陸俊超

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GSM頻率重耕至LTE建設(shè)關(guān)鍵問題的分析

陸俊超

中睿通信規(guī)劃設(shè)計有限公司，廣東 廣州 510630

移動網(wǎng)絡(luò)用戶的快速增長對移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提出了更高要求。GSM頻譜效率較低，無法滿足用戶需求，向LTE FDD的演進(jìn)是其必然發(fā)展趨勢。首先對GSM頻率重耕技術(shù)進(jìn)行了簡單介紹，然后對900?MHz和1?800?MHz兩個網(wǎng)絡(luò)頻段的重耕性能進(jìn)行了對比。在此基礎(chǔ)上，探討了GSM頻率重耕至LTE的關(guān)鍵問題，包括重耕策略、設(shè)備配置方案、組網(wǎng)測試等。

GSM；頻率重耕；LTE建設(shè)

引言

經(jīng)過多年的建設(shè)與發(fā)展，移動網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率不斷提高，用戶數(shù)量逐年增長。早期建設(shè)的GSM網(wǎng)絡(luò)，已經(jīng)形成一張覆蓋完善的精品網(wǎng)絡(luò)。但是隨著技術(shù)的發(fā)展以及人們用網(wǎng)習(xí)慣的改變，低速率數(shù)據(jù)接入技術(shù)已經(jīng)無法滿足用戶需求。GSM網(wǎng)絡(luò)的用戶基數(shù)大，短時間內(nèi)無法完成遷移。在保留原有用戶、提供高數(shù)據(jù)接入的要求下，GSM頻率向LTE的重耕建設(shè)成為其主要的技術(shù)解決方案，可以分階段將GSM頻率重耕至LTE建設(shè)。

1 GSM頻率重耕技術(shù)簡介

目前，農(nóng)村地區(qū)仍以GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋為主。在現(xiàn)有移動頻譜條件下，可以采用900?MHz或1?800?MHz將GSM重耕至LTE建設(shè)。相比之下，TD-LTE雖然能通過VoLTE承載話音業(yè)務(wù)，但TD-LTE網(wǎng)絡(luò)頻率高、覆蓋深度不足，難以發(fā)揮優(yōu)勢。FDD在實現(xiàn)VoLTE方面具有更明顯的技術(shù)優(yōu)勢，將GSM頻率重耕至FDD-LTE能夠利用現(xiàn)有的900?MHz和1?800?MHz頻譜，節(jié)省頻譜資源費用，加快LTE建設(shè)進(jìn)程。

GSM頻率重耕（GSM Refarming）技術(shù)是通過GSM頻段進(jìn)行重新規(guī)劃，從中分配出特定頻段供LTE使用，在不增加新頻譜資源的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)GSM的升級，拓寬了數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)能力，并降低了對原有GSM網(wǎng)絡(luò)的影響。GSM Refarming技術(shù)具有以下幾個特點：（1）技術(shù)實現(xiàn)較為容易；（2）在現(xiàn)有GSM的基站新增LTE BBU，即可完成升級，使其轉(zhuǎn)變?yōu)镚SM/LTE雙?；荆⒕哂蠱IMO功能；（3）Refarming基站與原基站共用同一套天饋系統(tǒng)，可節(jié)省建設(shè)投資，降低基站選址難度；（4）在現(xiàn)有基站的基礎(chǔ)上實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)布局，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化的難度較低[1]。

2 網(wǎng)絡(luò)頻段重耕性能對比

移動網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有的GSM頻段包括900?MHz頻段和1?800?MHz頻段。其中，900?MHz頻段2×20?MHz的上行頻段為889～909?MHz，下行頻段為934～954?MHz。1?800?MHz頻段2×25?MHz的上行頻段為1710～1735?MHz，下行頻段為1805～1830?MHz。兩個網(wǎng)絡(luò)頻段的重耕性能對比情況具有以下幾方面特征：（1）從網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力來看，900?MHz的覆蓋能力更強(qiáng)，比1?800?MHz高出10?dB左右，1?800?MHz的覆蓋能力相對較弱，與TD-LTE F頻段相近；（2）從網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷情況來看，900?MHz網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較大，需要調(diào)整網(wǎng)絡(luò)頻率模型，并優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而1?800?MHz的負(fù)荷則相對較強(qiáng)，重耕容易實現(xiàn)，能夠為Refarming提高較高的寬帶空間；（3）從網(wǎng)絡(luò)干擾情況來看，900?MHz受私裝直放站的影響較大，存在較為明顯的網(wǎng)絡(luò)干擾現(xiàn)象，而1?800?MHz的網(wǎng)絡(luò)干擾情況相對較輕[2]。

LTE FDD網(wǎng)絡(luò)在引入初期主要需解決城市的深度覆蓋以及農(nóng)村的廣度覆蓋問題。從表1可以看出，900?MHz頻段的網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力較強(qiáng)，在深度覆蓋和廣度覆蓋方面均具有優(yōu)勢，應(yīng)將其優(yōu)質(zhì)頻段用于為用戶提供FDD-LTE技術(shù)體驗中。在農(nóng)村地區(qū)，1?800?MHz基站較少，其覆蓋能力與TD-LTE F頻段的覆蓋能力相當(dāng)，難以實現(xiàn)共址覆蓋。借于短期內(nèi)的建設(shè)需求不高，可以留作后期補(bǔ)充FDD-LTE的網(wǎng)絡(luò)容量需求[3]。

表1 GSM 900?MHz不同帶寬的支持業(yè)務(wù)比例

3 GSM頻率重耕至LTE建設(shè)的關(guān)鍵點

3.1 GSM Refarming的帶寬組網(wǎng)技術(shù)

GSM Refarming中的LTE工作帶寬能夠在1.4～15?MHz之間靈活配置，不過1.4～3?MHz的帶寬過小，無法兼顧語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。公共信道的開銷占比過高，下行吞吐率也不具有優(yōu)勢，業(yè)務(wù)均衡性和組網(wǎng)干擾等均存在問題。因此，在實際建設(shè)過程中，5?MHz帶寬一般作為GSM Refarming的起步帶寬。相關(guān)研究結(jié)果表明，在20?MHz的載頻組網(wǎng)和上下時隙配比為1∶3的條件下，VoLTE能夠支持的最大容量為289個，平均容量為138個，其中最大容量主要受上行業(yè)務(wù)信道的限制，但頻譜效率已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于2G網(wǎng)絡(luò)。按照FDD 5?MHz進(jìn)行理論估算，大約可以支持61個VoLTE用戶，這與2G下的11個載頻支持能力相當(dāng)，約等于2G全網(wǎng)37?MHz 的組網(wǎng)承載容量。按照現(xiàn)行的移動網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，語音業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載比例約為45%∶55%，采用FDD 2×5?MHz組網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)能夠滿足全網(wǎng)語音業(yè)務(wù)的遷移需求[4]。

在LTE FDD網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，可以選擇900?MHz 2×5?MHz帶寬實現(xiàn)Refarming，再根據(jù)業(yè)務(wù)遷移進(jìn)度，將900?MHz 2×5?MHz的帶寬進(jìn)行擴(kuò)展，可擴(kuò)展至2×10?MHz，提升TD-LTE的覆蓋深度和廣度，滿足用戶體驗需求。到了LTE FDD網(wǎng)絡(luò)建設(shè)后期，2G業(yè)務(wù)會大幅下降，此時可采用1?800?MHz 2×25?MHz將其全部Refarming至FDD，降低天面整改難度。

3.2設(shè)備配置方案

現(xiàn)行網(wǎng)絡(luò)運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果顯示，GSM頻率復(fù)用系數(shù)為17。以A城市為例，在滿足網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量不變的條件下，GMS 900?MHz頻段退頻5?MHz，帶寬會從20?MHz下降到15?MHz，導(dǎo)致話務(wù)量最大支持能力下降到原來的70%。如果網(wǎng)絡(luò)利用率不變，目前A城市900?MHz頻段和1?800?MHz頻段的業(yè)務(wù)承載比例為58%∶42%，則2G業(yè)務(wù)量如果下降18%，可以清退5?MHz的900?MHz頻率，2G業(yè)務(wù)量如果下降35%，可以清退10?MHz 900?MHz頻率，GSM 900?MHz不同帶寬的支持業(yè)務(wù)比例如表1所示。

在設(shè)備配置上，GSM Refarming至FDD后的主設(shè)備使用策略主要包括：（1）如果FDD設(shè)備與GSM設(shè)備廠家不同，廠家替換下GSM設(shè)備，增加FDD設(shè)備，反向升級支持GSM業(yè)務(wù)，將替換下來的設(shè)備調(diào)至同廠家區(qū)域使用，將不支持直接升級的GSM設(shè)備作為備件或報廢處理；（2）如果FDD設(shè)備與GSM廠家相同，利用原有設(shè)備直接升級，支持FDD業(yè)務(wù)覆蓋。

3.3 組網(wǎng)測試方案

為了驗證FDD業(yè)務(wù)性能與GSM業(yè)務(wù)性能的差異，分析FDD運行對原GSM網(wǎng)絡(luò)的影響，對A、B、C三個城市進(jìn)行FDD 900?HMz/1?800?MHz試點測試，F(xiàn)DD主設(shè)備均采用現(xiàn)網(wǎng)TD-LTE的主設(shè)備，由D/E/F廠家供應(yīng)，試點場景分為城區(qū)和農(nóng)村，試點方案分為GSM升級以及FDD新建。具體試點部署方案如表2所示。

表2 試點部署方案

進(jìn)行的試點測試包括：

（1）定點速率試點測試。按照上述方案設(shè)定，對FDD 900?MHz 2×5?MHz組網(wǎng)下的FTP上傳和下載速率進(jìn)行定點測試，與理論分支對比。結(jié)果表明：F廠家提供上傳速率也可達(dá)到理論峰值，即13.3?Mbit/s，相較于TD-LTE 20?MHz更具優(yōu)勢。

表3 調(diào)整方案實施前后的2G 網(wǎng)絡(luò)測試指標(biāo)對比

（2）拉網(wǎng)路測。根據(jù)上述試點方案，對3個廠家的FDD 2×5?MHz、TD-LTE 20?MHz網(wǎng)絡(luò)的FTP上傳、下載速率以及覆蓋和干擾進(jìn)行測試。測試結(jié)果表明：FDD 900?MHz站址密度為TD-LTE一半時，拉網(wǎng)路測的平均RSRP比TD-LTE高7dB左右，平均SINR比TD-LTE高1dB左右。FDD 1?800?MHz與TD-LTE站址密度相近時，則拉網(wǎng)路測平均RSRP比TS-LTE高5dB左右，平均SINR比TD-LTE高3dB左右。

（3）廣域覆蓋性能測試。按照上述試點方案設(shè)計，對3個廠家的TD-LTE F頻段、D頻段、FDD 2×5?MHz網(wǎng)絡(luò)上、下行覆蓋距離以及脫網(wǎng)距離進(jìn)行測試。測試結(jié)果表明：FDD 900?MHz 2×5?MHz的上、下行廣域覆蓋距離在3km以上，是TD-LTE F頻段的2.2倍左右，是D頻段的2.7倍左右。FDD 1?800?MHz 2×5?MHz的上、下行廣域覆蓋距離在2km以上，與TD-LTE F頻段的廣域覆蓋幾率基本相等，是D頻段的1.4倍左右。

4 FDD運行對2G網(wǎng)的影響

從GSM網(wǎng)900?MHz的Refarming方式來看，C市以944?MHz作為LTE的中心頻點，兩側(cè)各擴(kuò)展2.5?MHz帶寬。A市和C市采用下邊沿方式。其中，A市設(shè)置1～25號頻點，B市采用EGSM 5?MHz帶寬。GMS 1?800?MHz的Refarming方式為B市采用三明治形式，LTE中心頻點為1815?MHz，兩側(cè)各擴(kuò)展2.5?MHz帶寬。2G清頻將測試區(qū)外圍至少2層的站點作為緩沖區(qū)。經(jīng)過上述網(wǎng)絡(luò)調(diào)整后，對GMS Refarming試點進(jìn)行測試，調(diào)整后GSM 900?MHz可用頻率資源下降到原來的75%，頻率復(fù)用度得到明顯降低。在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程中，主要進(jìn)行小區(qū)減配和天線調(diào)整，同時增加1?800?MHz小區(qū)，并對GMS 1?800?MHz小區(qū)進(jìn)行擴(kuò)容。調(diào)整方案實施前后的2G網(wǎng)絡(luò)測試指標(biāo)對比情況如表3所示。

從表3可以看出，話務(wù)統(tǒng)計指標(biāo)顯示2G變頻前后B市（E廠家）和A市（D廠家）的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量基本保持穩(wěn)定，C市（F廠家）的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量則略有下降，但變化量在0.1%以下。路測指標(biāo)顯示2G變頻前后C市（F廠家）和A市（D廠家）的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量基本保持穩(wěn)定。在2G變頻調(diào)整方案實施前后，三地用戶的2G質(zhì)量投訴量均為發(fā)生明顯變化?？傮w來看，對GSM頻率重耕至FDD后，F(xiàn)DD LTE的業(yè)務(wù)性能、覆蓋性能以及干擾指標(biāo)都能夠達(dá)到預(yù)期水平。

5 結(jié)束語

綜上所述，通過對GSM重耕技術(shù)進(jìn)行分析，并對900?MHz和1?800?MHz頻段重耕性能進(jìn)行分析，可以為GSM重耕至LTE建設(shè)的實施提供參考。通過實證分析可知，900?MHz更適合截距城市深度覆蓋和農(nóng)村廣度覆蓋的問題，1?800?MHz則主要用于滿足后續(xù)容量需求。采用FDD 2×5?MHz的組網(wǎng)方案可以滿足語音遷移服務(wù)，GSM重耕至FDD后，各項指標(biāo)就能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

[1]王宇.基于GSM Refarming頻率重耕的GSM-HI升級技術(shù)方案研究[J].信息通信，2017（7）：197-199.

[2]汪玉琳，夏北噸，陳勇輝，等.GSM頻段Refarming至LTE FDD策略分析與驗證[J].電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2017，30（7）：87-91.

[3]胡劍飛，苗瀅.中國移動GSM網(wǎng)絡(luò)退頻及重耕策略研究[J].電子世界，2016（22）：189-190.

[4]張冬晨，王首峰.2G頻率重耕關(guān)鍵問題研究[J].電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2015，28（6）：12-18.

Analysis of Key Problems of GSM Frequency Ploughing to LTE Construction

Lu Junchao

Zhongrui Communications Planning and Designing Co., Ltd., Guangdong Guangzhou 510630

The rapid growth of mobile network users has put forward higher requirements for mobile data services. GSM has low spectrum efficiency and cannot meet the needs of users. The evolution of FDD-LTE is the inevitable trend of development. First of all, he GSM frequency heavy tillage technology is briefly introduced, and then the heavy tillage performance of the two network bands of 900?MHz and 1?800?MHz is compared. On this basis, the key problems of GSM frequency ploughing to LTE are discussed, including heavy tillage strategy, equipment configuration scheme network test and so on.

GSM; frequency heavy ploughing; LTE construction

TN929.5

A

1009-6434（2017）10-0001-03