基于GSM-HI的海面超級無線寬帶覆蓋方案研究

（華信咨詢設計研究院有限公司，浙江 杭州 310014）

基于GSM-HI的海面超級無線寬帶覆蓋方案研究

王 旭，張建國，王加義

（華信咨詢設計研究院有限公司，浙江 杭州 310014）

基于海面覆蓋影響因素以及GSM-HI的原理和特點，提出了GSM-HI海面覆蓋方案，GSM-HI技術在原有GSM網絡基礎上進行寬帶化演進升級，實現了海上高速率、遠距離的超級無線寬帶覆蓋。最后，通過測試驗證了GSM-HI具有良好的海面覆蓋性能。

GSM-HI 海面覆蓋 寬帶化演進 超級無線寬帶

1 引言

隨著互聯網的不斷發展，海上漁業從業者及游客對于海域高速數據業務需求日益提升。然而目前3G、4G網絡因使用頻率較高，覆蓋范圍較小，WLAN網絡需要大量的傳輸資源且覆蓋距離從幾十米到幾百米[1]，均無法實現海面遠距離覆蓋，GSM網絡雖然覆蓋距離較遠，但因速率受限，難以滿足海面上的高速率業務需求。因此，如何實現海上高速率、遠距離無線寬帶覆蓋是一項值得研究的重要課題。

基于GSM-HI的海面覆蓋方案是通過采用GSM-HI技術，利用現有資源即可實現海上超級無線寬帶網絡接入，在降低建設成本的同時有效提升海面數據業務競爭力和移動網絡覆蓋能力，對于拓展潛在市場、樹立中國移動的網絡品牌形象也具有極其重要的作用。

2 海面覆蓋影響因素

對于海面覆蓋，必須同時考慮通信鏈路的上行及下行的信號質量，以保證能夠成功建立基站與終端的連接并保持兩者之間良好的通信。同時，針對更遠距離的覆蓋（超過35km的海面覆蓋）必須同時考慮時間的提前量設定。影響海面覆蓋的具體因素有以下幾個方面：

（1）天線掛高

為減小地球曲率對射頻信號傳輸的影響，使其傳輸得更遠，可以提高基站及天線的海拔高度[2]。因此，優先考慮將海面覆蓋的基站建設在高山上，并且架設鐵塔，提升天線的掛高，以延伸無線信號的覆蓋距離。

（2）發射功率

提高基站的發射功率可以使下行信號的質量及覆蓋范圍得到有效提升。影響基站實際發射功率的因素包括基站設備的發射功率、天線增益、饋線損耗[3]。因此，為提升基站發射功率，具體可采取以下措施：

◆采用高功率射頻單元，提高初始功率；

◆采用拉遠設備，減少饋線使用，降低損耗；

◆采用高增益天線；

◆采用MIMO（Multiple Input Multiple Output，多輸入多輸出）技術。

（3）基站接收靈敏度[4]

提高基站的接收靈敏度可使基站具有更強地捕獲手機弱信號的能力。隨著傳輸距離的增加，手機上行信號變弱，高靈敏度的基站仍可維持穩定連接。

為提升基站的上行接收靈敏度，可以考慮在基站側安裝TMA（Tower Mounted Amplifier，塔頂放大器）改善上行鏈路的信號質量[5]。

（4）TA（Time Advance，時間提前量）

海面覆蓋情況下，手機終端離基站距離過遠，信號時延加大，可能導致不同時隙之間的信號重疊，因此必須設置更大的TA。

3 GSM-HI原理及特點

GSM-HI是一種寬帶化演進技術，通過對原有GSM網絡進行升級實現遠距離的寬帶接入。GSM-HI組網架構如圖1所示。

GSM-HI寬帶化演進升級主要包含以下4個部分：

①核心網升級：對現有2G核心網進行升級，使其同時支持2G/3G/4G，實現GSM-HI與TD-LTE共EPC；

②傳輸網升級：升級傳輸設備，以滿足PTN接入條件；

③無線網升級：對BBU側進行升級，增加GSMHI主控板及基帶板，滿足升級條件的RRU可以選擇重用，否則需要替換為可升級RRU；

④CPE終端：為實現寬帶信號接入，需要在用戶側加裝CPE終端。

GSM-HI的特點如下：

（1）GSM-HI空中接口與LTE相一致，遵循3GPP TS36標準，采用了OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復用）、MIMO、64QAM、AMC（Adaptive Modulation and Coding，自適應調制編碼）等技術，具有頻譜效率高、帶寬擴展性強、抗多徑衰落、頻域和時域調度靈活等特點，空中接口峰值速率可以實現35Mbps（5MHz帶寬）或者70Mbps（10MHz帶寬），相比于EGPRS有了質的飛躍。

圖1 GSM-HI組網架構示意圖

（2）采用雙極化調制方式，共用現有基站側設備、天饋線系統及塔桅。現網通過擴容部分板卡及軟件升級即可實現GSM-HI[6]。

4 GSM-HI海面覆蓋方案

4.1 頻譜規劃

首先，需要對現網進行頻譜規劃，整理出5MHz空閑頻譜帶寬用于GSM-HI海面覆蓋，以減少對原GSM的頻率干擾。本方案選用GSM900上行904—909MHz、下行949—954MHz（上下行各5MHz）用于GSM-HI。為提升無線寬帶業務能力，也可根據實際業務發展需求，選用上行899—909MHz、下行944—954MHz，形成10MHz的GSM-HI帶寬。

4.2 建設方案

通過現網GSM基站的寬帶化演進升級，可以實現GSM和GSM-HI的雙模輸出，具體升級方案如下：

RRU設備為分布式、大功率RRU（100W/通道），若原有GSM主設備由于版本較低不支持升級，則可替換為高級版本后再進行寬帶化技術升級；若原有GSM主設備為高級版本且支持寬帶化演進技術升級，則可直接新增GSM-HI主控板及基帶板，并新增一對CPRI光纖即可，如有MIMO需求，可視原基站配置情況，增加射頻單元。

圖2 主設備升級示意圖

主設備升級示意圖如圖2所示。

天饋系統可以直接利舊，為了最大限度地擴大覆蓋范圍，選用高塔（建議60m以上），同時增加天線掛高，并適當調整天線下傾角。

對于傳輸設備，需要確保設備具備PTN傳輸條件，且有GE光口資源供GSM-HI使用。如果沒有足夠的GE光口資源，需要新增GE光板；如果現網為SDH或微波傳輸的站點，需要將其改為PTN傳輸。傳輸帶寬的需求由空口帶寬來定，一般5MHz帶寬的站點需要配置50Mbps的傳輸帶寬，10MHz帶寬的站點需要配置100Mbps的傳輸帶寬[6]。

5 測試分析

某地區GSM-HI海面覆蓋試點情況如下：

（1）基站基本信息

GSM-HI海面覆蓋基站配置信息具體如表1所示。

基站采用21dB高增益天線，掛高60m，每小區配置2個RRU，雙拼實現MIMO。

（2）測試情況

GSM-HI海面覆蓋測試情況如表2所示，測試截圖如圖3所示。

表1 GSM-HI海面覆蓋基站配置信息

表2 GSM-HI海面覆蓋測試情況

圖3 GSM-HI海面覆蓋測試截圖

通過測試數據可以看出，上下行覆蓋距離基本保持一致，覆蓋距離可以達到33/34km。下行峰值吞吐率達到15.4Mbps（天線方向角和測試路線有約30°夾角，未測極好點），據測試報告顯示，在30km處為5Mbps。

在整個測試過程中，無論上下行，信號強度和數據吞吐量均隨著距離增加線性下降，信號變化幅度平穩，無大面積波動或突然脫網的情況出現。

6 結束語

基于GSM-HI的海面無線寬帶覆蓋方案是GSM-HI技術在海面無線覆蓋應用上的創新，該方案利用GSM現網資源，實現低成本、高速率、遠距離的海上無線寬帶業務，為海洋運輸、海島生態旅游開發、海上漁業等提供了良好的信息化建設條件，對于海面無線覆蓋具有一定的參考意義和推廣價值。

[1] 徐恩,張建國. 某運營商農村數據業務承載方案建議[J].移動通信, 2013(22): 62-65.

[2] 鄭啟寧,閆鵬. 寬帶無線通信系統對海覆蓋的規劃建議[J]. 無線通信技術, 2011(1): 26-29.

[3] 婁貞和. CDMA系統海域覆蓋解決方案探討[J]. 中國新通信, 2013(18): 119-121.

[4] 付道繁. 移動TD-SCDMA信號海面覆蓋深度優化[J]. 中國新通信, 2014(10): 45-46.

[5] 歐陽紅升,呂賀敏,高峰,等. LTE海面超遠距離覆蓋關鍵技術分析[J]. 數據通信, 2014(1): 32-36.

[6] 王旭,王加義. 基于GSM-HI的農村無線寬帶覆蓋方案研究[J]. 通信技術, 2015(1): 71-74.★

王旭：工程師，碩士畢業于浙江工業大學通信與信息系統專業，現任職于華信咨詢設計研究院有限公司，主要從事無線通信的規劃和設計工作。

張建國：高級工程師，碩士畢業于南京郵電學院，現任職于華信咨詢設計研究院有限公司，主要從事無線網絡的規劃和設計工作。

王加義：工程師，碩士畢業于浙江工業大學，現任職于華信咨詢設計研究院有限公司，主要從事無線網絡的規劃和設計工作。

Research on Sea Coverage of Super Wireless Broadband Based on GSM-HI

WANG Xu, ZHANG Jian-guo, WANG Jia-yi

(Huaxin Consulting and Designing Institute Co., Ltd., Hangzhou 310014, China)

According to the infl uence factors of sea coverage, as well as the principle and features of GSM-HI technique, a sea coverage solution based on GSM-HI was proposed in this paper. GSM-HI technique is the broadband evolution of the original GSM network, which can realize high-speed and remote super wireless broadband coverage on the sea. Tests demonstrate that GSM-HI technique has better sea coverage performance.

GSM-HI sea coverage broadband evolution super wireless broadband

10.3969/j.issn.1006-1010.2015.08.004

TN929.5

A

1006-1010(2015)08-0019-04

王旭,張建國,王加義. 基于GSM-HI的海面超級無線寬帶覆蓋方案研究[J]. 移動通信, 2015,39(8): 19-22.

2014-12-03

責任編輯：袁婷 yuanting@mbcom.cn