GPRS/EDGE無(wú)線(xiàn)信道配置方法

1、引言

隨著(zhù)GPRS/EDGE技術(shù)的出現，GSM網(wǎng)絡(luò )不僅增加了對內容更豐富的實(shí)時(shí)數據業(yè)務(wù)的支持，如視頻，更重要的是提供了對非實(shí)時(shí)數據業(yè)務(wù)的支持，如WWW、WAP、FTP等。

從技術(shù)角度講，非實(shí)時(shí)數據業(yè)務(wù)的無(wú)線(xiàn)資源占用問(wèn)題，無(wú)論是在時(shí)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(yè)務(wù)對誤塊率（BLER）敏感，而B(niǎo)LER與信噪比（SIR）的關(guān)系又使得分組數據業(yè)務(wù)性能與無(wú)線(xiàn)環(huán)境和用戶(hù)移動(dòng)性都相關(guān)，目前的網(wǎng)絡(luò )側統計手段還不能準確得到覆蓋區內的用戶(hù)分布和電平分布；其次，目前的無(wú)線(xiàn)分組數據通信尚不能提供業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量（QoS）保障，沒(méi)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(yōu)先還是性能優(yōu)先的問(wèn)題上不同設備制造商的研發(fā)思路有很大差異；第三，數據業(yè)務(wù)的突發(fā)性在蜂窩小區的范圍內難以像語(yǔ)音業(yè)務(wù)那樣產(chǎn)生穩定的統計形態(tài)，分組到達的模型不能被準確描述。

具體到GPRS/EDGE，無(wú)線(xiàn)信道資源計算的難點(diǎn)又體現在每個(gè)用戶(hù)可以使用多個(gè)無(wú)線(xiàn)時(shí)隙（時(shí)隙的個(gè)數主要由終端能力和網(wǎng)絡(luò )側無(wú)線(xiàn)資源管理（RRM）算法決定，還可能與網(wǎng)絡(luò )負載和業(yè)務(wù)類(lèi)型有關(guān)），每個(gè)時(shí)隙可以同時(shí)服務(wù)于多個(gè)用戶(hù)（“同時(shí)”的概念是指每一個(gè)用戶(hù)都還在等待屬于自己的數據塊），每個(gè)用戶(hù)在相同的時(shí)隙上進(jìn)行不同的應用。

因此研究承載多種業(yè)務(wù)的GPRS/EDGE模型，推導出多業(yè)務(wù)情況下的無(wú)線(xiàn)資源占用情況，優(yōu)化無(wú)線(xiàn)資源配置是一項具有相當難度的任務(wù)。

2、常見(jiàn)信道配置方法

目前，語(yǔ)音業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò )規劃中使用較多的ErlangB公式來(lái)自于多服務(wù)者損失制系統，即用戶(hù)發(fā)現線(xiàn)路忙后馬上離開(kāi)；ErlangC公式來(lái)自于多服務(wù)者等待制系統，即用戶(hù)進(jìn)入系統后一直等到服務(wù)完成才離開(kāi)。分組數據業(yè)務(wù)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(huì )像語(yǔ)音業(yè)務(wù)那樣馬上“離開(kāi)”，而是進(jìn)入緩存區排隊，等到資源空閑的時(shí)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(cháng)度，在達到隊伍最大長(cháng)度后，分組數據包被丟棄或拒絕。因此，嚴格來(lái)說(shuō)，這兩個(gè)公式都不適用分組數據業(yè)務(wù)。

不少研究機構結合馬爾科夫過(guò)程，按照Erlang公式的推導過(guò)程重新推導適用GPRS/EDGE的公式。如巴黎大學(xué)的BrunoBaynat和北電公司的PierreEisenmann的類(lèi)厄蘭公式（Erlang-like），Nokia和西班牙Malaga大學(xué)的TimoHalonen等人的等效因子法，上海交通大學(xué)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(guò)程，因此均要求滿(mǎn)足如下假定：被服務(wù)事件到達系統的時(shí)間間隔服從負指數分布，并且每個(gè)事件相互獨立的到達系統，用戶(hù)的到達為一個(gè)泊松流；系統為每個(gè)到達事件服務(wù)的時(shí)間也服從負指數分布。

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

減少因子法給定分配給連接的時(shí)隙數Nu和系統時(shí)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(guān)系曲線(xiàn)，用戶(hù)吞吐量則等于分配給該用戶(hù)的時(shí)隙數×時(shí)隙容量×減少因子RF。

多維馬爾科夫模型給定小區的總業(yè)務(wù)信道數、GPRS靜態(tài)信道數、分組呼叫的最長(cháng)隊列、空中編碼格式、傳輸誤碼率、終端時(shí)隙能力、小區中接入的語(yǔ)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(dòng)態(tài)資源分配方案（DRA）的分組呼叫的阻塞率和切換失敗率、語(yǔ)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(wǎng)絡(luò )條件，上海交大的模型最全面，不僅考慮了動(dòng)態(tài)信道，還考慮了緩沖區大小，可以建立和實(shí)際網(wǎng)絡(luò )最接近的模型，但另一方面由于涉及的網(wǎng)絡(luò )條件太多，計算過(guò)程也相對復雜了很多，每個(gè)條件都有可能改變，很難像ErlangB表一樣用簡(jiǎn)單的表格就描述清楚各種條件之間的相互關(guān)系；其次，某些網(wǎng)絡(luò )條件通過(guò)現在的手段很難采集，如空中編碼格式，和小區的C/I關(guān)系很大，同一時(shí)刻網(wǎng)絡(luò )中每個(gè)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(chǎng)家的策略有關(guān)系，如愛(ài)立信設備按照：PSET為單位分配資源，而不是單個(gè)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(lèi)典型現象還是無(wú)法在模型中體現出來(lái)。

總的來(lái)說(shuō)，這類(lèi)方法工程應用比較繁瑣，實(shí)用價(jià)值不高，但非常適合在實(shí)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(lèi)定時(shí)器時(shí)長(cháng)等。

另一群研究機構認為由于緩沖區的存在和用戶(hù)能夠容忍一定程度的延時(shí)，丟棄的包可以被重傳，通過(guò)時(shí)間換空間，瞬時(shí)的峰值可以被近似平均處理，ErlangB公式仍然適用。他們同時(shí)注意到，分組業(yè)務(wù)系統有硬擁塞和軟擁塞的區別：硬擁塞在系統無(wú)空閑資源可分配時(shí)，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(wú)空閑資源時(shí)，系統將已分配的資源再次分配給新來(lái)者，讓其共享資源，確保接入，但每個(gè)用戶(hù)的性能無(wú)法保證。因此，研究重點(diǎn)應該放在不同業(yè)務(wù)對資源的不同需求上，重點(diǎn)解決系統軟擁塞問(wèn)題。

目前較常見(jiàn)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(yè)務(wù)和根據每呼叫占用信道最多的業(yè)務(wù)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(gè)中等大小的區間，不同的業(yè)務(wù)需要不同的容量，這與實(shí)際情況相符，是最合理的方法。

本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/201706/353269.htm

3、坎貝爾方法介紹

坎貝爾方法已在WCDMA的網(wǎng)絡(luò )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(guò)程也比較簡(jiǎn)單，適合在工程中使用。計算的關(guān)鍵是引入了業(yè)務(wù)資源強度概念，不同業(yè)務(wù)對無(wú)線(xiàn)資源的占用情況不同，高速業(yè)務(wù)占用資源較多，低速業(yè)務(wù)占用資源量較小，坎貝爾模型定義業(yè)務(wù)資源強度來(lái)反映不同業(yè)務(wù)對無(wú)線(xiàn)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(yè)務(wù)的Ai不同，n是一個(gè)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(guān)鍵是如何確定各業(yè)務(wù)資源強度和各業(yè)務(wù)的話(huà)務(wù)量。

可以如下定義這兩個(gè)參數：

在此定義下，資源強度Ai的含義是業(yè)務(wù)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(huà)務(wù)量Ei則是用期望帶寬速率傳送完業(yè)務(wù)i忙時(shí)流量的時(shí)間比例。

有了上述定義，那么

可以看出總話(huà)務(wù)量E是忙時(shí)總流量和單信道平均帶寬的商。無(wú)線(xiàn)數據塊方法可以從側面驗證其準確性。

GSM/GPRS系統中每個(gè)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(gè)GPRS復幀的傳輸周期是52×4.615ms=240ms。邏輯信道被動(dòng)態(tài)映射到52幀復幀中，該復幀被劃分為12個(gè)復幀塊（B0～B11）、2個(gè)空閑幀和2個(gè)PTCCH幀，每塊有4幀，每幀有8個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙攜帶一個(gè)突發(fā)，如圖1所示。

圖152幀復幀結構

因此，一個(gè)無(wú)線(xiàn)數據塊（復幀塊）的傳輸周期是：240ms÷12=20ms。

由此數據話(huà)務(wù)量可以定義如下：

數據話(huà)務(wù)量=（忙時(shí)無(wú)線(xiàn)數據塊的總數量×0.02s）/忙時(shí)持續時(shí)間（s）

以某地區GSM網(wǎng)絡(luò )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(jìn)行比較，發(fā)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(guān)文獻中對典型業(yè)務(wù)的建議值，終端用戶(hù)性能期望——交流/實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)如下：

TSG-SA工作組1會(huì )議，北京，10-14/4/2000修訂。

表13GPP業(yè)務(wù)分類(lèi)



表23GPP網(wǎng)絡(luò )性能推薦值

同時(shí)參考IBM在此方面的研究結論，IBM這些結論通過(guò)主觀(guān)評分的方式經(jīng)過(guò)了實(shí)驗驗證。

再結合現網(wǎng)情況，最終確定用戶(hù)對所有GPRS業(yè)務(wù)期望帶寬如下：

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

終端最終能夠獲得的帶寬，不僅受到無(wú)線(xiàn)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(hù)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(wǎng)絡(luò )和設備性能，調整信道允許最大共享用戶(hù)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(méi)有考慮硬擁塞，調整參數過(guò)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(guò)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(yè)務(wù)對資源不同需求的特點(diǎn)，解決了系統軟擁塞問(wèn)題，計算過(guò)程也相對比較簡(jiǎn)單，工程中比較實(shí)用，是GPRS/EDGE網(wǎng)絡(luò )規劃中優(yōu)選的方案。

發(fā)布者：小宇