曹廣山 宋春鵬 王 建 李鳳花

1.中國(guó)聯(lián)通山東省分公司；2.山東省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司

0 引言

當(dāng)前移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)多制式多頻段共存已成為常態(tài)，中國(guó)聯(lián)通同時(shí)運(yùn)營(yíng)著2G/3G/4G多種網(wǎng)絡(luò)，頻譜資源相對(duì)緊張。目前，中國(guó)聯(lián)通4G網(wǎng)絡(luò)主要部署在1800MHz頻段，該頻段同時(shí)承載大量2G業(yè)務(wù)。隨著5G時(shí)代的來(lái)臨，頻譜資源將更加緊張,主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：無(wú)線頻譜緊缺，2G網(wǎng)絡(luò)占用大量低頻頻譜，導(dǎo)致新制式無(wú)法部署；新制式網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資大、周期長(zhǎng)，實(shí)施困難；移動(dòng)寬帶MBB業(yè)務(wù)發(fā)展迅速，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)重載、用戶體驗(yàn)差，流量被壓抑，需要更大帶寬滿足業(yè)務(wù)發(fā)展訴求；5G部署初期終端占比不足，業(yè)務(wù)較少，投入大，周期長(zhǎng)，投資效率有限，無(wú)法快速引入。

就目前來(lái)看，900 MHz頻譜具有低頻優(yōu)勢(shì)且繞射、穿透能力強(qiáng)，受到各運(yùn)營(yíng)商的青睞。L900能夠低成本實(shí)現(xiàn)4G的廣覆蓋，同時(shí)解決4G網(wǎng)絡(luò)深度覆蓋的問(wèn)題。那么如何實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)制式間、頻段間的空口資源均衡，滿足MBB業(yè)務(wù)高速發(fā)展需求，是運(yùn)營(yíng)商面臨的首要問(wèn)題。為了發(fā)揮各自網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)，中國(guó)聯(lián)通積極采用新的頻譜方案，并對(duì)動(dòng)態(tài)頻率共享方案進(jìn)行了測(cè)試分析，為后續(xù)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供依據(jù)。

1 動(dòng)態(tài)頻譜共享方案

Cloud AIR通過(guò)云化技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)空口資源（頻譜、功率和通道）的集中調(diào)度與高效利用，幫助運(yùn)營(yíng)商實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)制式間、頻段間空口資源的按需分配，使新老制式最大限度共享頻譜資源，同時(shí)新制式快速且低成本引入。

在Cloud AIR動(dòng)態(tài)頻譜共享方案中，我們定義GSM網(wǎng)絡(luò)中BSC網(wǎng)元之間的接口為Iur-g接口，此為標(biāo)準(zhǔn)接口；BSC網(wǎng)元與基站BTS/ENODB之間的接口為BE接口，此為設(shè)備廠家私有接口，目的是實(shí)現(xiàn)GSM網(wǎng)絡(luò)和LTE網(wǎng)絡(luò)間的協(xié)同頻譜調(diào)度。不同網(wǎng)絡(luò)制式之間接口示意圖如圖1所示。

圖1 不同網(wǎng)絡(luò)制式之間接口示意圖

Cloud AIR動(dòng)態(tài)頻譜共享的工作原理如下：

（1）GSM終端上報(bào)測(cè)量信息MR。

（2）BSC基于GSM/LTE干擾鄰區(qū)關(guān)系、共享頻點(diǎn)的用戶占用狀況，判斷LTE基站使用共享頻譜是否干擾GSM用戶，并向LTE發(fā)送GL同頻復(fù)用通知。

（3）eNodeB根據(jù)接收到的GL復(fù)用通知,計(jì)算出LTE在共享頻譜上的可用時(shí)頻資源，并進(jìn)行合理的分配和調(diào)度。

Cloud AIR支持頻譜云化、功率云化、通道云化。頻譜云化是指將傳統(tǒng)單制式獨(dú)享頻譜轉(zhuǎn)變?yōu)橹剖介g共享頻譜；功率云化是指?jìng)鹘y(tǒng)功率是單制式靜態(tài)功率，功率云化后共享的制式間將根據(jù)話務(wù)量動(dòng)態(tài)調(diào)整制式的功率；通道云化也可以叫做上下行解耦，針對(duì)上行覆蓋能力受限場(chǎng)景，將主載波切換至低頻段的輔載波，同時(shí)，將原主載波配置成新的輔載波，提升高頻段邊緣CA用戶的體驗(yàn)。

在傳統(tǒng)固定頻率方案中，LTE和GSM在900MHz頻譜上會(huì)存在頻率間干擾，動(dòng)態(tài)頻譜共享特性開(kāi)啟前，LTE網(wǎng)絡(luò)在900MHz頻段上只能開(kāi)啟小一級(jí)帶寬。為避免網(wǎng)絡(luò)之間頻率干擾，與GSM網(wǎng)絡(luò)之間要配置一定的保護(hù)帶寬。保護(hù)帶寬資源不可被使用，因此造成了頻率資源浪費(fèi)嚴(yán)重，如圖2所示，LTE分配的頻譜兩端都有保護(hù)帶寬。

圖2 傳統(tǒng)固定頻率方案

動(dòng)態(tài)頻譜共享特性開(kāi)啟后，LTE網(wǎng)絡(luò)可以開(kāi)啟更大帶寬，GSM和LTE兩種網(wǎng)絡(luò)之間可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)共享頻譜資源。頻譜共享是指GSM有部分配置頻點(diǎn)在LTE配置的載波發(fā)射帶寬內(nèi)，與LTE的頻率資源塊有交疊，系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)及業(yè)務(wù)使用需要，在一定區(qū)域范圍內(nèi)同時(shí)只允許一種制式使用。

GSM 網(wǎng)絡(luò)以載波間隔為200KHz的頻點(diǎn)進(jìn)行頻率資源調(diào)度，LTE以子載波間隔為180KHz的 RB數(shù)為顆粒度進(jìn)行頻率資源調(diào)度。在GSM/LTE之間的動(dòng)態(tài)頻譜共享方案實(shí)施中，當(dāng)GSM話務(wù)高時(shí)（GSM忙時(shí)狀態(tài)），GSM除了可占用其專用頻點(diǎn)外，還可同時(shí)使用GSM/LTE的共享頻點(diǎn)，而此時(shí)LTE不能再使用該共享頻點(diǎn)進(jìn)行調(diào)度，只能使用其自身的專用頻點(diǎn)，如圖3所示，a .GSM忙時(shí)，頻譜供GSM使用；當(dāng)GSM話務(wù)低時(shí)（GSM閑時(shí)狀態(tài)），不再需要GL共享頻點(diǎn)，此時(shí)LTE可以使用其帶寬范圍內(nèi)的GL共享頻點(diǎn)進(jìn)行調(diào)度，圖3的b.GSM閑時(shí)頻譜供LTE使用。

圖3 GL動(dòng)態(tài)共享頻譜資源示意圖

以10.4MHz帶寬資源為例，GSM可以獨(dú)占0.4MHz帶寬，與LTE共享2MHz帶寬，GSM忙時(shí)可以最大開(kāi)啟到2.4MHz，并優(yōu)先使用共享頻譜。當(dāng)GSM空閑時(shí)，GSM不再使用2MHz的共享帶寬，此時(shí)LTE可以最大可開(kāi)到10MHz。由此可見(jiàn)，通過(guò)動(dòng)態(tài)共享頻率能夠充分利用帶寬資源，提高頻率資源利用率。

2 案例分析

2.1 方案選擇

我們選取利津縣整個(gè)城區(qū)作為Cloud AIR試點(diǎn)區(qū)域，該試點(diǎn)區(qū)域內(nèi)無(wú)GL900室分系統(tǒng)，測(cè)試區(qū)域如圖4所示，其中灰色區(qū)域是城區(qū)和農(nóng)村的交界區(qū)域，無(wú)GL900站點(diǎn)，可作為Cloud AIR試點(diǎn)區(qū)域與外界的隔離帶。

圖4 CloudAIR方案測(cè)試試點(diǎn)區(qū)域

測(cè)試區(qū)域內(nèi)GL900 SDR共模基站為29個(gè)，小區(qū)數(shù)85個(gè)；獨(dú)立GSM900基站6個(gè)，小區(qū)數(shù)18個(gè)。

考慮到測(cè)試區(qū)域當(dāng)前GSM頻點(diǎn)使用了14個(gè)子載波，GSM 2.4MHz方案最大能夠提供12個(gè)子載波，基本接近現(xiàn)網(wǎng)GSM水平，GSM網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量不會(huì)明顯下降。另外考慮到目前網(wǎng)絡(luò)建設(shè)情況，在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，LTE容量需求將會(huì)進(jìn)一步提升，10MHz帶寬的LTE相對(duì)于5MHz將會(huì)大幅提升LTE的容量，因此最終我們選擇GSM 2.4MHz和LTE 10MHz動(dòng)態(tài)共享方案，如圖5和圖6所示。

圖5 LTE10M + GSM 2.4M頻譜共享示意圖（1/2）

圖6 LTE10M + GSM 2.4M頻譜共享示意圖（2/2）

由上圖可知，LTE 900MHz系統(tǒng)開(kāi)通10 MHz帶寬的動(dòng)態(tài)頻譜共享時(shí)，能夠獨(dú)享8.4MHz，共享1.6 MHz，中心頻率為954.5MHz，對(duì)應(yīng)的下行頻點(diǎn)號(hào)是3745。GSM900MHz系統(tǒng)左側(cè)使用1.2MHz帶寬（949.1-950.3MHz），共享0.8MHz帶寬，左側(cè)對(duì)應(yīng)的6個(gè)頻點(diǎn)號(hào)分別為：71、72、73、74、75、76。GSM900MHz系統(tǒng)在右側(cè)使用1.2MHz的帶寬（958.7-959.9 MHz），共享0.8 MHz，右側(cè)對(duì)應(yīng)的6個(gè)頻點(diǎn)號(hào)為：119、120、121、122、123、124。

2.2 部署方案效果

（1）拉網(wǎng)測(cè)試分析

我們對(duì)本方案進(jìn)行了兩次拉網(wǎng)測(cè)試，第一輪測(cè)試的目的是對(duì)動(dòng)態(tài)頻譜功能開(kāi)通前的現(xiàn)網(wǎng)情況摸底測(cè)試，第二輪的目的是動(dòng)態(tài)CloudAIR開(kāi)通情況的統(tǒng)計(jì)分析。

在兩輪拉網(wǎng)測(cè)試中，我們所采用的測(cè)試設(shè)備、測(cè)試軟件及測(cè)試路線基本一致，方案測(cè)試的基本信息見(jiàn)表1。

表1 方案測(cè)試基本信息

通過(guò)對(duì)兩輪測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，當(dāng)開(kāi)啟動(dòng)態(tài)Cloud AIR功能時(shí)，L900網(wǎng)絡(luò)可動(dòng)態(tài)共享1.6 MHz帶寬，F(xiàn)TP 的RLC層下載速率由5.75 Mbps提升到23.32 Mbps，下載速率提升約305%。FTP的RLC層上傳速率由3.87 Mbps提升到11.51 Mbps，開(kāi)通Cloud AIR后上傳速率提升197%。相關(guān)數(shù)據(jù)指標(biāo)見(jiàn)表2所示。

表2 LTE900動(dòng)態(tài)頻譜開(kāi)通前后關(guān)鍵指標(biāo)對(duì)比

測(cè)試指標(biāo) 第一輪 第二輪FTP RLC層上傳速率 3.87Mbps 11.51Mbps RRC建立成功率 100% 100%ERAB建立成功率 100% 100%CSFB建立成功率 100% 100%CSFB端到端時(shí)延 6.9s 6.5s主叫切換成功率 93.22% 93.14%被叫切換成功率 90.28% 91.96%主叫VOLTE MOS 3.87 3.98被叫VOLTE MOS 3.9 4.1

從上表LTE900動(dòng)態(tài)頻譜開(kāi)通前后關(guān)鍵指標(biāo)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，LTE900MHz網(wǎng)絡(luò)在動(dòng)態(tài)頻譜功能開(kāi)啟前后，網(wǎng)絡(luò)的RRC建立成功率、ERAB建立成功率、CSFB建立成功率等KPI指標(biāo)都正常，未造成網(wǎng)絡(luò)掉話、連接失敗等現(xiàn)象。

通過(guò)兩輪測(cè)試的數(shù)據(jù)對(duì)比分析，我們發(fā)現(xiàn)對(duì)GSM900網(wǎng)絡(luò)覆蓋情況影響很小，基本符合現(xiàn)網(wǎng)GSM網(wǎng)格覆蓋情況。GSM 900網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的關(guān)鍵指標(biāo)如表3所示，動(dòng)態(tài)頻譜方案開(kāi)啟后，GSM 900網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)音話務(wù)運(yùn)行正常。

表3 GSM 900動(dòng)態(tài)頻譜開(kāi)通前后對(duì)比

（2）話務(wù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

通過(guò)提取動(dòng)態(tài)頻譜功能開(kāi)通前后一段時(shí)間內(nèi)話務(wù)量數(shù)據(jù)，我們對(duì)關(guān)鍵指標(biāo)TCH話務(wù)量、下行用戶感知速率及下行可用RB數(shù)進(jìn)行了對(duì)比分析，測(cè)試結(jié)果如下：

（1）開(kāi)通后LTE的吞吐率隨著GSM話務(wù)量變小而變大，GSM忙時(shí)LTE可用RB數(shù)變少，GSM閑時(shí)LTE可用RB數(shù)變多。

（2）開(kāi)通后下行平均用戶感知速率為14.55Mbps，開(kāi)通前平均用戶感知速率為5.45Mbps，用戶速率提升166%。

（3）開(kāi)通后下行可用RB個(gè)數(shù)平均為45.33個(gè)，遠(yuǎn)高于LTE的3MHz標(biāo)準(zhǔn)帶寬的15個(gè)RB數(shù)，可用資源提升202.2%。

（4）開(kāi)通動(dòng)態(tài)頻譜共享方案之后，GSM的 KPI指標(biāo)保持穩(wěn)定，LTE的網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)得到提升。

由此可見(jiàn)，頻率動(dòng)態(tài)共享方案CloudAIR能夠在保障存量2G/3G網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)的前提下，騰挪更多頻譜帶寬給LTE使用，釋放被壓抑的MBB業(yè)務(wù)需求，有效提升頻譜利用率。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文提出的動(dòng)態(tài)頻譜共享方案能夠解決老制式終端長(zhǎng)期不退網(wǎng)的問(wèn)題，提升GSM/LTE網(wǎng)絡(luò)制式的頻譜利用率。通過(guò)對(duì)GSM和LTE頻譜共享配置，在不影響GSM網(wǎng)絡(luò)性能的前提下提升LTE在低頻段上的網(wǎng)絡(luò)容量與覆蓋。后續(xù)隨著頻譜深度云化及共享度逐步提升，可實(shí)現(xiàn)在低頻段有限頻譜上部署GSM、UMTS、LTE、NB-IoT，構(gòu)建全業(yè)務(wù)廣覆蓋基礎(chǔ)網(wǎng)，加速M(fèi)BB網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)。