GPRS引入对GSM网络资源的影响

西门子网络技术部 罗劲旅 苏敏
　　作为网络中引入的一种新的技术和新的业务，GPRS的实施必定会对已有的以语音为主的GSM网络资源造成影响；另外，因为GSM语音业务与GPRS数据业务本身特性的不同，网络特定功能对它们的影响也就不同，因此在网络规划时应给予GPRS数据与GSM语音不同的关注和对待，本文将对这些方面做些探讨与研究。

　　GPRS数据业务的特性

　　GPRS作为移动数据业务的载体，它能吸引用户的最重要原因是能提供不同需求的数据服务，例如：WWW业务(网上冲浪，聊天室，在线翻译)，WAP业务(WAP邮件，WAP上网)，E-mail业务，E-com-merce业务(在线银行，在线商店，股票查询)，远程信息(Telematic)业务(位置跟踪，交通信息)，生活休闲业务(酒店查询，旅游信息)。

　　不同数据业务的话务特性是不同的，例如WWW业务的数据包以及数据量通常都远远大于WAP业务。

　　除了数据业务种类的多样性，数据业务用户也是不同的。例如，商业用户(Busi-ness Subscriber)，中端用户(Mixed Subscri-ber)和私人用户(Private Subscriber)对不同数据业务的数据量要求区别是很大的。例如，商业用户对WWW业务的需求比私人用户大很多，但对WAP业务的需求相近。

　　用户的分布情况是影响网络话务量分布另外一个重要因素。不同级别的GPRS用户的分布是不一样的，例如：商业用户主要集中在城市中心区域，而私人用户则在居民区占较大比例。

　　很明显，GPRS数据话务量比GSM语音话务量的分布复杂很多，它是GPRS数据业务类型，数据用户级别以及用户分布的综合。在不同地区的GPRS数据量的不同，因此对GPRS无线网络容量与GPRS无线编码方案(CS：Coding Scheme)的要求也就不同，例如高话务量商业中心区域需要高的编码方案CS4以及更多的GPRS无线信道，这都是实际网络规划中应考虑的因素。

　　GPRS对网络资源的影响

　　GPRS数据业务需要与GSM语音话务共同使用网络的资源并且相互影响，因此如何合理有效地在GPRS数据业务与GSM语音业务之间使用网络资源，是引入GPRS时的一个重要的课题。

　　GPRS网络无线链路质量-载干比(C/I)直接决定GPRS数据传输速率，而无线网络的频率使用是最直接决定载干比的因素；频率使用中最重要的方面就是频率复用的选择。根据GSM05.50可以知道，在TU3的测试环境为达到GPRS网络帧删除率(BLER)小于10%，CS2需要载干比15.5dB，CS4需要载干比20dB。因此根据模拟结果可以知道不同CS情况下满足条件的网络区域：

　　·CS2：3/9复用时，25%的区域载干比小于15.5dB，即帧删除率大于10%；4/12复用时，该数值下降为12%

·CS4：3/9复用时，48%的区域载干比小于20dB，即帧删除率大于10%；4/12复用时，该数值下降为30%。

　　众所周知，GPRS数据业务比GSM语音业务需要更宽松的频率复用以保证无线网络的载干比，提高GPRS数据传输速率。因此，在GPRS网络中，应针对两种业务提供不同频率复用度。另外需要注意的是，可以被数据业务与语音业务共同使用的GPRS动态信道(dynamic channel)，对无线信道容量是大有裨益的。但是，动态信道也意味着在某种意义上频率资源的“浪费”，因为这些高复用的频点被低要求的语音业务占用，例如语音业务只需3/9复用却占用为GPRS规划的6/18复用频点，该问题在GPRS数据负荷小时就更明显。

　　此外，跳频对GPRS数据业务的影响比对语音业务的影响更加复杂。经分析我们可以得到以下结论：

　　·编码方案越高，跳频增益越小。

　　·载干比较低的用户(使用编码CS1和CS3)，在小BLER要求时，跳频能提供正增益。

　　·载干比较高的用户(使用编码CS4和CS3)，跳频只带来负增益。

　　功率控制的使用也能影响无线网络载干比的分布情况：

　　·功率控制能平均化网络的载干比，即低载干比与高载干比的用户数目减少，而中等载干比的用户数目增加。

　　·在允许编码方案CS1和CS3的网络中，功率控制能提高数据速率；在允许编码方案CS4的情况下，使用CS4的高数据速率用户会减少无线链路控制选择已经在GS目的信道作为GPRS容量并保证语音业务容量不受影响是一项很重要的工作。根据模拟发现，GPRS的信道负荷率是影响数据业务的服务质量(Quality of Ser-vice)的一个十分关键的因素，当GPRS信道负荷率达到85%以上时，GPRS用户的数据传输速率会急剧下降，而网络对数据业务的反应时间会急剧上升。

　　GPRS的无线网络容量规划是一项重要的，但同时也是颇具挑战性的工作。就目前而言，还有以下几项需探讨解决的难点：

　　·GPRS数据本身的业务多样性使得GPRS的容量规划更加复杂。

　　·就GPRS容量规划方法还没有形成统一的共识，不同的方法计算原则不同，计算结果也相差甚远。

　　·GPRS用户的话务模型不甚准确。

　　·作为容量规划的一部分，GPRS的信令负荷与信令信道容量规划。

　　GPRS对双频网的影响

GSM900与DCS1800双频网络一般有三种网络结构，分别为：900MHz基站和1800MHz基站使用独立BSC及独立MSC；900MHz基站和1800MHz基站使用独立BSC但共MSC；900MHz基站和1800MHz基站共BSC、共MSC。

　　现有实际双频网络中最普遍的是第一种结构，由于900MHz和1800M基站在同一地点重复覆盖并且属于不同的LAC位置区，所以对于GPRS手机，可能会频繁的路由区更新和小区重选。而另两种双频网络结构中，则根据配置不同，在LAC位置区或RAC路由区边界作路由区更新。这种频繁的路由区更新和小区重选对手机GPRS性能会有什么影响呢？

　　从移动中GPRS手机下载数据的下载速率(throughput)变化趋势可以看到，当手机进行小区重选时必须停止传送数据，等待完成小区重选后再恢复传送，期间数据传输暂停历时约3秒钟；当手机进行路由区更新时必须停止传送数据，等待完成路由区更新后再恢复传送，期间数据传输暂停历时约15秒钟。因此频繁的小区重选很显然会降低数据传送的平均速率，而频繁的路由区更新会更严重恶化这一指标。根据测试统计经验，下载一个2M大的文件，在一般情况下，如果发生3次路由区更新，则平均速率会降低约12%。

　　不同网络结构情况下小区重选和路由区更新有什么区别呢？实际上路由区更新(RoutingAreaUpdate)或小区更新(CellUpdate)在不同网络结构时差别很大，对GPRS数据传输会自然产生不一样的影响。

　　与GSM语音业务一样，建设一个好的网络必须先了解网络中的用户行为和话务模型。GPRS在带来丰富多彩的数据应用的同时，也带来了网络资源分配与网络规划的不同与复杂。网络的无线频率资源复用以及跳频，功率控制等无线链路控制选择的应用都有必要对GPRS作特殊的处理，例如不同网络区域会使用不同的GPRS编码方案，则这些地方使用跳频的选择就会不同；另外与语音业务共享信道资源的GPRS数据业务的无线容量多少也是影响整体网络性能的重要因素；另外一方面，我们发现GPRS网络的网络结构对GPRS的网络性能(信令负荷，数据速率)也有直接影响。

　　总而言之，在实际的网络中，我们有必要对传统GSM语音业务与GPRS数据业务既区别对待又综合考虑，最后的目标是让网络资源得到最充分而有效的使用。

摘自《通信产业报》2002.7.24