GSM频率重耕至LTE建设关键问题的分析

陆俊超



GSM频率重耕至LTE建设关键问题的分析

陆俊超

中睿通信规划设计有限公司，广东 广州 510630

移动网络用户的快速增长对移动数据业务提出了更高要求。GSM频谱效率较低，无法满足用户需求，向LTE FDD的演进是其必然发展趋势。首先对GSM频率重耕技术进行了简单介绍，然后对900 MHz和1 800 MHz两个网络频段的重耕性能进行了对比。在此基础上，探讨了GSM频率重耕至LTE的关键问题，包括重耕策略、设备配置方案、组网测试等。

GSM；频率重耕；LTE建设

引言

经过多年的建设与发展，移动网络的覆盖率不断提高，用户数量逐年增长。早期建设的GSM网络，已经形成一张覆盖完善的精品网络。但是随着技术的发展以及人们用网习惯的改变，低速率数据接入技术已经无法满足用户需求。GSM网络的用户基数大，短时间内无法完成迁移。在保留原有用户、提供高数据接入的要求下，GSM频率向LTE的重耕建设成为其主要的技术解决方案，可以分阶段将GSM频率重耕至LTE建设。

1 GSM频率重耕技术简介

目前，农村地区仍以GSM网络覆盖为主。在现有移动频谱条件下，可以采用900 MHz或1 800 MHz将GSM重耕至LTE建设。相比之下，TD-LTE虽然能通过VoLTE承载话音业务，但TD-LTE网络频率高、覆盖深度不足，难以发挥优势。FDD在实现VoLTE方面具有更明显的技术优势，将GSM频率重耕至FDD-LTE能够利用现有的900 MHz和1 800 MHz频谱，节省频谱资源费用，加快LTE建设进程。

GSM频率重耕（GSM Refarming）技术是通过GSM频段进行重新规划，从中分配出特定频段供LTE使用，在不增加新频谱资源的基础上，实现GSM的升级，拓宽了数据业务能力，并降低了对原有GSM网络的影响。GSM Refarming技术具有以下几个特点：（1）技术实现较为容易；（2）在现有GSM的基站新增LTE BBU，即可完成升级，使其转变为GSM/LTE双模基站，并具有MIMO功能；（3）Refarming基站与原基站共用同一套天馈系统，可节省建设投资，降低基站选址难度；（4）在现有基站的基础上实现网络布局，网络规划和优化的难度较低[1]。

2 网络频段重耕性能对比

移动网络现有的GSM频段包括900 MHz频段和1 800 MHz频段。其中，900 MHz频段2×20 MHz的上行频段为889～909 MHz，下行频段为934～954 MHz。1 800 MHz频段2×25 MHz的上行频段为1710～1735 MHz，下行频段为1805～1830 MHz。两个网络频段的重耕性能对比情况具有以下几方面特征：（1）从网络覆盖能力来看，900 MHz的覆盖能力更强，比1 800 MHz高出10 dB左右，1 800 MHz的覆盖能力相对较弱，与TD-LTE F频段相近；（2）从网络负荷情况来看，900 MHz网络负荷较大，需要调整网络频率模型，并优化网络结构，而1 800 MHz的负荷则相对较强，重耕容易实现，能够为Refarming提高较高的宽带空间；（3）从网络干扰情况来看，900 MHz受私装直放站的影响较大，存在较为明显的网络干扰现象，而1 800 MHz的网络干扰情况相对较轻[2]。

LTE FDD网络在引入初期主要需解决城市的深度覆盖以及农村的广度覆盖问题。从表1可以看出，900 MHz频段的网络覆盖能力较强，在深度覆盖和广度覆盖方面均具有优势，应将其优质频段用于为用户提供FDD-LTE技术体验中。在农村地区，1 800 MHz基站较少，其覆盖能力与TD-LTE F频段的覆盖能力相当，难以实现共址覆盖。借于短期内的建设需求不高，可以留作后期补充FDD-LTE的网络容量需求[3]。

表1 GSM 900 MHz不同带宽的支持业务比例

3 GSM频率重耕至LTE建设的关键点

3.1 GSM Refarming的带宽组网技术

GSM Refarming中的LTE工作带宽能够在1.4～15 MHz之间灵活配置，不过1.4～3 MHz的带宽过小，无法兼顾语音和数据业务。公共信道的开销占比过高，下行吞吐率也不具有优势，业务均衡性和组网干扰等均存在问题。因此，在实际建设过程中，5 MHz带宽一般作为GSM Refarming的起步带宽。相关研究结果表明，在20 MHz的载频组网和上下时隙配比为1∶3的条件下，VoLTE能够支持的最大容量为289个，平均容量为138个，其中最大容量主要受上行业务信道的限制，但频谱效率已经远远高于2G网络。按照FDD 5 MHz进行理论估算，大约可以支持61个VoLTE用户，这与2G下的11个载频支持能力相当，约等于2G全网37 MHz 的组网承载容量。按照现行的移动网络数据进行统计，语音业务与数据业务的承载比例约为45%∶55%，采用FDD 2×5 MHz组网技术已经能够满足全网语音业务的迁移需求[4]。

在LTE FDD网络建设中，可以选择900 MHz 2×5 MHz带宽实现Refarming，再根据业务迁移进度，将900 MHz 2×5 MHz的带宽进行扩展，可扩展至2×10 MHz，提升TD-LTE的覆盖深度和广度，满足用户体验需求。到了LTE FDD网络建设后期，2G业务会大幅下降，此时可采用1 800 MHz 2×25 MHz将其全部Refarming至FDD，降低天面整改难度。

3.2设备配置方案

现行网络运行数据统计结果显示，GSM频率复用系数为17。以A城市为例，在满足网络质量不变的条件下，GMS 900 MHz频段退频5 MHz，带宽会从20 MHz下降到15 MHz，导致话务量最大支持能力下降到原来的70%。如果网络利用率不变，目前A城市900 MHz频段和1 800 MHz频段的业务承载比例为58%∶42%，则2G业务量如果下降18%，可以清退5 MHz的900 MHz频率，2G业务量如果下降35%，可以清退10 MHz 900 MHz频率，GSM 900 MHz不同带宽的支持业务比例如表1所示。

在设备配置上，GSM Refarming至FDD后的主设备使用策略主要包括：（1）如果FDD设备与GSM设备厂家不同，厂家替换下GSM设备，增加FDD设备，反向升级支持GSM业务，将替换下来的设备调至同厂家区域使用，将不支持直接升级的GSM设备作为备件或报废处理；（2）如果FDD设备与GSM厂家相同，利用原有设备直接升级，支持FDD业务覆盖。

3.3 组网测试方案

为了验证FDD业务性能与GSM业务性能的差异，分析FDD运行对原GSM网络的影响，对A、B、C三个城市进行FDD 900 HMz/1 800 MHz试点测试，FDD主设备均采用现网TD-LTE的主设备，由D/E/F厂家供应，试点场景分为城区和农村，试点方案分为GSM升级以及FDD新建。具体试点部署方案如表2所示。

表2 试点部署方案

进行的试点测试包括：

（1）定点速率试点测试。按照上述方案设定，对FDD 900 MHz 2×5 MHz组网下的FTP上传和下载速率进行定点测试，与理论分支对比。结果表明：F厂家提供上传速率也可达到理论峰值，即13.3 Mbit/s，相较于TD-LTE 20 MHz更具优势。

表3 调整方案实施前后的2G 网络测试指标对比

（2）拉网路测。根据上述试点方案，对3个厂家的FDD 2×5 MHz、TD-LTE 20 MHz网络的FTP上传、下载速率以及覆盖和干扰进行测试。测试结果表明：FDD 900 MHz站址密度为TD-LTE一半时，拉网路测的平均RSRP比TD-LTE高7dB左右，平均SINR比TD-LTE高1dB左右。FDD 1 800 MHz与TD-LTE站址密度相近时，则拉网路测平均RSRP比TS-LTE高5dB左右，平均SINR比TD-LTE高3dB左右。

（3）广域覆盖性能测试。按照上述试点方案设计，对3个厂家的TD-LTE F频段、D频段、FDD 2×5 MHz网络上、下行覆盖距离以及脱网距离进行测试。测试结果表明：FDD 900 MHz 2×5 MHz的上、下行广域覆盖距离在3km以上，是TD-LTE F频段的2.2倍左右，是D频段的2.7倍左右。FDD 1 800 MHz 2×5 MHz的上、下行广域覆盖距离在2km以上，与TD-LTE F频段的广域覆盖几率基本相等，是D频段的1.4倍左右。

4 FDD运行对2G网的影响

从GSM网900 MHz的Refarming方式来看，C市以944 MHz作为LTE的中心频点，两侧各扩展2.5 MHz带宽。A市和C市采用下边沿方式。其中，A市设置1～25号频点，B市采用EGSM 5 MHz带宽。GMS 1 800 MHz的Refarming方式为B市采用三明治形式，LTE中心频点为1815 MHz，两侧各扩展2.5 MHz带宽。2G清频将测试区外围至少2层的站点作为缓冲区。经过上述网络调整后，对GMS Refarming试点进行测试，调整后GSM 900 MHz可用频率资源下降到原来的75%，频率复用度得到明显降低。在网络结构优化过程中，主要进行小区减配和天线调整，同时增加1 800 MHz小区，并对GMS 1 800 MHz小区进行扩容。调整方案实施前后的2G网络测试指标对比情况如表3所示。

从表3可以看出，话务统计指标显示2G变频前后B市（E厂家）和A市（D厂家）的网络质量基本保持稳定，C市（F厂家）的网络质量则略有下降，但变化量在0.1%以下。路测指标显示2G变频前后C市（F厂家）和A市（D厂家）的网络质量基本保持稳定。在2G变频调整方案实施前后，三地用户的2G质量投诉量均为发生明显变化。总体来看，对GSM频率重耕至FDD后，FDD LTE的业务性能、覆盖性能以及干扰指标都能够达到预期水平。

5 结束语

综上所述，通过对GSM重耕技术进行分析，并对900 MHz和1 800 MHz频段重耕性能进行分析，可以为GSM重耕至LTE建设的实施提供参考。通过实证分析可知，900 MHz更适合截距城市深度覆盖和农村广度覆盖的问题，1 800 MHz则主要用于满足后续容量需求。采用FDD 2×5 MHz的组网方案可以满足语音迁移服务，GSM重耕至FDD后，各项指标就能达到预期目标。

[1]王宇.基于GSM Refarming频率重耕的GSM-HI升级技术方案研究[J].信息通信，2017（7）：197-199.

[2]汪玉琳，夏北吨，陈勇辉，等.GSM频段Refarming至LTE FDD策略分析与验证[J].电信工程技术与标准化，2017，30（7）：87-91.

[3]胡剑飞，苗滢.中国移动GSM网络退频及重耕策略研究[J].电子世界，2016（22）：189-190.

[4]张冬晨，王首峰.2G频率重耕关键问题研究[J].电信工程技术与标准化，2015，28（6）：12-18.

Analysis of Key Problems of GSM Frequency Ploughing to LTE Construction

Lu Junchao

Zhongrui Communications Planning and Designing Co., Ltd., Guangdong Guangzhou 510630

The rapid growth of mobile network users has put forward higher requirements for mobile data services. GSM has low spectrum efficiency and cannot meet the needs of users. The evolution of FDD-LTE is the inevitable trend of development. First of all, he GSM frequency heavy tillage technology is briefly introduced, and then the heavy tillage performance of the two network bands of 900 MHz and 1 800 MHz is compared. On this basis, the key problems of GSM frequency ploughing to LTE are discussed, including heavy tillage strategy, equipment configuration scheme network test and so on.

GSM; frequency heavy ploughing; LTE construction

TN929.5

A

1009-6434（2017）10-0001-03