E-GPRS无线网络容量规划方法

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　　随着中国移动用户数的持续增长，用户对无线数据业务的需求逐渐增大，数据业务的营收比例逐年升高，目前承载无线数据业务的GPRS网络出现了较严重的容量受限情况。E-GPRS技术能够提供更高的无线数据传输速率，在现有的无线频谱资源日益紧张的情况下可提供缓解GPRS网络容量受限的解决方案。
1、E-GPRS简述
　　E-GPRS（Enhanced GPRS）是EDGE（Enhanced Data rates for Global Evolution）第二代移动通信系统中承载分组数据业务的技术。E-GPRS相对于GPRS（General Packet Radio Service）而言，能够显著提高承载速率，从而改善用户数据业务感受。E-GPRS承载于现有的GSM网络上，与GPRS共享核心网，只需在BTS侧进行部分硬件设备升级并结合软件升级就可以提供E-GPRS服务。相对GPRS，E-GPRS中引入的8-PSK新调制技术和新编码方式提供了更高的无线数据传输速率，在新的编码和调制方式下，单时隙最高支持59.2 kbit/s的应用层数据传送速率，其9种编码方式提供了更高的速率和选择的灵活性，使E-GPRS网络支持更多的业务类型，实现服务多样性。
2、E-GPRS关键技术
　　2.1　8-PSK调制技术
　　E-GPRS技术支持GMSK和8-PSK（8相移键控）两种调制方式。GMSK在每一个符号（symbol）上调制一个比特，而8-PSK在每一个符号上调制3个比特，提高了数据速率。8-PSK符号速率和脉冲长度与GSM一致，保证了空中接口的一致性。在8-PSK调制中输出功率与输入功率成线性比例变化，由于输出功率的线性要求，需要预留出一定的余量（backoff）以避免功放达到饱和而使输出失真；输出功率变化随输入功率变化，平均值和峰值之间有2～4 dB（backoff）差异。因此，要求功放的平均输出功率比功放满负荷时候的输出功率低backoff以保证功放的线性性能。backoff的作用为在大功率输入时，功放不至于饱和而失去线性性能，backoff取值一般为3 dB，在进行EDGE链路预算时，TX Power=最大功率-backoff。
　　2.2　MCS编码方式
　　E-GPRS中提供了MCS-1～MCS-9共9种编码方式，9种不同的编码方式中采用不同的冗余数据，MCS-1到MCS-9编码冗余数据逐渐减少。9种编码方式分别属于不同的家族（Family）A、B、C，Family A包括MCS-9、MCS-8、MCS-6、MCS-3，Family B包括MCS-7、MCS-5、MCS-2，Family c包括MCS-4、MCS-1。对于属于同一个Family的MCS，通过在同一个无线帧中传送数目不同的数据单元实现不同的数据速率。Family A、Family B、Family C的不同之处在于每一个数据单元的大小不同：Family A为37 byte，Family B为28 byte，Family c为22 byte。当使用A、B方式的时候，可以在一个无线帧中传送1个、2个或者4个数据单元，但是对于C方式只能传送1个数据单元。
　　2.3　链路自适应（LA）
　　在E-GPRS网络中，通过使用LA功能，系统会根据当前链路的性能特点，选择适合当前无线环境的MCS编码方式，从而提高当前信道的吞吐量。LA的依据是通过链路的BEP（误码概率）值，查表获得本次LA将要使用的MCS编码方式。LA只能在开始第一个块传送或者进行块传送的时候发生，系统通过不同的方式获取上行和下行BEP：下行为基于BEP测量数据；上行为基于包含在上行PCU帧中的独立BEP测量值。上下行的LA独立进行但是使用同样的算法。
　　2.4　递增冗余重传（IR）
　　IR是为了增强链路性能，在物理层上采用的一种技术。IR使用了Puncture、Store和Softcombine 3种关键技术。IR基于自动重传请求（ARQ）实现，ARQ决定是否传送使用不同Puncture的数据包，通过在需要的时候重传采用不同puncturing的相同数据，使数据能够在接收端被正确还原。IR功能在MS中是被强制使用的。不同设备厂商的BTS侧也基本实现了IR功能。LA主要用于克服信号的慢衰落，而IR则用于克服快衰落，在每次执行IR的时候都可以根据链路特点进行LA。
3、E-GPRS无线网络容量规划
　　3.1　小区级PDCH信道配置
　　小区级配置E-GPRS PDCH信道的方法有两种：一种是在原有支持GPRS功能的GTRX上设置E-GPRS PDCH。这种配置方法对原有网络数据改动小，适用于E-GPRS网络建设初期，即E-GPRS终端较少，用户需求量较小的时期；缺点是E-GPRS与GPRS业务共享无线信道资源，E-GPRS无线传输速率可能会达不到较高的传输速率。另一种是保持原有小区的GPRS设置不变，将E-GPRS信道设置在一块原有的语音TRX上，或者新增一块TRX供E-GPRS使用。这种配置方法对原有网络数据改动较大，需要引入segment概念，而且占用相对较多的无线资源；但是其优点也很明显：可以保证E-GPRS用户充分使用E-GPRS信道资源，达到较高的传输速率，适合于无线数据业务需求较大的地区或者无线数据业务演示厅等场合。
　　3.2　E-GPRS技术在Abis口的时隙配置
　　E-GPRS在空中接口采用新的编码与调制技术，使传输速率得以提高，但是在Abis接口的E1传输连接线上，仍然按照GSM规范要求，每个TRX占用2条E1的64 kbit/s时隙，每个TRX信道占用16 kbit/s的带宽，这时，在空中接口达到的高速率如MCS-959.2 kbit/s需要在Abis接口上增加部分时隙来承载，在E1链路上设立部分时隙构成1个EDAP（扩展动态分配池），每种编码方式需要的TRX信道与Abis扩展时隙如图1所示。

图1　每种编码方式需要的TRX信道与Abis扩展时隙示意

　　完成这项工作的前提是必须有一个主时隙，即TRX上的信道占用Abis接口E1链路的时隙，如果编码方式达到的数据传输速率超出了一个时隙（16 kbit/s）的容量，那么总是从E1链路的缓冲池中直接分配相应的16 kbit/s时隙。
　　3.3　PCU容量配置
　　太原地区现网采用NOKIA+MOTO无线设备，NOKIA占用比例较大，本文中重点讨论NOKIA设备的PCU容量配置。现网NOKIA的BSC硬件设备分为2i、3i两个系列版本，在两个系列中PCU的容量配置有较大区别。在2i系列BSC中，PCU的容量为：支持128个PDCH时隙，包括Default GPRS PDCH+Default E-GPRS PDCH+EDAP，建议PCU下配置的PDCH时隙不超过70%。在3i系列BSC中，PCU的容量为：支持256个PDCH时隙，包括Default GPRS PDCH　+Default　E-GPRS PDCH　+EDAP，建议PCU下配置的PDCH时隙不超过70%。
　　在太原地区的无线网络中，NOKIA设备共有16个BSC，2i系列的BSC有11个，3i系列BSC有5个。目前的3i系列BSC的PCU规划尚不存在严重的问题，但是在现有2i系列BSC中最大可以支持8个PCU，按照上述配置建议，同时考虑现有基站配置，每个PCU只能支持3个6/6/6配置的宏基站，这样就需要非常精细地重新划分现有PCU覆盖范围。PCU规划的不详细会导致很多相关问题，如Sleeping Cell或者小区配置了足够的PDCH，但是由于PCU容量受限，用户仍然达不到应有的传输速率等问题。
　　3.4　Gb链路带宽配置
　　Gb的负荷分析、带宽配置是一个非常重要的优化工作，合理的Gb负荷、容量配置以及正常的工作状态是保证稳定的GPRS网络性能的前提。GPRS网络规划中Gb的带宽配置及相应的负荷要求如下：
　　* 对于设计带宽为192 kbit/s的Gb流量负荷建议不超过55%；
　　* 对于设计带宽为256 kbit/s的Gb流量负荷建议不超过70%。
　　在GPRS网络中，单时隙最高速率约为20 kbit/s，随着使用数据业务的用户数的增加，GPRS业务量持续增长，目前太原市现网Gb带宽已扩容到384 kbit/s。但是，演进至E-GPRS网络后，单时隙最高速率达到约60 kbit/s，而且由于MS级别的升高，目前class 10的手机终端支持下行：上行=4：2的信道配置，也就是说，在理想的无线环境下，一个小区下单用户的数据业务传输速率可能达到240 kbit/s，这样的情况下，原有的Gb设计带宽远远不能满足需求，需要按照现网中用户对E-GPRS业务的需求程度重新规划Gb链路带宽。
4、现网中使用E-GPRS业务传输速率不高的原因分析
　　在太原地区现网中，已有部分基站开通E-GPRS功能。在测试中发现，部分基站的测试结果接近于理想状态，传输速率达到205 kbit/s，但是另一些基站下的测试结果差强人意，在多个时段测试，传输速率只能达到60～80 kbit/s。对于开通了E-GPRS功能，但是传输速率不高的情况，在E-GPRS网络建设初级阶段，可能有以下3种原因：
　　（1）网络中使用GPRS业务的用户较多，GPRS用户与E-GPRS用户共同使用现网中的PDCH信道资源，这样，E—GPRS终端捆绑Abis链路上EDAP池的时隙数也相应减少，所以E-GPRS测试达不到较高的传输速率。如果该地区用户对E-GPRS业务的需求很强烈，则需要考虑小区扩容或者在小区下划分区域，设立E-GPRS独立使用的TRX来保证用户正常使用。
　　（2）需要考虑无线环境，E-GPRS网络中的9种编码方式对无线环境的要求各有不同，越高的MCS编码方式要求越强的C/I，同样，越低的MCS编码方式抵抗干扰的能力越强。高C/I的无线环境在已完成室内覆盖系统的建筑物内较容易实现，这也是室内可以有效吸收无线数据业务量的原因。
　　（3）需要检查E-GPRS网络中的瓶颈，逐步检查是否存在小区GPRS信道资源拥塞、Abis链路中的EDAP池资源不足、PCU的容量配置不合理、Gb链路带宽配置不合理等问题，只要网络中存在一处瓶颈，在用户的使用过程中，传输速率就达不到理论设计水平。
5、小结
　　由于GPRS数据业务与GSM语音业务共享无线频谱资源，随着用户数的持续增加和移动资费的不断下调，网络容纳的话务量会持续升高，对部分热点地区来说，语音的拥塞程度已经非常严重，分配给GPRS业务的资源严重不足。另外，在设计GPRS时，确立了语音优先的原则，这样对于本来就严重不足的GPRS资源来说，还要面对随时被GSM语音业务抢占信道资源的问题。从多年的无线网络优化经验中发现：有大量语音业务需求的热点地区，同样存在大量GPRS业务的需求。引入E-GPRS技术后，使用同样的无线频谱资源，在同样的资源下，E-GPRS可以支持相当于3倍的GPRS传输速率，可以有效地缓解热点地区严重的GPRS拥塞问题。