中国联通WCDMA 900MHz网络性能分析

　　1 前言
　　当前，国家提出快速发展农业信息化建设，为响应国家要求，加快推进农村信息化的进程，中国联通WCDMA网络将逐步向乡镇农村地区发展，实现省会、地市、县城到乡镇农村的3G网络连续覆盖。由于中国联通WCDMA网目前承载在2.1GHz频段，而使用2.1GHz频段在广大乡镇农村地区覆盖时面临很大困难，2.1GHz传播性能相对较差，站点投资成本高，覆盖面积小，无法保证连续覆盖，因此从全球移动通信网络发展来看，使用900MHz频段移动通信网络来解决广覆盖问题是一个较好的方案。并且900MHz频段传播特性好，无线电波传播损耗要小于2.1GHz。
　　2013年10月GSA统计显示，目前全球已有49个国家72家运营商发布UMTS900（以下简称U900）商用网。U900产业链的成熟度，尤其是终端的成熟度，为U900市场发展和网络部署提供了充足的支撑动力。
　　使用U900进行农村广覆盖已成为全球主流的3G建设模式。国际上采用U900进行广覆盖部署时，大部分采用UMTS标准5MHz带宽组网，但中国联通900MHz的频谱资源只有6MHz，如果考虑引入5MHz带宽的WCDMA，那么GSM900（以下简称G900）系统将无法组网，需要迁移到1 800MHz频段，对联通GSM现网影响较大。目前主要解决方案是WCDMA基站采用“带宽更窄”的3.8MHz带宽，使得G900可以在业务和载波配置相对低一些的农村地区采用紧密的频率复用实现GSM900 S111的连续覆盖。本文将主要对U900的关键技术、外场组网性能以及部署策略原则进行介绍和分析。
　　2 U900关键技术研究
　　由于联通自身G900频谱资源太少，产生了联通WCDMA广覆盖的需求与G900网络在短期内还无法完全退网的矛盾，从而出现了一系列的关键技术问题需要关注和解决。
　　2.1 G900频率规划研究
　　在引进U900后需要对频谱进行重组，为减少对其他运营商GSM系统或其他系统的干扰，G/U900的频率分配方案采用三明治频率分配方案，如图1所示：
　　中国联通U900基站带宽选用3.8MHz，中心载频为基站下行957MHz、上行912MHz。应用U900后，G900存在的频率规划方案有10频点和8频点方案。如果GU900中心间隔2MHz（紧邻频），那么此时G900可用频点为10个；如果GU900中心间隔2.2MHz（间隔1个GSM载频保护带），那么G900将剩余8个频点。
　　（1）10频点方案：96—100、120—124频点均用于G900站点的规划可用频点。该方案的优点是有利于G900网络的翻频和保障G900网络的质量（尤其在平原场景下）；缺点是部分小区（主要是100号和120号小区）的U900下行容量有一定损失。
　　（2）8频点方案：96—99、121—124频点用于G900站点的规划可用频点，100和120频点用作GU保护带。该方案的优点是对U900网络的容量及覆盖影响相对较小；缺点是比较难翻频，G900网络质量不易保障（尤其在平原场景下）。
　　2.2 G900话务解决方案研究
　　部署U900后，在U900覆盖区和缓冲区内，G900最多剩余10个可用频点资源，对于该区域内G900话务量过高的站点，需要对原G900网络开展减容降配。G900小区减容到1载频后，可采用以下方案解决可能的GSM话务过高的问题：
　　（1）AMR半速率提升话务容量
　　小区忙时话务量大于1.6Erl时，通过在GSM侧开启AMR半速率功能，可以达到提升GSM单载波话务承载能力的目的。
　　（2）少量新增G1800载频吸纳话务
　　根据现网话务负荷分析，单载波100% AMR半速率仍然不能满足容量需求的，可通过新建或扩容G1800分担话务。
　　（3）市场行为迁移GSM话务
　　在U900区域，通过设置2G/3G互操作参数将G900话务往U900系统上转移，降低G900话务负荷。但这种策略受限于U900终端的渗透率。
　　2.3 缓冲区规划研究
　　目前U900主要应用在农村场景，城区等没有进行Refarming的地区的G900覆盖可以使用农村U900系统的频谱资源。在这种情况下，农村/郊区U900系统与城区G900系统间会产生同频干扰，且不能通过滤波器来消除。
　就目前来说，只能在复用区域和没有复用区域间预留保护带，并通过地理上的隔离来克服同频干扰。农村地区部署U900频率规划示意如图2所示。其中，B区域为缓冲区不使用C区域U900占用的频谱，C区域中的频点可以与A区域中的相同。
　　确定缓冲区区域大小可分为4步，需要对GU900四个方向上的干扰情况进行分析：
　　（1）确定UMTS和GSM（终端和基站）接收机灵敏度。
　　（2）确定UMTS和GSM（终端和基站）接收机灵敏度恶化范围。
　　（3）根据接收机灵敏度恶化值计算干扰噪声门限值。
　　（4）确定路径损耗值。
　　从表1的计算结果来看，缓冲区的瓶颈在于GSM终端对UMTS基站的干扰，需要保证大于145dB的耦合损耗。缓冲区的计算可以简化为一个方向的干扰，即GSM终端对UMTS基站的干扰，需要保证大于145dB的路径损耗。但是考虑到GSM终端不是始终满功率发射，故考虑路径损耗相对较大的方向，即GSM基站对UMTS终端的干扰方向，需要保证大于144dB的耦合损耗。
　　缓冲区的估算方法如下：
　　方法一：采用链路预算的方式，缓冲区的距离根据Okumura-Hata模型或校正后的U900传播模型通过链路预算的需求计算得到，该方式计算相对简单，但最大的缺点是缓冲区的范围计算中没有考虑当地地物地貌的影响，计算出的结果精度不高。
　　方法二：基于GSM以及UMTS覆盖预测的方式，规划缓冲区的范围，本文推荐采用此方式。采用基于覆盖预测的缓冲区规划方法，需要借助于UNET或Atoll等规划工具的GSM以及UMTS覆盖预测功能，详细规划步骤参见文献[2]。
　　缓冲区规划完以后，由于实际网络环境复杂，理论计算的缓冲区范围与实际需要的缓冲区范围存在偏差，因此需要对缓冲区的合理性进行验证。本文建议采用以下两个方向的验证：
　　方向一：G900基站干扰U900终端的方向，在G900翻频后，U900未开通前，通过扫频测试U900覆盖区域内的G900同频信号强度并进行信号求和，对缓冲区设置的合理性进行验证。
　　方向二：GSM终端干扰U900基站的RTWP值，对缓冲区设置的合理性进行验证。
　　在山区场景和平原场景下，G900翻频前、10频点翻频和8频点翻频后，G900 MOS分变化不大；开通AMR半速率与未开通AMR半速率对G900 MOS分基本无影响。
　　山区场景由于缓冲区规划简单，并具有地理环境形成的天然干扰隔离，因此G900翻频前、 10频点翻频和8频点翻频后，C/I>9的比例基本无变化；而平原场景由于频点难以规划、干扰信号易于产生，G900翻频前、10频点翻频和8频点翻频后，C/I>9的比例逐渐恶化，10频点翻频后对C/I值的变化比8频点翻频要小。
　　综上所述，U900开通后，在山区场景下，G900网络在10频点组网和8频点组网时网络性能相差不大，但在平原场景下，G900网络在使用10频点进行组网时比使用8频点组网时性能要好；开通AMR半速率与未开通AMR半速率对G900 DT各指标基本无影响。
　　（2）U900网络性能测试分析
　　U900网络在空载和加载50%情况下，8频点翻频时U900短呼接通率要稍好于10频点翻频时，都在97%以上。
　　U900网络在空载和加载50%情况下，8频点翻频时U900 MOS分要稍好于10频点翻频时，为3.4～3.8分。
　　U900网络在空载和加载50%情况下，8频点翻频时HSDPA吞吐率要好于10频点翻频时。U900空载时，HSDPA吞吐率为2.16～284Mbps；U900加载50%时，HSDPA吞吐率为1.74～2.37Mbps。
　　U900网络在空载情况下，8频点翻频时HSUPA吞吐率要好于10频点翻频时，吞吐率为1.51～2.56Mbps。
　　U900开通后，U900网络在使用8频点进行组网时比使用10频点性能要好。
　　上文对G900和U900在10频点及8频点翻频后外场的实测数据进行了分析，而在实际U900组网中，G900频点规划方案应遵循以下原则：
　　在频率规划方案满足对G900网络自身干扰影响较小的前提下，应优先采用8频点进行频率规划。
　　对于无法利用地理地形隔离实施有效G900网络低自干扰的8频点规划方案的区域，可采用10频点进行频率规划，但10频点规划方案应确保G900基站对U900终端的邻频干扰影响较小。
　　4 U900网络部署建议
　　根据上文分析的U900网络特性，建议采用如下部署策略建议：
　　（1）总体部署策略
　　U900重点解决中、西部省份具有一定数据业务需求，U2100尚未覆盖的省内交通干线（含干线穿过的村镇），以及相对封闭孤立或U900可解决未来长期话务需求的乡镇的3G覆盖。
　　（2）网络部署建议
　　U900基站载波带宽应选择3.8MHz，中心载频为基站下行957MHz、上行912MHz。
　　U900建设时应尽量连片，避免U900孤点插花部署，以减少G900和U900的缓冲区开销。
　　U900覆盖区域内的U900基站应尽量与G900基站1：1共站部署；实际部署中还应同时兼顾干线两旁的乡镇及行政村覆盖。
　　对于尚未部署G900的区域，建议直接部署GU900双模基站。
　　工程实施中应高度重视G900和U900两网的协调优化，尤其关注G900与U900网络间的同频干扰优化及邻频干扰优化。
　　5 结束语
　　本文主要对U900关键技术进行研究，通过外场测试数据，分析了U900实际组网性能，并给出了相关网络部署建议。由于中国联通900MHz频谱资源有限，在一段时间内U900和G900两张网将共存，U900网络建设和G900/U900两网网络优化会面临全新考验。若中国联通在900MHz频段能够再争取新增一些频谱或待G900完全退网后，将从根本上解决U900网络的部署难题，且城区的WCDMA深度覆盖问题也可一并解决。
　　参考文献：
　　. 2013.
　　. 北京： 中讯邮电咨询设计院有限公司， 2013.
　　. 北京： 中讯邮电咨询设计院有限公司， 2013.
　　[4] 华为技术有限公司. 中国联通U900 Refarming技术建议书[Z]. 2012.
　　[5] GSA. UMTS900 Global Status Market/Technology Update[EB/OL]. [2013-10-07].