SDCCH信道的话务量评估及最佳配置

基站小子

在GSM网络的空间接口上，要传递大量信息。我们根据信道承载的信息种类，定义了不同的逻辑信道，在传递信息的过程中，逻辑信道要放在一个物理信道上。在所有的逻辑信道中独立专用控制信道SDCCH是一个相当重要的控制信道。它的主要作用是在指派业务信道TCH前传递系统信息，如：用户鉴权、用户登记消息及呼叫接续信令。因此，，在一个小区内，如何合理地选择一定数量的物理信道用作SDCCH信道来传送信令，确定SDCCH信道与TCH信道的最佳比例，是网络优化研究的重要课题。现讨论如下：
一、             独立专用控制信道SDCCH
      独立专用控制信道SDCCH用于在指派业务信道TCH前传递系统信息，如：用户鉴权、      登记、呼叫接续信令等内容。
    二、SDCCH信道结构
    在一个小区内，SDCCH信道传送呼叫接续信令，承担信令话务量；TCH信道传送话音信号，承担通话话务量。SDCCH信道的基本结构及组合结构如下：
1、SDCCH信道结构
（1）SDCCH/8信道结构
由于呼叫接续信令的传输速率较低，一个物理信道可以分时传送8路呼叫接续信令，
因此，一个物理信道可以分成8个SDCCH子信道，一般表示为SDCCH/8。
   （2）一个小区必须定义一个BCCH广播控制信道，对配置较小的小区可以使SDCCH和 BCCH共占用一个物理信道，一般称为组合BCCH信道。在这种情况下只能定义4个SDCCH子信道，表示为SDCCH/4。可以节省SDCCH占用的物理信道，但是，降低了系统的寻呼能力。
   （3）小区广播业务信道CBCH
    在GSM系统中可以开通小区广播业务，在一个位置区域内将短消息业务中心的短消息广播给在该位置区域内登记的所有用户。在开通广播业务时，每个小区的广播业务信道CBCH必须占用一个SDCCH信道。
2、SDCCH信道和其它信道的组合
    根据小区信道配置及小区话务模型，SDCCH信道和BCCH信道有四种组合，一个小区只能使用其中之一。
   （1）SDCCH/4
    SDCCH信道和BCCH信道组合在一起，占用广播载频的第一物理信道。这种组合只能定义4个SDCCH，一个小区最多有4个SDCCH子信道。
   （2）SDDCH/8
    SDCCH信道占用一个独立物理信道，一个物理信道可以分成8个SDCCH信道。一个小区最多可以定义16个SDCCH信道。如果SDCCH信道只占用一个物理信道，系统自动分配广播控制载频的第三个时隙为SDCCH信道；如果SDCCH信道占用两个物理信道，则SDCCH信道占用的第一物理信道为广播载频的第三时隙，SDCCH占用的第二个物理信道可以定义在其它载频上（一般是小区的第二载频），但是第二个物理信道与第一个物理信道的时隙（在两个载频上）应该相同。
   （3）SDCCH/4信道中包括小区广播业务信道CBCH
将一个SDCCH信道定义为CBCH信道，一个小区只有3个SDCCH信道。
   （4）SDCCH/8信道中包括小区广播业务信道CBCH
将一个SDCCH信道定义为CBCH信道，其余为SDCCH信道。
三、             SDCCH信道的拥塞率
      在定义SDCCH信道数量时，必须综合考虑SDCCH信道的拥塞率及TCH信道的拥塞率。因为，在一次通话中即需要SDCCH来传送呼叫接续信令，也需要TCH来传送话音或数据信息。对通话建立而言，SDCCH信道和TCH信道同样重要。但是，SDCCH可以更有效地利用载频的物理信道，因此，SDCCH信道的拥塞率应低于TCH信道的拥塞率。
            确定SDCCH信道拥塞率的基本原则为：SDCCH信道拥塞率应为TCH信道拥塞率的25％。如果SDCCH信道拥塞率高于这一比例，就应当定义更多的SDCCH信道。对于SDCCH/4的配置，SDCCH的拥塞率应为TCH的50％。
假如一个小区TCH信道拥塞率定义为2％，则：
对于SDCCH/4信道配置的拥塞率应为1％。
对于SDCCH/8信道配置的拥塞率应为0.5％。
注意：在GSM系统中，可以定义立即指派SDCCH信道的功能，在SDCCH信道拥塞时，将立即指派TCH信道传送呼叫接续信令，以降低SDCCH信道拥塞率。
四、在SDCCH信道上完成的话务事件
1、位置更新
    在GSM系统中，用户登记的最小区域是用户位置区域LAC。当用户在一个位置区域LAC内时，无论怎样移动都无需向系统报告；只有用户到达另一个位置区域时才会发生位置更新。用户发生一次位置更新占用SDCCH信道的时间大约为3.5秒。其中传送位置更新消息的时间为3秒，从SDCCH信道释放到BSC确认SDCCH信道空闲的时间为0.5秒。
    在用户开机时,首先搜索并锁定在信号最强的BCCH信道上,系统在BCCH信道上发送系统广播信息及寻呼信息。如果用户是第一次接入，在MSC/VLR没有该用户的任何信息，用户在BCCH信道上收到系统广播的LAC信息后，立即接入网络，向MSC/VLR发出位置更新消息，MSC/VLR通过查询、鉴权确认后，准许用户接入。
2、IMSI附着/分离
    在网络中启用用户附着/分离功能后，在用户关机时向系统发送最后一次分离处理请求消息，MSC/VLR收到分离消息后，将用户对应的IMSI标识为分离状态。IMSI分离时，系统不进行鉴权，也不向用户发送任何确认消息。用户IMSI分离一次占用SDCCH的时间大约为2.9秒。在时间上等于一次位置更新的时间减去用户IMSI鉴权一次的时间，用户IMSI鉴权一次的时间为0.6秒。
    当用户在同一个位置区域LAC内开机时，用户向系统发送激活处理请求消息，MSC/VLR收到用户请求，鉴权通过后，将用户对应的IMSI标识为附着状态。用户IMSI附着一次占用SDCCH信道的时间为3.5秒，与用户完成一次位置更新的时间相同。
3、周期性位置登记
    系统不能及时掌握用户状态的情况如下：
（1〕       用户手机自动掉电。
（2〕       用户进入盲区。
（3〕       在用户向系统发送IMSI分离消息时，由于SDCCH信道传输质量较差，误码率高，使系统不能正确地译码。
    遇到上述情况时，在很长一段时间内系统还以为用户处于附着状态，或者在最后登记的小区内。为了使系统及时掌握用户状态，系统定义了周期性登记功能来让用户每隔一定时间向系统汇报一次所在位置。如果到了周期性登记时间系统没有收到用户的登记消息，就在用户登记的VLR中将用户标识为分离状态。用户进行周期性登记需要系统确认，在用户没有收到证实消息前一直向系统发送周期性登记消息，直到收到系统证实消息后才停止发送。在GSM系统中，每个BTS可以有不同的周期性登记时间，系统在BCCH信道上向用户广播周期性登记时间。在用户没有连续重发的情况下，完成一次周期性登记的时间大约为3.5秒，与用户完成一次位置更新的时间相同。
4、呼叫建立
    在GSM系统中，用户在每次呼叫建立时都要进行鉴权。因此，在SDCCH信道上传送的信息包括用户鉴权消息及呼叫接续信令。根据统计结果，用户完成一次主叫呼出占用SDCCH的时间为2.7秒，完成一次被叫占用SDCCH的时间为2.9秒，其中从SDCCH信道释放到BSC收到释放证实信号的时间为0.5秒。
5、点对点短消息传送
    GSM系统支持点对点短消息传送业务。可以在短消息服务中心向用户发送短消息。在用户手机空闲时，要占用SDCCH信道传送短消息；在用户通话时，要占用SACCH信道传送短消息。传送短消息占用SDCCH信道的时间为短消息呼叫建立及传送短消息的时间和。与通话呼叫建立相比，短消息呼叫建立的信令较短，短消息呼叫建立的时间也短。系统传送一次短消息占用SDCCH信道的平均时间大约为6.2秒。
6、三类无线传真业务
    在GSM网络中，系统支持三类无线传真业务，传真业务是以数据打包方式发送的。传送传真业务数据要占用SDCCH信道。传送一次传真数据占用SDCCH信道的时间与一次通话呼叫接续时间大约相同，主叫为2.7秒，被叫为2.9秒。
7、补充业务
    在GSM网络中，除了基本的通话业务以外，还可以向用户提供许多补充业务，如来电显示、呼叫前传、呼叫限制、三方通话等项补充业务。所有补充业务的激活都要占用SDCCH信道，根据统计结果，每激活一次补充业务占用SDCCH信道的时间大约为0.9秒。
8、错误接入
    在呼叫接续过程中，系统在随机接入信道RACH上接收用户请求指派消息，要在准许接入信道AGCH上向用户发送指派SDCCH信道的消息。如果系统受到较强的干扰信号，将干扰信号错译为用户请求指派SDCCH信道的消息，系统将错误地占用SDCCH信道，等待用户送来其它消息，系统的等待时间大约为5.3秒，加上0.5秒的信道释放时间，一次虚假占用SDDCH信道的时间大约为5.8秒。一般这种干扰是瞬间的，具有一定的随机性，在评估SDCCH信道的话务量时不予考虑。
五、 SDCCH信道上各种话务活动的话务量评估
1、  位置更新
    用户位置更新要占用SDCCH信道，一个位置区域内的小区与边界小区承担的位置更新话务量不同。移动用户的位置更新一般发生在两个位置区域的边界处，因此边界小区接收用户位置更新请求次数较多，边界小区承担位置更新的话务量较大。特别是话务量大、用户移动频繁的边界小区，承担的话务量更大。我们根据下面假设的话务模型来计算不同小区位置更新的话务量。
假设开机用户为40％，在一般小区内，每个开机用户每小时发生1次位置更新。则用户产生的位置更新话务量为：
                    1×40％×3.5/3.6＝0.4Me
在微蜂窝小区内用户发起位置更新的机率很小，则不预考虑。
假设边界小区接收的位置更新次数为一般小区的3倍。则在边界小区内一个用户产生的位置更新话务量为：
                   3×1×40％×3.5/3.6＝1.2mE
2、 IMSI附着/分离
用户IMSI附着/分离是移动网运营商可选项。选用此项功能可以提高网络的运行质量。我们根据下面假设的话务模型来计算每个用户IMSI附着/分离的话务量
    假设每用户在1小时内完成一次IMSI附着/分离，则每用户产生的IMSI附着/分离的话务量为：
                 （1×3.5＋1×2.9）/3.6＝1.8mE
3、周期性位置更新
周期性位置更新是移动网运营商可选项。选用此项功能可以提高网络的运行质量。我们根据下面假设的话务模型来计算每个用户进行周期性位置登记产生的话务量。
    假设T3212定义的时间为30分钟，开机用户为40％，一个开机用户1小时进行2次周期性位置更新，则一个用户进行周期性位置更新产生的话务量为：
2×40％×3.5/3.6＝0.8mE
4、 建立呼叫
用户忙时呼叫次数与用户的话务特性及网络覆盖情况有关。不同的网络应根据话务统计结果确定用户的呼叫次数及主被叫的比例关系。我们根据下面假设条件来计算用户呼叫接续产生的话务量。
假设用户主叫产生的忙时试呼次数为0.8BHCA，用户被叫产生的忙时试呼次数为0.3BHCA。则每用户呼叫接续产生的话务量为：
（2.7×0.8＋2.9×0.3）/3.6＝0.9mE

5、 点对点的短信息业务
用户使用点对点短信息业务的次数与用户话务特性有关，但是，在很大程度上还取决于网络运营商是否开发出适合市场的应用业务。我们根据下面假设条件来计算每个用户使用点对点短信息业务产生的话务量。
假设用户使用点对点短信息业务主叫产生的忙时试呼次数为0.5BHCA，用户被叫产生的忙时试呼次数为0.1BHCA。则每用户使用点对点短信息业务产生的话务量为：
                 6.2×（0.1＋0.5）/3.6＝1mE
6、无线三类传真业务
目前在GSM系统中，用户使用无线三类传真的业务量很小，因此在计算SDCCH话务量时不考虑。
7、补充业务
    假设开机用户为40％，每用户1小时激活或关闭1次，则每用户使用补充业务产生的话务量为：
1×40％×0.9/3.6＝0.1mE
8、错误接入
因错误接入的随机性很大，在这里不计算由此产生的话务量。
9、冗余量
在定义SDCCH信道时，要在理论计算的基础上增加20％的冗余量，以保证SDCCH的拥塞率较低。但是，在系统启用立即指派SDCCH信道的功能后，可以不考虑SDCCH信道的冗余量。   
10、SDCCH信道的总话务量
汇总以上计算结果，用户占用SDCCH信道的总话务量见下表：

六、 SDCCH/TCH的分配比例
    在GSM网络中，我们要根据SDCCH信道和TCH信道承担话务量的比值来确定SDCCH信道和TCH信道的分配关系。假设每个移动用户忙时话务量为25mE，则SDCCH和TCH的分配关系为：
一般小区为：6.1/25＝24％
内部小区为：5.6/25＝23％
边界小区为：7.0/25＝28％
根据上述计算结果和小区载频配置数量，建议使用下表的信道配置：
制表说明：
（1）如果位置区LAC定义很大，则每个小区在SDCCH信道上的寻呼话务量
较大，建议不要使用SDCCH/4的配置，应使用SDCCH/8的配置。
（2）表－1－1使用于定义广播业务信道CBCH的小区。
（3）表－1－2使用于没有定义广播业务信道CBCH的小区。
（4）表－1－3使用于网络规划。在网络规划阶段，估算小区SDCCH信道配置
时可参照此表。此表只使用于没有定义广播业务信道CBCH的一般小区。
七、  根据话务统计确定SDCCH信道配置
    以上我们在假设话务模型的条件下，讨论了SDCCH信道配置。没有考虑不同小区用户的话务特性。在运行网络中，应根据小区忙时话务统计结果，更准确地定义每个小区的SDCCH信道配置。
在小区话务统计中，给出了SDCCH信道的话务量及拥塞率，TCH信道的话务量及拥塞率。根据话务统计结果分三种情况讨论。
1、小区没有话务拥塞
在小区SDCCH信道及TCH信道没有话务拥塞时，应根据小区话务统计结果，首先计算出SDCCH信道与TCH信道承担话务量的比值，然后通过查表确定小区SDCCH信道配置。各种信道配置见下表：
制表说明：1、TCH的拥塞率＝2％。
2、SDCCH/4的拥塞率＝1％。
3、其它SDCCH的拥塞率＝0.5%。
4、对于LAC较大的位置区域，由于寻呼话务量较大，建议不使     SDCCH/4的配置。
5、  该表适用于开通小区广播业务信道CBCH的小区。
2、   小区有话务拥塞
    在小区有话务拥塞时，SDCCH信道最精确的配置应根据小区话务拥塞结果来定义小区的SDCCH信道。SDCCH信道的最佳配置应当满足两个条件：（1）SDCCH信道占用最少的物理信道。（2）SDCCH的拥塞率应小于TCH拥塞率的25％或50％。
3、 启用立即指派功能
系统启用立即指派功能，可以提高小区的信道利用率。在话务统计中，给出了SDCCH信道及TCH信道的拥塞率，系统根据两种信道的拥塞率和SDCCH信道配置自动指派TCH信道传送呼叫接续信令，使其满足两种信道的拥塞率关系，使系统信道资源达到最佳配置。在系统启用立即指派功能后，可参照下表定义小区SDCCH信道数量：
制表说明：1、该表只适用于系统启用立即指派信道功能。
          2、当每TCH信道话务量大于0.5Erl时，系统的立即指派功能受限。
3、该表适用于开通小区广播业务信道CBCH的小区。
4、对于LAC较大的区域，由于寻呼话务量较大，建议不使用SDCCH/4 的配置。
以上是针对爱立信GSM系统讨论的，在讨论过程中假设了话务模型，可能不适用于其它厂家的设备和特定的小区。写本篇文章的目的是为了提出如下三种方法：（1）提出建立SDCCH信道话务模型的方法。（2）提出评估SDCCH信道话务量的计算方法。（3）提出评估SDCCH信道最佳配置的方法。这三种方法仅供大家参考。在实际工作中大家可以借助以上讨论的方法，通过小区话务统计，结合实际网络配置，建立更适合运行网络的话务模型，确定更科学的定义方法，使系统信道资源达到最佳配置，以提高网络运行效率。