TD-LTE與LTE FDD融合組網(wǎng)策略探析

當(dāng)前，全球越來(lái)越多的運(yùn)營(yíng)商選擇TD-LTE與LTE FDD融合組網(wǎng),而在中國(guó)，三大運(yùn)營(yíng)商都已或?qū)⑦M(jìn)行規(guī)模融合建網(wǎng)，此時(shí)，對(duì)LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)和融合網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能、網(wǎng)絡(luò)容量性能進(jìn)行分析很重要，對(duì)TD- LTE與LTE FDD融合組網(wǎng)中的多制式網(wǎng)絡(luò)協(xié)同、頻率選擇、天線使用等關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行討論也十分必要。

TDD/FDD融合組網(wǎng)成趨勢(shì)

近年來(lái)，用戶對(duì)移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求不斷增長(zhǎng)，LTE技術(shù)的發(fā)展也走向成熟，這都推動(dòng)了LTE的商用進(jìn)程。

目前，我國(guó)相關(guān)運(yùn)營(yíng)商也開展了LTE試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，其中中國(guó)移動(dòng)在2013年開展了TD-LTE“雙百”計(jì)劃，其TD-LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋超過(guò)100個(gè)城市，TD-LTE終端的采購(gòu)超過(guò)100萬(wàn)部，TD-LTE基站建設(shè)規(guī)模超過(guò)20萬(wàn)個(gè)。對(duì)于LTE FDD網(wǎng)絡(luò)，中國(guó)電信、中國(guó)聯(lián)通也在積極進(jìn)行試驗(yàn)網(wǎng)建設(shè)。近期工信部發(fā)出信息，預(yù)示4G牌照將于年內(nèi)發(fā)放，由此我國(guó)將進(jìn)入4G網(wǎng)絡(luò)時(shí)代。

在現(xiàn)階段全球的LTE建設(shè)中大部分網(wǎng)絡(luò)為L(zhǎng)TE FDD制式，但隨著其網(wǎng)絡(luò)建設(shè)逐步推進(jìn)，頻率資源不足，容量不足等問(wèn)題逐漸凸顯，而TD-LTE網(wǎng)絡(luò)在頻譜資源上擁有更多的資源，因此TD-LTE與LTE FDD融合組網(wǎng)可以有效緩解FDD頻譜緊張問(wèn)題；另外TD-LTE和LTE FDD融合組網(wǎng)，還使得LTE全球漫游成為可能，為終端用戶帶來(lái)極大的方便。因此說(shuō)TD-LTE與LTE FDD融合組網(wǎng)，是未來(lái)LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的趨勢(shì)。

由于TD-LTE 和LTE FDD網(wǎng)絡(luò)在頻段選擇、天線類型、覆蓋特性、容量特性等方面存在差異，因此我們將從TD-LTE和LTE FDD兩種網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)原理出發(fā)，分析兩種制式網(wǎng)絡(luò)在技術(shù)和性能上的異同，給出TD-LTE和LTE FDD融合組網(wǎng)下的兩種網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)建設(shè)策略，為TD-LTE和LTE FDD 融合組網(wǎng)建設(shè)提供一些有效的建設(shè)建議。

融合組網(wǎng)技術(shù)及性能對(duì)比

1. 幀結(jié)構(gòu)對(duì)比分析

幀結(jié)構(gòu)指無(wú)線幀的結(jié)構(gòu)，通過(guò)幀結(jié)構(gòu)的定義，約束了數(shù)據(jù)的發(fā)送時(shí)間參數(shù)以保證收發(fā)的正確執(zhí)行。LTE系統(tǒng)支持兩種幀結(jié)構(gòu)——Type 1和Type 2，其中Type 1用于FDD系統(tǒng)，Type 2用于TDD系統(tǒng)。

LTE FDD網(wǎng)絡(luò)物理層無(wú)線幀長(zhǎng)10ms，每幀有20個(gè)時(shí)隙，每時(shí)隙為0.5ms。普通CP配置下，一個(gè)時(shí)隙包含7個(gè)連續(xù)的OFDM符號(hào)。

TD-LTE網(wǎng)絡(luò)物理層將10ms的無(wú)線幀分為兩個(gè)半幀，長(zhǎng)度各為5ms。每個(gè)半幀由5個(gè)長(zhǎng)度為1ms的子幀組成。其中包括4個(gè)普通子幀和1個(gè)特殊子幀。普通子幀由2個(gè)時(shí)隙組成，特殊子幀由3個(gè)時(shí)隙（UpPTS、GP、DwPTS）組成。

TD-LTE與LTE FDD兩種制式網(wǎng)絡(luò)除了物理層幀結(jié)構(gòu)的差異外，在其他技術(shù)上都基本一致，這有利于系統(tǒng)和終端以較低的成本同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)系統(tǒng)，TD-LTE與LTE FDD的互操作也基本上可以認(rèn)為是系統(tǒng)內(nèi)部的互操作，同時(shí)在組網(wǎng)技術(shù)上二者有很大的通用性，從而使兩種制式網(wǎng)絡(luò)的融合組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)更加容易。

2.覆蓋性能對(duì)比分析

從3GPP中關(guān)于TD-LTE與LTE FDD頻段分配情況來(lái)看，在已經(jīng)分配頻段中，TD-LTE網(wǎng)絡(luò)相對(duì)來(lái)說(shuō)使用頻段要高于LTE FDD網(wǎng)絡(luò)，而相關(guān)研究表明，在其它條件完全等同時(shí)，頻率每升高10%，網(wǎng)絡(luò)覆蓋半徑約下降7%，覆蓋面積約下降15%，因此單從頻段使用上看，LTE FDD網(wǎng)絡(luò)由于頻段的優(yōu)勢(shì)，在覆蓋性能上會(huì)優(yōu)于TD-LTE網(wǎng)絡(luò)。

除了頻段的原因會(huì)影響LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能，小區(qū)邊緣的SNR也會(huì)在一定程度上影響LTE網(wǎng)絡(luò)的覆蓋性能。LTE網(wǎng)絡(luò)的邊緣速率主要由用戶占用的網(wǎng)絡(luò)資源以及處于覆蓋邊緣用戶業(yè)務(wù)信道的SNR決定，在其它配置都相同時(shí)，20MHz帶寬的TD-LTE系統(tǒng)引入的噪聲將會(huì)比2×10MHz的LTE FDD大3dB左右，因此在空載情況下，在其他條件都相同的時(shí)候，由于噪聲的影響，LTE FDD網(wǎng)絡(luò)的覆蓋半徑將比TD-LTE網(wǎng)絡(luò)大18%左右。

在進(jìn)行LTE網(wǎng)絡(luò)天饋系統(tǒng)建設(shè)時(shí)，由于TD-LTE網(wǎng)絡(luò)可以使用8天線進(jìn)行組網(wǎng)，而LTE FDD網(wǎng)絡(luò)多采用2天線進(jìn)行組網(wǎng)，使用8天線進(jìn)行波束賦形時(shí)，TD-LTE網(wǎng)絡(luò)在發(fā)送端可以獲得1～3dB的信噪比增益；TD-LTE利用8天線的分集接收，在接收端可以獲得5dB左右的分集增益。

總體來(lái)看，在外部條件一致的情況下，2天線組網(wǎng)的LTE FDD的覆蓋能力要強(qiáng)于2天線組網(wǎng)的TD-LTE，但弱于采用8天線組網(wǎng)的TD-LTE網(wǎng)絡(luò)。

3.容量性能對(duì)比分析

LTE網(wǎng)絡(luò)中，用于衡量容量性能的指標(biāo)主要有：用戶吞吐量、小區(qū)吞吐量、同時(shí)在線用戶數(shù)、同時(shí)調(diào)度用戶數(shù)等；而上述指標(biāo)與LTE小區(qū)的容量與信道配置和參數(shù)配置，調(diào)度算法、小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)算法、多天線技術(shù)選取等因素都有關(guān)系。

對(duì)于LTE FDD與TD-LTE系統(tǒng)的容量的差異，主要有以下三個(gè)方面。

1）在FDD LTE網(wǎng)絡(luò)中，上行控制信道資源占用要多于TD-LTE網(wǎng)絡(luò)，而下行控制信道的資源占用要少于TD-LTE，因此理論上同時(shí)調(diào)度數(shù)根據(jù)用戶業(yè)務(wù)類型的不同，TD-LTE和FDD LTE網(wǎng)絡(luò)互有優(yōu)勢(shì)；

2）實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)在線用戶數(shù)、同時(shí)調(diào)度用戶數(shù)等指標(biāo)，主要由設(shè)備處理能力決定，目前各廠家對(duì)TD-LTE與LTE FDD兩種制式的支持能力并無(wú)區(qū)別，因此兩種制式的網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)在線用戶數(shù)、同時(shí)調(diào)度用戶數(shù)等指標(biāo)性能相近；

3）用戶吞吐量、小區(qū)吞吐量等因受到諸多因素影響，在條件相同情況下，根據(jù)國(guó)內(nèi)試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)的測(cè)試結(jié)論，F(xiàn)DD LTE網(wǎng)絡(luò)要大于TD-LTE網(wǎng)絡(luò)。

總體來(lái)說(shuō)，從容量方面來(lái)看，LTE FDD網(wǎng)絡(luò)容量性能要優(yōu)于TD-LTE，但是差別十分有限。

運(yùn)營(yíng)商融合組網(wǎng)策略建議

1．網(wǎng)絡(luò)定位

對(duì)于TD-LTE與LTE FDD融合組網(wǎng)建設(shè)，運(yùn)營(yíng)商首先要解決TDD和FDD兩種制式網(wǎng)絡(luò)的定位和覆蓋重點(diǎn)等問(wèn)題，力爭(zhēng)以最小的投資，滿足用戶和業(yè)務(wù)發(fā)展需求，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)價(jià)值最大化。

因此，對(duì)于TD-LTE與LTE FDD融合組網(wǎng)，LTE FDD網(wǎng)絡(luò)以覆蓋為主，而TD-LTE網(wǎng)絡(luò)以容量吸收為主，在建網(wǎng)初期可以采取分區(qū)域建設(shè)覆蓋策略，LTE FDD主要實(shí)現(xiàn)密集城區(qū)和一般城區(qū)的覆蓋，以吸收終端類業(yè)務(wù)為主，而TD-LTE網(wǎng)絡(luò)利用其頻譜資源豐富的特點(diǎn)，在縣城及發(fā)達(dá)鄉(xiāng)鎮(zhèn)以吸收CPE，Mi-Fi及數(shù)據(jù)卡業(yè)務(wù)為主。

在建網(wǎng)后期，隨著LTE業(yè)務(wù)和用戶的發(fā)展，原有的LTE FDD網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不能滿足容量需求，此時(shí)可以考慮采用TD-LTE網(wǎng)絡(luò)作為熱點(diǎn)區(qū)域的容量吸收手段，滿足容量需求。

2．頻率策略

根據(jù)3GPP協(xié)議規(guī)定，LTE頻率分為FDD和TDD頻段。其中FDD頻段包括band1～band21，而TDD頻段包括band33～band41。從3GPP中LTE頻譜劃分的結(jié)果來(lái)看，LTE FDD網(wǎng)絡(luò)已分配頻譜主要集中在2.6GHz頻段、700/800M、1700/1800MHz。而TD-LTE網(wǎng)絡(luò)已分配頻譜主要集中在2.6GHz、2.3GHz、2.5GHz。

在我國(guó)LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，中國(guó)移動(dòng)的TD-LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)使用的頻段主要有：F 頻段（1.8GHz）、E 頻段（2.3GHz）、D 頻段（2.6GHz），另外我國(guó)已經(jīng)將2500～2690MHz 共190M 頻段劃分給了TD-LTE系統(tǒng)。而LTE FDD系統(tǒng)，中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通的LTE FDD試驗(yàn)網(wǎng)主要使用1.8 GHz和2.1 GHz的兩個(gè)頻段。

F頻段目前為TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)使用的頻段，E頻段為非授權(quán)頻段，在現(xiàn)網(wǎng)中存在與WLAN等系統(tǒng)的干擾問(wèn)題，D頻段是國(guó)內(nèi)LTE網(wǎng)絡(luò)新啟用的頻段。考慮到室內(nèi)外的同頻干擾問(wèn)題，未來(lái)TD-LTE 部署中主要采用室內(nèi)外異頻組網(wǎng)的方式。對(duì)于TD-LTE室外覆蓋，主要考慮以D和F兩個(gè)頻段為主，D頻段作為國(guó)際公認(rèn)的TDD頻段有利于TD-LTE的國(guó)際化發(fā)展，F(xiàn)頻段采用低頻段，可以提高覆蓋性能，減少網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資。對(duì)于TD-LTE室內(nèi)覆蓋，主要考慮以E頻段為主。

從國(guó)際廣泛的組網(wǎng)演進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和從芯片、終端到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備完善的產(chǎn)業(yè)鏈等角度來(lái)看，1.8GHz將成為我國(guó)LTE FDD網(wǎng)絡(luò)的主流頻段，但同時(shí)也要注意到，1.8GHz頻譜的匱乏和較小隔離帶可能會(huì)帶來(lái)系統(tǒng)間的干擾。而2.1GHz頻段，有可能成為L(zhǎng)TE FDD網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充頻段。

作者：江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院 李新 鮑寧遠(yuǎn) 來(lái)源：通信世界周刊