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淺析中國聯通部署UMTS900帶來的挑戰

時間: 2014-07-29 17:36 來源: 郵電設計技術

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2009年7月27日,歐盟通過決議,批準了900 MHz頻率重用立法新提案。擁有900 MHz頻率的運營商,可更加靈活高效地部署通用移動通信系統(UMTS)。但目前900 MHz頻段的頻譜資源相當有限,大多數運營商已無法拿出完整的5 MHz帶寬來部署UMTS,而正在運營的GSM900又積累了大量用戶,也無法迅速地將900 MHz資源釋放出來部署UMTS,于是業界就提出了GSM900和UMTS900頻率重用解決方案。在保證GSM網絡運營的前提下,運營商不必再巨資購買新頻譜資源,而是通過讓出一段900 MHz資源給UMTS,就可實現頻率資源的高效重復利用。

與2 100 MHz頻段相比,900 MHz頻段的空間損耗更低,可覆蓋更廣的范圍。據測試,近30%的UMTS900站點可達到與UMTS2100相同的覆蓋范圍。對運營商部署廣度覆蓋而言,UMTS900具有相當大的優勢。此外,由于900 MHz頻段比2 100 MHz頻段具有更小的穿透損耗,對深度及室內覆蓋而言,性能會更加好些,能較大地提高網絡覆蓋質量。

中國聯通目前在900 MHz頻段擁有6 MHz帶寬,GSM900承載著近1.6億的用戶。在UMTS900頻率復用帶來一系列優點的同時,也對網絡規劃和性能帶來諸多方面的挑戰。

1 中國聯通UMTS900的組網部署策略分析

不同用途的UMTS900有著不同的應用場景,不同的應用場景也有著不相同的網絡部署策略。有3種部署策略,可分別用來擴展3G覆蓋補充、集中城區熱點覆蓋及全網部署UMTS900。

目前,中國聯通是既有第二代又有第三代移動通信網絡的電信運營商。從覆蓋范圍上來看,全網都已部署了GSM900網絡,城區和熱點區域部署了GSM900/DCS1800雙頻網絡,城區及鄉鎮自2009年起還部署了UMTS 2100網絡。

短期內,中國聯通GSM900網絡仍會承載相當大的用戶量。制定部署策略的關鍵是在GSM900頻率復用后,剩余的資源是否可支撐GSM900業務的發展。中國聯通各區域小區載頻配置對比見圖1(數據來源于2012—2014年中國聯通規劃報表)。

淺析中國聯通部署UMTS900帶來的挑戰

由圖1可知,對城區、鄉鎮及發達農村來說,欲維系現網用戶仍需消耗大量的GSM900頻率資源。也就是說,在這些地區將900M頻段進行復用的可能性太小,或者說部署的難度太大。例如:若UMTS900采用4.2 MHz帶寬的話,中國聯通GSM900只有7個頻點(不含鄰頻)可用,即便是采用3.8 MHz帶寬,也只有9個頻點(不含鄰頻)可用,因此GSM900基站小區配置不可大面積地超過2個載頻,否則就難以進行合適的頻率資源規劃。相較之下,只有不發達農村或偏遠地區,且區域內GSM900基站配置較低時,UMTS900部署的可能性才較大,部署的難度才較低。

同時,根據中國聯通整體網絡的發展趨勢來看,勢必會將UMTS覆蓋擴大到農村地區。因此,農村地區尤其是非發達農村地區及偏遠區域,部署UMTS900作為擴展3G覆蓋的補充,應是中國聯通部署UMTS900組網策略的首選策略。而這些區域也恰恰是投入產出比較小的區域,UMTS900的覆蓋優勢就顯得格外明顯。UMTS900作為3G拓展覆蓋方式示意見圖2。

淺析中國聯通部署UMTS900帶來的挑戰

2 網絡規劃難點分析

2.1 維系GSM900話務質量的難度

UMTS900頻率復用后,GSM900頻率的可用資源會大為減少。為保證頻率復用緊密度不至于增加太多,需相應地減少GSM900的配置。但GSM900話務量在短期內不會下降,有些地方甚至還會有小幅的增長,因此減少配置可能會出現GSM900話務擁塞。所以,對中國聯通來講,如何在部署UMTS900后還能維持在部署UMTS900區域保持良好的GSM900話務質量,將成為部署UMTS900的最大挑戰。這個問題通常可通過話務遷移及頻率緊密復用等措施來解決。

a) 在無線語音質量允許的條件下,啟用半速率功能,保證網絡可支持更多的半速率,以增加網絡容量。

b) 將GSM900話務往DCS1800上轉移。具備條件時,可通過Co廣播控制信道(BCCH)或增強型雙頻網將GSM900話務往DCS1800上轉移,或通過小區重選、切換參數設置等使DCS1800優先吸收2G話務量。

c) 采用頻率緊密復用技術。可用1[×]1或1[×]3射頻跳頻進行組網,除常規功控、非連續性發射(DTX)等抗干擾措施外,還需配合使用天線合并降低干擾(ICC)、增強型ICC(EICC)、信號處理降低干擾(SAIC)等干擾抵消技術。但因緊密頻率復用技術是通過犧牲網絡質量換取網絡容量的,因此網絡關鍵性指標(KPI)及用戶感受都會有明顯的下降。

雖然采取以上措施可降低GSM900話務質量下降的風險,但對擁有1.6億GSM900用戶的中國聯通來講,維系其話務質量的難度仍然是較大的。

2.2 頻率規劃的難度

頻率復用后,900 MHz頻率規劃存在著鄰頻干擾、同頻干擾等問題及全網頻率重新規劃的難度。

2.2.1 鄰頻規劃的難度

900 MHz復用后,UMTS的非標準帶寬應用將帶來GSM和UMTS系統的鄰頻干擾問題,應從網絡規劃角度考慮采取一些必要的措施(如小間隔頻點等)加以規避。所謂小間隔頻點是指當UMTS900帶寬小于5 MHz所節省出來的GSM頻點,該頻點與UMTS中心頻率的間隔小于2.2 MHz。

a) 小間隔GSM900頻點不配置為BCCH載頻。BCCH主頻點與UMTS900中心頻率至少間隔2.6 MHz。

b) 分組數據信道(PDCH)不配在小間隔頻點上。

c) GSM900和UMTS900頻段采用“三明治頻率分配方式”時,應盡量避免將小間隔頻點配置在同一小區。所謂“三明治頻率分配方式”是指在運營商內部將UMTS900頻段放在中間,而兩邊為GSM900系統。

d) UMTS900要覆蓋多個GSM小區時,小間隔頻點不要配置在與UMTS900不共站的GSM900小區上。

2.2.2 消除同頻干擾的難度

UMTS900復用頻率通常是從農村開始的,并按“農村→郊區→城區”的順序進行布網。一般而言,全網都有GSM900網絡,只在農村/郊區進行頻率復用,沒有進行頻率復用的城區GSM900網絡可使用農村/郊區UMTS900頻帶內的頻率。在這種情況下,農村/郊區UMTS900系統與城區GSM900系統間的同頻干擾,不能通過濾波器來消除。

就目前來說,只能在復用區域和沒有復用區域間預留保護帶,并通過地理上的隔離來克服同頻干擾。農村地區部署UMTS900頻率規劃示意見圖3。

淺析中國聯通部署UMTS900帶來的挑戰

在圖3中:A區為沒有頻率復用的城區,部署的網絡可能為GSM900+UMTS2100;C區為部署UMTS900的農村/郊區,部署的網絡有GSM900和UMTS900;A區的GSM900可使用C區的UMTS900頻率。為克服同頻干擾問題需設置B區,以作為A和C區間的同頻保護帶,并要求GSM900頻點不可使用UMTS900所占用的頻率。從理論上講,需要2~3圈的基站站點作為同頻保護帶。

2.2.3 UMTS900區域頻率規劃的難度

對于中國聯通6 MHz帶寬來講,UMTS900頻率復用后,即便是UMTS900采用4.2 MHz帶寬,剩下的GSM900頻點也只有1.8 MHz帶寬、9個頻點(含鄰頻)可用,因此為UMTS900區域的GSM900頻率規劃帶來了很大難度。

2.3 中國聯通多系統的協調問題

部署UMTS900后,中國聯通除擁有GSM900及UMTS900系統外,還同時擁有DSC1800及UMTS2100系統。多頻段、多系統間如何地進行協調,是部署UMTS900所必須認真考慮的問題。

2.3.1 2G系統內部組網策略

2G系統內部的GSM900和DCS1800間的組網基本不受UMTS900頻率復用的影響,將繼承原網的組網策略。但由于頻率復用后對GSM900容量會有相當大的影響,因此最主要的是如何將GSM900話務遷移到DCS1800上來,以及如何對GSM900基站進行合理的規劃與配置的問題。

2.3.2 3G系統內部組網策略

當UMTS900對郊區/農村進行廣覆蓋、UMTS2100對城區進行覆蓋時,最主要的是如何解決UMTS900和UMTS2100覆蓋邊界業務的延續性問題。

a) UMTS900和UMTS2100可進行雙向切換,UMTS900支持HSPA+R99業務。

b) 城區邊緣所有頻點的UMTS2100配置相鄰的UMTS900小區作為異頻鄰區。

c) 農村邊緣的UMTS900小區配置相鄰的UMTS2100小區作為異頻鄰區。若UMTS2100有多個載波,UMTS900只配置連續覆蓋的UMTS2100載波作為異頻鄰區。

UMTS900與UMTS2100切換關系示意見圖4。

淺析中國聯通部署UMTS900帶來的挑戰

2.3.3 2G/3G系統間的互操作

在原本就有UMTS2100的區域,2G/3G系統間的互操作策略與原網相同。在部署UMTS900的區域,2G/3G主要考慮2G和UMTS900系統間的互操作。按中國聯通目前用戶市場,2G和UMTS900需同時承載CS+PS業務。2G/3G系統間的互操作如下所述。

基于900M頻率資源原本就不是很寬松、頻率復用后GSM900的可用資源較緊密的實際情況,新建UMTS900系統后需由GSM900和UMTS900系統同時提供CS和PS業務。為減少對GSM900系統的影響,需支持CS業務從GSM900切換到UMTS900上來,即當GSM900負荷超過一定門限時,可切換到UMTS900上。

2.4 系統干擾問題

900M頻率復用后,網絡性能主要受GSM900和UMTS900系統間鄰頻干擾以及GSM900讓出5 MHz左右帶寬資源給UMTS900后,頻率資源更加緊密、GSM系統內部干擾更加嚴重這兩方面因素的影響。

2.4.1 GSM900和UMTS900系統間的干擾

GSM900和UMTS900共用900M頻段后,它們的上行及下行都很接近,應主要考慮基站和終端間的干擾問題。中國聯通GSM900和UMTS900系統間的測試情況及建議見表1。

表1 中國聯通GSM900和UMTS900系統間的測試情況及建議

淺析中國聯通部署UMTS900帶來的挑戰

2.4.2 GSM900系統內部的干擾

GSM900系統讓出5 MHz左右頻率資源給UMTS900后,GSM900的頻率復用度變小,GSM900系統內部的干擾更加嚴重。GSM系統性能的惡化是影響頻率復用后網絡性能的最主要因素,需根據頻率資源、網絡狀況來制定解決方案和業務承載策略。

2.5 選擇合適的天饋系統

頻率復用部署UMTS900是在原有GSM900系統上新建的系統,新增UMTS900可利用GSM900原有天饋系統,以降低網絡建設成本。當UMTS900和共站的GSM900同覆蓋時,兩者可共天饋系統,否則則建議不共天饋系統。共天饋方案有以下優勢。

a) 節省建網成本。GU 2個系統共用原有饋線和天線,可減少物料成本和人工成本。

b) 節省天面空間。不需額外的天線支架或抱桿,可減少天面租金和天線支架或抱桿開銷。

c) 減少天線數目,符合民眾意愿。

  目前有獨立天饋、合路器共天饋和多模基站(SDR基站)共基站共天饋等3種系統接入方式,可據站址實際環境及天面復雜度予以合理選擇。

3 結束語

中國聯通從2010年就已開始著手組織了UMTS900網絡部署試點。從測試情況來看,UMTS900的覆蓋優勢是不言而喻的,其在郊區農村部署的吸引力也相當大。雖部署UMTS900對于中國聯通有相當多的難度,但在選擇適當區域、制定適當部署策略、合理規劃頻率資源的前提下,部署UMTS900也將是中國聯通今后移動網絡發展的一大亮點。

(責任編輯:6g下載網)

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