为适应社会对高速移动IP业务
需求
GSM标准组织发展了分组无线数据业务——GPRS它不仅能在无线信道上提供9.05～171.2 kbit／s可变速率更实现了无线信道上数据分组传送在现有电路网络中引入了分组网为GSM运营者由仅提供话音业务向提供综合信息服务业务领域拓展提供了重要网络平台并为GSM网向第 3代演进打下了基础
引入GPRS后用M网在传统话音接入基础上提供了分组数据接入对现有频谱下话音及数据等综合业务接入能力分析有利于GPRS升级时综合考虑业务和网络同步发展从而为GPRS大规模应用规划和设计提供合理理论指导1 现有频谱下GSM话音频谱效率分析
GSM蜂窝系统
频谱效率定义为单位面积单位频带所能容纳话务量或用户数单位分别为Erl(km2•MHz)或户／(km2•MHz)它是衡量通信系统业务接入能力重要指标GSM蜂窝系统频谱效率可表示为调制效率ηm及多址效率ηMA乘积即η=ηm×ηMA其中ηm=(B／Bc)／H／BNA＝H／BcNA式中:B——系统可用总带宽(MHz)；Bc——话音信道带宽或信道间隔(MHz)；H——每信道话务量(Erl)；N——簇蜂窝内小区个数；A——小区面积km2)ηMA接入效率主要取决于业务信道及公共控制信道
比例GSM可达到0.9(1)常规4×3频率复用方式
H为0.7Erl／TCH
Bc为0.025MHz常规4×3小区复用下N取值为12A在正 6边形蜂窝结构小区面积为2.6R2／3目前城区基站间间距
般可达5mm即D=5mm可计算小区半径R＝D／3 ＝500／1.73＝289m根据上述取值
可计算GSM蜂窝系统话音频谱效率:η=0.7×0.9／(0.025×12×2.6×0.5×0.5/3/3)=29.1Erl／(km2•MHz)以平均每用户忙时话务量取0.02Erl则单位面积单位频带所能容纳用户数为1454户／(km2•M比)(2)采用MRP、1×3、IU0等频率复用方式
MRP紧密频率复用
频率复用度可达7×81×3频率复用方式频率复用度可达7IU0智能同心圆技术频率复用度可达8～10目前网上采用较多
是MRP紧密频率复用及1×3频率复用方式为计算采用频率紧密复用后频谱效率可取复用度为8则η＝29.1×12／8＝43.6Erl／(km2•MHz)以平均每用户忙时话务量取0.02Erl则单位面积单位频带所能容纳用户数为2181户／(km2•MHz)中国移动在模拟网退网后频谱宽度达29MHz
则目前GSM网能接入最大话务密度为1265 Erl／km2(采用紧密频率复用方式)最大用户密度为63242户／km2上述分析只是针对宏蜂窝
当采用微蜂窝方式由于可实现更密集频率复用如果对网络精心规划部分地区话务量吸收会超过上述分析值2 GPRS引入后GSM话音频谱效率
损失及数据业务频谱效率GSM网升级到GPRS
在无线接口上数据业务信道分配方式可采用固定分配、全动态分配、固定及动态分配结合等 3种方式目前手机支持能力为IU＋3D、1U＋4D如果无线接口数据业务信道分配方式采用固定及动态分配结合方式即GPRS升级每小区固定分配个数据业务信道2～3个业务信道根据网络话务情况采用动态分配方式可计算话音频谱效率损失及新增数据业务接入能力以目前网上基站常用配置S6／6／6为典型
每小区6个载频共44个TCH信道定义其中个TCH为PDCH则每小区话音信道损失为1／44=2.3％话务损失约为2.3％下面分析每小区固定分配1个数据业务信道
根据网络话务情况2～3个业务信道采用动态分配方式情况下新增数据业务接入频谱效率由于GPRS接入业务占用无线网络资源
情况和电路业务有可比性因此其接入业务量可采用和电路业务类似话务量概念等效其接入能力可采用ERLANGB公式进行近似估算当采用动态分配方式时设置话音信道为分配时高优先级分组数据为低优先级GPRS接入数据业务时充分利用话音业务“剩余”时隙每GSM信道接入业务量最大统计取值可为0.7 Erl／信道除去网络目前接入话音业务量即为数据业务业务量则网络可供GPHS使用话务量为EGPRS=NTOT×0.7-A式中EGPRS为GPRS可利用话务量NTOT为小区中总业务信道数A为小区接入话音业务话务量在采用CS-1、CS-2编码比例为2∶8
情况下采用IU＋3D方式3时隙捆绑时平均理论数据速率可达32 kbit／s平均每时隙理论数据速率可达10.7 kbit／s考虑定数据重传率及TBF建立时间平均每时隙实际数据速率约为Rb=4～5kbit／s取值为4kbit／s如果数据业务频谱效率定义为单位面积单位频带所能容纳数据量或用户数单位分别为kbit／(s•m2•MHz)或户／(km2•MHz)类比话音频谱效率可推导常规4×3复用下GPRS蜂窝系统数据业务频谱效率ηb=EGPRS×ηMA×Rb／BcNA=(NTOT×0.7-A)×Rb／BcNA紧密频率复用GPBS蜂窝系统数据业务频谱效率η2=η1×12／8=1.5×η13 现有频谱综合考虑下
话音及数据业务接入能力显然上述分析是基于条件
、话音接入频谱效率取值最大；条件 2、每小区固定分配个数据业务信道根据网络话务情况2个业务信道采用动态分配方式；条件 3每用户忙时数据量取180 kbit／s；条件 4、每用户忙时话务量取0.02 Erl等条件下结果本文仍然基于条件 2、条件 3分析条件变动下综合业务接入能力每冗H话音业务未达到0.7 Erl／TCH数据接入能力显然会增大这介绍说明话音接入能力和数据接入能力间存在替代效果表1为中国移动29 MHz带宽下区别话音接入和数据接入比例情况下GPRS网综合接入能力(采用紧密频率复用技术)此时900MHZ及1800MHz频段同时升级到GPRS随着GPRS
广泛使用终端数据能力提高及各种业务开展无线接口信道分配方式数据业务模型等将发生变化整个分析基于条件也将发生变化结论将可能区别4 结论
本文只是在理论上分析了GSM网升级到GPRS后
话音业务频谱效率损失及新增数据业务接入能力计算了GSM网现有频谱下综合业务最大接入能力该思路方法及实用性还有待进步地验证但基于目前话务及数据业务模型计算结论对当前是GPRS网络规划具有量指导意义
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