【摘 要】 基于海面覆蓋影響因素以及GSM-HI的原理和特點(diǎn)，提出了GSM-HI海面覆蓋方案，GSM-HI技術(shù)在原有GSM網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上進(jìn)行寬帶化演進(jìn)升級(jí)，實(shí)現(xiàn)了海上高速率、遠(yuǎn)距離的超級(jí)無線寬帶覆蓋。最后，通過測(cè)試驗(yàn)證了GSM-HI具有良好的海面覆蓋性能。

　　【關(guān)鍵詞】通信工程論文,GSM-HI,海面覆蓋,寬帶化演進(jìn),超級(jí)無線寬帶

　　1 引言

　　隨著互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，海上漁業(yè)從業(yè)者及游客對(duì)于海域高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求日益提升。然而目前3G、4G網(wǎng)絡(luò)因使用頻率較高，覆蓋范圍較小，WLAN網(wǎng)絡(luò)需要大量的傳輸資源且覆蓋距離從幾十米到幾百米[1]，均無法實(shí)現(xiàn)海面遠(yuǎn)距離覆蓋，GSM網(wǎng)絡(luò)雖然覆蓋距離較遠(yuǎn)，但因速率受限，難以滿足海面上的高速率業(yè)務(wù)需求。因此，如何實(shí)現(xiàn)海上高速率、遠(yuǎn)距離無線寬帶覆蓋是一項(xiàng)值得研究的重要課題。

　　基于GSM-HI的海面覆蓋方案是通過采用GSM-HI技術(shù)，利用現(xiàn)有資源即可實(shí)現(xiàn)海上超級(jí)無線寬帶網(wǎng)絡(luò)接入，在降低建設(shè)成本的同時(shí)有效提升海面數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)競(jìng)爭(zhēng)力和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力，對(duì)于拓展?jié)撛谑袌?chǎng)、樹立中國(guó)移動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)品牌形象也具有極其重要的作用。

　　2 海面覆蓋影響因素

　　對(duì)于海面覆蓋，必須同時(shí)考慮通信鏈路的上行及下行的信號(hào)質(zhì)量，以保證能夠成功建立基站與終端的連接并保持兩者之間良好的通信。同時(shí)，針對(duì)更遠(yuǎn)距離的覆蓋(超過35km的海面覆蓋)必須同時(shí)考慮時(shí)間的提前量設(shè)定。影響海面覆蓋的具體因素有以下幾個(gè)方面：

　　(1)天線掛高

　　為減小地球曲率對(duì)射頻信號(hào)傳輸?shù)挠绊懀�使其傳輸�(shù)酶�遠(yuǎn)，可以提高基站及天線的海拔高度[2]。因此，優(yōu)先考慮將海面覆蓋的基站建設(shè)在高山上，并且架設(shè)鐵塔，提升天線的掛高，以延伸無線信號(hào)的覆蓋距離。

　　(2)發(fā)射功率

　　提高基站的發(fā)射功率可以使下行信號(hào)的質(zhì)量及覆蓋范圍得到有效提升。影響基站實(shí)際發(fā)射功率的因素包括基站設(shè)備的發(fā)射功率、天線增益、饋線損耗[3]。因此，為提升基站發(fā)射功率，具體可采取以下措施：

　　◆采用高功率射頻單元，提高初始功率;

　　◆采用拉遠(yuǎn)設(shè)備，減少饋線使用，降低損耗;

　　◆采用高增益天線;

　　◆采用MIMO(Multiple Input Multiple Output，多輸入多輸出)技術(shù)。

　　(3)基站接收靈敏度[4]

　　提高基站的接收靈敏度可使基站具有更強(qiáng)地捕獲手機(jī)弱信號(hào)的能力。隨著傳輸距離的增加，手機(jī)上行信號(hào)變?nèi)酰�高靈敏度的基站仍可維持穩(wěn)定連接。

　　為提升基站的上行接收靈敏度，可以考慮在基站側(cè)安裝TMA(Tower Mounted Amplifier，塔頂放大器)改善上行鏈路的信號(hào)質(zhì)量[5]。

　　(4)TA(Time Advance，時(shí)間提前量)

　　海面覆蓋情況下，手機(jī)終端離基站距離過遠(yuǎn)，信號(hào)時(shí)延加大，可能導(dǎo)致不同時(shí)隙之間的信號(hào)重疊，因此必須設(shè)置更大的TA。

　　3 GSM-HI原理及特點(diǎn)

　　GSM-HI是一種寬帶化演進(jìn)技術(shù)，通過對(duì)原有GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級(jí)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的寬帶接入。GSM-HI組網(wǎng)架構(gòu)如圖1所示。

　　GSM-HI寬帶化演進(jìn)升級(jí)主要包含以下4個(gè)部分：

　　①核心網(wǎng)升級(jí)：對(duì)現(xiàn)有2G核心網(wǎng)進(jìn)行升級(jí)，使其同時(shí)支持2G/3G/4G，實(shí)現(xiàn)GSM-HI與TD-LTE共EPC;

　　②傳輸網(wǎng)升級(jí)：升級(jí)傳輸設(shè)備，以滿足PTN接入條件;

　　③無線網(wǎng)升級(jí)：對(duì)BBU側(cè)進(jìn)行升級(jí)，增加GSM-HI主控板及基帶板，滿足升級(jí)條件的RRU可以選擇重用，否則需要替換為可升級(jí)RRU;

　　④CPE終端：為實(shí)現(xiàn)寬帶信號(hào)接入，需要在用戶側(cè)加裝CPE終端。

　　GSM-HI的特點(diǎn)如下：

　　(1)GSM-HI空中接口與LTE相一致，遵循3GPP TS36標(biāo)準(zhǔn)，采用了OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復(fù)用)、MIMO、64QAM、AMC(Adaptive Modulation and Coding，自適應(yīng)調(diào)制編碼)等技術(shù)，具有頻譜效率高、帶寬擴(kuò)展性強(qiáng)、抗多徑衰落、頻域和時(shí)域調(diào)度靈活等特點(diǎn)，空中接口峰值速率可以實(shí)現(xiàn)35Mbps(5MHz帶寬)或者70Mbps(10MHz帶寬)，相比于EGPRS有了質(zhì)的飛躍。

　　(2)采用雙極化調(diào)制方式，共用現(xiàn)有基站側(cè)設(shè)備、天饋線系統(tǒng)及塔桅。現(xiàn)網(wǎng)通過擴(kuò)容部分板卡及軟件升級(jí)即可實(shí)現(xiàn)GSM-HI[6]。

　　4 GSM-HI海面覆蓋方案

　　4.1 頻譜規(guī)劃

　　首先，需要對(duì)現(xiàn)網(wǎng)進(jìn)行頻譜規(guī)劃，整理出5MHz空閑頻譜帶寬用于GSM-HI海面覆蓋，以減少對(duì)原GSM的頻率干擾。本方案選用GSM900上行904―909MHz、下行949―954MHz(上下行各5MHz)用于GSM-HI。為提升無線寬帶業(yè)務(wù)能力，也可根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)發(fā)展需求，選用上行899―909MHz、下行944―954MHz，形成10MHz的GSM-HI帶寬。

　　4.2 建設(shè)方案

　　通過現(xiàn)網(wǎng)GSM基站的寬帶化演進(jìn)升級(jí)，可以實(shí)現(xiàn)GSM和GSM-HI的雙模輸出，具體升級(jí)方案如下：

　　RRU設(shè)備為分布式、大功率RRU(100W/通道)，若原有GSM主設(shè)備由于版本較低不支持升級(jí)，則可替換為高級(jí)版本后再進(jìn)行寬帶化技術(shù)升級(jí);若原有GSM主設(shè)備為高級(jí)版本且支持寬帶化演進(jìn)技術(shù)升級(jí)，則可直接新增GSM-HI主控板及基帶板，并新增一對(duì)CPRI光纖即可，如有MIMO需求，可視原基站配置情況，增加射頻單元。

　　主設(shè)備升級(jí)示意圖如圖2所示。

　　天饋系統(tǒng)可以直接利舊，為了最大限度地?cái)U(kuò)大覆蓋范圍，選用高塔(建議60m以上)，同時(shí)增加天線掛高，并適當(dāng)調(diào)整天線下傾角。 　　對(duì)于傳輸設(shè)備，需要確保設(shè)備具備PTN傳輸條件，且有GE光口資源供GSM-HI使用。如果沒有足夠的GE光口資源，需要新增GE光板;如果現(xiàn)網(wǎng)為SDH或微波傳輸?shù)恼军c(diǎn)，需要將其改為PTN傳輸。傳輸帶寬的需求由空口帶寬來定，一般5MHz帶寬的站點(diǎn)需要配置50Mbps的傳輸帶寬，10MHz帶寬的站點(diǎn)需要配置100Mbps的傳輸帶寬[6]。

　　5 測(cè)試分析

　　某地區(qū)GSM-HI海面覆蓋試點(diǎn)情況如下：

　　(1)基站基本信息

　　GSM-HI海面覆蓋基站配置信息具體如表1所示。

　　基站采用21dB高增益天線，掛高60m，每小區(qū)配置2個(gè)RRU，雙拼實(shí)現(xiàn)MIMO。

　　(2)測(cè)試情況

　　GSM-HI海面覆蓋測(cè)試情況如表2所示，測(cè)試截圖如圖3所示。

　　圖3 GSM-HI海面覆蓋測(cè)試截圖

　　通過測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，上下行覆蓋距離基本保持一致，覆蓋距離可以達(dá)到33/34km。下行峰值吞吐率達(dá)到15.4Mbps(天線方向角和測(cè)試路線有約30°夾角，未測(cè)極好點(diǎn))，據(jù)測(cè)試報(bào)告顯示，在30km處為5Mbps。

　　在整個(gè)測(cè)試過程中，無論上下行，信號(hào)強(qiáng)度和數(shù)據(jù)吞吐量均隨著距離增加線性下降，信號(hào)變化幅度平穩(wěn)，無大面積波動(dòng)或突然脫網(wǎng)的情況出現(xiàn)。

　　6 結(jié)束語

　　基于GSM-HI的海面無線寬帶覆蓋方案是GSM-HI技術(shù)在海面無線覆蓋應(yīng)用上的創(chuàng)新，該方案利用GSM現(xiàn)網(wǎng)資源，實(shí)現(xiàn)低成本、高速率、遠(yuǎn)距離的海上無線寬帶業(yè)務(wù)，為海洋運(yùn)輸、海島生態(tài)旅游開發(fā)、海上漁業(yè)等提供了良好的信息化建設(shè)條件，對(duì)于海面無線覆蓋具有一定的參考意義和推廣價(jià)值。

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