農(nóng)村地區(qū)GSM基站寬帶化改造淺析

蔡世輝

摘要：文章從GSM-HI技術(shù)原理入手，分析農(nóng)村區(qū)域GSM基站進(jìn)行寬帶化改造的要求和演進(jìn)升級(jí)工作，探討GSM基站升級(jí)改造的難度和適用場(chǎng)景，并給出在速率提升、網(wǎng)絡(luò)覆蓋、現(xiàn)網(wǎng)影響等方面的測(cè)試對(duì)比情況。然后，分析了WLAN、TD-LTE（F頻段）和GSM-HI等三種農(nóng)村地區(qū)常用無線寬帶接入方式的對(duì)比，最后，總結(jié)了GSM-HI技術(shù)方案的優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：農(nóng)村；MCPA；GSM演進(jìn)；多?；荆籊SM-HI；TD-LTE；WLAN

1 引言

在移動(dòng)通信蓬勃發(fā)展的今天，運(yùn)營(yíng)商比以往任何時(shí)期都更關(guān)注TCO的降低，以及如何經(jīng)濟(jì)、快速地進(jìn)行移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的部署和擴(kuò)容，以應(yīng)對(duì)用戶數(shù)的快速增長(zhǎng)。

目前，各運(yùn)營(yíng)商基本都同時(shí)運(yùn)營(yíng)2G、3G、4G網(wǎng)絡(luò)，基于網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本、運(yùn)維成本與業(yè)務(wù)收益之間的平衡思路，運(yùn)營(yíng)商一般會(huì)考慮綜合應(yīng)用多種網(wǎng)絡(luò)為各類用戶提供合適的移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)體驗(yàn)。以中國(guó)移動(dòng)為例，在城區(qū)可通過HSPA、TDLTE等先進(jìn)的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為用戶提供無線寬帶服務(wù)，而在鄉(xiāng)鎮(zhèn)、廣大農(nóng)村等非發(fā)達(dá)區(qū)域目前主要還是以已經(jīng)實(shí)現(xiàn)普遍覆蓋但速率較低的GSM網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載網(wǎng)絡(luò)。

隨著移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展，HSPA、HSPA+、DORA、DORB、WiMAX、LTE一個(gè)接一個(gè)進(jìn)入我們的視野，背后的原因是用戶對(duì)于移動(dòng)寬帶的需求日盛，移動(dòng)寬帶也將和語音一樣屬于普遍服務(wù)的范疇，如何讓鄉(xiāng)鎮(zhèn)、廣大農(nóng)村等非發(fā)達(dá)區(qū)域的用戶也能享受到物美價(jià)廉的移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)體驗(yàn)是目前亟待解決的問題。

用戶的需求是GSM發(fā)展方向上考慮的關(guān)鍵要素，成本與收益之間的平衡則是GSM運(yùn)營(yíng)商做出最終戰(zhàn)略抉擇的鐵律。

對(duì)于GSM寬帶化需求而言，將多載波和寬帶功放技術(shù)（MCPA）引入GSM基站關(guān)鍵部件——射頻模塊的設(shè)計(jì)，無疑是提升系統(tǒng)帶寬（吞吐量）以及網(wǎng)絡(luò)平滑演進(jìn)的理想解決方案，可實(shí)現(xiàn)單位機(jī)柜（機(jī)房）空間的更大系統(tǒng)容量和吞吐量，射頻模塊可實(shí)現(xiàn)硬件重用，通過軟件升級(jí)方式（SDR）演進(jìn)到EDGE+/HSPA/LTE，最終平滑升級(jí)為支持2G/3G/4G的多?；?。

多模基站讓運(yùn)營(yíng)商在同步建設(shè)GSM和133G網(wǎng)絡(luò)時(shí)兼顧今天和未來的需求，實(shí)現(xiàn)2G/3G/4G演進(jìn)過程中硬件的最大化重用，減少站址資源、網(wǎng)絡(luò)部署成本及后期運(yùn)維成本。

本文將重點(diǎn)探討在農(nóng)村地區(qū)如何通過GSM-HI技術(shù)實(shí)現(xiàn)GSM基站寬帶化改造，讓運(yùn)營(yíng)商在農(nóng)村地區(qū)快速提供移動(dòng)寬帶服務(wù)的同時(shí)保證可接受的投入產(chǎn)出。

2 GSM基站寬帶化技術(shù)原理

GSM-HI技術(shù)本質(zhì)上是GSM和FDD LTE混模技術(shù)。目前，全球移動(dòng)通信市場(chǎng)雙?；蚨嗄＜夹g(shù)發(fā)展迅速，把多載波和MCPA技術(shù)引入到GSM之后，為實(shí)現(xiàn)載波模塊共享形式的多模基站奠定了基礎(chǔ)，通過SDR，可在一套硬件設(shè)備上同時(shí)支持不同的技術(shù)體制，真正做到只需軟件配置就可以實(shí)現(xiàn)從GSM演進(jìn)到GSM/LTE雙模。為使用GSM-HI技術(shù)，需現(xiàn)有GSM基站硬件設(shè)備支持多載波、MCPA、SDR等新技術(shù)，對(duì)于早期老IHGSM基站則需先進(jìn)行硬件設(shè)備替換。

GSM-Hl技術(shù)方案架構(gòu)主要分為四個(gè)部分：核心網(wǎng)、傳輸網(wǎng)、無線網(wǎng)和終端，如圖1所示，其中，無線網(wǎng)部分可利用現(xiàn)有的900M或1800M的5M或10M資源形成GSM-Hi帶寬，單用戶下行最大理論速率70Mbps，將能有效提升農(nóng)村寬帶業(yè)務(wù)能力。如圖1所示。

GSM-HI的特點(diǎn)如下：

（1）GSM-HI空中接口與LTE相一致，遵循3GPP TS36標(biāo)準(zhǔn)，采用了OFDM（Orthogonal Frequency Divisioniultiplexing，正交頻分復(fù)用）、MIMO、64QAM、AMc（Adaptive Modulation and Coding，自適應(yīng)調(diào)制編碼）等技術(shù)，具有頻譜效率高、帶寬擴(kuò)展性強(qiáng)、抗多徑衰落、頻域和時(shí)域調(diào)度靈活等特點(diǎn)，空中接口峰值速率可以實(shí)現(xiàn)35Mbps（5MHz帶寬）或者70Mbps（10MHz帶寬），相比于EGPRS有了質(zhì)的飛躍。

（2）采用雙極化調(diào)制方式，共用現(xiàn)有基站側(cè)設(shè)備、天饋線系統(tǒng)及塔桅?，F(xiàn)網(wǎng)通過擴(kuò)容部分板卡及軟件升級(jí)即可實(shí)現(xiàn)GSM-HI。

3 寬帶化改造技術(shù)方案

GSM-HI是一種寬帶化演進(jìn)技術(shù)，通過對(duì)原有GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級(jí)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的寬帶接入，演進(jìn)升級(jí)主要包含以下幾個(gè)部分。

（1）核心網(wǎng)升級(jí)：對(duì)現(xiàn)有2G核心網(wǎng)進(jìn)行升級(jí)，使其同時(shí)支持2G/36/4G，實(shí)現(xiàn)GSM-HI與TD-LTE共EPC。

（2）BSC側(cè)：開啟同步功能和混模功能。

（3）傳輸網(wǎng)升級(jí)：升級(jí)傳輸設(shè)備，增加PTN的GE接口用于LTE的回傳。

（4）無線網(wǎng)升級(jí)：對(duì)BBU側(cè)進(jìn)行升級(jí)，增加GSM-HI主控板及基帶板；新增GPS天線；對(duì)RRU，若原有設(shè)備由于版本較低不支持升級(jí)，則可替換為高級(jí)版本后再進(jìn)行寬帶化技術(shù)升級(jí)；利用原有天饋線系統(tǒng)。

（5）終端：數(shù)據(jù)卡，CPE，MiFi或手機(jī)。

（6）頻譜：從現(xiàn)有GSM頻譜中劃分出一部分用于承載LTE業(yè)務(wù)，LTE頻段避免與其他運(yùn)營(yíng)商異系統(tǒng)相鄰，可減少跨運(yùn)營(yíng)商協(xié)調(diào)難度。

通過現(xiàn)網(wǎng)GSM基站的寬帶化演進(jìn)升級(jí)，可以實(shí)現(xiàn)GSM和FDD LTE的雙模輸出。

對(duì)于基站側(cè)來說，GSM-HI升級(jí)的主要工作是新增與LTE相關(guān)的板卡、線材等，具體如圖2所示。

總體上來說，從GSM到GSM-HI的工作量只相當(dāng)于一次擴(kuò)容，不同形態(tài)的基站有不同的特點(diǎn)，如表1所示。

基于GSM共模升級(jí)的GSM-HI方案，基站工程實(shí)施快捷，可有效降低網(wǎng)絡(luò)部署成本。不同頻段的GSM基站升級(jí)改造可適用于不同的場(chǎng)景，如表2所示。

以北方某地市的GSM-HI升級(jí)改造試驗(yàn)項(xiàng)目為例，GSM基站在進(jìn)行寬帶化升級(jí)改造后，無線網(wǎng)絡(luò)情況如下：

（1）改造后的速率提升情況：

900M，5M單流極限下載速率達(dá)到18M，900M。5M雙流極限下載速率達(dá)到32M；

1800M，10M單流極限下載速率可以達(dá)到38M，1800M。10M雙流極限下載速率可以達(dá)到75M；

1800M，20M雙流極限下載速率可以達(dá)到150M。

（2）改造后的覆蓋對(duì)比情況：

測(cè)試方法：GSM鎖定小區(qū)后拉遠(yuǎn)直到掉線的距離，LTE保證邊緣速率為2M的最遠(yuǎn)距離；

LTE掉線前的RSRP一般低于-120dbm，對(duì)應(yīng)到GSM載波信號(hào)強(qiáng)度為-109dbm，此時(shí)已低于GSM接收靈敏度（-104dbm）；

共模升級(jí)LTE后，F(xiàn)DD LTE覆蓋距離略好于同頻段GSM，即FDD LTE信號(hào)的覆蓋范圍優(yōu)于同站同頻GSM基站信號(hào)的覆蓋范圍。

（3）對(duì)原有GSM網(wǎng)絡(luò)的影響：

對(duì)整體清頻區(qū)進(jìn)行重新頻率規(guī)劃后，2G網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量整體保持穩(wěn)定。

FDD開啟對(duì)2G網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量基本無影響，進(jìn)一步驗(yàn)證了共模升級(jí)方案可行性。

（4）與同站址的TD-LET F頻段基站的對(duì)比：

現(xiàn)網(wǎng)共站測(cè)試表明，LTE 1800M覆蓋性能優(yōu)于TD-LTE F頻段。

現(xiàn)網(wǎng)共站測(cè)試標(biāo)明，LTE 1800M室外覆蓋室內(nèi)能力好于TD-LTE F頻段。

通過一系列的測(cè)試表明，GSM-HI方案是一種能在不影響原有GSM網(wǎng)絡(luò)的前提下快速部署4G網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)手段。

4 農(nóng)村寬帶化技術(shù)方案對(duì)比

農(nóng)村無線寬帶網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的主要手段主要有三種：WLAN、TD-LTE（F頻段）、GSM-HI，重點(diǎn)分析各種技術(shù)在農(nóng)村建設(shè)的可行性。具體如表3所示。

通過上述對(duì)比分析可知，GSM-Hi方案在網(wǎng)絡(luò)性能、建設(shè)成本、網(wǎng)絡(luò)維護(hù)和承載用戶等方面均優(yōu)于WLAN方案和TDLTE（F頻段）方案。實(shí)地測(cè)試數(shù)據(jù)也表明，速率可滿足要求，且不影響原GSM網(wǎng)覆蓋質(zhì)量。GSM-Hi在農(nóng)村區(qū)域進(jìn)行寬帶覆蓋可行合理，可有效促進(jìn)農(nóng)村的信息化進(jìn)程。

5 結(jié)語

盡物之性，這是中國(guó)移動(dòng)對(duì)其已建設(shè)運(yùn)營(yíng)十多年的GSM網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)點(diǎn)睛之詞。GSM-Hi方案通過利用農(nóng)村地區(qū)空閑的900M或1800M頻率資源，升級(jí)原有GSM設(shè)備，共享現(xiàn)有天饋系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)低成本快速部署4G無線網(wǎng)絡(luò)，具有性能好、影響小、投資少、部署快等優(yōu)勢(shì)，在充分保護(hù)原有2G投資的前提下滿足運(yùn)營(yíng)商在農(nóng)村地區(qū)提供無線寬帶服務(wù)的需求。