来确认。
　　5.1.4　分集接收天线间距过小、收发天线不平行原因产生的掉话
　　两副天线之间应保持一定的水平距离以实现分集接收，否则将会降低收信灵敏度产生掉话。
　　采用分集接收天线时，若收发天线间距在3～5 m左右，一般可达到理想效果，获得3dB增益。很多收发天线的间距过小，在1 m之内，这样很难获得分集接收的效果。此外，如果收发天线根本不平行，甚至发送天线就指向接收天线，或是收发天线前方不远处立有很高的铁杆，这样很容易造成信号被挡返弹，产生干扰。
　　5.1.5　定向天线的反向信号太强
　　如果某分裂小区的天线反向信号泄露太强，当移动台占用该信号时，往往会因为找不到相邻小区而导致掉话。
　　5.2　天馈线问题的分析和解决
　　5.2.1　检查天线方位角和俯仰角
　　对因天线方位角或俯仰角不正确而导致的掉话，首先应到基站现场进行观测。如不能发现问题则可以通过对故障小区进行拨打测试（CQT）或驱车测试（DT）并结合从OMC中得到的相关统计数据来发现故障原因，调整天线方位角和俯仰角以降低掉话率。如果查出定向天线的反向信号泄露过强时，应及时更换天线。
　　5.2.2　排除馈线问题
　　对由于天馈线损坏或接头接触不良致使基站发射功率和收信灵敏度降低而产生的掉话，可采用天馈线测试仪对天馈线进行测量来判断故障点，并且及时更换故障天馈线和接头。
　　对于天馈系统应该注意的问题：天馈线标签贴错导致天馈线接反；防止自然与人为的进水现象，天馈线的组合部分注意防尘与加固；熟悉天馈线的工作环境与物理性质，不要单纯依靠仪器检测的驻波比值进行分析，应从现场馈线的实际安装与布线来检查是否有造成天馈线老化的事件；做接头的时候注意千万不要进入杂物，以防止馈线短路与灰尘进入的现象出现。
　　5.2.3　采用合理的天线类型
　　由于现在的站点越来越密，网络结构不断发生变化，因此建议市区或站点密集地带的基站使用一些体积较小、增益较低、前后向隔离较高的小天线。我们完全不用担心使用小天线后会对信号覆盖造成什么不良的影响，相反，由于这些小天线增益较低，前后向隔离度更高，天线空间将比以前更纯净、更容易控制。据我们实际使用效果来看，网络性能的改善是明显的。
　　5.2.4　消除天线后向信号带来的干扰
　　市区的天线通常是安装于屋面杆（塔）、屋面围栏上，以此方式安装时天线可能偏高，信号覆盖不易控制，且后向信号容易对网络造成干扰，建议将天线降至楼层间，并采用挂墙式安装，利用建筑物隔离天线的后向信号。
6、由传输故障造成的掉话
　　Abis接口的包括BSC未收到来自BTS的测量报告，切换过程的一些信令失败以及一些内部原因，此外还有Abis接口的误码率的影响。A接口失败出现的较少，主要是切换（BSC之间或MSC之间的切换）的失败，原因是切换局数据不全或目的基站不具备切入条件。
　　定期实行BTS时钟校准、传输同步检查和传输质量检查。前两项工作主要是为了检查信号同步，以提高MSC、BSC之间切换的成功率，减少局间切换掉话；定期进行传输质量检查和传输挂表测试，甚至检查2Mbit/s电缆的接头是很有必要的，因为如果传输链路不稳定的话，将会导致信令的丢失和低层链路的不稳定乃至发生掉话，保障稳定的传输质量可以减少许多Abis掉话。
7、由于采用直放站而导致的掉话
　　为减少投资，扩大覆盖范围，大商场等商贸中心和一些县城内的小基站往往采用直放站直接放大其信号，用光纤或微波传输，由于地形、环境影响再加上工程质量原因，达不到指标要求，从而产生掉话。
　　当采用直接站时，一定要注意有关距离控制参数即TA的设置情况，否则将会出现由距离原因导致的切换失败，从而导致掉话或呼叫清除等。
　　当采用室外直放站时，一般采用微波传输的办法。因此直放站在将所需基站的上下行信号放大的同时，也许将干扰信号放大，从而引起信号质量的下降，最终导致掉话，其伴随现象是分配失败率的明显上升。
　　在安装直放站的同时，还必须根据其相邻小区的定义情况来查看其实际的周围小区情况，尤其要关注它是否会与其周围小区互相造成干扰，这时往往会造成切换失败掉话（T3103逾时）和干扰掉话。在安装直放站后，应注意观察是否分配失败率、掉话率以及质量原因切换比重突然恶化，在出现这种情况时，基本可以判断出现了干扰。
　　在出现以上情况时，应及时重新进行频率规划，并修改邻小区表，调整切换参数和功率控制参数。
　　总之，不管是因何种原因产生的掉话都应及时通过各种测试手段以及分析从OMC中取得的各种测试报告来发现故障现象的原因，并建议做定量的CQT和DT测试。实践证明，及时合理的处理网络中的掉话问题，能够有效的改善网络指标、提高用户满意度，从而达到从根本上树立一个网络的品牌。