TD-LTE與LTEFDD融合組網(wǎng)策略探析

當(dāng)前，全球越來越多的運營商選擇TD-LTE與LTE FDD融合組網(wǎng),而在中國，三大運營商都已或?qū)⑦M(jìn)行規(guī)模融合建網(wǎng)，此時，對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)鍵問題進(jìn)行討論也十分必要。

TDD/FDD融合組網(wǎng)成趨勢

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

目前，我國相關(guān)運營商也開展了LTE試驗網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，其中中國移動在2013年開展了TD-LTE“雙百”計劃，其TD-LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋超過100個城市，TD-LTE終端的采購超過100萬部，TD-LTE基站建設(shè)規(guī)模超過20萬個。對于LTE FDD網(wǎng)絡(luò)，中國電信、中國聯(lián)通也在積極進(jìn)行試驗網(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，由此我國將進(jìn)入4G網(wǎng)絡(luò)時代。

在現(xiàn)階段全球的LTE建設(shè)中大部分網(wǎng)絡(luò)為LTE 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，為終端用戶帶來極大的方便。因此說TD-LTE與LTE FDD融合組網(wǎng)，是未來LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的趨勢。

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)及性能對比

1. 幀結(jié)構(gòu)對比分析

幀結(jié)構(gòu)指無線幀的結(jié)構(gòu)，通過幀結(jié)構(gòu)的定義，約束了數(shù)據(jù)的發(fā)送時間參數(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)物理層無線幀長10ms，每幀有20個時隙，每時隙為0.5ms。普通CP配置下，一個時隙包含7個連續(xù)的OFDM符號。

TD-LTE網(wǎng)絡(luò)物理層將10ms的無線幀分為兩個半幀，長度各為5ms。每個半幀由5個長度為1ms的子幀組成。其中包括4個普通子幀和1個特殊子幀。普通子幀由2個時隙組成，特殊子幀由3個時隙(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實現(xiàn)兩個系統(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)實現(xiàn)更加容易。

2.覆蓋性能對比分析

從3GPP中關(guān)于TD-LTE與LTE FDD頻段分配情況來看，在已經(jīng)分配頻段中，TD-LTE網(wǎng)絡(luò)相對來說使用頻段要高于LTE FDD網(wǎng)絡(luò)，而相關(guān)研究表明，在其它條件完全等同時，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，在覆蓋性能上會優(yōu)于TD-LTE網(wǎng)絡(luò)。

除了頻段的原因會影響LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能，小區(qū)邊緣的SNR也會在一定程度上影響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，20MHz帶寬的TD-LTE系統(tǒng)引入的噪聲將會比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，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，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、同時在線用戶數(shù)、同時調(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。

對于LTE FDD與TD-LTE系統(tǒng)的容量的差異，主要有以下三個方面。

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;

2)實際網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)的同時在線用戶數(shù)、同時調(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TD-LTE與LTE FDD兩種制式的支持能力并無區(qū)別，因此兩種制式的網(wǎng)絡(luò)的同時在線用戶數(shù)、同時調(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)國內(nèi)試驗網(wǎng)絡(luò)的測試結(jié)論，F(xiàn)DD LTE網(wǎng)絡(luò)要大于TD-LTE網(wǎng)絡(luò)。

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

運營商融合組網(wǎng)策略建議

1.網(wǎng)絡(luò)定位

對于TD-LTE與LTE FDD融合組網(wǎng)建設(shè)，運營商首先要解決TDD和FDD兩種制式網(wǎng)絡(luò)的定位和覆蓋重點等問題，力爭以最小的投資，滿足用戶和業(yè)務(wù)發(fā)展需求，以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)價值最大化。

因此，對于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，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，此時可以考慮采用TD-LTE網(wǎng)絡(luò)作為熱點區(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LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，中國移動的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)，中國電信和中國聯(lián)通的LTE FDD試驗網(wǎng)主要使用1.8 GHz和2.1 GHz的兩個頻段。

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)的干擾問題，D頻段是國內(nèi)LTE網(wǎng)絡(luò)新啟用的頻段。考慮到室內(nèi)外的同頻干擾問題，未來TD-LTE 部署中主要采用室內(nèi)外異頻組網(wǎng)的方式。對于TD-LTE室外覆蓋，主要考慮以D和F兩個頻段為主，D頻段作為國際公認(rèn)的TDD頻段有利于TD-LTE的國際化發(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。對于TD-LTE室內(nèi)覆蓋，主要考慮以E頻段為主。

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

3.天線策略

3GPP規(guī)范中Rel9版本規(guī)定了8種傳輸模式，其中模式3和4為MIMO技術(shù)。模式7、8是單/雙流波束賦形。原則上，3GPP對天線數(shù)目與所采用的傳輸模式?jīng)]有特別的搭配要求。但在實際應(yīng)用中2天線系統(tǒng)常用模式為模式2、3;而8天線系統(tǒng)常用模式為模式7、8。在實際應(yīng)用中，不同的天線技術(shù)互為補充，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實際信道的變化靈活運用。

從國內(nèi)相關(guān)TD-LTE試驗網(wǎng)建設(shè)和測試結(jié)果來看，8天線和2天線組網(wǎng)的主要區(qū)別如下：

1)設(shè)備與組網(wǎng)成本：8天線相比2天線單設(shè)備成本較高，相關(guān)統(tǒng)計結(jié)果顯示，8天線的器件成本約為2天線的1.8倍。由于8天線在覆蓋性能上強于2天線，因此在指定覆蓋區(qū)域內(nèi)、指定覆蓋指標(biāo)要求下，8天線所需站點數(shù)與2天線相比減少15~30%，這樣可以極大的降低建網(wǎng)成本。

2)網(wǎng)路性能：從相關(guān)測試結(jié)論來看，TD-LTE系統(tǒng)中的8天線覆蓋性能與2天線組網(wǎng)相比較，下行提升了39%，上行提升了45%;而容量性能，下行吞吐量平均提升了39%，上行提升了19%，整體來看，8天線TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的覆蓋性和和容量性能都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于2天線網(wǎng)絡(luò)。

3)工程施工以及運營維護(hù)難度：8天線尺寸較大，施工難度相對較大，對站點天面資源要求較高，而2天線，天線尺寸較小，施工難度較小，便于工程施工和快速建網(wǎng)。

LTE FDD 現(xiàn)階段仍以2 天線分集和復(fù)用為主，中國電信“藍(lán)極光”計劃中的LTE FDD網(wǎng)絡(luò)8天線分集接收性能已在試驗中，未來LTE FDD網(wǎng)絡(luò)可用2天線發(fā)送，8天線接收的模式進(jìn)行組網(wǎng)。目前TD-LTE室外覆蓋以8天線覆蓋為主，2天線模式是在8天線無法發(fā)揮賦形性能或安裝受限的場景采用，包括熱點覆蓋、補盲、道路覆蓋、天線美化及隱蔽性要求高等場景。