四網(wǎng)協(xié)同背景下GSM網(wǎng)絡發(fā)展策略研究

郭 亮，熊 煉

（重慶郵電大學通信工程應用研究所，重慶 400065）

移動數(shù)據(jù)業(yè)務的迅猛發(fā)展，給中國移動的網(wǎng)絡建設和規(guī)劃帶來了巨大的挑戰(zhàn)。目前忙時數(shù)據(jù)業(yè)務占用的信道資源在30%以上，在語音和數(shù)據(jù)總資源消耗中的占比已達到50%以上，并已開始造成GSM網(wǎng)絡質(zhì)量的下降，影響到語音業(yè)務的體驗［1］。如何繼續(xù)保持GSM網(wǎng)絡語音優(yōu)勢，協(xié)同TD-SCDMA、W LAN及未來TD-LTE等網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)承載能力，是目前中國移動網(wǎng)絡建設和規(guī)劃必須面對的問題。

1 四網(wǎng)協(xié)同

未來相當長一段時間內(nèi)，中國移動將同時運營GSM/TD-SCDMA/TD-LTE/WLAN四張網(wǎng)絡。一方面考慮到國內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展水平差異導致中國移動客戶需求多樣化因素，另一方面，四張網(wǎng)絡制式的差異性明顯，與業(yè)界傳統(tǒng)2G/3G/4G之間的網(wǎng)絡生命周期更替規(guī)律不同，如何制定網(wǎng)絡長期共存協(xié)調(diào)均衡發(fā)展策略，這是現(xiàn)階段很主要的一個問題。

根據(jù)業(yè)務需求與網(wǎng)絡能力，中國移動提出了GSM、TDSCDMA、WLAN、TD-LTE四網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的策略，通過四網(wǎng)協(xié)同，發(fā)揮各自網(wǎng)絡的優(yōu)勢，以實現(xiàn)語音、數(shù)據(jù)業(yè)務雙領先。即基于業(yè)務對于速率、時延、連續(xù)性等的不同需求，以及網(wǎng)絡在承載能力、覆蓋、成本等方面的不同，將不同業(yè)務放在最適合的網(wǎng)絡上承載。GSM適合承載話音、小流量高價值數(shù)據(jù)業(yè)務，如消息類業(yè)務等。TD-SCDMA適合承載手機類數(shù)據(jù)業(yè)務，如網(wǎng)頁瀏覽、社交網(wǎng)絡等。WLAN適合承載手機、PC及第三方WiFi終端的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務，尤其是高速數(shù)據(jù)業(yè)務:如下載類業(yè)務等。LTE承載話音及高帶寬、高質(zhì)量數(shù)據(jù)業(yè)務，如在線視頻等［2］。

下文將分析GSM網(wǎng)絡發(fā)展現(xiàn)狀與問題，并根據(jù)GSM網(wǎng)絡在四網(wǎng)協(xié)同中的定位，提出相應的措施。

1.1 GSM網(wǎng)絡發(fā)展現(xiàn)狀及問題

業(yè)界普遍認可GSM是最好的語音承載方式，其生命周期將會延長至2020年以后。對于中國移動，GSM承載全網(wǎng)99%語音計費時長和95%手機數(shù)據(jù)流量。

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務和智能終端的不斷普及，數(shù)據(jù)業(yè)務流量上升、種類增加，占用GSM大量網(wǎng)絡資源、管道化趨勢明顯。近5年內(nèi)中國移動數(shù)據(jù)業(yè)務流量增長近60倍。即時通信類業(yè)務的大量涌現(xiàn)，占用50%以上網(wǎng)絡數(shù)據(jù)業(yè)務信道資源，實際產(chǎn)生的流量不足全網(wǎng)的20%。增量不增收現(xiàn)象嚴重，近5年中國移動數(shù)據(jù)業(yè)務收入增長僅1倍左右。如圖1所示，2011年4季度GSM語音和數(shù)據(jù)等效話務量比例達到47:53，GSM無線利用率達69%，而TD利用率僅為9%，2G數(shù)據(jù)流量引起的高負荷，使網(wǎng)絡底噪抬升明顯，對語音業(yè)務的質(zhì)量產(chǎn)生了影響［3］。

圖1 2011年4季度GSM語音和數(shù)據(jù)等效話務量比例

容量激增、結構問題、設備老化等導致網(wǎng)絡干擾嚴重，造成網(wǎng)絡性能、業(yè)務質(zhì)量下降，全網(wǎng)高干擾小區(qū)占比達4.36%?！叭摺眴栴}嚴重，省會城市高配置小區(qū)占比達8.85%，高站比例達5%，全網(wǎng)直放站數(shù)量多達31萬臺（含干放），其中無線直放站總數(shù)多達6萬臺。

由于容量極限和技術本身限制，進一步擴容G網(wǎng)難度大，成本高，長期維持超大規(guī)模將是沉重的負擔。整網(wǎng)利用率水平雖有所下降，但仍維持70%以上的高位。部分密集區(qū)域站間距已達200米，基站密度超大;G網(wǎng)每Bit成本是3G的2倍以上，LTE的10倍以上。目前GSM國內(nèi)外主流運營商和廠家已經(jīng)計劃縮減或者停止2G網(wǎng)絡投資（NTT Docomo2G投資降至2%，中國聯(lián)通2012年將停止2G投資）。只有中國移動還在對GSM網(wǎng)絡進行持續(xù)擴容、升級，長遠來看產(chǎn)業(yè)鏈很難持續(xù)、有效支持。中國移動當前正處于2G向TD-SCDMA/TD-LTE、語音向數(shù)據(jù)網(wǎng)絡升級轉(zhuǎn)型時期，后續(xù)GSM網(wǎng)絡將定位為“主要承載語音（占比不低于55%），適度承載數(shù)據(jù)”。

2 三方面應對措施

下面將從挖掘容量潛力、提升網(wǎng)絡質(zhì)量、面向未來演進三方面介紹GSM網(wǎng)絡的發(fā)展策略，以解決當前面臨的問題及配合四網(wǎng)協(xié)同戰(zhàn)略。

2.1 挖掘容量潛力

2.1.1 提高PDCH承載效率，減緩對語音資源的擠占

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務和智能終端的普及，數(shù)據(jù)業(yè)務種類逐漸豐富，且運營商管道化嚴重，網(wǎng)絡中承載低傳輸效率、低收益業(yè)務（如QQ）占比不斷提升。相同無線資源上，同數(shù)據(jù)業(yè)務傳輸效率不同。不同數(shù)據(jù)業(yè)務的包大小、包間時間間隔不同，導致占用同樣無線資源前提下實際傳輸?shù)牧髁坎煌?不同傳輸效率的業(yè)務平等分配無線資源，低傳輸效率業(yè)務占比高，拉低PDCH信道整體承載效率。PDCH信道承載效率全國平均為4 kbps/PDCH，部分低于3.5 kbps/PDCH（理論峰值為59.2 kbps/PDCH）。

無線資源分配與收益脫節(jié)，不同用戶/業(yè)務平等分配資源。由此導致，增量不增收，不同用戶、業(yè)務單位流量產(chǎn)生的收益差距較大（如QQ0.18元/MB，歌曲下載1.4元/MB），有限網(wǎng)絡資源被低收益業(yè)務大量占用，如QQ占用50%以上網(wǎng)絡資源。

針對具有不同傳輸效率的業(yè)務進行差異化無線資源配置，高效業(yè)務多占資源，提升數(shù)據(jù)業(yè)務信道整體承載效率。具體參考如下指標:提升PDCH信道占用數(shù)量;提升PDCH信道承載效率;在以上兩指標完善的同時，保證TBF復用度不提升（通常網(wǎng)絡中建議小于4），即不以降低用戶體驗為代價。

針對不同優(yōu)先級的用戶、業(yè)務提供差異化的無線資源配置，高優(yōu)先級用戶、業(yè)務多占資源。

2.1.2 增強型雙頻網(wǎng)

增強型雙頻網(wǎng)是雙頻小區(qū)組網(wǎng)的一種方式，網(wǎng)絡建設相當于由900 M和1 800 M頻段組成的同心圓技術，其具有如下特點:900 M為外圓小區(qū)，1 800 M為內(nèi)圓小區(qū)，內(nèi)外圓共站址，共BSC;900 M和1 800 M頻段為兩個獨立小區(qū)，分別配置BCCH和SDCCH信道，組成一個小區(qū)組;通過BSC內(nèi)的增強算法，小區(qū)組中的兩個小區(qū)實現(xiàn)業(yè)務信道資源共享，小區(qū)負載均衡。

2.2 提升網(wǎng)絡質(zhì)量

2.2.1 優(yōu)先保證語音資源

采用語音優(yōu)化的網(wǎng)絡資源配置和優(yōu)化策略。語音優(yōu)先策略:當話音業(yè)務忙時，話音優(yōu)先搶占動態(tài)信道，而不是優(yōu)先開啟半速率;網(wǎng)絡資源的配置必需首先確保語音資源，語音數(shù)據(jù)雙忙小區(qū)要通過限制數(shù)據(jù)業(yè)務靜態(tài)信道的比例來保證語音業(yè)務的質(zhì)量。靜態(tài)數(shù)據(jù)業(yè)務信道配置策略:對于1-2載頻小區(qū)，配置1個;對于3-4載頻小區(qū)，配置2個;對于5載頻以上小區(qū)，配置3-4個。

2.2.2 干擾問題凸顯的原因分析及解決思路

目前GSM網(wǎng)絡面臨的干擾主要來自網(wǎng)內(nèi)干擾，主要引發(fā)原因包括:網(wǎng)絡配置，近年來話務量激增，網(wǎng)絡擴容頻繁，導致站間距小、高載頻配置小區(qū)提高，同頻干擾日益嚴重;網(wǎng)絡結構，由于站址條件限制，部分高站、天線傾角較小的基站存在，導致交叉覆蓋、重疊覆蓋現(xiàn)象較多，產(chǎn)生強干擾源小區(qū);設備使用，直放站應用比例較高，尤其是對質(zhì)量影響較大的無線直放站被大量應用。

在日常的網(wǎng)絡建設和優(yōu)化中，客觀條件限制無法完全規(guī)避網(wǎng)內(nèi)干擾的產(chǎn)生，需要考慮基站設備本身的性能提升降低干擾、提高C/I水平。通過兩個方面達到提高小區(qū)C/I的目標:提高有用信號C，但會受基站最大功率等因素限制，且增大其他小區(qū)同頻干擾，給網(wǎng)絡帶來負面影響降低干擾是目前技術上考慮較多的方案，有引入干擾消除算法和抑制干擾產(chǎn)生兩個思路。

GSM上行干擾消除技術分析。降低上行同頻干擾，可利用信號空間相關、時間相關以及空口同步等特性進行干擾消除?，F(xiàn)網(wǎng)已部署的有最大比合并（MRC）技術和干擾抵消合并（IRC）技術。最大比合并技術，是將兩根天線上接收的有用信號進行最大比合并，最大化有用信號強度，提高上行C/I，從而提升上行鏈路質(zhì)量。干擾抵消合并技術，是利用干擾信號空域相關性，將兩根天線接收的干擾信號進行反向抵消，降低干擾信號強度，提升上行C/I，從而提高上行鏈路質(zhì)量。增強型干擾消除（EIRC）技術是正在現(xiàn)網(wǎng)推行的新技術。EIRC在IRC技術基礎之上，增加了對干擾信號的時域相關性的收集，獲得更多的干擾信息，使得同頻干擾更接近白噪聲特性從而更有效地消除干擾提升上行鏈路質(zhì)量。

GSM空口同步，可以更好地提升干擾消除算法的性能。將有用信號和干擾對齊，使估計出的干擾特征適用于整個時隙，能更準確地估計信道和干擾特征。其可以用兩種方法實現(xiàn)同步。同步方式一:GPS硬同步。與TD-S共站:從Node B引入同步信號，BTS增加時鐘接口;與TD-S不共站:直接接收GPS信號，BTS增加GPS模塊。同步方式二:空口軟同步。軟件實現(xiàn):選取同步目標小區(qū)，通過測量并校準相鄰小區(qū)的幀偏移，實現(xiàn)同一BSC內(nèi)所有小區(qū)的空口同步;選取同步目標BSC，實現(xiàn)BSC間的空口同步。

GSM下行干擾消除技術分析:降低基站不必要的功率發(fā)射，抑制干擾源?？梢圆扇〉慕鉀Q方案有，數(shù)據(jù)業(yè)務下行功率控制。數(shù)據(jù)業(yè)務下行功率控制技術原理:BSC側(cè)設置功控參數(shù)，無線鏈路質(zhì)量達到功控門限后，依據(jù)終端上報下行鏈路測量信息，基站自適應調(diào)整下行發(fā)射功率，形成閉環(huán)功控?；静捎玫凸β拾l(fā)射，減少了不必要的功率發(fā)射，使終端獲得穩(wěn)定接收信號強度，從而在保證數(shù)據(jù)業(yè)務質(zhì)量的同時降低相鄰信道間的干擾。對此，可以分為兩種策略:功控優(yōu)先策略，在數(shù)據(jù)業(yè)務未達到最大MCS等級時進行功率控制;速率優(yōu)先策略，是在達到最大MCS等級后再進行功率控制，如圖2所示。其技術方案價值及意義在于，（E）GPRS無下行功控，隨著數(shù)據(jù)業(yè)務占比不斷提升，GSM網(wǎng)絡底噪水平提升明顯。引入數(shù)據(jù)業(yè)務下行功率控制，可以有效降低數(shù)據(jù)業(yè)務發(fā)射功率水平，降低網(wǎng)絡底噪和干擾。

圖2 基于速率優(yōu)先策略的數(shù)據(jù)業(yè)務下行功控

2.2.3 GSM網(wǎng)絡語音增強技術

GSM在降低干擾的同時，也可考慮引入語音承載增強的手段，如AMR信令優(yōu)化、多用戶同時隙復用（VAMOS）。

在已部署AMR的區(qū)域，引入AMR信令優(yōu)化技術，改善控制信道覆蓋受限問題，主要包括:重復FACCH/SACCH。仿真分析，重復FACCH使R6終端的FACCH性能提升4 dB（支持合并接收），R5終端的FACCH性能提升2 dB左右。現(xiàn)網(wǎng)試點，開啟重復FACCH功能后，掉話率由0.29%左右降為0.25%，降低幅度約為0.04%。

圖3 多用戶同時隙復用

多用戶同時隙復用（VAMOS），即在下行GMSK基礎上引入QPSK，通過將用戶配對在I、Q兩調(diào)制支路，提高語音用戶復用度;上行保留原GMSK調(diào)制，通過多用戶MIMIO將用戶配對在同一時隙上，基站通過雙天線聯(lián)合檢測區(qū)分不同用戶，如圖3所示?？苫贏MR-FR或AMR-HR實現(xiàn)復用度的提升，達到同一個時隙復用2個AMR-FR或4個AMR-HR用戶，并可在VAMOS，AMR-HR和AMR-FR之間動態(tài)轉(zhuǎn)換。

當現(xiàn)網(wǎng)SAIC終端滲透率較高時，在AMR-HR基礎上使用VAMOS的容量增益約20%;VAMOS終端引入后，容量增益隨著VAMOS終端滲透率的增大而進一步提高。

2.3 面向未來演進

2.3.1采用BBU集中部署+光纖拉遠方式減少工程投資、降低能耗（C-RAN）

C-RAN，如圖4所示，是在分布式基站基礎上的進一步創(chuàng)新，整體發(fā)展思路借助光傳輸及IT領域的技術進步，具備三大技術特征:基站基帶處理或控制的集中化，減少基站配套，降低站址要求;利用寬帶、多頻段的RRU或有源一體化天線，結合集中化信號處理，實現(xiàn)基站間協(xié)作化和多標準系統(tǒng)的靈活支持;借鑒技術實現(xiàn)處理資源的云計算化，提高資源利用率;清潔、綠色的無線接入網(wǎng)絡，低成本、低能耗、高容量。

圖4 C-RAN示意圖

C-RAN在GSM網(wǎng)絡的應用目前主要實現(xiàn)集中化部署，即將原有分散部署的基站基帶處理或控制實現(xiàn)集中化，依靠光纖拉遠連接各遠端RRU，減少基站配套，降低站址要求。

分布式基站設備在GSM網(wǎng)絡中的部署比例逐年提高，為C-RAN集中化部署提供了先決條件;GSM基站設備目前主要支持C-RAN的集中化部署功能，可以簡化遠端站局址要求，降低選址難度，實現(xiàn)精確靈活覆蓋，節(jié)約建設和運維成本;后續(xù)需推動GSM基站設備支持協(xié)作化和云計算化，完善GSM網(wǎng)絡C-RAN組網(wǎng)能力。

2.3.2 基站支持同頻段GSM和LTE FDD雙模，未來實現(xiàn)平滑演進

通過一套硬件平臺支持同頻段GSM和LTE FDD，兩種制式網(wǎng)絡可以同時或者單獨工作，且?guī)捁β蕜討B(tài)分配。GSM和LTE FDD采用獨立基帶處理板，共用一個機框，GSM單模向GSM/LTE雙模升級時，在基帶框內(nèi)分別插入GSM和LTE基帶板即可。RRU和天線無需改動，只需升級RRU軟件版本。這樣既可以保護GSM投資，也可以降低LTE投資，確保GSM至LTE平滑演進。

3 總結

文中主要介紹了四網(wǎng)協(xié)同背景下GSM網(wǎng)絡發(fā)展現(xiàn)狀及問題，并從三方面提出了應對措施。GSM是中國移動的根基，其地位只能加固，不可撼動，主要用來承載語音業(yè)務，在保證這一前提之下，可以分擔小部分數(shù)據(jù)流量壓力。

［1］魯義軒.上海貝爾:找準四網(wǎng)協(xié)同發(fā)展的關鍵［J］.通信世界，2010（47）:30-31.

［2］胡歡剛.未來5年網(wǎng)絡藍圖規(guī)劃指引浙江移動四網(wǎng)協(xié)同發(fā)展［J］.電信技術，2011（6）:21-27.

［3］李俊峰.山東移動:四網(wǎng)協(xié)同發(fā)展之策［J］.網(wǎng)絡電信，2011（9）:16-17.