CDMA接入过载等级及接入平均持续时延的分析

王 璐

(中兴通讯股份有限公司 上海研究所，中国 上海 201203)

CDMA接入过程是采取时隙ALOHA的方式，将接入信道时隙化，每个手机在时隙的边界发起接入尝试。假如某个时刻有多个用户同时接入，则可能发生接入碰撞导致接入失败。发生碰撞的时候，基站是很难知道的，基站只是认为是一个异常能量，且解调不出来。所以必须有一个机制来自动调整手机的行为，减少碰撞。

许多类似紧急呼叫的业务，都需要保证在特殊场景下（因出现紧急状态导致话务量激增）系统优先为某些授权用户提供服务。这些业务首先要解决的就是如何减少接入碰撞。

1 接入过载等级（Access Overload Class）

为了缓解这个问题，CDMA协议提出了接入过载等级来对持续时延进行控制的方法。将过载等级写入用户的UIM卡中，为不同用户分配不同的过载等级，实现基站对其接入过程的控制。

UIM卡基本文件中存储了接入过载等级，单元为“6F2C”，可以控制手机做接入试探的时间间隔。

对于普通用户，ACCOLC为IMSI_M的最后一位十进制数转换成的4bit二进制数，这样普通用户在反向接入信道上做接入试探时，在时间上能比较均匀地随机分布。用户更换IMSI时，ACCOLC要重新计算。过载等级分为16个级别，ACCOLC取值为10-15的用户其优先级别较高，测试号为10，应急通信为11，12-15还没有分配。ACCOLC的内容对用户是不可见的。

2 接入参数消息（Access Parameters Message）

接入参数消息告知手机有关接入信道的配置，同时规范手机在接入过程中的行为。该消息中相关接入过载等级的参数为：PSIST（0-9），PSIST（10）-PSIST（15），MSG_PSIST，REG_PSIST。

PSIST的值分别对应过载等级0-15，基站通过设置该参数来控制手机在接入信道发起消息的概率门限。每个手机都有自己的接入过载等级，接收基站的接入参数消息，根据对应的PSIST产生一个持续检测门限。

手机接入时，先产生一个随机数，该随机数与持续检测门限进行比较，随机数小于门限，手机就获取了接入许可。

假如基站不允许某类接入过载等级的用户接入，可设置该过载等级的PSIST为全1。

3 接入平均持续时延分析

手机在空闲状态会监听寻呼信道开销消息，根据接入过载等级获取接入参数消息中对应的PSIST，产生一个持续检测的门限值P。

手机在接入信道接入前，必须通过持续检测。手机会产生一个随机数 RP（0＜RP＜1），并与持续检测门限值 P 比较，若 RP＜P，则启动接入过程。即持续检测门限P越大，手机越容易通过检测。

RP是均匀分布的，所以Pr{RP＜P}＝P，即Pr{手机通过持续检测}＝P，Pr{手机不通过持续检测}＝1-P。

当PSIST(n)＝max时，手机产生的持续检测门限P＝0，则手机产生的随机值RP＞P，因此将通不过检测，接入失败。

当PSIST(n)≠max时，就有个持续检测通过的概率问题。手机一旦检测不通过，将在下个接入信道时隙再次进行接入尝试,直到接入成功。

持续时延PD是一个随机变量，概率密度是参数P的几何分布

Pr{PD＝k个时隙长}＝(1-P)K*P（手机在第k+1个时隙接入成功）

平均持续时延

E{PD}＝k ∑Pr{PD＝k 个时隙长}＝∑k*(1-P)K*P＝(1-P)/P

各种业务的平均持续时延为表1。

以消息请求（起呼、寻呼响应等）为例，计算不同的因素导致不同的平均时延，可以看出手机的平均持续时延呈指数增长。比如对于MSG_PSIST＝3,PSIST(0～9)＝32，可以计算出平均持续时延＝2047（时隙），相当于手机平均要花费2047*20ms＝40.94s接入成功。而对于PSIST(12～15)的用户，最大平均延迟为163.8s。

4 参数的设置

首先，为了让接入过载等级的机制发挥作用，必须保证：

表1

从(2)可以得到：

假设PSIST(n2)＝0，也即对于ACCOLC为12～15的用户不进行接入控制的话，那么上式为：

再假设 MSG_PSIST＝0，K＝250（平均持续时延超过 5 秒），从（1）和（3）可以得到：

PSIST（n1）＞32。

接入信道参数的设置需要考虑客户的需求（允不允许普通用户接入等），以及在启动接入控制时的热点小区话务模型，并结合模拟测试的结果给出最优的推荐参数。当然参数设置可以多留一点余量，但这样的代价就是普通用户的感受变差。

5 业务流程分析

要影响手机的接入信道持续时延，只需在后台设置接入参数消息（APM）的相关参数，并同步到前台即可，通过寻呼信道周期发送通知手机进行更新。

业务流程的应用大致有两个场景。

场景一：

某地发生紧急事故导致热点小区话务量激增，这时候需要对用户接入过程进行控制，让授权特殊用户能优先接入。可将普通用户的PSIST（0～9）设置为一个较大的值，特殊用户的 PSIST（11～15）则为 0。

场景二：

某地发生紧急事故，话务量不一定激增，但由于某些原因需要抑制普通用户的接入，因此启动持续时延控制，将普通用户的PSIST（0～9）设置为 63 （111111），特殊用户的 PSIST（11～15）则为 0。

接入信道持续时延控制的功能，平时应该是关闭的，因为这会导致用户接入时间变长。这样就存在一个何时启动和停止的问题。如果完全由人工来控制，则比较简单；否则可以考虑由BTS CSCHP模块监测单位时间内接入信道消息流量，满足阈值可启动控制；一旦过载解除则恢复原配置参数。为了防止乒乓效应，可借鉴类似CPU过载控制的方式。

6 端到端的QoS保证

只对接入过程进行控制并不够，可能授权用户的接入是优先保证了，但对授权用户的寻呼消息可能因为寻呼信道过载而被丢弃，导致授权用户寻呼失败。

用户的真正需求是系统能提供端到端的QoS保证，这需要考虑一次完整呼叫所涉及的各个网元及传输链路，尽可能保证每一个环节都能提供QoS保证。

［1］3GPP2 C.S0005-0 Upper Layer （Layer 3）Signaling Standard for cdma2000 Spread Spectrum Systems Release 0空口应用层标准[S].

［2］CDMA系统设计与优化 Kyoung II Kim[Z].