淺析半速率信道對話務擁塞的作用

　　 

    作者：中國聯通大連分公司  彭曉峰

    移動通信用戶的迅速增長帶來了移動通信網絡規模的快速膨脹，但由于新增用戶絕大多數是低端用戶，如果繼續對網絡進行大規模投資，將不能取得與之相應的收益。

    為了確保網絡暢通、解決投資和收益問題，可以啟用半速率語音通信技術來解決忙時話務擁塞問題。這不僅能夠有效解決突發話務量造成的網絡阻塞，促進話務量和業務收入的同比增長，還可以節省無線載頻的投資，提高資源利用率。

    聯通大連分公司通過對相關數據分析后發現:大連是典型的旅游城市，其各個基站的話務模型隨著季節的變化有著明顯的不同。對于很多旅游景點附近的基站，如果常年保持高載頻配置，無疑是對網絡資源的浪費。但頻繁地進行網絡調整，則存在著很多現實困難，一是這種情況的小區眾多，工作量極大，并且其中很多小區是偏遠的農村、海島;二是在反復的調整過程中，由于路途遙遠、車輛顛簸等因素，容易造成載頻板以及連接載頻板的鋼跳線的損壞，增加維護成本。

    此外，移動運營商越來越多的市場推廣措施促使話務量增長較快。某些小區在某些特定時段有大量用戶同時通話的需求，如校園周邊的無線網絡容量需求量在學生下課后變得很大。還有臨時舉辦的會議或活動，會造成某些區域突發性話務量劇增，出現嚴重的網絡擁塞，而活動結束之后話務量會立即下降到較低的水平。此時，若增加載頻配置，勢必會降低載頻的利用率，尤其對于校園周圍情形，網絡擴容也暫時無法滿足話務量增長需求。在這種情況下，采用半速率信道，可以在不必擴容硬件的情況下有效地解決話務擁塞，提高接通率。半速率新技術不失為一種投資小、見效快的解決突發性高話務需求的方案。

    GSM半速率編碼技術

    半速率技術是一種通過合理調整配置速率、擴充網絡容量的無線網絡優化新技術。半速率語音技術的應用，可使相關網絡指標明顯提高，緩解臨時性的網絡阻塞，取得一定的社會效益和經濟效益。

    1.1技術簡介

    半速率（HalfRate，簡稱HR）是GSM網的業務承載方式之一，相對于全速率（FullRate，簡稱FR）業務承載方式而言，降低了碼率、提高了頻譜利用率，理論上可以將無線容量提高一倍。

    GSM是一個時分系統，一個頻點可分為八個物理信道時隙（TS0至TS7），一個TDMA幀由TS0至TS7組成，一個話務信道TCH的TDMA復幀為26個幀，時長為120ms。復幀中的第13幀為SACCH（慢隨路控制信道），第26幀為空閑幀。系統采用半速率后，幀結構并未起變化，不過系統將復幀中的奇數幀分配給一個用戶，而將其中的偶數幀分配給另一用戶，原先的第26空閑幀就成為第二個用戶的SACCH。這樣，原有的一個TCH 時隙上可以接入兩個用戶的業務，增加了信道容量。

    現有的GSM系統大多采用FR承載方式，即話音業務傳送速率為13kbit/s，數據業務以9.6 kbit/s或4.8 kbit/s或小于2.4 kbit/s的速度傳送;HR語音信道以6.5 kbit/s的速度傳話音業務，以4.8 kbit/s或小于2.4 kbit/s的速率傳送數據業務。

    半速率功能的開啟要求網絡和終端均支持半速率功能，目前市場上出售的手機幾乎全是支持半速率的，這為網絡啟用半速率功能提供了前提條件。

    半速率小區每載頻的信道容量可以翻倍，從而節省無線載頻的投資，無需額外的載頻擴容、Abis接口的增加和頻率規劃，能有效地解決突發話務量造成的網絡阻塞。但半速率也會帶來一些負面影響，如:通話時話音質量有所下降、掉話次數有所增加，在C/I較差的環境下HR語音質量下降相對于FR更為明顯。因此，半速率主要用來緩解突發話務造成的無線擁塞，不宜將半速率作為無線網絡擴容的主要手段。

    實驗室的實驗結果表明:HR在提高小區容量的同時，編碼速率的降低會造成語音質量下降，在C/I較差的環境下，HR語音質量下降相對于FR更為明顯。因此，半速率不宜在C/I較差的區域應用。HR信道不支持分組業務(GPRS)，分組業務僅能分配在FR下，但由于GSM系統對語音和數據的承載是分別進行的，所以并不造成影響。

    半速率的具體實施方式主要是動態半速率方式，即根據小區業務負荷來動態決定分配全速率或半速率信道，一般當全速率信道占用超過一定比例時開始分配半速率信道，此外，還有固定半速率的方式，即可以將某些時隙人為地靜態設置成半速率信道。

    GSM系統引入半速率后，每個物理時隙可以承載2個半速率話務信道。這樣，系統的無線容量理論上可以達到原來的2倍。但這只是一個粗略的估算，還有其他一些因素影響網絡的實際容量:每載頻話務信道的增加同時也要求信令信道和公共控制信道數量的增加;中繼增益——根據Erlang-B表，如果信道數翻倍，在相同的擁塞率情況下，所帶來的容量大于2倍;半速率和全速率話務請求混合的情況，由于部分終端只支持全速率，某些數據業務只支持全速率信道因此會出現。

    1.2半速率編碼的益處

    半速率編碼的益處基本上有四項:

    *每載頻的信道容量可以翻倍;

    *節省無線載頻的投資，無需額外的擴容載頻和Abis接口，無需額外的頻率規劃;

    *有效解決突發話務量造成的網絡阻塞:增加了小區話務量，減少了話務信道擁塞率，提高了無線呼叫成功率和切換成功率;

    *在語音質量方面，用戶體驗基本沒有變化；可以參照TEMS路測結果，SQI值從全速率時的22，降至半速率的17，而SQI的可接受值最小為10。

    1.3半速率給網絡帶來的弊端

    然而，半速率技術也會給網絡帶來如下弊端:

    *偶爾通話時話音質量有所下降。

    *掉話次數有所增加。因為使用半速率信道時，語音編碼速率只有6.5kbit/s，且無法提供較好的冗余差錯保護，對誤碼率較為敏感，從而對無線環境要求高于全速率信道。而在無線環境較差的地方容易產生RadioLink Failure原因的掉話。要想克服此類掉話，一方面應該加強小區覆蓋，盡量選取覆蓋較好的小區開啟半速率;另一方面應該注意調節門限值，多使用全速率信道。

    *在C/I較差的環境下，HR語音質量下降相對于FR 更為明顯。

    半速率功能的啟用

    啟用半速率功能，必須得到硬件設備和軟件功能的支持，下面以西門子設備為例，介紹一下大連聯通公司半速率功能的開啟。

    首先需要說明，該網無線系統軟件是BR5.5版本。

    半速率的啟用原則:

    *盡可能成對地分配半速率信道至一個時隙上;

    *全速率和半速率的自動分配:在網絡資源允許的情況下，全速率信道優先分配，在全速率信道已占滿時，分配半速率信道。對于BR5.5版本來說，半速率和全速率信道雖然可以動態分配，但一個基站控制器下所有小區使用相同的門限值。

    從BR6.0版本開始，網絡系統可以根據小區負荷設定半速率開啟門限值，半速率的動態分配實現了不同小區使用不同的門限值的功能，在全速率信道占用比例高于設定的門限值時，分配半速率信道。

    BR6.0還提供了半速率信道自動配對的功能，BSC每400ms對TCH的負荷及占用情況進行觀察，如有半速率通話未配對時，觸發小區內的強制切換;將兩個半速率的語音業務放在同一個信道內。BR6.0這兩個新功能，使半速率的小區在通話質量及話務統計等方面的指標有了明顯的提升。

    半速率對硬件要求:TRAU中的TRAC板需在V3版本以上;BSC中SN16為QTLP。

    2.1半速率功能的實施

    我們做了開通半速率小區的試驗，開通了2個BSC中的4個基站11個小區的半速率功能，經過幾天的統計觀察，發現開啟半速率有效地減少了這些小區話務信道擁塞，增加了話務量，提高了呼叫成功率，并且切換的成功率也有所增加。

    三次試驗的結果表明:開啟半速率語音功能以后對網絡是安全的;語音質量在普通用戶可以接受范圍之內，沒有接到針對半速率語音業務的用戶投訴;所有網絡運行指標，包括掉話率、話務掉話比等，在開啟半速率語音功能前后負面變化不明顯;不能支持半速率信道的手機可以得到同小區分配的全速率信道并正常使用。

    2.2半速率對掉話率的影響

    雖然開啟半速率語音功能后，掉話率、掉話比等沒有明顯變化，但半速率所造成的掉話也是不容忽視的。我們對開通的120個小區進行了統計:分別取了開通半速率小區后的7月8日～7月31日和開通前5月8日～5月31日忙時（10點～11點）的話務統計數據。表1是這些小區在開通前后的總的掉話次數變化情況。

    從表1中可以看出，平均掉話次數在開通后增加125次，結合啟用前一般全網總掉話水平（約2700次），掉話率上升了約0.03個百分點，即從原來的0.63左右至少上升到現在的0.66左右。這是只計算了這些開通半速率小區本身的掉話次數，從理論上來說，在半速率小區與全速率小區的切換過程中，掉話次數也會比以前全速率小區間切換有所增加。

   

    結束語

    半速率功能以可以接受的話音質量損失，換來了無線網絡容量的增大，提高了頻譜利用率。在各種突發性話務增大的情況下，半速率功能可以有效發揮吸收話務、保護網絡設備安全、保障通信暢通等重要作用，是值得推廣使用的一項功能，但不能將半速率作為無線網絡擴容的主要手段。

    參考文獻

    [1]周勝強，“移動通信基站故障淺談”，《移動通信》，2001年第9期

原文轉自：http://www.kjueaiud.com