FDD/TDD融合組網(wǎng)的城市覆蓋建設(shè)方案

張旭 文武

引言：針對LTE的覆蓋，本文根據(jù)實(shí)際工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分析了FDD與TDD融合組網(wǎng)和城市環(huán)境下存在的覆蓋問題。提出了一套完整的LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋規(guī)劃方案，并根據(jù)提出的覆蓋規(guī)劃方案，提出了一套某市LTE FDD與TDD融合組網(wǎng)的建設(shè)方案，使用Atoll仿真軟件進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。

The LTE coverage， this paper analyzes the coverage problem of FDD and TDD hybrid network and city environment exist according to actual engineering practice.Put forward a complete set of LTE network coverage planning scheme，and put forward a set of a LTE FDD and TDD hybrid network construction scheme， the simulation is carried out using the Atoll simulation software.

2013年底三家運(yùn)營商都已拉開了4G市場的序幕。中國移動采用TD-LTE覆蓋，而電信和聯(lián)通采用FDD/TDD融合組網(wǎng)的方式。顯然FDD/TDD融合組網(wǎng)是具有挑戰(zhàn)性的，最大的挑戰(zhàn)來源于國際上尚沒有CDMA網(wǎng)絡(luò)向TD-LTE網(wǎng)絡(luò)過渡的可參考的例子，這對于中國電信下一步網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)帶來不確定影響。因此，中國電信需要走出這業(yè)界的第一步，F(xiàn)DD/TDD融合組網(wǎng)方案的可行性直接影響著中國電信在4G時代的成敗。本文主要介紹了一種CDMA網(wǎng)絡(luò)向FDD/TDD融合組網(wǎng)演進(jìn)的城市廣覆蓋建設(shè)方案。

一、電信FDD與TDD融合組網(wǎng)所面臨的問題及解決方案

一個運(yùn)營商采取何種方式建設(shè)其4G網(wǎng)絡(luò)，不僅僅取決于技術(shù)方案的可行性，更多的還要從市場和工程實(shí)施角度來考慮。FDD與TDD屬于兩種不同的4G制式，他們之間存在著許多的異同點(diǎn)[1]，通過分析它們的區(qū)別來制定合理的融合組網(wǎng)方式是很重要的。

1.1互操作問題

FDD與TDD融合組網(wǎng)首先涉及到TDD/FDD的互操作及網(wǎng)絡(luò)重選問題，TDD/FDD與3G/2G的互操作問題等，互操作問題不僅僅涉及到網(wǎng)絡(luò)層面，也關(guān)系到終端層面。

網(wǎng)絡(luò)層面，TDD和FDD在同一平臺上具有可實(shí)現(xiàn)性。TD-LTE與FDD LTE在技術(shù)規(guī)范上存在非常大的共通性和統(tǒng)一性。TD-LTE與FDD LTE共享相同的二層和三層結(jié)構(gòu)，一層（物理層）差異主要表現(xiàn)在幀結(jié)構(gòu)。因此，TD-LTE與FDD LTE在系統(tǒng)側(cè)和終端側(cè)都能比較容易且低成本地實(shí)現(xiàn)對雙模的支持。TD-LTE與FDD LTE之間的互操作基本可視為系統(tǒng)內(nèi)互操作。

另一方面，在終端制造商方面，華為、中興、大唐、愛立信、諾基亞西門子、阿爾卡特朗訊等全球主要系統(tǒng)供應(yīng)商都推出了TDD/FDD的共平臺產(chǎn)品，TDD/FDD共芯片的產(chǎn)品也成為國內(nèi)外芯片廠家的共同研發(fā)方向，端到端產(chǎn)業(yè)已經(jīng)全面從技術(shù)上支持融合組網(wǎng)的發(fā)展。但支持TDD/CDMA以及TDD/WCDMA互操作的手機(jī)終端尚需商業(yè)應(yīng)用驗(yàn)證。TDD/CDMA以及TDD/WCDMA之間的互操作問題，在實(shí)踐上仍需經(jīng)受大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的考驗(yàn)。

1.2建網(wǎng)成本問題

從工程建設(shè)的角度來看，F(xiàn)DD/TDD融合組網(wǎng)的建設(shè)成本要遠(yuǎn)高于單模組網(wǎng)方式，研究表明，采用FDD/TDD融合組網(wǎng)，其建網(wǎng)成本要高30%左右。因此，如果采取FDD與TDD融合組網(wǎng)，在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的初期，從建設(shè)進(jìn)度以及建設(shè)成本的方向考慮，使用FDD/TDD建網(wǎng)確實(shí)會提高建網(wǎng)成本。

融合組網(wǎng)也有它的好處，大多數(shù)使用移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的用戶，下載多于上傳，這時，可以利用TDD網(wǎng)絡(luò)時隙靈活分配的特點(diǎn)，合理的分配上下行占比。這樣，運(yùn)營商可以最大限度的優(yōu)化自身頻譜資源。

1.3融合組網(wǎng)解決方案

因此，從FDD與TDD融合組網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn)和工程實(shí)施的角度考慮：

互操作方面：LTE與CDMA電路域沒有互操作關(guān)系，語音方案初期還是使用SVLTE方式，后期演進(jìn)VOLTE方式，分組域的互操作在業(yè)務(wù)在線時，采用非優(yōu)化切換方式保證LTE與eHRPD數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)連續(xù)，用戶待機(jī)時，終端收聽CDMA 基站下發(fā)的“OtherRATNeighborlist”消息，根據(jù)該消息對指定的LTE頻點(diǎn)進(jìn)行搜索。

業(yè)務(wù)方面；語音業(yè)務(wù)仍由原有的3G網(wǎng)絡(luò)承載，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)以FDD為承載主體，全面提供移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，TDD主要提供熱點(diǎn)地區(qū)的數(shù)據(jù)卡的無線數(shù)據(jù)接入業(yè)務(wù)。

總的來說，F(xiàn)DD應(yīng)突出網(wǎng)絡(luò)覆蓋，TDD應(yīng)突出網(wǎng)絡(luò)容量。FDD與TDD融合組網(wǎng)可以采用以FDD作為廣覆蓋，TDD做熱點(diǎn)地區(qū)的補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)對FDD的業(yè)務(wù)分流及負(fù)載均衡，這樣不僅可以充分發(fā)揮各自的技術(shù)優(yōu)勢也可以提高用戶感知。

二、城市環(huán)境下覆蓋的主要問題

2.1上下行鏈路不平衡問題

上下行鏈路不平衡問題[2]是普遍存在于城市無線移動網(wǎng)絡(luò)中的一種現(xiàn)象，有上行受限和下行受限兩種類型。在城市的復(fù)雜環(huán)境中大多數(shù)情況為上行受限引起，信號的路徑損耗很大，手機(jī)離基站較遠(yuǎn)、小區(qū)過覆蓋、地物遮擋這些原因?qū)е略谑謾C(jī)發(fā)射功率達(dá)到最大時，基站接收到的信號仍然很弱。上下行鏈路不平衡的覆蓋問題容易導(dǎo)致接入失敗、掉話等。

2.2同頻干擾問題

由于LTE組網(wǎng)在初期采用同頻組網(wǎng)，干擾主要是小區(qū)間的同頻干擾，LTE小區(qū)間的同頻干擾是一種“隨機(jī)窄帶干擾”，兩個相鄰小區(qū)傳輸?shù)腞B是隨機(jī)分布的，因此在小區(qū)邊緣會形成隨機(jī)碰撞、隨機(jī)干擾，不過，只有發(fā)生碰撞的RB才會存在同頻干擾，其它RB不受影響?；贠FDMA的LTE系統(tǒng)通過自然的干擾隨機(jī)化，具有一定的同頻組網(wǎng)能力，但是隨著網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的增加，抗負(fù)載能力會越來越弱，這也是所有蜂窩系統(tǒng)普遍存在的問題。

2.3站址資源問題

在全球移動運(yùn)營商的LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，LTE選址困難已經(jīng)成為共同難題。由于新建站址需要面臨尋找合適的站址，與業(yè)主進(jìn)行談判、資金、合同等一系列的問題，城市環(huán)境下的基站分布密度又非常大，所以站址資源問題是實(shí)際工程實(shí)施的一個不可忽視的難點(diǎn)。如何利用舊站址（如同2G/3G共站址、小靈通站址的利舊升級）是LTE建網(wǎng)的關(guān)鍵。

三、城市覆蓋建設(shè)方案

一個網(wǎng)絡(luò)前期建網(wǎng)時網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃做的好壞與否對后期網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的影響很大，建網(wǎng)初期，覆蓋是主要問題，重點(diǎn)在與提升網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍及覆蓋水平。LTE建網(wǎng)的前期主要考慮是城市的廣覆蓋，室分覆蓋在后期逐漸增加。因此做好前期城市的廣覆蓋對LTE網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展起著至關(guān)重要的意義。

一般LTE的覆蓋流程[3]與傳統(tǒng)2G/3G的差別不大：

表 3-1 覆蓋規(guī)劃流程

3.2業(yè)務(wù)預(yù)測

在無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的前期，通過對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的處理可以得到現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際發(fā)展情況，并通過業(yè)務(wù)預(yù)測所規(guī)劃的業(yè)務(wù)在規(guī)劃期內(nèi)的發(fā)展量。這是規(guī)劃的基礎(chǔ)，任何方面的規(guī)劃都是需要滿足業(yè)務(wù)發(fā)展需求的。

LTE時代的業(yè)務(wù)主要是：高清視頻業(yè)務(wù)、高清視頻通話、高清視頻監(jiān)控、高速上網(wǎng)業(yè)務(wù)。同頻組網(wǎng)、20MHz帶寬的情況下邊緣速率應(yīng)達(dá)到：上行4Mbps，下行256Kbps。

3.2鏈路預(yù)算

鏈路預(yù)算仍是評估LTE無線通信系統(tǒng)覆蓋能力的主要方法，通過鏈路預(yù)算，可以估算出各種環(huán)境下的最大允許路徑損耗，選取合適的傳播模型，從而估算出小區(qū)半徑，并規(guī)劃出需要的覆蓋站數(shù)。在進(jìn)行鏈路預(yù)算分析時，需確定一系列參數(shù)[4]，F(xiàn)DD鏈路預(yù)算結(jié)果如下表：

其中：

最大路徑損耗=最大發(fā)射功率+增益-損耗-余量-接收機(jī)靈敏度

結(jié)合傳播模型，得出小區(qū)半徑，建議各區(qū)域小區(qū)覆蓋半徑如下：

密集市區(qū)：0.3～0.5km；

一般市區(qū)：0.5～0.8km；

郊區(qū)：0.8～1.3km。

3.3站址規(guī)劃

站址規(guī)劃階段主要從兩個方面來進(jìn)行，由于LTE前期只考慮數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，所以首先需要根據(jù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量的密度分布來確定覆蓋的重點(diǎn)區(qū)域，其次再結(jié)合鏈路預(yù)算得出的小區(qū)半徑進(jìn)行站點(diǎn)的規(guī)劃。

（1）覆蓋區(qū)域

用戶群：由于LTE以高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主，所以主要考慮數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求量大的用戶群如：

大中專學(xué)生——學(xué)校

年輕人——商業(yè)街（星巴克、KFC、咖啡館）

高端用戶（商務(wù)人士、城市白領(lǐng)）——寫字樓、星級酒店、知名餐廳

2、高數(shù)據(jù)區(qū)域：原C網(wǎng)/W網(wǎng)/T網(wǎng)高數(shù)據(jù)流量區(qū)域。

輸出：覆蓋區(qū)域

（2）站址分布

1、站間距要求：600m；

2、連續(xù)覆蓋要求；

3、考慮建設(shè)成本、站址獲取等因素，優(yōu)先利舊現(xiàn)網(wǎng)站；考慮站間距和連續(xù)覆蓋的要求，對部分區(qū)域需新增站點(diǎn)。

輸出：站點(diǎn)分布

TDD與FDD融合組網(wǎng)的情況下，需要建設(shè)兩張并行的網(wǎng)絡(luò)，考慮各自的特點(diǎn)和技術(shù)，在站點(diǎn)布放時建議以FDD作為廣覆蓋，TDD做熱點(diǎn)地區(qū)的補(bǔ)充覆蓋。綜合考慮原有網(wǎng)絡(luò)的站址資源來進(jìn)行站址規(guī)劃。

四、案例分析

根據(jù)本文提出的覆蓋規(guī)劃方法和作為參考，針對某地電信FDD/TDD融合組網(wǎng)商用網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)進(jìn)行覆蓋規(guī)劃和仿真驗(yàn)證。

4.1基本情況及覆蓋目標(biāo)

位于省境東部，游河谷盆地?？偯娣e7665平方千米，其中市轄區(qū)面積350平方千米?？?cè)丝?12.73萬人，城鎮(zhèn)化率為59.59%。現(xiàn)需要進(jìn)行FDD/TDD融合組網(wǎng)，覆蓋目標(biāo)如下：

實(shí)現(xiàn)主城區(qū)覆蓋面積比例達(dá)到95%以上（公共參考信號接收功率（RSRP）≥-100dBm）。

覆蓋要求在覆蓋區(qū)域95%或以上的面積，上行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)速率大于256kbps，下行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)速率大于4Mbps（單用戶滿RB資源）。

4.2站址分布結(jié)果

參照鏈路預(yù)算的結(jié)果在地圖上點(diǎn)出規(guī)劃站點(diǎn)，整個網(wǎng)絡(luò)TDD-LTE無線網(wǎng)共計(jì)建設(shè)81個室外站，236個扇區(qū)，具體建設(shè)情況見下圖：

圖 4-1TDD規(guī)劃站點(diǎn)分布圖

FDD-LTE無線網(wǎng)共計(jì)建設(shè)414個室外站，1248個扇區(qū)，具體建設(shè)情況見下圖：

圖 4-2FDD規(guī)劃站點(diǎn)分布圖

4.3規(guī)劃仿真結(jié)果

基本仿真參數(shù)如下表：

經(jīng)過仿真得到的RSRP分布效果如圖：

圖 4-3RSRP仿真效果圖

仿真效果如下表：

通過仿真可以看出，此網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案滿足目標(biāo)要求。

五、結(jié)束語

本文主要根據(jù)目前的LTE商用的發(fā)展趨勢，圍繞著LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中的覆蓋規(guī)劃進(jìn)行研究分析，主要分為業(yè)務(wù)預(yù)測、鏈路預(yù)算、站址規(guī)劃幾個個部分。并且根據(jù)實(shí)際的工程，提出了一種TDD與FDD融合組網(wǎng)的規(guī)劃方案，結(jié)合某市電信FDD/TDD混合組網(wǎng)工程，運(yùn)用本文的規(guī)劃方法進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果證明運(yùn)用這種方案做出的覆蓋規(guī)劃能夠較好的達(dá)到覆蓋目標(biāo)要求。以上為本文的主要內(nèi)容，希望能夠?yàn)閷?shí)際工程中的LTE覆蓋規(guī)劃起到指導(dǎo)和借鑒意義。

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（作者單位：1.重慶郵電大學(xué)通信新技術(shù)應(yīng)用研究中心；2.重慶信科設(shè)計(jì)有限公司）