山區(qū)農(nóng)村4G網(wǎng)絡(luò)投資建設(shè)研究

胡躍，陳孝健，肖應(yīng)當

（中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司邵陽市分公司，湖南 邵陽 422000）

山區(qū)農(nóng)村4G網(wǎng)絡(luò)投資建設(shè)研究

胡躍，陳孝健，肖應(yīng)當

（中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司邵陽市分公司，湖南 邵陽 422000）

針對湖南西部丘陵山區(qū)地形以及經(jīng)濟相對落后特性，從4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋的無線技術(shù)手段、傳輸解決方案、農(nóng)村業(yè)務(wù)量與終端情況、場景覆蓋的先后順序等多方面進行分析，為湖南西部地區(qū)農(nóng)村4G網(wǎng)絡(luò)廣覆蓋提供低成本覆蓋的建設(shè)模型，實現(xiàn)精準投入，以提升投資效益，從而解決廣大農(nóng)村有效益區(qū)域的語音和數(shù)據(jù)通信問題。

1T1R 2T2R SDR U/L升級

1 引言

由于湖南西部地區(qū)多為高山丘陵地帶，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)相對困難，人口有效覆蓋效果不佳，而且前期投資不足、網(wǎng)絡(luò)底子薄，加上經(jīng)濟相對落后、智能終端比例偏少、單個用戶的ARPU（Average Revenue Per User，每用戶平均收入）值低等，呈現(xiàn)投資大、回報率低的特點。但是無線網(wǎng)絡(luò)全程全網(wǎng)的特性、競爭對手的農(nóng)村快速布網(wǎng)、品牌戰(zhàn)略等需要不斷循序漸進地開展西部農(nóng)村的4G網(wǎng)絡(luò)廣覆蓋建設(shè)，因此如何低成本快速實施農(nóng)村4G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，精準投入、提升投資效益就成為了需要研究的課題。本文將從技術(shù)、成本、場景、業(yè)務(wù)量、終端等多個層面進行分析，提出了廣大農(nóng)村有效益區(qū)域的語音和數(shù)據(jù)解決方案。

2 農(nóng)村常見場景介紹

農(nóng)村4G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋要解決兩大問題：一是采用什么樣的建設(shè)方案覆蓋效果好且投資少的問題；二是選擇建設(shè)的先后順序來確保投資效益的問題。

農(nóng)村場景大致可分為以下兩類：

（1）地形場景：主要是狹長地段、丘陵、高山等，針對不同的地理場景需要合理的技術(shù)方案來進行覆蓋，以達到投資少、覆蓋優(yōu)的目的；

（2）業(yè)務(wù)場景：主要是鄉(xiāng)鎮(zhèn)本部、交通干線（高速、國道、省道）、行政村（高、低流量區(qū)），對于不同的業(yè)務(wù)場景，要進行市場、業(yè)務(wù)量、終端情況分析來確定建設(shè)的先后順序，以達到精準投入建設(shè)的目的。

3 常見技術(shù)方案在不同地理場景中的實測和應(yīng)用

由于農(nóng)村4G網(wǎng)絡(luò)存在業(yè)務(wù)需求低、地形復(fù)雜、同頻干擾少等特點，因此4G無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋技術(shù)和城市有很大的差別。其主要的技術(shù)方案包括：U/L（Universal Mobile Telecommunications System/Long Term Evolution，通用移動通信系統(tǒng)/長期演進）升級、SDR（Software Defination Radio，軟件定義無線電）新建、1T1R（1 Transmit and 1 Receive，單發(fā)單收）新建、2T2R（2 Transmit and 2 Receive，雙發(fā)雙收）新建、雙工分、大功率基站、2T2R、高增益天線、增加導(dǎo)頻功率、小區(qū)拉遠、小區(qū)級聯(lián)等。

其中，大功率基站、2T2R、高增益天線、增加導(dǎo)頻功率、小區(qū)拉遠、小區(qū)級聯(lián)等技術(shù)在湖南聯(lián)通3G網(wǎng)絡(luò)廣覆蓋中就得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了非常好的效果，可以直接應(yīng)用，因此本文將不再贅述。下面主要對U/L升級、SDR新建、1T1R新建、2T2R新建這幾種覆蓋技術(shù)進行分析，具體如下：

（1）1T1R新建技術(shù)

受室內(nèi)分布廣泛使用的RRU（Radio Remote Unit，射頻拉遠單元）劈裂技術(shù)啟發(fā)，將這種技術(shù)應(yīng)用到廣覆蓋的宏站建設(shè)中去，具體做法是：將2T2R的RRU由原來的接一面天線改為接兩面天線，這樣一個RRU就可以覆蓋兩個小區(qū)，每個基站可以節(jié)省1個RRU，但下載速率減半，為75 Mb/s，適用于交通干線等帶狀區(qū)域或流量需求低的區(qū)域覆蓋。1T1R改造前后對比圖如圖1所示：

圖1 1T1R改造前后對比圖

（2）U/L升級技術(shù)

該技術(shù)在低流量需求區(qū)域被廣泛采用，只需要在原3G基站新增4G單板，操作簡單，可實現(xiàn)快速布網(wǎng)，節(jié)省鐵塔租賃、維護和優(yōu)化費用，但理論峰值速率為37.5 Mb/s，適用于農(nóng)村等低流量區(qū)域部署。U/L升級前后對比圖如圖2所示。

（3）SDR新建技術(shù)

該技術(shù)覆蓋范圍、下載速率和純2T2R的4G基站是一樣的，容量大、用戶感知好。其增加了3G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，節(jié)省了運營成本，既滿足用戶語音需求，又滿足高速下載速率需求，主要適用于無3G網(wǎng)絡(luò)且市場需求旺盛的區(qū)域。SDR設(shè)備示意圖如圖3所示。

為了找到廣大農(nóng)村的低成本快速4G建網(wǎng)方案，筆者選擇了狹長地段、丘陵（干線）、高山這3種場景，對獨立3G、U/L升級SDR 3G、獨立4G、1T1R下的4G、U/L升級并發(fā)4G、SDR下的3G/4G等9種覆蓋技術(shù)進行現(xiàn)場對比測試，具體數(shù)據(jù)如表1所示。

具體如下：

（1）從覆蓋上分析：1T1R、SDR新建、U/L升級與獨立4G下的4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋差別不大；

（2）從業(yè)務(wù)性能上分析：U/L升級＜1T1R模式＜獨立4G=SDR新建；

（3）由于UL2100高頻段的緣故，阻擋陰影衰落明顯，陰影區(qū)域覆蓋落后于1 800 MHz頻段的站點；

（4）U/L并發(fā)站點的4G信號覆蓋范圍相比3G覆蓋范圍收縮約10%；

（5）SDR新建的1T1R方式因頻率為2 100 MHz，最遠/良好覆蓋變差。

根據(jù)覆蓋特性和業(yè)務(wù)特性測試結(jié)果，在不同的地理場景中選擇最優(yōu)的技術(shù)覆蓋方案。

（1）U/L升級技術(shù)：建網(wǎng)簡單，不增加租賃成本，適合在業(yè)務(wù)需求量不大、已建有3G站點的場景使用；

（2）SDR新建技術(shù)：與獨立3G/4G站點在覆蓋及下行速率上基本相當，建網(wǎng)簡單，租賃成本減半，在沒有3G信號的區(qū)域、機房和塔上空間有限的情況下比較實用；

（3）1T1R新建技術(shù)：單站點可節(jié)約1臺RRU，成本明顯降低，與2T2R相比覆蓋距離上基本一致，僅下載速率減半，適合在農(nóng)村、交通干線等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求不高的場景使用；

（4）2T2R新建技術(shù)：完全新建，適合在業(yè)務(wù)需求量大、已建有2G/3G站點的場景使用。

圖2 U/L升級前后對比圖

圖3 SDR設(shè)備示意圖

表1 各場景建設(shè)對比表

4 各種業(yè)務(wù)場景流量和終端情況分析

農(nóng)村覆蓋要做到相對聚焦，希望通過農(nóng)村不同場景的終端分析，找到各類場景中智能終端活躍性情況，為各場景4G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)先后順序提供參考依據(jù)，優(yōu)先覆蓋4G終端相對集中的區(qū)域和場景。

終端活躍性體現(xiàn)基站小區(qū)內(nèi)各類終端的使用頻率的情況，即統(tǒng)計接入到2G/3G網(wǎng)絡(luò)各小區(qū)的2G/3G/4G終端數(shù)量的比例。終端在不同小區(qū)每使用一次業(yè)務(wù)，則計數(shù)一次；但同一號碼在同一小區(qū)使用多次，則去重，只計一次。通常4G終端活躍性越高，越具有4G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)價值。

終端活躍性統(tǒng)計范圍為所有2G/3G基站，統(tǒng)計時長為1個月，數(shù)據(jù)來源于運營系統(tǒng)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計分析流程如下：

（1）利用用戶通話詳單提取用戶的終端類型和位置信息；

（2）通過用戶號碼匹配位置信息、終端型號，分類比對、去重；

（3）按照基站CI（Cell Identifier，小區(qū)標識）號統(tǒng)計每個基站每個小區(qū)中的終端類型和數(shù)量；

（4）按照基站場景分類表，分場景統(tǒng)計各種場景的終端類型和數(shù)量；

（5）根據(jù)各類場景中的終端類型和數(shù)量結(jié)果，提供各場景建設(shè)的先后順序建議。

圖4 各場景終端活躍性對比圖

4G終端活躍性從高到低為：城區(qū)＞景區(qū)＞郊區(qū)＞鄉(xiāng)鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)＞交通干線＞行政村。各場景終端活躍性對比圖如圖4所示：道G320沿線基站的他4G終端占比過半的有高速G60、G55和國道G207，因此這四條交通干線是下階段需要聚焦的重點。各交通干線終端活躍性對比圖如圖5所示：

圖5 各交通干線終端活躍性對比圖

統(tǒng)計現(xiàn)網(wǎng)所有未疊加4G設(shè)備的3G基站的流量和話務(wù)量情況，按照基站場景分類表，分場景統(tǒng)計話務(wù)量情況，根據(jù)業(yè)務(wù)量的大小，提供各場景建設(shè)的先后順序建議。

按場景對站均業(yè)務(wù)量進行分析發(fā)現(xiàn)，3G站均話務(wù)量從高到低為：城區(qū)＞鄉(xiāng)鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)＞郊區(qū)＞景區(qū)＞交通干線＞行政村。各場景站均業(yè)務(wù)量對比圖如圖6所示：

圖6 各場景站均業(yè)務(wù)量對比圖

在主要干線2G/3G網(wǎng)絡(luò)中，國道G320沿線基站的2G/3G話務(wù)量和流量均為最高；G60、G55和國道G207的3G流量相對較高，因此從業(yè)務(wù)量來看，G320、G60和G55是下階段LTE覆蓋的重點干線。各交通干線站均業(yè)務(wù)量對比圖如圖7所示：

圖7 各交通干線站均業(yè)務(wù)量對比圖

5 各場景投資建設(shè)分析

按照地理場景分類如下：

（1）丘陵與交通干線：如高速、國道、省道等，地勢開闊且沿線居民較多，基站覆蓋距離要求大于1.5 km～2 km，用戶對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求較高，建議使用新建SDR、1T1R模式，配合利用高增益天線建站；

（2）高山：該場景人群稀疏，用戶大多對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求不高，基站覆蓋距離為2 km～3 km，且已建開通了部分3G基站，綜合建設(shè)成本和業(yè)務(wù)需求，建議使用U/L升級、1T1R模式，配合增加發(fā)射功率建站；

（3）峽谷：高山丘陵地帶衍生了大量的峽谷，該場景地勢封閉，基站覆蓋區(qū)域一般呈帶狀，覆蓋距離大于2.5 km～3 km，建議使用U/L升級、1T1R模式建站，由于基站需覆蓋的區(qū)域呈帶狀且灣多，根據(jù)實際情況建設(shè)2個小區(qū)即可或者利用單個RRU拉遠的方式。

按照網(wǎng)絡(luò)覆蓋情況分類如下：

（1）有2G/3G的區(qū)域：流量較低區(qū)域直接U/L升級，流量較高區(qū)域利用1T1R覆蓋；

（2）只有3G的區(qū)域：流量較低區(qū)域直接U/L升級，流量較高區(qū)域利用1T1R覆蓋；

（3）只有2G的區(qū)域：高業(yè)務(wù)區(qū)域新建SDR或者2T2R；

（4）無信號的區(qū)域：新建SDR，小范圍局部區(qū)域采用RRU拉遠的補盲。

精準投資，根據(jù)終端和流量分析結(jié)果，選擇業(yè)務(wù)場景建設(shè)的先后順序如下：

（1）場景建設(shè)的先后順序為：景區(qū)→郊區(qū)→鄉(xiāng)鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)→交通干線→行政村；

（2）在交通干線中：G320、G60、G55等是覆蓋重點；

（3）流量＜1 GB且4G終端占比活躍性＜50%：U/L升級，1 GB＜流量＜2 GB且4G終端活躍性占比較高：1T1R，流量＞2 GB且4G終端活躍性占比＞50%：優(yōu)先新建2T2R。

傳輸解決方案如下：

由于大湘西地區(qū)傳輸基礎(chǔ)比較薄弱，特別是縣鄉(xiāng)光纜建設(shè)沒有全部到位，基于現(xiàn)狀，傳輸網(wǎng)建設(shè)首先要加快兩區(qū)三點的建設(shè)、縣鄉(xiāng)OTN（Optical Transport Network，光傳送網(wǎng)）的建設(shè)來確保上傳主干的容量和安全，同時采用單纖雙發(fā)、共享、無線回傳技術(shù)、RRU級聯(lián)來解決低成本末端接入的問題。

6 建設(shè)方案效益分析

針對不同的場景選擇最佳的投資建設(shè)方案，可以節(jié)省大量投資，提升投資效益。各場景建設(shè)方式與傳統(tǒng)投資對比具體如表2所示。

通過對各業(yè)務(wù)場景市場、流量和終端的分析，具體到對每個基站流量單價、日均流量、CAPEX（Capital Expenditure，資本性支出）、OPEX（Operating Expense，運營支出）投資進行收入和成本的對標分析（由于該部分數(shù)據(jù)涉及公司機密，不便展示），優(yōu)先投放有效益的場景、回報率高的基站，做到效益優(yōu)先、精準建設(shè)。

7 結(jié)束語

對于運營商企業(yè)來說，效益是投資需要考慮的重要因素，降本增效是永恒的話題。在農(nóng)村4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，要開放思維、積極創(chuàng)新，面對復(fù)雜的地理現(xiàn)狀應(yīng)因地制宜，靈活采用與之相適應(yīng)的覆蓋方案。本文從網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、業(yè)務(wù)現(xiàn)狀和場景等多角度分析山區(qū)農(nóng)村如何循序漸進地推進網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，用最少的投資解決廣大農(nóng)村有效益區(qū)域的語音和數(shù)據(jù)通信問題，以達到精準投入、提升投資效益的目標。由于山區(qū)農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟相對比較落后，春節(jié)期間大量人員返鄉(xiāng)會對網(wǎng)絡(luò)容量提出更高的要求，下一步將探討如何平衡覆蓋和容量之間的投資。

表2 各場景建設(shè)方式與傳統(tǒng)投資對比

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Research on Investment and Construction of 4G Networks in Mountainous Rural Areas

HU Yue, CHEN Xiaojian, XIAO Yingdang
(China United Network Communications Limited, Shaoyang Branch, Shaoyang 422000, China)

In view of the hilly and mountainous terrain and the economic backwardness in west of Hunan, the construction model with low-cost coverage was provided for the wide 4G network coverage in the rural areas of west Hunan based on the wireless technique means, transmission solution, rural traffic, terminals and the order of scenario coverage. It realizes the accurate delivery and the enhancement of investment bene fit to deal with the voice and data communication in the rural areas.

1T1R 2T2R SDR U/L upgrade

10.3969/j.issn.1006-1010.2017.20.001

TN929.5

A

1006-1010(2017)20-0001-06

胡躍,陳孝健,肖應(yīng)當. 山區(qū)農(nóng)村4G網(wǎng)絡(luò)投資建設(shè)研究[J]. 移動通信, 2017,41(20)： 1-6.

2017-08-16

責任編輯：袁婷 yuanting@mbcom.cn

胡躍：工程師，學士畢業(yè)于重慶郵電大學，現(xiàn)任中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司邵陽市分公司高級技術(shù)經(jīng)理，主要從事網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量管控、技術(shù)創(chuàng)新等工作。

陳孝健：初級工程師，學士畢業(yè)于華北電力大學，現(xiàn)任中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司邵陽市分公司網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量主管，主要從事網(wǎng)管維護、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理等工作。

肖應(yīng)當：助理工程師，碩士畢業(yè)于重慶郵電大學，現(xiàn)任中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司邵陽市分公司網(wǎng)優(yōu)主管，主要從事無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃等工作。