中國聯(lián)通LTE1800M與DCS1800M帶內(nèi)頻譜共享方案研究與實(shí)踐

【摘要】提出了一種LTE1800M與DCS1800M帶內(nèi)頻率共享的頻譜規(guī)劃方案。在中國聯(lián)通現(xiàn)有的1800M頻譜帶寬內(nèi)達(dá)成20 MHz+10 MHz LTEFDD載波聚合以及DCS1800M頻點(diǎn)的規(guī)劃方案。并通過實(shí)地驗(yàn)證的方法對(duì)該規(guī)劃方案進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明頻譜共享載波聚合在網(wǎng)絡(luò)性能上基本具備可實(shí)施性。

【關(guān)鍵詞】LTE1800M；DCS1800M；頻譜共享；網(wǎng)絡(luò)性能；可實(shí)施性

doi:10.3969/j.issn.1006-1010.2018.02.000 中圖分類號(hào)：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-1010(2018)02-0000-00

引用格式：吳偉. 中國聯(lián)通LTE1800M與DCS1800M帶內(nèi)頻譜共享方案研究與實(shí)踐[J]. 移動(dòng)通信, 2018,42(2): 00-00.

Research and Practice of the LTE1800M and DCS1800M Band Sharing Scheme in China Unicom

WU Wei

(China United Network Communications Corporation Panjin Branch, Panjin 124010, China)

[Abstract] This thesis presents a frequency utilization scheme for LTE1800M and DCS1800M inband spectrum sharing. In 30MHz bandwidth to achieve 20 MHz+10 MHz LTE carrier aggregation and DCS frequency of the planning program. And the network performance of the scheme is verified by the measured method. The results show that the spectrum sharing carrier aggregation is basically feasible in network performance.

[Key words] LTE1800M; DCS1800M; spectrum sharing; network performance; implementability

1 引言

目前國家無線電管理部門在1800 MHz頻段上分配給中國聯(lián)通總共30 MHz的頻譜（如圖1），中國聯(lián)通的大多數(shù)城市在1800 MHz頻段上部署了20 MHz帶寬的LTE，剩下的10 MHz頻率基本上還是DCS1800M在使用。隨著4G終端的普及，4G業(yè)務(wù)逐步從導(dǎo)入期迅速進(jìn)入快速成長(zhǎng)期，相比在2.1G上部署載波聚合和2.1G終端的滲透率而言，在1800 MHz頻段帶內(nèi)實(shí)現(xiàn)載波聚合使中國聯(lián)通4G+發(fā)展擁有最高的性價(jià)比，是實(shí)施創(chuàng)新聚焦戰(zhàn)略的具體體現(xiàn)。同時(shí)也兼顧到了2G網(wǎng)絡(luò)用戶的巨大基數(shù)，保障2G網(wǎng)絡(luò)1800 MHz頻段的穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)2G網(wǎng)絡(luò)逐漸平滑的精簡(jiǎn)。針對(duì)2G現(xiàn)狀與4G未來，作者提出了一種LTE1800M與DCS1800M帶內(nèi)共享頻譜方案，為中國聯(lián)通共享一部分頻譜以實(shí)現(xiàn)DCS1800M網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)還能夠達(dá)成LTE1800M的載波聚合。

圖1 現(xiàn)行1800M頻帶內(nèi)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的制式與各制式占用帶寬

2 方案介紹

帶內(nèi)頻譜共享方案主要是LTE1800M與DCS1800M同時(shí)部署在相同頻譜資源上，同時(shí)輔以將DCS載波優(yōu)先放置在LTE帶寬兩邊的保護(hù)帶內(nèi)，次選配合LTE頻帶PRB隨機(jī)化策略，再次利用帶寬、載干比特性規(guī)避干擾。實(shí)現(xiàn)在30 MHz帶寬內(nèi)的20 MHz+10 MHz LTE載波聚合并保證DCS1800M頻點(diǎn)可用。

2.1 從DCS1800M角度分析

DCS1800M中一般要求同頻干擾保護(hù)比C/I>9dB，實(shí)際工程中一般再加3 dB余量，即C/I>12 dB，鄰頻頻點(diǎn)干擾比C/I>-6 dB。

DCS1800M網(wǎng)絡(luò)：

UE(D)relev=P(D)ERP+ANTERP-Path Loss (1)

LTE1800M網(wǎng)絡(luò)：

UE(L)relev=P(L)ERP+ANTERP-Path Loss (2)

公式（1）和公式（2）中，Path Loss、ANTERP是相同的，也就是說比較P(D)ERP、P(L)ERP就能比較UErelev以及同頻干擾保護(hù)比C/I。

DCS1800M網(wǎng)絡(luò)200 kHz頻率范圍內(nèi)：

P(D)ERP=43+ANTERP(3)

LTE1800M網(wǎng)絡(luò)200kHz頻率范圍內(nèi)：

P(L)ERP+ANTERP=43-10lg(20M/200k)+ANTERP=23+ANTERP (4)

同頻干擾保護(hù)比C/I=UE(D)relev/UE(L)relev=20 dB>12 dB，考慮到LTE的PA=3這一比較極端的情況（如表1），LTE小區(qū)參考功率（如公式5），同頻干擾保護(hù)比C/I=UE(D)relev/[UE(L)relev+6]=14 dB>12 dB。即LTE1800M與DCS1800M同時(shí)部署在相同頻譜資源上，滿足同頻干擾保護(hù)比C/I。

現(xiàn)網(wǎng)中DCS中普遍存在PBGT切換，且一般取值大于4 dB，在滿足規(guī)定定時(shí)器后PBGT>-6 dB。上行鏈路分析與下行類似，這里就不再細(xì)述。

表1 LTE的PA、PB參數(shù)的取值范圍及功率利用率

RS Power=Total power per channel(dBm)-10lg(total subcarrier)+10lg(PA+1) (5)

2.2 從LTE1800M角度分析

在LTE網(wǎng)絡(luò)中（如圖2），資源以時(shí)域上0.5 ms、頻域上180 kHz的子載波集的方式分配給各網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，這種資源被稱為PRB（Physical Resource Block，物理資源塊）。

在下行方向10M帶寬模式下，共有50個(gè)PRB，不管業(yè)務(wù)信道（PDSCH）還是控制信道分配，最終資源都會(huì)體現(xiàn)在PRB的占用上。也就是說多用戶同時(shí)調(diào)度時(shí)，這些用戶共享這50個(gè)PRB資源。DCS1800M的一個(gè)頻點(diǎn)通常占用帶寬200 kHz，DCS1800M采用的TDMA采用26復(fù)幀或51復(fù)幀，以最高頻率120 ms的非連續(xù)方式發(fā)射業(yè)務(wù)與控制信道。當(dāng)DCS發(fā)射時(shí)，在采用LTE1800M與DCS1800M同時(shí)部署在相同頻譜資源時(shí)，每個(gè)DCS頻點(diǎn)對(duì)LTE頻域至多有2個(gè)PRB出現(xiàn)誤碼，LTE在時(shí)域上最多被干擾的概率為1/12。LTE通過傳輸信道編碼選擇編碼率1/3（如圖3），HARQ和ARQ功能完全有能力進(jìn)行誤碼糾錯(cuò)。

圖2 LTE的下行幀結(jié)構(gòu)

表2 LTE的PA、PB參數(shù)的取值范圍及功率利用率

上行信道PUSCH的干擾分散工作過程與PDSCH類似，這里就不再復(fù)述。這里主要分析一下PRACH控制信道的干擾分散工作過程。PRACH（如圖3）實(shí)際使用6個(gè)物理資源塊（PRB）資源，即占用1.4 MHz的上行信道容量。FDD模式總共839個(gè)子載波，子載波間隔為1.25 kHz，F(xiàn)DD模式下符號(hào)周期時(shí)長(zhǎng)為1/T=1/1.25 kHz=0.8 ms。ZC序列本身就是一個(gè)頻域隨機(jī)化的過程，Proble探針攀升的過程就是一個(gè)近似時(shí)域離散化的過程，將兩個(gè)系統(tǒng)的接入干擾離散掉。PRACH探測(cè)過程如圖4所示，UE根據(jù)PRACH配置參數(shù)和開環(huán)功控發(fā)送初始探針。

圖3 PRACH配置

圖4 PRACH探測(cè)

2.3 DCS載波頻點(diǎn)分配

（1）DCS載波優(yōu)先放置在LTE帶寬兩邊的保護(hù)帶

保護(hù)帶方案是采用壓縮10 MHz LTE和20 MHz LTE載波間隔的保護(hù)帶，同時(shí)將DCS1800M載波放置在LTE的保護(hù)帶里，與LTE的RB最小間隔200 kHz的規(guī)劃方案，達(dá)成在30 MHz頻譜里的20 MHz+10 MHz LTE載波聚合，并且保留12個(gè)DCS1800M頻點(diǎn)，從而形成DCS1800M的S111組網(wǎng)，這部分頻率4*3復(fù)用做DCS的主B頻率。DCS1800的使用頻段為636 MHz—645 MHz及782 MHz—785 MHz，LTE第一、第二頻點(diǎn)配置如表3所示：

表3 LTE第一、第二頻點(diǎn)配置

（

2）DCS配合LTE頻帶PRB隨機(jī)化策略

PRB隨機(jī)化可以讓在多小區(qū)組網(wǎng)下，相鄰小區(qū)的RB資源分配位置盡可能地錯(cuò)開，降低小區(qū)間干擾，提升頻譜效率。PRB隨機(jī)化分配方式（三段分配模式），是將整個(gè)帶寬劃分為三部分，具體優(yōu)先使用哪一部分由MOD3(PCI)決定。如圖5，MOD3(PCI)=0的小區(qū)，則從低位開始分配RB，MOD3(PCI)=1的小區(qū)從中間開始分配RB資源；MOD3(PCI)=2的小區(qū)從高位開始分配RB資源。DCS1800M的頻率安排按照PRB隨機(jī)化分配規(guī)律的逆序進(jìn)行規(guī)劃，從概率角度降低干擾。

圖5 RB分配算法示意圖

3 LTE1800M與DCS1800M帶內(nèi)頻譜共享在室分中的內(nèi)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果

針對(duì)LTE1800M與DCS1800M帶內(nèi)頻譜共享的載波聚合情況，首先在分布系統(tǒng)場(chǎng)景進(jìn)行了測(cè)試。利用1個(gè)LTE基站作為測(cè)試使用，1個(gè)DCS基站作干擾使用。測(cè)試基站、干擾基站情況如圖6所示：

圖6 LTE1800M與DCS1800M帶內(nèi)頻譜共享載波聚合測(cè)試設(shè)備連接示意圖

本次測(cè)試對(duì)支持載波聚合的終端以及不支持載波聚合的終端分別進(jìn)行了下行的性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如表4所示：

表4 頻譜共享對(duì)載波聚合終端下行速率的影響測(cè)試結(jié)果

從表4的測(cè)試結(jié)果來看，在不同的RSRP和SINR的條件下，頻譜共享對(duì)載波聚合UE總的下行速率、20M主載波速率和10M輔載波速率基本沒有負(fù)面影響。

從表5的測(cè)試結(jié)果來看，在不同的RSRP和SINR的條件下，頻譜共享對(duì)不具備載波聚合的UE駐留在20 MHz帶寬上的SINR與下行速率基本沒有負(fù)面效果。

從分布系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果來看，頻譜共享對(duì)于具備載波聚合與否的UE在SINR和下行速率上都基本沒有負(fù)面效果。

表5 頻譜共享對(duì)不支持載波聚合終端（20 MHz帶寬&10 MHz帶寬）下行速率影響測(cè)試

4 LTE1800M與DCS1800M帶內(nèi)頻譜共享外場(chǎng)測(cè)試結(jié)果

LTE1800M與DCS1800M帶內(nèi)頻譜共享方案的外場(chǎng)驗(yàn)證將主要測(cè)試DCS1800M載波放置在LTE的標(biāo)稱帶寬里，DCS1800M與LTE1800M的互相影響。

本次試驗(yàn)點(diǎn)選擇在某縣縣城區(qū)域，涉及14個(gè)基站，多數(shù)為美化天線站，且站與站的距離小，鄰小區(qū)干擾嚴(yán)重。測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)適于測(cè)試DCS與LTE之間的干擾。

現(xiàn)場(chǎng)采用了路測(cè)的實(shí)驗(yàn)方法，在基站覆蓋范圍內(nèi)盡量遍歷測(cè)試。先后測(cè)試有無干擾的路測(cè)，盡量讓前后的無線環(huán)境變化可以忽略不計(jì)，提高測(cè)試精度。DCS1800M網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證語音質(zhì)量，LTE網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證數(shù)據(jù)下載業(yè)務(wù)（如表6）。

表6 帶內(nèi)頻譜共享下行對(duì)比

從表6可以看出，共站場(chǎng)景下的LTE基站對(duì)DCS終端的干擾，DCS基站對(duì)LTE終端的干擾，在不同位置下的測(cè)試結(jié)果顯示，干擾后的RQ、下載速率和干擾前相比，大多都沒有下降。由于無線環(huán)境的變化，干擾前后有波動(dòng)，但都在可接受的范圍內(nèi)。這說明在下行方向上LTE、DCS是可以頻譜共享的，干擾在可以接受的范圍內(nèi)。

表7為帶內(nèi)頻譜共享上行對(duì)比：

從表7可以看出，共站場(chǎng)景下的LTE基站對(duì)DCS1800M UE的干擾，DCS1800M基站對(duì)LTE終端的干擾，在不同位置下的測(cè)試結(jié)果顯示：干擾后的DCS網(wǎng)絡(luò)的RQ、LTE網(wǎng)絡(luò)的上傳速率和干擾前對(duì)比，沒有太大的波動(dòng)。干擾前后有波動(dòng)但在可控范圍內(nèi)。這說明在上行方向上LTE1800M、DCS1800M是可以頻譜共享的，干擾在可控范圍內(nèi)。

5 效果

基于上述的理論分析，某地市中國聯(lián)通在現(xiàn)網(wǎng)開通LTE1800M與DCS1800M帶內(nèi)頻譜共享載波169個(gè)，RRC連接建立成功率99.2%，平均CQI10.6，RLC PDU重傳率1.1%，64QAM調(diào)度比例44.5%，下行PRB平均利用率16.5%，流量日均2.9 TB，取得了不錯(cuò)的效果。

6 結(jié)論

DCS與LTE在外場(chǎng)基站密集的環(huán)境下，相互干擾的負(fù)面影響甚微，可以共存。巧妙的DCS載波頻率規(guī)劃不僅會(huì)盡量降低干擾，而且隨著中國聯(lián)通4G網(wǎng)絡(luò)的不斷加密加厚，在需要LTE1800M與DCS1800M帶內(nèi)頻譜共享的城市中心區(qū)域基站，覆蓋半徑會(huì)進(jìn)一步降低，LTE本身的干擾將逐漸超過DCS對(duì)LTE的干擾而成為干擾的主要部分。

本文提出了一種LTE1800M與DCS1800M帶內(nèi)頻率共享的頻譜規(guī)劃方案。在中國聯(lián)通現(xiàn)有的1800M頻譜帶寬內(nèi)達(dá)成20 MHz+10 MHz LTE FDD載波聚合以及DCS1800M頻點(diǎn)的規(guī)劃方案。并通過實(shí)地驗(yàn)證的方法對(duì)該規(guī)劃方案進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試，結(jié)果表明頻譜共享載波聚合在網(wǎng)絡(luò)性能上基本具備可實(shí)施性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 韓斌杰,張建斌. GSM原理及其網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2009.

[2] William CYLee. 移動(dòng)通信工程理論與應(yīng)用[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2002.

[3] Theodore SRappaport. Wireless Communications Principles and Practice[M].北京: 電子工業(yè)出版社, 2009.

[4] 中國通信建設(shè)集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司. LTE組網(wǎng)與工程實(shí)踐[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2014.

[5] 中興通訊股份有限公司. LTE FDD無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃優(yōu)化授課手冊(cè)[Z]. 2015.

[6] 王映民,孫韶輝. TD-LTE技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2010.

[7]中國聯(lián)通運(yùn)行維護(hù)部,中國聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院. 中國聯(lián)通LTE無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化實(shí)用操作指導(dǎo)[Z]. 2014.★

作者簡(jiǎn)介

吳偉：中級(jí)工程師，碩士畢業(yè)于東北大學(xué)，現(xiàn)任職于中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司盤錦市分公司，主要研究方向?yàn)?G/4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、維護(hù)、優(yōu)化。

作者：吳偉 來源：《移動(dòng)通信》2018年2月