GSM頻段Refarming至LTE FDD策略分析與驗(yàn)證

汪玉琳，夏北噸，陳勇輝，朱曦寧

（中國移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司廣東分公司，廣州 510623）

GSM頻段Refarming至LTE FDD策略分析與驗(yàn)證

汪玉琳，夏北噸，陳勇輝，朱曦寧

（中國移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司廣東分公司，廣州 510623）

當(dāng)前移動(dòng)用戶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)呈現(xiàn)高速增長，GSM對(duì)比LTE頻譜效率低，已不能滿足用戶高速數(shù)據(jù)需求，考慮到GSM網(wǎng)絡(luò)利用率逐年下降，而將GSM部分頻段用于建設(shè)LTE后能提供更高頻譜效率及峰值速率來滿足用戶日益增長高速率需求。本文充分對(duì)比不同頻段的LTE FDD網(wǎng)絡(luò)性能，詳細(xì)介紹了GSM 頻段Refarming（頻率重耕）至LTE的帶寬組網(wǎng)分析、策略分析及設(shè)備配置方案，并對(duì)相關(guān)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了充分分析。

GSM；頻率重耕；LTE FDD；策略分析

1 背景

經(jīng)過多年的建設(shè)、發(fā)展與優(yōu)化，中國移動(dòng)已形成一張覆蓋完善、質(zhì)量良好的GSM無線精品網(wǎng)絡(luò)。隨著用戶行為習(xí)慣的變化，傳統(tǒng)GSM用戶不再滿足于低速數(shù)據(jù)接入，由原來的話音業(yè)務(wù)為主，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為輔，轉(zhuǎn)變?yōu)樵捯魳I(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)齊頭并進(jìn)，數(shù)據(jù)流量呈爆發(fā)式增長。GSM用戶量較大，短時(shí)間內(nèi)難以將用戶全部遷移，且運(yùn)營商既需要保留原有用戶，又需要提供有競爭力的高速數(shù)據(jù)接入，而LTE的頻譜效率、峰值速率遠(yuǎn)高于GSM，因此，可分階段地將GSM頻譜Refarming至LTE建設(shè)。

現(xiàn)網(wǎng)農(nóng)村地區(qū)多為GSM覆蓋，目前移動(dòng)頻譜條件下可采用900 MHz/1800 MHz用于Refarming至LTE建設(shè)?，F(xiàn)有TD-LTE雖然可以通過VoLTE承載話音業(yè)務(wù)，但TD-LTE網(wǎng)絡(luò)由于網(wǎng)絡(luò)頻率較高、時(shí)隙配比受限等原因?qū)е律疃雀采w能力不足、廣度覆蓋能力差、上行帶寬不足、容量難以發(fā)揮最大優(yōu)勢(shì)、國際漫游能力不足等。而FDD由于制式不同在實(shí)現(xiàn)VoLTE等方面具有較TDD更強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，因此，將GSM頻段Refarming至FDD-LTE能夠更高效的利用900 MHz/1800 MHz頻譜，不僅大量節(jié)省購買新頻譜資源的費(fèi)用，而且可以加快LTE網(wǎng)絡(luò)的部署進(jìn)程，提高用戶感知和流量經(jīng)營。

2 GSM Refarming至FDD-LTE策略分析

2.1 GSM Refarming介紹

GSM Refarming是對(duì)GSM頻段的重新規(guī)劃，從GSM頻譜中分配出一段給LTE使用，實(shí)現(xiàn)在不增加頻譜資源的情況下升級(jí)GSM，滿足移動(dòng)寬帶發(fā)展需求，提升數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)能力，同時(shí)保證對(duì)原GSM網(wǎng)絡(luò)的影響最小。

（1）Refarming技術(shù)實(shí)現(xiàn)簡單，現(xiàn)有GSM基站新增LTE BBU即可升級(jí)為GSM/LTE雙模基站且具備MIMO功能；

（2）Refarming LTE基站與GSM基站共用天饋系統(tǒng)及RRU資源可節(jié)省投資，并降低工程施工及基站選址難度；同時(shí)，Refarming LTE基站借助現(xiàn)網(wǎng)布局，可降低網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃及優(yōu)化難度。

2.2 900 MHz/1800 MHz網(wǎng)絡(luò)頻段Refarming性能對(duì)比

中國移動(dòng)現(xiàn)有GSM頻段：（1）900 MHz頻段2× 20 MHz（上行889-909 MHz， 下行934-954 MHz）；（2）1800 MHz頻段2×25 MHz（上行1710-1735 MHz，下行1805-1830 MHz）。可從覆蓋能力、網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷、干擾等幾方面進(jìn)行對(duì)比分析。

覆蓋能力：900 MHz覆蓋能力強(qiáng)，理論推算相比1800 MHz頻率強(qiáng)10 dB左右；1800 MHz覆蓋能力相對(duì)較弱，與TD-LTE的F頻段覆蓋能力相當(dāng)。

網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷：900 MHz頻率負(fù)荷相對(duì)較大，需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)頻率模型調(diào)整、網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化才能騰出有限頻率供LTE FDD使用；1800 MHz網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷相對(duì)較輕，頻率Refarming相對(duì)容易，可進(jìn)行Refarming的頻率帶寬空間相對(duì)較高。

干擾：900 MHz城區(qū)場景由于私裝直放站的影響，網(wǎng)絡(luò)干擾較大；1800 MHz城區(qū)場景干擾相對(duì)較輕。

結(jié)合在LTE FDD網(wǎng)絡(luò)引入初期，主要解決城市深度覆蓋和農(nóng)村廣度覆蓋的問題，故應(yīng)將廣度與深度覆蓋能力俱佳的900 MHz優(yōu)質(zhì)頻段盡快用于頻譜效率高、用戶體驗(yàn)好的FDD-LTE技術(shù)上；同時(shí)，對(duì)農(nóng)村地區(qū)而言，1800 MHz覆蓋能力與TD-LTE F頻段相當(dāng)，農(nóng)村1800 MHz基站較少，多為900 MHz基站，且1800 MHz覆蓋半徑較小難以共址保證覆蓋，短期內(nèi)建設(shè)需求不強(qiáng)烈，建議后期用于補(bǔ)充FDD-LTE網(wǎng)絡(luò)容量需求。

2.3 GSM Refarming帶寬組網(wǎng)分析

GSM Refarming中，LTE的工作帶寬可以在1.4-15 MHz靈活配置，但由于1.4 MHz/3 MHz帶寬過小，公共信道開銷占比高，無法兼顧VoLTE語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)體驗(yàn)，且在下行吞吐率上與競爭對(duì)手相比沒有優(yōu)勢(shì)，在業(yè)務(wù)均衡、組網(wǎng)干擾等方面均有明顯不足。因此5 MHz帶寬是GSM Refarming搶占農(nóng)村市場的起步帶寬。

研究結(jié)果顯示，當(dāng)前20 MHz載頻組網(wǎng)、上下時(shí)隙配比1：3條件下，VoLTE高清能支持的最大容量為289個(gè)（受限于上行業(yè)務(wù)信道），平均容量為138個(gè)，頻譜效率遠(yuǎn)高于2G網(wǎng)絡(luò)。FDD 5 MHz理論估算可支持VoLTE用戶數(shù)為61個(gè)，相當(dāng)于2G 11個(gè)載頻支持能力，即2G全網(wǎng)37 MHz組網(wǎng)承載容量，根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)語音與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)承載比例約為45%/55%，故FDD 2×5 MHz組網(wǎng)已可滿足現(xiàn)網(wǎng)全部語音業(yè)務(wù)遷移容量需求。

因此，在LTE FDD網(wǎng)絡(luò)引入初期，可選擇900 MHz 2×5 MHz帶寬進(jìn)行Refarming，根據(jù)2G業(yè)務(wù)遷移進(jìn)度，F(xiàn)DD可考慮將900 M 2×5 MHz帶寬擴(kuò)展至2×10 MHz，以提升TD-LTE廣度與深度覆蓋不足區(qū)域的用戶體驗(yàn)；后期2G業(yè)務(wù)大幅下降后，考慮直接將1800 M 2×25 MHz全部Refarming至FDD（過渡期可優(yōu)先利用TD-LTE F、D頻段擴(kuò)容），以降低天面整改復(fù)雜度。

2.4 策略分析與設(shè)備配置方案

根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，GSM頻率復(fù)用系數(shù)約為17，在維持網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量不變的情況下，以城市A為例，GSM 900退頻5 MHz，帶寬從20 MHz下降至15 MHz，最大話務(wù)量支持能力變?yōu)樵械?0%。若網(wǎng)絡(luò)利用率不變，按照基于城市A現(xiàn)網(wǎng)GSM900/GSM1800業(yè)務(wù)承載比例約為58%/42%測(cè)算，當(dāng)2G業(yè)務(wù)量下降18%時(shí)，可清退900 MHz頻率5 MHz，下降35%時(shí)，可以清退10 MHz， GSM900不同帶寬情況下支持業(yè)務(wù)比例如表1所示。

設(shè)備配置方面，在GSM Refarming至FDD后，GSM主設(shè)備后續(xù)使用策略如下：

表1 GSM900不同帶寬情況下支持業(yè)務(wù)比例

表2 現(xiàn)網(wǎng)3地市試點(diǎn)方案

（1）與GSM異廠家：廠家替換下原GSM設(shè)備，新增FDD設(shè)備并反向升級(jí)支持GSM業(yè)務(wù)，替換下支持直接升級(jí)FDD的GSM設(shè)備調(diào)至與GSM同廠家區(qū)域使用，不支持升級(jí)設(shè)備作為備品備件或申請(qǐng)報(bào)廢；

（2）與GSM同廠家：利用原有及異廠家調(diào)入的設(shè)備直接升級(jí)支持FDD業(yè)務(wù)覆蓋。

3 組網(wǎng)測(cè)試驗(yàn)證

3.1 現(xiàn)網(wǎng)試點(diǎn)方案

為驗(yàn)證FDD900/FDD1800業(yè)務(wù)性能與GSM900/ GSM1800在覆蓋性能上的差異，以及FDD開通對(duì)GSM網(wǎng)絡(luò)的影響等，在某現(xiàn)網(wǎng)對(duì)3個(gè)地市實(shí)施FDD900/ FDD1800試點(diǎn)。其中試點(diǎn)方案如表2所示。

本次試點(diǎn)在A、B、C 3個(gè)地市開展，F(xiàn)DD試點(diǎn)主設(shè)備均采用現(xiàn)網(wǎng)TD-LTE主設(shè)備D、E、F廠家；試點(diǎn)場景包含城區(qū)與農(nóng)村兩種覆蓋場景；試點(diǎn)方案包含GSM升級(jí)及新建兩種建設(shè)方式；試點(diǎn)頻段為900 MHz與1800 MHz兩種頻段。

3.2 定點(diǎn)速率測(cè)試

采用前述試點(diǎn)方案，對(duì)FDD900（2×5 MHz）組網(wǎng)方式進(jìn)行定點(diǎn)FTP上傳及下載速率測(cè)試，并與理論峰值進(jìn)行對(duì)比，其中F廠家FTP下載速率達(dá)到理論峰值35.4 Mbit/s，F(xiàn)TP上傳速率達(dá)到理論峰值13.3 Mbit/s，且優(yōu)于TD-LTE（20 MHz）。

3.3 拉網(wǎng)路測(cè)

采用前述試點(diǎn)方案，D、E、F 3廠家分別對(duì)FDD（2×5 MHz）及TD-LTE（20 MHz）網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行覆蓋、干擾、FTP上傳及下載速率測(cè)試，具體見表3所示。

從表3結(jié)果可以看出，F(xiàn)DD900 MHz在站址密度約為TD-LTE一半的情況下，拉網(wǎng)路測(cè)平均RSRP高出TD-LTE約7 dB，平均SINR高出1 dB左右，平均上傳速率高于TD-LTE。FDD1800 MHz在站址密度與TD-LTE相近情況下，拉網(wǎng)路測(cè)平均RSRP高出TDLTE約5 dB，平均SINR高出3 dB左右。

3.4 廣域覆蓋性能

采用前述試點(diǎn)方案，D、E、F 3廠家分別對(duì)TDLTE的F頻段及D頻段、FDD（2×5 MHz）網(wǎng)絡(luò)上/下行覆蓋距離、脫網(wǎng)距離進(jìn)行測(cè)試，具體見表4所示。

表3 拉網(wǎng)路測(cè)測(cè)試結(jié)果對(duì)比

從表4結(jié)果可以看出，F(xiàn)DD900（2×5 MHz）的上/下行廣域覆蓋距離超過3 km，約為F頻段的2.2倍、D頻段的2.7倍。FDD1800（2×5 MHz）的上/下行廣域覆蓋距離超過2 km，與F頻段相當(dāng)、約為D頻段的1.4倍。

表4 廣域覆蓋性能測(cè)試結(jié)果對(duì)比

3.5 FDD開通對(duì)2G網(wǎng)絡(luò)影響

3.5.1 2G頻率Refarming方式

900 MHz：C地市采用三明治方式，以944 MHz為LTE中心頻點(diǎn)，向兩側(cè)各擴(kuò)展2.5 MHz帶寬。A地市采用下邊沿方式，使用1-25號(hào)頻點(diǎn)。B地市也采用下邊沿方式，但使用EGSM 5 MHz帶寬。

1800 MHz：B地市采用三明治方式，以1815 MHz為LTE中心頻點(diǎn)，向兩側(cè)各擴(kuò)展2.5 MHz帶寬。

另外，2G清頻還需考慮測(cè)試區(qū)域外圍至少2層站點(diǎn)作為緩沖區(qū)。

3.5.2 2G網(wǎng)絡(luò)調(diào)整與測(cè)試結(jié)果

GSM900 M（A/B/C三地市均涉及）：可用頻率資源減少25%，頻率復(fù)用度顯著降低，需優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，主要手段包括小區(qū)減配、新增1800小區(qū)、擴(kuò)容GSM1800 M小區(qū)、調(diào)整天線等。

根據(jù)上述調(diào)整方案，對(duì)2G網(wǎng)絡(luò)變頻前/后話務(wù)統(tǒng)計(jì)及路測(cè)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如表5 所示。

從話務(wù)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)來看， 2G變頻前后B地市（E廠家）、A地市（D廠家）網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量維持穩(wěn)定；C地市（F廠家）網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量出現(xiàn)輕微下降，但好點(diǎn)變化量仍在0.1%以下。

從路測(cè)指標(biāo)來看， 2G變頻前后C地市（F廠家）、A地市（D廠家）網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量維持穩(wěn)定。

從用戶2G網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量類投訴量來看， 2G變頻前后三地市均無明顯變化。

4 總結(jié)

本文針對(duì)GSM Refarming至FDD LTE策略進(jìn)行全面分析，從當(dāng)前GSM網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀、GSM Refarming至FDD LTE網(wǎng)絡(luò)頻段對(duì)比、帶寬組網(wǎng)分析等多方面進(jìn)行研究。從論文中可以看出，在頻段選擇上，900 MHz頻段更側(cè)重解決城市深度覆蓋不足及農(nóng)村廣度覆蓋問題，1800 MHz頻段側(cè)重于滿足后續(xù)網(wǎng)絡(luò)容量需求；在帶寬配置上，先采用FDD 2×5 MHz組網(wǎng)滿足現(xiàn)網(wǎng)語音業(yè)務(wù)遷移需求，后續(xù)進(jìn)一步引入2×10 MHz或1800 MHz滿足容量需求。最后，本文針對(duì)GSM Refarming至FDD的不同策略選擇進(jìn)行現(xiàn)網(wǎng)測(cè)試驗(yàn)證，方案實(shí)施后FDD LTE各項(xiàng)業(yè)務(wù)性能、覆蓋性能、干擾指標(biāo)均達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

表5 網(wǎng)絡(luò)調(diào)整前后測(cè)試結(jié)果對(duì)比

[1] 陳旭. GSM網(wǎng)絡(luò)面向未來演進(jìn)探討[J]. 無線互聯(lián)科技，2015 (11):22-24.

[2] 李富強(qiáng)，朱強(qiáng)，劉平, 等. GSM900 Refarming至LTE FDD網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量提升技術(shù)研究[C]. 2014.

[3] 李軍. 重耕GSM1800頻段資源平滑遷移4G寬帶數(shù)據(jù)流量[J].電信技術(shù)，2014(9):107-110.

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（本刊訊)

GSM bands Refarming to LTE FDD strategic analysis and verification

WANG Yu-lin, XIA Bei-dun, CHEN Yong-hui, ZHU Xi-ning
(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd. Guangdong Branch, Guangzhou 510623, China)

Current mobile users data services are growing fast, GSM’s spectrum efficiency is lower than LTE and it can’t fufill users high-speed data requirements ,also considering GSM network utilization decreased year by year, it can provide higher spectrum efficiency and peak rate after using part of GSM bands into LTE. Firstly,this paper fully compares with LTE FDD network performance of different bands.Secondly, it detailedly introduces the GSM bands refarming to LTE FDD onbandwidth network analysis ,strategy analysis and equipment configuration.Finally,relevant test results are fully analyzed.

GSM; Refarming; LTE FDD; strategyanalysis

TN929.5

A

1008-5599（2017）07-0087-05

2016-09-05