尹 屾，郭 宇，解 觶，蔡 凱（中國(guó)聯(lián)通北京分公司，北京 100038）

1 概述

中國(guó)聯(lián)通經(jīng)過多年的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)目前已經(jīng)擁有GSM、WCDMA、LTE、NB-IoT 4 張網(wǎng)絡(luò)，加上正在建設(shè)的5G 網(wǎng)絡(luò)，中國(guó)聯(lián)通將同時(shí)擁有5張網(wǎng)絡(luò)。多張網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)運(yùn)營(yíng)使網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度和運(yùn)營(yíng)成本不斷攀升。隨著用戶需求的改變，越來越多的用戶選擇高速的LTE 網(wǎng)絡(luò)，GSM/UMTS 網(wǎng)絡(luò)承載的語(yǔ)音和流量急劇減少，未來GSM 將會(huì)退出歷史舞臺(tái)，對(duì)900 MHz 頻段的重耕利用將是大勢(shì)所趨。

北京聯(lián)通目前正在進(jìn)行5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，VoLTE 將成為語(yǔ)音業(yè)務(wù)的主要承載方式。目前北京聯(lián)通LTE網(wǎng)絡(luò)使用的頻段以1 800 和2 100 MHz 為主，已經(jīng)形成覆蓋和質(zhì)量較好的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，但在城區(qū)仍存在深度覆蓋不足的問題，同時(shí)不限量套餐的迅猛發(fā)展使網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷日趨嚴(yán)重。900 MHz頻段的超強(qiáng)覆蓋能力則可以用來解決深度覆蓋、緩解L1800/L2100 負(fù)荷過重問題。本文重點(diǎn)研究如何利用好900 MHz 頻率資源，在建設(shè)L900的同時(shí)減少U900退網(wǎng)對(duì)現(xiàn)網(wǎng)用戶的影響。

2 900 MHz頻段網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀

2.1 U900 KPI指標(biāo)

將北京分為城區(qū)、郊區(qū)縣城和郊區(qū)其他3類場(chǎng)景，與U2100制式對(duì)比，城區(qū)及郊區(qū)縣城U900僅承擔(dān)邊緣深度覆蓋話務(wù)，因此話務(wù)量絕對(duì)占比較低，分別為1.41%和2.39%。郊區(qū)其他U900仍承擔(dān)相當(dāng)部分廣覆蓋，話務(wù)量占比7.81%明顯高于城區(qū)。由于覆蓋、上行干擾等原因，U900 的接通、掉話等KPI 均明顯低于U2100（見圖1）。

2.2 U900 MR弱覆蓋分析

目前LTE 網(wǎng)絡(luò)的CSFB 策略為僅回落U2100 第1載波（除了個(gè)別單U900 站點(diǎn)小區(qū)），U2100 僅在深度覆蓋邊緣向U900 進(jìn)行重選切換。從MR 采樣點(diǎn)統(tǒng)計(jì)分析，相比U2100，U900 的RSCP 分布在弱覆蓋區(qū)域的比例明顯高（見圖2）。

圖1 U900與U2100 KPI對(duì)比

圖2 MR RSCP和Ec/Io分段統(tǒng)計(jì)

由于U900 用戶上報(bào)的MR 在一定程度上受互操作策略和基站參數(shù)設(shè)置的影響，在評(píng)估分析中不能忽視這些因素，因此對(duì)于900 MHz 頻段的分析不僅需要考慮理論因素，還需要考慮現(xiàn)場(chǎng)干擾和用戶感知等實(shí)際因素。

2.3 U900干擾評(píng)估

北京市區(qū)900 MHz 頻段干擾較嚴(yán)重，現(xiàn)網(wǎng)強(qiáng)干擾站點(diǎn)（RTWP＞-90 dBm）的比例為46.72%，高干擾站點(diǎn)（RTWP＞-105 dBm）比例接近80%，高干擾小區(qū)分布以城區(qū)為主，高干擾站點(diǎn)在城區(qū)、郊區(qū)縣城、郊區(qū)其他的比例分別為73.78%、54.44%、30.37%。

3 L900性能理論分析

3.1 覆蓋能力

在分析無線通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能時(shí)，通常利用傳播模型來計(jì)算空間的傳播損耗。在不同的頻率范圍會(huì)使用不同的傳播模型。

對(duì)于900 MHz 頻段來說，可使用Hata-Okumura 模型，其傳播損耗公式如下：

Lb（dB）=69.55+26.16lgf-13.82lghb-α（hm）+（44.9-

對(duì)于1 800 MHz 頻段適用于COST231 Hata 模型，基本公式如下：

式中：

f——頻段（MHz）

hb——基站天線高度（m）

hm——手機(jī)UE高度（m），一般為1.5 m

hm——基站到UE的距離（km）

α（hm）——天線高度修正因子，?。?.1×lgf-0.7）×hm-（1.56×lgf-0.8）

Cm——城市修正因子，中等城市及郊區(qū)取值為0 dB，大城市取值為3 dB

根據(jù)式（1）和（2），在相同的傳播環(huán)境下，基站高度和手機(jī)終端天線高度的取值相同的情況下，在同一位置從理論上可以計(jì)算900 MHz 相對(duì)于1 800 MHz 頻段的增益為L(zhǎng)b（900）-Lb（1 800）=33.9×lg1 800-26.26×lg900+Cm-23.25，可得在大城市的相對(duì)增益為12.5 dB，在中等城市和郊區(qū)的相對(duì)增益為9.5 dB。

在實(shí)際測(cè)試中，900 MHz 相比1 800 MHz 有7～10 dB 的增益，如表1 所示。900 MHz 的信號(hào)強(qiáng)度在室外會(huì)比1 800 MHz 高約7.3 dB，在室內(nèi)高10.73 dB，在穿透損耗方面900 MHz比1 800 MHz低3.43 dB。

表1 不同頻段和場(chǎng)景下的增益

基于相同路損場(chǎng)景下的仿真結(jié)果顯示，L900 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的覆蓋距離最好、L900 VoLTE 其次、U900 最差。設(shè)置相同鏈路預(yù)算參數(shù)，制式與業(yè)務(wù)不同，覆蓋半徑也不同：U900＜L900 VoLTE＜L900 PS（見圖3）。

圖3 基于路損的仿真分析

3.2 容量分析

目前中國(guó)聯(lián)通900 MHz 頻段只有6 MHz，重耕后LTE 可使用帶寬為5 MHz，共25個(gè)PRB，可支持小區(qū)下行吞吐率只有30 Mbit/s，和1 800 MHz 頻段的主要數(shù)據(jù)承載網(wǎng)來比較，差距較大，因此900 MHz頻段將不作為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的主力承載，更多地作為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)底層網(wǎng)。同時(shí)如果900 MHz 作為VoLTE 承載網(wǎng)絡(luò)，最高可以支持128個(gè)用戶，容量還是比較大的（見表2）。

4 L900測(cè)試結(jié)果

為充分了解U2100、U900、L1800、L900 網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力以及語(yǔ)音業(yè)務(wù)感知差異和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)感知差異，進(jìn)行了業(yè)務(wù)測(cè)試。

表2 不同LTE帶寬下速率和支持用戶數(shù)

4.1 測(cè)試內(nèi)容

測(cè)試內(nèi)容分為單站覆蓋性能測(cè)試、單站語(yǔ)音性能測(cè)試和單站數(shù)據(jù)性能測(cè)試3 項(xiàng)?，F(xiàn)網(wǎng)900 MHz 普遍存在干擾，因此將U900 站點(diǎn)干擾值劃分為4 檔：-105 dB以下（無干擾），-95 dB，-85 dB，-75 dB。每項(xiàng)業(yè)務(wù)測(cè)試涉及以下場(chǎng)景：

a）U900-75 dBm/-85 dBm/-95 dBm/-105 dBm 干擾場(chǎng)景。

b）U2100場(chǎng)景。

c）L1800場(chǎng)景。

d）L900 -75 dBm/-85 dBm/-95 dBm/-105 dBm 干擾場(chǎng)景。

測(cè)試站點(diǎn)選擇：根據(jù)北京網(wǎng)絡(luò)覆蓋場(chǎng)景，選擇共天饋、無預(yù)置下傾角、電子下傾相同、機(jī)械下傾相同且其他條件合適的U2100、U900、L900、L1800 站點(diǎn)（見表3）。

表3 北京本地4個(gè)測(cè)試場(chǎng)景

4.2 測(cè)試結(jié)果

由于篇幅原因，此處僅列舉單站語(yǔ)音性能測(cè)試的內(nèi)容。

L900 VoLTE 的語(yǔ)音質(zhì)量在不同干擾水平下，均略優(yōu)于U900傳統(tǒng)語(yǔ)音。

4.2.1 場(chǎng)景1——900 MHz無干擾（-105 dBm）

語(yǔ)音MOS：相同距離下，L900 與L1800 的MOS 值相當(dāng)，且均高于U900，U2100最差（見表4）。

4.2.2 場(chǎng)景2——900 MHz低干擾（-94 dBm）拉遠(yuǎn)測(cè)試

語(yǔ)音MOS：相同距離下，L900均高于3G，U2100最差；MOS 滿足3.0 的覆蓋距離L900 好于U900，U2100最差；L1800和U2100在近點(diǎn)正常切出（見表5）。

4.2.3 場(chǎng)景3——900 MHz高干擾（-85 dBm）拉遠(yuǎn)測(cè)試

語(yǔ)音MOS：U900 邊緣上行受限，L900 在836 m 時(shí)發(fā)生掉話，MOS 滿足3.0 的覆蓋距離L900 好于U900，U2100 最差；L1800 和U2100 較早切出不做對(duì)比（見表6）。

表4 無干擾（-105 dBm）不同制式語(yǔ)音MOS對(duì)比

表5 低干擾（-94 dBm）不同制式語(yǔ)音MOS對(duì)比

表6 高干擾（-85 dBm）不同制式語(yǔ)音MOS對(duì)比

4.2.4 場(chǎng)景4——900 MHz強(qiáng)干擾（-70 dBm）拉遠(yuǎn)測(cè)試

語(yǔ)音MOS：相同距離下，L1800 和L900 MHz MOS值最好，900 MHz 邊緣上行受限，MOS 滿足3.0 的覆蓋距離L900優(yōu)于U900（見表7）。

表7 強(qiáng)干擾（-70 dBm）不同制式語(yǔ)音MOS對(duì)比

本次L900 測(cè)試站是將現(xiàn)網(wǎng)U900 改造，即將U900站點(diǎn)數(shù)據(jù)配置成L900，未關(guān)閉周邊U900 站點(diǎn)情況下測(cè)試。由于設(shè)備不具備鎖小區(qū)功能，在不允許關(guān)閉周邊同頻站點(diǎn)情況下，通過參數(shù)控制切換，覆蓋邊緣終端正常切出，因此部分場(chǎng)景不包含最遠(yuǎn)點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比。

5 L900改造方案研究

經(jīng)過對(duì)北京聯(lián)通現(xiàn)網(wǎng)900 MHz頻段現(xiàn)狀進(jìn)行多維度的評(píng)估分析，對(duì)頻譜資源進(jìn)行了量化評(píng)估，充分考慮與異頻同系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、異頻異系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同作用，最后規(guī)劃L900網(wǎng)絡(luò)部署策略和互操作策略，深入挖掘900 MHz 頻段網(wǎng)絡(luò)潛力，反向支撐網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資和市場(chǎng)業(yè)務(wù)導(dǎo)向。

5.1 改造范圍劃定

應(yīng)避免拆除U900 站點(diǎn)影響3G 的語(yǔ)音和4G CSFB業(yè)務(wù)，盡量選擇U900共站存在U2100的站點(diǎn)實(shí)施。六環(huán)內(nèi)共站U900 站點(diǎn)密度相對(duì)較高，六環(huán)外非共站U900 站點(diǎn)較多，尤其是北部。非共站U900 話務(wù)量高于30 Erl 站點(diǎn)相對(duì)較少，非共站U900 與U2100 站間距大于1 km 的U900 站點(diǎn)主要集中在六環(huán)外，五六環(huán)間少量。因此確定六環(huán)內(nèi)是L900改造主要區(qū)域范圍，盡量選擇連片區(qū)域?qū)嵤?/p>

根據(jù)U900 站點(diǎn)密度（站數(shù)/km2）和連片區(qū)域來作為劃分L900 改造依據(jù)，包括五環(huán)內(nèi)區(qū)域、五環(huán)至六環(huán)之間區(qū)域、六環(huán)外區(qū)域。實(shí)施區(qū)域包括五環(huán)內(nèi)區(qū)域（基站密度2.1）、五環(huán)至六環(huán)之間區(qū)域（基站密度1.1），六環(huán)外區(qū)域（基站密度0.8的區(qū)域）。

U900與U2100共站比例：實(shí)施區(qū)域U900與U2100共站比例較高（達(dá)72.73%），非實(shí)施區(qū)域較低，共站比例在28.91%。

U900 底噪情況：實(shí)施區(qū)域U900 高底躁站點(diǎn)比例較高，其中大于-95 dBm 比例達(dá)到83%，而非實(shí)施區(qū)域U900高底躁比例在32%（見表8）。

5.2 實(shí)施方案

基于以上對(duì)900 MHz 頻段的評(píng)估和分析，對(duì)多場(chǎng)景、多制式的覆蓋和業(yè)務(wù)評(píng)估以及對(duì)U900 話務(wù)量、非共站U900 距周邊U2100 距離的評(píng)估，且從U900 共站情況、站間距、干擾水平、覆蓋連片等多個(gè)角度考慮，最終繪制了L900改造范圍。

改造范圍基本以六環(huán)為界，共涉及站點(diǎn)3 042 個(gè)，其中1 841個(gè)站通過軟件可直接開通L900，704個(gè)站需要進(jìn)行板卡替換，496個(gè)為搬遷新建站點(diǎn)（見圖4）。

為避免同頻干擾，L900 改造區(qū)域內(nèi)的G900 站點(diǎn)，以及改造區(qū)域周邊3 km 范圍內(nèi)的G900 站點(diǎn)需要退網(wǎng)；對(duì)改造區(qū)域周邊2 km 范圍內(nèi)的U900 站點(diǎn)進(jìn)行關(guān)閉；對(duì)改造區(qū)域內(nèi)的NB-IoT 900 MHz 站點(diǎn)進(jìn)行翻頻，頻點(diǎn)由3743變更為3798。

圖4 全網(wǎng)整體L900改造范圍

GSM、L900 保護(hù)帶：改造區(qū)域內(nèi)46 個(gè)G900 站點(diǎn)，改造區(qū)域周邊3 km 范圍內(nèi)28 個(gè)G900 站點(diǎn)，共74 個(gè)G900站點(diǎn)需要退網(wǎng)（見圖5）。

U900、L900 保護(hù)帶：L900 改造區(qū)域周邊2 km 范圍內(nèi)179個(gè)U900站點(diǎn)需要關(guān)閉（見圖6）。

5.3 互操作策略方案

部署L900 網(wǎng)絡(luò)后，LTE 整體策略為L(zhǎng)1800/L2100主力承載，L900為市區(qū)深度覆蓋和近郊廣覆蓋。

對(duì)部署后的VoLTE/數(shù)據(jù)切換門限采取差異化設(shè)置：

圖5 GSM、L900保護(hù)帶

圖6 U900、L900保護(hù)帶

a）空閑態(tài)：重選優(yōu)先級(jí)L1800/2100=L900 ＞UMTS，頻點(diǎn)重選優(yōu)先級(jí)從高到低依次設(shè)置為6、6、4。

b）連接態(tài)：L900異頻切換至L1800/2100采用A2+A4 事件，L1800/2100 異頻切換至L900 采用A2+A5 事件。

c）系統(tǒng)間互操作策略數(shù)據(jù)采用重定向，語(yǔ)音采用eSRVCC，并采取FAST RETURN 和多點(diǎn)觸發(fā)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)重定向。

圖7為互操作策略示意圖及相關(guān)門限。

互操作參數(shù)如表9所示。

5.4 頻譜演進(jìn)方案

圖7 互操作策略示意圖

表9 互操作參數(shù)參考值

目前北京聯(lián)通現(xiàn)網(wǎng)使用頻段范圍954.1～959.9 共5.8 MHz，U900、G900、NB-IoT 3種制式使用，開通L900 5 MHz，需要退U900、G900；NB 頻點(diǎn)規(guī)劃在900 MHz頻段低頻區(qū)，改造前需將NB900頻點(diǎn)由3743變更為3798，并預(yù)留400 kHz 為后續(xù)NB900 異頻組網(wǎng)留出空間。L900 暫為5 MHz 帶寬，后續(xù)移動(dòng)移交低頻5 MHz后可演進(jìn)至10 MHz帶寬。

5.5 L900改造實(shí)施

實(shí)施原則：分批鎖閉、觀察投訴、分批實(shí)施（見圖8）。

2019年5月17日凌晨開通50個(gè)L900站點(diǎn)（149個(gè)小區(qū)），中午11：00解鎖。對(duì)開通前后區(qū)域整體指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控，區(qū)域涉及L1800/L2100 小區(qū)1 872 個(gè)，L900 小區(qū)149個(gè)。

L900 指標(biāo)相比L1800/L2100 較差，同頻切換成功率為95%左右，接通率為99%，掉話率為1%，平均底噪為-95 dBm，后續(xù)考慮根據(jù)不同干擾強(qiáng)度制定差異化互操作策略進(jìn)行優(yōu)化（見表10）。

6 結(jié)束語(yǔ)

圖8 北京聯(lián)通L900改造流程圖

表10 L900改造前后指標(biāo)對(duì)比

本文從KPI、覆蓋、干擾等多角度洞察U900 網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，從理論上分析900 MHz頻段優(yōu)勢(shì)，并通過測(cè)試對(duì)900 MHz 網(wǎng)絡(luò)的3 種業(yè)務(wù)、10 類場(chǎng)景進(jìn)行對(duì)比分析，充分掌握4 種制式在覆蓋能力、語(yǔ)音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)上的感知差異；從共站信息、業(yè)務(wù)承載占比、站址密度、上行底噪等多個(gè)維度進(jìn)行分析和評(píng)估，降低U900關(guān)閉對(duì)現(xiàn)網(wǎng)用戶影響。對(duì)頻譜資源進(jìn)行量化評(píng)估、整合優(yōu)化和重耕，深入挖掘900 MHz頻段網(wǎng)絡(luò)潛力，探索面向未來的900 MHz 頻譜演進(jìn)和部署策略，制定了符合北京聯(lián)通實(shí)際情況的900 MHz 改造實(shí)施方案，“分批鎖閉、觀察投訴、分批實(shí)施”，在研究與實(shí)踐中積累的大量語(yǔ)音、容量分析和方法論經(jīng)驗(yàn)，也為即將開展的5G網(wǎng)絡(luò)部署奠定了良好的基礎(chǔ)。

北京聯(lián)通始終秉承“用戶至上”的發(fā)展理念，L900網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)為中國(guó)聯(lián)通帶來一張面向未來演進(jìn)的低頻段底層網(wǎng)，更好地服務(wù)于用戶業(yè)務(wù)，后續(xù)可演進(jìn)至10 MHz 帶寬。900 MHz 頻段演進(jìn)方案的逐步實(shí)施將大幅提升中國(guó)聯(lián)通4G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力，有效緩解現(xiàn)網(wǎng)4G網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷。