E-GPRS無線網(wǎng)絡容量規(guī)劃方法

隨著中國移動用戶數(shù)的持續(xù)增長，用戶對無線數(shù)據(jù)業(yè)務的需求逐漸增大，數(shù)據(jù)業(yè)務的營收比例逐年升高，目前承載無線數(shù)據(jù)業(yè)務的GPRS網(wǎng)絡出現(xiàn)了較嚴重的容量受限情況。E-GPRS技術(shù)能夠提供更高的無線數(shù)據(jù)傳輸速率，在現(xiàn)有的無線頻譜資源日益緊張的情況下可提供緩解GPRS網(wǎng)絡容量受限的解決方案。

1、E-GPRS簡述

E-GPRS（Enhanced GPRS）是EDGE（Enhanced Data rates for Global Evolution）第二代移動通信系統(tǒng)中承載分組數(shù)據(jù)業(yè)務的技術(shù)。E-GPRS相對于GPRS（General Packet Radio Service）而言，能夠顯著提高承載速率，從而改善用戶數(shù)據(jù)業(yè)務感受。E-GPRS承載于現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡上，與GPRS共享核心網(wǎng)，只需在BTS側(cè)進行部分硬件設備升級并結(jié)合軟件升級就可以提供E-GPRS服務。相對GPRS，E-GPRS中引入的8-PSK新調(diào)制技術(shù)和新編碼方式提供了更高的無線數(shù)據(jù)傳輸速率，在新的編碼和調(diào)制方式下，單時隙最高支持59.2 kbit/s的應用層數(shù)據(jù)傳送速率，其9種編碼方式提供了更高的速率和選擇的靈活性，使E-GPRS網(wǎng)絡支持更多的業(yè)務類型，實現(xiàn)服務多樣性。

2、E-GPRS關(guān)鍵技術(shù)

2.1　8-PSK調(diào)制技術(shù)

E-GPRS技術(shù)支持GMSK和8-PSK（8相移鍵控）兩種調(diào)制方式。GMSK在每一個符號（symbol）上調(diào)制一個比特，而8-PSK在每一個符號上調(diào)制3個比特，提高了數(shù)據(jù)速率。8-PSK符號速率和脈沖長度與GSM一致，保證了空中接口的一致性。在8-PSK調(diào)制中輸出功率與輸入功率成線性比例變化，由于輸出功率的線性要求，需要預留出一定的余量（backoff）以避免功放達到飽和而使輸出失真；輸出功率變化隨輸入功率變化，平均值和峰值之間有2～4 dB（backoff）差異。因此，要求功放的平均輸出功率比功放滿負荷時候的輸出功率低backoff以保證功放的線性性能。backoff的作用為在大功率輸入時，功放不至于飽和而失去線性性能，backoff取值一般為3 dB，在進行EDGE鏈路預算時，TX Power=最大功率-backoff。

2.2　MCS編碼方式

E-GPRS中提供了MCS-1～MCS-9共9種編碼方式，9種不同的編碼方式中采用不同的冗余數(shù)據(jù)，MCS-1到MCS-9編碼冗余數(shù)據(jù)逐漸減少。9種編碼方式分別屬于不同的家族（Family）A、B、C，F(xiàn)amily A包括MCS-9、MCS-8、MCS-6、MCS-3，F(xiàn)amily B包括MCS-7、MCS-5、MCS-2，F(xiàn)amily c包括MCS-4、MCS-1。對于屬于同一個Family的MCS，通過在同一個無線幀中傳送數(shù)目不同的數(shù)據(jù)單元實現(xiàn)不同的數(shù)據(jù)速率。Family A、Family B、Family C的不同之處在于每一個數(shù)據(jù)單元的大小不同：Family A為37 byte，F(xiàn)amily B為28 byte，F(xiàn)amily c為22 byte。當使用A、B方式的時候，可以在一個無線幀中傳送1個、2個或者4個數(shù)據(jù)單元，但是對于C方式只能傳送1個數(shù)據(jù)單元。

2.3　鏈路自適應（LA）

在E-GPRS網(wǎng)絡中，通過使用LA功能，系統(tǒng)會根據(jù)當前鏈路的性能特點，選擇適合當前無線環(huán)境的MCS編碼方式，從而提高當前信道的吞吐量。LA的依據(jù)是通過鏈路的BEP（誤碼概率）值，查表獲得本次LA將要使用的MCS編碼方式。LA只能在開始第一個塊傳送或者進行塊傳送的時候發(fā)生，系統(tǒng)通過不同的方式獲取上行和下行BEP：下行為基于BEP測量數(shù)據(jù)；上行為基于包含在上行PCU幀中的獨立BEP測量值。上下行的LA獨立進行但是使用同樣的算法。

2.4　遞增冗余重傳（IR）

IR是為了增強鏈路性能，在物理層上采用的一種技術(shù)。IR使用了Puncture、Store和Softcombine 3種關(guān)鍵技術(shù)。IR基于自動重傳請求（ARQ）實現(xiàn)，ARQ決定是否傳送使用不同Puncture的數(shù)據(jù)包，通過在需要的時候重傳采用不同puncturing的相同數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)能夠在接收端被正確還原。IR功能在MS中是被強制使用的。不同設備廠商的BTS側(cè)也基本實現(xiàn)了IR功能。LA主要用于克服信號的慢衰落，而IR則用于克服快衰落，在每次執(zhí)行IR的時候都可以根據(jù)鏈路特點進行LA。

3、E-GPRS無線網(wǎng)絡容量規(guī)劃

3.1　小區(qū)級PDCH信道配置

小區(qū)級配置E-GPRS PDCH信道的方法有兩種：一種是在原有支持GPRS功能的GTRX上設置E-GPRS PDCH。這種配置方法對原有網(wǎng)絡數(shù)據(jù)改動小，適用于E-GPRS網(wǎng)絡建設初期，即E-GPRS終端較少，用戶需求量較小的時期；缺點是E-GPRS與GPRS業(yè)務共享無線信道資源，E-GPRS無線傳輸速率可能會達不到較高的傳輸速率。另一種是保持原有小區(qū)的GPRS設置不變，將E-GPRS信道設置在一塊原有的語音TRX上，或者新增一塊TRX供E-GPRS使用。這種配置方法對原有網(wǎng)絡數(shù)據(jù)改動較大，需要引入segment概念，而且占用相對較多的無線資源；但是其優(yōu)點也很明顯：可以保證E-GPRS用戶充分使用E-GPRS信道資源，達到較高的傳輸速率，適合于無線數(shù)據(jù)業(yè)務需求較大的地區(qū)或者無線數(shù)據(jù)業(yè)務演示廳等場合。

3.2　E-GPRS技術(shù)在Abis口的時隙配置

E-GPRS在空中接口采用新的編碼與調(diào)制技術(shù)，使傳輸速率得以提高，但是在Abis接口的E1傳輸連接線上，仍然按照GSM規(guī)范要求，每個TRX占用2條E1的64 kbit/s時隙，每個TRX信道占用16 kbit/s的帶寬，這時，在空中接口達到的高速率如MCS-959.2 kbit/s需要在Abis接口上增加部分時隙來承載，在E1鏈路上設立部分時隙構(gòu)成1個EDAP（擴展動態(tài)分配池），每種編碼方式需要的TRX信道與Abis擴展時隙如圖1所示。

圖1　每種編碼方式需要的TRX信道與Abis擴展時隙示意

完成這項工作的前提是必須有一個主時隙，即TRX上的信道占用Abis接口E1鏈路的時隙，如果編碼方式達到的數(shù)據(jù)傳輸速率超出了一個時隙（16 kbit/s）的容量，那么總是從E1鏈路的緩沖池中直接分配相應的16 kbit/s時隙。

3.3　PCU容量配置

太原地區(qū)現(xiàn)網(wǎng)采用NOKIA+MOTO無線設備，NOKIA占用比例較大，本文中重點討論NOKIA設備的PCU容量配置。現(xiàn)網(wǎng)NOKIA的BSC硬件設備分為2i、3i兩個系列版本，在兩個系列中PCU的容量配置有較大區(qū)別。在2i系列BSC中，PCU的容量為：支持128個PDCH時隙，包括Default GPRS PDCH+Default E-GPRS PDCH+EDAP，建議PCU下配置的PDCH時隙不超過70%。在3i系列BSC中，PCU的容量為：支持256個PDCH時隙，包括Default GPRS PDCH　+Default　E-GPRS PDCH　+EDAP，建議PCU下配置的PDCH時隙不超過70%。

在太原地區(qū)的無線網(wǎng)絡中，NOKIA設備共有16個BSC，2i系列的BSC有11個，3i系列BSC有5個。目前的3i系列BSC的PCU規(guī)劃尚不存在嚴重的問題，但是在現(xiàn)有2i系列BSC中最大可以支持8個PCU，按照上述配置建議，同時考慮現(xiàn)有基站配置，每個PCU只能支持3個6/6/6配置的宏基站，這樣就需要非常精細地重新劃分現(xiàn)有PCU覆蓋范圍。PCU規(guī)劃的不詳細會導致很多相關(guān)問題，如Sleeping Cell或者小區(qū)配置了足夠的PDCH，但是由于PCU容量受限，用戶仍然達不到應有的傳輸速率等問題。

3.4　Gb鏈路帶寬配置

Gb的負荷分析、帶寬配置是一個非常重要的優(yōu)化工作，合理的Gb負荷、容量配置以及正常的工作狀態(tài)是保證穩(wěn)定的GPRS網(wǎng)絡性能的前提。GPRS網(wǎng)絡規(guī)劃中Gb的帶寬配置及相應的負荷要求如下：

* 對于設計帶寬為192 kbit/s的Gb流量負荷建議不超過55%；

* 對于設計帶寬為256 kbit/s的Gb流量負荷建議不超過70%。

在GPRS網(wǎng)絡中，單時隙最高速率約為20 kbit/s，隨著使用數(shù)據(jù)業(yè)務的用戶數(shù)的增加，GPRS業(yè)務量持續(xù)增長，目前太原市現(xiàn)網(wǎng)Gb帶寬已擴容到384 kbit/s。但是，演進至E-GPRS網(wǎng)絡后，單時隙最高速率達到約60 kbit/s，而且由于MS級別的升高，目前class 10的手機終端支持下行：上行=4：2的信道配置，也就是說，在理想的無線環(huán)境下，一個小區(qū)下單用戶的數(shù)據(jù)業(yè)務傳輸速率可能達到240 kbit/s，這樣的情況下，原有的Gb設計帶寬遠遠不能滿足需求，需要按照現(xiàn)網(wǎng)中用戶對E-GPRS業(yè)務的需求程度重新規(guī)劃Gb鏈路帶寬。

4、現(xiàn)網(wǎng)中使用E-GPRS業(yè)務傳輸速率不高的原因分析

在太原地區(qū)現(xiàn)網(wǎng)中，已有部分基站開通E-GPRS功能。在測試中發(fā)現(xiàn)，部分基站的測試結(jié)果接近于理想狀態(tài)，傳輸速率達到205 kbit/s，但是另一些基站下的測試結(jié)果差強人意，在多個時段測試，傳輸速率只能達到60～80 kbit/s。對于開通了E-GPRS功能，但是傳輸速率不高的情況，在E-GPRS網(wǎng)絡建設初級階段，可能有以下3種原因：

（1）網(wǎng)絡中使用GPRS業(yè)務的用戶較多，GPRS用戶與E-GPRS用戶共同使用現(xiàn)網(wǎng)中的PDCH信道資源，這樣，E—GPRS終端捆綁Abis鏈路上EDAP池的時隙數(shù)也相應減少，所以E-GPRS測試達不到較高的傳輸速率。如果該地區(qū)用戶對E-GPRS業(yè)務的需求很強烈，則需要考慮小區(qū)擴容或者在小區(qū)下劃分區(qū)域，設立E-GPRS獨立使用的TRX來保證用戶正常使用。

（2）需要考慮無線環(huán)境，E-GPRS網(wǎng)絡中的9種編碼方式對無線環(huán)境的要求各有不同，越高的MCS編碼方式要求越強的C/I，同樣，越低的MCS編碼方式抵抗干擾的能力越強。高C/I的無線環(huán)境在已完成室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的建筑物內(nèi)較容易實現(xiàn)，這也是室內(nèi)可以有效吸收無線數(shù)據(jù)業(yè)務量的原因。

（3）需要檢查E-GPRS網(wǎng)絡中的瓶頸，逐步檢查是否存在小區(qū)GPRS信道資源擁塞、Abis鏈路中的EDAP池資源不足、PCU的容量配置不合理、Gb鏈路帶寬配置不合理等問題，只要網(wǎng)絡中存在一處瓶頸，在用戶的使用過程中，傳輸速率就達不到理論設計水平。

5、小結(jié)

由于GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務與GSM語音業(yè)務共享無線頻譜資源，隨著用戶數(shù)的持續(xù)增加和移動資費的不斷下調(diào)，網(wǎng)絡容納的話務量會持續(xù)升高，對部分熱點地區(qū)來說，語音的擁塞程度已經(jīng)非常嚴重，分配給GPRS業(yè)務的資源嚴重不足。另外，在設計GPRS時，確立了語音優(yōu)先的原則，這樣對于本來就嚴重不足的GPRS資源來說，還要面對隨時被GSM語音業(yè)務搶占信道資源的問題。從多年的無線網(wǎng)絡優(yōu)化經(jīng)驗中發(fā)現(xiàn)：有大量語音業(yè)務需求的熱點地區(qū)，同樣存在大量GPRS業(yè)務的需求。引入E-GPRS技術(shù)后，使用同樣的無線頻譜資源，在同樣的資源下，E-GPRS可以支持相當于3倍的GPRS傳輸速率，可以有效地緩解熱點地區(qū)嚴重的GPRS擁塞問題。