基于GPRS的PDCH信道配置方法研究

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1 引言
随着EGPRS业务的不断推广应用，目前国内数据用户和数据流量正在快速增长，对无线信道资源和相关网元资源提出了严峻的考验。为了保持良好的发展态势，需要做好数据网络本身的优化工作，同时要解决数据网络不断发展所带来的对GSM无线资源竞争的问题。PDCH信道即分组数据信道，它是GPRS/EGPRS网络所特有的小区级业务信道，它与GSM网络无线信道共享空中接口物理信道，因此在小区物理信道有限的情况下，配置过多PDCH信道可能会对GSM网络产生严重的影响[1]。比如：在GSM网络无线资源已经比较紧张的小区配置过多的PDCH信道可能引起GSM无线资源浪费，从而导致GSM网络话音业务接入性能大幅下降；在GPRS网络业务量较大的小区配置过少的PDCH资源又会导致GPRS/EGPRS网络业务接入性能下降而影响用户的使用感受。因此，有必要对PDCH信道的配置原则和方法展开研究与探讨。

2 数据传输速率统计
从空口数据速率上来看，GPRS网络采用4种编码速率，为CS1～CS4，而EGPRS网络采用9种编码速率，为MCS1～MCS9。根据数据业务速率适配原则可知，信道采用的编码方式随着载干比C/I的改变而改变，因此数据流量中各种编码所占的比例也会随之改变。而单信道平均吞吐量的大小取决于各种编码所占的比例。
通过无线网络的数据采集，提取各种编码方式的比例，可以初步取定现有无线环境下GPRS/EGPRS单信道平均吞吐量。由于GPRS/EGPRS数据业务存在地域不均衡性，这里首先将区域分类：密集城区、普通城区、郊区以及其它区域。在此基础上分别统计各个区域GPRS/EGPRS单信道平均吞吐量。

3 PDCH信道配置方法

3.1 现有GPRS/EGPRS容量估算方法
关于GPRS/EGPRS的无线容量规划曾有文献进行过探讨和阐述，但一般都是围绕着系统能支持每用户带宽展开，在信道配置上，相应地都是以Erlang B公式为依据[2]。由于GPRS业务有不同带宽需求和不同业务模式，在进行容量估算时要综合考虑。关于多业务情形下的小区容量估算方法，主要包括Post Erlang B、Equivalent Erlangs、Stochastic Knapsack算法和坎贝尔（Campbell）方法。但是现有的容量估算方法存在着不同程度的局限性：有的方法总量规划与小区信道配置不能有机结合，有的规划结果不够准确（与实际需要配置规模相差较大），等等。
目前有相关技术人员对其进行了研究，根据GPRS用户数量、每用户吞吐量、重传比例和每PDCH信道承载速率几个要素来计算PDCH数量，并推导了计算公式，如下：
Number_PDCH_per_cell =Number_GPRS_user × Ave_throughput_per_user/
Ave_throughput_per_PDCH。
式中各参数定义如下：Number_PDCH_per_cell指一个小区内所需PDCH信道数量；Number_GPRS_user指一个小区内的GPRS用户数；Ave_throughput_per_user指忙时平均每用户吞吐量；Ave_throughput_per_PDCH指每个PDCH的IP承载速率。
该估算方法以小区的实际用户数和平均每用户吞吐量为依据，真正考虑了用户的实际感知度，而且比较简单，易于实际操作。

3.2 基于用户数的PDCH信道配置方法
基于用户数的PDCH信道配置方法模型如图1所示：

图1 基于用户数的PDCH信道估算模型

（1）实际数据业务用户数估算
GPRS/EGPRS实际数据业务用户数量可以根据GSM用户折算，也可以通过Gb口和实际统计数据获得。在这里，我们采用后者统计并以阿尔卡特设备为例进行说明。GPRS/EGPRS总用户数可以通过小区Counter P36（定义为AV_NB_DL_TBF_SIMUL_EST：平均同时使用的GPRS/EGPRS的终端数）进行统计。另外通过信令跟踪情况了解某小区的平均真正使用业务信道的用户数，即过滤出Attach Request、PDP激活请求和周期性路由区更新请求消息，通过（PDP激活消息的占比＝PDP激活请求÷（Attach Request＋PDP激活请求＋周期性路由区更新请求））来了解实际使用业务的用户占比，因为当进行真正的业务数据时都需要进行PDP激活的过程。上式中，实际使用业务的用户占比考虑到了一个BSC下的各个小区的的占比情况应该基本类似，所以该BSC下的各个小区的占比情况只需要通过Gb口跟踪的统计结果即可知道。
（2）用户速率所需PDCH数
用户速率所需PDCH数指的是用户所要求的数据速率除以该区域GPRS/EGPRS单信道平均吞吐量。如果要求用户速率达到150kb/s，那么在MCS9的编码速率情况下，需要独享的PDCH信道数即为150/59.2≈2.5个PDCH信道。由前面的分析可以知道，GPRS/EGPRS单信道编码速率受无线环境影响，是多种编码速率的线性组合，可以统计，并且按区域划分能使统计结果更加符合实际情况。

3.3 基于带宽利用率的PDCH信道配置方法
小区的数据流量可以通过统计得到。我们先来看语音业务对TCH信道资源占用情况：如果TCH承载语音业务，则同一时刻整个信道都将被一个用户占用，即是专用的（半速率与此情况类似，只是将一个TCH分给两个用户了，但专用的性质不变）。但对于GPRS/EGPRS的数据业务，用户对PDCH信道的使用可以实现共享，即在同一时刻多个用户可以共享同一PDCH信道；另外，同一PDCH信道所能提供的数据带宽不是一成不变的，它会受无线环境质量、其他网络资源使用等情况而动态变化。因此，对于GPRS/EGPRS的数据业务，我们同时考虑信道带宽利用率的概念。模型如图2：

图2 基于数据流量的PDCH信道估算模型

图中各个区域内单信道的平均吞吐量在上面已经统计过。
考虑了信道带宽利用率之后，得到2008年各个区域的单小区PDCH信道配置数结果。
对于无线信道利用率的预测，我们结合PDCH平均复用度、占用PDCH信道数、可用PDCH信道数等方面考虑。在对测试小区的QoS评估中，发现其中PDCH平均复用度的衡量可以较直观地反映每个小区的负荷状况，即反映空口资源的利用率情况，所以在随后的小区测试QoS评估以及全网PDCH配置建议中都会使用到这个衡量指标。该指标的具体定义如下：PDCH复用度可以理解为每个PDCH信道上所叠加的用户数的多少，叠加的数量多则说明PDCH资源负荷较高，反之则说明空闲的PDCH资源较多。
由于以上两种方法都有一定的前提，因此在信道配置过程中可以同时使用这两种方法。以数据流量划分区域为共同前提，假设小区密度基本符合网络实际，两种方法的结果比较相近，可以得到GPRS/EGPRS无线信道利用率与实际数据业务用户数量的关系。

4 优化修正PDCH信道
以上模型都基于实际的吞吐量带宽需求、用户的速率需求等方面，但是根据网络的运营情况，我们还要对其进行优化与修正。

4.1 无线资源最大化利用
根据对无线资源利用率的分析，目前中国移动的GSM无线网络利用率水平较高，空中资源非常紧张。在语音业务需求高的区域，数据业务需求也较为迫切，一方面是TCH资源非常紧张，另一方面为保证GPRS服务必须设置静态PDCH信道（动态信道在语音繁忙时会被抢占；静态和动态信道的设置要结合网络实际情况来平衡）。

4.2 用户分布情况
数据业务与语音业务有很强的关联性，但并不是一一对应的。就中国移动而言，在相当部分农村市场，由于其资费等因素的优越性，导致语音话务很高；农村市场在数据业务方面则是业务需求不明确的市场，不能根据语音话务来定。而在市区商务区，其办公条件优越，如有办公电话等，话务需求往往要低于预期，但数据需求却比较高，这些属于数据业务需求明确的市场，需要反向考虑。
另外，要开展定期和多方面的测试，积累实际运行数据，深化和细化对各方面用户感知度的认识，进行比较和总结，以指导设备的配置和相关参数的设置。

5 结束语
GPRS/EGPRS网络和GSM共享无线信道资源，对GSM网络在资源方面形成了竞争。随着近年来数据的快速增长，如何合理配置GPRS/EGPRS空口信道PDCH成为了一个亟待解决的问题。本文从分析PDCH信道吞吐量入手，结合用户实际需求，重点讨论了PDCH信道配置的两种方法——基于用户数的PDCH信道配置方法和基于带宽利用率的PDCH信道配置方法，最后提出了修正PDCH信道配置需要考虑的几个实际因素。