關于低速無線電尋呼系統擴容方法的探討——常忠

2019-11-03 09:51:42

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關于低速無線電尋呼系統擴容方法的探討——常忠一、背景與意義截止到1997年底，社會尋呼臺約有2200家，中于受到技術、資金等多方面的限制，投資建臺多采用POCSAG編碼方式，且傳輸速率在1200bps以下，經多年的運行，不但系統、尋呼機開始老化，而且網絡容量越來越趨于緊張，有限的頻率資源也幾乎使用殆盡。當前國內尋呼界為了擴展容量，充分利用頻率資源，有許多尋呼臺引進了美同FLEX系統，其運行速率可工作在6400bps，甚至：9600bps,容量可達20萬用戶／頻點，但由于受到投資與技術條件的限制，使許多尋呼臺又望而卻步。為廠更充分有效地利用頻率資源和設備資源，經電信總局批準，原郵電部移動通信局決定進行150MHz無線電尋呼系統擴容研究和現場試驗。我們知道尋呼系統的擴容關鍵就是提高傳輸速率和編碼效率，編碼效率與尋呼信號的協議有著直接的關系。尋呼協議是一種語言，或一套規則，它決定著容量、等待時間和信號速率、尋呼機電池壽命和數據完整性，以及尋呼服務提供者和使用著眼中所有關鍵的品質。根據理論分析得知提高傳輸速率又會帶來降低覆蓋范圍和出現新的干擾等問題，同時為更好地利用原有頻率和設備資源，采用新的尋呼協議，就必須充分考慮與原系統的兼容性。綜合以上分析，本文在現場試驗的基礎上探討了一種新的擴容升級方法。這種方法是在原有150MHZ低速尋呼系統設備及頻率資源基礎上，通過增加新的與原POCSAG編碼協議相兼容的APOC協議提高傳輸速率，來達到系統擴容的目的。二、APOC編碼協議格式 APOC（Advanced paging Operator code，高級尋呼操作碼）是PHILipHS于1993年開發，1994年公布的，APOC碼的部分開發人員曾參加過POCSAG碼的研制，所以在APOC碼的研制過程中，考慮了與現有POCSAG碼系統的兼容性，因此說它是POCSAG的一種升級形式，碼速率可為 1200、240O、3200、48O0和5400bps。對于前兩種速率，APOC采用2電平FSK，后三種速率則采用4電平FSK，APOC使用短的前置碼以最大限度地提高系統容量。 APOC碼分為第一階段碼和第二階段碼，第一階段碼主要是針對1200bps的速率，和POCSAG碼只有較小的差異，如果需要，2400bps的速率也可以使用這種結構；第二階段碼為一般化的碼結構，對4種速率都可適用，由于120O和2400bps可以用第一階段碼，故又稱第二階段碼為高速碼。 APOC120O碼和POCSAG碼結構人致相同，也是批、幀、碼字結構。前置碼為576bit和POCSAG一樣其碼型由101O…組成，它可以在每個傳送周期前發一次，也可以若干個周期發一次。每碼字32bit，采用擴展的BCH（32，21）碼，每幀兩個碼字，每批內含 1個同步字SC和 8個幀，SC也和POCSAG的相同，但不同的是APOC采用全同步傳遞方式，因此每15批構成一個傳送周期，一個周期時間為6.8秒。定義第0批的SC后的第一碼字為“O批標記”，它是系統預留的地址碼，它和“批”中其它的碼字結構是一致的，作為傳送周期的標志碼；另一方面，APOC系統規定其尋呼機只檢測一周期中某一幀的地址碼，不像POCSAG尋呼機要檢測每一批的某一幀，囚此，O批標記實際上起到了“批同步”的作用，APOC的尋呼機不需要在每個SC都加電，只需在它所分配的那個批中的SC和其中的某一幀才加電，尋呼機在每次失去同步后（例如開機或超出服務區），只要檢測到0批標記，就可以很快同步到自己的批和幀上。 APOC2400碼的傳送周期分成兩個半周期，每半個傳送周期傳送15批，每批包含一個同步碼字和隨后的8幀，每幀也同 POCSAG碼一樣有 2個碼字，每一次信息傳輸都是由前置碼開始的，若與POCSAG兼容傳輸，則前置碼為576bit；若傳輸信道中只有APOC尋呼機，則前置碼是16bit。 APOC第二階段碼和第一階段碼一樣，一個傳送周期也是6.8秒，由三個高速批（HSB）組成，每批均以同步碼SC開始，碼速可以是1200、2400、3200、4800和6400bps中的任何一種，但是SC的速率始終是1200bps,且碼字也和POCSAG相同。由于總是三批，傳送周期是6.8秒，SC總是1200bps的速率且為32比特，所以對于不同的碼速率，每批的幀數、每幀的碼字數和每碼字的比特數都是可以改變的。三、擴容系統容量分析系統容量是指地址容量和信道容量兩個方面，地址容量就是地址碼所能表示的數的總量，一般是個定值，APOC地址碼將近10億個。信道容量與系統內用戶的呼叫量、信息的長短、信息在碼流中占的比例等因素有關，因此理論分析計算單一協議的信道容量C的公式為： 1800Rp.（1-f）·r的負1·b的負1.n 有追呼C＝ 3600Rp.（1-f）·r的負1·b的負1.n 無追呼 C的單位為用戶／信道式中Rp為尋呼系統的碼速；f為系統空閑系數；r為忙時尋呼率；b為每條信息轉化二進制數的比特數；n為尋呼系統的信息編碼效率，令n1 為碼字的編碼效率，n2為尋呼系統的管理開銷系數，則 n=n1.n2，設在尋呼系統發送的有關信號周期內信息比特數為n1，管理開銷比特數為n2, 則 n2＝n2／（n1＋n2）根據信道容量計算公式，我們可分別計算出各種忙時呼叫率時不同傳輸速率法不同編碼萬式時的信道容量。四、實際升級系統的容量測試結果升級系統的編碼器PC／MMM在某一時刻根據通過系統的話務量和類型動態地轉換于POCSAG120O和APOC2400之間。不同協議之間的混合經常引起一定數量的低效和丟失，混合丟失主要取決于混合協議的類型和執行混合的編碼器算法。 APOC24OO被設計成可以與POCSAG有效地混合。我們考慮一個簡單的例子，系統在高峰時間發送POCSAG消息，此時一個APOC消息引入系統。如果編碼器立即發送APOC消息，這不得不暫停P0CSAG再引入一個完全的 APOC）周期。這個APOC周期將只有一個有用的消息，在周期的其它部分將填充空閑碼字，因此浪費容量，最有效的方法是等到編碼器有了足夠的APOC消息使其填滿了一個完整的周期后再發射，然而由于排隊填充，將導致前面的消息有明顯的延時。PC／MMM編碼卡采用組合方法，提供最有效的信息負載，同時保持延時最小。控制決策過程的參數是可編程的，并且可被修改。以使其適應特定系統活務量的類型。因為預測實際操作算法的性能是非常復雜的，在設計APOC2400系統時實際測量了編碼器在不同比例POCSAG和APOC混合時的最大容量。容量測試的方法是產生：（生成）一些包含10K或 20K消息的長文件，其包含APOC和P0CSAG消息的百分比是已知的，文件中消息RIC是隨機的，以模擬真實消息。每個文件被編輯成包含一個開始和一個結束尋呼信息，通知給一個實際的尋呼機，通過尋呼機記錄測試完成1OK或2OK尋呼信息所用的時間，然后計算出忙時所能處理的尋呼量，并計算出系統的容量。文件名以A或B開始（A和B表示不同的信息類型），并有一個數字指明該文件小中APOC業務量。如火件名A4O表示信息類型A，其中4O％為APOC240O，6O％為POCSAG用戶。在每個測試中，很多這樣的文件連接在一起組成一個非常長的文件。文件結構如圖1所示：圖2是類型A文件情況下兩套不同編碼器參數設置的測試結果。它表示了在不同比例話務量下最合適的編碼器設置，很明顯系列2編碼參數適合FAPOC）話務量低于50%的業務，而系列l適合于FAPOC話務量高于戶5O％的業務。這樣，系統的實際容量曲線是由系列I和系列2兩條曲線的組合，如圖3所示。根據忙時呼叫率（BHCR）情況，可將系統容顯C轉換成用戶數量N，轉換公式是： N＝C／BHCR 圖4給出了BHCR為0.35，不同的P0CSAG用戶時，所能增加的用戶容量。由圖4可以看出，假如POCSAG用戶擁有10000個，那么可增加的APOC用戶數量可以超過150000，這樣總的用戶數大約是165000。五、結論本次150MHz無線電尋呼系統擴容方法的試驗，通過了由原郵電部移動通信局和傳輸所等單位專家組成的評審小組的評審，評審小組一致認為，從現運行的150MHz系統上進行APOC2400bps現場系統升級，無論在技術上還是在經濟上均是可行的；升級后的系統可以兼容傳輸POCSAG512/1200bps和APOC2400bps速率的尋呼信息，而系統覆蓋范圍不變；系統升級費用較低，而系統容量提高較大，原系統的現有用戶量較低，升級后的系統擴容效益較高；采取適當的措施，在基本不影響現有用戶尋呼業務的前提下，可以平衡地實現現有系統的現場升級。

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