GSM频段Refarming至LTE FDD策略分析与验证

汪玉琳，夏北吨，陈勇辉，朱曦宁

（中国移动通信集团设计院有限公司广东分公司，广州 510623）

GSM频段Refarming至LTE FDD策略分析与验证

汪玉琳，夏北吨，陈勇辉，朱曦宁

（中国移动通信集团设计院有限公司广东分公司，广州 510623）

当前移动用户数据业务呈现高速增长，GSM对比LTE频谱效率低，已不能满足用户高速数据需求，考虑到GSM网络利用率逐年下降，而将GSM部分频段用于建设LTE后能提供更高频谱效率及峰值速率来满足用户日益增长高速率需求。本文充分对比不同频段的LTE FDD网络性能，详细介绍了GSM 频段Refarming（频率重耕）至LTE的带宽组网分析、策略分析及设备配置方案，并对相关测试结果进行了充分分析。

GSM；频率重耕；LTE FDD；策略分析

1 背景

经过多年的建设、发展与优化，中国移动已形成一张覆盖完善、质量良好的GSM无线精品网络。随着用户行为习惯的变化，传统GSM用户不再满足于低速数据接入，由原来的话音业务为主，数据业务为辅，转变为话音业务和数据业务齐头并进，数据流量呈爆发式增长。GSM用户量较大，短时间内难以将用户全部迁移，且运营商既需要保留原有用户，又需要提供有竞争力的高速数据接入，而LTE的频谱效率、峰值速率远高于GSM，因此，可分阶段地将GSM频谱Refarming至LTE建设。

现网农村地区多为GSM覆盖，目前移动频谱条件下可采用900 MHz/1800 MHz用于Refarming至LTE建设。现有TD-LTE虽然可以通过VoLTE承载话音业务，但TD-LTE网络由于网络频率较高、时隙配比受限等原因导致深度覆盖能力不足、广度覆盖能力差、上行带宽不足、容量难以发挥最大优势、国际漫游能力不足等。而FDD由于制式不同在实现VoLTE等方面具有较TDD更强的技术优势，因此，将GSM频段Refarming至FDD-LTE能够更高效的利用900 MHz/1800 MHz频谱，不仅大量节省购买新频谱资源的费用，而且可以加快LTE网络的部署进程，提高用户感知和流量经营。

2 GSM Refarming至FDD-LTE策略分析

2.1 GSM Refarming介绍

GSM Refarming是对GSM频段的重新规划，从GSM频谱中分配出一段给LTE使用，实现在不增加频谱资源的情况下升级GSM，满足移动宽带发展需求，提升数据业务能力，同时保证对原GSM网络的影响最小。

（1）Refarming技术实现简单，现有GSM基站新增LTE BBU即可升级为GSM/LTE双模基站且具备MIMO功能；

（2）Refarming LTE基站与GSM基站共用天馈系统及RRU资源可节省投资，并降低工程施工及基站选址难度；同时，Refarming LTE基站借助现网布局，可降低网络规划及优化难度。

2.2 900 MHz/1800 MHz网络频段Refarming性能对比

中国移动现有GSM频段：（1）900 MHz频段2× 20 MHz（上行889-909 MHz， 下行934-954 MHz）；（2）1800 MHz频段2×25 MHz（上行1710-1735 MHz，下行1805-1830 MHz）。可从覆盖能力、网络负荷、干扰等几方面进行对比分析。

覆盖能力：900 MHz覆盖能力强，理论推算相比1800 MHz频率强10 dB左右；1800 MHz覆盖能力相对较弱，与TD-LTE的F频段覆盖能力相当。

网络负荷：900 MHz频率负荷相对较大，需要进行网络频率模型调整、网络性能优化才能腾出有限频率供LTE FDD使用；1800 MHz网络负荷相对较轻，频率Refarming相对容易，可进行Refarming的频率带宽空间相对较高。

干扰：900 MHz城区场景由于私装直放站的影响，网络干扰较大；1800 MHz城区场景干扰相对较轻。

结合在LTE FDD网络引入初期，主要解决城市深度覆盖和农村广度覆盖的问题，故应将广度与深度覆盖能力俱佳的900 MHz优质频段尽快用于频谱效率高、用户体验好的FDD-LTE技术上；同时，对农村地区而言，1800 MHz覆盖能力与TD-LTE F频段相当，农村1800 MHz基站较少，多为900 MHz基站，且1800 MHz覆盖半径较小难以共址保证覆盖，短期内建设需求不强烈，建议后期用于补充FDD-LTE网络容量需求。

2.3 GSM Refarming带宽组网分析

GSM Refarming中，LTE的工作带宽可以在1.4-15 MHz灵活配置，但由于1.4 MHz/3 MHz带宽过小，公共信道开销占比高，无法兼顾VoLTE语音和数据业务体验，且在下行吞吐率上与竞争对手相比没有优势，在业务均衡、组网干扰等方面均有明显不足。因此5 MHz带宽是GSM Refarming抢占农村市场的起步带宽。

研究结果显示，当前20 MHz载频组网、上下时隙配比1：3条件下，VoLTE高清能支持的最大容量为289个（受限于上行业务信道），平均容量为138个，频谱效率远高于2G网络。FDD 5 MHz理论估算可支持VoLTE用户数为61个，相当于2G 11个载频支持能力，即2G全网37 MHz组网承载容量，根据现网数据统计语音与数据业务承载比例约为45%/55%，故FDD 2×5 MHz组网已可满足现网全部语音业务迁移容量需求。

因此，在LTE FDD网络引入初期，可选择900 MHz 2×5 MHz带宽进行Refarming，根据2G业务迁移进度，FDD可考虑将900 M 2×5 MHz带宽扩展至2×10 MHz，以提升TD-LTE广度与深度覆盖不足区域的用户体验；后期2G业务大幅下降后，考虑直接将1800 M 2×25 MHz全部Refarming至FDD（过渡期可优先利用TD-LTE F、D频段扩容），以降低天面整改复杂度。

2.4 策略分析与设备配置方案

根据现网数据统计，GSM频率复用系数约为17，在维持网络质量不变的情况下，以城市A为例，GSM 900退频5 MHz，带宽从20 MHz下降至15 MHz，最大话务量支持能力变为原有的70%。若网络利用率不变，按照基于城市A现网GSM900/GSM1800业务承载比例约为58%/42%测算，当2G业务量下降18%时，可清退900 MHz频率5 MHz，下降35%时，可以清退10 MHz， GSM900不同带宽情况下支持业务比例如表1所示。

设备配置方面，在GSM Refarming至FDD后，GSM主设备后续使用策略如下：

表1 GSM900不同带宽情况下支持业务比例

表2 现网3地市试点方案

（1）与GSM异厂家：厂家替换下原GSM设备，新增FDD设备并反向升级支持GSM业务，替换下支持直接升级FDD的GSM设备调至与GSM同厂家区域使用，不支持升级设备作为备品备件或申请报废；

（2）与GSM同厂家：利用原有及异厂家调入的设备直接升级支持FDD业务覆盖。

3 组网测试验证

3.1 现网试点方案

为验证FDD900/FDD1800业务性能与GSM900/ GSM1800在覆盖性能上的差异，以及FDD开通对GSM网络的影响等，在某现网对3个地市实施FDD900/ FDD1800试点。其中试点方案如表2所示。

本次试点在A、B、C 3个地市开展，FDD试点主设备均采用现网TD-LTE主设备D、E、F厂家；试点场景包含城区与农村两种覆盖场景；试点方案包含GSM升级及新建两种建设方式；试点频段为900 MHz与1800 MHz两种频段。

3.2 定点速率测试

采用前述试点方案，对FDD900（2×5 MHz）组网方式进行定点FTP上传及下载速率测试，并与理论峰值进行对比，其中F厂家FTP下载速率达到理论峰值35.4 Mbit/s，FTP上传速率达到理论峰值13.3 Mbit/s，且优于TD-LTE（20 MHz）。

3.3 拉网路测

采用前述试点方案，D、E、F 3厂家分别对FDD（2×5 MHz）及TD-LTE（20 MHz）网络进行覆盖、干扰、FTP上传及下载速率测试，具体见表3所示。

从表3结果可以看出，FDD900 MHz在站址密度约为TD-LTE一半的情况下，拉网路测平均RSRP高出TD-LTE约7 dB，平均SINR高出1 dB左右，平均上传速率高于TD-LTE。FDD1800 MHz在站址密度与TD-LTE相近情况下，拉网路测平均RSRP高出TDLTE约5 dB，平均SINR高出3 dB左右。

3.4 广域覆盖性能

采用前述试点方案，D、E、F 3厂家分别对TDLTE的F频段及D频段、FDD（2×5 MHz）网络上/下行覆盖距离、脱网距离进行测试，具体见表4所示。

表3 拉网路测测试结果对比

从表4结果可以看出，FDD900（2×5 MHz）的上/下行广域覆盖距离超过3 km，约为F频段的2.2倍、D频段的2.7倍。FDD1800（2×5 MHz）的上/下行广域覆盖距离超过2 km，与F频段相当、约为D频段的1.4倍。

表4 广域覆盖性能测试结果对比

3.5 FDD开通对2G网络影响

3.5.1 2G频率Refarming方式

900 MHz：C地市采用三明治方式，以944 MHz为LTE中心频点，向两侧各扩展2.5 MHz带宽。A地市采用下边沿方式，使用1-25号频点。B地市也采用下边沿方式，但使用EGSM 5 MHz带宽。

1800 MHz：B地市采用三明治方式，以1815 MHz为LTE中心频点，向两侧各扩展2.5 MHz带宽。

另外，2G清频还需考虑测试区域外围至少2层站点作为缓冲区。

3.5.2 2G网络调整与测试结果

GSM900 M（A/B/C三地市均涉及）：可用频率资源减少25%，频率复用度显著降低，需优化网络结构，主要手段包括小区减配、新增1800小区、扩容GSM1800 M小区、调整天线等。

根据上述调整方案，对2G网络变频前/后话务统计及路测指标进行对比分析，结果如表5 所示。

从话务统计指标来看， 2G变频前后B地市（E厂家）、A地市（D厂家）网络质量维持稳定；C地市（F厂家）网络质量出现轻微下降，但好点变化量仍在0.1%以下。

从路测指标来看， 2G变频前后C地市（F厂家）、A地市（D厂家）网络质量维持稳定。

从用户2G网络质量类投诉量来看， 2G变频前后三地市均无明显变化。

4 总结

本文针对GSM Refarming至FDD LTE策略进行全面分析，从当前GSM网络现状、GSM Refarming至FDD LTE网络频段对比、带宽组网分析等多方面进行研究。从论文中可以看出，在频段选择上，900 MHz频段更侧重解决城市深度覆盖不足及农村广度覆盖问题，1800 MHz频段侧重于满足后续网络容量需求；在带宽配置上，先采用FDD 2×5 MHz组网满足现网语音业务迁移需求，后续进一步引入2×10 MHz或1800 MHz满足容量需求。最后，本文针对GSM Refarming至FDD的不同策略选择进行现网测试验证，方案实施后FDD LTE各项业务性能、覆盖性能、干扰指标均达到预期目标。

表5 网络调整前后测试结果对比

[1] 陈旭. GSM网络面向未来演进探讨[J]. 无线互联科技，2015 (11):22-24.

[2] 李富强，朱强，刘平, 等. GSM900 Refarming至LTE FDD网络的质量提升技术研究[C]. 2014.

[3] 李军. 重耕GSM1800频段资源平滑迁移4G宽带数据流量[J].电信技术，2014(9):107-110.

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（本刊讯)

GSM bands Refarming to LTE FDD strategic analysis and verification

WANG Yu-lin, XIA Bei-dun, CHEN Yong-hui, ZHU Xi-ning
(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd. Guangdong Branch, Guangzhou 510623, China)

Current mobile users data services are growing fast, GSM’s spectrum efficiency is lower than LTE and it can’t fufill users high-speed data requirements ,also considering GSM network utilization decreased year by year, it can provide higher spectrum efficiency and peak rate after using part of GSM bands into LTE. Firstly,this paper fully compares with LTE FDD network performance of different bands.Secondly, it detailedly introduces the GSM bands refarming to LTE FDD onbandwidth network analysis ,strategy analysis and equipment configuration.Finally,relevant test results are fully analyzed.

GSM; Refarming; LTE FDD; strategyanalysis

TN929.5

A

1008-5599（2017）07-0087-05

2016-09-05