900 MHz低頻網(wǎng)重耕策略研究

楊定楚，李 展，詹 偉（.中訊郵電咨詢設(shè)計院有限公司，北京 00048；.中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)有限公司，北京 00033）

1 概述

900 MHz頻段由于頻率低、覆蓋能力強(qiáng)，被稱為移動通信的黃金頻段，未來可與高中頻協(xié)同打造一張連續(xù)覆蓋的5G精品網(wǎng)，對于無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)具有非常重要的意義。因此，須在現(xiàn)階段研究和探索900 MHz 頻段重耕、技術(shù)創(chuàng)新、試點(diǎn)應(yīng)用等內(nèi)容，為900 MHz 網(wǎng)絡(luò)規(guī)模建設(shè)積累經(jīng)驗(yàn)、奠定基礎(chǔ)。

2 900 MHz頻譜重耕策略探索

頻譜是運(yùn)營商最核心的資源，900 MHz 由于覆蓋能力強(qiáng)的特點(diǎn)，更是各運(yùn)營商的寶貴資源。目前國內(nèi)900 MHz 頻譜在公用移動通信領(lǐng)域共計有2×26 MHz帶寬，其中上行889～904 MHz、下行934～949 MHz 歸屬中國移動，共2×15 MHz 帶寬；上行904～915 MHz、下行949～960 MHz歸屬中國聯(lián)通，共2×11 MHz帶寬。

現(xiàn)階段中國聯(lián)通的900 MHz 頻譜主要應(yīng)用于2G、3G 和4G 制式，中國移動應(yīng)用于2G 和4G 制式，另外900 MHz 具備低頻覆蓋優(yōu)勢還承載了NB-IoT 等窄帶物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。由于現(xiàn)階段900 MHz 均被現(xiàn)有制式占據(jù)，如須使用900 MHz 承載5G 業(yè)務(wù)，勢必要考慮900 MHz頻譜重耕的影響。

GSM、UMTS、LTE 等網(wǎng)絡(luò)的頻譜資源必將逐步騰退用于5G 或更高制式的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，這就是頻譜重耕（Frequency Re-farming）的概念?，F(xiàn)網(wǎng)的用戶和業(yè)務(wù)被遷移到更為先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)制式上，逐步關(guān)閉原有的2G/3G/4G 網(wǎng)絡(luò)，利用2G/3G/4G 網(wǎng)絡(luò)的頻譜資源去部署5G 網(wǎng)絡(luò)；或者逐步清退原有的部分制式網(wǎng)絡(luò)，利用SDR（軟件無線電）技術(shù)來同時部署2 種或多種網(wǎng)絡(luò)制式。900 MHz 頻譜重耕要重點(diǎn)考慮的因素主要有：現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)影響、新部署網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)、干擾情況、連片規(guī)模重耕可行性等等。

2.1 900 MHz頻譜重耕試點(diǎn)驗(yàn)證

為了研究900 MHz 頻譜重耕策略，中國聯(lián)通組織開展了新建NR900 和現(xiàn)網(wǎng)L900 升級的多個外場測試驗(yàn)證。由于900 MHz 頻段當(dāng)前承載了2G、3G、4G 不同制式的網(wǎng)絡(luò)，且每個省份、每個地（市）均存在不同的組網(wǎng)情況，且在城區(qū)、縣城、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和農(nóng)村等不同場景下的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷、制式均相差迥異，900 MHz現(xiàn)網(wǎng)條件非常復(fù)雜，亟需因地制宜分場景進(jìn)行試點(diǎn)驗(yàn)證，切勿一刀切。

2.1.1 歸納測試場景，針對性進(jìn)行驗(yàn)證

對現(xiàn)網(wǎng)900 MHz 網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀進(jìn)行整體梳理，根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)制式、干擾情況、有無托底和現(xiàn)網(wǎng)負(fù)荷等4個維度進(jìn)行場景的歸納和總結(jié)，并對NR900 和現(xiàn)網(wǎng)NR3500、NR2100等5G中高頻制式進(jìn)行覆蓋性能對比測試。

現(xiàn)網(wǎng)制式：對現(xiàn)網(wǎng)900 MHz小區(qū)進(jìn)行初步統(tǒng)計，其中僅開LTE 單模的約占35%，開通UMTS 和LTE 雙模制式的約占45%，開通GSM 和LTE 雙模制式的約占10%，剩余10%為開通GSM、UMTS 和LTE 三?；蚱渌剖?。因此對現(xiàn)網(wǎng)制式劃分成前三大類，基本能涵蓋現(xiàn)網(wǎng)絕大多數(shù)場景。

干擾情況：中國聯(lián)通900 MHz 存量基站約31 萬站，測試發(fā)現(xiàn)900 MHz 頻段受現(xiàn)網(wǎng)用戶私建寬頻直放站的影響，干擾較為嚴(yán)重，大城市干擾尤其嚴(yán)重。干擾問題導(dǎo)致手機(jī)顯示有信號覆蓋，但語音和上網(wǎng)業(yè)務(wù)體驗(yàn)很差。根據(jù)對業(yè)務(wù)的影響，將干擾強(qiáng)度劃分成中高干擾和低干擾，其中中高干擾以基站接收底噪信號大于等于-108 dBm作為標(biāo)準(zhǔn)。

有無托底：即同站址或相近站址有無足夠的L1800或L2100中頻基站作為900 MHz重耕的托底，如有中頻基站托底則900 MHz 重耕難度相對較低，如無中頻基站托底則重耕難度較大。

現(xiàn)網(wǎng)負(fù)荷：充分評估現(xiàn)網(wǎng)LTE900 的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷情況，作為900 MHz重耕驗(yàn)證的重要依據(jù)之一。

從現(xiàn)網(wǎng)制式、干擾情況、有無托底和現(xiàn)網(wǎng)負(fù)荷等4個維度對場景進(jìn)行劃分，形成九大驗(yàn)證場景，并選取典型場景進(jìn)行測試驗(yàn)證，詳見表1。

2.1.2 NR900與NR3500、NR2100的覆蓋對比

通過對NR900 和現(xiàn)網(wǎng)NR3500、NR2100 中高頻制式5G 網(wǎng)絡(luò)的覆蓋能力進(jìn)行對比測試，對NR900 的覆蓋性能進(jìn)行評估分析。

在某酒店地下室場景同時測試NR900 和NR3500的覆蓋性能，NR900 覆蓋比NR3500 覆蓋更遠(yuǎn)，同點(diǎn)位NR900 RSRP比NR3500高8 dB左右，詳見圖1。

圖1 NR900和NR3500的覆蓋性能對比測試

在某超市地下室場景，同時測試NR900 和NR2100 的覆蓋性能，淺層同點(diǎn)位NR900 RSRP 比NR2100 平均高2.1 dB 左右，深層同點(diǎn)位NR900 RSRP比NR2100平均高6.6 dB左右，詳見圖2。

圖2 NR900和NR2100的覆蓋性能對比測試

2.1.3 L900帶寬壓縮之后對用戶感知的影響分析

部分場景現(xiàn)網(wǎng)的L900 升級為NR900 會優(yōu)先開通5 MHz NR900，L900 帶寬將由10 MHz 壓縮到5 MHz，L900 帶寬壓縮之后對用戶感知必將造成一定的影響，為此分別在2個縣城的中高負(fù)荷場景下進(jìn)行了對比測試，結(jié)論如下。

縣城1：L900帶寬從10MHz 縮減為5 MHz 后，L900 忙時下行速率平均下降53%，下行流量下降48%，接入用戶數(shù)減少了21%。

縣城2：L900帶寬從10 MHz縮減為5 MHz后，L900 忙時下行速率平均下降59%，下行流量下降36%，接入用戶數(shù)減少了28%。

從上述2 個縣城的測試可以看出，L900 帶寬從10 MHz 縮減為5 MHz 帶寬之后，升級NR900 會造成現(xiàn)網(wǎng)L900 用戶體驗(yàn)下降。因此在此場景下，需進(jìn)行充分評估和話務(wù)遷移后，再考慮啟動規(guī)模重耕。

2.1.4 U/L900重耕為U/NR900的網(wǎng)絡(luò)性能分析

U/L900 由于現(xiàn)網(wǎng)已承載了3G 和4G 雙模，11 MHz有限的帶寬條件下不具備同時開通三制式的條件，需至少清退現(xiàn)網(wǎng)1 種制式。如果U/L900 區(qū)域有中頻L1800 托底，則可考慮試點(diǎn)退網(wǎng)L900，保留U900 的方案，從而開通U/NR900 雙模制式；如果U/L900 區(qū)域無中頻L1800托底，則該場景需考慮語音托底的方案，在解決語音托底之前需謹(jǐn)慎啟動重耕。通過在某城市測試驗(yàn)證中發(fā)現(xiàn)，試點(diǎn)U/L900 重耕為U/NR900 之后，出現(xiàn)部分4G用戶投訴的現(xiàn)象，說明現(xiàn)階段該場景暫不適宜規(guī)模重耕，建議待3G、4G用戶遷移后再做考慮。

2.1.5 頻率隔離方案探索和驗(yàn)證

900 MHz 頻譜承載了現(xiàn)網(wǎng)多制式網(wǎng)絡(luò)，在形成最終的目標(biāo)網(wǎng)之前，本地網(wǎng)之間甚至本地網(wǎng)內(nèi)勢必存在大量不同區(qū)域使用不同頻譜策略的情況，在重耕時必須分場景、分階段逐步推進(jìn)，具備重耕條件的區(qū)域和當(dāng)前不具備重耕條件的區(qū)域之間須合理設(shè)置頻率隔離帶，以避免同頻之間的干擾問題。通過在試點(diǎn)區(qū)域的探索和驗(yàn)證，應(yīng)設(shè)置至少3 圈頻率緩沖區(qū)帶來保證LTE和NR的性能，4圈緩沖區(qū)來保證UMTS和NR的性能。同時在緩沖區(qū)應(yīng)清除5 MHz NR 對應(yīng)的5 MHz 頻點(diǎn)，在某縣城對頻譜隔離方案進(jìn)行試點(diǎn)時發(fā)現(xiàn)，設(shè)置3圈頻率緩沖區(qū)可基本保障LTE和NR的性能（見圖3）。

圖3 NR900頻譜重耕隔離帶示意圖

2.1.6 900 MHz干擾影響評估和研究

首先，通過試點(diǎn)驗(yàn)證總結(jié)900 MHz 干擾強(qiáng)度對網(wǎng)絡(luò)容量的影響，分別通過路測和話統(tǒng)指標(biāo)進(jìn)行對比。

通過路測分析發(fā)現(xiàn)當(dāng)干擾抬升15 dB 時，下行平均速率約損失47%，詳見表2。

表2 900 MHz干擾對網(wǎng)絡(luò)吞吐率的影響

對話統(tǒng)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)干擾抬升20 dB時，下行流量約損失46%，上行流量約損失40%。

其次，通過對某城市進(jìn)行海量測試，基于L900 5 MHz 帶寬，研究不同干擾強(qiáng)度下對視頻和網(wǎng)頁瀏覽等業(yè)務(wù)的影響，對試點(diǎn)驗(yàn)證結(jié)果進(jìn)行總結(jié)，典型業(yè)務(wù)的良好體驗(yàn)與干擾的關(guān)系如下。

a）無干擾場景下，用戶感知的上下行速率高，視頻業(yè)務(wù)使用流暢。

b）干擾抬升15 dB時，速率下降50%，大部分場景下只能瀏覽網(wǎng)頁文字，無法使用抖音和愛奇藝等視頻APP業(yè)務(wù)，并且基站信號強(qiáng)度越低，外部干擾的影響越大（見表3）。

2.2 900 MHz網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃原則探索和頻率重耕建議

經(jīng)過現(xiàn)網(wǎng)充分測試驗(yàn)證后，總結(jié)900 MHz 覆蓋性能以及900 MHz頻譜重耕對現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)和用戶體驗(yàn)的影響，用于指導(dǎo)900 MHz網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、建設(shè)方案和頻率重耕方案的制定。

2.2.1 900 MHz網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃原則

首先，探索900 MHz 的邊緣覆蓋標(biāo)準(zhǔn)。為保障數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和語音業(yè)務(wù)的良好感知，要求上行邊緣速率不低于1 Mbit/s。建議城區(qū)場景的上行邊緣速率不低于3 Mbit/s，農(nóng)村場景的上行邊緣速率不低于1 Mbit/s?；谏舷滦墟溌菲胶庠?，根據(jù)上行路損推導(dǎo)下行覆蓋的信號電平RSRP，基于上下行鏈路平衡原理，推導(dǎo)上行邊緣速率對應(yīng)的信號電平覆蓋標(biāo)準(zhǔn)，詳見圖4。

圖4 NR900鏈路預(yù)算示意圖

上行最大路損=UE 子載波EIRP+基站天線增益-上行干擾余量-底噪-穿透損耗-饋線損耗-解調(diào)SINR

下行RSRP=導(dǎo)頻子載波功率+基站天線增益-饋線損耗-上行最大路損-穿透損耗-上下行路損差

基于上下行鏈路平衡原理，推導(dǎo)上行邊緣速率對應(yīng)的信號電平覆蓋標(biāo)準(zhǔn)如表4所示。

表4 上行邊緣速率對應(yīng)的信號電平覆蓋標(biāo)準(zhǔn)

其次，根據(jù)覆蓋目標(biāo)，制定900 MHz 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案，需結(jié)合用戶規(guī)模、業(yè)務(wù)比例、質(zhì)量要求等信息對目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全面分析和系統(tǒng)規(guī)劃。主要包括無線網(wǎng)絡(luò)需求分析、無線網(wǎng)絡(luò)預(yù)規(guī)劃和無線網(wǎng)絡(luò)小區(qū)規(guī)劃3個步驟，包含覆蓋規(guī)劃、容量規(guī)劃、傳輸帶寬規(guī)劃和天線隔離度要求等方面。

900 MHz網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃初始階段要對網(wǎng)絡(luò)信息進(jìn)行充分摸底，主要用于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模估算、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃仿真以及小區(qū)參數(shù)規(guī)劃的輸入，包括：

a）900 MHz 現(xiàn)網(wǎng)制式、900 MHz 現(xiàn)網(wǎng)規(guī)模、建網(wǎng)策略、建網(wǎng)目標(biāo)、頻段信息、覆蓋區(qū)域信息、業(yè)務(wù)要求、覆蓋概率、信號質(zhì)量要求、數(shù)字地圖等信息。

b）路測數(shù)據(jù)、話統(tǒng)/MR 數(shù)據(jù)、站點(diǎn)分布及工程參數(shù)等。

RF 規(guī)劃的目的是通過規(guī)劃仿真確定900 MHz 基站的站址、站高、方向角、下傾角、功率等工程參數(shù)以及SSB 波束模型的配置。RF 規(guī)劃之后啟動無線參數(shù)規(guī)劃工作，無線參數(shù)規(guī)劃包括PCI 規(guī)劃、PRACH 根序列規(guī)劃、位置區(qū)規(guī)劃和鄰區(qū)規(guī)劃。PCI 規(guī)劃主要用來確定每個小區(qū)的物理小區(qū)ID；PRACH根序列規(guī)劃主要是基于小區(qū)覆蓋范圍設(shè)置合理的位置區(qū)參數(shù)；位置區(qū)規(guī)劃主要對跟蹤區(qū)進(jìn)行規(guī)劃；鄰區(qū)規(guī)劃主要為每個小區(qū)配置相應(yīng)的同頻鄰區(qū)、異頻鄰區(qū)、異系統(tǒng)鄰區(qū)，確保切換的正常進(jìn)行。

根據(jù)規(guī)劃輸出的結(jié)果，對每一個站點(diǎn)的選擇進(jìn)行實(shí)地勘測驗(yàn)證，確定指導(dǎo)工程建設(shè)的各項(xiàng)網(wǎng)規(guī)相關(guān)的小區(qū)工程參數(shù)；然后通過仿真以驗(yàn)證小區(qū)參數(shù)設(shè)置的合理性及規(guī)劃效果，并輸出無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案用于指導(dǎo)工程建設(shè)。

2.2.2 900 MHz頻率重耕方案建議

根據(jù)上述測試驗(yàn)證和研究分析，對各場景下的900 MHz頻率重耕方案給出如下建議。

a）在中高干擾場景下，由于干擾對現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)影響較大，建議在規(guī)模重耕之前提前啟動干擾的排查和清理工作，以保障重耕后4G/5G網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的良好感知。

b）在低干擾、現(xiàn)網(wǎng)負(fù)荷較低的場景下，如當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)制式僅有LTE，可優(yōu)先啟動900 MHz 的頻率重耕，中短期內(nèi)開通900 MHz LTE 5 MHz 和NR 5 MHz 雙模，長期演進(jìn)到NR 10 MHz 單模模式；如當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)制式仍有LTE 和UMTS、或LTE 和GSM 并存，則需考慮清退2G/3G 制式后啟動NR 演進(jìn)，以保障在900 MHz 僅有10 MHz帶寬條件下4G/5G業(yè)務(wù)體驗(yàn)最佳。

c）在現(xiàn)網(wǎng)負(fù)荷較高且無中頻托底的場景下，建議根據(jù)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷條件分節(jié)奏逐步啟動NR 重耕工作；或考慮利用4G 一張網(wǎng)騰挪的中頻設(shè)備補(bǔ)充分擔(dān)低頻網(wǎng)負(fù)荷后快速啟動NR演進(jìn)。

3 900 MHz網(wǎng)絡(luò)技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用

3.1 900 MHz干擾抑制和快速檢測創(chuàng)新

個人用戶、企業(yè)用戶私自使用不合格通信設(shè)備或非法使用頻段對無線網(wǎng)絡(luò)造成干擾，不但影響網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)、用戶體驗(yàn)和系統(tǒng)容量，同時降低網(wǎng)絡(luò)效能。用戶私裝的非法直放站是主要干擾源之一，具有隱蔽、分散、不易排查等特點(diǎn)，運(yùn)營商每年投入大量資金進(jìn)行干擾排查，但是收效甚微。為破解900 MHz 干擾定位難、排查難、效率低的問題，中國聯(lián)通積極開展精品網(wǎng)干擾整治行動，基于干擾特征識別+精準(zhǔn)定位算法，支撐干擾高效處理；通過網(wǎng)管+MR 測量報告數(shù)據(jù)建模、干擾特征庫匹配等方法，區(qū)分外部干擾和內(nèi)部干擾，精準(zhǔn)輸出900 MHz 干擾源位置，提升排查效率（見圖5）。

圖5 900 MHz直放站干擾排查示意圖

某省干擾排查項(xiàng)目組以省會城市城區(qū)的144 個基站連片區(qū)域?yàn)樵圏c(diǎn)，通過網(wǎng)管數(shù)據(jù)識別高干擾小區(qū)51個，基于手機(jī)定位功能和干擾特征識別方案精準(zhǔn)定位直放站干擾源位置44 個，現(xiàn)場已實(shí)地找到干擾源34個，定位精度50 m 以內(nèi)的準(zhǔn)確率為77%。從數(shù)據(jù)采集、特征識別到方案輸出和現(xiàn)場排查確認(rèn)，平均0.8 人天定位1個干擾源。對比主要依靠工程師個人經(jīng)驗(yàn)的傳統(tǒng)干擾排查方式，本方案工作效率提升3倍以上，為900 MHz網(wǎng)絡(luò)的干擾清除和后續(xù)頻率重耕奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。

3.2 虛擬大帶寬技術(shù)創(chuàng)新

通過整合碎片化頻譜，讓低頻網(wǎng)不僅僅是解決覆蓋問題，更能支撐好高帶寬的數(shù)字應(yīng)用。2 個離散載波獨(dú)立配置時，每個載波均需配置廣播信道塊與下行控制信道。整合為一個虛擬大帶寬后，廣播信道塊與下行控制信道僅需在一個離散載波上配置，可節(jié)省公共資源開銷，整體頻譜利用效率提升20%。以中國電信和中國聯(lián)通現(xiàn)有800 MHz 和900 MHz 頻譜為例，未來兩者10 MHz+10 MHz 的頻譜整合后可實(shí)現(xiàn)等效24 MHz帶寬的用戶體驗(yàn)。

3.3 基于900 MHz和C-Band的多頻協(xié)同

C-Band 具有帶寬大的優(yōu)勢，適合下行大帶寬業(yè)務(wù)，但頻段高，覆蓋能力有限，上行覆蓋能力較弱。900 MHz 頻段低，上行全時隙，可在C-Band 覆蓋的遠(yuǎn)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)上行大帶寬業(yè)務(wù)?；?00 MHz 和C-Band 的多頻協(xié)同技術(shù)，將C-Band 5G 主力頻譜3.5 GHz 與900 MHz 進(jìn)行優(yōu)勢互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)上行用戶始終駐留最佳載波，有效提升遠(yuǎn)點(diǎn)的上行覆蓋和體驗(yàn)。同時通過3.5 GHz、900 MHz 雙層網(wǎng)的載波動態(tài)關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)協(xié)同節(jié)能（見圖6）。

圖6 900 MHz與3.5 GHz多頻協(xié)同示意圖

4 結(jié)束語

本文以900 MHz頻譜重耕策略的研究和探索為目標(biāo)，結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)豐富的測試驗(yàn)證數(shù)據(jù)對重耕策略、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、干擾抑制和排查等方面進(jìn)行了分析闡述，總結(jié)了900 MHz 頻率重耕和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的原則，并為后續(xù)900 MHz現(xiàn)網(wǎng)規(guī)模重耕提供有益的借鑒參考。