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关于低速无线电寻呼系统扩容方法的探讨——常忠

2/14/2005来源:移动通信人气:7218

关于低速无线电寻呼系统扩容方法的探讨——常忠 一、背景与意义 截止到1997年底,社会寻呼台约有2200家,中于受到技术、资金等多方面的限制,投 资建台多采用POCSAG编码方式,且传输速率在1200bps以下,经多年的运行,不但系统、寻 呼机开始老化,而且网络容量越来越趋于紧张,有限的频率资源也几乎使用殆尽。 当前国内寻呼界为了扩展容量,充分利用频率资源,有许多寻呼台引进了美同FLEX系 统,其运行速率可工作在6400bps,甚至:9600bps,容量可达20万用户/频点,但由于受到 投资与技术条件的限制,使许多寻呼台又望而却步。 为厂更充分有效地利用频率资源和设备资源,经电信总局批准,原邮电部移动通信局 决定进行150MHz无线电寻呼系统扩容研究和现场试验。我们知道寻呼系统的扩容关键就是 提高传输速率和编码效率,编码效率与寻呼信号的协议有着直接的关系。寻呼协议是一种 语言,或一套规则,它决定着容量、等待时间和信号速率、寻呼机电池寿命和数据完整性, 以及寻呼服务提供者和使用着眼中所有关键的品质。根据理论分析得知提高传输速率又会 带来降低覆盖范围和出现新的干扰等问题,同时为更好地利用原有频率和设备资源,采用 新的寻呼协议,就必须充分考虑与原系统的兼容性。综合以上分析,本文在现场试验的基 础上探讨了一种新的扩容升级方法。 这种方法是在原有150MHZ低速寻呼系统设备及频率资源基础上,通过增加新的与原 POCSAG编码协议相兼容的APOC协议提高传输速率,来达到系统扩容的目的。 二、APOC编码协议格式 APOC(Advanced paging Operator code,高级寻呼操作码)是PHILipHS于1993年开 发,1994年公布的,APOC码的部分开发人员曾参加过POCSAG码的研制,所以在APOC码的研 制过程中,考虑了与现有POCSAG码系统的兼容性,因此说它是POCSAG的一种升级形式,码 速率可为 1200、240O、3200、48O0和5400bps。对于前两种速率,APOC采用2电平FSK,后 三种速率则采用4电平FSK,APOC使用短的前置码以最大限度地提高系统容量。 APOC码分为第一阶段码和第二阶段码,第一阶段码主要是针对1200bps的速率,和POCSAG 码只有较小的差异,如果需要,2400bps的速率也可以使用这种结构;第二阶段码为一般化 的码结构,对4种速率都可适用,由于120O和2400bps可以用第一阶段码,故又称第二阶段 码为高速码。 APOC120O码和POCSAG码结构人致相同,也是批、帧、码字结构。前置码为576bit和POCSAG 一样其码型由101O…组成,它可以在每个传送周期前发一次,也可以若干个周期发一次。 每码字32bit,采用扩展的BCH(32,21)码,每帧两个码字,每批内含 1个同步字SC和 8 个帧,SC也和POCSAG的相同,但不同的是APOC采用全同步传递方式,因此每15批构成一个 传送周期,一个周期时间为6.8秒。定义第0批的SC后的第一码字为“O批标记”,它是系 统预留的地址码,它和“批”中其它的码字结构是一致的,作为传送周期的标志码;另一 方面,APOC系统规定其寻呼机只检测一周期中某一帧的地址码,不像POCSAG寻呼机要检测 每一批的某一帧,囚此,O批标记实际上起到了“批同步”的作用,APOC的寻呼机不需要在 每个SC都加电,只需在它所分配的那个批中的SC和其中的某一帧才加电,寻呼机在每次失 去同步后(例如开机或超出服务区),只要检测到0批标记,就可以很快同步到自己的批和 帧上。 APOC2400码的传送周期分成两个半周期,每半个传送周期传送15批,每批包含一个同 步码字和随后的8帧,每帧也同 POCSAG码一样有 2个码字,每一次信息传输都是由前置码 开始的,若与POCSAG兼容传输,则前置码为576bit;若传输信道中只有APOC寻呼机,则前 置码是16bit。 APOC第二阶段码和第一阶段码一样,一个传送周期也是6.8秒,由三个高速批(HSB) 组成,每批均以同步码SC开始,码速可以是1200、2400、3200、4800和6400bps中的任何 一种,但是SC的速率始终是1200bps,且码字也和POCSAG相同。由于总是三批,传送周期是 6.8秒,SC总是1200bps的速率且为32比特,所以对于不同的码速率,每批的帧数、每帧的 码字数和每码字的比特数都是可以改变的。 三、扩容系统容量分析 系统容量是指地址容量和信道容量两个方面,地址容量就是地址码所能表示的数的总 量,一般是个定值,APOC地址码将近10亿个。 信道容量与系统内用户的呼叫量、信息的长短、信息在码流中占的比例等因素有关, 因此理论分析计算单一协议的信道容量C的公式为: 1800Rp.(1-f)·r的负1·b的负1.n 有追呼 C= 3600Rp.(1-f)·r的负1·b的负1.n 无追呼 C的单位为用户/信道 式中Rp为寻呼系统的码速;f为系统空闲系数;r为忙时寻呼率;b为每条信息转化二 进制数的比特数;n为寻呼系统的信息编码效率,令n1 为码字的编码效率,n2为寻呼系统 的管理开销系数,则 n=n1.n2, 设在寻呼系统发送的有关信号周期内信息比特数为n1,管理开销比特数为n2, 则 n2=n2/(n1+n2) 根据信道容量计算公式,我们可分别计算出各种忙时呼叫率时不同传输速率法不同编 码万式时的信道容量。 四、实际升级系统的 容量测试结果升级系统的编码器PC/MMM在某一时刻根据通过系统的话务量和类型动 态地转换于POCSAG120O和APOC2400之间。不同协议之间的混合经常引起一定数量的低效和 丢失,混合丢失主要取决于混合协议的类型和执行混合的编码器算法。 APOC24OO被设计成可以与POCSAG有效地混合。 我们考虑一个简单的例子,系统在高峰时间发送POCSAG消息,此时一个APOC消息引入 系统。如果编码器立即发送APOC消息,这不得不暂停P0CSAG再引入一个完全的 APOC)周 期。这个APOC周期将只有一个有用的消息,在周期的其它部分将填充空闲码字,因此浪费 容量,最有效的方法是等到编码器有了足够的APOC消息使其填满了一个完整的周期后再发 射,然而由于排队填充,将导致前面的消息有明显的延时。PC/MMM编码卡采用组合方法, 提供最有效的信息负载,同时保持延时最小。控制决策过程的参数是可编程的,并且可被 修改。以使其适应特定系统活务量的类型。因为预测实际操作算法的性能是非常复杂的, 在设计APOC2400系统时实际测量了编码器在不同比例POCSAG和APOC混合时的最大容量。 容量测试的方法是产生:(生成)一些包含10K或 20K消息的长文件,其包含APOC和 P0CSAG消息的百分比是已知的,文件中消息RIC是随机的,以模拟真实消息。每个文件被 编辑成包含一个开始和一个结束寻呼信息,通知给一个实际的寻呼机,通过寻呼机记录测 试完成1OK或2OK寻呼信息所用的时间,然后计算出忙时所能处理的寻呼量,并计算出系统 的容量。文件名以A或B开始(A和B表示不同的信息类型),并有一个数字指明该文件小中 APOC业务量。 如火件名A4O表示信息类型A,其中4O%为APOC240O,6O%为POCSAG用户。 在每个测试中,很多这样的文件连接在一起组成一个非常长的文件。文件结构如图1 所示: 图2是类型A文件情况下两套不同编码器参数设置的测试结果。它表示了在不同比例话 务量下最合适的编码器设置,很明显系列2编码参数适合FAPOC)话务量低于50%的业务, 而系列l适合于FAPOC话务量高于户5O%的业务。 这样,系统的实际容量曲线是由系列I和系列2两条曲线的组合,如图3所示。 根据忙时呼叫率(BHCR)情况,可将系统容显C转换成用户数量N,转换公式是: N=C/BHCR 图4给出了BHCR为0.35,不同的P0CSAG用户时,所能增加的用户容量。 由图4可以看出,假如POCSAG用户拥有10000个,那么可增加的APOC用户数量可以超过 150000,这样总的用户数大约是165000。 五、结论 本次150MHz无线电寻呼系统扩容方法的试验,通过了由原邮电部移动通信局和传输 所等单位专家组成的评审小组的评审,评审小组一致认为,从现运行的150MHz系统上进行 APOC2400bps现场系统升级,无论在技术上还是在经济上均是可行的;升级后的系统可以兼 容传输POCSAG512/1200bps和APOC2400bps速率的寻呼信息,而系统覆盖范围不变;系统升 级费用较低,而系统容量提高较大,原系统的现有用户量较低,升级后的系统扩容效益较 高;采取适当的措施,在基本不影响现有用户寻呼业务的前提下,可以平衡地实现现有系 统的现场升级。