一種TD-LTE與LTE FDD融合組網(wǎng)策略
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作者張毅
1 LTE的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢
在當(dāng)前新型城鎮(zhèn)化、“寬帶中國”戰(zhàn)略以及“互聯(lián)網(wǎng)+”實施進(jìn)程中，采用單一頻段制式的移動通信網(wǎng)絡(luò)無法滿足超寬帶移動互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展需求。2013年12月，三大運營商各領(lǐng)一張TDD牌照。2014年6月，中國電信、中國聯(lián)通在16個城市開展融合組網(wǎng)試驗，第二、三批試驗范圍擴(kuò)展到277個城市。2015年2月，中國電信、中國聯(lián)通正式獲得FDD牌照。2015年兩會期間，中國移動原董事長奚國華多次和媒體表示，中國移動已經(jīng)向工業(yè)和信息化部申請F(tuán)DD牌照。國內(nèi)運營商積極推動融合組網(wǎng)試點工作，促進(jìn)了TDD/FDD融合技術(shù)的發(fā)展，更好地滿足了移動寬帶業(yè)務(wù)的發(fā)展需求，拉動了4G領(lǐng)域的投資增長，讓用戶更好地
分享4G發(fā)展的成果。TD-LTE技術(shù)與產(chǎn)業(yè)鏈日趨成熟，為融合組網(wǎng)奠定了基礎(chǔ)。LTE FDD和TDD在標(biāo)準(zhǔn)上是統(tǒng)一的，只是LTE系統(tǒng)有兩種工作模式。全球化的TDD頻譜規(guī)劃為融合組網(wǎng)提供了基礎(chǔ)資源。FDD頻譜資源的瓶頸日益凸顯，LTETDD/FDD混合組網(wǎng)將成為通信運營商的重要選擇。根據(jù)GSA（全球移動供應(yīng)商協(xié)會）統(tǒng)計，當(dāng)前采用最廣泛的TDD頻譜是Band40、Band38和Band41。TDD頻譜運營商（WiMAX和TD-SCDMA等）在向4G網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)時一般首選TD-LTE。
1.1 LTE頻譜資源分析
從我國LTE網(wǎng)絡(luò)已分配的頻段看（如圖1所示），TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的工作頻段在2.6 GHz，而LTE FDD工作頻段在1.8 GHz。目前國內(nèi)已規(guī)劃了687 MHz頻譜資源用于移動通信。從國內(nèi)IMT候選頻段看，698～806 MHz、1 427～1 518 MHz、3 400～3 600 MHz等頻譜資源用于TD-LTE的可能性很大。
1.2 TD-LTE和LTE FDD網(wǎng)絡(luò)覆蓋和容量能力對比
(1)覆蓋能力對比
從TD-LTE與LTE FDD頻段分配情況來看，TD-LTE網(wǎng)絡(luò)采用的頻段多數(shù)高于LTE FDD。根據(jù)研究成果來看，在相同環(huán)境下，頻譜每提高10%，網(wǎng)絡(luò)覆蓋半徑下降約為7%。因此LTE FDD網(wǎng)絡(luò)具有頻段的優(yōu)勢，覆蓋性能優(yōu)于TD-LTE網(wǎng)絡(luò)。
1.8 GHz LTE FDD(F頻段)和2.6 GHz TD-LTE（D頻段）的網(wǎng)絡(luò)覆蓋有較大差異。從實際網(wǎng)絡(luò)測試結(jié)果看，TD-LTE覆蓋相對較弱。針對典型居民小區(qū)覆蓋場景，TD-LTE和LTE FDD共址建設(shè)，基站高約30 m(比宿舍樓高10 m左右)。測試結(jié)果表明，在3:1上下行時隙配置和2天線部署情況下，1.8 GHz LTE FDD的平均RSRP比2.6 GHzTD-LTE的RSRP高4.5 dBm。2.6 GHz TD-LTE的覆蓋能力較弱，同時因為其繞射能力更差，室外覆蓋室內(nèi)存在較大困難。如圖2所示．D頻段比F頻段覆蓋能力至少弱了4 dBm。
(2)容量對比分析
LTE FDD與TD-LTE系統(tǒng)容量的差異主要是以下兩個方面。
·在LTE FDD網(wǎng)絡(luò)中，上行控制信道占用的資源要
多于TD-LTE網(wǎng)絡(luò)，而下行控制信道占用的資源要
少于TD-LTE。根據(jù)用戶業(yè)務(wù)類型的不同，TD-LTE
和LTE FDD網(wǎng)絡(luò)互有優(yōu)勢。
·實際網(wǎng)絡(luò)中，同時在線用戶數(shù)、同時調(diào)度用戶數(shù)等容量指標(biāo)主要是由設(shè)備處理能力決商對TDD與FDD兩種制式有相同的支持能力，容量指標(biāo)性能相近。
1.3 TD-LTE與LTE FDD的技術(shù)差異
LTE是由3GPP制定的開放式移動通信標(biāo)準(zhǔn)，重點是利用FDD與TDD系統(tǒng)的協(xié)同機(jī)制，獲得最好的網(wǎng)絡(luò)覆蓋效果。以美國Sprint公司為例，該公司利用FDD實現(xiàn)廣域覆蓋，利用TDD為高業(yè)務(wù)量區(qū)域提供大容量和高速的用戶體驗。從標(biāo)準(zhǔn)角度看，TD-LTE和LTE FDD是統(tǒng)一的，兩者擁有相同的層2和層3結(jié)構(gòu)，僅物理層幀結(jié)構(gòu)有10%的差異，90%以上的無線網(wǎng)技術(shù)可以通用，并且兩者核心網(wǎng)完全相同。從產(chǎn)品角度看，兩者可以共用一個BBU。因此LTE融合組網(wǎng)可以發(fā)揮出LTE FDD與TD-LTE各自的優(yōu)勢，形成合力。
1.4融合組網(wǎng)是大勢所趨
目前，全球644家運營商正投資建設(shè)LTE網(wǎng)絡(luò)．422張LTE網(wǎng)絡(luò)已商用。網(wǎng)絡(luò)制式方面，全球多數(shù)運營商采用FDD模式。TDD模式也得到持續(xù)發(fā)展，尤其是在中國。59家運營商在34個國家部署了TD-LTE網(wǎng)絡(luò)，占比在1/8以上，17家運營商同時部署了TDD/FDD網(wǎng)絡(luò)。
GSA認(rèn)為，運營商TDD與FDD共同部署的需求會日益強(qiáng)烈。TDD模式被視為一種有效補(bǔ)充，是在非成對的無線頻譜上提供高速移動寬帶接人服務(wù)的重要選擇。融合組網(wǎng)能有效緩解FDD頻譜緊張問題，還能使LTE全球漫游成為可能。
因此說TD-LTE與LTE FDD融合組網(wǎng)，是未來LTE網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的大趨勢。
2融合組網(wǎng)的發(fā)展模式
在VoLTE前階段，國際上主要有TD-LTE、LTE FDD、2G/3G 3種融合組網(wǎng)模式，如圖3所示。模式1是LTEFDD和2G/3G緊耦合、TD-LTE作為數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，是TDD網(wǎng)絡(luò)部署WiMAX的運營商（如美國Sprint公司、KDDI等）通常采用的模式。模式2是LTE FDD和TD-LTE分別與2G/3G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行緊耦合（如日本軟銀集團(tuán)等），實現(xiàn)TD-LTE、LTE FDD分別和2G/3G的CSFB、TD-LTE和LTE FDD相互獨立，并不共享核心網(wǎng)，也暫時沒有實現(xiàn)互操作。模式3是TD-LTE、LTE FDD、2G/3G全部緊密融合組網(wǎng)，實現(xiàn)TD-LTE、LTE FDD與2G/3C的互操作及TD-LTE與LTEFDD之間的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)切換，并共享核心網(wǎng)，甚至共享部分基站設(shè)備。
在實現(xiàn)VoLTE后，僅保留兩種組網(wǎng)模式：模式1是在LTE FDD實現(xiàn)VoLTE，并實現(xiàn)和2G/3G網(wǎng)絡(luò)的語音連續(xù)性，而TD-LTE僅作為純數(shù)據(jù)網(wǎng)：模式2是FDD LTE和TD-LTE均實現(xiàn)VoLTE及與2G/3G的語音連續(xù)性，且實現(xiàn)TD-LTE與LTE FDD之間的語音和數(shù)據(jù)切換。
運營商要科學(xué)規(guī)劃非對稱頻譜的定位和使用方式，以滿足業(yè)務(wù)需求的不斷變化。即使是以LTE FDD為主的運營商,TD-LTE也要保留其獨立組網(wǎng)的能力。
3融合組網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)和建設(shè)策略
在融合組網(wǎng)的過程中，通信運營商將會面臨多網(wǎng)互操作、多模多頻終端技術(shù)門檻高等多方面挑戰(zhàn)。
3.1 融合組網(wǎng)定位策略
對于TD-LTE與LTE FDD融合組網(wǎng)建設(shè)，首先要解決TDD和FDD兩種制式網(wǎng)絡(luò)的定位，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)價值的最大化。
由于LTE FDD具有覆蓋半徑明顯大于TD-LTE、終端高速移動性適應(yīng)性強(qiáng)等特點，因此較適宜作為底層網(wǎng)絡(luò)的廣度和深度覆蓋層。TD-LTE有靈活的上下行配置、豐富的頻率等特點，可作為容量層。融合組網(wǎng)能充分發(fā)揮FDD/TDD各自的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢，從覆蓋和容量兩個維度打造LTE精品網(wǎng)絡(luò)。
3.2核心網(wǎng)融合策略
TD-LTE與LTE FDD共用核心網(wǎng)，如圖4所示。通過對接Sl和X2接口數(shù)據(jù)，優(yōu)化核心網(wǎng)配置，在同一套MME、HSS上規(guī)模接入FDD和TDD兩種基站，并通過同一條傳輸接入核心網(wǎng)。通過核心網(wǎng)、傳輸網(wǎng)的融合組網(wǎng)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共用，提升兩種制式的互操作性能。
3.3無線網(wǎng)融合策略
由于物理層網(wǎng)絡(luò)采用相同的OFDM及MIMO關(guān)鍵技術(shù)，整體系統(tǒng)架構(gòu)具有一致性。TD-LTE與LTE FDD采用共BBU、共天饋等融合方案。中國移動已經(jīng)在香港建立了TD-LTE與LTE FDD的融合網(wǎng)絡(luò)。從系統(tǒng)的角度看，香港的TDD與FDD之間的切換，就像是一個系統(tǒng)中兩個頻段間的切換一樣簡捷。
在TD-LTE和LTE FDD建設(shè)初期，主要采用平滑升級為主。一是可利用天面、機(jī)房、電源等大量可復(fù)用的資源，二是在施工的過程中更加簡單高效，三是能夠有效保護(hù)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的投資。
3.4終端融合策略
TDD與FDD網(wǎng)絡(luò)融合帶來的終端上的融合是一大技術(shù)難題。3GPP定義的FDD頻段有26個，TDD頻段有12個。LTE頻段離散、頻率間跨距大，且沒有集中的全球漫游頻段，終端支持多模多頻段是必然選擇。載波聚合技術(shù)的應(yīng)用，對于TD-LTE與LTE FDD融合網(wǎng)絡(luò)終端的多頻段支持能力要求將更高。通信運營商要切實推動多模多頻終端產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定，整合國內(nèi)外成熟廠商的芯片能力，提升終端的研發(fā)與參與度。針對LTE終端，中國移動和中國電信分別提出“五模十三頻”和“六模九頻”的要求，目前已有多款主流廠商產(chǎn)品上市。
4對通信運營商未來發(fā)展建議
(1)把控網(wǎng)絡(luò)部署節(jié)奏，充分利用現(xiàn)網(wǎng)資源
在TDD/FDD網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時，選擇充分共享共站址資源的建設(shè)方案。通過核心網(wǎng)和傳輸接入網(wǎng)的融合組網(wǎng)，提升兩種制式的互操作性能。分析表明，TDD+FDD融合對網(wǎng)絡(luò)部署CAPEX（資本性支出）的影響不大，TDD/FDD天線不共享會增加21%的投資。日本軟銀集團(tuán)采用TD-LTE與PHS共址建設(shè)方案，解決了TD-LTE征址難的問題。
(2)合理網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃策略，分階段部署網(wǎng)絡(luò)
基于TD-LTE的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢，根據(jù)用戶的流量需求和網(wǎng)絡(luò)資源分布，通信運營商需分階段部署FDD/TDD融合網(wǎng)絡(luò)。FDD/TDD融合組網(wǎng)一般需經(jīng)歷3個階段：快速部署、容量與覆蓋并重、深度優(yōu)化階段。第一階段的TDD/FDD快速部署，實現(xiàn)了室外大而薄的廣度覆蓋，但深度覆蓋存在問題。因此，第二階段要優(yōu)先在密集城區(qū)共址建設(shè)FDD網(wǎng)絡(luò)，解決廣度覆蓋和深度覆蓋問題，同時著重加強(qiáng)市區(qū)／熱點業(yè)務(wù)層的TDD容量層覆蓋。在第三階段利用載波聚合、CoMP、MRO等技術(shù)，將FDD/TDD網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行深度優(yōu)化和融合。
(3)合理搭配高低頻段，打造覆蓋容量雙優(yōu)的LTE精品網(wǎng)絡(luò)
無線頻譜作為運營商的核心資源和核心競爭力，直接影響運營商的網(wǎng)絡(luò)部署和運營效果。要保證LTE網(wǎng)絡(luò)的覆蓋和容量，必須合理地搭配高低頻段，人口密集和高流量區(qū)域采用高低頻段組合方式，低頻段保證廣覆蓋和深覆蓋，高頻段解決容量問題；人口稀少和低流量區(qū)域則使用低頻段解決覆蓋問題，并根據(jù)LTE網(wǎng)絡(luò)和市場發(fā)展的不同階段，不斷優(yōu)化調(diào)整頻譜資源結(jié)構(gòu)。
5結(jié)束語
隨著4G網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，從用戶的業(yè)務(wù)需求和LTE可用頻段來看，單頻段、單制式LTE網(wǎng)絡(luò)難以滿足未來超寬帶移動互聯(lián)網(wǎng)的需求，網(wǎng)絡(luò)融合是必然趨勢。國內(nèi)運營商需將高頻段TD-LTE與中低頻段TD-LTE或LTEFDD進(jìn)行混合組網(wǎng)，將兩者的大容量和廣覆蓋結(jié)合起來才能更好地滿足未來萬物互聯(lián)的業(yè)務(wù)發(fā)展需求。因此，將LTE融合組網(wǎng)方式作為通信運營商的重要戰(zhàn)略布局，應(yīng)該提前在LTE總體規(guī)劃中予以考慮。
6摘要：隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展以及4G網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的急劇擴(kuò)大，全球范圍內(nèi)的頻率資源日益稀缺。借鑒TD-LTE與LTE FDD融合發(fā)展的成功經(jīng)驗，對融合組網(wǎng)策略和TD-LTE國際化發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行了分析，提出了TDD與FDD共平臺融合組網(wǎng)的發(fā)展模式和策略，并對通信運營商網(wǎng)絡(luò)的未來發(fā)展提出了針對性的建議。TD-LTE與LTE FDD融合組網(wǎng)已成為大趨勢，LTE融合組網(wǎng)的方式作為通信運營商的重要戰(zhàn)略布局，應(yīng)該提前在LTE總體規(guī)劃中予以考慮。
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