當(dāng)前，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(kāi)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(kāi)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(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*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l(wèi)te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，fdd 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zui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z(mì)ui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l(wèi)te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*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?？紤]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*的tdd頻段有利于td-lte的化發(fā)展，f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lte fdd網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)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(duì)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(shí)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(shí)際應(yīng)用中，不同的天線技術(shù)互為補(bǔ)充，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際信道的變化靈活運(yùn)用。
從國(guó)內(nèi)相關(guān)td-lte試驗(yàn)網(wǎng)建設(shè)和測(cè)試結(jié)果來(lái)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(jì)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(qiáng)于2天線，因此在覆蓋區(qū)域內(nèi)、覆蓋指標(biāo)要求下，8天線所需站點(diǎn)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(cè)試結(jié)論來(lái)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(lái)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(yùn)營(yíng)維護(hù)難度：8天線尺寸較大，施工難度相對(duì)較大，對(duì)站點(diǎn)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(guó)電信“藍(lán)極光”計(jì)劃中的lte fdd網(wǎng)絡(luò)8天線分集接收性能已在試驗(yàn)中，未來(lái)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(wú)法發(fā)揮賦形性能或安裝受限的場(chǎng)景采用，包括熱點(diǎn)覆蓋、補(bǔ)盲、道路覆蓋、天線美化及隱蔽性要求高等場(chǎng)景。