王 旭，王加義

0 引言

2012年《國務院出臺關于大力推進信息化發(fā)展和切實保障信息安全的若干意見》(國發(fā)〔2012〕23號)中提到“推進進農業(yè)農村信息化，實現(xiàn)信息強農惠農”，在《“十二五”國家戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中首次明確提出實施寬帶中國工程，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］。

農村信息化已經成為寬帶中國戰(zhàn)略，農村無線寬帶覆蓋作為信息化的基礎，顯得尤為重要。然而，目前GSM仍為農村數據業(yè)務唯一承載網絡，農村地區(qū)無線數據業(yè)務主要依靠EDGE方式進行接入，但難以滿足農村用戶高速數據業(yè)務的需求［1］。新建LTE網絡因使用頻率較高，覆蓋范圍較小，而且光纜施工難度大，投資高，不適合農村覆蓋。因此，如何實現(xiàn)村通寬帶接入建設，解決農村區(qū)域上網難的問題顯得尤為重要［3］。

目前GSM 900M頻譜資源在農村的覆蓋優(yōu)勢已經成為中國移動重要的戰(zhàn)略資源［4］，基于GSM－HI的農村無線寬帶覆蓋方案，通過采用GSM－HI技術，利用900M空閑頻率及現(xiàn)網設備資源，在不影響原有GSM業(yè)務的情況下實現(xiàn)農村無線寬帶網絡的快速部署，對于充分挖掘潛在市場，提升移動在農村場景的高速數據業(yè)務服務能力和競爭力，進一步提高中國移動的精品網絡品牌形象具有極其重要的意義。

1 農村覆蓋影響因素

為保證信號成功建立連接并保持，農村覆蓋必須同時考慮上下行的大功率覆蓋及其鏈路信號質量［5］，影響農村覆蓋的具體因素有以下幾個方面:

(1)天線掛高

對于農村覆蓋而言，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無線信號傳輸的影響，射頻信號可以傳輸得更遠。因此，農村覆蓋的基站一般選擇高山站，并且在此基礎上增加鐵塔，進一步提升天線掛高，以增強無線信號的覆蓋距離。

(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質量以及覆蓋范圍。影響基站實際發(fā)射功率包括幾個方面:基站射頻放大器的初始功率，饋線損耗，以及天線增益。可以通過以下方面加強基站實際發(fā)射功率:

1)采用分布式拉遠基站，減少饋線損耗;

2)采用高功率RRU;

3)采用MIMO的發(fā)射技術;

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村覆蓋的重要因素，良好的接收靈敏度可以使基站能夠遠距離、高質量地接收手機終端的上行信號，在基站側使用塔放TMA改善接收到的上行信號質量，從而可以有效提升基站靈敏度。

2 GSM-HI原理及特點

GSM－HI在原有GSM網絡基礎上進行寬帶化演進升級，并采用 CPE終端將 LTE信號轉換成WiFi信號，實現(xiàn)農村寬帶接入。GSM－HI組網架構如下所示，主要對四個部分進行寬帶化演進升級［6］。

圖1 GSM－HI組網架構Fig．1 Networking architecture of GSM －HI

1)核心網升級:升級現(xiàn)有2G核心網(升級BSC軟件)，支持2/3/4G核心網架構，使GSM－HI支持與現(xiàn)網TD－LTE網絡共用EPC;

2)傳輸網升級:對原有傳輸設備進行升級，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)無線網升級:BBU側新增GSM－HI主控板及基帶板，RRU重用或新增;

4)CPE終端:在用戶側安裝CPE，實現(xiàn)WIFI信號接入。

GSM－HI具有以下特點:

1)GSM－HI空口采用寬帶OFDM調制方式，相比于EGPRS的窄帶多時隙+8PSK調制技術，在空口極限速率上有了質的飛躍(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，減少保護帶寬至0 M，可以實現(xiàn)和GSM900M傳統(tǒng)業(yè)務共用頻率。

3)完全共用基站側設備，采用雙極化調制方式，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。核心網架構完全不變，現(xiàn)網通過擴容部分板卡就能實現(xiàn)。由于接入速率大幅提高，對現(xiàn)有BSC和SGSN的大數據處理能力要求提高很多，需增加新的處理板卡。

3 GSM-HI農村覆蓋方案

3． 1 頻譜Refarming

Refarming是指運營商對自己的頻率資源進行重復利用，通過引入新的無線通信技術提升頻譜效率和數據吞吐量。在進行GSM寬帶化演進之前，需要對現(xiàn)網基站進行頻譜Refarming，空出5 M頻譜帶寬用于GSM－HI農村寬帶化演進技術。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。后期根據業(yè)務發(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)務能力。無論使用5 MHz還是10 MHz進行演進技術的翻頻，建議使用的頻譜盡量不要占用GSM現(xiàn)網的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 建設方案

對現(xiàn)網GSM基站進行寬帶化演進升級，使其支持混模輸出，具體升級方案如下:

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

圖3 主設備升級示意Fig．3 Schematic of main equipment upgrade

帶化技術的設備后再升級。如果原有GSM無線主設備支持升級為寬帶化技術，則新增GSM－HI主控板及基帶板，新增一對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GSM天饋系統(tǒng)，選用高塔，增加基站天線掛高，適當調整天線俯仰角，以擴大天線的覆蓋范圍。

對于現(xiàn)網已有PTN光傳輸設備的站點，保證有剩余GE光接口資源，對于不滿足需求的站點，進行GE光板或光模塊擴容;對于現(xiàn)網為SDH的站點，將其改造為PTN傳輸;對于現(xiàn)網為微波傳輸站點，實施微波改光傳輸建設。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。

對核心網進行升級，實現(xiàn)GSM－HI與現(xiàn)網TD－LTE網絡共用EPC。對核心網各網元的容量、硬件平臺及軟件平臺的配置要求如表1所示:

4 測試分析

本次測試采用的測試終端及路測軟件如下:

日本監(jiān)管體系的獨特性十分明顯，相關的監(jiān)管機構需要對一些進口食品的安全性進行監(jiān)管，而其他的安全監(jiān)管工作需要地方性的監(jiān)管機構負責，這和日本食品的產業(yè)結構存在很大聯(lián)系。日本農產品的自給率非常低，食品監(jiān)管成為重點，所以中國在進行食品監(jiān)管時，可以將日本的工作經驗作為參考。對中日兩國的企業(yè)進行比對分析發(fā)現(xiàn)，日本企業(yè)更重視自身職責，很多企業(yè)在生產與加工中都能達到嚴格規(guī)范，特別是在原料加工和出廠方面，整個過程都更嚴格。

測試終端:CPE、E392、Ascend P1;

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

E392為華為數據卡，Ascend P1為華為智能手機，配合Probe使用;CPE為華為GSM升級終端，配合HiStudio/Probe使用;GENEX Assistant為數據后處理軟件，用于對Probe保存的LOG進行數據分析。

通過路測，對某地區(qū)GSM－HI農村覆蓋站點的性能進行測試，其中小區(qū)帶寬為5 M，開通MIMO。

表1 核心網配置表Table 1 Core network configuration table

(1)室外覆蓋性能測試

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

表2 室外覆蓋測試情況表Table 2 Outdoor－coverage test table

(2)室外覆蓋室內性能測試

表3 室外覆蓋室內測試情況表Table 3 Outdoor－coverage indoor test table

(3)多用戶吞吐率測試

單扇區(qū)10個并發(fā)用戶同點(分好點、中點、差點)分布，分別在空擾、下行50%加擾、下行70%加擾情況下，對小區(qū)下行吞吐率性能進行測試。在好點，可以提供18～20 Mb/s的下行速率，在差點，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試表Table 4 Multi－user downlink throughput test table

(4)覆蓋距離測試

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

通過以上測試可以看出，寬帶化演進技術具有較強的覆蓋能力，即使在小區(qū)覆蓋邊緣，寬帶化技術仍能提供很好的邊緣速率，非常適合農村場景的覆蓋。

5 結語

GSM－HI技術通過對原有GSM900網絡的核心網、傳輸網及無線網進行升級，實現(xiàn)了900頻段上的高速率數據傳輸。

GSM－HI建設方式是對農村無線寬帶覆蓋的一種應用上的創(chuàng)新，可以充分利用GSM網絡資源及覆蓋優(yōu)勢，實現(xiàn)快速低成本的農村信息化建設，為農村用戶提供良好的寬帶服務，是一種值得推廣的農村無線寬帶覆蓋方式。

后期可以在如何實現(xiàn)超遠距離的高速率覆蓋做進一步深入研究，以實現(xiàn)對覆蓋距離要求較高的場景(如海面)的無線寬帶覆蓋。

［1］ 王錦龍．農村寬帶規(guī)劃方法的研究［J］．通信技術，2012(11):71－73．

WANGJin－long．Study on Rural Broadband Planning Method［J］．Communications Technology，2012(11):71 － 73．

［2］ 陳靜．寬帶中國列入二十大工程［EB/OL］．［2012．7．21］．http://news．xinhuanet．com/fortune/2012 － 07/21/c_123449140．htm．

CHEN Jing．Broadband China Included Twenty Large Projects．［EB/OL］．［2012．7．21］．http://news．xinhuanet．com/fortune/2012 －07/21/c_123449140．htm．

［3］ 李棟 閆洪來．中國移動農村無線寬帶建設方案［J］．電子世界，2012(04):154－155．

LI Dong．Building Programs Rural Wireless Broadband of China Mobile［J］．Electronics World，2012(4):154 － 155．

［4］ 王孝周唐浬．農村寬帶接入模式及業(yè)務探討［J］．通信與信息技術，2013(05):41－43．

WANG Xiao － zhou，Tang Li．Rural broadband access mode and Business Discussion［J］．Communication ＆ Information Technology，2013(5):41 －43．

［5］ 彭濤．農村寬帶接入方式研究［J］．郵電設計技術，2013(02):66－70．

PENG Tao．Research On Rural Broadband Access Mode［J］．Designing Techniques of Posts and Telecommunications，2013(2):66 －70．

［6］ 楊成偉楊春德許光斌．基于GSM－HI技術的農村用戶上網速率提升研究［J］．中國新通信，2014(05):96－98．

YANG Cheng－wei，Yang Chun－de，Xu Guang－bin．Enhance the Internet Rate of Users in Rural Areas based on GSM － HI Technology［J］．China New Telecommunications，2014(5):96 －98．