2G频点部分清退后的语音数据业务承载分析

郭宝++刘毅++张阳

【摘 要】电磁波传播特性决定低频段组网的投资成本远低于高频段组网，目前，2G用户规模持续降低，而4G用户规模迅猛增长，物联网的应用需求也迅速增加，需按照网络负荷以及业务承载特点逐步减少2G网络占用的低频段频谱，支持4G网络甚至4.5G物联网网络的规模建设。重点讨论了如何清退2G频率，2G清退后频率如何规划才能保证现有2G用户的使用感知，针对2G网络的语音、数据业务如何配置不同的频率复用方案，以及4G网络能否承载2G迁移来的业务，并且保障用户的业务需求及使用感知的问题。

【关键词】频率复用 2G清退 网络业务迁移

1 引言

窄带物联网（NB-IoT，Narrowband Internet of Things）和增强型机器类通信（eMTC，enhanced Machine-Type Communications）是3GPP針对低功耗广覆盖（LPWA，Low Power Wide Area）类业务而定义的新一代蜂窝物联网接入技术，主要面向低速率、低时延、超低成本、低功耗、广深覆盖、大连接需求的物联网业务。中国联通紧跟NB-IoT标准进展，积极部署物联网试点，制定了联通标准和业务应用平台。中国电信把物联网从创新业务转变为战略基础业务，推动NB-IoT技术验证和外场应用测试。中国移动在2016年G20峰会上做了窄带物联网应用演示，同时启动了NB-IoT、LTE FDD/TDD融合、eMTC三种方案，扩大了规模试点。

使用传播特性好的低频段优质频谱可以大大减少建网成本，提升技术与产业竞争力。对于频分双工（FDD，Frequency Division Duplex）系统，采用700 MHz频段所用站点仅仅是1900 MHz频段站点的24%，是2600 MHz频段站点的12%。为了更好地推动物联网发展，同时节约建网成本，提升用户对物联网业务的 使用体验，可考虑清退目前的部分2G频段，但在清退过程中需保障原有2G用户的使用感知。

2 GSM频点清退方案

2.1 GSM频点清退目标

在GSM频率清退目标中，900 M系统计划清退

5.8 MHz带宽（拟定为953.2 MHz—954 MHz、945.8 MHz—

950.8 MHz）资源以满足蜂窝物联网建设需求，同时将2G 900M系统高配小区占比控制在10%以下，总体清退30个频点，频点分布如图1所示：

初期考虑由于GSM网络仍承载较大规模用户，900 M系统清退目标包括5 MHz的eMTC和800 kHz的NB-IoT频段。具体使用频段：上行945 8 MHz—950.8 MHz，下行953.4 MHz—954 MHz为eMTC频段；中心频率：948.3 MHz。使用GSM频点：54～79，92～95。设置中心频率为948.3 MHz的优势在于，当GSM网络负荷降低，进一步扩容eMTC频段时，可保持中心频点不变，而将使用带宽扩展为10 MHz。

2.2 eMTC、NB-IoT使用频段

eMTC是LTE的演进功能，在LTE TDD及LTE FDD 1.4 MHz—20 MHz系统带宽上都有定义，但无论在哪种带宽下工作，业务信道的调度资源限制在6个物理资源块（PRB，Physical Resource Block）以内，eMTC频段划分方式如图2所示：

NB-IoT上下行有效带宽为180 kHz，下行采用OFDM，子载波带宽与LTE相同，为15 kHz；上行有两种传输方式，单载波传输（Single tone）和多载波传输（Multi-tone），其中Single tone的子载波带宽包括3.75 kHz和15 kHz两种，Multi-tone子载波间隔15 kHz，支持3、6、12个子载波的传输。以窄带物理上行共享信道（NPUSCH，Narrowband Physical Uplink Shared Channel）为例，NPUSCH用来传送上行数据以及上行控制信息，NPUSCH传输可使用单频或多频传输。NPUSCH上行子载波间隔有3.75 kHz和15 kHz两种，上行有两种传输方式：单载波传输（Single tone）和多载波传输（Multi-tone），其中Single tone的子载波带宽包括3.75 kHz和15 kHz两种，Multi-tone子载波间隔15 kHz，支持3、6、12个子载波的传输。

3 GSM降配方案

3.1 GSM频点清退

要实现GSM频点的清退需制定GSM小区降低配置方案；优化现有2G小区的半速率配置；优化数据信道配置，降低静态和动态信道比例；优化GPRS信道释放时延参数，提高数据信道利用率；优化独立专用控制信道（SDCCH，Stand-Alone Dedicated Control Channel）信道和公共控制信道（CCCH，Common Control Channel），降低配置，释放业务信道（TCH，Traffic Channel）；进行降配操作和频率调整。

将2G网络无线利用率整体控制在50%～70%，降配后单小区不超过100%；语音半速率控制在10%以内，降配后单小区不超过50%。对数据业务分组数据信道（PDCH，Packet Data CHannel）复用度<4的小区进行数据信道调整，复用度在4以上的小区保持现状。数据业务承载效率不超过17 kbps；2载频以下小区不进行降配。为了尽量降低降配工作对现网的影响，在降配过程中，保证网络频率复用度不变。

某地GSM 900M现网广播控制信道（BCCH，Broadcast Control Channel）频点使用情况如图3所示，BCCH集中使用频点61～86，此外10、20、30为室分频点，整体使用比较均衡。其余不规则频点的使用主要分布在省、市边界。

某地GSM 900M现网业务信道TCH频点使用情况如图4所示，TCH集中使用频点1～60、87～94，整体使用比较均衡。其余不规则频点主要分布在省、市边界。

3.2 GSM频率复用与网络负荷、质量的关系

GSM频点清退需保障现有2G用户使用感知，保持语音质量稳定，故要高度关注GSM频率复用度的变动对GSM网络负荷与网络质量的影响。

（1）频率复用度与质量关系研究

利用干扰簇建立模型，分析干扰簇中每频点复用次数与语音质量的变化趋势关系，语音质量选取小区可采集的比特误码率0～5级占比，当干扰簇每频点使用次数超过1.6时，语音质量呈现明显的发散趋势，每频点使用次数1.6对应现网频率复用度为18.4，由此确定当前网络频率复用度门限值不能低于18.4，如图5所示：

（2）网络负荷与网络质量的关系研究

当GSM语音利用率>60%时，语音质量出现下降；对于数据业务，当PDCH复用度>3时，临时数据块流（TBF，Temporary Block Flow）拥塞率出现波动，如图6所示：

由此，GSM降配后的频率使用方案需考虑当前承载在2G网络的语音、数据业务均衡，关注两个方面：

（1）频率复用度：BCCH建议采用7×3复用，需要21个频点；TCH建议采用4×3复用，并建议TCH最大配置5/5/4，需要（5+5+4）×4=56个频点；建议留4个保留频点，故总计需要21+56+4=81个频点。该方案与当前复用度相同，能够满足质量需求。

（2）频点规划：BCCH使用21～41频点，其余1～20、42～53、63～88为TCH频点；89、90为保留频点，供特殊场景使用。VIP区域、室分等频率复用度高、不好规划频点的场合，建议酌情使用EGSM频点。普通场景（居民区、城中村、乡镇村庄、工矿企业等）单小区平均载频配置最大3～4载频，特殊场景（VIP基站、学校、景区、交通车站等）平均载频配置最大6～8载频；高配小区载频配置控制在1%以下。

4 2G向4G的业务迁移

考虑物联网的退频、2G设备替换对现存2G移动用户造成的负面影响和VoLTE优质体验等因素，在进行2G频点部分清退工作的同时，需要联动市场进行2G向4G的业务迁移。前期大话务测试表明，当前TD-LTE网络下VoLTE网络容量能够支撑全量2G语音业务的迁移，某地GSM网络最大同时通话用户数分布如图7所示。

现网背景下，在典型热点小区近中远点均匀加载VoLTE用户，VoLTE并发通话用户数超过80时，数据业务出现感知拐点（单用户上行低于150 kbps，下行低于1.5 Mbps，Web浏览、微信图片和微信语音成功率低于80%）；VoLTE并发通话用户数超过100时，语音业务出现感知拐点（小区级平均MOS低于3.5）。

现网2G单小区同时并发通话用户数基本集中在10～15区间（含2G和CSFB），超过99%小区的最大并发通话用户在45人以下，如果2G用户全量迁移，也很难达到80个VoLTE并发通话用户而导致产生数据业务感知拐点。同时，网络侧需要加速整治短板，保障网络质量，并密切关注局部高负荷热点区域，及时采取优化扩容措施。

由此，在做好基础覆盖的前提下，用新思路快速提升VoLTE通话驻留比，确保已转网的VoLTE用户在4G网络进行通话。在某地的LTE现网中，增强的单一无线语音呼叫连续性（eSRVCC，Enhanced Single Radio Voice Call Continuity）边缘电平降低至-116 dBm时，在保持通话质量的同时，试点区域eSRVCC呼叫切换比由4%降低至3%，进一步降低边缘电平至-120 dBm，呼叫切换比降低至1.7%。

5 结束语

为了快速推动4.5G网络以及物联网的建设，满足用户以及集团客户对低功率广域覆盖的业务需求；为了更好地发挥2G低频段的电磁波传播优势，在保证当前2G用户使用感知的基础上，可考虑进行部分2G频点的清退，以满足eMTC、NB-IoT的快速规模建设。运营商需要关注的是2G部分频点清退后，2G网络的频率复用度与网络负荷、网络质量的关系，保持好2G网络的语音、数据业务均衡。与此同时，在做好4G网络基础覆盖，保证客户使用感知的基础上，应促进用户进一步由2G迁移到4G网络。

参考文献：

[1] 邵华，李新，何文林，等. GSM频率重耕至LTE建设关键问题研究[J]. 移动通信， 2016，40（4）： 19-24.

[2] 陈旭. GSM网络面向未来演进探讨[J]. 无线互联科技， 2015（11）： 22-23.

[3] 梁童，陈伟辉，张冬晨. 频率重用技术干扰问题研究[J]. 电信工程技术与标准化， 2013（5）： 83-88.

[4] 胡剑飞，苗滢. 中国移动GSM网络退频及重耕策略研究[J]. 电子世界， 2016（22）： 189-190.

[5] 李惠君. 基于GSM-Hi技術的农村无线宽带建设方案[J]. 电信工程技术与标准化， 2015（7）： 68-72.

[6] 闫伟才，胡剑飞. LTE引入800M组网分析[J]. 电子世界， 2016（23）： 180.

[7] 张冬晨，王首峰. 2G频率重耕关键问题研究[J]. 电信工程技术与标准化， 2015（6）： 12-18.

[8] 卢斌. NB-IoT物理控制信道NB-PDCCH及资源调度机制[J]. 移动通信， 2016，40（23）： 17-20.

[9] 程日涛，邓安达，孟繁丽，等. NB-IoT规划目标及规划思路初探[J]. 电信科学， 2016（S1）： 137-143.

[10] 刘玮，董江波，刘娜，等. NB-IoT关键技术与规划仿真方法[J]. 电信科学， 2016（S1）： 144-148.

[11] 张建国. 中国移动NB-IoT部署策略研究[J]. 移动通信， 2017，41（1）： 25-30.

[12] 周峰，许正锋，罗俊. VoLTE业务与技术实现方案的研究与分析[J]. 电信科学， 2013（2）： 31-35. ★