2G頻點(diǎn)部分清退后的語音數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)承載分析

郭寶++劉毅++張陽

【摘 要】電磁波傳播特性決定低頻段組網(wǎng)的投資成本遠(yuǎn)低于高頻段組網(wǎng)，目前，2G用戶規(guī)模持續(xù)降低，而4G用戶規(guī)模迅猛增長，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用需求也迅速增加，需按照網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷以及業(yè)務(wù)承載特點(diǎn)逐步減少2G網(wǎng)絡(luò)占用的低頻段頻譜，支持4G網(wǎng)絡(luò)甚至4.5G物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模建設(shè)。重點(diǎn)討論了如何清退2G頻率，2G清退后頻率如何規(guī)劃才能保證現(xiàn)有2G用戶的使用感知，針對(duì)2G網(wǎng)絡(luò)的語音、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)如何配置不同的頻率復(fù)用方案，以及4G網(wǎng)絡(luò)能否承載2G遷移來的業(yè)務(wù)，并且保障用戶的業(yè)務(wù)需求及使用感知的問題。

【關(guān)鍵詞】頻率復(fù)用 2G清退 網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)遷移

1 引言

窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT，Narrowband Internet of Things）和增強(qiáng)型機(jī)器類通信（eMTC，enhanced Machine-Type Communications）是3GPP針對(duì)低功耗廣覆蓋（LPWA，Low Power Wide Area）類業(yè)務(wù)而定義的新一代蜂窩物聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)，主要面向低速率、低時(shí)延、超低成本、低功耗、廣深覆蓋、大連接需求的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。中國聯(lián)通緊跟NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展，積極部署物聯(lián)網(wǎng)試點(diǎn)，制定了聯(lián)通標(biāo)準(zhǔn)和業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺(tái)。中國電信把物聯(lián)網(wǎng)從創(chuàng)新業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)閼?zhàn)略基礎(chǔ)業(yè)務(wù)，推動(dòng)NB-IoT技術(shù)驗(yàn)證和外場應(yīng)用測試。中國移動(dòng)在2016年G20峰會(huì)上做了窄帶物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用演示，同時(shí)啟動(dòng)了NB-IoT、LTE FDD/TDD融合、eMTC三種方案，擴(kuò)大了規(guī)模試點(diǎn)。

使用傳播特性好的低頻段優(yōu)質(zhì)頻譜可以大大減少建網(wǎng)成本，提升技術(shù)與產(chǎn)業(yè)競爭力。對(duì)于頻分雙工（FDD，F(xiàn)requency Division Duplex）系統(tǒng)，采用700 MHz頻段所用站點(diǎn)僅僅是1900 MHz頻段站點(diǎn)的24%，是2600 MHz頻段站點(diǎn)的12%。為了更好地推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，同時(shí)節(jié)約建網(wǎng)成本，提升用戶對(duì)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的 使用體驗(yàn)，可考慮清退目前的部分2G頻段，但在清退過程中需保障原有2G用戶的使用感知。

2 GSM頻點(diǎn)清退方案

2.1 GSM頻點(diǎn)清退目標(biāo)

在GSM頻率清退目標(biāo)中，900 M系統(tǒng)計(jì)劃清退

5.8 MHz帶寬（擬定為953.2 MHz—954 MHz、945.8 MHz—

950.8 MHz）資源以滿足蜂窩物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)需求，同時(shí)將2G 900M系統(tǒng)高配小區(qū)占比控制在10%以下，總體清退30個(gè)頻點(diǎn)，頻點(diǎn)分布如圖1所示：

初期考慮由于GSM網(wǎng)絡(luò)仍承載較大規(guī)模用戶，900 M系統(tǒng)清退目標(biāo)包括5 MHz的eMTC和800 kHz的NB-IoT頻段。具體使用頻段：上行945 8 MHz—950.8 MHz，下行953.4 MHz—954 MHz為eMTC頻段；中心頻率：948.3 MHz。使用GSM頻點(diǎn)：54～79，92～95。設(shè)置中心頻率為948.3 MHz的優(yōu)勢(shì)在于，當(dāng)GSM網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷降低，進(jìn)一步擴(kuò)容eMTC頻段時(shí)，可保持中心頻點(diǎn)不變，而將使用帶寬擴(kuò)展為10 MHz。

2.2 eMTC、NB-IoT使用頻段

eMTC是LTE的演進(jìn)功能，在LTE TDD及LTE FDD 1.4 MHz—20 MHz系統(tǒng)帶寬上都有定義，但無論在哪種帶寬下工作，業(yè)務(wù)信道的調(diào)度資源限制在6個(gè)物理資源塊（PRB，Physical Resource Block）以內(nèi)，eMTC頻段劃分方式如圖2所示：

NB-IoT上下行有效帶寬為180 kHz，下行采用OFDM，子載波帶寬與LTE相同，為15 kHz；上行有兩種傳輸方式，單載波傳輸（Single tone）和多載波傳輸（Multi-tone），其中Single tone的子載波帶寬包括3.75 kHz和15 kHz兩種，Multi-tone子載波間隔15 kHz，支持3、6、12個(gè)子載波的傳輸。以窄帶物理上行共享信道（NPUSCH，Narrowband Physical Uplink Shared Channel）為例，NPUSCH用來傳送上行數(shù)據(jù)以及上行控制信息，NPUSCH傳輸可使用單頻或多頻傳輸。NPUSCH上行子載波間隔有3.75 kHz和15 kHz兩種，上行有兩種傳輸方式：單載波傳輸（Single tone）和多載波傳輸（Multi-tone），其中Single tone的子載波帶寬包括3.75 kHz和15 kHz兩種，Multi-tone子載波間隔15 kHz，支持3、6、12個(gè)子載波的傳輸。

3 GSM降配方案

3.1 GSM頻點(diǎn)清退

要實(shí)現(xiàn)GSM頻點(diǎn)的清退需制定GSM小區(qū)降低配置方案；優(yōu)化現(xiàn)有2G小區(qū)的半速率配置；優(yōu)化數(shù)據(jù)信道配置，降低靜態(tài)和動(dòng)態(tài)信道比例；優(yōu)化GPRS信道釋放時(shí)延參數(shù)，提高數(shù)據(jù)信道利用率；優(yōu)化獨(dú)立專用控制信道（SDCCH，Stand-Alone Dedicated Control Channel）信道和公共控制信道（CCCH，Common Control Channel），降低配置，釋放業(yè)務(wù)信道（TCH，Traffic Channel）；進(jìn)行降配操作和頻率調(diào)整。

將2G網(wǎng)絡(luò)無線利用率整體控制在50%～70%，降配后單小區(qū)不超過100%；語音半速率控制在10%以內(nèi)，降配后單小區(qū)不超過50%。對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)分組數(shù)據(jù)信道（PDCH，Packet Data CHannel）復(fù)用度<4的小區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)信道調(diào)整，復(fù)用度在4以上的小區(qū)保持現(xiàn)狀。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)承載效率不超過17 kbps；2載頻以下小區(qū)不進(jìn)行降配。為了盡量降低降配工作對(duì)現(xiàn)網(wǎng)的影響，在降配過程中，保證網(wǎng)絡(luò)頻率復(fù)用度不變。

某地GSM 900M現(xiàn)網(wǎng)廣播控制信道（BCCH，Broadcast Control Channel）頻點(diǎn)使用情況如圖3所示，BCCH集中使用頻點(diǎn)61～86，此外10、20、30為室分頻點(diǎn)，整體使用比較均衡。其余不規(guī)則頻點(diǎn)的使用主要分布在省、市邊界。

某地GSM 900M現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)信道TCH頻點(diǎn)使用情況如圖4所示，TCH集中使用頻點(diǎn)1～60、87～94，整體使用比較均衡。其余不規(guī)則頻點(diǎn)主要分布在省、市邊界。

3.2 GSM頻率復(fù)用與網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷、質(zhì)量的關(guān)系

GSM頻點(diǎn)清退需保障現(xiàn)有2G用戶使用感知，保持語音質(zhì)量穩(wěn)定，故要高度關(guān)注GSM頻率復(fù)用度的變動(dòng)對(duì)GSM網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷與網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的影響。

（1）頻率復(fù)用度與質(zhì)量關(guān)系研究

利用干擾簇建立模型，分析干擾簇中每頻點(diǎn)復(fù)用次數(shù)與語音質(zhì)量的變化趨勢(shì)關(guān)系，語音質(zhì)量選取小區(qū)可采集的比特誤碼率0～5級(jí)占比，當(dāng)干擾簇每頻點(diǎn)使用次數(shù)超過1.6時(shí)，語音質(zhì)量呈現(xiàn)明顯的發(fā)散趨勢(shì)，每頻點(diǎn)使用次數(shù)1.6對(duì)應(yīng)現(xiàn)網(wǎng)頻率復(fù)用度為18.4，由此確定當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)頻率復(fù)用度門限值不能低于18.4，如圖5所示：

（2）網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷與網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的關(guān)系研究

當(dāng)GSM語音利用率>60%時(shí)，語音質(zhì)量出現(xiàn)下降；對(duì)于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，當(dāng)PDCH復(fù)用度>3時(shí)，臨時(shí)數(shù)據(jù)塊流（TBF，Temporary Block Flow）擁塞率出現(xiàn)波動(dòng)，如圖6所示：

由此，GSM降配后的頻率使用方案需考慮當(dāng)前承載在2G網(wǎng)絡(luò)的語音、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)均衡，關(guān)注兩個(gè)方面：

（1）頻率復(fù)用度：BCCH建議采用7×3復(fù)用，需要21個(gè)頻點(diǎn)；TCH建議采用4×3復(fù)用，并建議TCH最大配置5/5/4，需要（5+5+4）×4=56個(gè)頻點(diǎn)；建議留4個(gè)保留頻點(diǎn)，故總計(jì)需要21+56+4=81個(gè)頻點(diǎn)。該方案與當(dāng)前復(fù)用度相同，能夠滿足質(zhì)量需求。

（2）頻點(diǎn)規(guī)劃：BCCH使用21～41頻點(diǎn)，其余1～20、42～53、63～88為TCH頻點(diǎn)；89、90為保留頻點(diǎn)，供特殊場景使用。VIP區(qū)域、室分等頻率復(fù)用度高、不好規(guī)劃頻點(diǎn)的場合，建議酌情使用EGSM頻點(diǎn)。普通場景（居民區(qū)、城中村、鄉(xiāng)鎮(zhèn)村莊、工礦企業(yè)等）單小區(qū)平均載頻配置最大3～4載頻，特殊場景（VIP基站、學(xué)校、景區(qū)、交通車站等）平均載頻配置最大6～8載頻；高配小區(qū)載頻配置控制在1%以下。

4 2G向4G的業(yè)務(wù)遷移

考慮物聯(lián)網(wǎng)的退頻、2G設(shè)備替換對(duì)現(xiàn)存2G移動(dòng)用戶造成的負(fù)面影響和VoLTE優(yōu)質(zhì)體驗(yàn)等因素，在進(jìn)行2G頻點(diǎn)部分清退工作的同時(shí)，需要聯(lián)動(dòng)市場進(jìn)行2G向4G的業(yè)務(wù)遷移。前期大話務(wù)測試表明，當(dāng)前TD-LTE網(wǎng)絡(luò)下VoLTE網(wǎng)絡(luò)容量能夠支撐全量2G語音業(yè)務(wù)的遷移，某地GSM網(wǎng)絡(luò)最大同時(shí)通話用戶數(shù)分布如圖7所示。

現(xiàn)網(wǎng)背景下，在典型熱點(diǎn)小區(qū)近中遠(yuǎn)點(diǎn)均勻加載VoLTE用戶，VoLTE并發(fā)通話用戶數(shù)超過80時(shí)，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)出現(xiàn)感知拐點(diǎn)（單用戶上行低于150 kbps，下行低于1.5 Mbps，Web瀏覽、微信圖片和微信語音成功率低于80%）；VoLTE并發(fā)通話用戶數(shù)超過100時(shí)，語音業(yè)務(wù)出現(xiàn)感知拐點(diǎn)（小區(qū)級(jí)平均MOS低于3.5）。

現(xiàn)網(wǎng)2G單小區(qū)同時(shí)并發(fā)通話用戶數(shù)基本集中在10～15區(qū)間（含2G和CSFB），超過99%小區(qū)的最大并發(fā)通話用戶在45人以下，如果2G用戶全量遷移，也很難達(dá)到80個(gè)VoLTE并發(fā)通話用戶而導(dǎo)致產(chǎn)生數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)感知拐點(diǎn)。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)側(cè)需要加速整治短板，保障網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，并密切關(guān)注局部高負(fù)荷熱點(diǎn)區(qū)域，及時(shí)采取優(yōu)化擴(kuò)容措施。

由此，在做好基礎(chǔ)覆蓋的前提下，用新思路快速提升VoLTE通話駐留比，確保已轉(zhuǎn)網(wǎng)的VoLTE用戶在4G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通話。在某地的LTE現(xiàn)網(wǎng)中，增強(qiáng)的單一無線語音呼叫連續(xù)性（eSRVCC，Enhanced Single Radio Voice Call Continuity）邊緣電平降低至-116 dBm時(shí)，在保持通話質(zhì)量的同時(shí)，試點(diǎn)區(qū)域eSRVCC呼叫切換比由4%降低至3%，進(jìn)一步降低邊緣電平至-120 dBm，呼叫切換比降低至1.7%。

5 結(jié)束語

為了快速推動(dòng)4.5G網(wǎng)絡(luò)以及物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，滿足用戶以及集團(tuán)客戶對(duì)低功率廣域覆蓋的業(yè)務(wù)需求；為了更好地發(fā)揮2G低頻段的電磁波傳播優(yōu)勢(shì)，在保證當(dāng)前2G用戶使用感知的基礎(chǔ)上，可考慮進(jìn)行部分2G頻點(diǎn)的清退，以滿足eMTC、NB-IoT的快速規(guī)模建設(shè)。運(yùn)營商需要關(guān)注的是2G部分頻點(diǎn)清退后，2G網(wǎng)絡(luò)的頻率復(fù)用度與網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷、網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的關(guān)系，保持好2G網(wǎng)絡(luò)的語音、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)均衡。與此同時(shí)，在做好4G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)覆蓋，保證客戶使用感知的基礎(chǔ)上，應(yīng)促進(jìn)用戶進(jìn)一步由2G遷移到4G網(wǎng)絡(luò)。

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