浅析GPRS无线信道PDCH设置.doc

浅析GPRS无线信道PDCH设置李勇(辽宁移动通信有限责任公司沈阳分公司110011)摘要：目前我们对GPRS PDCH的配置多采用固定模式，但随着GPRS业务的不断发展已经不能适应当前的形势。本文通过计算推导的方法，对GPRS网络无线信道PDCH的设置进行了分析。关键字：GPRS、PDCH、计算、分析1背景介绍GPRS(General Packet Radio Service)即通用分组无线业务，目前在全网已得到了广泛的推广和应用。GPRS在现有GSM网络基础上叠加少量网元，就可以完成无线数据服务，让广大GSM移动用户提前享受到部分3G服务，因此GPRS又称为25G。PDCH(Packet Date Channel)即分组数据信道，是实现GPRS的最基本要素。PDCH其实是无线数据业务在空中接口上的承载逻辑实体，它和话音信道一样都是由GSM载频提供的，这正是它能得以推广的独到之处。由此可见，PDCH的规划、配置、优化就和GPRS网络性能息息相关了。而且，正因为PDCH和话音信道一样都要占用我们有限的载频资源，对它的关注同时也对我们GSM话音网络的性能起着非常重要的作用。目前沈阳采用的PDCH配置方法是采用固定的模式：在每一个扇区都配置4个静态PDCH。这样的配置可以很快地覆盖全网，尽早地提供GPRS服务，但是，这种配置思路也暴露出一些不足，尤其是不能从总量上控制到底需要配多少PDCH才合适。由于GPRS业务的移动性，再加上目前沈阳GPRS，用户相对话音用户少得多(见表1)，所以，无线数据业务的产生具有很强的突发性。因此，象话音网络那样在小区一级来考虑PDCH是不具有普遍意义的。更应该把着眼点放在BSC一级来先作通盘考虑，再根据某些小区的特殊情况作具体的考虑。表l城市HLR内存在用户数有位置登记的用户数GPRS用户数沈阳226085921107411104632对GPRS无线信道PDCH的分析21协议及封装GPRS数据传输平面如下图所示：22分组数据信道(PDCH)为了支持分组数据的传送，GPRS系统引入新的逻辑信道分组数据信道PDCH(packet data logical channel)。PDCH可以更细地划分成分组广播控制信道PBCCH、分组公共控制信道PCCCH和分组数据业务信道PDTCH。PBCCH信道用于网络发送分组系统消息，PCCCH信道用于分组数据业务的接入和寻呼，PDTCH信道用于承载分组数据业务。PDCH信道都是52复帧的结构，在GPRS业务引进的初期PBCCH信道和PCCCH信道不是必须的，GPRS手机可以从BCCH获取和分组业务有关的系统消息，从CCCH上收到分组寻呼和进行分组数据业务的接入。PDCH从另外一方面义可分为静态PDCH信道和动态PDCH信道。静态PDCH信道只能用于PDCH，动态PDCH信道在缺省时用做TCH，在有分组数据业务需求时可以转换成PDCH信道。动态PDCH的引入对于合理使用空中资源有很大的好处，静态PDCH信道和动态PDCH信道的数量可以从0个到小区内所有的信道。分组逻辑信道(PDCH)可采用以下3种方式进行信道组合：方式1：PBCCH+PCCCH+PDTCH+PACCH+PTCCH；方式2：PCCCH+PDTCH+PACCH+PTCCH；方式3：PDTCH+PACCH+PTCCH。在GPRS业务量不大的情况下，一般小区内GPRS与电路业务共用BCCH和CCCH。此时小区内仅需要信道组合方式3。随着业务量的增大，小区内需要配置分组公共信道，需要增加信道组合方式1和2。23编码方式为了更有效地利用无线资源，GPRS系统引入了四种不同的无线信道的编码方式：CS-1、CS-2、CS-3和CS-4，数据速率依次为905 Kbps，134 Kbps，156 Kbps，214 Kbps，其中CS-l就是SDCCH的编码方式，CS-1，CS-2所要求的CI与电路型基本相同，可覆盖小区的90-100，而其它编码方式提高了编码的信息量但是降低了抗干扰的能力，CS-3较高；CS-4对CI要求很高，需要良好的无线环境，GPRS系统可以根据传输的质量灵活地调整编码方式以取得最佳的传输效果。24 MS的多时隙能力在GPRS系统中，手机在进行上下行数据传输时可以占用空中接口的1个至8个时隙，这主要由手机的硬件能力决定。多时隙能力等级129：等级数越大，多时隙能力越强。影响MS多时隙能力的因素：是否能同时发送和接收(取决于是否有多于一个的收发信机)考虑MS做邻近小区测量、收发信机发射准备、收发信机接收准备等时间要求跳频对时间要求影响的考虑实现时的目标市场细化的考虑25分组系统消息GPRS系统引入了分组系统消息，用于在一个小区内广播和分组业务相关的系统参数，分组系统消息只能在PBCCH信道发送。GPRS手机在进入一个支持GPRS业务的小区时，首先从BCCH上收听系统消息13(S113)，如果该消息表明小区内存在PBCCH信道那么手机就转向监听PBCCH信道，从PBCCH信道上得到全部的分组系统消息，否则手机从系统消息13获取和分组数据业务有关的系统参数。26数据传输原理TBF：临时块流(Temporary Block Flow)，它是MS的RR实体和BSS的RR实体之间在进行数据传送时的一种物理连接。TBF只有在数据传送过程中才存在。GPRS手机在某一段时间内有可能只进行上行或者下行数据传输，这样的一个数据被连接到TBF，每个TBF可以承载一个或者数个LLC层的分组数据单元。手机可能同时存在上下行的TBF，一个TBF可以占用多个时隙，一个时隙可以为多个TBF共用。TFI：临时流标志(Temporary Flow Identity)，它是TBF的标志，TBF由TFI、数据传送方向唯一标志。TFI共五位比特，取值范围为031。同一TRX的不同信道可以使用同一TFI值，这一TFI可以标志同一FBF，也可以标志不同TBF；,同一信道同一时刻任一TFI值唯一属于一个上行或下行TBF；同一MS的同时上下行TBF可以使用不同的TFI，也可使用相同TFI。USF：上行链路状态标志（Uplink State Flag），它用于动态分配模式下控制多个MS使用无线信道。USF共三位比特，取值范同为O7。3PDCH的数量设置计算31每个PDCH实际的IP层数据承载速率GPRS中可以使用四种不同的编码方法，分别为CS1、CS2、CS3和CS4。在传输用户数据的过程中，需要包含部分协议开销和信令开销，因此实际传输的用户数据的速率远小于编码方法的标称值。另外，由于移动上网的特点是：下行流量(网络MS)远远大于上行流量(MS网络)，所以GPRS的系统吞吐量主要考虑下行流量。下面的计算过程说明如何算出各种编码算法的IP层数据承载速率。计算过程基于以下假定或事实：每20ms传输一个无线块(RLC数据包)；假设没有SNDCP压缩与解压和分段与重组(这样一个IP包，在LLC层就是以1个LLC PDU传输)；一般RLCMAC头占用3字节，这样除去备用比特，CS1、CS2、CS3、CS4编码方式下，每个RLC数据包可以传输的LLC PDU字节数依次为20字节、30字节、36字节、50字节；假设IP平均包长度为100字节；假设平均10个IP包，IP数据流连续；RLC采用确认模式，并考虑10的重传率；RLC确认模式下的传输，正常情况下，每次连续IP包流意味着一次TBF建立和释放过程，假设每次下行方向TBF的建立之前都伴随一次上行TBF的建立和释放过程，则一般一次下行TBF从建立到释放的过程中，RLCMAC控制块开销在4块左右。Gb接口每PDU的FR、NS、BSSGP、LLC、SNDCP的协议头合计53字节。假设LLC帧格式为：LLC头(9字节)+SDNCP头(4字节)+IP数据+FCS(3字节)，每个包占用一个RLC长度指示字节；注：在以上的假设当中，最可能发生变化的包括这样几个假设：IP包的长度、IP数据流连续的IP包的个数、重传率，这二个数据在后面的结论中将参数化。这样无线口每次TBF的下行需要传送的PDU的总字节数=(100+9+4+3+1)101170节；则对系统来说，无线口承载的IP包的有效速率(不考虑中间可能等待的时间，因为这些时间可以用于其他TBF的数据块或控制块的传输)为：对于采用非确认RLC模式的情形，LLC层一般不采用非确认方式，这样就必须考虑LLC层的重传率。而LLC层的重传一般而言在带宽开销方面要高于RLCMAC层的重传。故采用非确认RLC模式，并不能提高PDCH的IP层承载速率。32对PDCH数量需求的计算根据上述的话务模型，使用下面的这样一组公式(部分公式可以参见第一部分的说明)，可以计算得到相关的数据：CS1的每一PDCH的Um接口IP层承载速率UV1=(L*N*8)(CEILING(CEILING(L+9+4+3+1)*N20，1)+4)*1.1，1)*20)=64单位：KbpsCS2的每一PDCH的Um接口IP层承载速率UV1=(L*N*8)(CEILING(CEILING(L+9+4+3+1)*N30，1)+4)*1.1，1)*20)=9.41单位：Kbps每一PDCH的Um平均IP层承载速率AUV=(UV1*EU1+UV2*EU2+UV3*EU3+UV4*EU4)100=64*02+941*08=88说明：根据GPRS话务模型中的各种编码方式的使用比例，来计算平均的承载速率。目前多只采用CS1和CS2编码。单位：Kbps忙时GPRS用户数据速率（IP层）OSV=US*F1000说明：这个值代表了忙时的平均用户总速率。单位：KbpsUm口需要配置的PDCH信道数PDCH=MAX(CEILING(USVAUV，1)，CEILING(BS*P100，1)说明：前半部分代表计算出来的PCU理想情况下需要的PDCH数目，后半部分代表按照必须同时提供GPRS服务的小区数目的最小PDCH数，两者取大值。单位：条PDCH4结束语GPRS业务的引入对网络规划、维护和优化都提出了新的要求。一方面分组数据业务和语音业务在空中接口上传输特性有相当大的差别，另一方面GPRS业务又存在和标准的GSM业务共用相同的无线物理信道的情况，所以需要综合考虑各方面因素。但是最重要的是根据业务量的大小确定PDCH的配置数量，这样在给每个小区分配PDCH时就可以做到心中有数。分配的原则如下：在比较偏远的郊区尽量用动