关于低速无线电寻呼系统扩容方法的探讨——常忠

关于低速无线电寻呼系统扩容方法的探讨——常忠
    一、背景与意义
    截止到1997年底，社会寻呼台约有2200家，中于受到技术、资金等多方面的限制，投
资建台多采用POCSAG编码方式，且传输速率在1200bps以下，经多年的运行，不但系统、寻
呼机开始老化，而且网络容量越来越趋于紧张，有限的频率资源也几乎使用殆尽。
    当前国内寻呼界为了扩展容量，充分利用频率资源，有许多寻呼台引进了美同FLEX系
统，其运行速率可工作在6400bps，甚至：9600bps,容量可达20万用户／频点，但由于受到
投资与技术条件的限制，使许多寻呼台又望而却步。
    为厂更充分有效地利用频率资源和设备资源，经电信总局批准，原邮电部移动通信局
决定进行150MHz无线电寻呼系统扩容研究和现场试验。我们知道寻呼系统的扩容关键就是
提高传输速率和编码效率，编码效率与寻呼信号的协议有着直接的关系。寻呼协议是一种
语言，或一套规则，它决定着容量、等待时间和信号速率、寻呼机电池寿命和数据完整性，
以及寻呼服务提供者和使用着眼中所有关键的品质。根据理论分析得知提高传输速率又会
带来降低覆盖范围和出现新的干扰等问题，同时为更好地利用原有频率和设备资源，采用
新的寻呼协议，就必须充分考虑与原系统的兼容性。综合以上分析，本文在现场试验的基
础上探讨了一种新的扩容升级方法。
    这种方法是在原有150MHZ低速寻呼系统设备及频率资源基础上，通过增加新的与原
POCSAG编码协议相兼容的APOC协议提高传输速率，来达到系统扩容的目的。
二、APOC编码协议格式
    APOC（Advanced  paging  operator code，高级寻呼操作码）是PHILIPHS于1993年开
发，1994年公布的，APOC码的部分开发人员曾参加过POCSAG码的研制，所以在APOC码的研
制过程中，考虑了与现有POCSAG码系统的兼容性，因此说它是POCSAG的一种升级形式，码
速率可为 1200、240O、3200、48O0和5400bps。对于前两种速率，APOC采用2电平FSK，后
三种速率则采用4电平FSK，APOC使用短的前置码以最大限度地提高系统容量。
    APOC码分为第一阶段码和第二阶段码，第一阶段码主要是针对1200bps的速率，和POCSAG
码只有较小的差异，如果需要，2400bps的速率也可以使用这种结构；第二阶段码为一般化
的码结构，对4种速率都可适用，由于120O和2400bps可以用第一阶段码，故又称第二阶段
码为高速码。
    APOC120O码和POCSAG码结构人致相同，也是批、帧、码字结构。前置码为576bit和POCSAG
一样其码型由101O…组成，它可以在每个传送周期前发一次，也可以若干个周期发一次。
每码字32bit，采用扩展的BCH（32，21）码，每帧两个码字，每批内含 1个同步字SC和 8
个帧，SC也和POCSAG的相同，但不同的是APOC采用全同步传递方式，因此每15批构成一个
传送周期，一个周期时间为6.8秒。定义第0批的SC后的第一码字为“O批标记”，它是系
统预留的地址码，它和“批”中其它的码字结构是一致的，作为传送周期的标志码；另一
方面，APOC系统规定其寻呼机只检测一周期中某一帧的地址码，不像POCSAG寻呼机要检测
每一批的某一帧，囚此，O批标记实际上起到了“批同步”的作用，APOC的寻呼机不需要在
每个SC都加电，只需在它所分配的那个批中的SC和其中的某一帧才加电，寻呼机在每次失
去同步后（例如开机或超出服务区），只要检测到0批标记，就可以很快同步到自己的批和
帧上。
    APOC2400码的传送周期分成两个半周期，每半个传送周期传送15批，每批包含一个同
步码字和随后的8帧，每帧也同 POCSAG码一样有 2个码字，每一次信息传输都是由前置码
开始的，若与POCSAG兼容传输，则前置码为576bit；若传输信道中只有APOC寻呼机，则前
置码是16bit。
    APOC第二阶段码和第一阶段码一样，一个传送周期也是6.8秒，由三个高速批（HSB）
组成，每批均以同步码SC开始，码速可以是1200、2400、3200、4800和6400bps中的任何
一种，但是SC的速率始终是1200bps,且码字也和POCSAG相同。由于总是三批，传送周期是
6.8秒，SC总是1200bps的速率且为32比特，所以对于不同的码速率，每批的帧数、每帧的
码字数和每码字的比特数都是可以改变的。
三、扩容系统容量分析
    系统容量是指地址容量和信道容量两个方面，地址容量就是地址码所能表示的数的总
量，一般是个定值，APOC地址码将近10亿个。
    信道容量与系统内用户的呼叫量、信息的长短、信息在码流中占的比例等因素有关，
因此理论分析计算单一协议的信道容量C的公式为：
     1800Rp.（1-f）·r的负1·b的负1.n   有追呼
C＝ 
     3600Rp.（1-f）·r的负1·b的负1.n   无追呼
     C的单位为用户／信道
    式中Rp为寻呼系统的码速；f为系统空闲系数；r为忙时寻呼率；b为每条信息转化二
进制数的比特数；n为寻呼系统的信息编码效率，令n1 为码字的编码效率，n2为寻呼系统
的管理开销系数，则
      n=n1.n2，
    设在寻呼系统发送的有关信号周期内信息比特数为n1，管理开销比特数为n2, 则
    n2＝n2／（n1＋n2）
    根据信道容量计算公式，我们可分别计算出各种忙时呼叫率时不同传输速率法不同编
码万式时的信道容量。
  四、实际升级系统的
    容量测试结果升级系统的编码器PC／MMM在某一时刻根据通过系统的话务量和类型动
态地转换于POCSAG120O和APOC2400之间。不同协议之间的混合经常引起一定数量的低效和
丢失，混合丢失主要取决于混合协议的类型和执行混合的编码器算法。
    APOC24OO被设计成可以与POCSAG有效地混合。
    我们考虑一个简单的例子，系统在高峰时间发送POCSAG消息，此时一个APOC消息引入
系统。如果编码器立即发送APOC消息，这不得不暂停P0CSAG再引入一个完全的 APOC）周
期。这个APOC周期将只有一个有用的消息，在周期的其它部分将填充空闲码字，因此浪费
容量，最有效的方法是等到编码器有了足够的APOC消息使其填满了一个完整的周期后再发
射，然而由于排队填充，将导致前面的消息有明显的延时。PC／MMM编码卡采用组合方法，
提供最有效的信息负载，同时保持延时最小。控制决策过程的参数是可编程的，并且可被
修改。以使其适应特定系统活务量的类型。因为预测实际操作算法的性能是非常复杂的，
在设计APOC2400系统时实际测量了编码器在不同比例POCSAG和APOC混合时的最大容量。
    容量测试的方法是产生：（生成）一些包含10K或 20K消息的长文件，其包含APOC和
P0CSAG消息的百分比是已知的，文件中消息RIC是随机的，以模拟真实消息。每个文件被
编辑成包含一个开始和一个结束寻呼信息，通知给一个实际的寻呼机，通过寻呼机记录测
试完成1OK或2OK寻呼信息所用的时间，然后计算出忙时所能处理的寻呼量，并计算出系统
的容量。文件名以A或B开始（A和B表示不同的信息类型），并有一个数字指明该文件小中
APOC业务量。
    如火件名A4O表示信息类型A，其中4O％为APOC240O，6O％为POCSAG用户。
    在每个测试中，很多这样的文件连接在一起组成一个非常长的文件。文件结构如图1
所示：
    图2是类型A文件情况下两套不同编码器参数设置的测试结果。它表示了在不同比例话
务量下最合适的编码器设置，很明显系列2编码参数适合FAPOC）话务量低于50%的业务，
而系列l适合于FAPOC话务量高于户5O％的业务。
    这样，系统的实际容量曲线是由系列I和系列2两条曲线的组合，如图3所示。
    根据忙时呼叫率（BHCR）情况，可将系统容显C转换成用户数量N，转换公式是：
      N＝C／BHCR
    图4给出了BHCR为0.35，不同的P0CSAG用户时，所能增加的用户容量。
    由图4可以看出，假如POCSAG用户拥有10000个，那么可增加的APOC用户数量可以超过
150000，这样总的用户数大约是165000。
    五、结论
    本次150MHz无线电寻呼系统扩容方法的试验，通过了由原邮电部移动通信局和传输
所等单位专家组成的评审小组的评审，评审小组一致认为，从现运行的150MHz系统上进行
APOC2400bps现场系统升级，无论在技术上还是在经济上均是可行的；升级后的系统可以兼
容传输POCSAG512/1200bps和APOC2400bps速率的寻呼信息，而系统覆盖范围不变；系统升
级费用较低，而系统容量提高较大，原系统的现有用户量较低，升级后的系统扩容效益较
高；采取适当的措施，在基本不影响现有用户寻呼业务的前提下，可以平衡地实现现有系
统的现场升级。