E-GPRS網(wǎng)絡(luò)性能測試與優(yōu)化分析

1、E-GPRS關(guān)鍵技術(shù)

1.1　8PSK調(diào)制技術(shù)

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和8PSK（8相相移鍵控）。GMSK在每一個符號（symbol）調(diào)制一個比特，而8PSK在每一個符號（symbol）上調(diào)制了三個比特，提高了數(shù)據(jù)傳輸速率。8PSK符號速率和Burst長度與GSM一致，保證了空中接口的一致性。在8PSK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2～4dB（Backoff）差異。因此，要求功放的平均輸出功率比功放滿負荷時候的輸出功率低Backoff以保證功放的線性性能。Backoff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，Backoff取值一般為3dB，在進行E-GPRS鏈路預(yù)算時，TXpower=TXmax-3dB。

1.2　MCS編碼方式

E-GPRS中提供了MCS-1～MCS-9共9種編碼方式，9種不同的編碼方式中采用不同的冗余數(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FamilyA、B、C，F(xiàn)amilyA包括MCS-9、MCS-8、MCS-6、MCS-3，F(xiàn)amilyB包括MCS-7、MCS-5、MCS-2，F(xiàn)amilyC包括MCS-4、MCS-1。對于屬于同一個家族的MCS，通過在同一個無線幀中傳送數(shù)目不同的數(shù)據(jù)單元實現(xiàn)不同的數(shù)據(jù)速率。當使用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；但是對于C方式只能傳送一個數(shù)據(jù)單元，參考表1。

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)（LA，Link Adaption）

在E-GPRS網(wǎng)絡(luò)中，系統(tǒng)會根據(jù)當前鏈路的性能特點，選擇最合適的MCS編碼方式，在GPRS中不支持LA功能。通過使用LA，選擇適合當前無線環(huán)境的MCS編碼方式，從而提高當前信道的吞吐量。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（IR，Incremental Redundancy）重傳

IR重傳是為了增強鏈路性能，在物理層采用的一種技術(shù)。IR重傳使用到3種關(guān)鍵技術(shù)：Puncture，Store，Soft-combine。IR重傳基于自動重傳請求（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Puncturing的相同數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)能夠在接收端被正確還原。IR重傳功能在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重傳功能。LA主要用于克服信號的慢衰落，而IR重傳則用于快衰落，在每次執(zhí)行IR重傳的時候都可以根據(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，GPRS采用一步接入的方法，在上行的Channel Request消息中，明確攜帶一步接入信息“Establishment cause：（31）One phase packet access with request for single timeslot uplink transmission；one PDCH is needed”，信令流程較短。而E-GPRS采用兩步接入，在收到下行的Immediate Assignment消息后，MS發(fā)出資源申請消息：“Packet Resource Request”，相比GPRS，E-GPRS的信令流程較長。在現(xiàn)網(wǎng)進行GPRS與E-GPRS對比測試時，使用CDS 4.0測試儀表，在儀表的Layer 3和GPRS RLC/MAC消息框中，對GPRS與E-GPRS的TBF建立過程進行對比，參考以下測試記錄。

2.1　GPRS網(wǎng)絡(luò)中TBF建立過程的信令流程

2.2　E-GPRS網(wǎng)絡(luò)中TBF建立過程的信令流程

由于E-GPRS網(wǎng)絡(luò)中TBF建立過程中采用兩步接入方法，信令流程比GPRS略長，所以理論上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的對比測試中，計算得出E-GPRS與GPRS在TBF建立過程的時間基本相當，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處理負荷不高等原因有關(guān)，在下一節(jié)E-GPRS網(wǎng)絡(luò)性能測試中加以詳述。
 
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重傳等技術(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3～4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)中對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14：00～15：00，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4項測試：PDP激活、WAP網(wǎng)站登陸測試、FTP下載測試、MMS測試，測試分為3種：GPRS單獨測試、E-GPRS單獨測試、GPRS與E-GPRS同時測試，共產(chǎn)生4種測試結(jié)果。E-GPRS與GPRS同時測試的測試記錄標注為：multi-E-GPRS，multi-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，參見表2。

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中可以得到以下記錄。

3.2.1　E-GPRS測試中WAP網(wǎng)站登陸事件記錄

3.2.2　GPRS測試中WAP網(wǎng)站登陸事件記錄

從上述記錄中可以看出，PDP激活過程，E-GPRS與GPRS相當，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，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。從現(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)，可以極大地提高用戶的使用感受，可以對營銷部門推廣WAP類數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供有力地支撐，參考表3。

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

FTP下載過程中，充分表現(xiàn)出E-GPRS的優(yōu)勢，下載速率是GPRS的3～4倍。該測試結(jié)果受到幾方面因素的影響：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4kbit/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15kbit/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，參考表4。

表4　E-GPRS與GPRS的FTP下載對比測試結(jié)果

3.4　MMS對比測試

MMS對比測試，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（最大為5），GPRS測試終端的上/下行時隙配置為：1/3。對于100KB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。參考表5及圖1。

圖1　E-GPRS與GPRS的MMS端到端對比測試趨勢圖

表5　E-GPRS與GPRS的MMS端到端對比測試結(jié)果

從MMS的對比測試結(jié)果來看，E-GPRS終端發(fā)送30KB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，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3～4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60kbit/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)較容易實現(xiàn)，這也是完成室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)地建筑物內(nèi)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重傳技術(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

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，需要大量的工作來保障。比如前期E-GPRS網(wǎng)絡(luò)的合理規(guī)劃工作、持續(xù)優(yōu)化工作、排除故障工作等等。E-GPRS網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作中檢查網(wǎng)絡(luò)瓶頸的方法有以下幾種：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)中存在一處瓶頸，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。這樣，可能會造成網(wǎng)絡(luò)資源的閑置，也會影響用戶的使用感受。

5、結(jié)論

E-GPRS使用與GSM、GPRS同樣的無線頻譜資源，在同樣的資源下，E-GPRS可以支持相當于3～4倍的GPRS傳輸速率，可有效緩解熱點地區(qū)嚴重的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。本文中列出了E-GPRS與GPRS在現(xiàn)網(wǎng)的對比測試結(jié)果，對如何保證E-GPRS的高性能作出了相應(yīng)的優(yōu)化分析。