農村地區GSM基站寬帶化改造淺析

蔡世輝

摘要：文章從GSM-HI技術原理入手，分析農村區域GSM基站進行寬帶化改造的要求和演進升級工作，探討GSM基站升級改造的難度和適用場景，并給出在速率提升、網絡覆蓋、現網影響等方面的測試對比情況。然后，分析了WLAN、TD-LTE（F頻段）和GSM-HI等三種農村地區常用無線寬帶接入方式的對比，最后，總結了GSM-HI技術方案的優勢。

關鍵詞：農村；MCPA；GSM演進；多模基站；GSM-HI；TD-LTE；WLAN

1 引言

在移動通信蓬勃發展的今天，運營商比以往任何時期都更關注TCO的降低，以及如何經濟、快速地進行移動網絡的部署和擴容，以應對用戶數的快速增長。

目前，各運營商基本都同時運營2G、3G、4G網絡，基于網絡建設成本、運維成本與業務收益之間的平衡思路，運營商一般會考慮綜合應用多種網絡為各類用戶提供合適的移動寬帶業務體驗。以中國移動為例，在城區可通過HSPA、TDLTE等先進的無線網絡技術為用戶提供無線寬帶服務，而在鄉鎮、廣大農村等非發達區域目前主要還是以已經實現普遍覆蓋但速率較低的GSM網絡作為數據業務的承載網絡。

隨著移動數據業務的迅猛發展，HSPA、HSPA+、DORA、DORB、WiMAX、LTE一個接一個進入我們的視野，背后的原因是用戶對于移動寬帶的需求日盛，移動寬帶也將和語音一樣屬于普遍服務的范疇，如何讓鄉鎮、廣大農村等非發達區域的用戶也能享受到物美價廉的移動寬帶業務體驗是目前亟待解決的問題。

用戶的需求是GSM發展方向上考慮的關鍵要素，成本與收益之間的平衡則是GSM運營商做出最終戰略抉擇的鐵律。

對于GSM寬帶化需求而言，將多載波和寬帶功放技術（MCPA）引入GSM基站關鍵部件——射頻模塊的設計，無疑是提升系統帶寬（吞吐量）以及網絡平滑演進的理想解決方案，可實現單位機柜（機房）空間的更大系統容量和吞吐量，射頻模塊可實現硬件重用，通過軟件升級方式（SDR）演進到EDGE+/HSPA/LTE，最終平滑升級為支持2G/3G/4G的多?；尽?/p>

多?；咀屵\營商在同步建設GSM和133G網絡時兼顧今天和未來的需求，實現2G/3G/4G演進過程中硬件的最大化重用，減少站址資源、網絡部署成本及后期運維成本。

本文將重點探討在農村地區如何通過GSM-HI技術實現GSM基站寬帶化改造，讓運營商在農村地區快速提供移動寬帶服務的同時保證可接受的投入產出。

2 GSM基站寬帶化技術原理

GSM-HI技術本質上是GSM和FDD LTE混模技術。目前，全球移動通信市場雙?；蚨嗄＜夹g發展迅速，把多載波和MCPA技術引入到GSM之后，為實現載波模塊共享形式的多?；镜於嘶A，通過SDR，可在一套硬件設備上同時支持不同的技術體制，真正做到只需軟件配置就可以實現從GSM演進到GSM/LTE雙模。為使用GSM-HI技術，需現有GSM基站硬件設備支持多載波、MCPA、SDR等新技術，對于早期老IHGSM基站則需先進行硬件設備替換。

GSM-Hl技術方案架構主要分為四個部分：核心網、傳輸網、無線網和終端，如圖1所示，其中，無線網部分可利用現有的900M或1800M的5M或10M資源形成GSM-Hi帶寬，單用戶下行最大理論速率70Mbps，將能有效提升農村寬帶業務能力。如圖1所示。

GSM-HI的特點如下：

（1）GSM-HI空中接口與LTE相一致，遵循3GPP TS36標準，采用了OFDM（Orthogonal Frequency Divisioniultiplexing，正交頻分復用）、MIMO、64QAM、AMc（Adaptive Modulation and Coding，自適應調制編碼）等技術，具有頻譜效率高、帶寬擴展性強、抗多徑衰落、頻域和時域調度靈活等特點，空中接口峰值速率可以實現35Mbps（5MHz帶寬）或者70Mbps（10MHz帶寬），相比于EGPRS有了質的飛躍。

（2）采用雙極化調制方式，共用現有基站側設備、天饋線系統及塔桅。現網通過擴容部分板卡及軟件升級即可實現GSM-HI。

3 寬帶化改造技術方案

GSM-HI是一種寬帶化演進技術，通過對原有GSM網絡進行升級實現遠距離的寬帶接入，演進升級主要包含以下幾個部分。

（1）核心網升級：對現有2G核心網進行升級，使其同時支持2G/36/4G，實現GSM-HI與TD-LTE共EPC。

（2）BSC側：開啟同步功能和混模功能。

（3）傳輸網升級：升級傳輸設備，增加PTN的GE接口用于LTE的回傳。

（4）無線網升級：對BBU側進行升級，增加GSM-HI主控板及基帶板；新增GPS天線；對RRU，若原有設備由于版本較低不支持升級，則可替換為高級版本后再進行寬帶化技術升級；利用原有天饋線系統。

（5）終端：數據卡，CPE，MiFi或手機。

（6）頻譜：從現有GSM頻譜中劃分出一部分用于承載LTE業務，LTE頻段避免與其他運營商異系統相鄰，可減少跨運營商協調難度。

通過現網GSM基站的寬帶化演進升級，可以實現GSM和FDD LTE的雙模輸出。

對于基站側來說，GSM-HI升級的主要工作是新增與LTE相關的板卡、線材等，具體如圖2所示。

總體上來說，從GSM到GSM-HI的工作量只相當于一次擴容，不同形態的基站有不同的特點，如表1所示。

基于GSM共模升級的GSM-HI方案，基站工程實施快捷，可有效降低網絡部署成本。不同頻段的GSM基站升級改造可適用于不同的場景，如表2所示。

以北方某地市的GSM-HI升級改造試驗項目為例，GSM基站在進行寬帶化升級改造后，無線網絡情況如下：

（1）改造后的速率提升情況：

900M，5M單流極限下載速率達到18M，900M。5M雙流極限下載速率達到32M；

1800M，10M單流極限下載速率可以達到38M，1800M。10M雙流極限下載速率可以達到75M；

1800M，20M雙流極限下載速率可以達到150M。

（2）改造后的覆蓋對比情況：

測試方法：GSM鎖定小區后拉遠直到掉線的距離，LTE保證邊緣速率為2M的最遠距離；

LTE掉線前的RSRP一般低于-120dbm，對應到GSM載波信號強度為-109dbm，此時已低于GSM接收靈敏度（-104dbm）；

共模升級LTE后，FDD LTE覆蓋距離略好于同頻段GSM，即FDD LTE信號的覆蓋范圍優于同站同頻GSM基站信號的覆蓋范圍。

（3）對原有GSM網絡的影響：

對整體清頻區進行重新頻率規劃后，2G網絡質量整體保持穩定。

FDD開啟對2G網絡質量基本無影響，進一步驗證了共模升級方案可行性。

（4）與同站址的TD-LET F頻段基站的對比：

現網共站測試表明，LTE 1800M覆蓋性能優于TD-LTE F頻段。

現網共站測試標明，LTE 1800M室外覆蓋室內能力好于TD-LTE F頻段。

通過一系列的測試表明，GSM-HI方案是一種能在不影響原有GSM網絡的前提下快速部署4G網絡的技術手段。

4 農村寬帶化技術方案對比

農村無線寬帶網絡建設的主要手段主要有三種：WLAN、TD-LTE（F頻段）、GSM-HI，重點分析各種技術在農村建設的可行性。具體如表3所示。

通過上述對比分析可知，GSM-Hi方案在網絡性能、建設成本、網絡維護和承載用戶等方面均優于WLAN方案和TDLTE（F頻段）方案。實地測試數據也表明，速率可滿足要求，且不影響原GSM網覆蓋質量。GSM-Hi在農村區域進行寬帶覆蓋可行合理，可有效促進農村的信息化進程。

5 結語

盡物之性，這是中國移動對其已建設運營十多年的GSM網絡的一個點睛之詞。GSM-Hi方案通過利用農村地區空閑的900M或1800M頻率資源，升級原有GSM設備，共享現有天饋系統，實現低成本快速部署4G無線網絡，具有性能好、影響小、投資少、部署快等優勢，在充分保護原有2G投資的前提下滿足運營商在農村地區提供無線寬帶服務的需求。