UMTS900农村场景的建网分析

1　概述

移动通信的大多数技术进步都是由设备制造商推动的，但是UMTS900却是由运营商首先提出的。运营商提出将UMTS扩展到800MHz－900MHz频段的原因，包括三个方面：

(1)低频段的电磁波能够提供更广的覆盖，因而能大大节省在边远农村地区的建网成本。根据瑞典HI3G的估计，由于瑞典地广人稀，覆盖偏远地区10％人口所需的投资，与覆盖其它90％人口所需的投资大致相同。在链路预算结果相同的情况下，UMTS900的小区半径为UMTS2100的两倍，因此站点可以减少75％，从而节省大量的投资。这是UMTS运营商对UMTS850／900甚至更低频段感兴趣的主要原因。

(2)在城区，UMTS900能提供更好的室内覆盖，这是因为低频段电磁波的综合穿透损耗要略小一些。

(3)UMTS核心频段的频谱资源已经不能满足容量需求，因此需要寻找额外的频谱资源，UMTS900是个很好的选择。目前900M频段主要用于2G的GSM系统，运营商可以退出GSM并把其频点用于UMTS，从而节省大量的投资。

UMTS900并非什么新技术，与已经成熟的UMTS2100相比，只是工作频率有所改变。对于终端来说，支持UMTS900只需要在现有的设计上对射频部分加以改变。因此，在大规模商用的情况下，终端的成本不会由于支持UMTS900而增加很多。

2　UMTS性能及应用场景

2.1　覆盖能力分析

根据无线电波传播理论，在自由空间中传播损耗和频率的平方成正比，UMTS改制到GSM900频段可以减少空间传播损耗，提升基站的有效覆盖能力，并且在现有的UMTS覆盖区域内与UMTS2100相比还可改善室内覆盖。

UMTS2100~UMTS900因频段引起的传播损耗差异约为33dB，WCDMA改制到900MHz相对于现有频段可节约站址资源75％，可使得建网成本大大降低。

2.2　多频段应用场景

根据来自市场的信息，UMTS850／900、UMTS2100多频段主要应用于三种无线场景，即农村广覆盖、城区连续覆盖和室内覆盖。

(1)农村广覆盖场景

如上所述，由于低频段具有良好的传播特性，农村广覆盖是900MHz频段被运用于UMTS的主要场景。由于农村和郊区的话务量较少，通常情况下UMTS900的一个频点已经可以满足容量要求，因此基本不存在建立连续覆盖双频网络的需求。仅在部分热点，比如风景区、城镇中心等，在话务增加到一定程度、UMTS900不能满足需求时，需要增加UMTS2100频段建立双频网。

(2)城区场景

在城区场景中，可以使用UMTS900和UMTS2100单频网络覆盖，也可以建设双频网覆盖。将低频段应用于城区场景中，主要目的有两个：1)增加热点地区或者全网的容量；2)增强盲区覆盖。

(3)室内覆盖场景

由于低频段具有良好的传播特性，尤其是良好的室内穿透能力，使用低频段组网可以明显增强室内覆盖，增加室内网络容量。

2.3　多频段组网覆盖特性

多频段组网的场景根据不同频段的网络层次的应用。大致分为：

(1)UMTS2100城区覆盖，UMTS900网络作郊区广覆盖；

(2)UMTS2100城区覆盖，UMTS900网络作城区的补盲覆盖；

(3)在已有网络的基础上，由于同频段频点资源有限，使用异频段进行扩容。

不同频率的电磁波在传输过程中，路径损耗、慢衰落、室内穿透、快衰落、多普勒扩展等均有差别，同时天线增益、馈线损耗等方面也存在差异，这些差异导致了不同频率系统之间的容量、覆盖差异。

从前面的分析看，UMTS900主要用于解决广覆盖和室内分布，UMTS2100t要用于解决全网的容量，因此二者的组网策略，包括负载水平、小区半径、业务承载策略等都不相同。这些因素均会影响到网络容量，因此很难对UMTS900和UMTS2100的单小区容量进行对比。由于频段的差异对基站的解调性能影响很小，因此单纯从链路角度看，频段差异对容量的影响并不大。

2.4　多频段组网策略

(1)初期发展阶段

在初期发展阶段，网络容量充裕，低频段网络的引入主要用于郊区、农村的广覆盖，减少建站投资。另外对于城区已有的UMTS2100网络，可利用UMTS850／900网络对部分区域进行补盲覆盖，以增强覆盖性能。

(2)中后期发展阶段

中后期发展阶段，农村地区的中心城镇等相对热点地区容量需求增加，在原UMTS850／900网络上添加UMTS2100扩容小区，组成分层网结构。

城区UMTS话务增加，包括逐渐吸收原有的GSM用户。对于原有频段网络，已无扩容可用的同频段频点资源，因此需要使用异频段网络进行扩容。

小结：尽管在相同链路预算情况下，UMTS900的小区覆盖面积约为UMTS2100小区的4倍；但UMTS900站点少，容量小于UMTS2100。为了节省投资，推荐UMTS900与UMTS2100分区域建设。

3　UMTS900系统农村场景的应用

3.1　UMTS900农村场景的引入策略

针对农村广覆盖的场景，引入多频段UMTS系统，在达到覆盖要求、为农村地区提供3G业务的同时，能够大大节省运营商的投资。具体分两个阶段进行：

(1)在项目初期，通过建设UMTS900进行农村区域的连续覆盖。在农村及郊区引入UMTS900，比UMTS2100少用较多站点，同时可利用GSM900剩余频点；

(2)在业务发展起来后，针对部分地区用户较多、容量受限的场景，引入UMTS21D0系统进行扩容。

3.2　UMTS900农村场景组网方式

为了满足城区的容量需求和农村地区的连续覆盖，在城区建设UMTS2100连续覆盖网络，在郊区和农村建设UMTS900广覆盖网络。建网示意图见

此建网形态的初期成本会比单频组网略高，但可以快速满足城区的容量需求及郊区的覆盖需求。

4　联通应用UMTS900存在的问题及解决方案

4.1　WCDMA占用频段宽度分析

目前联通GSM900系统共有2.6MHz频段，可用频点29个。考虑到两系统同频段共存的窄带阻断要求，两系统之间的载波间隔至少是2.8MHz。因此使用1个WCDMA频点后，剩余可分配给GSM系统的频点只剩下29-25-1=3个(预留1个GSM和WCDMA之间的保护频点)。根据地图着色原理，要满足主覆盖区域地理上邻接的扇区不存在邻频的情况，最少需要4个频点；而按照蜂窝网络结构，则平均最少需要7个频点才能保证相邻扇区不存在同频的情况。可见以目前联通的900M频段资源，不能满足同时部署GSM和WCDMA的要求，而只能单独部署900MWCDMA。

通过对现有GSM系统频率复用方式进行分析可知，在现有900MHz频率资源限制下，GSM和WCDMA在900M共存时，考虑到正常通信对无线信号质量的要求；GSM不能实现连续覆盖，但是有可能采用插花的方式进行局部不连续的覆盖。

4.2　解决方案

根据以上分析，可知将WCDMA系统改制到900MHz进行部署可大大节约3G建网成本；可是考虑到联通现有900MHz频率资源非常有限，将对原有GSM900系统的频率复用造成严重限制。建议采用以下几种解决方案：

(1)方案一：维持现有GSM900系统不变，重新申请5MHz的900MHz频段，用于郊区和农村广大地区的覆盖。

优势：大为降低建网成本，要达到相同的覆盖性能，站点可明显减少。

缺点：新的频率资源的申请时间不可控，方案有可能落空。

(2)方案二：WCDMA和GSM共用现有的6MHz带宽。

需对现有GSM900系统中2／3以上的基站进行替换，换成DCS1800基站。考虑到郊区和农村的基站一部分已近使用年限，因此可考虑直接替换成DCS1800的设备。并且剩余1／3的GSM900基站也需要配置为S111。

优点：可充分利用900MHz的剩余频点完善网络覆盖和容量。

缺点：1)GSM900和DCSI800插花覆盖，双频网频间切换多，系统切换性能可能存在问题。2)需要替换2／3的设备，改造工程量大，实际困难会很多；并且由于DCS1800的覆盖性能较900M有一定差距，替换之后不一定能实现很好的覆盖效果，需核算现有GSM系统的覆盖余量；对于替换后会出现覆盖空洞的有效区域，需考虑新增基站补充覆盖。

(3)方案三：WCDMA占用GSM900频点，GSM覆盖区整体替换成DCS1800设备。

优点：便于GSM网络覆盖的整体规划。

缺点：替换工作量相对方案二加大，并且加站的数量也可能增大。