LTE高低頻混合組網(wǎng)方案

林衡華

（中國電信股份有限公司廣州研究院 廣州510630）

1 概述

隨著移動通信技術(shù)的不斷發(fā)展和廣泛應(yīng)用，用戶對網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量和通信帶寬提出更高的要求，這樣運營商不僅要保障網(wǎng)絡(luò)的覆蓋性能，而且對頻率的需求也越來越高。

理論上無線信號在高頻段的損耗要遠大于低頻段的損耗。以2.1 GHz和850 MHz頻段為例，兩者在自由空間的損耗相差近8 dB，覆蓋距離相差約2.5倍[1]。但由于在低頻段的頻率資源有限，且仍被原有2G/3G業(yè)務(wù)所占用，因此在LTE時代，大部分可以利用的頻段都是高頻段。因此高低頻段混合組網(wǎng)將是未來LTE網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)的趨勢。

圖1 測試環(huán)境

2 頻段覆蓋能力

移動通信系統(tǒng)中的無線信號傳播十分復(fù)雜，高低頻段的無線信號損耗的影響主要包括了直射、反射、大氣折射、繞射、穿透損耗等多種因素，同時還包括了天線方位角、增益、下傾角、覆蓋目標樓層等眾多工程因素的影響。因此，筆者對不同覆蓋距離和不同覆蓋樓層做了測試對比，測試環(huán)境如圖1所示。

測試場景選擇在密集市區(qū)環(huán)境，統(tǒng)計了近場低層、近場高層、遠場低層和遠場高層4類建筑物室內(nèi)的2.1 GHz和850 MHz頻段信號強度的分布，發(fā)射機的發(fā)射功率為+33 dBm，天線增益11 dBi。

圖2統(tǒng)計了近場低層、近場高層、遠場低層和遠場高層4類建筑物室內(nèi)850 MHz和2.1 GHz信號強度分布以及差值的分布。

圖2 信號強度分布以及差值的分布

通過測試得知在可視傳播信號以直射為主的條件下，2.1 GHz頻段的損耗要比850 MHz頻段的高5～10 dB；在非可視傳播信號以反射或繞射等為主的條件下，2.1 GHz頻段的損耗要比850 MHz頻段的高10 dB以上。

由于高低頻段覆蓋性能的差異，對比原有2G/3G時代采用低頻段組網(wǎng)，如果采用高頻段組網(wǎng)需要布放更多的基站。但實際上由于投資以及實際部署的情況，特別是網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，大部分的情況采用高低頻段只能采用共站部署的方式。在這種情況下采用一些特殊的手段可以部分解決高低頻段覆蓋性能的差異問題。

利用低功率節(jié)點在弱覆蓋區(qū)、盲區(qū)進行補充覆蓋，目前低功率節(jié)點的技術(shù)包括：RRH（射頻拉遠單元），需要通過基帶信號接口和基站直接相連；pico cell（皮基站），回傳可以通過S1/X2接口；HeNB（家庭基站），主要通過HeNB GW與宏網(wǎng)絡(luò)相連；relay（直放站），直接通過空口與宏網(wǎng)絡(luò)相連。這些低功率節(jié)點的主要技術(shù)特點是其發(fā)射功率較低，一般在50 mW～2 W，一般用于熱點話務(wù)吸收和覆蓋弱區(qū)域的補盲，譬如在室內(nèi)覆蓋中使用[2]。

載波聚合技術(shù)是3GPP R10版本引入的新技術(shù)。載波聚合能夠聚合兩個或兩個以上成員載波，同時為一個終端提供數(shù)據(jù)傳輸，同時載波聚合技術(shù)支持通過一個成員載波的控制信道調(diào)度其他載波的無線資源分配。因此利用載波聚合技術(shù)，將控制信道配置在覆蓋較理想的低頻段，有利于用戶覆蓋的保證[3]。

3 多頻段組網(wǎng)技術(shù)

目前無線基站設(shè)備主要采用基帶單元和射頻單元的模塊化設(shè)計?；鶐卧糠职刂坪蜆I(yè)務(wù)模塊，控制部分完成基站控制、傳輸、時鐘同步、用戶信令等功能，業(yè)務(wù)部分完成用戶業(yè)務(wù)處理、基帶處理、CPRI傳輸?shù)裙δ?；射頻單元部分完成無線信號收發(fā)、數(shù)模轉(zhuǎn)換等功能。

多頻基站中不同的頻段一般可以共用基帶單元，但需要根據(jù)實際的業(yè)務(wù)負載情況配置信道單元。對于射頻部分由于目前射頻電路與頻率密切相關(guān)，因此不同頻段一般采用獨立的射頻單元。多頻基站設(shè)備如圖3所示。

對于天饋系統(tǒng)，可以根據(jù)實際情況選擇獨立設(shè)置天饋系統(tǒng)或者兩者共用。

獨立設(shè)置天饋系統(tǒng)，有利于兩個網(wǎng)絡(luò)獨立調(diào)整，而且能夠避免頻段間的干擾，降低了網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和維護的難度，但是由于很大一部分場景受限于天面物業(yè)條件等情況的很難單獨建設(shè)天饋系統(tǒng)，需要合用天饋系統(tǒng)。

合用天線可以減少天線對天面的要求，以800 MHz/2.1 GHz雙頻天線一般體積與800 MHz天線體積相當。對比800 MHz單頻天線，800 MHz/2.1 GHz雙頻天線的長度只增加10%左右，寬與深的尺寸保持一致，重量增加約20%。

不同頻段的系統(tǒng)可以共用饋線，這樣可以降低建設(shè)成本和施工難度，但需接入合路器，這會造成一定的插入損耗。

圖3 多頻基站設(shè)備

4 結(jié)束語

隨著移動通信技術(shù)與業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，移動通信系統(tǒng)需要的頻率也越來越多，而易于利用的低頻段資源已經(jīng)不能完全滿足未來移動通信技術(shù)的發(fā)展。因此，高低頻混合多頻段組網(wǎng)將是未來LTE網(wǎng)絡(luò)的一種重要組網(wǎng)方式。高低頻段覆蓋能力存在較大的差異，除了增加覆蓋基站數(shù)量外還可以通過部署低功率節(jié)點、載波聚合等技術(shù)增強覆蓋，另外多頻多模基站和寬頻天線的技術(shù)發(fā)展也有利于高低頻混合多頻段網(wǎng)絡(luò)的部署。

1 郭梯云.移動通信.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006

2 3GPP TR 37.812.Radio Frequency(RF)Requirements for Multi-Band and Multi-Standard Radio(MB-MSR)Base Station(BS)

3 3GPP TR 36.850/TR 36.851.Inter-Band Carrier Aggregation