升級到GPRS后的GSM網業務接入能力分析

　　 
　　為適應社會對高速移動IP業務的需求，GSM標準組織發展了分組無線數據業務――GPRS，它不僅能在無線信道上提供9.05～171.2 kbit／s的可變速率，更實現了無線信道上數據分組傳送，在現有電路交換網絡中引入了分組網，

為GSM運營者由僅提供話音業務向提供綜合信息服務業務領域拓展提供了重要的網絡平臺，并為GSM網向第三代演進打下了基礎。引入GPRS后的用M網在傳統話音接入基礎上，提供了分組數據的接入，對現有頻譜下話音及數據等綜合業務接入能力的分析有利于GPRS升級時綜合考慮業務與網絡的同步發展，從而為GPRS大規模應用的規劃和設計提供合理的理論指導。
　　
　　1 現有頻譜下GSM話音頻譜效率分析
　　GSM蜂窩系統的頻譜效率定義為單位面積單位頻帶所能容納的話務量或用戶數，單位分別為Erl（km2•MHz），或戶／（km2•MHz），它是衡量通信系統業務接入能力的重要指標。GSM蜂窩系統的頻譜效率可表示為調制效率ηm。及多址效率ηMA的乘積即η=ηm×ηMA。其中，ηm=（B／Bc）／H／BNA＝H／BcNA，式中：B――系統可用的總帶寬（MHz）；Bc――話音信道帶寬或信道間隔（MHz）；H――每信道的話務量（Erl）；N――簇蜂窩內的小區個數；A――小區的面積km2）。
　　
　　ηMA接入效率主要取決于業務信道及公共控制信道的比例，GSM可達到0.9。
　　
　?。?）常規4×3頻率復用方式
　　
　　H為0.7Erl／TCH，Bc為0.025MHz，常規4×3小區復用下N取值為12，A在正六邊形蜂窩結構小區面積為2.6R2／3，目前，城區基站間間距一般可達5mm，即D=5mm，可計算小區半徑R＝D／3 ＝500／1.73＝289m。
　　
　　根據上述取值，可計算GSM蜂窩系統的話音頻譜效率：η=0.7×0.9／(0.025×12×2.6×0.5×0.5/3/3）=29.1Erl／（km2•MHz），以平均每用戶忙時話務量取0.02Erl，則單位面積單位頻帶所能容納的用戶數為1454戶／（km2•M比）。
　　
　　(2）采用MRP、1×3、IU0等頻率復用方式
　　
　　MRP緊密頻率復用的頻率復用度可達7×8，1×3頻率復用方式的頻率復用度可達7，IU0智能同心圓技術的頻率復用度可達8～10。
　　
　　目前網上采用較多的是MRP緊密頻率復用及1×3頻率復用方式，為計算采用頻率緊密復用后的頻譜效率，可取復用度為8，則η＝29.1×12／8＝43.6Erl／（km2•MHz），以平均每用戶忙時話務量取0.02Erl，則單位面積單位頻帶所能容納的用戶數為2181戶／（km2•MHz）。
　　
　　中國移動在模擬網退網后頻譜寬度達29MHz，則目前GSM網能接入的最大話務密度為1265 Erl／km2（采用緊密頻率復用方式），最大用戶密度為63242戶／km2。
　　
　　上述分析只是針對宏蜂窩，當采用微蜂窩方式，由于可實現更密集的頻率復用，如果對網絡精心規劃，部分地區的話務量吸收會超過上述分析值。
　　
　　2 GPRS引入后GSM話音頻譜效率的損失及數據業務頻譜效率
　　GSM網升級到GPRS，在無線接口上數據業務信道分配方式可采用固定分配、全動態分配、固定及動態分配結合等三種方式。目前手機支持能力為IU＋3D、1U＋4D，如果無線接口數據業務信道分配方式采用固定及動態分配結合方式，即GPRS升級的每小區固定分配一個數據業務信道，2～3個業務信道根據網絡話務情況采用動態分配方式，可計算話音頻譜效率的損失及新增的數據業務接入能力。
　　
　　以目前網上基站常用配置S6／6／6為典型，每小區6個載頻共44個TCH信道，定義其中一個TCH為PDCH，則每小區話音信道損失為1／44=2.3％，話務損失約為2.3％。
　　
　　下面分析每小區固定分配1個數據業務信道，根據網絡話務情況2～3個業務信道采用動態分配方式的情況下，新增數據業務的接入頻譜效率。
　　
　　由于GPRS接入業務占用無線網絡資源的情況和電路業務有可比性，因此其接入的業務量可采用與電路業務類似的話務量概念等效，其接入能力可采用ERLANGB公式進行近似估算。當采用動態分配方式時，設置話音信道為分配時高優先級，分組數據為低優先級，GPRS接入數據業務時充分利用話音業務“剩余”時隙，每GSM信道接入的業務量最大統計取值可為0.7 Erl／信道，除去網絡目前接入的話音業務量即為數據業務的業務量，則網絡可供GPHS使用的話務量為EGPRS=NTOT×0.7-A，式中，EGPRS為GPRS可利用的話務量，NTOT為小區中總的業務信道數，A為小區接入的話音業務話務量。
　　
　　在采用CS-1、CS-2編碼比例為2∶8的情況下，采用IU＋3D方式，3時隙捆綁時平均理論數據速率可達32 kbit／s，平均每時隙理論數據速率可達10.7 kbit／s，考慮一定的數據重傳率及TBF建立時間，平均每時隙實際數據速率約為Rb=4～5kbit／s，取值為4kbit／s。如果數據業務頻譜效率定義為單位面積單位頻帶所能容納的數據量或用戶數，單位分別為kbit／（s•m2•MHz）或戶／（km2•MHz）。類比話音頻譜效率可推導常規4×3復用下GPRS蜂窩系統的數據業務頻譜效率ηb=EGPRS×ηMA×Rb／BcNA=（NTOT×0.7-A）×Rb／BcNA，緊密頻率復用GPBS蜂窩系統的數據業務頻譜效率η2=η1×12／8=1.5×η1。
　　
　　3 現有頻譜綜合考慮下的話音及數據業務接入能力
　　顯然上述分析是基于條件一、話音接入頻譜效率取值最大；條件二、每小區固定分配一個數據業務信道，根據網絡話務情況2個業務信道采用動態分配方式；條件三，每用戶忙時數據量取180 kbit／s；條件四、每用戶忙時話務量取0.02 Erl等條件下的結果。本文仍然基于條件二、條件三，分析條件一變動下的綜合業務接入能力。每冗H話音業務未達到0.7 Erl／TCH，數據接入能力顯然會增大，這說明話音接入能力和數據接入能力間存在替代效果。表1為中國移動29 MHz帶寬下，不同的話音接入和數據接入比例情況下GPRS網綜合接入能力（采用緊密頻率復用技術），此時，900MHZ及1800MHz頻段同時升級到GPRS。
　　
　　隨著GPRS的廣泛使用，終端數據能力的提高及各種業務的開展，無線接口信道分配方式，數據業務模型等將發生變化，整個分析基于的條件也將發生變化，結論將可能不同。
　　
　　4 結論
　　本文只是在理論上分析了GSM網升級到GPRS后的話音業務頻譜效率的損失及新增的數據業務接入能力，計算了GSM網現有頻譜下綜合業務的最大接入能力，該方法及實用性還有待進一步地驗證。但基于目前話務及數據業務模型計算的結論對當前是GPRS網絡規劃具有量的指導意義。

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