關(guān)于低速無(wú)線電尋呼系統(tǒng)擴(kuò)容方法的探討——常忠

關(guān)于低速無(wú)線電尋呼系統(tǒng)擴(kuò)容方法的探討——常忠
    一、背景與意義
    截止到1997年底，社會(huì)尋呼臺(tái)約有2200家，中于受到技術(shù)、資金等多方面的限制，投
資建臺(tái)多采用POCSAG編碼方式，且傳輸速率在1200bps以下，經(jīng)多年的運(yùn)行，不但系統(tǒng)、尋
呼機(jī)開(kāi)始老化，而且網(wǎng)絡(luò)容量越來(lái)越趨于緊張，有限的頻率資源也幾乎使用殆盡。
    當(dāng)前國(guó)內(nèi)尋呼界為了擴(kuò)展容量，充分利用頻率資源，有許多尋呼臺(tái)引進(jìn)了美同F(xiàn)LEX系
統(tǒng)，其運(yùn)行速率可工作在6400bps，甚至：9600bps,容量可達(dá)20萬(wàn)用戶(hù)／頻點(diǎn)，但由于受到
投資與技術(shù)條件的限制，使許多尋呼臺(tái)又望而卻步。
    為廠更充分有效地利用頻率資源和設(shè)備資源，經(jīng)電信總局批準(zhǔn)，原郵電部移動(dòng)通信局
決定進(jìn)行150MHz無(wú)線電尋呼系統(tǒng)擴(kuò)容研究和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。我們知道尋呼系統(tǒng)的擴(kuò)容關(guān)鍵就是
提高傳輸速率和編碼效率，編碼效率與尋呼信號(hào)的協(xié)議有著直接的關(guān)系。尋呼協(xié)議是一種
語(yǔ)言，或一套規(guī)則，它決定著容量、等待時(shí)間和信號(hào)速率、尋呼機(jī)電池壽命和數(shù)據(jù)完整性，
以及尋呼服務(wù)提供者和使用著眼中所有關(guān)鍵的品質(zhì)。根據(jù)理論分析得知提高傳輸速率又會(huì)
帶來(lái)降低覆蓋范圍和出現(xiàn)新的干擾等問(wèn)題，同時(shí)為更好地利用原有頻率和設(shè)備資源，采用
新的尋呼協(xié)議，就必須充分考慮與原系統(tǒng)的兼容性。綜合以上分析，本文在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的基
礎(chǔ)上探討了一種新的擴(kuò)容升級(jí)方法。
    這種方法是在原有150MHZ低速尋呼系統(tǒng)設(shè)備及頻率資源基礎(chǔ)上，通過(guò)增加新的與原
POCSAG編碼協(xié)議相兼容的APOC協(xié)議提高傳輸速率，來(lái)達(dá)到系統(tǒng)擴(kuò)容的目的。
二、APOC編碼協(xié)議格式
    APOC（Advanced  paging  operator code，高級(jí)尋呼操作碼）是PHILIPHS于1993年開(kāi)
發(fā)，1994年公布的，APOC碼的部分開(kāi)發(fā)人員曾參加過(guò)POCSAG碼的研制，所以在APOC碼的研
制過(guò)程中，考慮了與現(xiàn)有POCSAG碼系統(tǒng)的兼容性，因此說(shuō)它是POCSAG的一種升級(jí)形式，碼
速率可為 1200、240O、3200、48O0和5400bps。對(duì)于前兩種速率，APOC采用2電平FSK，后
三種速率則采用4電平FSK，APOC使用短的前置碼以最大限度地提高系統(tǒng)容量。
    APOC碼分為第一階段碼和第二階段碼，第一階段碼主要是針對(duì)1200bps的速率，和POCSAG
碼只有較小的差異，如果需要，2400bps的速率也可以使用這種結(jié)構(gòu)；第二階段碼為一般化
的碼結(jié)構(gòu)，對(duì)4種速率都可適用，由于120O和2400bps可以用第一階段碼，故又稱(chēng)第二階段
碼為高速碼。
    APOC120O碼和POCSAG碼結(jié)構(gòu)人致相同，也是批、幀、碼字結(jié)構(gòu)。前置碼為576bit和POCSAG
一樣其碼型由101O…組成，它可以在每個(gè)傳送周期前發(fā)一次，也可以若干個(gè)周期發(fā)一次。
每碼字32bit，采用擴(kuò)展的BCH（32，21）碼，每幀兩個(gè)碼字，每批內(nèi)含 1個(gè)同步字SC和 8
個(gè)幀，SC也和POCSAG的相同，但不同的是APOC采用全同步傳遞方式，因此每15批構(gòu)成一個(gè)
傳送周期，一個(gè)周期時(shí)間為6.8秒。定義第0批的SC后的第一碼字為“O批標(biāo)記”，它是系
統(tǒng)預(yù)留的地址碼，它和“批”中其它的碼字結(jié)構(gòu)是一致的，作為傳送周期的標(biāo)志碼；另一
方面，APOC系統(tǒng)規(guī)定其尋呼機(jī)只檢測(cè)一周期中某一幀的地址碼，不像POCSAG尋呼機(jī)要檢測(cè)
每一批的某一幀，囚此，O批標(biāo)記實(shí)際上起到了“批同步”的作用，APOC的尋呼機(jī)不需要在
每個(gè)SC都加電，只需在它所分配的那個(gè)批中的SC和其中的某一幀才加電，尋呼機(jī)在每次失
去同步后（例如開(kāi)機(jī)或超出服務(wù)區(qū)），只要檢測(cè)到0批標(biāo)記，就可以很快同步到自己的批和
幀上。
    APOC2400碼的傳送周期分成兩個(gè)半周期，每半個(gè)傳送周期傳送15批，每批包含一個(gè)同
步碼字和隨后的8幀，每幀也同 POCSAG碼一樣有 2個(gè)碼字，每一次信息傳輸都是由前置碼
開(kāi)始的，若與POCSAG兼容傳輸，則前置碼為576bit；若傳輸信道中只有APOC尋呼機(jī)，則前
置碼是16bit。
    APOC第二階段碼和第一階段碼一樣，一個(gè)傳送周期也是6.8秒，由三個(gè)高速批（HSB）
組成，每批均以同步碼SC開(kāi)始，碼速可以是1200、2400、3200、4800和6400bps中的任何
一種，但是SC的速率始終是1200bps,且碼字也和POCSAG相同。由于總是三批，傳送周期是
6.8秒，SC總是1200bps的速率且為32比特，所以對(duì)于不同的碼速率，每批的幀數(shù)、每幀的
碼字?jǐn)?shù)和每碼字的比特?cái)?shù)都是可以改變的。
三、擴(kuò)容系統(tǒng)容量分析
    系統(tǒng)容量是指地址容量和信道容量?jī)蓚�(gè)方面，地址容量就是地址碼所能表示的數(shù)的總
量，一般是個(gè)定值，APOC地址碼將近10億個(gè)。
    信道容量與系統(tǒng)內(nèi)用戶(hù)的呼叫量、信息的長(zhǎng)短、信息在碼流中占的比例等因素有關(guān)，
因此理論分析計(jì)算單一協(xié)議的信道容量C的公式為：
     1800Rp.（1-f）·r的負(fù)1·b的負(fù)1.n   有追呼
C＝ 
     3600Rp.（1-f）·r的負(fù)1·b的負(fù)1.n   無(wú)追呼
     C的單位為用戶(hù)／信道
    式中Rp為尋呼系統(tǒng)的碼速；f為系統(tǒng)空閑系數(shù)；r為忙時(shí)尋呼率；b為每條信息轉(zhuǎn)化二
進(jìn)制數(shù)的比特?cái)?shù)；n為尋呼系統(tǒng)的信息編碼效率，令n1 為碼字的編碼效率，n2為尋呼系統(tǒng)
的管理開(kāi)銷(xiāo)系數(shù)，則
      n=n1.n2，
    設(shè)在尋呼系統(tǒng)發(fā)送的有關(guān)信號(hào)周期內(nèi)信息比特?cái)?shù)為n1，管理開(kāi)銷(xiāo)比特?cái)?shù)為n2, 則
    n2＝n2／（n1＋n2）
    根據(jù)信道容量計(jì)算公式，我們可分別計(jì)算出各種忙時(shí)呼叫率時(shí)不同傳輸速率法不同編
碼萬(wàn)式時(shí)的信道容量。
  四、實(shí)際升級(jí)系統(tǒng)的
    容量測(cè)試結(jié)果升級(jí)系統(tǒng)的編碼器PC／MMM在某一時(shí)刻根據(jù)通過(guò)系統(tǒng)的話(huà)務(wù)量和類(lèi)型動(dòng)
態(tài)地轉(zhuǎn)換于POCSAG120O和APOC2400之間。不同協(xié)議之間的混合經(jīng)常引起一定數(shù)量的低效和
丟失，混合丟失主要取決于混合協(xié)議的類(lèi)型和執(zhí)行混合的編碼器算法。
    APOC24OO被設(shè)計(jì)成可以與POCSAG有效地混合。
    我們考慮一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，系統(tǒng)在高峰時(shí)間發(fā)送POCSAG消息，此時(shí)一個(gè)APOC消息引入
系統(tǒng)。如果編碼器立即發(fā)送APOC消息，這不得不暫停P0CSAG再引入一個(gè)完全的 APOC）周
期。這個(gè)APOC周期將只有一個(gè)有用的消息，在周期的其它部分將填充空閑碼字，因此浪費(fèi)
容量，最有效的方法是等到編碼器有了足夠的APOC消息使其填滿(mǎn)了一個(gè)完整的周期后再發(fā)
射，然而由于排隊(duì)填充，將導(dǎo)致前面的消息有明顯的延時(shí)。PC／MMM編碼卡采用組合方法，
提供最有效的信息負(fù)載，同時(shí)保持延時(shí)最小。控制決策過(guò)程的參數(shù)是可編程的，并且可被
修改。以使其適應(yīng)特定系統(tǒng)活務(wù)量的類(lèi)型。因?yàn)轭A(yù)測(cè)實(shí)際操作算法的性能是非常復(fù)雜的，
在設(shè)計(jì)APOC2400系統(tǒng)時(shí)實(shí)際測(cè)量了編碼器在不同比例POCSAG和APOC混合時(shí)的最大容量。
    容量測(cè)試的方法是產(chǎn)生：（生成）一些包含10K或 20K消息的長(zhǎng)文件，其包含APOC和
P0CSAG消息的百分比是已知的，文件中消息RIC是隨機(jī)的，以模擬真實(shí)消息。每個(gè)文件被
編輯成包含一個(gè)開(kāi)始和一個(gè)結(jié)束尋呼信息，通知給一個(gè)實(shí)際的尋呼機(jī)，通過(guò)尋呼機(jī)記錄測(cè)
試完成1OK或2OK尋呼信息所用的時(shí)間，然后計(jì)算出忙時(shí)所能處理的尋呼量，并計(jì)算出系統(tǒng)
的容量。文件名以A或B開(kāi)始（A和B表示不同的信息類(lèi)型），并有一個(gè)數(shù)字指明該文件小中
APOC業(yè)務(wù)量。
    如火件名A4O表示信息類(lèi)型A，其中4O％為APOC240O，6O％為POCSAG用戶(hù)。
    在每個(gè)測(cè)試中，很多這樣的文件連接在一起組成一個(gè)非常長(zhǎng)的文件。文件結(jié)構(gòu)如圖1
所示：
    圖2是類(lèi)型A文件情況下兩套不同編碼器參數(shù)設(shè)置的測(cè)試結(jié)果。它表示了在不同比例話(huà)
務(wù)量下最合適的編碼器設(shè)置，很明顯系列2編碼參數(shù)適合FAPOC）話(huà)務(wù)量低于50%的業(yè)務(wù)，
而系列l(wèi)適合于FAPOC話(huà)務(wù)量高于戶(hù)5O％的業(yè)務(wù)。
    這樣，系統(tǒng)的實(shí)際容量曲線是由系列I和系列2兩條曲線的組合，如圖3所示。
    根據(jù)忙時(shí)呼叫率（BHCR）情況，可將系統(tǒng)容顯C轉(zhuǎn)換成用戶(hù)數(shù)量N，轉(zhuǎn)換公式是：
      N＝C／BHCR
    圖4給出了BHCR為0.35，不同的P0CSAG用戶(hù)時(shí)，所能增加的用戶(hù)容量。
    由圖4可以看出，假如POCSAG用戶(hù)擁有10000個(gè)，那么可增加的APOC用戶(hù)數(shù)量可以超過(guò)
150000，這樣總的用戶(hù)數(shù)大約是165000。
    五、結(jié)論
    本次150MHz無(wú)線電尋呼系統(tǒng)擴(kuò)容方法的試驗(yàn)，通過(guò)了由原郵電部移動(dòng)通信局和傳輸
所等單位專(zhuān)家組成的評(píng)審小組的評(píng)審，評(píng)審小組一致認(rèn)為，從現(xiàn)運(yùn)行的150MHz系統(tǒng)上進(jìn)行
APOC2400bps現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)升級(jí)，無(wú)論在技術(shù)上還是在經(jīng)濟(jì)上均是可行的；升級(jí)后的系統(tǒng)可以兼
容傳輸POCSAG512/1200bps和APOC2400bps速率的尋呼信息，而系統(tǒng)覆蓋范圍不變；系統(tǒng)升
級(jí)費(fèi)用較低，而系統(tǒng)容量提高較大，原系統(tǒng)的現(xiàn)有用戶(hù)量較低，升級(jí)后的系統(tǒng)擴(kuò)容效益較
高；采取適當(dāng)?shù)拇胧�，在基本不影響現(xiàn)有用戶(hù)尋呼業(yè)務(wù)的前提下，可以平衡地實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有系
統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)升級(jí)。