基于GSM-Hi技術(shù)的農(nóng)村無(wú)線寬帶建設(shè)方案

李惠君

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100080）

1 引言

《“寬帶中國(guó)”戰(zhàn)略及實(shí)施方案》出臺(tái)后，我國(guó)寬帶發(fā)展得到地方政府、運(yùn)營(yíng)商和用戶的高度重視，寬帶基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)步入快車道。但從整體來(lái)看，當(dāng)前寬帶建設(shè)的重點(diǎn)集中在城市地區(qū)，包括4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、光纖到戶網(wǎng)絡(luò)改造等，而農(nóng)村地區(qū)寬帶設(shè)施發(fā)展水平提升并不顯著，不能適應(yīng)農(nóng)村互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的需要。未來(lái)，我國(guó)與世界發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)寬帶發(fā)展水平的差距將主要體現(xiàn)在農(nóng)村地區(qū)，必須重視和加快推進(jìn)農(nóng)村移動(dòng)無(wú)線寬帶等設(shè)施建設(shè)，推動(dòng)農(nóng)村寬帶普及，幫助農(nóng)村和偏遠(yuǎn)地區(qū)的民眾跨越地理鴻溝，享受和城鎮(zhèn)居民同等的數(shù)字機(jī)遇。

目前，中國(guó)移動(dòng)仍采用GSM和TD-SCDMA作為農(nóng)村無(wú)線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的主要承載網(wǎng)絡(luò)，難以滿足農(nóng)村用戶高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求。農(nóng)村寬帶接入目前需求潛力巨大，但是人口分散，傳統(tǒng)有線寬帶接入方式光纖部署困難，周期長(zhǎng)、成本高，中國(guó)移動(dòng)難以快速發(fā)展用戶，搶奪市場(chǎng)。因此，如何實(shí)現(xiàn)農(nóng)村寬帶接入建設(shè)，解決農(nóng)村區(qū)域上網(wǎng)難的問(wèn)題顯得尤為重要。目前，農(nóng)村區(qū)域GSM基站站型配置小、網(wǎng)絡(luò)利用率低，中國(guó)移動(dòng)在農(nóng)村區(qū)域有著豐富的900 MHz和1 800 MHz 頻譜資源儲(chǔ)備，因此基于現(xiàn)有農(nóng)村900 MHz和1 800 MHz資源的GSM-Hi技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

2 GSM-Hi引入前的農(nóng)村無(wú)線寬帶解決方案

2.1 廣域覆蓋WLAN網(wǎng)絡(luò)

在4G網(wǎng)絡(luò)未延伸覆蓋至廣袤的農(nóng)村場(chǎng)景前，運(yùn)營(yíng)商通常采用廣域覆蓋WLAN網(wǎng)絡(luò)作為農(nóng)村無(wú)線寬帶覆蓋的主要解決方案?？傮w解決思路為：利用2G/3G宏基站鐵塔、局房、傳輸?shù)荣Y源，通過(guò)類似蜂窩網(wǎng)的室外建設(shè)方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)大區(qū)域覆蓋效果的提升。WLAN網(wǎng)絡(luò)主要由WLAN終端設(shè)備、WLAN接入點(diǎn)設(shè)備（AP）、接入控制點(diǎn)（AC）、PORTAL服務(wù)器、RADIUS認(rèn)證服務(wù)器、網(wǎng)管系統(tǒng)等組成。

WLAN廣域覆蓋主要優(yōu)點(diǎn)：一是利用現(xiàn)有2G/3G宏基站鐵塔資源，物業(yè)協(xié)調(diào)容易；二是部署簡(jiǎn)單，覆蓋范圍較大（1!1.5 km）；三是可以滿足電腦、手機(jī)、PAD等多種終端上網(wǎng)。

WLAN廣域覆蓋主要缺點(diǎn)：一是系統(tǒng)容量較小，遠(yuǎn)距離覆蓋需通過(guò)客戶端加裝CPE設(shè)備解決，增加了客戶端投資；二是無(wú)線信號(hào)存在干擾風(fēng)險(xiǎn)，且覆蓋距離有限、接入能力有限，帶寬升級(jí)空間有限（2～4 Mbit/s）。

2.2 TD-LTE

中國(guó)移動(dòng)下階段TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，除完善和優(yōu)化現(xiàn)有城區(qū)、縣城、鄉(xiāng)鎮(zhèn)連續(xù)覆蓋的同時(shí)，將大力拓展農(nóng)村地區(qū)覆蓋。TD-LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋至農(nóng)村后，可通過(guò)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)村地區(qū)的無(wú)線寬帶覆蓋。通過(guò)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的無(wú)線寬帶接入，忙時(shí)平均帶寬可達(dá)到25 Mbit/s以上，閑時(shí)峰值帶寬可提升至60 Mbit/s以上，能帶給客戶非常明顯的網(wǎng)速體驗(yàn)。

TD-LTE農(nóng)村覆蓋的優(yōu)點(diǎn)：一是相比廣域WLAN網(wǎng)絡(luò)，覆蓋距離更廣（1.5～2 km）；二是帶寬可提升至20 Mbit/s以上，能帶給客戶非常明顯的網(wǎng)速體驗(yàn)。

TD-LTE農(nóng)村覆蓋的缺點(diǎn)：一是農(nóng)村居民可支配收入顯著低于城鎮(zhèn)居民，信息消費(fèi)能力明顯偏弱，戶均信息消費(fèi)支持較少；二是TD-LTE發(fā)展初期，中高端機(jī)型種類多，千余機(jī)及低端智能機(jī)型偏少，4G終端的農(nóng)村普及率較低；三是農(nóng)村現(xiàn)網(wǎng)2G站址間距普遍較大（平均站間距大于2.5 km以上）。采用1.9 GHz或2.6 GHz頻段進(jìn)行覆蓋的4G基站覆蓋能力，明顯弱于采用900 MHz頻段進(jìn)行覆蓋的2G基站。4G網(wǎng)絡(luò)要達(dá)到現(xiàn)有2G網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)有覆蓋水平，需新選址建設(shè)4G基站的規(guī)模至少為現(xiàn)有農(nóng)村2G站址規(guī)模的兩倍甚至以上，配套及主設(shè)備投資巨大。

3 GSM-Hi可Refarming的頻段資源

中國(guó)移動(dòng)GSM900和DCS1800可用頻段范圍如下：

900 MHz頻段：上行889～ 909 MHz；下行 934～954 MHz（Band 8）

1 800 MHz頻段：上行1 710～1 735 MHz；下行 1 805～1 830 MHz（Band 3）

圖1為GSM-Hi網(wǎng)絡(luò)部署初期、業(yè)務(wù)量較小時(shí)，Refarming 5 MHz頻段資源時(shí)的頻段分配示意圖。

圖1 GSM-Hi Refarming 5 Mbit/s 900 MHz頻段資源示意圖

圖2為GSM-Hi網(wǎng)絡(luò)部署后，伴隨業(yè)務(wù)需求的增大，Refarming 10 MHz頻段資源時(shí)的頻段分配示意圖。

圖2 GSM-Hi Refarming 10 Mbit/s 900MHz頻段資源示意圖

表1為GSM-Hi采用不同頻段及帶寬組網(wǎng)后的小區(qū)平均吞吐量、單用戶最大速率和剩余頻段資源所能支持的GSM最大站型。

4 GSM-Hi技術(shù)

GSM-Hi技術(shù)是4G技術(shù)2G化，即利用900 MHz或1 800 MHz空閑頻譜組建LTE FDD網(wǎng)絡(luò)，是對(duì)農(nóng)村無(wú)線寬帶的一種創(chuàng)新。為農(nóng)村900 MHz或1 800 MHz空閑頻率資源找到利用空間，通過(guò)對(duì)現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備充分利用，實(shí)現(xiàn)快速低成本的農(nóng)村信息化建設(shè)，是一種應(yīng)用上的創(chuàng)新，GSM-Hi農(nóng)村寬帶回傳方案如圖3所示。它利用現(xiàn)網(wǎng)GSM設(shè)備升級(jí)，不影響原GSM業(yè)務(wù)；使用900 MHz或1 800 MHz空閑頻譜，且不增加新網(wǎng)元，快速簡(jiǎn)易部署，降低TCO；空口采用OFDM技術(shù)，頻譜利用率高；現(xiàn)網(wǎng)5 Mbit/s帶寬2T2R場(chǎng)景實(shí)測(cè)小區(qū)的下行平均吞吐率為8 Mbit/s，單用戶的下行最大速率為36 Mbit/s；通過(guò)GSM-Hi技術(shù)可遷移部分原需由GSM網(wǎng)絡(luò)承載的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，進(jìn)一步分擔(dān)GSM網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷。

表1 GSM-Hi采用不同帶寬組網(wǎng)后的網(wǎng)絡(luò)性能

圖3 GSM-Hi農(nóng)村寬帶回傳技術(shù)示意圖

900 MHz GSM-Hi有突出的低頻優(yōu)勢(shì)，覆蓋半徑為TD-SCDMA/TD-LTE的2!3倍，GSM基站平滑升級(jí)至GSM/GSM-Hi雙?；竞?，原GSM網(wǎng)絡(luò)可覆蓋的區(qū)域，不需新增站點(diǎn)，即可滿足GSM-Hi網(wǎng)絡(luò)的覆蓋指標(biāo)要求。因此，共址現(xiàn)有農(nóng)村GSM基站建設(shè)GSMHi網(wǎng)絡(luò)，可最大限度地利舊現(xiàn)網(wǎng)配套資源，網(wǎng)絡(luò)部署快，是一種在農(nóng)村建設(shè)無(wú)線寬帶較為經(jīng)濟(jì)和快捷的選擇。

GSM-Hi改造最大程度地保護(hù)既有GSM設(shè)備投資，延長(zhǎng)GSM網(wǎng)絡(luò)設(shè)備生命周期，在不影響現(xiàn)網(wǎng)GSM小區(qū)覆蓋和性能的前提下，將無(wú)線網(wǎng)側(cè)平滑升級(jí)為L(zhǎng)TE FDD網(wǎng)絡(luò)，中國(guó)移動(dòng)可在未拿到LTE FDD商用牌照的階段，采用GSM-Hi技術(shù)實(shí)現(xiàn)農(nóng)村無(wú)線寬帶覆蓋。

5 GSM-Hi組網(wǎng)方案

GSM-Hi技術(shù)方案架構(gòu)主要分為4部分：核心網(wǎng)、傳輸網(wǎng)、無(wú)線網(wǎng)和終端側(cè)，如圖4所示。

第一，需對(duì)核心網(wǎng)進(jìn)行升級(jí)，使其支持面向2G/3G /4G融合的核心網(wǎng)架構(gòu)，使GSM-Hi網(wǎng)絡(luò)支持與現(xiàn)有TD-LTE網(wǎng)絡(luò)共用EPC核心網(wǎng)；第二，需改造現(xiàn)有傳輸網(wǎng)，使GSM-Hi基站采用PTN進(jìn)行承載，同時(shí)需保證GSM-Hi基站所在的本地網(wǎng)與省干傳輸、EPC核心網(wǎng)之間有空余鏈路；第三，需對(duì)現(xiàn)有2G基站實(shí)施GSM-Hi技術(shù)的基站升級(jí)，包括新增BBU主控及基帶板卡、RRU軟件升級(jí)或硬件替換，同時(shí)需在部署區(qū)域的GSM800M或DCS1800M網(wǎng)絡(luò)中清理出連續(xù)5 MHz或10 MHz的頻率帶寬；第四，在終端側(cè)需新增FDD頻段CPE，用來(lái)轉(zhuǎn)換GSM-Hi信號(hào)為WLAN信號(hào)。

6 GSM-Hi基站可支持的簽約帶寬客戶容量測(cè)算

隨著GSM-Hi無(wú)線寬帶基站同小區(qū)內(nèi)用戶規(guī)模增加，每用戶平均實(shí)際可用帶寬必然隨之降低，甚至達(dá)不到簽約速率。為避免由于用戶發(fā)展過(guò)多造成客戶投訴，需在市場(chǎng)人員進(jìn)行客戶推廣前，即探索出無(wú)線寬帶用戶的流量模型及GSM-Hi小區(qū)在保證簽約帶寬下所能支持的CPE最大放號(hào)用戶數(shù)。

圖4 GSM-Hi組網(wǎng)示意圖

單用戶忙時(shí)流量（MB/H）=CPE用戶簽約帶寬（Mbit/s)×3 600×忙時(shí)并發(fā)比×占空比/8

忙時(shí)并發(fā)比：指簽約用戶中在忙時(shí)使用寬帶業(yè)務(wù)用戶比例，以下測(cè)算中暫按30%計(jì)算，實(shí)際比例可根據(jù)市場(chǎng)策略和當(dāng)?shù)赜脩魳I(yè)務(wù)特征調(diào)整。

占空比：指占用業(yè)務(wù)信道傳送數(shù)據(jù)的激活比例，以下測(cè)算中暫按50%計(jì)算，實(shí)際比例可根據(jù)市場(chǎng)策略和當(dāng)?shù)赜脩魳I(yè)務(wù)特征調(diào)整。

CPE最大放號(hào)用戶數(shù)=小區(qū)忙時(shí)下行容量（MB/H）/單用戶忙時(shí)流量（MB/H）

=小區(qū)平均下行速率（Mbit/s)×3 600/8/單用戶忙時(shí)流量（MB/H）

=小區(qū)平均下行速率（Mbit/s)/CPE用戶簽約帶寬（Mbit/s)/忙時(shí)并發(fā)比/占空比

各網(wǎng)絡(luò)制式及載頻帶寬配置下的單小區(qū)CPE最大放號(hào)用戶數(shù)測(cè)算如表2所示。

7 農(nóng)村無(wú)線寬帶解決方案對(duì)比及部署建議

農(nóng)村無(wú)線寬帶目前主要有WLAN廣域覆蓋、TDLTE和GSM-Hi 3種建設(shè)方案，各方案的在覆蓋距離、穩(wěn)定性、干擾、投資等方面的優(yōu)劣對(duì)比如表3。

表2 單小區(qū)CPE最大放號(hào)用戶數(shù)

表3 農(nóng)村無(wú)線寬帶解決方案對(duì)比

為響應(yīng)“寬帶中國(guó)”戰(zhàn)略，有效推進(jìn)農(nóng)村等偏遠(yuǎn)區(qū)域的寬帶網(wǎng)絡(luò)覆蓋，應(yīng)因地制宜地靈活采用有線和無(wú)線等多種技術(shù)手段，加快寬帶網(wǎng)絡(luò)向行政村、自然村延伸，在人口較為稀少、分散的農(nóng)村地區(qū)，靈活采用各類無(wú)線技術(shù)實(shí)現(xiàn)寬帶網(wǎng)絡(luò)覆蓋。移動(dòng)無(wú)線寬帶網(wǎng)絡(luò)建設(shè)受地理?xiàng)l件限制較小，在用戶密度比較低的中西部和農(nóng)村地區(qū)部署比有線寬帶更有優(yōu)勢(shì)。

綜合考慮農(nóng)村用戶的分布分散、ARPU普遍較低等因素，以及運(yùn)營(yíng)商的建網(wǎng)投入和營(yíng)收，在邊遠(yuǎn)和低中密度人口區(qū)域，GSM-Hi等無(wú)線寬帶在快速部署、用戶體驗(yàn)、建網(wǎng)投資等方面都有優(yōu)勢(shì)，無(wú)線寬帶是提升農(nóng)村互聯(lián)網(wǎng)普及率、推動(dòng)農(nóng)村數(shù)字化建設(shè)較理想的方式，非常有必要加大農(nóng)村地區(qū)的移動(dòng)無(wú)線寬帶網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和應(yīng)用推廣力度，加快實(shí)現(xiàn)寬帶網(wǎng)絡(luò)服務(wù)均等化。

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