山区农村4G网络投资建设研究

胡跃，陈孝健，肖应当

（中国联合网络通信有限公司邵阳市分公司，湖南 邵阳 422000）

山区农村4G网络投资建设研究

胡跃，陈孝健，肖应当

（中国联合网络通信有限公司邵阳市分公司，湖南 邵阳 422000）

针对湖南西部丘陵山区地形以及经济相对落后特性，从4G网络覆盖的无线技术手段、传输解决方案、农村业务量与终端情况、场景覆盖的先后顺序等多方面进行分析，为湖南西部地区农村4G网络广覆盖提供低成本覆盖的建设模型，实现精准投入，以提升投资效益，从而解决广大农村有效益区域的语音和数据通信问题。

1T1R 2T2R SDR U/L升级

1 引言

由于湖南西部地区多为高山丘陵地带，网络建设相对困难，人口有效覆盖效果不佳，而且前期投资不足、网络底子薄，加上经济相对落后、智能终端比例偏少、单个用户的ARPU（Average Revenue Per User，每用户平均收入）值低等，呈现投资大、回报率低的特点。但是无线网络全程全网的特性、竞争对手的农村快速布网、品牌战略等需要不断循序渐进地开展西部农村的4G网络广覆盖建设，因此如何低成本快速实施农村4G网络的覆盖，精准投入、提升投资效益就成为了需要研究的课题。本文将从技术、成本、场景、业务量、终端等多个层面进行分析，提出了广大农村有效益区域的语音和数据解决方案。

2 农村常见场景介绍

农村4G网络的覆盖要解决两大问题：一是采用什么样的建设方案覆盖效果好且投资少的问题；二是选择建设的先后顺序来确保投资效益的问题。

农村场景大致可分为以下两类：

（1）地形场景：主要是狭长地段、丘陵、高山等，针对不同的地理场景需要合理的技术方案来进行覆盖，以达到投资少、覆盖优的目的；

（2）业务场景：主要是乡镇本部、交通干线（高速、国道、省道）、行政村（高、低流量区），对于不同的业务场景，要进行市场、业务量、终端情况分析来确定建设的先后顺序，以达到精准投入建设的目的。

3 常见技术方案在不同地理场景中的实测和应用

由于农村4G网络存在业务需求低、地形复杂、同频干扰少等特点，因此4G无线网络覆盖技术和城市有很大的差别。其主要的技术方案包括：U/L（Universal Mobile Telecommunications System/Long Term Evolution，通用移动通信系统/长期演进）升级、SDR（Software Defination Radio，软件定义无线电）新建、1T1R（1 Transmit and 1 Receive，单发单收）新建、2T2R（2 Transmit and 2 Receive，双发双收）新建、双工分、大功率基站、2T2R、高增益天线、增加导频功率、小区拉远、小区级联等。

其中，大功率基站、2T2R、高增益天线、增加导频功率、小区拉远、小区级联等技术在湖南联通3G网络广覆盖中就得到了广泛的应用，并取得了非常好的效果，可以直接应用，因此本文将不再赘述。下面主要对U/L升级、SDR新建、1T1R新建、2T2R新建这几种覆盖技术进行分析，具体如下：

（1）1T1R新建技术

受室内分布广泛使用的RRU（Radio Remote Unit，射频拉远单元）劈裂技术启发，将这种技术应用到广覆盖的宏站建设中去，具体做法是：将2T2R的RRU由原来的接一面天线改为接两面天线，这样一个RRU就可以覆盖两个小区，每个基站可以节省1个RRU，但下载速率减半，为75 Mb/s，适用于交通干线等带状区域或流量需求低的区域覆盖。1T1R改造前后对比图如图1所示：

图1 1T1R改造前后对比图

（2）U/L升级技术

该技术在低流量需求区域被广泛采用，只需要在原3G基站新增4G单板，操作简单，可实现快速布网，节省铁塔租赁、维护和优化费用，但理论峰值速率为37.5 Mb/s，适用于农村等低流量区域部署。U/L升级前后对比图如图2所示。

（3）SDR新建技术

该技术覆盖范围、下载速率和纯2T2R的4G基站是一样的，容量大、用户感知好。其增加了3G网络设备，节省了运营成本，既满足用户语音需求，又满足高速下载速率需求，主要适用于无3G网络且市场需求旺盛的区域。SDR设备示意图如图3所示。

为了找到广大农村的低成本快速4G建网方案，笔者选择了狭长地段、丘陵（干线）、高山这3种场景，对独立3G、U/L升级SDR 3G、独立4G、1T1R下的4G、U/L升级并发4G、SDR下的3G/4G等9种覆盖技术进行现场对比测试，具体数据如表1所示。

具体如下：

（1）从覆盖上分析：1T1R、SDR新建、U/L升级与独立4G下的4G网络覆盖差别不大；

（2）从业务性能上分析：U/L升级＜1T1R模式＜独立4G=SDR新建；

（3）由于UL2100高频段的缘故，阻挡阴影衰落明显，阴影区域覆盖落后于1 800 MHz频段的站点；

（4）U/L并发站点的4G信号覆盖范围相比3G覆盖范围收缩约10%；

（5）SDR新建的1T1R方式因频率为2 100 MHz，最远/良好覆盖变差。

根据覆盖特性和业务特性测试结果，在不同的地理场景中选择最优的技术覆盖方案。

（1）U/L升级技术：建网简单，不增加租赁成本，适合在业务需求量不大、已建有3G站点的场景使用；

（2）SDR新建技术：与独立3G/4G站点在覆盖及下行速率上基本相当，建网简单，租赁成本减半，在没有3G信号的区域、机房和塔上空间有限的情况下比较实用；

（3）1T1R新建技术：单站点可节约1台RRU，成本明显降低，与2T2R相比覆盖距离上基本一致，仅下载速率减半，适合在农村、交通干线等数据业务需求不高的场景使用；

（4）2T2R新建技术：完全新建，适合在业务需求量大、已建有2G/3G站点的场景使用。

图2 U/L升级前后对比图

图3 SDR设备示意图

表1 各场景建设对比表

4 各种业务场景流量和终端情况分析

农村覆盖要做到相对聚焦，希望通过农村不同场景的终端分析，找到各类场景中智能终端活跃性情况，为各场景4G网络的建设先后顺序提供参考依据，优先覆盖4G终端相对集中的区域和场景。

终端活跃性体现基站小区内各类终端的使用频率的情况，即统计接入到2G/3G网络各小区的2G/3G/4G终端数量的比例。终端在不同小区每使用一次业务，则计数一次；但同一号码在同一小区使用多次，则去重，只计一次。通常4G终端活跃性越高，越具有4G网络的建设价值。

终端活跃性统计范围为所有2G/3G基站，统计时长为1个月，数据来源于运营系统数据，统计分析流程如下：

（1）利用用户通话详单提取用户的终端类型和位置信息；

（2）通过用户号码匹配位置信息、终端型号，分类比对、去重；

（3）按照基站CI（Cell Identifier，小区标识）号统计每个基站每个小区中的终端类型和数量；

（4）按照基站场景分类表，分场景统计各种场景的终端类型和数量；

（5）根据各类场景中的终端类型和数量结果，提供各场景建设的先后顺序建议。

图4 各场景终端活跃性对比图

4G终端活跃性从高到低为：城区＞景区＞郊区＞乡镇镇区＞交通干线＞行政村。各场景终端活跃性对比图如图4所示：道G320沿线基站的他4G终端占比过半的有高速G60、G55和国道G207，因此这四条交通干线是下阶段需要聚焦的重点。各交通干线终端活跃性对比图如图5所示：

图5 各交通干线终端活跃性对比图

统计现网所有未叠加4G设备的3G基站的流量和话务量情况，按照基站场景分类表，分场景统计话务量情况，根据业务量的大小，提供各场景建设的先后顺序建议。

按场景对站均业务量进行分析发现，3G站均话务量从高到低为：城区＞乡镇镇区＞郊区＞景区＞交通干线＞行政村。各场景站均业务量对比图如图6所示：

图6 各场景站均业务量对比图

在主要干线2G/3G网络中，国道G320沿线基站的2G/3G话务量和流量均为最高；G60、G55和国道G207的3G流量相对较高，因此从业务量来看，G320、G60和G55是下阶段LTE覆盖的重点干线。各交通干线站均业务量对比图如图7所示：

图7 各交通干线站均业务量对比图

5 各场景投资建设分析

按照地理场景分类如下：

（1）丘陵与交通干线：如高速、国道、省道等，地势开阔且沿线居民较多，基站覆盖距离要求大于1.5 km～2 km，用户对数据业务需求较高，建议使用新建SDR、1T1R模式，配合利用高增益天线建站；

（2）高山：该场景人群稀疏，用户大多对数据业务需求不高，基站覆盖距离为2 km～3 km，且已建开通了部分3G基站，综合建设成本和业务需求，建议使用U/L升级、1T1R模式，配合增加发射功率建站；

（3）峡谷：高山丘陵地带衍生了大量的峡谷，该场景地势封闭，基站覆盖区域一般呈带状，覆盖距离大于2.5 km～3 km，建议使用U/L升级、1T1R模式建站，由于基站需覆盖的区域呈带状且湾多，根据实际情况建设2个小区即可或者利用单个RRU拉远的方式。

按照网络覆盖情况分类如下：

（1）有2G/3G的区域：流量较低区域直接U/L升级，流量较高区域利用1T1R覆盖；

（2）只有3G的区域：流量较低区域直接U/L升级，流量较高区域利用1T1R覆盖；

（3）只有2G的区域：高业务区域新建SDR或者2T2R；

（4）无信号的区域：新建SDR，小范围局部区域采用RRU拉远的补盲。

精准投资，根据终端和流量分析结果，选择业务场景建设的先后顺序如下：

（1）场景建设的先后顺序为：景区→郊区→乡镇镇区→交通干线→行政村；

（2）在交通干线中：G320、G60、G55等是覆盖重点；

（3）流量＜1 GB且4G终端占比活跃性＜50%：U/L升级，1 GB＜流量＜2 GB且4G终端活跃性占比较高：1T1R，流量＞2 GB且4G终端活跃性占比＞50%：优先新建2T2R。

传输解决方案如下：

由于大湘西地区传输基础比较薄弱，特别是县乡光缆建设没有全部到位，基于现状，传输网建设首先要加快两区三点的建设、县乡OTN（Optical Transport Network，光传送网）的建设来确保上传主干的容量和安全，同时采用单纤双发、共享、无线回传技术、RRU级联来解决低成本末端接入的问题。

6 建设方案效益分析

针对不同的场景选择最佳的投资建设方案，可以节省大量投资，提升投资效益。各场景建设方式与传统投资对比具体如表2所示。

通过对各业务场景市场、流量和终端的分析，具体到对每个基站流量单价、日均流量、CAPEX（Capital Expenditure，资本性支出）、OPEX（Operating Expense，运营支出）投资进行收入和成本的对标分析（由于该部分数据涉及公司机密，不便展示），优先投放有效益的场景、回报率高的基站，做到效益优先、精准建设。

7 结束语

对于运营商企业来说，效益是投资需要考虑的重要因素，降本增效是永恒的话题。在农村4G网络建设中，要开放思维、积极创新，面对复杂的地理现状应因地制宜，灵活采用与之相适应的覆盖方案。本文从网络技术、业务现状和场景等多角度分析山区农村如何循序渐进地推进网络建设，用最少的投资解决广大农村有效益区域的语音和数据通信问题，以达到精准投入、提升投资效益的目标。由于山区农村地区经济相对比较落后，春节期间大量人员返乡会对网络容量提出更高的要求，下一步将探讨如何平衡覆盖和容量之间的投资。

表2 各场景建设方式与传统投资对比

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Research on Investment and Construction of 4G Networks in Mountainous Rural Areas

HU Yue, CHEN Xiaojian, XIAO Yingdang
(China United Network Communications Limited, Shaoyang Branch, Shaoyang 422000, China)

In view of the hilly and mountainous terrain and the economic backwardness in west of Hunan, the construction model with low-cost coverage was provided for the wide 4G network coverage in the rural areas of west Hunan based on the wireless technique means, transmission solution, rural traffic, terminals and the order of scenario coverage. It realizes the accurate delivery and the enhancement of investment bene fit to deal with the voice and data communication in the rural areas.

1T1R 2T2R SDR U/L upgrade

10.3969/j.issn.1006-1010.2017.20.001

TN929.5

A

1006-1010(2017)20-0001-06

胡跃,陈孝健,肖应当. 山区农村4G网络投资建设研究[J]. 移动通信, 2017,41(20)： 1-6.

2017-08-16

责任编辑：袁婷 yuanting@mbcom.cn

胡跃：工程师，学士毕业于重庆邮电大学，现任中国联合网络通信有限公司邵阳市分公司高级技术经理，主要从事网络规划、网络质量管控、技术创新等工作。

陈孝健：初级工程师，学士毕业于华北电力大学，现任中国联合网络通信有限公司邵阳市分公司网络质量主管，主要从事网管维护、网络优化、网络监控管理等工作。

肖应当：助理工程师，硕士毕业于重庆邮电大学，现任中国联合网络通信有限公司邵阳市分公司网优主管，主要从事无线网络优化、网络规划等工作。