充分利用好F頻段是快速發(fā)展TD－LTE的關(guān)鍵 - 全文

　　2012年中國(guó)移動(dòng)正式啟動(dòng)了TD-LTE第一階段的規(guī)模試驗(yàn)網(wǎng)建設(shè)，本次規(guī)模試驗(yàn)網(wǎng)既是對(duì)前期TD-LTE技術(shù)研究成果及端到端產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展成果的一次集中展示，同時(shí)也是進(jìn)一步加速TD-LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，為TD-LTE技術(shù)未來(lái)商用積累寶貴經(jīng)驗(yàn)的一次大練兵。對(duì)于任何一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，頻譜無(wú)疑都是最為珍貴的資源。頻譜的使用策略，往往將對(duì)網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展起到最為關(guān)鍵的影響，是每個(gè)無(wú)線運(yùn)營(yíng)商首先要解決的問(wèn)題。目前中國(guó)移動(dòng)作為中國(guó)唯一運(yùn)營(yíng)TDD技術(shù)的無(wú)線運(yùn)營(yíng)商，其掌握的TDD的頻譜資源主要分布在1.8GHz~2.6GHz之間，包括F頻段1880~1920MHz、A頻段2010~2025MHz、E頻段2320~2370MHz和D頻段2575~2615MHz.其中F頻段、D頻段和E頻段已用于本次TD-LTE規(guī)模試驗(yàn)。前兩個(gè)頻段用于室外宏覆蓋，后一個(gè)用于室內(nèi)覆蓋。在這些TDD頻段中，F(xiàn)頻段位于頻譜的最低位置，如何充分利用好這一段寶貴的頻譜資源，將成為中國(guó)移動(dòng)TD-LTE未來(lái)發(fā)展的關(guān)鍵。

　　注：現(xiàn)網(wǎng)有1500萬(wàn)小靈通用戶占用了1900MHz之后的部分頻段，目前F頻段可用頻譜資源只有1880~1900MHz，共20MHz.

　　一、F頻段相比于D頻段具有路損小、覆蓋面積大的特點(diǎn)，用于室外宏蜂窩連續(xù)覆蓋具有天然優(yōu)勢(shì)

　　F頻段處于TDD頻譜的最低位置，相對(duì)于處于2.6GHz的D頻段低了近800MHz，在進(jìn)行室外宏蜂窩連續(xù)覆蓋時(shí)，具有天然優(yōu)勢(shì)。根據(jù)2012年在某省進(jìn)行的19個(gè)基站組成F頻段連續(xù)覆蓋片區(qū)的測(cè)試結(jié)果，可以看到，在相同距離下采用D頻段覆蓋的RSRP比采用F頻段的低了4dB，SINR低了3dB，掉話點(diǎn)距離D頻段比F頻段縮短了250m左右。當(dāng)小區(qū)覆蓋邊緣滿足RSRP達(dá)到-110dBm時(shí)，F(xiàn)頻段的覆蓋距離是D頻段的1.35倍；如果折合成單站的最大覆蓋面積，采用F頻段的單站覆蓋面積將達(dá)到D頻段的約1.8倍。這就意味著，在實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連續(xù)覆蓋時(shí)，采用D頻段無(wú)疑要比F頻段占用更多的站址資源，建設(shè)更密集的基站。

　　站址資源無(wú)疑對(duì)于任何一個(gè)運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)都是非常寶貴的。中國(guó)移動(dòng)未來(lái)發(fā)展TD-LTE網(wǎng)絡(luò)，必然要充分利用現(xiàn)有站址資源。我們以TD-LTE與TD-SCDMA共站址來(lái)舉例，可以進(jìn)一步看到F頻段和D頻段在相同覆蓋情況下對(duì)用戶速率的影響。以TD-SCDMA典型的CS64K語(yǔ)音業(yè)務(wù)進(jìn)行計(jì)算，其室外最大的覆蓋距離可達(dá)0.78Km；考慮室外覆蓋室內(nèi)的需求，其對(duì)室內(nèi)的最大覆蓋距離可達(dá)0.34Km.以TD-SCDMA覆蓋距離作為TD-LTE共覆蓋規(guī)劃的基準(zhǔn)，采用F頻段或D頻段建設(shè)TD-LTE均可以滿足與TD-SCDMA共覆蓋的要求，但在相同的覆蓋距離下，D頻段提供的上/下行邊緣速率較明顯低于F頻段。特別是在室外覆蓋室內(nèi)的場(chǎng)景下，D頻段室內(nèi)上行邊緣用戶速率僅能達(dá)28.8Kbps；下行可達(dá)800Kbps；而F頻段上行可達(dá)100Kbps；下行可達(dá)1Mbps.由此可見，F(xiàn)頻段可以更好的滿足小區(qū)邊緣覆蓋的速率需求。

　　二、TD-LTE與TD-SCDMA可在F頻段完美共存

　　TD-LTE系統(tǒng)與TD-SCDMA系統(tǒng)都是TDD系統(tǒng)，有著相似的幀結(jié)構(gòu)。TD-LTE系統(tǒng)要與原本用于TD-SCDMA與在同一頻段共存時(shí)，只有保證上下行切換點(diǎn)對(duì)齊才能避免兩系統(tǒng)間的干擾，否則無(wú)法協(xié)同工作。因此，在規(guī)劃時(shí)必須做好兩系統(tǒng)的時(shí)隙配置規(guī)劃以規(guī)避同頻干擾。

　　為使兩系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)可共存，基本方法是通過(guò)平移TD-LTE與TD-SCDMA系統(tǒng)的幀頭位置，并調(diào)整TD-LTE的GP大小來(lái)保證上下行切換點(diǎn)對(duì)齊，從而避免兩系統(tǒng)上下行間的干擾。

　　當(dāng)TD-S系統(tǒng)的上下行時(shí)隙配比為3：3，2：4，5：1時(shí)可以與TD-L系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)幀結(jié)構(gòu)共存。

　　由于TD-S的常規(guī)時(shí)隙和特殊時(shí)隙的配比是固定的，而TD-L的特殊時(shí)隙中DwPTS、GP和UP的長(zhǎng)度支持9種靈活配比。TD-LTE特殊時(shí)隙的配置情況如下表所示：

　　根據(jù)以上原則，將TD-S的5種時(shí)隙配比方案和TD-L以5ms為周期的3種時(shí)隙配比方案進(jìn)行共存分析，結(jié)果如下：

　　TD-S的上下行3：3時(shí)隙配比可與TD-L的2：S：2實(shí)現(xiàn)共存，并且TD-L的特殊時(shí)隙配比可為配置0，1，2，3，5，6，7，8.其中選用特殊時(shí)隙配置7時(shí)，基本上沒(méi)有資源損失，可完美共存，推薦使用此方案。

　　TD-S的上下行2：4時(shí)隙配比可與TD-L的1：S：3實(shí)現(xiàn)共存，但TD-L的特殊時(shí)隙配比只能設(shè)置為配置0和5.即GP為10或9個(gè)OFDMA符號(hào)。

　　TD-S的上下行5：1時(shí)隙配比可與TD-L的3：S：1實(shí)現(xiàn)共存，但TD-L的特殊時(shí)隙配比只能設(shè)置為配置0和5.

　　對(duì)于TD-SCDMA的時(shí)隙比例1：5和4：2，TD-LTE無(wú)法通過(guò)簡(jiǎn)單的特殊子幀配置獲得與TD-SCDMA的共存，可以考慮打掉一個(gè)子幀（1ms）的方式進(jìn)行共存，資源浪費(fèi)超過(guò)1個(gè)子幀。

　　三、F頻段發(fā)展TD-LTE，將會(huì)促進(jìn)TD-SCDMA精品網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)

　　從頻率資源角度，F(xiàn)頻段共有40MHz頻帶寬度，考慮到與1920MHz CDMA系統(tǒng)的隔離度需求，實(shí)際有35MHz的頻段帶寬可用于TDD建設(shè)。在當(dāng)前TD-LTE發(fā)展的初期階段，可以先劃分1880~1900MHz 20MHz用于TD-LTE建設(shè)，隨著小靈通用戶的逐步退網(wǎng)，再將剩余15M劃分給TD-SCDMA使用，這樣TD-SCDNA總帶寬仍有30MHz可用（包括A頻段15MHz和F頻段剩余的15MHz），仍然是較為充足的。

　　從網(wǎng)絡(luò)覆蓋的角度，在F頻段TD-LTE與TD-SCDMA覆蓋能力相當(dāng)，未來(lái)在進(jìn)行TD-LTE建設(shè)的同時(shí)，新增的TD-LTE站址資源就天然的擴(kuò)展了TD-SCDMA的覆蓋。有利于形成TD-SCDMA和TD-LTE齊頭并進(jìn)，一舉兩得的雙贏局面。

　　另外，從發(fā)展業(yè)務(wù)的角度看，發(fā)展TD-LTE可以正向拉動(dòng)TD-SCDMA流量提升。從全球歷史經(jīng)驗(yàn)看，3G發(fā)展初期，2G網(wǎng)絡(luò)流量提升明顯；這是因?yàn)?G發(fā)展提升了智能終端的滲透率，刺激了用戶MBB數(shù)據(jù)需求，但是3G建設(shè)初期覆蓋不如2G，導(dǎo)致用戶回落到2G后，使2G流量需求大幅提升。同樣的，我們可以預(yù)期4G發(fā)展初期，也會(huì)進(jìn)一步刺激用戶的MBB數(shù)據(jù)需求，而4G建設(shè)初期同樣覆蓋不如3G，因此，用戶回落到3G同樣會(huì)大幅提升3G網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流量。

　　因此，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，F(xiàn)頻段發(fā)展TD-LTE不僅不會(huì)影響TD-SCDMA的未來(lái)發(fā)展，反而會(huì)促進(jìn)TD-SCDMA精品網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。

　　四、F頻段用于TD-LTE可與TD-SCDMA共用智能天線，雙流波束賦形技術(shù)的性能優(yōu)勢(shì)可得以充分發(fā)揮

　　現(xiàn)網(wǎng)TD-SCDMA宏覆蓋多采用BBU+支持F頻段的RRU，配合以4＋4雙極化陣列天線的產(chǎn)品解決方案。TD-SCDMA和TD-LTE均為TDD方式，上、下行鏈路使用相同頻率傳輸信號(hào)，且間隔時(shí)間短，鏈路無(wú)線傳播環(huán)境差異不大，因此可以很好的應(yīng)用智能天線波束賦形技術(shù)，提高用戶的信噪比，降低系統(tǒng)干擾，從而可有效提升網(wǎng)絡(luò)的覆蓋及容量性能。

　　為了滿足LTE在高數(shù)據(jù)率和大系統(tǒng)容量方面的要求，LTE系統(tǒng)引入多種傳輸模式。用于對(duì)抗信號(hào)衰落以獲得提高可靠性，或者用于實(shí)現(xiàn)容量提高。一般來(lái)說(shuō)，存在三類多天線技術(shù)。

　　空間復(fù)用：空間復(fù)用是一種利用相互獨(dú)立空間信道（即弱相關(guān)性的空間信道）的技術(shù)，在多個(gè)相互獨(dú)立的空間信道上傳遞不同的數(shù)據(jù)流，從而提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆逯邓俾省?/p>

　　傳輸分集：傳輸分集主要是利用空間信道的弱相關(guān)性，通過(guò)時(shí)間/頻率上的選擇性，組合來(lái)自兩個(gè)或更多個(gè)獨(dú)立衰落信道的信號(hào)來(lái)抵抗衰落，提高信號(hào)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

　　波束賦形：波束賦形是一種應(yīng)用于小間距天線陣列的多天線傳輸技術(shù)，不僅可以提高信號(hào)的可靠性，也可以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆逯邓俾?。其利用空間信道信息建立波束成形矩陣，作為發(fā)射機(jī)端的前置空域濾波器。使得波束指向用戶方向，從而提高信噪比，同時(shí)也能提高系統(tǒng)容量。通常分為單流波束賦形和雙流波束賦形。

　　雙流波束賦形技術(shù)結(jié)合了智能天線波束賦形技術(shù)和空間復(fù)用技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，利用TDD信道的互惠性，同時(shí)傳輸兩個(gè)賦形數(shù)據(jù)流來(lái)實(shí)現(xiàn)空間復(fù)用，并且能夠保持傳統(tǒng)賦形技術(shù)廣覆蓋、提高小區(qū)容量和減少干擾的特性，既可以提高邊緣用戶的可靠性，同時(shí)可有效提升小區(qū)中心用戶的吞吐量。

　　根據(jù)中國(guó)移動(dòng)前期組織在某省進(jìn)行的雙流波束賦形測(cè)試結(jié)果可以看出，無(wú)論在定點(diǎn)測(cè)試環(huán)境下還是移動(dòng)測(cè)試環(huán)境下，采用雙流波束賦形的TM8模式均表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。在定點(diǎn)測(cè)試條件下，無(wú)論是用戶處于SINR -3~-1dB的小區(qū)邊緣，還是處于SINR 7~10dB或19~20dB的小區(qū)覆蓋的中、好點(diǎn)，雙流波束賦形相比單純支持雙流的TM3傳輸模式均有明顯的速率優(yōu)勢(shì)，特別是在小區(qū)邊緣，TM8模式相比TM3模式增益超過(guò)30％。TM3模式在速率上的優(yōu)勢(shì)只在SINR達(dá)到26~31dB的個(gè)別極好點(diǎn)情況下才得以體現(xiàn)，但根據(jù)50%加擾下路測(cè)的SINR數(shù)據(jù)，一個(gè)小區(qū)20dB以上的覆蓋區(qū)域往往占比不足5%.即在真實(shí)組網(wǎng)環(huán)境下體現(xiàn)TM3速率優(yōu)勢(shì)的場(chǎng)景較難發(fā)生。同樣在移動(dòng)測(cè)試環(huán)境下，TM8模式也表現(xiàn)出突出的性能優(yōu)勢(shì)，相比TM3模式平均吞吐量提升了23%.

　　五、利舊TD-SCDMA現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備，F(xiàn)頻段向TD-LTE平滑演進(jìn)，方案成熟，施工簡(jiǎn)單

　　目前中國(guó)移動(dòng)TD-SCDMA現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備多已具備F頻段能力，只需通過(guò)增加LTE處理板卡配合以簡(jiǎn)單的工程改造和軟件升級(jí)，即可平滑演進(jìn)到TD/LTE雙模應(yīng)用。

　　BBU改造：主設(shè)備新增TD-LTE基帶板和主控板，而且TD-LTE基帶板和主控板都是可以通過(guò)TD-S基帶板和主控板升級(jí)實(shí)現(xiàn)。原有RRU連接到TD-L基帶板，原有TD-S基帶板資源通過(guò)背板交換到TD-L板卡。

　　傳輸改造：新增LTE主控板及GE光/電模塊配套傳輸組件。TD-L和TD-S可進(jìn)行內(nèi)部合路或分路傳輸。

　　Ir接口改造：原配置3對(duì)6.144Gbps光模塊接口不變，升級(jí)后再新增3對(duì)6.144Gbps光模塊接口。

　　時(shí)鐘同步改造：TD-L與TD-S可共用時(shí)鐘，升級(jí)前后時(shí)鐘同步連接線保持不變。

　　天線改造：TD-L與TD-S復(fù)用原天線，無(wú)需替換。

　　六、結(jié)束語(yǔ)

　　目前中國(guó)移動(dòng)正在緊鑼密鼓的進(jìn)行TD-LTE規(guī)模試驗(yàn)網(wǎng)建設(shè)，預(yù)計(jì)明年試驗(yàn)網(wǎng)規(guī)模還將進(jìn)一步擴(kuò)大至20萬(wàn)載波以上。在TD-LTE發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)刻，充分利用好F頻段這段寶貴的TDD頻譜資源，無(wú)疑將對(duì)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

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