E-GPRS與GPRS網(wǎng)絡(luò)性能對比測試與優(yōu)化分析

摘要　目前，中國移動的E-GPRS部署工作正在進行中，文章根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)測試數(shù)據(jù)，將E-GPRS在多用戶環(huán)境下的性能與GPRS進行對比分析，并對現(xiàn)網(wǎng)中存在的問題進行優(yōu)化分析，可以達到保證用戶使用感受的效果。

1、E-GPRS關(guān)鍵技術(shù)

1.1　8-PSK調(diào)制技術(shù)[1]

相對于GPRS技術(shù)的單一調(diào)制方式：GMSK（高斯最小頻移鍵控），E-GPRS技術(shù)支持兩種調(diào)制方式：GMSK、8-PSK（8相移鍵控）。GMSK在每一個符號（symbol）調(diào)制一個比特，而8-PSK在每一個符號上調(diào)制了三個比特，提高了數(shù)據(jù)傳輸速率。8-PSK符號速率和burst長度與GSM一致，保證了空中接口的一致性。在8-PSK調(diào)制中，輸出功率隨輸入功率成線性比例變化，由于輸出功率的線性要求，需要預(yù)留出一定的余量（backoff）以避免功放達到飽和而使輸出失真，輸出功率變化隨輸入功率變化，平均值和峰值之間有2dB～4dB差異。因此，要求功放的平均輸出功率比功放滿負(fù)荷時的輸出功率低，以保證功放的線性性能。余量的作用為在大功率輸入時，功放不至于飽和而失去線性性能，余量取值一般為3dB，在進行E-GPRS鏈路預(yù)算時，TXpower=TXmax-3。

1.2　MCS編碼方式[2]

E-GPRS中提供了MCS-1～MCS-9共9種編碼方式，這9種編碼方式采用不同的冗余數(shù)據(jù)，從MCS-1到MCS-9，編碼冗余數(shù)據(jù)逐漸減少。9種編碼方式分別屬于不同的家族（Family）A，B，C。屬于同一個家族的MCS通過在同一個無線幀中傳送數(shù)目不同的數(shù)據(jù)單元以實現(xiàn)不同的數(shù)據(jù)速率，當(dāng)使用A，B方式的時候，可以在一個無線幀中傳送1個，2個或者4個數(shù)據(jù)單元，但對C方式來說，只能傳送一個數(shù)據(jù)單元，如表1所示：

表1　MCS編碼方式、家族、調(diào)制方式與可以達到的數(shù)據(jù)傳輸速率

1.3　鏈路自適應(yīng)[3]

在E-GPRS網(wǎng)絡(luò)中，系統(tǒng)會根據(jù)當(dāng)前鏈路的性能特點選擇最合適的MCS編碼方式。GPRS不支持鏈路自適應(yīng)LA（Link Adaption）功能，但會借助LA選擇適合當(dāng)前無線環(huán)境的MCS編碼方式，從而提高當(dāng)前信道的吞吐量。LA的依據(jù)是鏈路的BEP（誤碼概率）通過得到的BEP值查表獲得本次LA將要使用的MCS，LA只能在開始第一個塊傳送或者在進行塊傳送的時候發(fā)生，系統(tǒng)通過不同的方式獲取上行和下行BEP，下行基于BEP測量數(shù)據(jù)，上行基于包含在上行PCU幀中的獨立BEP測量值，上下行的LA獨立進行但是使用同樣的算法。

1.4　遞增冗余重傳

遞增冗余重傳（IR，Incremental Redundancy）是為了增強鏈路性能，在物理層采用的一種技術(shù)。IR使用三種關(guān)鍵技術(shù)：壓縮（Puncture），存儲（store），軟組合（Soft-combine）。IR基于自動重傳請求（ARQ）實現(xiàn)，ARQ決定是否傳送使用不同Puncture的數(shù)據(jù)包，通過在需要的時候重傳采用不同壓縮方式的相同數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)能夠在接收端被正確還原。IR功能在MS中是被強制使用的。不同設(shè)備廠商的BTS側(cè)也基本實現(xiàn)了IR功能。LA主要用于克服信號的慢衰落，而IR則用于快衰落，在每次執(zhí)行IR的時候都可以根據(jù)鏈路特點進行LA。

2、E-GPRS與GPRS在TBF建立過程的區(qū)別

GPRS與E-GPRS在TBF建立過程中有較大區(qū)別[4]。GPRS采用一步接入的方法，而E-GPRS采用兩步接入的方法。在收到下行的立即分配消息后，MS發(fā)出資源申請消息：“分組信息資源請求”，相較于GPRS，E-GPRS的信令流程較長[5]。在E-GPRS網(wǎng)絡(luò)中，TBF建立過程采用兩步接入方法，信令流程比GPRS略長，理論上E-GPRS在單次TBF建立時并不比GPRS具有優(yōu)勢。在現(xiàn)網(wǎng)E-GPRS與GPRS對比測試中，計算得出E-GPRS與GPRS在TBF建立過程的時間基本相當(dāng)，這可能與小區(qū)的PDCH信道資源充足、E-GPRS建設(shè)前期用戶所占比例較少、PCU處理負(fù)荷不高等原因有關(guān)，第三部分將加以詳述。

3、E-GPRS網(wǎng)絡(luò)性能測試

由于E-GPRS采用了8PSK調(diào)制技術(shù)、新的編碼方式、LA、IR等技術(shù)，使無線傳輸速率得以較大的提升。從現(xiàn)網(wǎng)實際測試結(jié)果來看，E-GPRS的傳輸速率比GPRS提升了3至4倍；在WAP類測試中，E-GPRS也表現(xiàn)出了非常明顯的優(yōu)勢。下面將現(xiàn)網(wǎng)對E-GPRS與GPRS的對比測試情況逐一進行分析。

◆測試環(huán)境：微蜂窩小區(qū)，高C/I，Nokia設(shè)備，小區(qū)采用E-GPRS與GPRS混合配置，共有6個PDCH信道，其中有1個靜態(tài)信道，5個動態(tài)信道。

◆測試儀表：CDS4.0，OT290手機（測試GPRS，支持3個下行信道）、OT490手機（測試E-GPRS，支持4個下行信道）。

◆測試時間：周日下午14:00至15:00，話音信道、GPRS信道都比較空閑的時段，但是并不能保證絕對沒有其他用戶使用，客觀地模擬用戶的真實使用環(huán)境。

◆測試方法：共進行四項測試，即PDP激活、WAP網(wǎng)站登陸測試、FTP下載測試、彩信測試。測試分為三種：GPRS單獨測試、E-GPRS單獨測試、GPRS與E-GPRS同時測試，共產(chǎn)生四種測試結(jié)果。E-GPRS與GPRS同時測試的記錄標(biāo)注為：同步測試E-GPRS，同步測試GPRS。

3.1　PDP激活對比測試

PDP激活對比測試中，在測試儀表的Layer3消息和GPRS RLC/MAC消息中，GPRS表現(xiàn)出一步接入信令流程，而E-GPRS則表現(xiàn)出兩步接入信令流程。從現(xiàn)網(wǎng)測試結(jié)果來看，E-GPRS與GPRS的PDP激活時間幾乎相同，E-GPRS略快，可見E-GPRS的兩步接入流程對TBF建立時延幾乎沒有影響。GPRS與E-GPRS同時測試時，PDP激活時間都略有增大，如表2所示：

表2　E-GPRS與GPRS的PDP激活對比測試結(jié)果

3.2　WAP網(wǎng)站登陸對比測試

WAP網(wǎng)站登陸測試共包含三個部分：PDP激活，WAP網(wǎng)關(guān)連接成功、WAP網(wǎng)站首頁完全顯示，每個部分都有各自完成的時間。從測試儀表的事件列表可以看到：在PDP激活過程，E-GPRS與GPRS相當(dāng)；在WAP網(wǎng)關(guān)連接、WAP首頁顯示過程中，E-GPRS的時延比GPRS要小很多。本項測試E-GPRS與GPRS共進行10次對比測試，在E-GPRS測試中，WAP首頁顯示時間比GPRS快將近50%，在E-GPRS與GPRS同時測試的記錄中，E-GPRS也表現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢。現(xiàn)網(wǎng)測試結(jié)果表明，E-GPRS技術(shù)非常適合于WAP類業(yè)務(wù)，可以極大地提升用戶使用感受，可為營銷部門推廣WAP類數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供有力地支撐，如表3所示：

表3　E-GPRS與GPRS的WAP網(wǎng)站登陸對比測試結(jié)果

3.3　FTP下載對比測試

就FTP下載過程而言，E-GPRS的下載速率是GPRS的3到4倍，充分表現(xiàn)出其優(yōu)勢。該測試結(jié)果受到這些因素的影響：Nokia設(shè)備只支持GPRS CS1、2編碼方式，手機設(shè)置為3個下行信道，下載速率只能達到4kb/s左右；而E-GPRS使用MCS-9編碼方式，手機支持4個下行信道，下載速率可以達到近15kb/s。在E-GPRS與GPRS同時測試的記錄中，E-GPRS與GPRS的下載速率并沒有受到很大的影響，基本保持為各自單獨測試時的下載速率。該測試結(jié)果較客觀地模擬了用戶的實際使用環(huán)境，客觀反映了用戶的真實使用感受，如表4所示：

表4　E-GPRS與GPRS的FTP下載對比測試結(jié)果

3.4　彩信對比測試

在彩信對比測試中，E-GPRS與GPRS在測試儀表均設(shè)置為自發(fā)自收，彩信大小為30kb、100kb兩種。E-GPRS測試終端的上/下行時隙配置為：2/4（Max=5），GPRS測試終端的上/下行時隙配置為：1/3。對于100k的彩信文件，使用GPRS方式發(fā)送，已經(jīng)超過設(shè)置超時時間：100s，所以對其不作比較。如表5及圖1所示：

表5　E-GPRS與GPRS的彩信端到端對比測試結(jié)果

圖1　E-GPRS與GPRS的彩信端到端對比測試趨勢圖

從彩信的對比測試結(jié)果來看，E-GPRS終端發(fā)送30k大小的彩信，比GPRS終端要快很多，從發(fā)送的速率可以大致估算出：E-GPRS的速率大約是GPRS的3倍。由于E-GPRS與GPRS都設(shè)置為自發(fā)自收測試模式，push消息較長，而且大致相同。E-GPRS與GPRS終端接收彩信的時間大約為發(fā)送時間的一半。

3.5　小結(jié)

以上測試結(jié)果表明：E-GPRS在信令接入過程中與GPRS表現(xiàn)相當(dāng)，并沒有受到兩步接入流程在TBF建立時延方面的影響；在流量較小的WAP類業(yè)務(wù)中，在WAP網(wǎng)站登陸時延方面比GPRS表現(xiàn)出顯著的改善；在流量較大的FTP下載類業(yè)務(wù)中，E-GPRS表現(xiàn)出充分的優(yōu)勢，其下載速率是GPRS的3至4倍。上述對比測試結(jié)果發(fā)生在完成室內(nèi)覆蓋的微蜂窩小區(qū)中，無線環(huán)境的C/I值較高，可以充分發(fā)揮出E-GPRS的性能。

4、E-GPRS網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化分析

4.1　無線環(huán)境C/I對E-GPRS性能的影響

E-GPRS網(wǎng)絡(luò)使用GSM頻點，其9種編碼方式對無線環(huán)境的要求各有不同，越高的MCS編碼方式要求越強的C/I，同樣，越低的MCS編碼方式抵抗干擾的能力越強。參考圖2，MCS-9編碼方式達到60kb/s的傳輸速率需要無線環(huán)境的C/I值為將近30dB。高C/I的無線環(huán)境在已完成室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的建筑物內(nèi)較易實現(xiàn)，這也是完成室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的建筑物可以有效吸收無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量的原因之一。

圖2　未使用IR技術(shù)在不同MCS方式下單時隙能夠達到的速率和與之對應(yīng)的C/I（速率單位：kb/s）

4.2　E-GPRS網(wǎng)絡(luò)的瓶頸問題

如何充分發(fā)揮E-GPRS的性能，使用戶在使用無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時有明顯改善，需要大量前期工作來保障。比如前期E-GPRS網(wǎng)絡(luò)的合理規(guī)劃、持續(xù)優(yōu)化、排除故障等。在E-GPRS網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作中，檢查網(wǎng)絡(luò)瓶頸的方法有幾種：逐步檢查是否存在小區(qū)GPRS信道資源擁塞、Abis鏈路中的EDAP池資源不足、PCU的容量配置不合理、Gb鏈路帶寬配置不合理等問題。只要網(wǎng)絡(luò)存在一處瓶頸，在用戶使用無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的過程中，傳輸速率就不能接近理論設(shè)計水平，就可能會造成網(wǎng)絡(luò)資源的閑置，也會影響使用感受。

5、結(jié)論

2006年5月，廣東移動就在國內(nèi)率先開通了E-GPRS上網(wǎng)服務(wù)，并提供了E-GPRS/GPRS雙模網(wǎng)卡，推出了資費套餐對抗聯(lián)通CDMA 1X“掌中寬帶”業(yè)務(wù)，進一步降低了用戶無線上網(wǎng)門檻。E-GPRS使用與GSM、GPRS相同的無線頻譜資源，在相同的資源下，E-GPRS可以支持相當(dāng)于3至4倍的GPRS傳輸速率，可有效緩解熱點地區(qū)嚴(yán)重的GPRS擁塞問題。但是，E-GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮出高性能需要良好的無線環(huán)境、充足的信道資源、以及Abis、PCU處理能力、Gb鏈路帶寬等多方面因素的支持。

參考文獻

【1】　韓斌杰.GPRS原理及其網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003.

【2】　3GPP TS 45.001 V6.7.0.Physical Layer on the Radio Path.General Description[S].

【3】　3GPP TS 45.002 V6.12.0.plexing and ple Access On the Radio Path[S].

【4】　3GPP TS 44.018 V6.20.0 Mobile Radio Interface Layer 3 Specification；Radio Resource Control（RRC）Protocol[S].

【5】　3GPP TS 43.051 V6.0.0.GSM/E-GPRS Radio Access Network（GERAN）Overall Description，Stage2[s].