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詹义:网络规划优化系列(一):采用CS3/CS4编码改善GPRS传输速率  

2011-08-08 14:32:00|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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                                                                                                                          独家供稿:移动Labs

  1.引言

  通用无线分组业务(GPRS)使得用户能够在端到端分组传输模式下发送和接收数据,由于无线资源采用动态分配方式,一个用户可以分配多个时隙,一个时隙也可以由多个用户共享,用户虽然附着在网络上,但只有当数据传输时才占用无线信道资源。GPRS支持中、高速率数据传输,可提供给每用户9.05-171.2kbps的数据传输速率,它针对不同的无线环境,定义了CS1、CS2、CS3、CS4四种编码方案。

  这四种编码方式有各自的适用环境。CS1编码的纠错能力很强,能够容忍一定的误码率,对无线环境的要求较低,其缺陷是吞吐量小。编码方式越高,纠错能力越弱,吞吐量越高。因此数据传输速率的提高其实是以承担更大的误码风险做为代价。编码方案和时隙的多少在理论上决定了数据的传输速率。在现网中采用CS1、CS2编码居多,而且由于无线环境以及移动台多时隙能力的限制,传输速率并不是太高。为了提高GPRS的传送速率,应考虑采用CS3/CS4编码方式。

  本文对CS3/CS4编码方式的原理进行介绍,比较四种编码方式对无线信道的要求。通过实际的测试结果给出CS3/CS4对GPRS数据速率的改善情况以及与话音业务的相互作用。最后给出应用CS3/CS4编码的策略性建议。

  2.CS3/CS4编码原理

  为了适应不同的无线环境,GPRS采用了四种的信道编码方案,由此提供了不同的数据速率,见表1:

                                                              表1 编码方式与数据速率的关系


编码方案

编码速率

每个RLC块的净负荷

BCS

预编码USF

尾比特

编码比特

收缩比特

数据速率(Kbps)

CS1

1/2

181

40

3

4

456

0

9.05

CS2

0.66

268

16

6

4

588

132

13.4

CS3

0.75

312

16

6

4

676

220

15.6

CS4

1

428

16

12

0

456

0

21.4



  CS3/CS4编码方式相比CS1/CS2编码方式使用的冗余信息要少,因此数据速率更高。如图1所示,CS3编码方式具有312比特信息位,经过添加分组校验序列16位,之后对USF进行预编码。然后添加4个尾比特之后进行1/2卷积编码。最后截掉220个比特,最终获得456个比特的输出。

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1  CS3编码结构图

  对于CS4编码,它将431个信息比特作为输入比特。首先增添16个分组校验(BCS)比特用于纠错检错,然后对3个比特USF进行预编码形成12个比特,之后没有采用任何编码,最终获得456个比特,如图2所示。


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2  CS4编码结构图

  1.四种编码方式对无线信道的要求

  由于GPRS采用了新的信道编码方式,GPRS无线信道对无线环境的要求与话音信道的要求不一样。试验显示,采用CS1编码方式,GPRS信道比话音信道对C/I的要求要低,而使用CS2到CS4编码方式则相反。例如,采用CS1编码方式,在C/I<6dB时,GPRS信道仍能获得可靠连接,此时吞吐量已经大幅下降。而在电路交换话音传输中,当C/I <9dB时,话音质量已不能令人满意。无线环境好,则信道质量高,无线数据块复传数减少,从而吞吐量提高。随着信道质量的提高,每个基本物理信道的GPRS用户的带宽将增加。图3、图4为3GPP 05.50中C/I与吞吐量关系的仿真:

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         图3 TU50 理想跳频. BLER=10%

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    图4 TU3 无跳频. BLER=10%

 表2 给定BLER,四种编码方式与C/I比的关系

 

Coding scheme

C/Ic at BLER=10%

CS1

 13 dB

CS2

  15 dB

CS3

  16 dB

CS4

19.3  dB


  从图3、图4和表2中看出,越高的编码方式受无线环境影响越大,传输可靠性越低。由于通过减少数据校验来提高吞吐量,CS3/CS4的抗干扰能力必然降低,因此它的高吞吐量性能也只能适用于干扰较低的无线环境中。对于GSM系统,C/I是衡量GSM抗干扰性能的主要指标,也是CS3/CS4使用的主要条件。

  1.使用CS3、CS4对网络性能的质量改善情况

  由于移动通信无线网络环境复杂,理论分析往往与实际应用有很大差距,因此实际使用CS3、CS4得到的网络性能更具参考依据。本节根据某厂商提供的在实验室以及现网测试结果进行分析。

  4.1.定点测试

  FTP测试

  下表是单用户情况下对各微小区和宏小区定点测试中FTP传输速率的比较,使用的手机下行支持4个时隙。

                                           表3 实际测试速率

                          各小区的单用户GPRS速率比较(kByte/s)

时间

微小区

宏小区

CS1/CS2

CS3/CS4

增长率

CS1/CS2

CS3/CS4

增长率

10:00-11:00

5.37

9.18

70.9%

4.87

8.2

68.4%

17:00-18:00

5.2

8.5

63.5%

4.65

8.59

84.7%

20:00-21:00

5.32

8.99

69.0%

4.77

7.23

51.6%


  下表是多用户情况下对各微小区和宏小区定点测试中FTP传输速率的比较,使用的为GPRS手机和GPRS上网卡,下行都支持4个时隙。

                                    表4 传输速率增长率

                       各小区多用户GPRS速率平均值比较(kByte/s)

时间

微小区

宏小区

CS1/CS2

CS3/CS4

增长率

CS1/CS2

CS3/CS4

增长率

10:00-11:00

5.37

9.18

70.9%

4.87

8.2

68.4%

17:00-18:00

5.2

8.5

63.5%

4.65

8.59

84.7%

20:00-21:00

5.32

8.99

69.0%

4.77

7.23

51.6%


  

  Ping测试

  从下表测试结果可看出应用CS3/CS4后,在带负荷的测试中,用户的网络时延比CS1/CS2明显下降。

                                     表5 时延比较

                        各微小区500kByte ping的时延比较

时间

CS2时延(s)

CS3/4时延(s)

时延降低百分比(%)

10:00-11:00

1.362

0.994

27%

17:00-18:00

1.364

0.901

34%

20:00-21:00

1.387

0.924

33%

            

                       各宏小区500kByte ping的时延比较

时间

CS2时延(s)

CS3/4时延(s)

时延降低百分比(%)

10:00-11:00

1.388

1.246

10%

17:00-18:00

1.332

1.091

18%

20:00-21:00

1.392

1.096

21%


 定点测试小结:

  •   从测试结果中看出,在应用CS3/CS4后, 在与CS1/CS2分配相同的GPRS资源的情况下,上行和下载的传输速率都有了一定幅度的提高。
  •   通过实际测试发现终端对数据速率改善效果影响较大,多时隙终端的改善效果要优于时隙少的终端。

  4.2.现网路测

  现网路测使用GPRS手机,路测过程中沿测试路线进行多次的FTP下载,路测结果显示开通CS3/CS4后

  •   同一BSC下不同小区的重选的正常进行
  •   同LAC不同BSC的小区重选的正常进行
  •   位置区更新的正常进行
  •   不同编码方式小区间的重选的正常进行
  •   现网中的链路自适应正常进行

  下表是使用GPRS手机对某一路段路测结果的比较,显示在相同测试路线,CS3/CS4应用前后用户下行数据吞吐量的显著变化。

                                  表6 路测结果

测试时间

测试路线

编码方式

传送时间(s)

传送速率(kbps)

开通CS3/CS4前

A->B->C

CS1/CS2

650.5

15.81

开通CS3/CS4后

D->E->F

CS3/CS4

170.756

38.291

  4.3.使用CS3/CS4对话音业务的影响

  为监测应用CS3/CS4对现网话音业务的影响,在开通CS3/CS4前后对测试区域的话音业务的BSC上的指标以及路测结果进行比较。从表7可以看出,CS3/CS4的开通对话音业务基本无影响。

                                                           表7 使用CS3/CS4前后话音业务指标的变化

日期

TCH话务量

TCH拥塞率

TCH掉话率

SDCCH话务量

SDCCH拥塞率

SDCCH掉话率

Intra BSC切换成功率

Inter BSC切换成功率

CS3/4应用前

170

0.03%

0.31%

74.3

0.00%

0.84%

95.4%

93.3%

CS3/4应用后

193

0.00%

0.29%

75.0

0.00%

0.88%

93.7%

91.5%

日期

接通率

掉话率

道路覆盖率(≧-90dbm)

话音质量0-3级

话音质量4-6级

 

百分比

采样点数

百分比

采样点数

 

CS3/4应用前

100%

0.00%

99.38%

94.51%

9152

5.21%

505

 

CS3/4应用后

100%

0.00%

99.43%

93.26%

28875

6.31%

1955

 


  2. CS3/CS4使用策略建议

  使用条件

  •   地区C/I应大于14dB,建议大于16dB;
  •   先对只需要软件升级的基站进行升级,对于需要硬件更换的基站需要与其他方式结合考虑;
  •   对C/I质量不高但位于市中心、CBD等高数据密集区及需要硬件更换方能使用CS3/4的基站采用连续EDGE升级,对于C/I质量高但数据需求相对略低的地区(如酒店、度假村和C/I较高的室内站)采用CS3/4的升级。二者形成多层次的数据服务体系。
  •   位于酒店、度假村、写字楼、居民区的微蜂窝及室内站在硬件许可的情况下考虑升级;
  •   不在采用跳频的载波上采用CS3/CS4。

  使用方法

  •   升级之前的规划对相关地区做C/I预测和测试,保证C/I的条件;
  •   升级之前继续做小规模实验,得到量化的用户感受提升;
  •   尽量与基站扩容工程同步进行,减少重复工作;
  •   如升级之后通过对用户的宣传和培养出现数据用户激增的局面,应有充足的准备措施(如增加专用PDCH、快速升级为EDGE、建设3G等)以避免可能出现的大幅度质量下降。

詹义发表在移动Labs的原文链接:http://labs.chinamobile.com/mblog/1228_120821

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