GPRS/EDGE無線信道配置方法

1、引言

隨著GPRS/EDGE技術的出現，GSM網絡不僅增加了對內容更豐富的實時數據業務的支持，如視頻，更重要的是提供了對非實時數據業務的支持，如WWW、WAP、FTP等。

從技術角度講，非實時數據業務的無線資源占用問題，無論是在時分系統還是在碼分系統中，都尚未得到很好的解決。這有3方面原因：首先，分組數據業務對誤塊率（BLER）敏感，而BLER與信噪比（SIR）的關系又使得分組數據業務性能與無線環境和用戶移動性都相關，目前的網絡側統計手段還不能準確得到覆蓋區內的用戶分布和電平分布；其次，目前的無線分組數據通信尚不能提供業務的服務質量（QoS）保障，沒有辦法統一和考量接納控制與分組調度算法的效率，在接入優先還是性能優先的問題上不同設備制造商的研發思路有很大差異；第三，數據業務的突發性在蜂窩小區的范圍內難以像語音業務那樣產生穩定的統計形態，分組到達的模型不能被準確描述。

具體到GPRS/EDGE，無線信道資源計算的難點又體現在每個用戶可以使用多個無線時隙（時隙的個數主要由終端能力和網絡側無線資源管理（RRM）算法決定，還可能與網絡負載和業務類型有關），每個時隙可以同時服務于多個用戶（“同時”的概念是指每一個用戶都還在等待屬于自己的數據塊），每個用戶在相同的時隙上進行不同的應用。

因此研究承載多種業務的GPRS/EDGE模型，推導出多業務情況下的無線資源占用情況，優化無線資源配置是一項具有相當難度的任務。

2、常見信道配置方法

目前，語音業務網絡規劃中使用較多的ErlangB公式來自于多服務者損失制系統，即用戶發現線路忙后馬上離開；ErlangC公式來自于多服務者等待制系統，即用戶進入系統后一直等到服務完成才離開。分組數據業務通常都有數據緩存區的存在，上層的分組包在下層遇到“阻塞”，并不會像語音業務那樣馬上“離開”，而是進入緩存區排隊，等到資源空閑的時候再被傳送；但緩沖區有一定的大小，也就是隊伍有一定的長度，在達到隊伍最大長度后，分組數據包被丟棄或拒絕。因此，嚴格來說，這兩個公式都不適用分組數據業務。

不少研究機構結合馬爾科夫過程，按照Erlang公式的推導過程重新推導適用GPRS/EDGE的公式。如巴黎大學的BrunoBaynat和北電公司的PierreEisenmann的類厄蘭公式（Erlang-like），Nokia和西班牙Malaga大學的TimoHalonen等人的等效因子法，上海交通大學通信研究所的許健華等人提出的多維馬爾科夫模型法。

這些方法都基于馬爾科夫過程，因此均要求滿足如下假定：被服務事件到達系統的時間間隔服從負指數分布，并且每個事件相互獨立的到達系統，用戶的到達為一個泊松流；系統為每個到達事件服務的時間也服從負指數分布。

類厄朗法在給定GPRS時隙數（推導在靜態GPRS信道中進行）、終端時隙能力、小區內用戶數、空中編碼格式、LLC數據包大小、兩次數據傳送時間間隔（Inter-session時長）這些值后可以計算出信道利用率、阻塞率Pr和平均（每用戶）吞吐量等指標。

減少因子法給定分配給連接的時隙數Nu和系統時隙數Ns，可以得到減少因子RF與系統資源平均利用率U的關系曲線，用戶吞吐量則等于分配給該用戶的時隙數×時隙容量×減少因子RF。

多維馬爾科夫模型給定小區的總業務信道數、GPRS靜態信道數、分組呼叫的最長隊列、空中編碼格式、傳輸誤碼率、終端時隙能力、小區中接入的語音呼叫數、分組呼叫數、等待隊列中的分組呼叫數，這些參數后，可以分別推導出固定資源分配方案（FRA）和動態資源分配方案（DRA）的分組呼叫的阻塞率和切換失敗率、語音呼叫的阻塞率和切換失敗率、總的呼叫阻塞率和切換失敗率、分組平均傳輸速率。

這些方法考慮了不同數量的網絡條件，上海交大的模型最全面，不僅考慮了動態信道，還考慮了緩沖區大小，可以建立和實際網絡最接近的模型，但另一方面由于涉及的網絡條件太多，計算過程也相對復雜了很多，每個條件都有可能改變，很難像ErlangB表一樣用簡單的表格就描述清楚各種條件之間的相互關系；其次，某些網絡條件通過現在的手段很難采集，如空中編碼格式，和小區的C/I關系很大，同一時刻網絡中每個終端都在用什么編碼格式很難統計；第三，某些條件還和設備廠家的策略有關系，如愛立信設備按照：PSET為單位分配資源，而不是單個信道，部分參數通用性不強；最后，即使考慮了這么多參數，小區切換導致的吞吐量下降、連續小包傳送和連續大包傳送的吞吐量有明顯區別這類典型現象還是無法在模型中體現出來。

總的來說，這類方法工程應用比較繁瑣，實用價值不高，但非常適合在實驗室研究，配合仿真找到系統最佳性能參數，如分組包緩沖區大小，各類定時器時長等。

另一群研究機構認為由于緩沖區的存在和用戶能夠容忍一定程度的延時，丟棄的包可以被重傳，通過時間換空間，瞬時的峰值可以被近似平均處理，ErlangB公式仍然適用。他們同時注意到，分組業務系統有硬擁塞和軟擁塞的區別：硬擁塞在系統無空閑資源可分配時，系統拒絕新請求接入，確保已接入者的性能；軟擁塞在系統無空閑資源時，系統將已分配的資源再次分配給新來者，讓其共享資源，確保接入，但每個用戶的性能無法保證。因此，研究重點應該放在不同業務對資源的不同需求上，重點解決系統軟擁塞問題。

目前較常見的有等效厄蘭（EquivalentErlangs）法、后厄蘭（PostErlang-B）法、坎貝爾法（Compell’sTheorem）。

等效厄朗法根據每呼叫占用信道最少的業務和根據每呼叫占用信道最多的業務計算的結果區別非常大。

后厄朗法計算的結果明顯偏大，有巨大的信道效率可提高。

坎貝爾方法則給定了一個中等大小的區間，不同的業務需要不同的容量，這與實際情況相符，是最合理的方法。

本文引用地址：http://www.104case.com/article/201706/353269.htm

3、坎貝爾方法介紹

坎貝爾方法已在WCDMA的網絡規劃中普遍使用，得到的計算結果與系統仿真出入較小，計算過程也比較簡單，適合在工程中使用。計算的關鍵是引入了業務資源強度概念，不同業務對無線資源的占用情況不同，高速業務占用資源較多，低速業務占用資源量較小，坎貝爾模型定義業務資源強度來反映不同業務對無線資源的占用情況。

根據E，查ErlangB表得到的虛擬信道數nx需要的信道數n=nxAx+Ai（由于不同業務的Ai不同，n是一個區間）。

4、坎貝爾方法在GPRS/EDGE系統中應用

將坎貝爾方法引入到GPRS/EDGE系統中，關鍵是如何確定各業務資源強度和各業務的話務量。

可以如下定義這兩個參數：

在此定義下，資源強度Ai的含義是業務i在獲得期望帶寬（即規劃帶寬）的情況下，每呼叫占用的信道數。話務量Ei則是用期望帶寬速率傳送完業務i忙時流量的時間比例。

有了上述定義，那么

可以看出總話務量E是忙時總流量和單信道平均帶寬的商。無線數據塊方法可以從側面驗證其準確性。

GSM/GPRS系統中每個載頻上的比特流都被均勻劃分成持續4.615ms的TDMA幀。PDCH的組織采用52幀復幀結構，因此一個GPRS復幀的傳輸周期是52×4.615ms=240ms。邏輯信道被動態映射到52幀復幀中，該復幀被劃分為12個復幀塊（B0～B11）、2個空閑幀和2個PTCCH幀，每塊有4幀，每幀有8個時隙，每個時隙攜帶一個突發，如圖1所示。

圖152幀復幀結構

因此，一個無線數據塊（復幀塊）的傳輸周期是：240ms÷12=20ms。

由此數據話務量可以定義如下：

數據話務量=（忙時無線數據塊的總數量×0.02s）/忙時持續時間（s）

以某地區GSM網絡OMC統計數據為原始數據，采用這兩種方法分別計算，對結果進行比較，發現區別并不大。因此，這樣定義是完全可行的。

對于期望帶寬，可以參考3GPP相關文獻中對典型業務的建議值，終端用戶性能期望——交流/實時業務如下：

TSG-SA工作組1會議，北京，10-14/4/2000修訂。

表13GPP業務分類



表23GPP網絡性能推薦值

同時參考IBM在此方面的研究結論，IBM這些結論通過主觀評分的方式經過了實驗驗證。

再結合現網情況，最終確定用戶對所有GPRS業務期望帶寬如下：

WAP業務的需求是，在1s完成750byte的傳輸，即6kbit/s帶寬；WWW業務的需求是按照資源能力規劃，取帶寬25kbit/s；SMTP、POP3業務的需求是20kbit/s的帶寬；某種VoIP業務的需求是5kbit/s的帶寬；其他業務不知道業務特征提供5kbit/s的帶寬，考慮現網中的商業應用帶寬需求很小。

終端最終能夠獲得的帶寬，不僅受到無線信道的限制，還受到其他因素的限制，最大上限帶寬=單信道帶寬×終端捆綁信道數/信道共享用戶數。因此，系統按照坎貝爾方法配置了信道后，少量捆綁能力不強的終端仍不能夠獲得期望值大小的帶寬。為了盡可能讓終端能獲得期望帶寬，還需要針對具體的網絡和設備性能，調整信道允許最大共享用戶數等參數。另一方面，由于坎貝爾方法完全從軟擁塞的角度推導需要的信道數，沒有考慮硬擁塞，調整參數過程中，還要綜合考慮小區的其他擁塞指標，對配置信道數微調。

5、總結

通過上述的比較可以看出，坎貝爾方法雖然不是十分完美，但其充分考慮了不同業務對資源不同需求的特點，解決了系統軟擁塞問題，計算過程也相對比較簡單，工程中比較實用，是GPRS/EDGE網絡規劃中優選的方案。

發布者：小宇