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DSP双模手机的小灵通网络优化分析

2019-07-15 00:36发布

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DSP双模手机的小灵通网络优化分析


     本文中，我们主要讨论小灵通网络(PHS，P网)的优化和双模手机对小灵通网络的影响。无线网络优化包括终端、基站和核心网的优化，GSM(G网)和3G(C网，包括2G的IS-95)都有较完善的网络优化方案。

　　当前，国内存在GSM、PHS、CDMA等多网并存，为了充分利用这些网络资源，多模手机应运而生。建立在零中频(Direct Conversion)的射频(RF)技术和DSP数字基带处理器基础上的多模手机，提供了实现高性价比的强大能力，减少了因单个网络超负荷运转而导致的无线通讯的失败几率。而且小灵通双模手机利用DSP技术，可以花费较少的代价完成对小灵通网络的协同优化，提高小灵通的瞬时负载容量和服务质量。小灵通的网络优化提出的时间不长，但是承受着巨大的压力。
　　小灵通网络优化存在的问题

　　小灵通具有功耗低 辐射小、资费低廉等优点，在低端市场赢得了相当多的青睐。而小灵通也有一些缺陷，发射功率低、散射严重、信号衰落较快等。针对这些缺点，PHS网络采用微蜂窝技术，微蜂窝技术有一个附带的好处就是理论上可以承载更多的用户。但微蜂窝技术需要架设更多的基站，尤其在环境复杂、人流量大的市区。影响小灵通服务质量有三个要素，终端(手机)、基站和核心网络，我们可以把它们一起视之为网络优化的组成部分，终端和基站为无线部分的优化，核心网为有线部分。对无线部分的优化可以使系统服务质量的提高达到事半功倍的效果。与GSM网络优化不同(在GSM网中基站和核心网几乎担负了全部的优化任务)，PHS标准没有指定基站对网络优化的责任，所以无线部分的优化有些只能从基站入手，如清除盲区、减少邻道干扰、优化天线仰角等。而有些可以由手机负责，如预测、分析网络相位特性、发起切换、改变发射功率提高C/I比、对收发的非线性补偿。

　　虽然无线部分的优化至关重要且见效明显，但无论从终端还是基站入手都与小灵通的发展策略相抵触。从基站方面，小灵通网络需要的基站数量多，按照功率计算且不考虑反射因素，PHS基站数要比GSM基站数多25倍以上才能覆盖同样面积的区域。因为在小灵通网络的早期建设过程中缺乏好的规划，单纯采用增加覆盖、消除盲点和多层覆盖等技术，现在运营商对基站的优化必然受阻于成本和能力：成本问题反映在要对庞大数量的基站进行测试、分析、更新参数，甚至是移动基站，工程复杂，代价巨大；能力问题反映在因为基站规划的无序性和PHS调制方法的统计特性，常规用于GSM网络的路测技术和分析模型远远达不到 PHS的需求。从手机方面，小灵通持续的降低成本虽然得益于技术的进步，使新手机性能不低于旧的手机，但也失去了提高性能以达到辅助网络进行优化的机会。
　　核心网的优化是另一个途径，但核心网的优化在于平衡接入负载以提高接入和切换的成功率。这需要知道基站覆盖参数，如基站边界、交叠区域、小区瞬时衰落特征。这些参数的获取都很困难，如PHS没有明确的基站边界、衰落较快导致路测数据不可靠。所以，单独依靠核心网优化是不可能的。

　　双模手机对服务质量的影响
　　无线通讯用户可以选择的是网络和手机。以PHS为例，不考虑手机因素，我们研究服务质量(QoS)、资费/成本和用户的互动关系。
　　首先用户数量与QoS有很大的关系，而QoS与运营投入的成本有关，图1中N1(c)的拐点是因为PHS网络中由于技术的限制，过多的投入反而会使QoS下降。N1和N2曲线的交点表示在市场开拓较为稳定后，网络所拥有的较为稳定的用户数。所有的运营商希望这一交点能出现在赢利区域。
　　前面关于网络的分析曲线可以用于双模手机。双模手机能同时支持两个网络，如果忽视GSM的uU层和PHS的空中接口差异性，只考虑终端与核心网的连接，其结果相当于增加了无线网络的覆盖率。其一次接入成功率(对两个网而言)为Pg+(1-Pg)Pp(Pg、Pp为各网单独的瞬间接通成功率)。切换成功率也有类似的提高，可以说双模手机带来了服务质量的提高。这一点对GSM影响不大，但对小灵通的影响却是巨大的，极大地拓展了小灵通用户的漫游能力。在运营成本不增加的情况下，双模用户可以自由在资费和服务质量上进行折衷，导致N1和N2曲线的交点向右移动。下面我们将会看到，使用DSP处理器的双模手机能做到的不止这些，甚至能单独提高PHS网络的服务质量。

　　双模手机的结构和延伸
　　我们按四层结构来理解双模手机的构造。单模手机由上到下为应用层(MMI)、传输层、网络层(L3)、数据链路层(L2)和物理层(L1)，双模手机为了协同两种Uu接口和物理层，需要增加媒体汇聚层(MAC)。
　　最早的双模手机协议栈架构，它比较简单，它在L1上捆绑了两个目标模块。PHS和GSM射频和数字基带分别由不同的芯片和处理器完成，为降低成本，基带处理芯片一般为ASIC，L2以上包括MMI的应用层由一个控制处理器完成，一般为ARM芯片。这样的架构在链路层下捆绑了P网和G网的无线调制解调器(Modem)，比单纯地捆绑两个手机多了协同性。这种架构有几个缺陷：1. 虽然ASIC成本和耗电量低，但因为集成了两套无线Modem，所以在成本和耗电量上没有太多的优势；2. 数字基带采用 ASIC，缺少了灵活性，而这种灵活性将在图2b的方案中对性能的优化起到巨大的作用；3. 类似于Wi-Fi，两套RF甚至天线带来了不可忽视的干扰，而且电路板布线也较复杂。
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