2G/3G網(wǎng)絡精簡及演進研究

相光輝，吳文東，桂瑾琛（中國聯(lián)通河北分公司，河北石家莊 050011）

1 概述

2G/3G 網(wǎng)絡規(guī)模大，結構復雜，組網(wǎng)特色鮮明，區(qū)域間差異較大，當前2G/3G網(wǎng)絡主要面臨如下問題。

a）2G 退網(wǎng)迫在眉睫，應如何精簡直至平穩(wěn)退網(wǎng)，退網(wǎng)節(jié)奏如何把控。

b）3G 網(wǎng)絡仍有較長生命期，在2G 退網(wǎng)背景下應如何實現(xiàn)低成本完善。

c）VoLTE 業(yè)務將逐步替代2G/3G 語音［1］，在此形勢下2G/3G語音網(wǎng)應如何演進到一張高效低成本的輕薄網(wǎng)絡。

d）不同本地網(wǎng)2G/3G 結構差異較大，應如何因地制宜進行網(wǎng)絡精簡，實現(xiàn)TCO全生命周期最優(yōu)。

本文統(tǒng)籌考慮以上問題，結合不同地域特點，提出了最佳的網(wǎng)絡精簡策略，對方案的可行性及經(jīng)濟效益進行了全面分析，以最小投入實現(xiàn)簡網(wǎng)綠網(wǎng)的目標。

2 2G/3G網(wǎng)絡精簡的意義

2.1 成本效益分析

以某省聯(lián)通為例，2016 年完成了2G 網(wǎng)絡的SDR化改造，2019 年，全省移動網(wǎng)運營成本約14.55 億元，其中2G 網(wǎng)絡約0.57 億元，僅從效益角度考慮2G 退網(wǎng)并不劃算。

3G 網(wǎng)絡年運營成本保守測算約1.92 億元（3G/4G共址站塔租按4G 計算），考慮到傳統(tǒng)語音業(yè)務逐步萎縮，3G 運營成本已成為運營商沉重負擔，后續(xù)需考慮利用新技術替換3G硬件設備以節(jié)省電費支出。

表1 給出了某省聯(lián)通2019 年度各網(wǎng)絡運營成本測算。

2.2 戰(zhàn)略意義分析

2G/3G 網(wǎng)絡精簡是中國聯(lián)通落實國家供給側改革要求，由粗放型發(fā)展向綠色發(fā)展轉型的重要舉措，是調(diào)結構實現(xiàn)公司高質(zhì)量發(fā)展的重要保障，從戰(zhàn)略眼光來看，2G/3G 網(wǎng)絡精簡近期的主要方向是實現(xiàn)2G 退網(wǎng)，一段時間內(nèi)還需保留3G 這張打底網(wǎng)。推進2G 退網(wǎng)戰(zhàn)略需考慮如下幾方面的問題。

a）2G 退網(wǎng)是中國聯(lián)通既定戰(zhàn)略，應按全國一盤棋的思路堅決推進2G退網(wǎng)。

b）移動網(wǎng)最大特點是移動性，具有全程全網(wǎng)的特點，僅某個區(qū)域保留2G網(wǎng)絡對漫入用戶的感知將造成重大負面影響［2］。

c）多張語音網(wǎng)并存使網(wǎng)絡維護、優(yōu)化無法做到全部兼顧，反而導致語音感知下降。

d）2G 退網(wǎng)后可以騰退頻率、功率資源增強4G 網(wǎng)絡［3］，提升數(shù)據(jù)業(yè)務感知。

e）2G 用戶簽轉后ARPU 值有小幅提升，一定程度上彌補了2G退網(wǎng)對收入的影響，甚至實現(xiàn)收入增長。

從戰(zhàn)略角度考慮，應堅定推進2G 退網(wǎng)，而非騰退3G，保持戰(zhàn)略定力，把控好實施節(jié)奏，依據(jù)地域特點精準推進。

2.3 用戶感知分析

3G 網(wǎng)絡相比2G 網(wǎng)絡有著明顯的技術和感知優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在如下幾方面。

a）從語音質(zhì)量來看，WCDMA 網(wǎng)絡語音MOS 值較GSM網(wǎng)絡高0.4～0.5［4］，語音通話更清晰。

b）從數(shù)據(jù)質(zhì)量來看，WCDMA 網(wǎng)絡下行速率可達21.6 Mbit/s［5］，而GSM 網(wǎng)絡最高數(shù)據(jù)速率僅384 kbit/s，速率優(yōu)勢明顯。

c）從網(wǎng)絡容量來看，WCDMA采用碼分多址技術，相比GSM時分多址技術容量提升5倍以上［6］。

d）從漫游情況來看，WCDMA 為國際上部署最廣的3G 通信制式，具有良好的漫游特性，國外眾多運營商已關閉2G網(wǎng)絡，2G難以支撐國際漫游用戶。

e）從技術角度來看，WCDMA網(wǎng)絡在功率控制、切換及移動性、網(wǎng)絡自適應等方面均具備技術優(yōu)勢［7］。

f）從4G 語音感知來看，4G 網(wǎng)絡CSFB 重定向至WCDMA網(wǎng)絡的時延較2G網(wǎng)絡縮短4 s左右［8］。

從用戶感知角度考慮，2G/3G 精簡的思路應該是堅定推進2G退網(wǎng)。

2.4 小結

從成本效益分析3G 退網(wǎng)相比2G 退網(wǎng)收益更顯著，但從戰(zhàn)略意義及用戶感知分析，應該堅定推進2G退網(wǎng)保留3G 網(wǎng)絡，綜合以上多方因素，中國聯(lián)通應該進行2G/3G 混合簡網(wǎng)，即2G 退網(wǎng)+3G SDR 化精簡，既可滿足戰(zhàn)略發(fā)展需要，又能提升用戶感知，同時還能降低網(wǎng)絡運營成本。

3 2G/3G精簡方案可行性研究

2G/3G混合簡網(wǎng)包含2層含義，一是2G逐步退網(wǎng)，二是3G SDR化改造，以下分別對2G退網(wǎng)及3G SDR化改造的方案可行性進行論述。

3.1 2G退網(wǎng)可行性分析

2G 網(wǎng)絡除為2G 用戶服務外，在3G 覆蓋不完善區(qū)域還承擔著3G/4G用戶語音業(yè)務［9］，2G退網(wǎng)受2G用戶結構、2G業(yè)務占比、3G網(wǎng)絡完善程度等因素制約。

3.1.1 用戶結構分析

以某省聯(lián)通2019 年底數(shù)據(jù)為例，2G 登網(wǎng)用戶占比14.9%，終端用戶占比11.7%，業(yè)務量占比22%，終端用戶收入占比4.1%，從整網(wǎng)情況來看，2G 業(yè)務體量仍然較大，還不具備整體退網(wǎng)條件，需分區(qū)域、分場景推進。

圖1 給出了某省聯(lián)通2G 用戶、終端、話務、收入情況。

圖1 2G用戶、終端、話務、收入情況

3.1.2 分場景業(yè)務量分析

以某省聯(lián)通為例，城區(qū)場景2G 話務量占比15.7%，2G 話務主要分布在室分場景，具備2G 退網(wǎng)條件；農(nóng)村場景2G 話務占比31.7%，除少數(shù)地區(qū)外2G 話務占比仍較高，近期2G退網(wǎng)難度較大（見圖2）。

圖2 不同區(qū)域/場景2G業(yè)務量占比

3.1.3 3G網(wǎng)絡完善程度分析

以某省聯(lián)通為例，其3G網(wǎng)絡在城區(qū)室分場景及部分農(nóng)村區(qū)域還未實現(xiàn)連續(xù)覆蓋，全省城區(qū)3G宏站數(shù)量是2G 的1.1 倍，3G 覆蓋優(yōu)于2G；全省城區(qū)室分場景語音僅由2G 承載的樓宇占比41.7%，3G 基站缺口6 567個；全省農(nóng)村區(qū)域語音由單2G 承載的基站占比33.4%，3G 基站缺口9 009 個。少數(shù)地（市）3G 基站缺口較少，近期網(wǎng)絡側具備2G 退網(wǎng)條件，其余地（市）2G退網(wǎng)需進行較大規(guī)模網(wǎng)絡調(diào)整（見圖3）。

圖3 不同區(qū)域/場景3G基站缺口情況

3.1.4 小結

從以上2G 用戶結構、2G 業(yè)務情況、3G 網(wǎng)絡完善程度分析可知，目前尚不具備2G 整體退網(wǎng)的條件，2G退網(wǎng)的最佳路線是以時間換空間，根據(jù)各本地網(wǎng)實際情況分批次分步驟逐步實現(xiàn)2G退網(wǎng)。

3.2 3G SDR化改造可行性分析

目前3G網(wǎng)絡仍然為獨立的硬件平臺，每年電費支出巨大，當前可通過L900 開通UL900 雙模進行U2100設備替換［10］，未來5G NR2100 部署后也可通過SDR 方式替換U2100設備。本文僅對UL900替換U2100方案進行研究。

3.2.1 UL900替換U2100技術可行性分析

UL900 替換U2100 主要考慮終端支持度、網(wǎng)絡質(zhì)量、網(wǎng)絡容量、網(wǎng)絡干擾4 個方面的因素，以下以某省聯(lián)通為例進行具體分析。

a）終端支持度。某省聯(lián)通出賬用戶中，U900 終端支持率高于U2100 及L900，終端支持度不是決定網(wǎng)絡制式的限制因素（見圖4）。

b）語音質(zhì)量。不同區(qū)域UL900 替換U2100 驗證表明，替換前后語音質(zhì)量有一定提升，用戶感知良好（見圖5）。

圖5 U900替換U2100語音質(zhì)量對比

c）語音容量。U900 單載波小區(qū)在滿足質(zhì)量要求前提下可承載約45 個語音用戶［11］，按話務模型測算，市區(qū)UL900 語音容量滿足度157%，縣城190%，UL900滿足高業(yè)務量場景的容量需求，考慮到VoLTE 逐步成熟，UL900容量余量越來越大（見圖6）。

圖6 U900替換U2100語音容量測算

d）干擾問題。L900 干擾問題是制約其效能發(fā)揮的重要因素，L900 市區(qū)底噪較L1800 高3.7 dB，縣城高1.8 dB，農(nóng)村高0.6 dB（見圖7），U900 主要承載語音業(yè)務，對干擾的容忍程度低于數(shù)據(jù)業(yè)務，市區(qū)是否部署UL900 應結合本地干擾情況而定，縣城和農(nóng)村場景高干擾小區(qū)較少，且分布分散，對UL900部署影響有限。

圖7 L900不同場景上行干擾情況

e）UL900 替換U2100 技術可行性總結。U900 終端支持率高，語音質(zhì)量較U2100有提升，語音容量能滿足業(yè)務需求，因此開通UL900 雙模在技術上可行。個別地（市）市區(qū)場景因900 MHz 低頻干擾較大，當前暫不建議開通UL900雙模。

3.2.2 UL900替換U2100經(jīng)濟可行性分析

L900 加載U900 功能，替換同區(qū)域內(nèi)U2100 基站，可降低設備能耗、維護成本及鐵塔租金，同時節(jié)約纖芯資源，為后續(xù)5G開通創(chuàng)造條件。

a）UL900替換U2100效益分析。依據(jù)現(xiàn)網(wǎng)情況對UL900 替換U2100 綜合效益進行測算，測算結果表明不同條件下普遍在2 年內(nèi)收回投資?，F(xiàn)網(wǎng)UL900 替換U2100 通常按1∶1.2 的比例進行，保守測算2 年內(nèi)即可產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟效益（見表2）。

表2 UL900替換U2100單站效益測算（單位：萬元）

b）UL900 替換U2100 經(jīng)濟可行性總結。L900 加載UL900 雙模功能替換U2100 硬件設備，在2 年內(nèi)即可產(chǎn)生經(jīng)濟效益，考慮到當前VoLTE 成熟度［12］，3G 網(wǎng)絡仍有較長生命期，從經(jīng)濟效益來看可行。除經(jīng)濟效益外，UL900部署還有以下3個方面的收益。

（a）UL900 在偏遠山區(qū)可以騰退低業(yè)務量的L1800基站，用于其他區(qū)域補強。

（b）UL900 替換后可增強語音覆蓋，解決共享中國電信基站后語音托底網(wǎng)問題，促進中國電信和中國聯(lián)通共建共享。

（c）開通UL900 功能可以實現(xiàn)語音數(shù)據(jù)同廠商部署，簡化網(wǎng)絡結構，對后期網(wǎng)絡運營非常有利。

4 2G/3G精簡方案及效益測算

4.1 2G/3G語音網(wǎng)精簡方案

4.1.1 2G退網(wǎng)策略

2G 退網(wǎng)按“由點及面”原則執(zhí)行，先點狀退網(wǎng)，條件成熟再連片退網(wǎng)。綜合考慮市場影響及3G 完善程度，分步推進。

4.1.2 3G簡網(wǎng)策略

3G網(wǎng)絡精簡分2個維度進行：3G網(wǎng)絡進行SDR化改造，部分區(qū)域臨時關停U2100設備，節(jié)省電。

3G 網(wǎng)絡SDR 化：近期可開通UL900 雙模替換U2100 硬件，遠期NR2100 部署后，可通過5G 反開3G替換U2100硬件。

U2100 設備關停：3G 覆蓋嚴重不足的農(nóng)村區(qū)域U2100 暫時下電，但設備不拆除，短期內(nèi)語音由2G 進行承載，重點場景3G網(wǎng)絡應予以保留。

4.1.3 2020年度語音網(wǎng)精簡結果

以某省聯(lián)通為例，結合2020 年度L900 工程部署，按以上策略進行2G/3G 網(wǎng)絡精簡，將大幅降低網(wǎng)絡重疊覆蓋度，分區(qū)域形成清晰的語音組網(wǎng)結構（見圖8）。

圖8 某省聯(lián)通2020年度語音網(wǎng)精簡方案

a）2G 語音打底區(qū)域。語音由2G 打底，U2100 僅在重點場景保留。

b）3G 語音打底區(qū)域。語音由3G 打底，強力推進2G退網(wǎng)。

c）2G/3G 混合組網(wǎng)區(qū)域。2G 網(wǎng)絡保持連續(xù)覆蓋，3G 網(wǎng)絡作為補充，視業(yè)務量可酌情騰退部分U2100 設備，僅保留重點場景的3G網(wǎng)絡。

4.2 2G/3G語音網(wǎng)后期演進建議

從中遠期來看，2G 會逐步實現(xiàn)退網(wǎng)，3G 需通過UL900 或3G/5G SDR 進行整合，完成打造一張輕量級語音網(wǎng)的目標（見圖9）。

圖9 語音網(wǎng)中遠期演進策略

a）語音網(wǎng)向UL900方向演進。

b）語音網(wǎng)由3G/5G SDR 進行整合?？紤]到NR2100 部署區(qū)域主要在農(nóng)村及部分室分站點［13］，僅這些區(qū)域適宜通過3G/5G SDR 的方式進行整合，但目前仍有諸多不確定性［14-15］。

（a）自2021年開始，在部分室分場點進行NR2100部署，可同步替換同址U2100設備。

（b）2022 年，農(nóng)村將開始大規(guī)模部署NR2100，前期未通過UL900整合的區(qū)域適合進行U2100替換。

4.3 2020年度2G/3G精簡效益測算

以某省聯(lián)通為例，依據(jù)以上2G/3G 精簡策略及實施步驟，2020 年度全省可退網(wǎng)2G 小區(qū)2.2 萬余個，退網(wǎng)3G 載扇3.4 萬余個，按可節(jié)約6 個月電費計算，全省2020 年度僅電費可節(jié)省2 236.3 萬元，2G/3G 簡網(wǎng)效果明顯（見表3）。

表3 2020年度2G/3G語音網(wǎng)精簡效益測算（單位：萬元）

5 結束語

本文針對2G/3G網(wǎng)絡混合簡網(wǎng)的意義、可行性、舉措步驟及成本收益進行了詳細分析，得出如下結論。

a）2G 退網(wǎng)應以終為始堅決推進，合理把控實施節(jié)奏，用3年左右時間完成2G退網(wǎng)。

b）L900加載UL雙模替換U2100硬件平臺投資收益明顯，在900 MHz已基本連續(xù)覆蓋區(qū)域，適宜通過少量投入撬動存量U2100 設備整合，逐步實現(xiàn)3G 網(wǎng)絡SDR化。

c）VoLTE 業(yè)務將逐步替代現(xiàn)有2G/3G 語音業(yè)務，2G/3G 語音網(wǎng)應按規(guī)劃的演進路線，分步驟實現(xiàn)2G 退網(wǎng)及3G SDR 化改造，最終演進為一張純軟件化的低成本打底網(wǎng)。