基于GSM-Hi技術的農村無線寬帶建設方案

李惠君

（中國移動通信集團設計院有限公司，北京 100080）

1 引言

《“寬帶中國”戰略及實施方案》出臺后，我國寬帶發展得到地方政府、運營商和用戶的高度重視，寬帶基礎設施建設步入快車道。但從整體來看，當前寬帶建設的重點集中在城市地區，包括4G網絡建設、光纖到戶網絡改造等，而農村地區寬帶設施發展水平提升并不顯著，不能適應農村互聯網快速發展的需要。未來，我國與世界發達國家和地區寬帶發展水平的差距將主要體現在農村地區，必須重視和加快推進農村移動無線寬帶等設施建設，推動農村寬帶普及，幫助農村和偏遠地區的民眾跨越地理鴻溝，享受和城鎮居民同等的數字機遇。

目前，中國移動仍采用GSM和TD-SCDMA作為農村無線數據業務的主要承載網絡，難以滿足農村用戶高速數據業務的需求。農村寬帶接入目前需求潛力巨大，但是人口分散，傳統有線寬帶接入方式光纖部署困難，周期長、成本高，中國移動難以快速發展用戶，搶奪市場。因此，如何實現農村寬帶接入建設，解決農村區域上網難的問題顯得尤為重要。目前，農村區域GSM基站站型配置小、網絡利用率低，中國移動在農村區域有著豐富的900 MHz和1 800 MHz 頻譜資源儲備，因此基于現有農村900 MHz和1 800 MHz資源的GSM-Hi技術應運而生。

2 GSM-Hi引入前的農村無線寬帶解決方案

2.1 廣域覆蓋WLAN網絡

在4G網絡未延伸覆蓋至廣袤的農村場景前，運營商通常采用廣域覆蓋WLAN網絡作為農村無線寬帶覆蓋的主要解決方案。總體解決思路為：利用2G/3G宏基站鐵塔、局房、傳輸等資源，通過類似蜂窩網的室外建設方式，實現對大區域覆蓋效果的提升。WLAN網絡主要由WLAN終端設備、WLAN接入點設備（AP）、接入控制點（AC）、PORTAL服務器、RADIUS認證服務器、網管系統等組成。

WLAN廣域覆蓋主要優點：一是利用現有2G/3G宏基站鐵塔資源，物業協調容易；二是部署簡單，覆蓋范圍較大（1!1.5 km）；三是可以滿足電腦、手機、PAD等多種終端上網。

WLAN廣域覆蓋主要缺點：一是系統容量較小，遠距離覆蓋需通過客戶端加裝CPE設備解決，增加了客戶端投資；二是無線信號存在干擾風險，且覆蓋距離有限、接入能力有限，帶寬升級空間有限（2～4 Mbit/s）。

2.2 TD-LTE

中國移動下階段TD-LTE網絡的建設，除完善和優化現有城區、縣城、鄉鎮連續覆蓋的同時，將大力拓展農村地區覆蓋。TD-LTE網絡覆蓋至農村后，可通過TD-LTE網絡實現對農村地區的無線寬帶覆蓋。通過TD-LTE網絡實現的無線寬帶接入，忙時平均帶寬可達到25 Mbit/s以上，閑時峰值帶寬可提升至60 Mbit/s以上，能帶給客戶非常明顯的網速體驗。

TD-LTE農村覆蓋的優點：一是相比廣域WLAN網絡，覆蓋距離更廣（1.5～2 km）；二是帶寬可提升至20 Mbit/s以上，能帶給客戶非常明顯的網速體驗。

TD-LTE農村覆蓋的缺點：一是農村居民可支配收入顯著低于城鎮居民，信息消費能力明顯偏弱，戶均信息消費支持較少；二是TD-LTE發展初期，中高端機型種類多，千余機及低端智能機型偏少，4G終端的農村普及率較低；三是農村現網2G站址間距普遍較大（平均站間距大于2.5 km以上）。采用1.9 GHz或2.6 GHz頻段進行覆蓋的4G基站覆蓋能力，明顯弱于采用900 MHz頻段進行覆蓋的2G基站。4G網絡要達到現有2G網絡的現有覆蓋水平，需新選址建設4G基站的規模至少為現有農村2G站址規模的兩倍甚至以上，配套及主設備投資巨大。

3 GSM-Hi可Refarming的頻段資源

中國移動GSM900和DCS1800可用頻段范圍如下：

900 MHz頻段：上行889～ 909 MHz；下行 934～954 MHz（Band 8）

1 800 MHz頻段：上行1 710～1 735 MHz；下行 1 805～1 830 MHz（Band 3）

圖1為GSM-Hi網絡部署初期、業務量較小時，Refarming 5 MHz頻段資源時的頻段分配示意圖。

圖1 GSM-Hi Refarming 5 Mbit/s 900 MHz頻段資源示意圖

圖2為GSM-Hi網絡部署后，伴隨業務需求的增大，Refarming 10 MHz頻段資源時的頻段分配示意圖。

圖2 GSM-Hi Refarming 10 Mbit/s 900MHz頻段資源示意圖

表1為GSM-Hi采用不同頻段及帶寬組網后的小區平均吞吐量、單用戶最大速率和剩余頻段資源所能支持的GSM最大站型。

4 GSM-Hi技術

GSM-Hi技術是4G技術2G化，即利用900 MHz或1 800 MHz空閑頻譜組建LTE FDD網絡，是對農村無線寬帶的一種創新。為農村900 MHz或1 800 MHz空閑頻率資源找到利用空間，通過對現網設備充分利用，實現快速低成本的農村信息化建設，是一種應用上的創新，GSM-Hi農村寬帶回傳方案如圖3所示。它利用現網GSM設備升級，不影響原GSM業務；使用900 MHz或1 800 MHz空閑頻譜，且不增加新網元，快速簡易部署，降低TCO；空口采用OFDM技術，頻譜利用率高；現網5 Mbit/s帶寬2T2R場景實測小區的下行平均吞吐率為8 Mbit/s，單用戶的下行最大速率為36 Mbit/s；通過GSM-Hi技術可遷移部分原需由GSM網絡承載的數據業務，進一步分擔GSM網絡負荷。

表1 GSM-Hi采用不同帶寬組網后的網絡性能

圖3 GSM-Hi農村寬帶回傳技術示意圖

900 MHz GSM-Hi有突出的低頻優勢，覆蓋半徑為TD-SCDMA/TD-LTE的2!3倍，GSM基站平滑升級至GSM/GSM-Hi雙模基站后，原GSM網絡可覆蓋的區域，不需新增站點，即可滿足GSM-Hi網絡的覆蓋指標要求。因此，共址現有農村GSM基站建設GSMHi網絡，可最大限度地利舊現網配套資源，網絡部署快，是一種在農村建設無線寬帶較為經濟和快捷的選擇。

GSM-Hi改造最大程度地保護既有GSM設備投資，延長GSM網絡設備生命周期，在不影響現網GSM小區覆蓋和性能的前提下，將無線網側平滑升級為LTE FDD網絡，中國移動可在未拿到LTE FDD商用牌照的階段，采用GSM-Hi技術實現農村無線寬帶覆蓋。

5 GSM-Hi組網方案

GSM-Hi技術方案架構主要分為4部分：核心網、傳輸網、無線網和終端側，如圖4所示。

第一，需對核心網進行升級，使其支持面向2G/3G /4G融合的核心網架構，使GSM-Hi網絡支持與現有TD-LTE網絡共用EPC核心網；第二，需改造現有傳輸網，使GSM-Hi基站采用PTN進行承載，同時需保證GSM-Hi基站所在的本地網與省干傳輸、EPC核心網之間有空余鏈路；第三，需對現有2G基站實施GSM-Hi技術的基站升級，包括新增BBU主控及基帶板卡、RRU軟件升級或硬件替換，同時需在部署區域的GSM800M或DCS1800M網絡中清理出連續5 MHz或10 MHz的頻率帶寬；第四，在終端側需新增FDD頻段CPE，用來轉換GSM-Hi信號為WLAN信號。

6 GSM-Hi基站可支持的簽約帶寬客戶容量測算

隨著GSM-Hi無線寬帶基站同小區內用戶規模增加，每用戶平均實際可用帶寬必然隨之降低，甚至達不到簽約速率。為避免由于用戶發展過多造成客戶投訴，需在市場人員進行客戶推廣前，即探索出無線寬帶用戶的流量模型及GSM-Hi小區在保證簽約帶寬下所能支持的CPE最大放號用戶數。

圖4 GSM-Hi組網示意圖

單用戶忙時流量（MB/H）=CPE用戶簽約帶寬（Mbit/s)×3 600×忙時并發比×占空比/8

忙時并發比：指簽約用戶中在忙時使用寬帶業務用戶比例，以下測算中暫按30%計算，實際比例可根據市場策略和當地用戶業務特征調整。

占空比：指占用業務信道傳送數據的激活比例，以下測算中暫按50%計算，實際比例可根據市場策略和當地用戶業務特征調整。

CPE最大放號用戶數=小區忙時下行容量（MB/H）/單用戶忙時流量（MB/H）

=小區平均下行速率（Mbit/s)×3 600/8/單用戶忙時流量（MB/H）

=小區平均下行速率（Mbit/s)/CPE用戶簽約帶寬（Mbit/s)/忙時并發比/占空比

各網絡制式及載頻帶寬配置下的單小區CPE最大放號用戶數測算如表2所示。

7 農村無線寬帶解決方案對比及部署建議

農村無線寬帶目前主要有WLAN廣域覆蓋、TDLTE和GSM-Hi 3種建設方案，各方案的在覆蓋距離、穩定性、干擾、投資等方面的優劣對比如表3。

表2 單小區CPE最大放號用戶數

表3 農村無線寬帶解決方案對比

為響應“寬帶中國”戰略，有效推進農村等偏遠區域的寬帶網絡覆蓋，應因地制宜地靈活采用有線和無線等多種技術手段，加快寬帶網絡向行政村、自然村延伸，在人口較為稀少、分散的農村地區，靈活采用各類無線技術實現寬帶網絡覆蓋。移動無線寬帶網絡建設受地理條件限制較小，在用戶密度比較低的中西部和農村地區部署比有線寬帶更有優勢。

綜合考慮農村用戶的分布分散、ARPU普遍較低等因素，以及運營商的建網投入和營收，在邊遠和低中密度人口區域，GSM-Hi等無線寬帶在快速部署、用戶體驗、建網投資等方面都有優勢，無線寬帶是提升農村互聯網普及率、推動農村數字化建設較理想的方式，非常有必要加大農村地區的移動無線寬帶網絡建設和應用推廣力度，加快實現寬帶網絡服務均等化。

[1]牟春波.加快移動無線寬帶建設 助力國家戰略普惠農村[EB/OL].（2004-09-04) [2014-09-04].http://www.cnii.com.cn/broadband/2014-09/04/content_1437554.html.

[2]王藝.無線寬帶在農村的網絡覆蓋與定價策略[EB/OL].（2004-11-27) [2014-11-27].http://www.cctime.com/html/2014-11-27/2014112716319357.html.

[3]楊成偉，楊春德，許光斌.基于GSM-HI技術的農村用戶上網速率提升研究[J].中國新通信，2014,75（5):96-97.

[4]蔣遠，湯利民，等.TD-LTE原理與網絡規劃設計[M].北京：人民郵電出版社，2012.

[5]韓斌杰, 等.GSM原理及其網絡優化[M].北京：機械工業出版社，2009.