無線環(huán)境對(duì)下載速率影響的研究

【摘 要】用戶感知是目前數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)優(yōu)化的重點(diǎn)，影響用戶感知的因素有很多，而其中下載速率又是影響用戶感知的重要因素，本文通過對(duì)路測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，研究無線環(huán)境對(duì)下載速率的影響，為日常數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的優(yōu)化提供參考。

【關(guān)鍵詞】BLER；C/I；下載速率

0.前言

目前數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對(duì)用戶感知影響最大的是下載的速率，本文通過對(duì)路測(cè)文件進(jìn)行分析，得出無線環(huán)境對(duì)下載速率的影響程度，指出各種無線指標(biāo)達(dá)到何值時(shí)，可以使用戶的下載速率保持在一個(gè)較高的水平，為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的優(yōu)化提供參考。

●C/I（信噪比）

對(duì)于GSM而言，只要一般滿足跳頻C/I>=9，不跳頻C/I>=12的條件就可以了，這個(gè)條件下用戶通話質(zhì)量基本就能夠滿足要求，所以C/I提高到一定程度后再改善C/I值對(duì)GSM來說意義就不是很大了。但是對(duì)于GPRS來說，情況就不是這樣。C/I值的好壞直接影響到塊誤碼率（BLER --BLOK ERROR RATE），也就是數(shù)據(jù)重傳率，重傳率升高必將影響到數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾省RPS用CS1～CS4種編碼方式，而EGPRS 定義了9種調(diào)制和編碼方式MCS1～9，不同的編碼方式定義了不同的數(shù)據(jù)塊大小和信道冗余編碼以適應(yīng)不同的無線環(huán)境，其中MCS1～4保持了GMSK的調(diào)制模式，而MCS5～9采用了8-PSK的調(diào)制模式，它們的編碼速率分別是8K～59.2Kbps。這幾種編碼方式速率的不同實(shí)際上就是糾錯(cuò)能力和冗余度的不同，CS-1的糾錯(cuò)能力最強(qiáng)，相應(yīng)的對(duì)C/I的要求最低，而CS-4根本就沒有什么冗余度，也沒有糾錯(cuò)能力，對(duì)C/I的要求也就最高。

圖一顯示了在不同的C/I下BLER的大小。由圖可見在C/I較惡劣的條件下CS-4的BLER上升得非常快。

●IP協(xié)議的缺陷

IP是一個(gè)盡力傳送的協(xié)議（best effort），它不保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸，這個(gè)功能要由TCP層來實(shí)現(xiàn)。在誤碼率較低的有線環(huán)境中，TCP/IP協(xié)議可以工作的很好，但是在條件較惡劣的無線環(huán)境中，TCP/IP協(xié)議卻可能工作的不是很好。具體表現(xiàn)在當(dāng)我們用WS-FTP進(jìn)行文件下載的過程中（路測(cè)的情況下），如果多次發(fā)生小區(qū)重選，有時(shí)候就會(huì)發(fā)生手機(jī)長(zhǎng)時(shí)間沒有數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r。這種情況與TCP的重傳、確認(rèn)機(jī)制有很大關(guān)系。TCP的處理超時(shí)和重傳的方式是TCP中最重要和最復(fù)雜的概念之一。TCP使用自適應(yīng)算法以適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的變化。該算法的要點(diǎn)是：TCP監(jiān)視每條連接的性能，由此推算出合適的定時(shí)器時(shí)限。當(dāng)連接的性能變化時(shí)，TCP隨即修改定時(shí)器時(shí)限。它對(duì)連接性能的估算是根據(jù)往返時(shí)間RTT（Round Trip Time）來定的。當(dāng)發(fā)送過程中出現(xiàn)了報(bào)文的丟失，即沒有收到對(duì)報(bào)文的響應(yīng)時(shí)，TCP通常會(huì)認(rèn)為是出現(xiàn)了擁塞，這時(shí)它除了用ICMP源站抑制報(bào)文技術(shù)通知主機(jī)出現(xiàn)擁塞外，還會(huì)自動(dòng)降低傳輸量和增大重傳定時(shí)器時(shí)延以避免擁塞現(xiàn)象。通常TCP使用加速遞減和慢啟動(dòng)這兩種技術(shù)。每當(dāng)丟失一次報(bào)文段時(shí)，TCP就將可發(fā)送的報(bào)文窗口數(shù)大小減半，即在可能出現(xiàn)擁塞時(shí)TCP對(duì)傳輸流量和重傳速率按指數(shù)級(jí)遞減。當(dāng)擁塞結(jié)束之后，TCP的傳輸?shù)幕謴?fù)策略是慢啟動(dòng)方式，要過一段時(shí)間才能將流量恢復(fù)到正常水平。

當(dāng)手機(jī)在運(yùn)動(dòng)過程中使用GPRS時(shí)如果因?yàn)槟撤N原因如頻繁重選、切換了PCU等而導(dǎo)致一段時(shí)間內(nèi)沒有發(fā)出確認(rèn)報(bào)文或丟失了報(bào)文，對(duì)方服務(wù)器因?yàn)樯鲜龅腡CP超時(shí)重傳方式的原因，將定時(shí)器的時(shí)限設(shè)得越來越長(zhǎng)，而出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間與手機(jī)間沒有數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r，并且在傳輸恢復(fù)以后，也因?yàn)槁龁?dòng)的原因，流量不能很快恢復(fù)到正常水平。這點(diǎn)在用不同的軟件下載文件時(shí)表現(xiàn)的較明顯。當(dāng)我們用WS-FTP在路測(cè)情況下做下載時(shí)下載過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的中斷，這樣會(huì)大大影響總的傳輸速率。而當(dāng)用FlashGet這個(gè)軟件來做下載時(shí)，這種情況大大減小，傳輸速率有了很大提高。糾其原因，F(xiàn)lashGet這個(gè)軟件在下載過程中經(jīng)常會(huì)主動(dòng)跟服務(wù)器發(fā)出報(bào)文進(jìn)行聯(lián)系，這樣就避免了長(zhǎng)時(shí)間與服務(wù)器失去聯(lián)系的情況，從而改善了無線環(huán)境下數(shù)據(jù)傳輸?shù)男阅堋?/p>

1.無線環(huán)境與下載速率的關(guān)系

1.1 RxLev Sub與BLER的關(guān)系

RxLev Sub：為手機(jī)接收的小區(qū)信號(hào)的電平值，通過此值可以用戶接收到的反信號(hào)的強(qiáng)弱程度。當(dāng)接收到的電平值過低時(shí)會(huì)影響到傳輸過程中的接收數(shù)據(jù)的誤塊率，而誤塊率高會(huì)導(dǎo)致高重發(fā)率，從而影響下載速率。

BLER：誤塊率，接收到的有差錯(cuò)的數(shù)據(jù)塊和接收到的總的數(shù)據(jù)塊的比值，此值高會(huì)導(dǎo)致高的重發(fā)率，會(huì)對(duì)下載的吞吐率造成直接的影響。

誤塊率（BLER）高的主要原因有兩個(gè)：一個(gè)是無線干擾大（C/I值低），另一個(gè)是接收電平值低。為了定量的分析接收電平值對(duì)誤塊率（BLER）的影響程度，對(duì)測(cè)試的log文件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)過程中選取C/I值大于等于18的抽樣點(diǎn)，以排除無線干擾的影響，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖1所示：

圖1 RxLev Sub與BLER的關(guān)系圖

如上圖所示，當(dāng)電平值小于-90時(shí)，誤塊率均高于15%，隨著電平值的上升，誤塊率成反比下降，當(dāng)電平值大于-75時(shí)，誤塊率基本低于10%，電平值大于-65時(shí)誤塊率基本低于5%。

通過以上分析，在日常的道路優(yōu)化過程中，對(duì)于電平值低于-75的區(qū)域需要進(jìn)行關(guān)注，誤塊率低于5%能較好保證下行的吞吐率，建議在優(yōu)化過程中盡量使電平值大于-65。

1.2 BLER與LLC吞吐率的關(guān)系

圖2 BLER與LLC吞吐率的關(guān)系圖

在上圖的統(tǒng)計(jì)中，選取了C/I大于等于18的抽樣點(diǎn)，并且下行的PDCH Utilization Own Data值大于50%，目的是排除干擾和信道共享對(duì)速率的影響。從上圖的走勢(shì)可以看到，在誤塊率從0%—45%上升時(shí)，LLC層吞吐率呈下降趨勢(shì)，表明誤塊率對(duì)吞吐率的影響明顯。誤塊率大于45%時(shí)，由于采樣點(diǎn)數(shù)較少，偶然的因素較大，兩者的關(guān)系不明顯。

1.3 C/I與吞吐率的關(guān)系

C/I：載波干擾比，指接收到的有用信號(hào)電平與所有非有用信號(hào)電平的比值，此值越高說明信道的干擾越小。

C/I的值直接影響下載過程中使用的編碼方式進(jìn)而影響用戶的下載速率。為了定量分析C/I值對(duì)吞吐率的影響，選取電平值大于等于-75和下行的PDCH Utilization Own Data值大于50%的抽樣點(diǎn)，目的是排除電平值和信道共享對(duì)速率的影響，圖3為統(tǒng)計(jì)結(jié)果：

從C/I與LLC吞吐率的關(guān)系中看到，排除電平值和信道共享的因素，隨著C/I值的上升，LLC層吞吐率上升，當(dāng)C/I值大于22時(shí)，LLC層吞吐率大于100kbps。建議在日常的道路優(yōu)化過程中，把C/I值提升到22以上。

2.結(jié)論

本文通過對(duì)路測(cè)文件進(jìn)行分析，得出無線環(huán)境對(duì)下載速率影響程度，并通過定量分析得出各種無線環(huán)境指標(biāo)對(duì)下載速率的影響的門限值，對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的日常優(yōu)化具有指導(dǎo)意義。建議在路測(cè)優(yōu)化中將RxLev Sub值優(yōu)化到-75dbm以上，C/I值保持在22以上，以保證較高的下載速率，提高用戶感知。