2G/3G网络精简及演进研究

溯溪而上

转自 相光辉 等 邮电设计技术

摘要：

深入洞察2G/3G网络现状，综合考虑用户感知、网络投资、成本收益、新技术引入、演进方向等因素，系统性提出了2G/3G混合简网方案，预期通过2~3年时间，完成2G网络退网及3G网络SDR化，逐步打造一张用户感知好、网络效能高、运营成本低、网络技术先进的轻量化语音打底网。该方案充分利用了LTE 900及5G部署的契机，在不增加新的设备投资情况下，通过开通App功能完善精简现有2G/3G网络，顺应移动语音向VoLTE演进的趋势，方案具备可操作性、创新性及前瞻性。

01

概述

2G/3G网络规模大，结构复杂，组网特色鲜明，区域间差异较大，当前2G/3G网络主要面临如下问题。

a) 2G退网迫在眉睫，应如何精简直至平稳退网，退网节奏如何把控。

b) 3G网络仍有较长生命期，在2G退网背景下应如何实现低成本完善。

c) VoLTE业务将逐步替代2G/3G语音[1]，在此形势下2G/3G语音网应如何演进到一张高效低成本的轻薄网络。

d) 不同本地网2G/3G结构差异较大，应如何因地制宜进行网络精简，实现TCO全生命周期最优。

本文统筹考虑以上问题，结合不同地域特点，提出了最佳的网络精简策略，对方案的可行性及经济效益进行了全面分析，以最小投入实现简网绿网的目标。

02

2G/3G网络精简的意义

2.1  成本效益分析

以某省联通为例， 2016年完成了2G网络的SDR化改造， 2019年，全省移动网运营成本约14.55亿元，其中2G网络约0.57亿元，仅从效益角度考虑2G退网并不划算。

3G网络年运营成本保守测算约1.92亿元（3G/4G共址站塔租按4G计算），考虑到传统语音业务逐步萎缩，3G运营成本已成为运营商沉重负担，后续需考虑利用新技术替换3G硬件设备以节省电费支出。

表1给出了某省联通2019年度各网络运营成本测算。

表1  2019年度各网络运营成本测算（万元）

2.2  战略意义分析

2G/3G网络精简是中国联通落实国家供给侧改革要求，由粗放型发展向绿色发展转型的重要举措，是调结构实现企业高质量发展的重要保障，从战略眼光来看，2G/3G网络精简近期的主要方向是实现2G退网，一段时间内还需保留3G这张打底网。坚决推进2G退网的战略考虑如下。

a) 2G退网是中国联通既定战略，应按全国一盘棋的思路坚决推进2G退网。

b) 移动网最大特点是移动性，具有全程全网的特点，仅某个区域保留2G网络对漫入用户的感知将造成重大负面影响[2]。

c) 多张语音网并存使网络维护、优化无法做到全部兼顾，反而导致语音感知下降。

d) 2G退网后可以腾退频率、功率资源增强4G网络[3]，提升数据业务感知。

e) 2G用户签转后ARPU值有小幅提升，一定程度上弥补了2G退网对收入的影响，甚至实现收入增长。

从战略角度考虑，应坚定推进2G退网，而非腾退3G，保持战略定力，把控好实施节奏，依据地域特点精准推进。

2.3  用户感知分析

3G网络相比2G网络有着明显的技术和感知优势，主要体现在如下几方面。

a) 从语音质量来看，WCDMA网络语音MOS值较GSM网络高0.4~0.5[4]，语音通话更清晰。

b) 从数据质量来看，WCDMA网络下行速率可达21.6Mbps[5]，而GSM网络最高数据速率仅384kbps，速率优势明显。

c) 从网络容量来看，WCDMA采用码分多址技术，相比GSM时分多址技术容量提升5倍以上[6]。

d) 从漫游情况来看，WCDMA为国际上部署最广的3G通信制式，具有良好的漫游特性，国外众多运营商已关闭2G网络，2G难以支撑国际漫游用户。

e) 从技术角度来看，WCDMA网络在功率控制、切换及移动性、网络自适应等方面均具备技术优势[7]。

f) 从4G语音感知来看，4G网络CSFB重定向至WCDMA网络的时延较2G网络缩短4s左右[8]。

从用户感知角度考虑，2G/3G精简的思路应该是坚定推进2G退网。

2.4  小结

从成本效益分析3G退网相比2G退网收益更显著，但从战略意义及用户感知分析，应该坚定推进2G退网保留3G网络，综合以上多方因素，中国联通应该进行2G/3G混合简网，即2G退网+3G SDR化精简，即可满足战略发展需要，又能提升用户感知，同时还能实现网络运营成本降低。

03

2G/3G精简方案可行性研究

2G/3G混合简网包含2层含义，一是2G逐步退网，二是3G SDR化改造，以下分别对2G退网及3G SDR化改造的方案可行性进行论述。

3.1  2G退网可行性分析

2G网络除为2G用户服务外，在3G覆盖不完善区域还承担着3G/4G用户语音业务[9]，2G退网受2G用户结构、2G业务占比、3G网络完善程度等因素制约。

3.1.1   用户结构分析

以某省联通2019年底数据为例，2G登网用户占比14.9%，终端用户占比11.7%，业务量占比22%，终端用户收入占比4.1%，从整网情况来看，2G业务体量仍然较大，还不具备整体退网条件，需分区域、分场景推进。

图1给出了某省联通2G用户、终端、话务、收入情况。

图1 2G用户、终端、话务、收入情况

3.1.2  分场景业务量分析

以某省联通为例，城区场景2G话务量占比15.7%，2G话务主要分布在室分场景，具备2G退网条件；农村场景2G话务占比31.7%，除少数地区外2G话务占比仍较高，近期2G退网难度较大（见图2）。

图2 不同区域/场景2G业务量占比

3.1.3  3G网络完善程度分析

以某省联通为例，其3G网络在城区室分场景及部分农村区域还未实现连续覆盖，全省城区3G宏站数量是2G的1.1倍，3G覆盖优于2G；全省城区室分场景语音仅由2G承载的楼宇占比41.7%， 3G基站缺口6567个；全省农村区域语音由单2G承载的基站占比33.4%，3G基站缺口9009个。少数地市3G基站缺口较少，近期网络侧具备2G退网条件，其余地市2G退网需进行较大规模网络调整（见图3）。

图3 不同区域/场景3G基站缺口情况

3.1.4  小结

从以上2G用户结构、2G业务情况、3G网络完善程度分析可知，目前尚不具备2G整体退网的条件，2G退网的最佳路线是以时间换空间，根据各本地网实际情况分批次分步骤逐步实现2G退网。

3.2  3G SDR化改造可行性分析

目前3G网络仍然为独立的硬件平台，每年电费支出巨大，当前可通过L900开通UL900双模进行U2100设备替换[10]，未来5G NR2100部署后也可通过SDR方式替换U2100设备。本文仅对UL900替换U2100方案进行研究。

3.2.1  UL900替换U2100技术可行性分析

UL900替换U2100主要考虑终端支撑度、网络质量、网络容量、网络干扰4个方面的因素，以下以某省联通为例进行具体分析。

a)  终端支撑度。某省联通出账用户中，U900终端支撑率高于U2100及L900，终端支撑度不是决定网络制式的限制因素（见图4）。

图4  某省联通终端制式分布

b)  语音质量。不同区域UL900替换U2100验证表明，替换后后语音质量有一定提升，用户感知良好（见图5）。

图5  U900替换U2100语音质量对比

c)  语音容量。U900单载波小区在满足质量要求前提下可承载约45个语音用户[11]，按话务模型测算，市区UL900语音容量满足度157%，县城190%，UL900满足高业务量场景的容量需求，考虑到VoLTE逐步成熟，UL900容量余量越来越大（见图6）。

图6  U900替换U2100语音容量测算

d)  干扰问题。L900干扰问题是制约其效能发挥的重要因素，L900市区底噪较L1800高3.7 dB，县城高1.8 dB，农村高0.6 dB（见图7），U900主要承载语音业务，对干扰的容忍程度低于数据业务，市区是否部署UL900应结合本地干扰情况而定，县城和农村场景高干扰小区较少，且分布分散，对UL900部署影响有限。

图7  L900不同场景上行干扰情况

e)  UL900替换U2100技术可行性总结。U900终端支撑率高，语音质  量较U2100有提升，语音容量能满足业务需求，因此开通UL900双模在技术上可行。个别地市市区场景因900 MHz低频干扰较大，当前暂不建议开通UL900双模。

3.2.2  UL900替换U2100经济可行性分析

L900加载U900功能，替换同区域内U2100基站，可降低设备能耗、维护成本及铁塔租金，同时节约纤芯资源，为后续5G开通创造条件。

a) UL900替换U2100效益分析。依据现网情况对UL900替换U2100综合效益进行测算，测算结果表明不同条件下普遍在2年内收回投资。现网UL900替换U2100 通常按1：1.2的比例进行，保守测算2年内即可产生明显的经济效益（见表2）。

表2  UL900替换U2100单站效益测算

说明：节省的人、车维护成本，BBU集中腾退机房后节省的铁塔租金不计入。

b) UL900替换U2100经济可行性总结。L900加载UL900双模功能替换U2100硬件设备，在2年内即可产生经济效益，考虑到当前VoLTE成熟度[12]，3G网络仍有较长生命期，从经济效益来看可行。除经济效益外，UL900部署还有以下3个方面的收益。

（a）UL900在偏远山区可以腾退低业务量的L1800基站，用于其它区域补强。

（b）UL900替换后可增强语音覆盖，解决共享中国电信基站后语音托底网问题，促进中国电信和中国联通共建共享。

（c）开通UL900功能可以实现语音数据同厂商部署，简化网络结构，对后期网络运营非常有利。

04

  2G/3G精简方案及效益测算

4.1  2G/3G语音网精简方案

4.1.1  2G退网策略

2G退网按“由点及面”原则实行，先点状退网，条件成熟再连片退网。综合考虑市场影响及3G完善程度，分步推进。

4.1.2  3G简网策略

3G网络精简分2个维度进行：3G网络进行SDR化改造，部分区域临时关停U2100设备省电。

3G网络SDR化：近期可开通UL900双模替换U2100硬件，远期NR2100部署后，可通过5G反开3G替换U2100硬件。

U2100设备关停：3G覆盖严重不足的农村区域U2100暂时下电，但设备不拆除，短期内语音由2G进行承载，重点场景3G网络应予以保留。

4.1.3  2020年度语音网精简结果

以某省联通为例，结合2020年度L900工程部署，按以上策略进行2G/3G网络精简，将大幅降低网络重叠覆盖度，分区域形成清晰的语音组网结构（见图8）。

a) 2G语音打底区域。语音由2G打底，U2100仅在重点场景保留。

b)  3G语音打底区域。语音由3G打底，强力推进2G退网。

c) 2G/3G混合组网区域。2G网络保持连续覆盖，3G网络作为补充，视业务量可酌情腾退部分U2100设备，仅保留重点场景的3G网络。

图8  某省联通2020年度语音网精简方案

4.2  2G/3G语音网后期演进建议

从中远期来看，2G会逐步实现退网，3G需通过UL900或3G/5G SDR进行整合，完成打造一张轻量级语音网的目标（见图9）。

a)  语音网向UL900方向演进。

b)  语音网由3G/5G SDR进行整合。考虑到NR2100部署区域主要在农村及部分室分站点[13]，仅这些区域适宜通过3/5G SDR的方式进行整合，但目前仍有诸多不确定性[14][15]。

（a）自2021年开始部分室分场点开始进行NR2100部署，可同步替换同址U2100设备。

（b）2022年度农村将开始大规模NR2100部署，前期未通过UL900整合的区域适合进行U2100替换。

图9 语音网中远期演进策略

4.3  2020年度2G/3G精简效益测算

以某省联通为例，依据以上2G/3G精简策略及实施步骤，2020年度全省可退网2G小区2.2万余个，退网3G载扇3.4万余个，按可节约6个月电费计算，全省2020年度仅电费可节省2236.3万元，2G/3G简网效果明显（见表3）。

表3  2020年度2G/3G语音网精简效益测算

说明：2G按单RRU节约成本400元/年计算，3G按单RRU节约成本1050元/年计算。

05

结束语

本文针对2G/3G网络混合简网的意义、可行性、举措步骤及成本收益进行了详细分析，得出如下结论。

a) 2G退网应以终为始坚决推进，合理把控实施节奏，用3年左右时间完成2G退网。

b) L900加载UL双模替换U2100硬件平台投资收益明显，在900 MHz已基本连续覆盖区域，适宜通过少量投入撬动存量U2100设备整合，逐步实现3G网络SDR化。

c) VoLTE业务将逐步替代现有2G/3G语音业务，2G/3G语音网应按规划的演进路线，分步骤实现2G退网及3G SDR化改造，最终演进为一张纯App化的低成本打底网。

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