2G頻點部分清退后的語音數據業務承載分析

郭寶++劉毅++張陽

【摘 要】電磁波傳播特性決定低頻段組網的投資成本遠低于高頻段組網，目前，2G用戶規模持續降低，而4G用戶規模迅猛增長，物聯網的應用需求也迅速增加，需按照網絡負荷以及業務承載特點逐步減少2G網絡占用的低頻段頻譜，支持4G網絡甚至4.5G物聯網網絡的規模建設。重點討論了如何清退2G頻率，2G清退后頻率如何規劃才能保證現有2G用戶的使用感知，針對2G網絡的語音、數據業務如何配置不同的頻率復用方案，以及4G網絡能否承載2G遷移來的業務，并且保障用戶的業務需求及使用感知的問題。

【關鍵詞】頻率復用 2G清退 網絡業務遷移

1 引言

窄帶物聯網（NB-IoT，Narrowband Internet of Things）和增強型機器類通信（eMTC，enhanced Machine-Type Communications）是3GPP針對低功耗廣覆蓋（LPWA，Low Power Wide Area）類業務而定義的新一代蜂窩物聯網接入技術，主要面向低速率、低時延、超低成本、低功耗、廣深覆蓋、大連接需求的物聯網業務。中國聯通緊跟NB-IoT標準進展，積極部署物聯網試點，制定了聯通標準和業務應用平臺。中國電信把物聯網從創新業務轉變為戰略基礎業務，推動NB-IoT技術驗證和外場應用測試。中國移動在2016年G20峰會上做了窄帶物聯網應用演示，同時啟動了NB-IoT、LTE FDD/TDD融合、eMTC三種方案，擴大了規模試點。

使用傳播特性好的低頻段優質頻譜可以大大減少建網成本，提升技術與產業競爭力。對于頻分雙工（FDD，Frequency Division Duplex）系統，采用700 MHz頻段所用站點僅僅是1900 MHz頻段站點的24%，是2600 MHz頻段站點的12%。為了更好地推動物聯網發展，同時節約建網成本，提升用戶對物聯網業務的 使用體驗，可考慮清退目前的部分2G頻段，但在清退過程中需保障原有2G用戶的使用感知。

2 GSM頻點清退方案

2.1 GSM頻點清退目標

在GSM頻率清退目標中，900 M系統計劃清退

5.8 MHz帶寬（擬定為953.2 MHz—954 MHz、945.8 MHz—

950.8 MHz）資源以滿足蜂窩物聯網建設需求，同時將2G 900M系統高配小區占比控制在10%以下，總體清退30個頻點，頻點分布如圖1所示：

初期考慮由于GSM網絡仍承載較大規模用戶，900 M系統清退目標包括5 MHz的eMTC和800 kHz的NB-IoT頻段。具體使用頻段：上行945 8 MHz—950.8 MHz，下行953.4 MHz—954 MHz為eMTC頻段；中心頻率：948.3 MHz。使用GSM頻點：54～79，92～95。設置中心頻率為948.3 MHz的優勢在于，當GSM網絡負荷降低，進一步擴容eMTC頻段時，可保持中心頻點不變，而將使用帶寬擴展為10 MHz。

2.2 eMTC、NB-IoT使用頻段

eMTC是LTE的演進功能，在LTE TDD及LTE FDD 1.4 MHz—20 MHz系統帶寬上都有定義，但無論在哪種帶寬下工作，業務信道的調度資源限制在6個物理資源塊（PRB，Physical Resource Block）以內，eMTC頻段劃分方式如圖2所示：

NB-IoT上下行有效帶寬為180 kHz，下行采用OFDM，子載波帶寬與LTE相同，為15 kHz；上行有兩種傳輸方式，單載波傳輸（Single tone）和多載波傳輸（Multi-tone），其中Single tone的子載波帶寬包括3.75 kHz和15 kHz兩種，Multi-tone子載波間隔15 kHz，支持3、6、12個子載波的傳輸。以窄帶物理上行共享信道（NPUSCH，Narrowband Physical Uplink Shared Channel）為例，NPUSCH用來傳送上行數據以及上行控制信息，NPUSCH傳輸可使用單頻或多頻傳輸。NPUSCH上行子載波間隔有3.75 kHz和15 kHz兩種，上行有兩種傳輸方式：單載波傳輸（Single tone）和多載波傳輸（Multi-tone），其中Single tone的子載波帶寬包括3.75 kHz和15 kHz兩種，Multi-tone子載波間隔15 kHz，支持3、6、12個子載波的傳輸。

3 GSM降配方案

3.1 GSM頻點清退

要實現GSM頻點的清退需制定GSM小區降低配置方案；優化現有2G小區的半速率配置；優化數據信道配置，降低靜態和動態信道比例；優化GPRS信道釋放時延參數，提高數據信道利用率；優化獨立專用控制信道（SDCCH，Stand-Alone Dedicated Control Channel）信道和公共控制信道（CCCH，Common Control Channel），降低配置，釋放業務信道（TCH，Traffic Channel）；進行降配操作和頻率調整。

將2G網絡無線利用率整體控制在50%～70%，降配后單小區不超過100%；語音半速率控制在10%以內，降配后單小區不超過50%。對數據業務分組數據信道（PDCH，Packet Data CHannel）復用度<4的小區進行數據信道調整，復用度在4以上的小區保持現狀。數據業務承載效率不超過17 kbps；2載頻以下小區不進行降配。為了盡量降低降配工作對現網的影響，在降配過程中，保證網絡頻率復用度不變。

某地GSM 900M現網廣播控制信道（BCCH，Broadcast Control Channel）頻點使用情況如圖3所示，BCCH集中使用頻點61～86，此外10、20、30為室分頻點，整體使用比較均衡。其余不規則頻點的使用主要分布在省、市邊界。

某地GSM 900M現網業務信道TCH頻點使用情況如圖4所示，TCH集中使用頻點1～60、87～94，整體使用比較均衡。其余不規則頻點主要分布在省、市邊界。

3.2 GSM頻率復用與網絡負荷、質量的關系

GSM頻點清退需保障現有2G用戶使用感知，保持語音質量穩定，故要高度關注GSM頻率復用度的變動對GSM網絡負荷與網絡質量的影響。

（1）頻率復用度與質量關系研究

利用干擾簇建立模型，分析干擾簇中每頻點復用次數與語音質量的變化趨勢關系，語音質量選取小區可采集的比特誤碼率0～5級占比，當干擾簇每頻點使用次數超過1.6時，語音質量呈現明顯的發散趨勢，每頻點使用次數1.6對應現網頻率復用度為18.4，由此確定當前網絡頻率復用度門限值不能低于18.4，如圖5所示：

（2）網絡負荷與網絡質量的關系研究

當GSM語音利用率>60%時，語音質量出現下降；對于數據業務，當PDCH復用度>3時，臨時數據塊流（TBF，Temporary Block Flow）擁塞率出現波動，如圖6所示：

由此，GSM降配后的頻率使用方案需考慮當前承載在2G網絡的語音、數據業務均衡，關注兩個方面：

（1）頻率復用度：BCCH建議采用7×3復用，需要21個頻點；TCH建議采用4×3復用，并建議TCH最大配置5/5/4，需要（5+5+4）×4=56個頻點；建議留4個保留頻點，故總計需要21+56+4=81個頻點。該方案與當前復用度相同，能夠滿足質量需求。

（2）頻點規劃：BCCH使用21～41頻點，其余1～20、42～53、63～88為TCH頻點；89、90為保留頻點，供特殊場景使用。VIP區域、室分等頻率復用度高、不好規劃頻點的場合，建議酌情使用EGSM頻點。普通場景（居民區、城中村、鄉鎮村莊、工礦企業等）單小區平均載頻配置最大3～4載頻，特殊場景（VIP基站、學校、景區、交通車站等）平均載頻配置最大6～8載頻；高配小區載頻配置控制在1%以下。

4 2G向4G的業務遷移

考慮物聯網的退頻、2G設備替換對現存2G移動用戶造成的負面影響和VoLTE優質體驗等因素，在進行2G頻點部分清退工作的同時，需要聯動市場進行2G向4G的業務遷移。前期大話務測試表明，當前TD-LTE網絡下VoLTE網絡容量能夠支撐全量2G語音業務的遷移，某地GSM網絡最大同時通話用戶數分布如圖7所示。

現網背景下，在典型熱點小區近中遠點均勻加載VoLTE用戶，VoLTE并發通話用戶數超過80時，數據業務出現感知拐點（單用戶上行低于150 kbps，下行低于1.5 Mbps，Web瀏覽、微信圖片和微信語音成功率低于80%）；VoLTE并發通話用戶數超過100時，語音業務出現感知拐點（小區級平均MOS低于3.5）。

現網2G單小區同時并發通話用戶數基本集中在10～15區間（含2G和CSFB），超過99%小區的最大并發通話用戶在45人以下，如果2G用戶全量遷移，也很難達到80個VoLTE并發通話用戶而導致產生數據業務感知拐點。同時，網絡側需要加速整治短板，保障網絡質量，并密切關注局部高負荷熱點區域，及時采取優化擴容措施。

由此，在做好基礎覆蓋的前提下，用新思路快速提升VoLTE通話駐留比，確保已轉網的VoLTE用戶在4G網絡進行通話。在某地的LTE現網中，增強的單一無線語音呼叫連續性（eSRVCC，Enhanced Single Radio Voice Call Continuity）邊緣電平降低至-116 dBm時，在保持通話質量的同時，試點區域eSRVCC呼叫切換比由4%降低至3%，進一步降低邊緣電平至-120 dBm，呼叫切換比降低至1.7%。

5 結束語

為了快速推動4.5G網絡以及物聯網的建設，滿足用戶以及集團客戶對低功率廣域覆蓋的業務需求；為了更好地發揮2G低頻段的電磁波傳播優勢，在保證當前2G用戶使用感知的基礎上，可考慮進行部分2G頻點的清退，以滿足eMTC、NB-IoT的快速規模建設。運營商需要關注的是2G部分頻點清退后，2G網絡的頻率復用度與網絡負荷、網絡質量的關系，保持好2G網絡的語音、數據業務均衡。與此同時，在做好4G網絡基礎覆蓋，保證客戶使用感知的基礎上，應促進用戶進一步由2G遷移到4G網絡。

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