GPRS引入對GSM網絡資源的影響

2019-11-03 09:33:50

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供稿：網友

西門子網絡技術部羅勁旅蘇敏　　作為網絡中引入的一種新的技術和新的業務，GPRS的實施必定會對已有的以語音為主的GSM網絡資源造成影響；另外，因為GSM語音業務與GPRS數據業務本身特性的不同，網絡特定功能對它們的影響也就不同，因此在網絡規劃時應給予GPRS數據與GSM語音不同的關注和對待，本文將對這些方面做些探討與研究。

　　GPRS數據業務的特性

　　GPRS作為移動數據業務的載體，它能吸引用戶的最重要原因是能提供不同需求的數據服務，例如：WWW業務(網上沖浪，聊天室，在線翻譯)，WAP業務(WAP郵件，WAP上網)，E-mail業務，E-com-merce業務(在線銀行，在線商店，股票查詢)，遠程信息(Telematic)業務(位置跟蹤，交通信息)，生活休閑業務(酒店查詢，旅游信息)。

　　不同數據業務的話務特性是不同的，例如WWW業務的數據包以及數據量通常都遠遠大于WAP業務。

　　除了數據業務種類的多樣性，數據業務用戶也是不同的。例如，商業用戶(Busi-ness Subscriber)，中端用戶(Mixed Subscri-ber)和私人用戶(Private Subscriber)對不同數據業務的數據量要求區別是很大的。例如，商業用戶對WWW業務的需求比私人用戶大很多，但對WAP業務的需求相近。

　　用戶的分布情況是影響網絡話務量分布另外一個重要因素。不同級別的GPRS用戶的分布是不一樣的，例如：商業用戶主要集中在城市中心區域，而私人用戶則在居民區占較大比例。

　　很明顯，GPRS數據話務量比GSM語音話務量的分布復雜很多，它是GPRS數據業務類型，數據用戶級別以及用戶分布的綜合。在不同地區的GPRS數據量的不同，因此對GPRS無線網絡容量與GPRS無線編碼方案(CS：Coding Scheme)的要求也就不同，例如高話務量商業中心區域需要高的編碼方案CS4以及更多的GPRS無線信道，這都是實際網絡規劃中應考慮的因素。

　　GPRS對網絡資源的影響

　　GPRS數據業務需要與GSM語音話務共同使用網絡的資源并且相互影響，因此如何合理有效地在GPRS數據業務與GSM語音業務之間使用網絡資源，是引入GPRS時的一個重要的課題。

　　GPRS網絡無線鏈路質量-載干比(C/I)直接決定GPRS數據傳輸速率，而無線網絡的頻率使用是最直接決定載干比的因素；頻率使用中最重要的方面就是頻率復用的選擇。根據GSM05.50可以知道，在TU3的測試環境為達到GPRS網絡幀刪除率(BLER)小于10%，CS2需要載干比15.5dB，CS4需要載干比20dB。因此根據模擬結果可以知道不同CS情況下滿足條件的網絡區域：

　　·CS2：3/9復用時，25%的區域載干比小于15.5dB，即幀刪除率大于10%；4/12復用時，該數值下降為12%

·CS4：3/9復用時，48%的區域載干比小于20dB，即幀刪除率大于10%；4/12復用時，該數值下降為30%。

　　眾所周知，GPRS數據業務比GSM語音業務需要更寬松的頻率復用以保證無線網絡的載干比，提高GPRS數據傳輸速率。因此，在GPRS網絡中，應針對兩種業務提供不同頻率復用度。另外需要注意的是，可以被數據業務與語音業務共同使用的GPRS動態信道(dynamic channel)，對無線信道容量是大有裨益的。但是，動態信道也意味著在某種意義上頻率資源的“浪費”，因為這些高復用的頻點被低要求的語音業務占用，例如語音業務只需3/9復用卻占用為GPRS規劃的6/18復用頻點，該問題在GPRS數據負荷小時就更明顯。

　　此外，跳頻對GPRS數據業務的影響比對語音業務的影響更加復雜。經分析我們可以得到以下結論：

　　·編碼方案越高，跳頻增益越小。

　　·載干比較低的用戶(使用編碼CS1和CS3)，在小BLER要求時，跳頻能提供正增益。

　　·載干比較高的用戶(使用編碼CS4和CS3)，跳頻只帶來負增益。

　　功率控制的使用也能影響無線網絡載干比的分布情況：

　　·功率控制能平均化網絡的載干比，即低載干比與高載干比的用戶數目減少，而中等載干比的用戶數目增加。

　　·在允許編碼方案CS1和CS3的網絡中，功率控制能提高數據速率；在允許編碼方案CS4的情況下，使用CS4的高數據速率用戶會減少無線鏈路控制選擇已經在GS目的信道作為GPRS容量并保證語音業務容量不受影響是一項很重要的工作。根據模擬發現，GPRS的信道負荷率是影響數據業務的服務質量(Quality of Ser-vice)的一個十分關鍵的因素，當GPRS信道負荷率達到85%以上時，GPRS用戶的數據傳輸速率會急劇下降，而網絡對數據業務的反應時間會急劇上升。

　　GPRS的無線網絡容量規劃是一項重要的，但同時也是頗具挑戰性的工作。就目前而言，還有以下幾項需探討解決的難點：

　　·GPRS數據本身的業務多樣性使得GPRS的容量規劃更加復雜。

　　·就GPRS容量規劃方法還沒有形成統一的共識，不同的方法計算原則不同，計算結果也相差甚遠。

　　·GPRS用戶的話務模型不甚準確。

　　·作為容量規劃的一部分，GPRS的信令負荷與信令信道容量規劃。

　　GPRS對雙頻網的影響

GSM900與DCS1800雙頻網絡一般有三種網絡結構，分別為：900MHz基站和1800MHz基站使用獨立BSC及獨立MSC；900MHz基站和1800MHz基站使用獨立BSC但共MSC；900MHz基站和1800MHz基站共BSC、共MSC。

　　現有實際雙頻網絡中最普遍的是第一種結構，由于900MHz和1800M基站在同一地點重復覆蓋并且屬于不同的LAC位置區，所以對于GPRS手機，可能會頻繁的路由區更新和小區重選。而另兩種雙頻網絡結構中，則根據配置不同，在LAC位置區或RAC路由區邊界作路由區更新。這種頻繁的路由區更新和小區重選對手機GPRS性能會有什么影響呢？

　　從移動中GPRS手機下載數據的下載速率(throughput)變化趨勢可以看到，當手機進行小區重選時必須停止傳送數據，等待完成小區重選后再恢復傳送，期間數據傳輸暫停歷時約3秒鐘；當手機進行路由區更新時必須停止傳送數據，等待完成路由區更新后再恢復傳送，期間數據傳輸暫停歷時約15秒鐘。因此頻繁的小區重選很顯然會降低數據傳送的平均速率，而頻繁的路由區更新會更嚴重惡化這一指標。根據測試統計經驗，下載一個2M大的文件，在一般情況下，如果發生3次路由區更新，則平均速率會降低約12%。

　　不同網絡結構情況下小區重選和路由區更新有什么區別呢？實際上路由區更新(RoutingAreaUpdate)或小區更新(CellUpdate)在不同網絡結構時差別很大，對GPRS數據傳輸會自然產生不一樣的影響。

　　與GSM語音業務一樣，建設一個好的網絡必須先了解網絡中的用戶行為和話務模型。GPRS在帶來豐富多彩的數據應用的同時，也帶來了網絡資源分配與網絡規劃的不同與復雜。網絡的無線頻率資源復用以及跳頻，功率控制等無線鏈路控制選擇的應用都有必要對GPRS作特殊的處理，例如不同網絡區域會使用不同的GPRS編碼方案，則這些地方使用跳頻的選擇就會不同；另外與語音業務共享信道資源的GPRS數據業務的無線容量多少也是影響整體網絡性能的重要因素；另外一方面，我們發現GPRS網絡的網絡結構對GPRS的網絡性能(信令負荷，數據速率)也有直接影響。

　　總而言之，在實際的網絡中，我們有必要對傳統GSM語音業務與GPRS數據業務既區別對待又綜合考慮，最后的目標是讓網絡資源得到最充分而有效的使用。

摘自《通信產業報》2002.7.24

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