GSM、NB-IOT、FDD平滑演进及组网策略

2019-02-21王楚锋

通信电源技术 2019年1期

王楚锋，丁远

（中通服咨询设计研究院有限公司，江苏南京 210019）

0 引言

NB-IoT（Narrow Band Internet of Things，基于蜂窝的窄带物联网），是IOT领域的一个新兴技术，构建于蜂窝网络，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，实现平滑升级。目前，三大运营商以及各大厂商均在NB-IoT方面取得了重要进展。尤其在2017年经过NB-IoT一期和扩大试验网后，实现了全国346个城市的NB-IoT连续覆盖和全面商用[1]。预计后续NBIoT将延续2017年的强劲发展势头，三大运营商的网络将全面支持NB-IoT技术，部署规模也将逐步扩大。

NB-IoT的技术特点如下：

（1）NB-IoT只消耗约180 kHz的带宽，相当于LTE系统的1个RB，大大节省了带宽资源。下行采用基于15 kHz子载波间隔的OFDMA方案，上行采用SC-FDMA技术，载波间的间隔较GSM 200 kHz少了很多，大大减少了小区间干扰，且与现有LTE系统兼容。

（2）NB-IoT一方面通过控制面信令实现IP数据的传输，即利用控制面传输用户数据，减少终端、无线和网络信令，另一方面在终端空闲状态下，网络仍存储终端重要的上下文信息，以快速重建连接，大大降低了网络信令的交互，同时降低了设备功耗。

（3）NB-IoT采用更多重传次数带来HARQ增益，以更低速率换取覆盖增益，较LTE提升20 dB增益，相当于发射功率提升了100倍，即覆盖能力提升了100倍，即使在地下车库、地下室、地下管道等信号难以到达的地方也能实现覆盖。

GSM将逐步演进至NB-IoT和FDD。其中，NBIoT由于其低成本、广覆盖的特点，将用于物联网设备之间的通信。例如，用于静态场景，如智能抄表、智能天关和智能井盖等。而FDD在语音通话、高带宽速率及移动性方面存在优势，更适合应用于移动需求的场景，即用于手机终端和其他可移动性设备。将NBIoT和FDD混合组网后，将涉及更多交互协同类的物联网应用，如产品全流程管理、智能泊车、共享单车、融资租赁、远程健康、智能路灯和空气检测等。为表述简便，下文将GSM、NB-IOT和FDD简称为GNF。

1 GNF平滑演进方案

随着VoLTE的快速全面开通，GSM频段作为最重要的黄金频谱资源须重耕。

实现GSM演进至NB-IoT和FDD，可分三步走：第一步将GSM频率逐步过渡至NB-IoT；第二步将GSM老旧设备改造成NB-IoT/FDD适配设备；第三步后台开通FDD网络。

1.1 频率演进

根据现网峰值数据和语音话务量，查ERL B表得到每小区的载频配置和小区平均载频配置，可计算出[2]：

如图1所示，初期GSM话务量较大，暂只清频5 MHz用于FDD；未来随GSM 900 MHz用户迁移进一步释放频率资源，最终FDD占用GSM 900 MHz的10 MHz带宽。同理，GSM 1 800 MHz也逐步释放频谱资源，最终FDD将占用GSM 1 800 MHz的20 MHz带宽。

GSM 900 MHz重耕满足NB-IoT建设需求，并兼顾未来FDD的频谱需求。充分利用20 MHz频段，可将NB-IoT配置在高频段，FDD配置在低频段。GSM频谱重耕流程共分成四个阶段，如图2所示。随着GSM网络负荷的减轻，需逐步扩展FDD的带宽。NBIoT&FDD双模下，天馈产生的互调最小，可避免对上行的干扰；NB-IoT功率谱密度高，远离GSM规避干扰。

1.2 设备改造

现网老旧GSM设备体积大、功耗大、配置剩余功率有限、不支持2T2R或4T4R，无法满足NB&FDD升级需求，因此须将老旧GSM设备改造为体积小、功耗小、功率配置充足的新型设备。2018年开启了GSM老旧设备改造工程，将原来体积大、功耗大的设备全部替换为新型多网融合的设备。以华为2G设备为例，原GSM存量设备为BTS3012，需改造为BTS3900；若存量2G设备为BTS3900，需将MRFU V2板更换为MRFUd板，以支持2T2R；爱立信须将RBS2202/2206/6201改造成RBS6601。

图1 GSM频谱重耕过程

图2 GSM退网四步骤

1.2.1 设备改造策略

针对不同区域不同网络质量要求，分场景部署FDD/NB演进方案。对需要补盲或解决容量问题的站点，建议共址新建NB/FDD网络；对网络质量要求高的核心区域，主推TDD升级；农村乡镇建议GSM升级，如图3所示。在FDD&NB建设的同时预留相关资源，具备对GSM老旧设备进行反向整合能力，优化站点资源结构。这与2018年大范围改造GSM旧设备工程相吻合。

图3 不同场景下不同演进方案

1.2.2 BBU改造方案

考虑到建设成本、站点天面资源及风险因素，采用利旧GSM现网设备进行升级的方式部署NB-IoT，同时兼顾FDD。

在基于GSM部署NB-IoT和FDD网络的实际部署中，对支持GSM/NB-IoT/FDD三系统共框的设备来说，需新增NB-IoT基带板和FDD基带板；对于不支持GSM/NB-IoT/FDD三系统共框的老设备则应进行替换。下面以华为BBU改造方案为例，如图4所示。

①在TDD框中新增FDD/NB基带板UBBPd4或UBBPd6；

②TDD和FDD共主控共传输；

图4 BBU改造方案

③新增GSM主控板GTMUb，在Slot6槽位；

④如果是老BBU3900框，需要更UPEUa为UPEUc，FANa更换为FANc，扩容后BBU3900配置2块UPEUc；如果是BBU3910，则不需要更换FAN和UPEU。

1.2.3 天馈改造方案

天馈改造方案细分成三种，如图5所示。

图5 天馈改造方案

方案1，新建天馈方案。天馈独立建设，可独立调整方向角，实现FDD/NB性能最优，且不影响现网GSM/TDD网络性能。

方案2，共天馈方案（四/八端口天线替换双端口天线）。用四端口独立电调天线替换现网天线，可以利用原有天面位置，独立调整下倾角。如果现网有GSM和DCS共存时，可采用8端口天线，即2端口→原G900，2端口→原DCS1800，4端口→NB/FDD。

方案3，合路共天馈方案。方向和下倾都不能独立调节。新增合路器，有插损，工参无法独立调整，对网络性能影响较大；引入新的故障点。

上述三种方案若有条件，优先选择新建天馈；天面紧张或物业协调遇阻时，可采用四/八端口天线方案，不建议合路器方式。

城市区域。FDD/NB要面向目标网实现连续覆盖。为保证良好的网络质量，同时综合考虑物业沟通和实施难易程度，优先采用替换具备独立电调功能的天线与现网基站共天馈部署，有条件可单独新建天线。

农村区域。FDD/NB主要是单点广覆盖，没有连续覆盖需求，优先采用天馈与RRU利旧与GSM共天线；当FDD/NB部署2T4R或4T4R设备时，可替换原有天线为普通4通道天线实现GSM/FDD/NB共用。

1.3 开通FDD网络

上述频率演进和设备改造过程都预留了FDD资源及接口。待调试通过后，可立即远程在线配制数据开通，最终借助现有4G用户优势打造TDD+NB-IoT+FDD多网融合的精品pre-5G网络。

2 GNF演进工程案例

东莞NB/FDD建设选取企石、横沥、望牛墩三个连片区域，GSM 1 800 MHz区域升级共计19个站点。

2.1 GSM频谱清频

采用三明治方案，清频区域为1 812.5～1 817.5 MHz共5 MHz频谱空间，如图6所示。5 MHz频谱提供给FDD/NB-IoT使用，其中NB-IoT频段大于FDD频段。

2.2 设备改造方案

2.2.1 GL升级改造方案

如图7所示，现网为BTS3900系列，新增FDD UBBPd6基带板；新增MRFU射频模块，双拼支持2×2 MIMO；新增主控板UMPTb；新增传输，与TDD共网管；基站版本SRAN 8.0；EPC接入华为核心网[3]。现网为三代基站BTS3012系列，使用支持GL双模的BTS3900进行替换；利旧现有天馈，天面无需改动。