王 旭，王加義

0 引言

2012年《國務(wù)院出臺(tái)關(guān)于大力推進(jìn)信息化發(fā)展和切實(shí)保障信息安全的若干意見》(國發(fā)〔2012〕23號(hào))中提到“推進(jìn)進(jìn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村信息化，實(shí)現(xiàn)信息強(qiáng)農(nóng)惠農(nóng)”，在《“十二五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中首次明確提出實(shí)施寬帶中國工程，提出到2015年寬帶接入能力顯著提高，95%的行政村具備寬帶接入能力［1－2］。

農(nóng)村信息化已經(jīng)成為寬帶中國戰(zhàn)略，農(nóng)村無線寬帶覆蓋作為信息化的基礎(chǔ)，顯得尤為重要。然而，目前GSM仍為農(nóng)村數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)唯一承載網(wǎng)絡(luò)，農(nóng)村地區(qū)無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)主要依靠EDGE方式進(jìn)行接入，但難以滿足農(nóng)村用戶高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求［1］。新建LTE網(wǎng)絡(luò)因使用頻率較高，覆蓋范圍較小，而且光纜施工難度大，投資高，不適合農(nóng)村覆蓋。因此，如何實(shí)現(xiàn)村通寬帶接入建設(shè)，解決農(nóng)村區(qū)域上網(wǎng)難的問題顯得尤為重要［3］。

目前GSM 900M頻譜資源在農(nóng)村的覆蓋優(yōu)勢(shì)已經(jīng)成為中國移動(dòng)重要的戰(zhàn)略資源［4］，基于GSM－HI的農(nóng)村無線寬帶覆蓋方案，通過采用GSM－HI技術(shù)，利用900M空閑頻率及現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備資源，在不影響原有GSM業(yè)務(wù)的情況下實(shí)現(xiàn)農(nóng)村無線寬帶網(wǎng)絡(luò)的快速部署，對(duì)于充分挖掘潛在市場(chǎng)，提升移動(dòng)在農(nóng)村場(chǎng)景的高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)服務(wù)能力和競(jìng)爭(zhēng)力，進(jìn)一步提高中國移動(dòng)的精品網(wǎng)絡(luò)品牌形象具有極其重要的意義。

1 農(nóng)村覆蓋影響因素

為保證信號(hào)成功建立連接并保持，農(nóng)村覆蓋必須同時(shí)考慮上下行的大功率覆蓋及其鏈路信號(hào)質(zhì)量［5］，影響農(nóng)村覆蓋的具體因素有以下幾個(gè)方面:

(1)天線掛高

對(duì)于農(nóng)村覆蓋而言，基站及其天線的高度是非常重要的，海拔高度高的基站可以盡可能的減少地球曲率對(duì)無線信號(hào)傳輸?shù)挠绊?，射頻信號(hào)可以傳輸?shù)酶h(yuǎn)。因此，農(nóng)村覆蓋的基站一般選擇高山站，并且在此基礎(chǔ)上增加鐵塔，進(jìn)一步提升天線掛高，以增強(qiáng)無線信號(hào)的覆蓋距離。

(2)發(fā)射功率

基站發(fā)射功率的提高可以有效提升下行信號(hào)質(zhì)量以及覆蓋范圍。影響基站實(shí)際發(fā)射功率包括幾個(gè)方面:基站射頻放大器的初始功率，饋線損耗，以及天線增益?？梢酝ㄟ^以下方面加強(qiáng)基站實(shí)際發(fā)射功率:

1)采用分布式拉遠(yuǎn)基站，減少饋線損耗;

2)采用高功率RRU;

3)采用MIMO的發(fā)射技術(shù);

4)采用高增益天線。

(3)基站接受靈敏度

基站接受靈敏度同樣是影響農(nóng)村覆蓋的重要因素，良好的接收靈敏度可以使基站能夠遠(yuǎn)距離、高質(zhì)量地接收手機(jī)終端的上行信號(hào)，在基站側(cè)使用塔放TMA改善接收到的上行信號(hào)質(zhì)量，從而可以有效提升基站靈敏度。

2 GSM-HI原理及特點(diǎn)

GSM－HI在原有GSM網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上進(jìn)行寬帶化演進(jìn)升級(jí)，并采用 CPE終端將 LTE信號(hào)轉(zhuǎn)換成WiFi信號(hào)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)村寬帶接入。GSM－HI組網(wǎng)架構(gòu)如下所示，主要對(duì)四個(gè)部分進(jìn)行寬帶化演進(jìn)升級(jí)［6］。

圖1 GSM－HI組網(wǎng)架構(gòu)Fig．1 Networking architecture of GSM －HI

1)核心網(wǎng)升級(jí):升級(jí)現(xiàn)有2G核心網(wǎng)(升級(jí)BSC軟件)，支持2/3/4G核心網(wǎng)架構(gòu)，使GSM－HI支持與現(xiàn)網(wǎng)TD－LTE網(wǎng)絡(luò)共用EPC;

2)傳輸網(wǎng)升級(jí):對(duì)原有傳輸設(shè)備進(jìn)行升級(jí)，以滿足PTN承載條件;PTN回傳接口類型是GE光口，傳輸帶寬需求視空口使用的帶寬而定;一般10 MHz帶寬的單站需要100 Mb/s的傳輸帶寬;5 MHz帶寬的單站需要50 Mb/s傳輸帶寬。

3)無線網(wǎng)升級(jí):BBU側(cè)新增GSM－HI主控板及基帶板，RRU重用或新增;

4)CPE終端:在用戶側(cè)安裝CPE，實(shí)現(xiàn)WIFI信號(hào)接入。

GSM－HI具有以下特點(diǎn):

1)GSM－HI空口采用寬帶OFDM調(diào)制方式，相比于EGPRS的窄帶多時(shí)隙+8PSK調(diào)制技術(shù)，在空口極限速率上有了質(zhì)的飛躍(470 kbps提升至35 Mbps)。

2)采用廣義多載波傳輸算法，利用7載波捆綁提供1．4 M頻率帶寬或25載波捆綁提供5 M頻率帶寬，提升頻率利用率，減少保護(hù)帶寬至0 M，可以實(shí)現(xiàn)和GSM900M傳統(tǒng)業(yè)務(wù)共用頻率。

3)完全共用基站側(cè)設(shè)備，采用雙極化調(diào)制方式，可完全利用現(xiàn)有基站的天線、饋線系統(tǒng)，無需硬件改造或鐵塔改造。核心網(wǎng)架構(gòu)完全不變，現(xiàn)網(wǎng)通過擴(kuò)容部分板卡就能實(shí)現(xiàn)。由于接入速率大幅提高，對(duì)現(xiàn)有BSC和SGSN的大數(shù)據(jù)處理能力要求提高很多，需增加新的處理板卡。

3 GSM-HI農(nóng)村覆蓋方案

3． 1 頻譜Refarming

Refarming是指運(yùn)營(yíng)商對(duì)自己的頻率資源進(jìn)行重復(fù)利用，通過引入新的無線通信技術(shù)提升頻譜效率和數(shù)據(jù)吞吐量。在進(jìn)行GSM寬帶化演進(jìn)之前，需要對(duì)現(xiàn)網(wǎng)基站進(jìn)行頻譜Refarming，空出5 M頻譜帶寬用于GSM－HI農(nóng)村寬帶化演進(jìn)技術(shù)。本方案采用GSM900上行904 MHz～909 MHz，下行949 MHz～954 MHz作為GSM－HI的頻譜帶寬。后期根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展需求，可增加899～904的5 M，形成10 M的GSM－HI帶寬，以提升無線寬帶業(yè)務(wù)能力。無論使用5 MHz還是10 MHz進(jìn)行演進(jìn)技術(shù)的翻頻，建議使用的頻譜盡量不要占用GSM現(xiàn)網(wǎng)的BCCH頻率。頻譜Refarming示意圖如圖2所示:

圖2 頻譜Refarming示意Fig．2 Schematic of spectrum refarming

3． 2 建設(shè)方案

對(duì)現(xiàn)網(wǎng)GSM基站進(jìn)行寬帶化演進(jìn)升級(jí)，使其支持混模輸出，具體升級(jí)方案如下:

基站選用分布式RRU，如果原有GSM無線主設(shè)備不支持升級(jí)，需要更換為同廠家支持升級(jí)為寬

圖3 主設(shè)備升級(jí)示意Fig．3 Schematic of main equipment upgrade

帶化技術(shù)的設(shè)備后再升級(jí)。如果原有GSM無線主設(shè)備支持升級(jí)為寬帶化技術(shù)，則新增GSM－HI主控板及基帶板，新增一對(duì)CPRI光纖，視GSM配置情況，如有需求可增加射頻單元以支持MIMO。

利舊現(xiàn)網(wǎng)GSM天饋系統(tǒng)，選用高塔，增加基站天線掛高，適當(dāng)調(diào)整天線俯仰角，以擴(kuò)大天線的覆蓋范圍。

對(duì)于現(xiàn)網(wǎng)已有PTN光傳輸設(shè)備的站點(diǎn)，保證有剩余GE光接口資源，對(duì)于不滿足需求的站點(diǎn)，進(jìn)行GE光板或光模塊擴(kuò)容;對(duì)于現(xiàn)網(wǎng)為SDH的站點(diǎn)，將其改造為PTN傳輸;對(duì)于現(xiàn)網(wǎng)為微波傳輸站點(diǎn)，實(shí)施微波改光傳輸建設(shè)。傳輸帶寬需求視空口使用的帶寬而定，一般10 MHz帶寬的單站需要100 Mb/s的傳輸帶寬，5 MHz帶寬的單站需要50 Mb/s傳輸帶寬。

對(duì)核心網(wǎng)進(jìn)行升級(jí)，實(shí)現(xiàn)GSM－HI與現(xiàn)網(wǎng)TD－LTE網(wǎng)絡(luò)共用EPC。對(duì)核心網(wǎng)各網(wǎng)元的容量、硬件平臺(tái)及軟件平臺(tái)的配置要求如表1所示:

4 測(cè)試分析

本次測(cè)試采用的測(cè)試終端及路測(cè)軟件如下:

日本監(jiān)管體系的獨(dú)特性十分明顯，相關(guān)的監(jiān)管機(jī)構(gòu)需要對(duì)一些進(jìn)口食品的安全性進(jìn)行監(jiān)管，而其他的安全監(jiān)管工作需要地方性的監(jiān)管機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)，這和日本食品的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)存在很大聯(lián)系。日本農(nóng)產(chǎn)品的自給率非常低，食品監(jiān)管成為重點(diǎn)，所以中國在進(jìn)行食品監(jiān)管時(shí)，可以將日本的工作經(jīng)驗(yàn)作為參考。對(duì)中日兩國的企業(yè)進(jìn)行比對(duì)分析發(fā)現(xiàn)，日本企業(yè)更重視自身職責(zé)，很多企業(yè)在生產(chǎn)與加工中都能達(dá)到嚴(yán)格規(guī)范，特別是在原料加工和出廠方面，整個(gè)過程都更嚴(yán)格。

測(cè)試終端:CPE、E392、Ascend P1;

路 測(cè) 軟 件:華 為 GENEX Probe、HiStudio、GENEX Assistant;

E392為華為數(shù)據(jù)卡，Ascend P1為華為智能手機(jī)，配合Probe使用;CPE為華為GSM升級(jí)終端，配合HiStudio/Probe使用;GENEX Assistant為數(shù)據(jù)后處理軟件，用于對(duì)Probe保存的LOG進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

通過路測(cè)，對(duì)某地區(qū)GSM－HI農(nóng)村覆蓋站點(diǎn)的性能進(jìn)行測(cè)試，其中小區(qū)帶寬為5 M，開通MIMO。

表1 核心網(wǎng)配置表Table 1 Core network configuration table

(1)室外覆蓋性能測(cè)試

室外覆蓋吞吐量總體良好，加擾70%的情況下，仍能達(dá)到9．15 Mb/s的下行速率。另外，空擾時(shí)上下行峰值速率分別達(dá)到10．68 Mb/s、36．67 Mb/s。具體如下表所示:

表2 室外覆蓋測(cè)試情況表Table 2 Outdoor－coverage test table

(2)室外覆蓋室內(nèi)性能測(cè)試

表3 室外覆蓋室內(nèi)測(cè)試情況表Table 3 Outdoor－coverage indoor test table

(3)多用戶吞吐率測(cè)試

單扇區(qū)10個(gè)并發(fā)用戶同點(diǎn)(分好點(diǎn)、中點(diǎn)、差點(diǎn))分布，分別在空擾、下行50%加擾、下行70%加擾情況下，對(duì)小區(qū)下行吞吐率性能進(jìn)行測(cè)試。在好點(diǎn)，可以提供18～20 Mb/s的下行速率，在差點(diǎn)，可以提供1．6～2．4 Mb/s的下行速率。具體如表4所示:

表4 多用戶下行吞吐率測(cè)試表Table 4 Multi－user downlink throughput test table

(4)覆蓋距離測(cè)試

在邊緣用戶速率定為2 Mb/s(空載)的情況下，GSM－HI農(nóng)村基站可實(shí)現(xiàn)6 km的室外覆蓋和3 km的室內(nèi)覆蓋，與GSM900的覆蓋距離相當(dāng)。

通過以上測(cè)試可以看出，寬帶化演進(jìn)技術(shù)具有較強(qiáng)的覆蓋能力，即使在小區(qū)覆蓋邊緣，寬帶化技術(shù)仍能提供很好的邊緣速率，非常適合農(nóng)村場(chǎng)景的覆蓋。

5 結(jié)語

GSM－HI技術(shù)通過對(duì)原有GSM900網(wǎng)絡(luò)的核心網(wǎng)、傳輸網(wǎng)及無線網(wǎng)進(jìn)行升級(jí)，實(shí)現(xiàn)了900頻段上的高速率數(shù)據(jù)傳輸。

GSM－HI建設(shè)方式是對(duì)農(nóng)村無線寬帶覆蓋的一種應(yīng)用上的創(chuàng)新，可以充分利用GSM網(wǎng)絡(luò)資源及覆蓋優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)快速低成本的農(nóng)村信息化建設(shè)，為農(nóng)村用戶提供良好的寬帶服務(wù)，是一種值得推廣的農(nóng)村無線寬帶覆蓋方式。

后期可以在如何實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)距離的高速率覆蓋做進(jìn)一步深入研究，以實(shí)現(xiàn)對(duì)覆蓋距離要求較高的場(chǎng)景(如海面)的無線寬帶覆蓋。

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