CDMA20001X数据业务优化指导书
华为技术有限公司
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目录
第1章使用指引 (1)
1.1 简介 (1)
1.2 章节介绍 (1)
第2章 CDMA20001X数据业务的特点 (3)
2.1 数据业务的分类 (3)
2.2 CDMA20001X数据业务的用户行为 (3)
2.3 SCH的分配策略 (6)
2.3.1 静态SCH分配 (6)
2.3.2 动态SCH分配 (7)
第3章 CDMA20001X无线性能优化 (9)
3.1 概述 (9)
3.2 前反向SCH的分配 (9)
3.2.1 前向SCH的分配 (9)
3.2.2 反向SCH的分配 (13)
3.2.3 前反向SCH分配的参数总结 (14)
3.3 前向SCH延续 (19)
3.3.1 前向SCH延续功能描述 (19)
3.3.2 前向SCH延续算法流程 (20)
3.3.3 前向SCH延续参数 (25)
3.4 SCH软切换 (27)
3.4.1 实现目的 (27)
3.4.2 SCH软切换实现原理 (27)
3.4.3 SCH功率同步 (31)
3.4.4 SCH软切换参数总结 (32)
3.5 反向SCH功率控制 (34)
3.5.1 实现背景 (34)
3.5.2 实现原理 (35)
3.5.3 与FCH反向功控的异同 (40)
3.5.4 反向SCH参数总结 (40)
第4章 CDMA20001X网络性能优化 (42)
4.1 概述 (42)
4.2 业务层实际吞吐量分析 (42)
4.2.1 IS2000数据业务分层结构 (42)
4.2.2 层开销对吞吐量的影响 (43)
4.2.3 业务层实际吞吐量计算示例 (43)
4.3 TCP算法与RLP工作机制 (44)
4.3.1 TCP的特点 (44)
4.3.2 TCP重发操作 (45)
4.3.3 TCP算法 (46)
4.3.4 RLP层的工作机制 (51)
4.3.5 RLP申请SCH的机制 (52)
4.3.6 RLP参数总结 (52)
4.4 IS2000中影响TCP性能的三个因素 (53)
4.4.1 高误比特率对TCP层的影响 (53)
4.4.2 带宽变化对TCP性能的影响 (57)
4.4.3 带宽非对称对TCP性能的影响 (59)
4.4.4 TCP参数设置 (59)
4.5 IS2000中的TCP优化 (60)
4.5.1 TCP优化算法概要 (60)
4.5.2 TCP优化算法细节 (61)
4.5.3 TCP优化算法参数 (63)
第5章 CDMA20001X数据业务评估指标 (64)
5.1 概述 (64)
5.2 评估指标 (64)
5.2.1 覆盖 (64)
5.2.2 流量 (64)
5.2.3 数据业务的每扇区峰值流量 (65)
5.2.4 数据业务的每扇区均值流量 (65)
5.2.5 单个数据用户最大可支持的平均流量 (65)
5.2.6 起呼成功率和呼叫延时 (66)
5.2.7 激活成功率和激活时间 (67)
5.2.8 公平性 (69)
5.2.9 同时可支持的数据用户数 (69)
5.2.10 前向SCH切换时间和成功率 (69)
5.2.11 断链概率 (69)
5.2.12 传输延时 (69)
5.2.13 切换指标 (70)
第6章 CDMA20001X数据业务测试方法及案例 (71)
6.1 数据业务测试设备 (71)
6.1.1 测试终端 (71)
6.1.2 数据线 (72)
6.1.3 空口测试设备（CAIT） (72)
6.2 数据业务的测试方法 (73)
6.2.1 SCH的FER的获取 (73)
6.2.2 单用户吞吐量测试 (74)
6.2.3 覆盖测试 (75)
6.2.4 单扇区吞吐量测试 (75)
6.2.5 呼叫建立成功率和呼叫建立延时测试 (76)
6.2.6 空闲态重返激活态的时延测试 (77)
6.3 数据业务问题定位 (79)
6.3.1 数据业务用户无法上网 (79)
6.3.2 数据业务传不动的问题 (80)
第7章某实验局测试数据 (83)
7.1 测试项目 (83)
7.2 测试结果 (83)
7.2.1 单用户吞吐量 (83)
7.2.2 单扇区吞吐量 (85)
7.2.3 新功能的一些测试结论① (86)
附录1 数据业务相关设备设置 (87)
1.1 鼎立路测设备＋三星手机 (87)
1.2 DM2K路测设备＋H100手机 (100)
1.3 1900京瓷手机测数据业务指导 (100)
1.4 三星手机数据业务操作指导 (100)
附录2 TCP/IP参数的设置 (100)
附录3 CAIT的使用 (102)
附录4 Iperf软件的使用 (102)
附录5 TCPoptimizer (102)
关键词：CDMA20001X 数据业务SCH软切换 SCH延续反向SCH功率控制 TCP优化无线网络优化
摘要：本文主要介绍CDMA20001X网络数据业务的评估指标，对C03版本目前采用并实现的新优化算法和改善措施，包括无线侧（SCH延续、软切换、功率控制、功率同步）和分
组侧（网络侧的TCP优化，其实现是在BSC上）的优化，作了一个详细的概括和介绍，并对TCP算法（慢启动、拥塞避免、快速重传、快速恢复）和一些相关的参数在无线网
络中的表现做了一些介绍和解释，以及对RLP的NAK机制及参数优化做了一个介绍。
缩略语清单：
参考资料清单：
第1章使用指引
1.1 简介
本指导书主要介绍了华为CDMA系统C03版本目前针对数据业务所采用和实现的优化算法，以及TCP的算法、RLP的重传机制和CDMA20001X数据业务评估指标和优化方法等。以便让现场技术人员和系统工程人员对系统实现的算法有一定的了解，建立一个从PDSN到MS的全流程的概念，并提供一套数据业务优化方面的思路，让他们同时能对相关的参数进行优化。其中的某些思想也可以在EVDO或EVDV的优化中借鉴。
本指导书是在以前的数据业务指导书的基础上进行修改和完善的，主要增加了C03版本的一些优化算法，包括前向SCH延续，前向和反向SCH软切换，反向SCH功率控制，以及TCP优化（MA功能）。并提供了一些有关TCP参数更改的实用小工具。所有新功能参数设置以部门最新技术通知为准。
本指导书的读者需具备对数据业务的一个流程上的了解，需具备软切换和功率控制方面的概念和认识，需对华为CDMA系统结构有一个了解和熟悉，需有一定的数据业务测试实践。
1.2 章节介绍
《CDMA20001X数据业务优化指导书》由七个章节组成，内容均独立成章。下表介绍了每章节的主要内容：
第2章 CDMA20001X 数据业务的特点
2.1 数据业务的分类
当前数据业务分为两类：电路型和分组型数据。电路型数据包括异步数据和G3传真两种业务选项。对于所有支持电路型数据业务的呼叫，在固定网和空中接口的数据传输之间设置互操作功能（IWF ――Interworking Function ）。IWF 位于MSC ，由它控制电路型数据呼叫。在进行异步数据和G3传真时，移动台主叫和被叫都应为单数据呼叫，即data only 。电路型数据业务的传输速率很低，只有9.6.或14.4bps 。由于电路型数据业务的应用相对较少，因此在此不详细介绍。
对于所有支持分组型数据业务的呼叫，在固定网和空中接口的数据传输之间存在PDSN （Packet Data Serving Node ）。PDSN 通过分组控制功能（PCF －Packet Control Function ），与BS 进行通信。PCF 可以与BS 合设或者单独设置。分组数据业务的状态有三种：激活态、休眠态和终止态。移动台处于激活态时，基站和移动台之间存在空中业务信道，并且移动台和PDSN 之间有PPP 连接，任何一方均可发送数据。在休眠态下，基站和移动台之间没有空中业务信道，但是移动台和PDSN 之间的PPP 连接保持。在终止态下，移动台和基站之间没有空中业务信道，并且移动台和PDSN 之间没有PPP 连接。以下我们将对分组型数据业务进行详细介绍。如果不特别说明，数据业务均指分组型数据业务。
2.2 CDMA20001X 数据业务的用户行为
CDMA20001X 数据呼叫与语音呼叫有本质的区别，数据呼叫的特点是当用户下载完数据，会进入一个阅读或思考时期，这个时间如果过长，则进入休眠时期，空中的连接被释放。如下图所示，为一个用户在进行数据呼叫时的行为：
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数据业务中的几个特点：
（1）会话期：用户建立PPP连接到断开PPP连接的整个时间段
会话期()
（2）分组数据呼叫：一次会话包括多个数据呼叫，比如一次页面下载
（3）上载时间、服务器延时、下载及思考时间
下载期
（4）激活期和休眠期：在激活期，有数据传输，空口不拆线，在激活期，如果一定时间内没有传数据，就进入休眠期，休眠期内空中连接被拆除，但PPP连接不拆除。
（5）语音呼叫只占用FCH，带宽为9.6kbps，在用户挂机之前，空中这条信道连接一直存在。每个数据呼叫也需要占用一条FCH，不同之处在于当有数据突发时，系统分配给用户一个SCH，带宽根据当时的负荷动态分配，在短时间内将数据突发传完，释放SCH。
（6） SCH 的速率可以为9.6，19.2，38.4，76.8，153.6，307.2（RC4）kbps
2.3 SCH 的分配策略
从单个用户数据呼叫的行为看，在一个会话过程中，用户并不是始终占用SCH 的，当处于激活态时，使用SCH ，当处于休眠态时，SCH 释放。另一方面，在一次下载过程中，每个数据脉冲之间也存在一定的时间间隔，因此，SCH 的利用率并不会很高。所以需要有特定的SCH 分配策略来提高SCH 的利用率。SCH 的分配策略，业界的方法都非常类似，最基本的思想就是根据负荷、WALSH 和 CE 等资源、Ec/Io 等因素来分配SCH 的速率。下述章节将对这方面的内容进行讲述。
2.3.1 静态SCH 分配
一个用户从呼叫开始，就独占SCH 信道，即分配无限时长，SCH 信道的速率根据当前负荷及功率、导频强度等进行分配最大速率。这种静态SCH 分配方式，在资源利用上是不公平的，最先接入的用户会分配到最大的速率，以后接入的用户速率逐
FCH
SCH 会话期
渐降低。
用户1（16X）
用户2（2X）
用户3（8X）
如上图所示，先接入的用户按最大速率分配SCH，其后的用户根据当前的负荷情况进行分配，而且速率固定，即使负荷发生变化了，速率也没有改变，因此很容易发生传不动的情况。此外，静态SCH分配没有对资源统一管理，每个用户都独占一组资源（CE资源，WALSH码资源和功率资源）当没有数据传时，信道依然占用，资源利用率较低，因此这种方式下支持的数据用户数非常有限。
2.3.2 动态SCH分配
目前业界普遍采用的SCH分配算法是动态SCH分配，这种方式引入了时间片（duration）的概念，对无线资源有统一的管理，大大提高了资源的利用率。动态SCH 分配与静态分配的区别是：分配给某个用户SCH的数据速率是根据当前负荷情况发生变化的，而不是固定速率，并且占用时长也是分时间片的，不是一直占用。
简单介绍华为CDMA系统目前的动态分配算法：前向SCH时间片长（duration）是根据RLP前向缓冲区的数据量，与分配的SCH速率估计出来的。同时在后台数据配置中对dura1tion有一个最大和最小值的限制。因此估计出的duration介于最大
（Fwd_Max_Duration，前向SCH最大时长）和最小值（Fwd_Mini_Duration，前向
SCH最小时长）之间。实际网络中的duration最大和最小值就需要合理配置，具体请参见《CDMA2000 1X网规参数配置指导书》。分配好合适的时间片、WALSH码、CE、功率等资源，建立空口的连接，给手机下发信道指配消息（ESCAM）。在下发ESCAM 消息时，如果采用确认模式发送，时延就比较长，会导致吞吐量下降，因此采用快速非确认模式重发，即在很短的时间内连续发两个或两个以上ESCAM。根据高通的测试报告，一般地，前者与后者相比，手机和基站之间要多交互3~5帧。
手机收到ESCAM消息后，就开始准备在时间片内传数据，时间片结束，就拆除SCH，在下一个时间片又重建SCH，传送事先分配好的DataBurst。由于SCH
的拆除和建立需要一定的时间，因此在两个时间片之间可能会有比较大的空隙，会降低吞吐量，如下图所示：
为了使得时间片之间的空隙尽可能小，从而提高吞吐量，对分配算法做了一个优化——SCH延续。下面的第三章和第四章将重点对数据业务的优化算法进行介绍。
对反向SCH，时长可以相对较长，因为手机可以控制反向SCH的分配和取消。
第3章 CDMA20001X无线性能优化
3.1 概述
CDMA20001X系统中，同时存在数据业务和语音业务，如果语音业务和数据业务用于一个载频，优先进行语音业务的优化，在此基础上，对数据业务进行一些微调，但对网络参数的调整不能影响语音业务的指标。如果语音业务和数据业务应用于不同的载频，但一般的应用场合，两载频共用同一副天线发射，在进行语音载频的优化时，对天馈参数的调整已经完成，在对数据载频进行优化时，建议不对天馈进行调整，即使调整，也以不影响语音载频的覆盖为原则。
数据业务的优化非常关注的无线指标是数据业务的吞吐量，包括单个用户的最大吞吐量和单扇区的最大吞吐量，其他关注的指标还有呼叫建立时间，呼叫建立成功率等，将在下述章节描述。本章仅讨论和吞吐量关系比较密切的无线侧优化算法和相关参数。其中3.1和3.2节只是简要介绍
3.2 前反向SCH的分配
3.2.1 前向SCH的分配
3.2.1.1目标FER
前、反向SCH的目标FER都可以分不同速率设置。数据业务的目标FER设定范围为1％～10％或更高，在以前版本中，对于不同的数据速率可以设定相同的目标FER，如5％。C03版本可以对不同的数据速率设不同的目标FER值，一般来说，速率越低，目标FER越小。举例，如下表所示（不一定代表目前系统的实际设置）：
当然也可以根据实际无线链路情况设计其他的参数。需要考虑的因素有:高速率SCH分配所占的比例、用户数、前向功率负荷等。如果负荷比较轻，可以将整体的目标FER设得小一些，如上表；如果负荷比较重，可以将整体的目标FER设得大一些。有时对高速率的用户目标FER可以超过10％，以减轻前向功率的消耗。高通的测试报告
（80-V4670-1_Rev_A_FSCH_cdma2k_op-perf.pdf）指出，目标FER不要超过15％，否则，发射功率的利用效率将显著降低，起不到减轻功耗的作用。
目标FER较高时，可以在RLP层得到缓和，RLP的重传机制可以大大降低物理层的FER，从而使上层的差错率更低，减轻TCP层的负担。对于高速率的数据，目标FER可以设得大一些，可以减少前向功率的分配，但由于多次重传，使得吞吐量下降。对于低速率数据，目标FER不宜设得太高，因为本身空口的吞吐量就不大，如果目标FER太高，会导致RLP多次重传，这样吞吐量就更低。
3.2.1.2数据突发分配的时间片（Burst Duration）
SCH的动态分配算法中，数据突发在固定的时间片内发送，时间片（Duration）设得长短各有利弊。
长的Duration，有以下好处：
1、快速功控算法可以有足够的时间使SCH收敛到目标FER
2、ESCAM的消息数会减少，可以减轻信令的负担
3、减轻调度过程的负担
短的Duration，有以下好处：
1、BS有较多的机会来调整数据传输的速率。
2、如果数据包长度比较短时，采用短的Duration，传输效率更高
3、TCP性能更加优越
一般建议Duration的设定范围为16～64frames。长Duration降低了SCH分配次数，总的信令延时减少了，当传输长数据突发时，有利于使单用户的吞吐量最大化，但对于短数据突发，当数据传完时，时间片还没有结束，这样会降低系统吞吐量。因此优化系统吞吐量，需要选择合适的Duration。
3.2.1.3前向SCH功控参数
（1）FPC_MODE：快速功控模式
0：F-FCH使用800HZ的快速功控，此时F-SCH没有建立，因此不存在功控。
1：F-FCH/F-SCH使用400/400HZ功率控制，F-SCH的功率在当前F-FCH功率的基础
上加一个偏置，在不同速率下，偏置不同。一般都选用这种功控方式。
2：F-FCH/F-SCH使用200/600HZ功率控制，某些厂家选用这种方式。
当有SCH分配时，FPC_MODE=1，当没有SCH分配时，FPC_MODE=0。这是我们系统选
用的方式。
（2）SCH功率的初始设定值
当FPC_MODE=1或2时，需要设定F-SCH的初始值，该参数的设置有三种方式：
方式一：使用绝对参数，对某种速率的数据突发采用同一个SCH功率初始值。
这种方式实现起来比较简单，不能充分反映当时的无线环境、不同速率SCH、以及不同QoS的需要。如果SCH初始发射功率太大，那么就会造成干扰，并且会牺牲前向容量；尤其是在不支持SCH延续的有限时长分配情况下，SCH前向发射功率都来不及降下来，又开始下一个burst，造成了前向功率的浪费。反之，如果SCH初始发射功率太小，则可能出现功率不足，前向SCH误帧较多，容易导致前向数据传输中断。我司R002以前版本采用的都是这种方式，在DB中，对应每一种速率，都有前向SCH的初始发射功率值。
方式二：采用相对参数，在当前F-FCH功率的基础上加一个偏移量。这个偏移量与信道速率、目标FER、信道编码方式、切换状态等有关。
这种方式设定的SCH初始发射功率更加符合实际无线环境。在设定目标FER 的前提下，SCH的发射功率与多径数量（乡村还是城市），信道衰落情况，移动台移动速度，切换状态，物理层特征（RC配置、信道编码方式等）因素相关。而FCH 的发射功率则能反映上述的一些因素，对于同一个呼叫而言，SCH的发射功率与FCH的发射功率有相关性。我们可以用FCH的发射功率来估计SCH的发射功率，影响FCH与SCH发射功率不同的主要因素有：信道速率、目标FER、信道编码方式、切换状态等。具体计算公式，请参见《CDMA2000 1X负荷控制指导书》。我司在R003版本中，采用这种方式来确定SCH的初始发射功率。
方式三：SCH的初始发射功率和上一次数据突发结束时SCH的发射功率一样。这种方式在某个分支上的SCH延续时采用。
（3）前向SCH的最大、最小发射功率
不同速率的前向SCH其最大、最小增益可以分别设置，也就是可以分别设置1X, 2X, 4X, 8X, 16X，32X的最大增益和最小增益。在实际的网络中，当系统负荷比较轻时，用户在距离基站比较远的地方申请高速率的数据业务，这样，前向SCH的功率会比较高，但可能还没有超过SCH最大发射功率的门限。为了合理地利用功率，需要根据移动台距离基站的远近分配不同数据速率，离基站比较近的核心区分配较高的速率，离基站较远的边缘区分配较低的速率。我司的方法是根据手机收到的导频强度Ec/Io值，来划定中心区、过渡区和边缘区，即划分不同数据速率限制的不同区域，手机
上报PSMM 消息，告诉系统当前导频强度，系统根据手机所处无线环境的好坏来分配速率。
3.2.1.4前向SCH 的速率申请
若某用户在HLR 中已经开通数据业务，则由RLP 决定是否需要申请建立前向SCH ，BSC 系统根据以下原则申请所需要的速率，最终申请速率取以下几个值中最小值,并通过Extended Supplement Channel Assignment Message （ESCAM ）下发给手机：
（1） 由业务协商确定的，所允许的最大F-SCH 速
（2）
前向导频强度的范围决定的一个最大速率限制。即边缘区、过渡区、中心区的
速率限制。在C03版本中，可以将边缘区的速率限制根据导频强度再细分。 （3） 前向负荷控制决定的最大速率，即前向准入门限决定的最大速率。 （4）
WALSH 、CE 资源决定的最大速率。
另外，前向32X SCH 开关FWD_SCH_32X_SW,可以控制32X 的启用与否，该参数在MCHM 表 中。
3.2.1.5前向FCH 在数据业务中的工作方式
前向FCH 在数据业务中有三种工作方式：
方式一：前向FCH 在任何时候都不用于传数据，当需要传数据时，无论数据量大小，都必须建立SCH 。这种方式对信道资源的利用率不高，而且带宽波动比较大。
方式二：当没有SCH 分配时，FCH 上可以传低速率的数据业务，当有SCH 分配时，FCH 不用来传数据。这种方式，降低了带宽波动的影响，峰值吞吐量为一条SCH 的速率，即153.6kbps 。
方式三：FCH 任何时候都可以来传数据。这种方式降低了带宽波动的影响，峰值吞吐量为FCH ＋SCH 的吞吐量，为163.2kbps 。
边缘区
目前，大多数厂家都采用方式二或方式三，华为采用方式三。另外在C03版本中数据业务的FCH功率控制参数和语音FCH能分开设置，包括前向FCH和反向FCH，根据不同业务类型加以区分。
3.2.2 反向SCH的分配
3.2.2.1目标FER
与前向SCH一样，反向SCH的目标FER设定值也在1％～10％范围内。同样，也可以根据不同的数据速率设置不同的目标FER。
3.2.2.2反向SCH的速率申请
在反向链路，对于反向SCH的申请是由手机来驱动的，这和前向SCH的申请是不同的，前向SCH是由RLP来驱动的。是否需要申请反向SCH是由手机决定的，当手机内部的缓冲区满了以后，就需要申请，缓冲区的大小和手机有关，在协议中并没有规定（如，高通手机为300bytes左右）。如果某用户在HLR已经开通数据业务，那么反向SCH申请的速率，最终在以下几个值中取最小值，也是通过ESCAM下发给手机：
（1）由业务协商确定的，所允许的最大R-SCH速率
（2）Supplement Channel Request Message(SCRM)中，手机申请的速率
（3）前向导频强度的范围决定的一个最大速率限制。即边缘区、过渡区、中心区的速率限制。对反向SCH的速率分配同样适用。在C03版本中，可以将边缘区的速率
限制根据导频强度再细分。
（4）由反向负荷控制（等效用户）决定的最大速率，即反向准入门限决定的一个速率
（5）反向CE资源所决定的最大速率
另外，反向32X SCH开关REV_SCH_32X_SW，可以控制32X的启用与否。该参数在MCHM表中。
3.2.2.3反向SCH数据突发分配的时间片（Burst Duration）
反向SCH，不同速率对应不同时长，对应关系可进行配置（REV_*X_Duration）。一般情况下，使用缺省值就可以了。对反向SCH，时长可以相对较长，因为手机可以控制反向SCH的分配和取消。但同时需要设置相对比较短的DTX Duration－SCH_REL_DTX_DURATION（释放反向SCH的DTX时长，与ESCAM中的rev_sch_dtx_duration字段含义一致），手机在反向SCH 不连续传递（DTX：Discontinuous Transmission）的允许持续时间。超过了这个时间，手机就