浅析半速率信道对话务拥塞的作用

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    作者：中国联通大连分公司  彭晓峰

    移动通信用户的迅速增长带来了移动通信网络规模的快速膨胀，但由于新增用户绝大多数是低端用户，如果继续对网络进行大规模投资，将不能取得与之相应的收益。

    为了确保网络畅通、解决投资和收益问题，可以启用半速率语音通信技术来解决忙时话务拥塞问题。这不仅能够有效解决突发话务量造成的网络阻塞，促进话务量和业务收入的同比增长，还可以节省无线载频的投资，提高资源利用率。

    联通大连分公司通过对相关数据分析后发现:大连是典型的旅游城市，其各个基站的话务模型随着季节的变化有着明显的不同。对于很多旅游景点附近的基站，如果常年保持高载频配置，无疑是对网络资源的浪费。但频繁地进行网络调整，则存在着很多现实困难，一是这种情况的小区众多，工作量极大，并且其中很多小区是偏远的农村、海岛;二是在反复的调整过程中，由于路途遥远、车辆颠簸等因素，容易造成载频板以及连接载频板的钢跳线的损坏，增加维护成本。

    此外，移动运营商越来越多的市场推广措施促使话务量增长较快。某些小区在某些特定时段有大量用户同时通话的需求，如校园周边的无线网络容量需求量在学生下课后变得很大。还有临时举办的会议或活动，会造成某些区域突发性话务量剧增，出现严重的网络拥塞，而活动结束之后话务量会立即下降到较低的水平。此时，若增加载频配置，势必会降低载频的利用率，尤其对于校园周围情形，网络扩容也暂时无法满足话务量增长需求。在这种情况下，采用半速率信道，可以在不必扩容硬件的情况下有效地解决话务拥塞，提高接通率。半速率新技术不失为一种投资小、见效快的解决突发性高话务需求的方案。

    GSM半速率编码技术

    半速率技术是一种通过合理调整配置速率、扩充网络容量的无线网络优化新技术。半速率语音技术的应用，可使相关网络指标明显提高，缓解临时性的网络阻塞，取得一定的社会效益和经济效益。

    1.1技术简介

    半速率（HalfRate，简称HR）是GSM网的业务承载方式之一，相对于全速率（FullRate，简称FR）业务承载方式而言，降低了码率、提高了频谱利用率，理论上可以将无线容量提高一倍。

    GSM是一个时分系统，一个频点可分为八个物理信道时隙（TS0至TS7），一个TDMA帧由TS0至TS7组成，一个话务信道TCH的TDMA复帧为26个帧，时长为120ms。复帧中的第13帧为SACCH（慢随路控制信道），第26帧为空闲帧。系统采用半速率后，帧结构并未起变化，不过系统将复帧中的奇数帧分配给一个用户，而将其中的偶数帧分配给另一用户，原先的第26空闲帧就成为第二个用户的SACCH。这样，原有的一个TCH 时隙上可以接入两个用户的业务，增加了信道容量。

    现有的GSM系统大多采用FR承载方式，即话音业务传送速率为13kbit/s，数据业务以9.6 kbit/s或4.8 kbit/s或小于2.4 kbit/s的速度传送;HR语音信道以6.5 kbit/s的速度传话音业务，以4.8 kbit/s或小于2.4 kbit/s的速率传送数据业务。

    半速率功能的开启要求网络和终端均支持半速率功能，目前市场上出售的手机几乎全是支持半速率的，这为网络启用半速率功能提供了前提条件。

    半速率小区每载频的信道容量可以翻倍，从而节省无线载频的投资，无需额外的载频扩容、Abis接口的增加和频率规划，能有效地解决突发话务量造成的网络阻塞。但半速率也会带来一些负面影响，如:通话时话音质量有所下降、掉话次数有所增加，在C/I较差的环境下HR语音质量下降相对于FR更为明显。因此，半速率主要用来缓解突发话务造成的无线拥塞，不宜将半速率作为无线网络扩容的主要手段。

    实验室的实验结果表明:HR在提高小区容量的同时，编码速率的降低会造成语音质量下降，在C/I较差的环境下，HR语音质量下降相对于FR更为明显。因此，半速率不宜在C/I较差的区域应用。HR信道不支持分组业务(GPRS)，分组业务仅能分配在FR下，但由于GSM系统对语音和数据的承载是分别进行的，所以并不造成影响。

    半速率的具体实施方式主要是动态半速率方式，即根据小区业务负荷来动态决定分配全速率或半速率信道，一般当全速率信道占用超过一定比例时开始分配半速率信道，此外，还有固定半速率的方式，即可以将某些时隙人为地静态设置成半速率信道。

    GSM系统引入半速率后，每个物理时隙可以承载2个半速率话务信道。这样，系统的无线容量理论上可以达到原来的2倍。但这只是一个粗略的估算，还有其他一些因素影响网络的实际容量:每载频话务信道的增加同时也要求信令信道和公共控制信道数量的增加;中继增益——根据Erlang-B表，如果信道数翻倍，在相同的拥塞率情况下，所带来的容量大于2倍;半速率和全速率话务请求混合的情况，由于部分终端只支持全速率，某些数据业务只支持全速率信道因此会出现。

    1.2半速率编码的益处

    半速率编码的益处基本上有四项:

    *每载频的信道容量可以翻倍;

    *节省无线载频的投资，无需额外的扩容载频和Abis接口，无需额外的频率规划;

    *有效解决突发话务量造成的网络阻塞:增加了小区话务量，减少了话务信道拥塞率，提高了无线呼叫成功率和切换成功率;

    *在语音质量方面，用户体验基本没有变化；可以参照TEMS路测结果，SQI值从全速率时的22，降至半速率的17，而SQI的可接受值最小为10。

    1.3半速率给网络带来的弊端

    然而，半速率技术也会给网络带来如下弊端:

    *偶尔通话时话音质量有所下降。

    *掉话次数有所增加。因为使用半速率信道时，语音编码速率只有6.5kbit/s，且无法提供较好的冗余差错保护，对误码率较为敏感，从而对无线环境要求高于全速率信道。而在无线环境较差的地方容易产生RadioLink Failure原因的掉话。要想克服此类掉话，一方面应该加强小区覆盖，尽量选取覆盖较好的小区开启半速率;另一方面应该注意调节门限值，多使用全速率信道。

    *在C/I较差的环境下，HR语音质量下降相对于FR 更为明显。

    半速率功能的启用

    启用半速率功能，必须得到硬件设备和软件功能的支持，下面以西门子设备为例，介绍一下大连联通公司半速率功能的开启。

    首先需要说明，该网无线系统软件是BR5.5版本。

    半速率的启用原则:

    *尽可能成对地分配半速率信道至一个时隙上;

    *全速率和半速率的自动分配:在网络资源允许的情况下，全速率信道优先分配，在全速率信道已占满时，分配半速率信道。对于BR5.5版本来说，半速率和全速率信道虽然可以动态分配，但一个基站控制器下所有小区使用相同的门限值。

    从BR6.0版本开始，网络系统可以根据小区负荷设定半速率开启门限值，半速率的动态分配实现了不同小区使用不同的门限值的功能，在全速率信道占用比例高于设定的门限值时，分配半速率信道。

    BR6.0还提供了半速率信道自动配对的功能，BSC每400ms对TCH的负荷及占用情况进行观察，如有半速率通话未配对时，触发小区内的强制切换;将两个半速率的语音业务放在同一个信道内。BR6.0这两个新功能，使半速率的小区在通话质量及话务统计等方面的指标有了明显的提升。

    半速率对硬件要求:TRAU中的TRAC板需在V3版本以上;BSC中SN16为QTLP。

    2.1半速率功能的实施

    我们做了开通半速率小区的试验，开通了2个BSC中的4个基站11个小区的半速率功能，经过几天的统计观察，发现开启半速率有效地减少了这些小区话务信道拥塞，增加了话务量，提高了呼叫成功率，并且切换的成功率也有所增加。

    三次试验的结果表明:开启半速率语音功能以后对网络是安全的;语音质量在普通用户可以接受范围之内，没有接到针对半速率语音业务的用户投诉;所有网络运行指标，包括掉话率、话务掉话比等，在开启半速率语音功能前后负面变化不明显;不能支持半速率信道的手机可以得到同小区分配的全速率信道并正常使用。

    2.2半速率对掉话率的影响

    虽然开启半速率语音功能后，掉话率、掉话比等没有明显变化，但半速率所造成的掉话也是不容忽视的。我们对开通的120个小区进行了统计:分别取了开通半速率小区后的7月8日～7月31日和开通前5月8日～5月31日忙时（10点～11点）的话务统计数据。表1是这些小区在开通前后的总的掉话次数变化情况。

    从表1中可以看出，平均掉话次数在开通后增加125次，结合启用前一般全网总掉话水平（约2700次），掉话率上升了约0.03个百分点，即从原来的0.63左右至少上升到现在的0.66左右。这是只计算了这些开通半速率小区本身的掉话次数，从理论上来说，在半速率小区与全速率小区的切换过程中，掉话次数也会比以前全速率小区间切换有所增加。

   

    结束语

    半速率功能以可以接受的话音质量损失，换来了无线网络容量的增大，提高了频谱利用率。在各种突发性话务增大的情况下，半速率功能可以有效发挥吸收话务、保护网络设备安全、保障通信畅通等重要作用，是值得推广使用的一项功能，但不能将半速率作为无线网络扩容的主要手段。

    参考文献

    [1]周胜强，“移动通信基站故障浅谈”，《移动通信》，2001年第9期

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