TD-LTE F/D頻段的協(xié)同組網(wǎng)理論研究

韓玉琪，容靜寶

（1.廣東郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東廣州510630；2.中睿通信規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，廣東廣州510630）

TD-LTE F/D頻段的協(xié)同組網(wǎng)理論研究

韓玉琪1，容靜寶2

（1.廣東郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東廣州510630；2.中睿通信規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，廣東廣州510630）

在這個(gè)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)不斷進(jìn)步的時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)性能直接影響著用戶的體驗(yàn)，而網(wǎng)絡(luò)性能的好壞在很大程度上取決于頻譜效率和帶寬。為了更好地優(yōu)化LTE的網(wǎng)絡(luò)性能，對(duì)頻譜的部署研究就顯得格外重要了。當(dāng)下，F(xiàn)頻段和D頻段為常用的TD-LTE頻譜，分別部署所帶來(lái)的效果早已滿足不了用戶的需求。通過(guò)從不同方面對(duì)比F頻段和D頻段的優(yōu)劣勢(shì)，并基于各自的優(yōu)勢(shì)介紹TD-LTE的F頻段與D頻段協(xié)同組網(wǎng)的理論方案，分析在實(shí)際建網(wǎng)中存在的挑戰(zhàn)并提出解決方法。

TD-LTE；F頻段；D頻段；協(xié)同組網(wǎng)

中國(guó)移動(dòng)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的2個(gè)頻段為F頻段和D頻段。其中，F(xiàn)頻段的范圍為1 880～1 900 MHz，而D頻段的范圍為2 570～2 620 MHz，這2個(gè)頻段各有優(yōu)劣。因此，從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度考慮，F(xiàn)頻段和D頻段的協(xié)同組網(wǎng)能更好地優(yōu)化LTE網(wǎng)絡(luò)性能，兩者可以互補(bǔ)，F(xiàn)頻段能保證覆蓋的范圍，而D頻段則保證了F頻段頻譜資源的拓展。從兩者的不同方面進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而分析其協(xié)同組網(wǎng)方案以及在實(shí)際建網(wǎng)中出現(xiàn)的問(wèn)題。

1 國(guó)內(nèi)TD-LTE資源分配背景

LTE技術(shù)已經(jīng)成為全球運(yùn)營(yíng)商選擇的主流技術(shù)，而TD-LTE作為L(zhǎng)TE技術(shù)的一個(gè)重要組成部分，不僅受到中國(guó)市場(chǎng)的關(guān)注，同樣地，國(guó)外運(yùn)營(yíng)商及設(shè)備商也百般青睞。

中國(guó)政府宣布將2.6 GHz頻段（2 500～2 690 MHz）的190 MHz頻譜資源用于TDD當(dāng)中，而3大運(yùn)營(yíng)商獲得的TD-LTE頻段分別為：中國(guó)移動(dòng)F頻段1 880～1 900 MHz，E頻段2 320～2 370 MHz，D頻段2 575～2 635 MHz；中國(guó)聯(lián)通2 300～2 320 MHz，2 555～2 575 MHz；中國(guó)電信2 370～2 390 MHz和2 635～2 655 MHz。按目前的頻譜資源分配來(lái)看，D頻段有190M、E頻段50M、F頻段僅40M，而且F頻段已規(guī)劃的資源除了被小靈通占用20M資源以外，還會(huì)帶來(lái)不小的干擾。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，只有D頻段的頻譜資源較充足，主要用于主城區(qū)和宏基站覆蓋，E頻段主要用于分布系統(tǒng)，F(xiàn)頻段主要用于室外覆蓋，包括農(nóng)村廣覆蓋的建設(shè)。

2 D頻段和F頻段的對(duì)比分析

2.1 覆蓋性能

由于各地人口分布不均，因而在主城區(qū)這樣人口密集、產(chǎn)生高流量的移動(dòng)寬帶客戶的地方會(huì)建設(shè)較多站點(diǎn)，其站點(diǎn)間平均距離均小于500 m。中國(guó)移動(dòng)在不同城市的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，在幾百米的站間距范圍內(nèi)，D頻段網(wǎng)絡(luò)可以完全達(dá)到熱點(diǎn)區(qū)域中的覆蓋需求，這與F頻段網(wǎng)絡(luò)所帶來(lái)的覆蓋效果一樣。但就農(nóng)村等區(qū)域較廣闊、業(yè)務(wù)量較低的環(huán)境來(lái)說(shuō)，F(xiàn)頻段具有傳播穿透的優(yōu)勢(shì)，覆蓋性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了D頻段，測(cè)試數(shù)據(jù)反映2個(gè)頻段的覆蓋性能相差8～12 dB。由此可得，F(xiàn)頻段在廣闊區(qū)域的覆蓋性能較有優(yōu)勢(shì)，但是就處于同一片熱點(diǎn)區(qū)域來(lái)看，D頻段和F頻段的覆蓋效果卻是一致的。

2.2 用戶體驗(yàn)

不管是各種外部因素的干擾，還是移動(dòng)負(fù)載的變化等，均會(huì)影響信噪比，進(jìn)而降低吞吐率和用戶體驗(yàn)。諸如大型體育館、演唱會(huì)現(xiàn)場(chǎng)此類場(chǎng)景，中國(guó)移動(dòng)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)采用D頻段建設(shè)，但其地方寬闊、客流量大，D頻段網(wǎng)絡(luò)不能解決深度覆蓋的問(wèn)題，倘若短時(shí)間內(nèi)大批用戶同時(shí)發(fā)送圖片或者上傳現(xiàn)場(chǎng)視頻，會(huì)大大降低用戶體驗(yàn)，甚至從4G網(wǎng)絡(luò)退至3G網(wǎng)絡(luò)。F頻段能夠提供連續(xù)覆蓋，若在D頻段的基礎(chǔ)上建設(shè)F頻段網(wǎng)絡(luò)，便能解決人流密集區(qū)域的深度覆蓋問(wèn)題。愛(ài)立信在廣州蘿崗區(qū)的實(shí)測(cè)結(jié)果顯示，同等測(cè)試條件下，D頻段和F頻段的下行速率均在50～60 Mbps，可見(jiàn)差異并不大；反而，從上行速率來(lái)看，D頻段的20 Mbps已經(jīng)是F頻段10 Mbps的2倍。由此可得，更適合的建網(wǎng)方案只能是D頻段和F頻段協(xié)同組網(wǎng)?？梢?jiàn)，D頻段與F頻段協(xié)同組網(wǎng)可以起到互補(bǔ)的作用，具有一定的潛在價(jià)值。

2.3 頻率干擾

F頻段頻率周圍干擾源較多，有GSM系統(tǒng)中由于非線性負(fù)載所致的干擾，有TD-SCDMA等系統(tǒng)所引起的阻塞干擾等，若從密集城區(qū)的角度來(lái)看，F(xiàn)頻段會(huì)造成較嚴(yán)重的干擾；恰恰相反，D頻段頻率資源豐富且周圍的頻率沒(méi)有被任何系統(tǒng)所使用，基本沒(méi)有太多干擾，再加上其本身就擁有良好的隔離度。僅僅從密集城區(qū)的頻率干擾角度考慮，D頻段的選擇勝過(guò)F頻段。

2.4 容量擴(kuò)展

D頻段擁有190 MHz的頻譜資源，F(xiàn)頻段雖擁有40 MHz的頻譜資源，但已被小靈通占用了20 MHz，無(wú)法對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)容。眾所周知，擴(kuò)展LTE網(wǎng)絡(luò)容量可以保證更多用戶的網(wǎng)絡(luò)接入，繼而緩解像主城區(qū)之類的人流密集、業(yè)務(wù)量大的區(qū)域，同時(shí)為未來(lái)業(yè)務(wù)發(fā)展奠定一定的基礎(chǔ)。恰好D頻段具有擴(kuò)展性強(qiáng)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)載頻擴(kuò)容是輕而易舉之事，但就目前情況來(lái)看，短時(shí)間內(nèi)D頻段要實(shí)現(xiàn)載頻擴(kuò)容，勢(shì)必就需要D頻段和F頻段共同規(guī)劃協(xié)同組網(wǎng)了。

2.5 建設(shè)成本

在同等覆蓋目標(biāo)范圍下，D頻段需要比F頻段多建設(shè)26%的基站數(shù)。假如單用F頻段來(lái)建設(shè)，利用原有站址且采用F頻段升級(jí)進(jìn)行組網(wǎng)建設(shè)，建設(shè)成本大約是F頻段新建站點(diǎn)成本的50%[1]。因此，在忽略地區(qū)間站址獲取難易程度、站址租金、廠家設(shè)備間的價(jià)格和施工費(fèi)用的差異，單D頻段組網(wǎng)的建設(shè)成本遠(yuǎn)高于單F頻段。

3 D頻段和F頻段協(xié)同組網(wǎng)方案

在TD-LTE組網(wǎng)方式的問(wèn)題上，通過(guò)上述D頻段和F頻段的各項(xiàng)對(duì)比，若全部都采用D頻段新建，那么在覆蓋性能上便會(huì)出現(xiàn)空洞，不能做到深度覆蓋；若全部都采用F頻段組網(wǎng)，那么這20 MHz有限的頻譜資源在人流密集區(qū)域可能會(huì)出現(xiàn)各種嚴(yán)重的干擾，大大影響用戶通信質(zhì)量。因此，只有D頻段和F頻段共同規(guī)劃、共同組網(wǎng)，兩者互補(bǔ)，才有可能達(dá)到最好的組網(wǎng)效果。

如圖1所示，采取靈活的建設(shè)方式，利用設(shè)備成本較低的F頻段進(jìn)行全網(wǎng)建設(shè)，首先考慮F頻段升級(jí)為主，如果存在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不合理的情況，再選擇F頻段新建優(yōu)化調(diào)整，這樣基本能滿足廣度覆蓋要求及少部分深度覆蓋要求。針對(duì)業(yè)務(wù)量較大的主城區(qū)域，例如體育館、寫字樓等熱點(diǎn)區(qū)域，通過(guò)構(gòu)建D頻段網(wǎng)絡(luò)，從而保證深度覆蓋。城區(qū)采用D＋F雙層網(wǎng)建設(shè)，將有利于填補(bǔ)單層網(wǎng)的覆蓋空洞區(qū)域，也有利于滿足容量需求，起到分流的作用。

圖1 D頻段和F頻段協(xié)同組網(wǎng)建設(shè)方式

對(duì)比D頻段和F頻段的優(yōu)劣勢(shì)，這樣的組網(wǎng)方案基本能取其優(yōu)勢(shì)，補(bǔ)其劣勢(shì)。一方面，F(xiàn)頻段憑借設(shè)備比D頻段成本低廉和傳播穿透的優(yōu)勢(shì)，既實(shí)現(xiàn)了一定的覆蓋性能，又比采用D頻段建設(shè)減少了基站數(shù)；另一方面，熱點(diǎn)區(qū)域業(yè)務(wù)量較大，所需容量也較大，采用F＋D頻段建設(shè)，雙層覆蓋，提升了一定的網(wǎng)絡(luò)容量。

4 協(xié)同組網(wǎng)存在的挑戰(zhàn)及解決方法

在LTE F頻段和D頻段協(xié)同組網(wǎng)方案的實(shí)際建網(wǎng)過(guò)程中，可能會(huì)有部分問(wèn)題難以避免。

4.1 干擾排查

表1 D頻段和F頻段的干擾排查

如表1所示，就TD-SCDMA和TD-LTE來(lái)看，D頻段僅在TD-LTE建網(wǎng)，因此不存在與TD-SCDMA產(chǎn)生交叉時(shí)隙干擾；F頻段可同時(shí)在TD-SCDMA和TD-LTE建網(wǎng)，因此需要對(duì)其進(jìn)行干擾排查。

鑒于協(xié)同組網(wǎng)方案涉及的F頻段升級(jí)，已有的TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)對(duì)F頻段進(jìn)行平滑升級(jí)雖然控制了經(jīng)濟(jì)成本，但避免不了F頻段嚴(yán)重干擾局部區(qū)域的存在。同為采用F頻段工作的TD-SCDMA和TD-LTE，如果沒(méi)有達(dá)到同步，將出現(xiàn)干擾問(wèn)題。只有保證上下行切換點(diǎn)對(duì)齊，才可以盡可能避免2個(gè)系統(tǒng)間的干擾。就同個(gè)頻段、不同系統(tǒng)間干擾這種情況來(lái)說(shuō)，有專業(yè)人士提出F頻段升級(jí)后可能出現(xiàn)嚴(yán)重干擾的局部區(qū)域可以采用D頻段建設(shè)，從而解決干擾這一問(wèn)題。對(duì)此，大唐廠家提出并實(shí)踐抗阻塞性能改進(jìn)等方案，用以處理TD-SCDMA和TD-LTE等系統(tǒng)間可能出現(xiàn)的干擾問(wèn)題[2]。

4.2 雙網(wǎng)協(xié)同的優(yōu)化

控制成本、優(yōu)先考慮升級(jí)的方案固然理想，但TD-SCDMA和TD-LTE共用天線也增大了后期優(yōu)化的難度。不同頻段對(duì)應(yīng)天線陣的增益差別較大，這會(huì)影響智能天線的覆蓋性能。其中，包括智能天線的算法、參數(shù)的優(yōu)化、射頻通道的校準(zhǔn)等各方面的優(yōu)化都應(yīng)考慮進(jìn)去[3]。

4.3 雙網(wǎng)協(xié)同的立體覆蓋

雙網(wǎng)協(xié)同的重點(diǎn)是發(fā)揮D頻段和F頻段各自的優(yōu)勢(shì)，互補(bǔ)不足，才能將協(xié)同效果發(fā)揮出來(lái)。立體覆蓋的站點(diǎn)布置思路是解決方法之一。在高層站點(diǎn)采用F頻段，擴(kuò)展覆蓋廣度；在低層站和業(yè)務(wù)密集區(qū)域采用D頻段，解決覆蓋空洞、補(bǔ)盲、業(yè)務(wù)分流、容量等問(wèn)題。充分利用D頻段和F頻段的優(yōu)點(diǎn)，在空間中形成立體的雙層網(wǎng)絡(luò)，為用戶提供更好的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

5 總結(jié)

TD-LTE的F/D頻段協(xié)同組網(wǎng)能實(shí)現(xiàn)更好的覆蓋性能，提升用戶體驗(yàn)，從覆蓋性能、用戶體驗(yàn)、頻率干擾、容量擴(kuò)展和建設(shè)成本等方面進(jìn)行更多的實(shí)踐，繼而發(fā)展出更優(yōu)的協(xié)同組網(wǎng)方案。而TD-SCDMA和TD-LTE 2大系統(tǒng)共存難免會(huì)存在干擾問(wèn)題，如果出現(xiàn)已有的TD-SCDMA站點(diǎn)結(jié)構(gòu)不合理的情況，除了放棄F頻段升級(jí)改用F頻段新建外，還可以有計(jì)劃地將對(duì)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)影響較大的TD-SCDMA站點(diǎn)逐步退網(wǎng)。TD-LTE F/D頻段協(xié)同組網(wǎng)的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)將會(huì)為日后4.5G和5G的建設(shè)發(fā)展提供更豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

［1］吳英華.TD-LTE建設(shè)中遇到的若干問(wèn)題和解決方案［J］.無(wú)線互聯(lián)科技，2013（7）.

［2］魯義軒.F頻段升級(jí)：已被規(guī)模組網(wǎng)驗(yàn)證的4大理由［J］.通信世界，2013（14）.

［3］王啟星.TD-LTE 2/8天線優(yōu)化與實(shí)踐［J］.移動(dòng)通信，2012，36（15）.

〔編輯：劉曉芳〕

TN929.5

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10.15913/j.cnki.kjycx.2017.16.003

2095－6835（2017）16－0003－03