GSM頻率重耕至LTE建設關鍵問題的分析

陸俊超

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GSM頻率重耕至LTE建設關鍵問題的分析

陸俊超

中睿通信規劃設計有限公司，廣東 廣州 510630

移動網絡用戶的快速增長對移動數據業務提出了更高要求。GSM頻譜效率較低，無法滿足用戶需求，向LTE FDD的演進是其必然發展趨勢。首先對GSM頻率重耕技術進行了簡單介紹，然后對900?MHz和1?800?MHz兩個網絡頻段的重耕性能進行了對比。在此基礎上，探討了GSM頻率重耕至LTE的關鍵問題，包括重耕策略、設備配置方案、組網測試等。

GSM；頻率重耕；LTE建設

引言

經過多年的建設與發展，移動網絡的覆蓋率不斷提高，用戶數量逐年增長。早期建設的GSM網絡，已經形成一張覆蓋完善的精品網絡。但是隨著技術的發展以及人們用網習慣的改變，低速率數據接入技術已經無法滿足用戶需求。GSM網絡的用戶基數大，短時間內無法完成遷移。在保留原有用戶、提供高數據接入的要求下，GSM頻率向LTE的重耕建設成為其主要的技術解決方案，可以分階段將GSM頻率重耕至LTE建設。

1 GSM頻率重耕技術簡介

目前，農村地區仍以GSM網絡覆蓋為主。在現有移動頻譜條件下，可以采用900?MHz或1?800?MHz將GSM重耕至LTE建設。相比之下，TD-LTE雖然能通過VoLTE承載話音業務，但TD-LTE網絡頻率高、覆蓋深度不足，難以發揮優勢。FDD在實現VoLTE方面具有更明顯的技術優勢，將GSM頻率重耕至FDD-LTE能夠利用現有的900?MHz和1?800?MHz頻譜，節省頻譜資源費用，加快LTE建設進程。

GSM頻率重耕（GSM Refarming）技術是通過GSM頻段進行重新規劃，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上，實現GSM的升級，拓寬了數據業務能力，并降低了對原有GSM網絡的影響。GSM Refarming技術具有以下幾個特點：（1）技術實現較為容易；（2）在現有GSM的基站新增LTE BBU，即可完成升級，使其轉變為GSM/LTE雙模基站，并具有MIMO功能；（3）Refarming基站與原基站共用同一套天饋系統，可節省建設投資，降低基站選址難度；（4）在現有基站的基礎上實現網絡布局，網絡規劃和優化的難度較低[1]。

2 網絡頻段重耕性能對比

移動網絡現有的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。兩個網絡頻段的重耕性能對比情況具有以下幾方面特征：（1）從網絡覆蓋能力來看，900?MHz的覆蓋能力更強，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）從網絡負荷情況來看，900?MHz網絡負荷較大，需要調整網絡頻率模型，并優化網絡結構，而1?800?MHz的負荷則相對較強，重耕容易實現，能夠為Refarming提高較高的寬帶空間；（3）從網絡干擾情況來看，900?MHz受私裝直放站的影響較大，存在較為明顯的網絡干擾現象，而1?800?MHz的網絡干擾情況相對較輕[2]。

LTE FDD網絡在引入初期主要需解決城市的深度覆蓋以及農村的廣度覆蓋問題。從表1可以看出，900?MHz頻段的網絡覆蓋能力較強，在深度覆蓋和廣度覆蓋方面均具有優勢，應將其優質頻段用于為用戶提供FDD-LTE技術體驗中。在農村地區，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，難以實現共址覆蓋。借于短期內的建設需求不高，可以留作后期補充FDD-LTE的網絡容量需求[3]。

表1 GSM 900?MHz不同帶寬的支持業務比例

3 GSM頻率重耕至LTE建設的關鍵點

3.1 GSM Refarming的帶寬組網技術

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，無法兼顧語音和數據業務。公共信道的開銷占比過高，下行吞吐率也不具有優勢，業務均衡性和組網干擾等均存在問題。因此，在實際建設過程中，5?MHz帶寬一般作為GSM Refarming的起步帶寬。相關研究結果表明，在20?MHz的載頻組網和上下時隙配比為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務信道的限制，但頻譜效率已經遠遠高于2G網絡。按照FDD 5?MHz進行理論估算，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，約等于2G全網37?MHz 的組網承載容量。按照現行的移動網絡數據進行統計，語音業務與數據業務的承載比例約為45%∶55%，采用FDD 2×5?MHz組網技術已經能夠滿足全網語音業務的遷移需求[4]。

在LTE FDD網絡建設中，可以選擇900?MHz 2×5?MHz帶寬實現Refarming，再根據業務遷移進度，將900?MHz 2×5?MHz的帶寬進行擴展，可擴展至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網絡建設后期，2G業務會大幅下降，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設備配置方案

現行網絡運行數據統計結果顯示，GSM頻率復用系數為17。以A城市為例，在滿足網絡質量不變的條件下，GMS 900?MHz頻段退頻5?MHz，帶寬會從20?MHz下降到15?MHz，導致話務量最大支持能力下降到原來的70%。如果網絡利用率不變，目前A城市900?MHz頻段和1?800?MHz頻段的業務承載比例為58%∶42%，則2G業務量如果下降18%，可以清退5?MHz的900?MHz頻率，2G業務量如果下降35%，可以清退10?MHz 900?MHz頻率，GSM 900?MHz不同帶寬的支持業務比例如表1所示。

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

3.3 組網測試方案

為了驗證FDD業務性能與GSM業務性能的差異，分析FDD運行對原GSM網絡的影響，對A、B、C三個城市進行FDD 900?HMz/1?800?MHz試點測試，FDD主設備均采用現網TD-LTE的主設備，由D/E/F廠家供應，試點場景分為城區和農村，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

進行的試點測試包括：

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

表3 調整方案實施前后的2G 網絡測試指標對比

（2）拉網路測。根據上述試點方案，對3個廠家的FDD 2×5?MHz、TD-LTE 20?MHz網絡的FTP上傳、下載速率以及覆蓋和干擾進行測試。測試結果表明：FDD 900?MHz站址密度為TD-LTE一半時，拉網路測的平均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計，對3個廠家的TD-LTE F頻段、D頻段、FDD 2×5?MHz網絡上、下行覆蓋距離以及脫網距離進行測試。測試結果表明：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網的影響

從GSM網900?MHz的Refarming方式來看，C市以944?MHz作為LTE的中心頻點，兩側各擴展2.5?MHz帶寬。A市和C市采用下邊沿方式。其中，A市設置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，兩側各擴展2.5?MHz帶寬。2G清頻將測試區外圍至少2層的站點作為緩沖區。經過上述網絡調整后，對GMS Refarming試點進行測試，調整后GSM 900?MHz可用頻率資源下降到原來的75%，頻率復用度得到明顯降低。在網絡結構優化過程中，主要進行小區減配和天線調整，同時增加1?800?MHz小區，并對GMS 1?800?MHz小區進行擴容。調整方案實施前后的2G網絡測試指標對比情況如表3所示。

從表3可以看出，話務統計指標顯示2G變頻前后B市（E廠家）和A市（D廠家）的網絡質量基本保持穩定，C市（F廠家）的網絡質量則略有下降，但變化量在0.1%以下。路測指標顯示2G變頻前后C市（F廠家）和A市（D廠家）的網絡質量基本保持穩定。在2G變頻調整方案實施前后，三地用戶的2G質量投訴量均為發生明顯變化。總體來看，對GSM頻率重耕至FDD后，FDD LTE的業務性能、覆蓋性能以及干擾指標都能夠達到預期水平。

5 結束語

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

[1]王宇.基于GSM Refarming頻率重耕的GSM-HI升級技術方案研究[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].電信工程技術與標準化，2017，30（7）：87-91.

[3]胡劍飛，苗瀅.中國移動GSM網絡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頻率重耕關鍵問題研究[J].電信工程技術與標準化，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