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基于GSM-R的GPRS无线网优化浅析

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一、背景

现阶段，铁路上有许多数据应用方面的迫切需求，如需传输行车调度信息、无线车次号等。为此，GSM-R网络引入GPRS，在现有电路交换网络中引入了分组网，为GSM-R运营者由话音业务向综合信息服务领域拓展提供了重要的网络平台，并为GSM-R向3G演进打下了基础。

目前基于GSM-R的GPRS网络已经在青藏线完成了测试工作，满足铁路的运营要求。但基于GSM-R的GPRS网络建设在全国尚处于初期，优化经验相对较少，网络存在多方面的问题。为了更好的保证服务质量，需要对网络优化流程和评估指标等方面进行分析，来改善网络质量。

GPRS网络优化分为核心网优化和无线网优化。GPRS无线网是影响GPRS服务质量的关键，因此本文重点研究GPRS无线网的优化。GPRS系统以GSM-R网作为承载，共用相同基站和频谱资源。这就决定了GPRS与GSM-R网络优化相互关联和制约。在网络优化过程中针对两个网络的共同点进行重点优化，对于两者相冲突的地方，在现阶段应以话音为主，在保证GSM-R网络质量的基础上，尽可能提高GPRS的服务质量。

二、网络优化流程

GPRS网络优化流程包含数据统计分析，进行DT和CQT测试分析，以及后续的参数调整。流程如图1。

图1 网络优化流程图

1.采集数据：主要包括OMC-R上的统计数据、告警数据和网络测试数据。

2.数据优化：（1）系统容量分析：分析PCU（PacketControlUnit）是否充足，PDCH分配是否合理。（2）干扰分析：干扰意味着高误码率导致数据包的重传，如果干扰强度大或时间过长，将会中断服务。（3）Gb接口性能分析：了解BSC内的APN分布，应用分布，各类业务的上下行比例，不同业务的忙小区，便于有针对性的采取优化。

3.测试优化：（1）DT测试包括对应上传下载的RLC层的上下行吞吐量、RLC层上下行重传率、小区重选次数、小区重选平均间隔时间等指标。（2）CQT测试反映GPRS端到端的性能，包括GPRS附着与去附着测试，PDP激活去激活测试、FTP上传和下载测试等。

4.通过系统性能指标判定网络是否符合要求。如不符合，需找出原因进行调整，并确认问题是否有效解决。如果没有，重新制定方案直到问题解决。问题解决后，收集实施后的网络数据，生成优化报告。

三、GPRS网络优化性能评估指标

目前，GPRS优化评估指标已相对完善，网络质量可以从业务性能指标和网络资源利用方面进行考察：

1.业务接入性能：如附着成功率、附着响应时间、分组寻呼成功率、PDP激活成功率、PDP激活响应时间、分组信道立即指配成功率。

2.网络质量：如TBF指配成功率、TBF中断率、TBF平均数据吞吐量、TBF平均时长、RLC重传率、小区重选次数、路由区更新成功率、ping/ftp和网络发起的PDP上下文去激活统计。

3.业务质量：对于青藏线，目前用的UDP方式，可以测试相关质量。

4.资源利用情况：如无线资源的利用状况和Gb接口的资源利用率。

5.GPRS/GSM综合指标：如由于动态信道被用作GPRS信道而导致电路业务发生小区内切换的次数、电路业务抢占分组业务信道的次数、PCH/AGCH队列长度、动态分配信道上分组和电路的业务量比例、由于GPRS的引入是否导致掉话率和接通率的改变。

通过对比这些指标在优化前后的变化，能对网络资源分布是否平衡、资源利用率是否提高、网络性能是否增强、是否需要扩容等问题更加明晰。

四、GPRS网络重要无线参数的设定

合理的参数设置会使系统性能达到最佳状态。因此重要无线网络参数作用的研究，对于网络优化是很重要的。

4.1BSC资源利用：用来调节GSM-R与GPRS网络间资源

FPDCH：该参数设定了小区内静态PDCH的个数。增大此参数值会保证GPRS的业务质量，但会减少GSM-R可用的信道资源。通常，每个小区应至少设置一个静态PDCH信道，否则在语音拥塞的情况下，GPRS业务将停止，PCU中的数据被丢弃。目前GPRS以小数据量为主，对拥塞较为敏感，而对得到的时隙个数不太敏感。如果设置了静态PDCH，那么，语音拥塞时，仅仅影响到数据吞吐量和用户的感知度。如果小区的GPRS业务量较高，可以适当增加静态PDCH配置的数量（最多4个）。

PILTIMER：是管理动态PDCH的时间阈值，当一个动态PDCH成为空闲状态后，将被放入空闲列表，同时启动时钟，超过PILTIMER值之后，该动态PDCH由分组域返回电路域。增加PILTIMER的数值后，会降低动态PDCH的业务负荷，但由于空闲状态的PDCH长时间不进行清空，会占用资源。

TBF_LIMIT：分TBF_UL_LIMIT和TBF_DL_LIMIT，分别设定上下行平均每个PDCH上可同时承载的TBF的门限值。当在一个小区中某个方向上平均每个PDCH上承载的TBF数超过该方向的门限值时，该小区会尝试对新的TBF分配新的PSET（连续的四个时隙，TSO～3或TS4～7）。当希望更多的用户共享PDCH资源时，可增大此参数值，同时降低了分配PDCH的业务负荷；当希望用户占用更多的PDCH资源时，可减少此值，以提高用户的感知速率。公网中一般设为2～3；在青藏线上，由于现阶段用户所需传输的数据量较小，对传输速度要求并不太高，可将此参数设置的稍高。

4.2网络配置

网络运行模式：GPRS建设初期，多都采用没有Gs接口且没有配置PCCCH的情况，因此网络运行模式为2。

信道编码方案：共有四种，现阶段均采用CS-1和CS-2。公网中，能保证GSM语音业务正常的无线环境下，均可使用CS-2；由于铁路对可靠性要求更高，因此需考虑实际环境中采用CS-2方式的可靠性问题。在青藏线通过对CS-1和CS-2方式分别进行测试，两种方式均可满足铁路可靠性要求。

4.3重选参数

由于在GPRS的建网初期，GPRS小区重选过程使用C1和C2准则，同GSM-R的重选准则相同，因此，下述参数中仅路由区参数的设置同GSM-R网络参数设置无关。其他参数的修改，都会对GSM-R网产生影响，因此在修改这些参数时，需要考虑对电路域的影响。

路由区（RA）：路由区所覆盖的范围大小在系统中是一个关键的因素，若RA覆盖范围过小，则会加重系统中的信令流量；反之，则会导致寻呼的负荷过重。可以通过统计寻呼负荷情况和信令链路负荷情况来确定是否需要调整路由区的大小。由于GPRS业务主要以移动台发起的呼叫为主，而且不存在GS接口等，因此青藏线可以设置成一个位置区只包含一个路由区。

TEMP0RARY_OFFSET和PENALTY_TIME：由于网络覆盖是沿铁路线进行的，通常采用线状覆盖的方式。当采用单层网覆盖时，每个服务小区只有相邻的2个小区；采用双层网覆盖时，每个服务小区有5个相邻小区，分别是服务小区所在层的2个小区和另一层的3个小区。处于空闲模式的移动台周期性的监测6个接收电平最强的非服务小区，目前每个服务小区只有5个相邻小区，且都会被移动台记录在邻小区列表中，显然此时TEMPORARY_OFFSET和PENALTY_TIME都不起作用，因此这两个参数对GSM-R系统来说无任何影响。

CELL_RESELECT_OFFSET：小区重选偏置。若设置该小区此参数比邻小区大时，使更易选择该小区，反之亦然，此值用于平衡网络中的业务量。对于沿线类似的车站，建议此值设置相同；对于双层网结构，建议主用网设置的较高，备用网较低，使用户选择在主用网中。

CELL_RESELECT_HYSTERESIS：小区重选迟滞。对每个小区都起作用，在一定程度上减少频繁的小区重选。由于沿铁路线，两小区的邻接处都是高速列车移动地区，因此建议将GPRS小区重选滞后参数设置为2～4dB之间。

RA_RESELECT_HYSTERESIS：路由区重选迟滞。表示在不同路由区中小区重选附加滞后值，设置类似于CELL_RESELECT_HYSTERESIS。

4.4定时器参数

定时器参数设置较为灵活，表1和表2给出了参数设置建议。其他定时器参数，在现阶段均可使用缺省值。