基于GSM―HI的海面超级无线宽带覆盖方案研究

【摘 要】 基于海面覆盖影响因素以及GSM-HI的原理和特点，提出了GSM-HI海面覆盖方案，GSM-HI技术在原有GSM网络基础上进行宽带化演进升级，实现了海上高速率、远距离的超级无线宽带覆盖。最后，通过测试验证了GSM-HI具有良好的海面覆盖性能。

【关键词】GSM-HI 海面覆盖 宽带化演进 超级无线宽带

1 引言

随着互联网的不断发展，海上渔业从业者及游客对于海域高速数据业务需求日益提升。然而目前3G、4G网络因使用频率较高，覆盖范围较小，WLAN网络需要大量的传输资源且覆盖距离从几十米到几百米[1]，均无法实现海面远距离覆盖，GSM网络虽然覆盖距离较远，但因速率受限，难以满足海面上的高速率业务需求。因此，如何实现海上高速率、远距离无线宽带覆盖是一项值得研究的重要课题。

基于GSM-HI的海面覆盖方案是通过采用GSM-HI技术，利用现有资源即可实现海上超级无线宽带网络接入，在降低建设成本的同时有效提升海面数据业务竞争力和移动网络覆盖能力，对于拓展潜在市场、树立中国移动的网络品牌形象也具有极其重要的作用。

2 海面覆盖影响因素

对于海面覆盖，必须同时考虑通信链路的上行及下行的信号质量，以保证能够成功建立基站与终端的连接并保持两者之间良好的通信。同时，针对更远距离的覆盖（超过35km的海面覆盖）必须同时考虑时间的提前量设定。影响海面覆盖的具体因素有以下几个方面：

（1）天线挂高

为减小地球曲率对射频信号传输的影响，使其传输得更远，可以提高基站及天线的海拔高度[2]。因此，优先考虑将海面覆盖的基站建设在高山上，并且架设铁塔，提升天线的挂高，以延伸无线信号的覆盖距离。

（2）发射功率

提高基站的发射功率可以使下行信号的质量及覆盖范围得到有效提升。影响基站实际发射功率的因素包括基站设备的发射功率、天线增益、馈线损耗[3]。因此，为提升基站发射功率，具体可采取以下措施：

◆采用高功率射频单元，提高初始功率；

◆采用拉远设备，减少馈线使用，降低损耗；

◆采用高增益天线；

◆采用MIMO（Multiple Input Multiple Output，多输入多输出）技术。

（3）基站接收灵敏度[4]

提高基站的接收灵敏度可使基站具有更强地捕获手机弱信号的能力。随着传输距离的增加，手机上行信号变弱，高灵敏度的基站仍可维持稳定连接。

为提升基站的上行接收灵敏度，可以考虑在基站侧安装TMA（Tower Mounted Amplifier，塔顶放大器）改善上行链路的信号质量[5]。

（4）TA（Time Advance，时间提前量）

海面覆盖情况下，手机终端离基站距离过远，信号时延加大，可能导致不同时隙之间的信号重叠，因此必须设置更大的TA。

3 GSM-HI原理及特点

GSM-HI是一种宽带化演进技术，通过对原有GSM网络进行升级实现远距离的宽带接入。GSM-HI组网架构如图1所示。

GSM-HI宽带化演进升级主要包含以下4个部分：

①核心网升级：对现有2G核心网进行升级，使其同时支持2G/3G/4G，实现GSM-HI与TD-LTE共EPC；

②传输网升级：升级传输设备，以满足PTN接入条件；

③无线网升级：对BBU侧进行升级，增加GSM-HI主控板及基带板，满足升级条件的RRU可以选择重用，否则需要替换为可升级RRU；

④CPE终端：为实现宽带信号接入，需要在用户侧加装CPE终端。

GSM-HI的特点如下：

（1）GSM-HI空中接口与LTE相一致，遵循3GPP TS36标准，采用了OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用）、MIMO、64QAM、AMC（Adaptive Modulation and Coding，自适应调制编码）等技术，具有频谱效率高、带宽扩展性强、抗多径衰落、频域和时域调度灵活等特点，空中接口峰值速率可以实现35Mbps（5MHz带宽）或者70Mbps（10MHz带宽），相比于EGPRS有了质的飞跃。

（2）采用双极化调制方式，共用现有基站侧设备、天馈线系统及塔桅。现网通过扩容部分板卡及软件升级即可实现GSM-HI[6]。

4 GSM-HI海面覆盖方案

4.1 频谱规划

首先，需要对现网进行频谱规划，整理出5MHz空闲频谱带宽用于GSM-HI海面覆盖，以减少对原GSM的频率干扰。本方案选用GSM900上行904―909MHz、下行949―954MHz（上下行各5MHz）用于GSM-HI。为提升无线宽带业务能力，也可根据实际业务发展需求，选用上行899―909MHz、下行944―954MHz，形成10MHz的GSM-HI带宽。

4.2 建设方案

通过现网GSM基站的宽带化演进升级，可以实现GSM和GSM-HI的双模输出，具体升级方案如下：

RRU设备为分布式、大功率RRU（100W/通道），若原有GSM主设备由于版本较低不支持升级，则可替换为高级版本后再进行宽带化技术升级；若原有GSM主设备为高级版本且支持宽带化演进技术升级，则可直接新增GSM-HI主控板及基带板，并新增一对CPRI光纤即可，如有MIMO需求，可视原基站配置情况，增加射频单元。

主设备升级示意图如图2所示。

天馈系统可以直接利旧，为了最大限度地扩大覆盖范围，选用高塔（建议60m以上），同时增加天线挂高，并适当调整天线下倾角。 对于传输设备，需要确保设备具备PTN传输条件，且有GE光口资源供GSM-HI使用。如果没有足够的GE光口资源，需要新增GE光板；如果现网为SDH或微波传输的站点，需要将其改为PTN传输。传输带宽的需求由空口带宽来定，一般5MHz带宽的站点需要配置50Mbps的传输带宽，10MHz带宽的站点需要配置100Mbps的传输带宽[6]。

5 测试分析

某地区GSM-HI海面覆盖试点情况如下：

（1）基站基本信息

GSM-HI海面覆盖基站配置信息具体如表1所示。

（2）测试情况

GSM-HI海面覆盖测试情况如表2所示，测试截图如图3所示。

图3 GSM-HI海面覆盖测试截图

通过测试数据可以看出，上下行覆盖距离基本保持一致，覆盖距离可以达到33/34km。下行峰值吞吐率达到15.4Mbps（天线方向角和测试路线有约30°夹角，未测极好点），据测试报告显示，在30km处为5Mbps。

在整个测试过程中，无论上下行，信号强度和数据吞吐量均随着距离增加线性下降，信号变化幅度平稳，无大面积波动或突然脱网的情况出现。

6 结束语

基于GSM-HI的海面无线宽带覆盖方案是GSM-HI技术在海面无线覆盖应用上的创新，该方案利用GSM现网资源，实现低成本、高速率、远距离的海上无线宽带业务，为海洋运输、海岛生态旅游开发、海上渔业等提供了良好的信息化建设条件，对于海面无线覆盖具有一定的参考意义和推广价值。

参考文献：

[4] 付道繁. 移动TD-SCDMA信号海面覆盖深度优化[J]. 中国新通信， 2014（10）： 45-46.

[6] 王旭，王加义. 基于GSM-HI的农村无线宽带覆盖方案研究[J]. 通信技术， 2015（1）： 71-74.★