对GSM移动网络高密度话务下寻呼受限的研究.doc

对GSM移动网络高密度话务下寻呼受限的研究瞿水华1 引言随着中国经济的高速发展，移动通信市场在中国也得到快速发展，到2007年底CMCC已经跃居全球第一大运营网络。在各种营销策略的驱动下，深圳移动网络的话务量和数据流量增长迅猛，在一些高密度话务区域，GSM网络容量受限的问题逐步显现，容量受限表现在无线载波建设受限、交换机高负荷受限和空口寻呼容量受限等方面。本文着重讨论高密度话务区域空口寻呼受限的问题。在早期话务量不高的情况下，GSM空口理论寻呼容量是足够的，随着话务量和数据流量的不断增长，深圳多个高密度话务区域出现了明显的寻呼容量不足等问题，大量的寻呼排队拥塞、超时和二次寻呼，引起交换机负荷的升高和寻呼成功率的大幅下降，严重影响了客户满意度，也降低了频率资源的使用效率。2 寻呼容量2.1 寻呼容量的理论分析规范规定，GSM空口的PCH和AGCH共用CCCH，在爱立信CME20系统中，两个重要参数BCCH TYPE和AGBLK决定了小区寻呼容量的大小。AGBLK为保留给AGCH的CCCH块数，通常情况下，BCCH TYPE设为No Combined，AGBLK设置为1，按照51帧复帧的周期为0.2354秒，每个复帧共有9个CCCH块。因此，小区每秒钟的寻呼块数为：8/0.2354=33.98 paging blocks/秒。虽然PCH和AGCH共享CCCH信道，但任何时候AGCH优先于PCH，即当系统需要下发Immediate Assignment消息时，如果有固定的AGCH空闲，就用空闲的AGCH，如果没有空闲的AGCH，就占用CCCH做AGCH。寻呼块结构有三种，如表1所示。表1 寻呼块结构为了提高寻呼容量兼顾寻呼成功率，通常情况下采用第一次IMSI寻呼和第二次IMSI寻呼的策略。假设有5的二次寻呼，这表示每个移动台落地被寻呼尝试会发出（1TMSI5IMSI），按照寻呼块结构，每个寻呼块可以容纳的寻呼尝试为：4/(1+25)3.63PA/paging block。因此假设AGBLK1，理论上小区最大寻呼容量为：3.63(8/0.2354)=123.35PA/秒。通过计算，我们可以得出表2，它反映了小区AGCH和PCH共享CCCH时Immediate Assignment和Paging容量关系。表2 容量关系表可以看出，ImmAss/sec越大，空口的寻呼资源就越少，当ImmAss/sec超过20，无线空口留给PCH的资源只有最大容量的41。2.2 高密度话务区域的寻呼情况深圳华强北区域是个大型电子产品贸易市场，有十几家规模较大的手机交易商场，该区域具有并行话务量大、数据流量大的双重特点。在爱立信系统中，GPRS分配TBF的信息是也是通过Immediate Assignment来下发的，因此除了大量的CS域的Immediate Assignment外，还有大量的PS域的Immediate Assignment共享AGCH信道资源，爱立信CME20系统提供相关的计数器，两者TOT IMMASS量为：TOT IMMASS = CSIMMASS + PSIMMASS。图1是华强北交换局内所有小区的TOT IMMASS日峰值分布情况。图1 TOT IMMASS分布情况其中大于5次/秒的小区比例高达80，大于10次/秒的小区接近50，大于15次/秒的也有24。说明该局大部分小区立即指派负荷很高。图2是该局2008年3月份下发到一个BSC的寻呼量情况，该BSC平均忙时寻呼量保持在35万/小时以上，最大接近80万/小时。图2 寻呼总量可以看出，该局忙时平均35万/小时寻呼数量远远超过理论寻呼容量，这就必然导致大量的小区寻呼排队拥塞、寻呼丢弃和重复寻呼。3 寻呼成功率的优化策略如上所述，在高密度话务下，空口的寻呼容量成为爱立信CME20系统的理论瓶颈，在实际网络规划和网络优化中，无法直接增加寻呼容量，但可以采取迂回策略。目前我们通过对“增加单位面积的CCCH数量和减少落地寻呼尝试次数”的研究和实践，取得了良好效果。3.1 增加单位面积的CCCH数量通过分析发现，由于在华强北区域数据流量增长速度迅猛，PS域占用了大量的AGCH，统计显示PS域占用AGCH和CS域占用AGCH次数达到10:1。如果能够增加更多的小区就可以增加单位面积的CCCH数量，减小每小区服务的数据流量，从而减少PS域AGCH需求对总CCCH资源构成的压力。值得说明的是，增加小区并不会减少落地（到BTS）的寻呼尝试次数。增加小区可以通过在高密度话务区域规划建设新的基站，或者从现有的小区分裂出一个新的逻辑小区来实现。前者周期比较长，在做网络规划时需要充分测算该区域的话务量和数据流量，然后才能做出系统的规划方案。后者实现起来较为简单快捷。3.2 小区分裂小区分裂就是在原有小区上再分裂出一个小区，间接实现CCCH信道的扩容。利用共TG多小区的功能，在不改变原小区的硬件和天馈系统的前提下，将一个小区分裂为两个小区，两个小区共TG同覆盖，这样不会改变原小区的覆盖特性，并实现CCCH的扩容。该方法需要注意分裂后小区间的话务均衡，比如功率、话音信道数都要设成一样。这样才能保证用户能均匀地分布在两个小区上，否则会造成其中的一个小区更加拥塞。由于该方法将一个小区的话音信道资源分成了两部分，对话音信道整体利用率稍有影响。在优化实践中，我们对远望数码进行了分裂测试。统计显示,全局话务量和寻呼总数变化不大，且在分裂后的两个小区的总话务量比分裂前增加了37的前提下，该小区的寻呼拥塞数由20万降至7万，降低了65；其所在LA的一次寻呼成功率由81升至89，提升了8，其所在MSC寻呼成功率由85升至91，提升了7。另外，由于之前寻呼拥塞很多，公共控制信道资源紧张，立即指配也受到影响，该小区的SDCCH接通率较低，分裂后SDCCH接通率也由70升至96以上，提升了38，实地拨打感觉良好，客户体验得到充分改善。3.3 LAC分裂在深圳移动的网络中，目前一个MSC带两个2个BSC，每个BSC使用一个LAC，按照第一次local和第二次gloabl的寻呼策略。因此，每个BSC携带话务量的大小基本决定了从MSC下发到每个BSC的寻呼量，如果能够将LAC分得比较精细，提高寻呼落地的精确率，就能有效减少到达空口的寻呼数量。有两种方法：第一，每个BSC规划一个LAC，规划建设更多的BSC，缩小每个BSC覆盖面积，这需要增加投资；第二，分裂LAC，将LAC精细化，如图3将两个LAC分裂成3个LAC或者4个LAC，可以有效减少每小区空口落地的寻呼尝试次数，该方法的缺点是会增加额外的位置更新信令负荷，需要综合考虑两者的平衡关系。实际操作时，应该尽量避免切换频繁的小区作为LAC边界。图3 LAC分裂示意图我们选取了一个寻呼负荷较高的交换局进行LAC分裂测试，效果比较好。首先，空口寻呼拥塞得到明显减少。图4是对一个小区集跟踪比较的结果，LAC分裂后，小区集的日寻呼拥塞由原来的400万次降到50万次，图4中画圈的是实施时间点。其次，该交换局的寻呼总数和二次寻呼数明显有下降，寻呼成功率有7左右的提升。图4 寻呼拥塞改善情况3.4 其他措施除了上述方法外，如果能尽量减少数据业务对CCCH信道的占用，也可以缓解寻呼信道的压力。在爱立信GPRS系统中，有上行延迟释放、TBF下行延迟释放和TBF下行早建三项功能。数据业务大部分都由用户自身发起，并主要以下行业务为主。根据数据业务接入信令流程，当手机处于上下行均不存在TBF的状态下，用户若有数据传输请求，就会触发TBF建立过程，从而引起PS的立即指派功能。只要用户存在一个TBF，无论是上行还是下行，都不需要通过CCCH信道来指配信道，只需通过PACCH信道（映射在PDCH上）就能完成所需的TBF建立过程。如果用户在较短的时间内发起两次数据请求，若TBF延迟释放时间大于第二次数据请求间隔时间，就可以在不进行PS域立即指派的基础上传输第二次用户数据，因此适当地调整TBF延迟释放的计时器，从而减少PS域对AGCH资源的需求，也能有效减少寻呼拥塞。在特殊情况下，为了保障交换机的安全而采取一些特殊措施，比如关闭二次寻呼、关闭部分小区的GPRS功能，这些措施会严重影响客户体验，只能作为临时的应急措施。4 结束语随着话务和数据流量的增长，寻呼受限的问题会越来越多，这给网络规划和网络优化工作带来极大的挑战，同时随着2G网络资源投