E-GPRS与GPRS网络性能对比测试与优化分析

摘要　目前，中国移动的E-GPRS部署工作正在进行中，文章根据现网测试数据，将E-GPRS在多用户环境下的性能与GPRS进行对比分析，并对现网中存在的问题进行优化分析，可以达到保证用户使用感受的效果。

1、E-GPRS关键技术

1.1　8-PSK调制技术[1]

相对于GPRS技术的单一调制方式：GMSK（高斯最小频移键控），E-GPRS技术支持两种调制方式：GMSK、8-PSK（8相移键控）。GMSK在每一个符号（symbol）调制一个比特，而8-PSK在每一个符号上调制了三个比特，提高了数据传输速率。8-PSK符号速率和burst长度与GSM一致，保证了空中接口的一致性。在8-PSK调制中，输出功率随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2dB～4dB差异。因此，要求功放的平均输出功率比功放满负荷时的输出功率低，以保证功放的线性性能。余量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，余量取值一般为3dB，在进行E-GPRS链路预算时，TXpower=TXmax-3。

1.2　MCS编码方式[2]

E-GPRS中提供了MCS-1～MCS-9共9种编码方式，这9种编码方式采用不同的冗余数据，从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。属于同一个家族的MCS通过在同一个无线帧中传送数目不同的数据单元以实现不同的数据速率，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，但对C方式来说，只能传送一个数据单元，如表1所示：

表1　MCS编码方式、家族、调制方式与可以达到的数据传输速率

1.3　链路自适应[3]

在E-GPRS网络中，系统会根据当前链路的性能特点选择最合适的MCS编码方式。GPRS不支持链路自适应LA（Link Adaption）功能，但会借助LA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的依据是链路的BEP（误码概率）通过得到的BEP值查表获得本次LA将要使用的MCS，LA只能在开始第一个块传送或者在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，下行基于BEP测量数据，上行基于包含在上行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。

1.4　递增冗余重传

递增冗余重传（IR，Incremental Redundancy）是为了增强链路性能，在物理层采用的一种技术。IR使用三种关键技术：压缩（Puncture），存储（store），软组合（Soft-combine）。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压缩方式的相同数据，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则用于快衰落，在每次执行IR的时候都可以根据链路特点进行LA。

2、E-GPRS与GPRS在TBF建立过程的区别

GPRS与E-GPRS在TBF建立过程中有较大区别[4]。GPRS采用一步接入的方法，而E-GPRS采用两步接入的方法。在收到下行的立即分配消息后，MS发出资源申请消息："分组信息资源请求"，相较于GPRS，E-GPRS的信令流程较长[5]。在E-GPRS网络中，TBF建立过程采用两步接入方法，信令流程比GPRS略长，理论上E-GPRS在单次TBF建立时并不比GPRS具有优势。在现网E-GPRS与GPRS对比测试中，计算得出E-GPRS与GPRS在TBF建立过程的时间基本相当，这可能与小区的PDCH信道资源充足、E-GPRS建设前期用户所占比例较少、PCU处理负荷不高等原因有关，第三部分将加以详述。

3、E-GPRS网络性能测试

由于E-GPRS采用了8PSK调制技术、新的编码方式、LA、IR等技术，使无线传输速率得以较大的提升。从现网实际测试结果来看，E-GPRS的传输速率比GPRS提升了3至4倍；在WAP类测试中，E-GPRS也表现出了非常明显的优势。下面将现网对E-GPRS与GPRS的对比测试情况逐一进行分析。

◆测试环境：微蜂窝小区，高C/I，Nokia设备，小区采用E-GPRS与GPRS混合配置，共有6个PDCH信道，其中有1个静态信道，5个动态信道。

◆测试仪表：CDS4.0，OT290手机（测试GPRS，支持3个下行信道）、OT490手机（测试E-GPRS，支持4个下行信道）。

◆测试时间：周日下午14:00至15:00，话音信道、GPRS信道都比较空闲的时段，但是并不能保证绝对没有其他用户使用，客观地模拟用户的真实使用环境。

◆测试方法：共进行四项测试，即PDP激活、WAP网站登陆测试、FTP下载测试、彩信测试。测试分为三种：GPRS单独测试、E-GPRS单独测试、GPRS与E-GPRS同时测试，共产生四种测试结果。E-GPRS与GPRS同时测试的记录标注为：同步测试E-GPRS，同步测试GPRS。

3.1　PDP激活对比测试

PDP激活对比测试中，在测试仪表的Layer3消息和GPRS RLC/MAC消息中，GPRS表现出一步接入信令流程，而E-GPRS则表现出两步接入信令流程。从现网测试结果来看，E-GPRS与GPRS的PDP激活时间几乎相同，E-GPRS略快，可见E-GPRS的两步接入流程对TBF建立时延几乎没有影响。GPRS与E-GPRS同时测试时，PDP激活时间都略有增大，如表2所示：

表2　E-GPRS与GPRS的PDP激活对比测试结果

3.2　WAP网站登陆对比测试

WAP网站登陆测试共包含三个部分：PDP激活，WAP网关连接成功、WAP网站首页完全显示，每个部分都有各自完成的时间。从测试仪表的事件列表可以看到：在PDP激活过程，E-GPRS与GPRS相当；在WAP网关连接、WAP首页显示过程中，E-GPRS的时延比GPRS要小很多。本项测试E-GPRS与GPRS共进行10次对比测试，在E-GPRS测试中，WAP首页显示时间比GPRS快将近50%，在E-GPRS与GPRS同时测试的记录中，E-GPRS也表现出了明显的优势。现网测试结果表明，E-GPRS技术非常适合于WAP类业务，可以极大地提升用户使用感受，可为营销部门推广WAP类数据业务提供有力地支撑，如表3所示：

表3　E-GPRS与GPRS的WAP网站登陆对比测试结果

3.3　FTP下载对比测试

就FTP下载过程而言，E-GPRS的下载速率是GPRS的3到4倍，充分表现出其优势。该测试结果受到这些因素的影响：Nokia设备只支持GPRS CS1、2编码方式，手机设置为3个下行信道，下载速率只能达到4kb/s左右；而E-GPRS使用MCS-9编码方式，手机支持4个下行信道，下载速率可以达到近15kb/s。在E-GPRS与GPRS同时测试的记录中，E-GPRS与GPRS的下载速率并没有受到很大的影响，基本保持为各自单独测试时的下载速率。该测试结果较客观地模拟了用户的实际使用环境，客观反映了用户的真实使用感受，如表4所示：

表4　E-GPRS与GPRS的FTP下载对比测试结果

3.4　彩信对比测试

在彩信对比测试中，E-GPRS与GPRS在测试仪表均设置为自发自收，彩信大小为30kb、100kb两种。E-GPRS测试终端的上/下行时隙配置为：2/4（Max=5），GPRS测试终端的上/下行时隙配置为：1/3。对于100k的彩信文件，使用GPRS方式发送，已经超过设置超时时间：100s，所以对其不作比较。如表5及图1所示：

表5　E-GPRS与GPRS的彩信端到端对比测试结果

图1　E-GPRS与GPRS的彩信端到端对比测试趋势图

从彩信的对比测试结果来看，E-GPRS终端发送30k大小的彩信，比GPRS终端要快很多，从发送的速率可以大致估算出：E-GPRS的速率大约是GPRS的3倍。由于E-GPRS与GPRS都设置为自发自收测试模式，push消息较长，而且大致相同。E-GPRS与GPRS终端接收彩信的时间大约为发送时间的一半。

3.5　小结

以上测试结果表明：E-GPRS在信令接入过程中与GPRS表现相当，并没有受到两步接入流程在TBF建立时延方面的影响；在流量较小的WAP类业务中，在WAP网站登陆时延方面比GPRS表现出显著的改善；在流量较大的FTP下载类业务中，E-GPRS表现出充分的优势，其下载速率是GPRS的3至4倍。上述对比测试结果发生在完成室内覆盖的微蜂窝小区中，无线环境的C/I值较高，可以充分发挥出E-GPRS的性能。

4、E-GPRS网络优化分析

4.1　无线环境C/I对E-GPRS性能的影响

E-GPRS网络使用GSM频点，其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。参考图2，MCS-9编码方式达到60kb/s的传输速率需要无线环境的C/I值为将近30dB。高C/I的无线环境在已完成室内覆盖系统的建筑物内较易实现，这也是完成室内覆盖系统的建筑物可以有效吸收无线数据业务量的原因之一。

图2　未使用IR技术在不同MCS方式下单时隙能够达到的速率和与之对应的C/I（速率单位：kb/s）

4.2　E-GPRS网络的瓶颈问题

如何充分发挥E-GPRS的性能，使用户在使用无线数据业务时有明显改善，需要大量前期工作来保障。比如前期E-GPRS网络的合理规划、持续优化、排除故障等。在E-GPRS网络优化工作中，检查网络瓶颈的方法有几种：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。只要网络存在一处瓶颈，在用户使用无线数据业务的过程中，传输速率就不能接近理论设计水平，就可能会造成网络资源的闲置，也会影响使用感受。

5、结论

2006年5月，广东移动就在国内率先开通了E-GPRS上网服务，并提供了E-GPRS/GPRS双模网卡，推出了资费套餐对抗联通CDMA 1X"掌中宽带"业务，进一步降低了用户无线上网门槛。E-GPRS使用与GSM、GPRS相同的无线频谱资源，在相同的资源下，E-GPRS可以支持相当于3至4倍的GPRS传输速率，可有效缓解热点地区严重的GPRS拥塞问题。但是，E-GPRS网络发挥出高性能需要良好的无线环境、充足的信道资源、以及Abis、PCU处理能力、Gb链路带宽等多方面因素的支持。

参考文献

【1】　韩斌杰.GPRS原理及其网络优化[M].北京：机械工业出版社，2003.

【2】　3GPP TS 45.001 V6.7.0.Physical Layer on the Radio Path.General Description[S].

【3】　3GPP TS 45.002 V6.12.0.plexing and ple Access On the Radio Path[S].

【4】　3GPP TS 44.018 V6.20.0 Mobile Radio Interface Layer 3 Specification；Radio Resource Control（RRC）Protocol[S].

【5】　3GPP TS 43.051 V6.0.0.GSM/E-GPRS Radio Access Network（GERAN）Overall Description，Stage2[s].