基于GSM-Hi技术的农村无线宽带建设方案

李惠君

（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）

1 引言

《“宽带中国”战略及实施方案》出台后，我国宽带发展得到地方政府、运营商和用户的高度重视，宽带基础设施建设步入快车道。但从整体来看，当前宽带建设的重点集中在城市地区，包括4G网络建设、光纤到户网络改造等，而农村地区宽带设施发展水平提升并不显著，不能适应农村互联网快速发展的需要。未来，我国与世界发达国家和地区宽带发展水平的差距将主要体现在农村地区，必须重视和加快推进农村移动无线宽带等设施建设，推动农村宽带普及，帮助农村和偏远地区的民众跨越地理鸿沟，享受和城镇居民同等的数字机遇。

目前，中国移动仍采用GSM和TD-SCDMA作为农村无线数据业务的主要承载网络，难以满足农村用户高速数据业务的需求。农村宽带接入目前需求潜力巨大，但是人口分散，传统有线宽带接入方式光纤部署困难，周期长、成本高，中国移动难以快速发展用户，抢夺市场。因此，如何实现农村宽带接入建设，解决农村区域上网难的问题显得尤为重要。目前，农村区域GSM基站站型配置小、网络利用率低，中国移动在农村区域有着丰富的900 MHz和1 800 MHz 频谱资源储备，因此基于现有农村900 MHz和1 800 MHz资源的GSM-Hi技术应运而生。

2 GSM-Hi引入前的农村无线宽带解决方案

2.1 广域覆盖WLAN网络

在4G网络未延伸覆盖至广袤的农村场景前，运营商通常采用广域覆盖WLAN网络作为农村无线宽带覆盖的主要解决方案。总体解决思路为：利用2G/3G宏基站铁塔、局房、传输等资源，通过类似蜂窝网的室外建设方式，实现对大区域覆盖效果的提升。WLAN网络主要由WLAN终端设备、WLAN接入点设备（AP）、接入控制点（AC）、PORTAL服务器、RADIUS认证服务器、网管系统等组成。

WLAN广域覆盖主要优点：一是利用现有2G/3G宏基站铁塔资源，物业协调容易；二是部署简单，覆盖范围较大（1!1.5 km）；三是可以满足电脑、手机、PAD等多种终端上网。

WLAN广域覆盖主要缺点：一是系统容量较小，远距离覆盖需通过客户端加装CPE设备解决，增加了客户端投资；二是无线信号存在干扰风险，且覆盖距离有限、接入能力有限，带宽升级空间有限（2～4 Mbit/s）。

2.2 TD-LTE

中国移动下阶段TD-LTE网络的建设，除完善和优化现有城区、县城、乡镇连续覆盖的同时，将大力拓展农村地区覆盖。TD-LTE网络覆盖至农村后，可通过TD-LTE网络实现对农村地区的无线宽带覆盖。通过TD-LTE网络实现的无线宽带接入，忙时平均带宽可达到25 Mbit/s以上，闲时峰值带宽可提升至60 Mbit/s以上，能带给客户非常明显的网速体验。

TD-LTE农村覆盖的优点：一是相比广域WLAN网络，覆盖距离更广（1.5～2 km）；二是带宽可提升至20 Mbit/s以上，能带给客户非常明显的网速体验。

TD-LTE农村覆盖的缺点：一是农村居民可支配收入显著低于城镇居民，信息消费能力明显偏弱，户均信息消费支持较少；二是TD-LTE发展初期，中高端机型种类多，千余机及低端智能机型偏少，4G终端的农村普及率较低；三是农村现网2G站址间距普遍较大（平均站间距大于2.5 km以上）。采用1.9 GHz或2.6 GHz频段进行覆盖的4G基站覆盖能力，明显弱于采用900 MHz频段进行覆盖的2G基站。4G网络要达到现有2G网络的现有覆盖水平，需新选址建设4G基站的规模至少为现有农村2G站址规模的两倍甚至以上，配套及主设备投资巨大。

3 GSM-Hi可Refarming的频段资源

中国移动GSM900和DCS1800可用频段范围如下：

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

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

图1为GSM-Hi网络部署初期、业务量较小时，Refarming 5 MHz频段资源时的频段分配示意图。

图1 GSM-Hi Refarming 5 Mbit/s 900 MHz频段资源示意图

图2为GSM-Hi网络部署后，伴随业务需求的增大，Refarming 10 MHz频段资源时的频段分配示意图。

图2 GSM-Hi Refarming 10 Mbit/s 900MHz频段资源示意图

表1为GSM-Hi采用不同频段及带宽组网后的小区平均吞吐量、单用户最大速率和剩余频段资源所能支持的GSM最大站型。

4 GSM-Hi技术

GSM-Hi技术是4G技术2G化，即利用900 MHz或1 800 MHz空闲频谱组建LTE FDD网络，是对农村无线宽带的一种创新。为农村900 MHz或1 800 MHz空闲频率资源找到利用空间，通过对现网设备充分利用，实现快速低成本的农村信息化建设，是一种应用上的创新，GSM-Hi农村宽带回传方案如图3所示。它利用现网GSM设备升级，不影响原GSM业务；使用900 MHz或1 800 MHz空闲频谱，且不增加新网元，快速简易部署，降低TCO；空口采用OFDM技术，频谱利用率高；现网5 Mbit/s带宽2T2R场景实测小区的下行平均吞吐率为8 Mbit/s，单用户的下行最大速率为36 Mbit/s；通过GSM-Hi技术可迁移部分原需由GSM网络承载的数据业务，进一步分担GSM网络负荷。

表1 GSM-Hi采用不同带宽组网后的网络性能

图3 GSM-Hi农村宽带回传技术示意图

900 MHz GSM-Hi有突出的低频优势，覆盖半径为TD-SCDMA/TD-LTE的2!3倍，GSM基站平滑升级至GSM/GSM-Hi双模基站后，原GSM网络可覆盖的区域，不需新增站点，即可满足GSM-Hi网络的覆盖指标要求。因此，共址现有农村GSM基站建设GSMHi网络，可最大限度地利旧现网配套资源，网络部署快，是一种在农村建设无线宽带较为经济和快捷的选择。

GSM-Hi改造最大程度地保护既有GSM设备投资，延长GSM网络设备生命周期，在不影响现网GSM小区覆盖和性能的前提下，将无线网侧平滑升级为LTE FDD网络，中国移动可在未拿到LTE FDD商用牌照的阶段，采用GSM-Hi技术实现农村无线宽带覆盖。

5 GSM-Hi组网方案

GSM-Hi技术方案架构主要分为4部分：核心网、传输网、无线网和终端侧，如图4所示。

第一，需对核心网进行升级，使其支持面向2G/3G /4G融合的核心网架构，使GSM-Hi网络支持与现有TD-LTE网络共用EPC核心网；第二，需改造现有传输网，使GSM-Hi基站采用PTN进行承载，同时需保证GSM-Hi基站所在的本地网与省干传输、EPC核心网之间有空余链路；第三，需对现有2G基站实施GSM-Hi技术的基站升级，包括新增BBU主控及基带板卡、RRU软件升级或硬件替换，同时需在部署区域的GSM800M或DCS1800M网络中清理出连续5 MHz或10 MHz的频率带宽；第四，在终端侧需新增FDD频段CPE，用来转换GSM-Hi信号为WLAN信号。

6 GSM-Hi基站可支持的签约带宽客户容量测算

随着GSM-Hi无线宽带基站同小区内用户规模增加，每用户平均实际可用带宽必然随之降低，甚至达不到签约速率。为避免由于用户发展过多造成客户投诉，需在市场人员进行客户推广前，即探索出无线宽带用户的流量模型及GSM-Hi小区在保证签约带宽下所能支持的CPE最大放号用户数。

图4 GSM-Hi组网示意图

单用户忙时流量（MB/H）=CPE用户签约带宽（Mbit/s)×3 600×忙时并发比×占空比/8

忙时并发比：指签约用户中在忙时使用宽带业务用户比例，以下测算中暂按30%计算，实际比例可根据市场策略和当地用户业务特征调整。

占空比：指占用业务信道传送数据的激活比例，以下测算中暂按50%计算，实际比例可根据市场策略和当地用户业务特征调整。

CPE最大放号用户数=小区忙时下行容量（MB/H）/单用户忙时流量（MB/H）

=小区平均下行速率（Mbit/s)×3 600/8/单用户忙时流量（MB/H）

=小区平均下行速率（Mbit/s)/CPE用户签约带宽（Mbit/s)/忙时并发比/占空比

各网络制式及载频带宽配置下的单小区CPE最大放号用户数测算如表2所示。

7 农村无线宽带解决方案对比及部署建议

农村无线宽带目前主要有WLAN广域覆盖、TDLTE和GSM-Hi 3种建设方案，各方案的在覆盖距离、稳定性、干扰、投资等方面的优劣对比如表3。

表2 单小区CPE最大放号用户数

表3 农村无线宽带解决方案对比

为响应“宽带中国”战略，有效推进农村等偏远区域的宽带网络覆盖，应因地制宜地灵活采用有线和无线等多种技术手段，加快宽带网络向行政村、自然村延伸，在人口较为稀少、分散的农村地区，灵活采用各类无线技术实现宽带网络覆盖。移动无线宽带网络建设受地理条件限制较小，在用户密度比较低的中西部和农村地区部署比有线宽带更有优势。

综合考虑农村用户的分布分散、ARPU普遍较低等因素，以及运营商的建网投入和营收，在边远和低中密度人口区域，GSM-Hi等无线宽带在快速部署、用户体验、建网投资等方面都有优势，无线宽带是提升农村互联网普及率、推动农村数字化建设较理想的方式，非常有必要加大农村地区的移动无线宽带网络建设和应用推广力度，加快实现宽带网络服务均等化。

[1]牟春波.加快移动无线宽带建设 助力国家战略普惠农村[EB/OL].（2004-09-04) [2014-09-04].http://www.cnii.com.cn/broadband/2014-09/04/content_1437554.html.

[2]王艺.无线宽带在农村的网络覆盖与定价策略[EB/OL].（2004-11-27) [2014-11-27].http://www.cctime.com/html/2014-11-27/2014112716319357.html.

[3]杨成伟，杨春德，许光斌.基于GSM-HI技术的农村用户上网速率提升研究[J].中国新通信，2014,75（5):96-97.

[4]蒋远，汤利民，等.TD-LTE原理与网络规划设计[M].北京：人民邮电出版社，2012.

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