淺談4G時(shí)代TDD與FDD混合組網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)

李 濤

(中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司天津市分公司河北區(qū)分公司 天津 300142)

隨著工信部頒發(fā)4G經(jīng)營(yíng)牌照，通信行業(yè)又將進(jìn)入到一個(gè)新的蓬勃發(fā)展期。根據(jù) GSA(全球移動(dòng)設(shè)備供應(yīng)商協(xié)會(huì))公布的最新數(shù)據(jù)顯示，截止 2013年底，有 499家運(yùn)營(yíng)商正在143個(gè)國(guó)家和地區(qū)投資 LTE。其中，448家運(yùn)營(yíng)商承諾在134個(gè)國(guó)家和地區(qū)部署LTE網(wǎng)絡(luò)，還有51家正在9個(gè)國(guó)家和地區(qū)試用、測(cè)試LTE，或進(jìn)行研究。承諾的運(yùn)營(yíng)商中，有244家已經(jīng)推出商用服務(wù)，較去年同期增長(zhǎng) 78%。預(yù)計(jì)，到今年年底將有260張LTE網(wǎng)絡(luò)投入商用。隨著 TD-LTE在全球的快速發(fā)展，運(yùn)營(yíng)商同時(shí)運(yùn)營(yíng)TDD和FDD情況的不斷增多，實(shí)現(xiàn)兩種制式的融合成為大勢(shì)所趨。

1 4G網(wǎng)絡(luò)模式

4G就是第四代移動(dòng)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。LTE是英文 Long Term Evolution的縮寫，即長(zhǎng)期演進(jìn)技術(shù)；LTE標(biāo)準(zhǔn)是由TDD和FDD兩種不同的雙工模式組成。

TDD(Time Division Duplexing)即時(shí)分雙工，是在信號(hào)發(fā)射和接收時(shí)使用同一信道分時(shí)區(qū)進(jìn)行上下行傳送，也就是上下行在同一頻段中按時(shí)間分配交叉進(jìn)行。

FDD(Frequency Division Duplexing)即全雙工，是在信號(hào)發(fā)射和接收時(shí)上下行傳送分別使用不同信道同時(shí)進(jìn)行。

2 技術(shù)特性

2.1 TDD技術(shù)特性

TDD模式中，發(fā)送和接收在同一頻率信道使用不同時(shí)隙，在信道中用時(shí)間進(jìn)行分離發(fā)送和接收，確保上下行互不干擾。

圖1 TDD示意圖Fig.1 TDD System

TDD的發(fā)送和接收信號(hào)在同一頻率信道的不同時(shí)隙中進(jìn)行，在進(jìn)行不對(duì)稱數(shù)據(jù)傳送時(shí)，可以做到使用零碎的頻段資源，這樣就對(duì)有限的頻段資源實(shí)現(xiàn)了充分利用(見(jiàn)圖1)。

TDD系統(tǒng)上下行在同一信道中傳送，其傳送的一致性使之更加適合采用智能天線技術(shù)，可做到有效減少多徑干擾，提高通信的可靠性。同時(shí)使用了多個(gè)小功率線性放大器，大大降低了成本。

TDD系統(tǒng)采用時(shí)間分隔控制，可以靈活的設(shè)置上下行轉(zhuǎn)換時(shí)刻，更加適用于城市中心或人員密度大的區(qū)域的局部信號(hào)覆蓋，尤其適合上下行不對(duì)稱的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。但這種轉(zhuǎn)換時(shí)刻的設(shè)置必須與相鄰基站協(xié)同進(jìn)行，因此對(duì)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提出了較高的要求。

2.2 FDD技術(shù)特性

FDD模式的特點(diǎn)是上下行分別在2個(gè)對(duì)稱頻率信道上傳送，并在 2個(gè)鄰近信道之間有雙工間隔防止上下行之間產(chǎn)生干擾，由于彼此之間頻率間隔 190,MHz，因此占用了較多的頻段資源。

圖2 FDD示意圖Tab.2 FDD System

FDD采用包交換技術(shù)，能充分利用上下行頻段，增加系統(tǒng)容量(見(jiàn)圖 2)。但 TDD 模式在非對(duì)稱的分組交換中，頻段的利用率則大大降低。由于 FDD采用全雙工技術(shù)，在傳送以語(yǔ)音為代表的對(duì)稱業(yè)務(wù)時(shí)能夠充分利用頻段，而在進(jìn)行以互聯(lián)網(wǎng)為代表的非對(duì)稱業(yè)務(wù)時(shí)，頻段的利用率則大大降低。FDD系統(tǒng)可以有效消除基站之間鄰近小區(qū)的互相干擾，其抗干擾性能在一定程度上好于 TDD系統(tǒng)。由于 FDD系統(tǒng)采用的是連續(xù)控制系統(tǒng)，適應(yīng)于大區(qū)制的國(guó)家和國(guó)際間覆蓋漫游，適合于對(duì)稱業(yè)務(wù)，如話音、交互式適時(shí)數(shù)據(jù)等。

3 TDD與FDD混合組網(wǎng)目的

混合組網(wǎng)，簡(jiǎn)單說(shuō)就是建設(shè)2個(gè)LTE網(wǎng)絡(luò)，1個(gè)是TDD，1個(gè)是 FDD，并通過(guò)統(tǒng)一的平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì) 2個(gè)網(wǎng)絡(luò)同時(shí)管理。TDD與FDD這2個(gè)LTE的分支標(biāo)準(zhǔn)各有所長(zhǎng)，但兩者間基礎(chǔ)技術(shù)極為相似，僅在業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)上有一定的技術(shù)區(qū)別，完全可以看作1個(gè)系統(tǒng)。因此，國(guó)際上有了將TDD與FDD混合組網(wǎng)的模式，發(fā)揮兩者各自長(zhǎng)處，TDD用于熱點(diǎn)區(qū)域覆蓋，F(xiàn)DD用于廣域覆蓋。

在中國(guó)把2.6,G整個(gè)190,M頻段較大的帶寬直接分配給了 TDD，所以 TDD的資源非常豐富。但能夠供給 FDD使用的資源很有限，于是在 1.8,G和 2.1,G頻段上各分配了2×30,M。由于目前在該頻段上擁有眾多的2,G、3,G用戶，還需使用相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)轉(zhuǎn)網(wǎng)，勢(shì)必使本不寬裕的 FDD資源更加緊張。因此，TDD的充分資源必將得到最大限度的有效利用，確保用戶上網(wǎng)體驗(yàn)效果。這樣 TDD與 FDD的混合組網(wǎng)必將成為現(xiàn)實(shí)。

為了做好混合組網(wǎng)，大致需要 3個(gè)階段來(lái)實(shí)施：①快速部署階段，在重點(diǎn)城市開(kāi)展 LTE業(yè)務(wù)，共用 2,G、3,G站址。FDD由于覆蓋好，主要用在郊區(qū)做廣覆蓋：TDD在密集城區(qū)，熱點(diǎn)業(yè)務(wù)層的宏覆蓋。②容量覆蓋并重階段，根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展優(yōu)化FDD網(wǎng)絡(luò)，在城市中心、盲點(diǎn)和熱點(diǎn)地區(qū)，用 TDD來(lái)實(shí)現(xiàn)盲點(diǎn)和熱點(diǎn)覆蓋。③精品網(wǎng)深度優(yōu)化階段，要把混合組網(wǎng)做深，需要利用更多的新技術(shù)，如載波聚合、CAMP、MRO等。

4 混合組網(wǎng)共享資源

4.1 共享網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

若實(shí)現(xiàn)TDD和FDD混合組網(wǎng)，首先需要構(gòu)建1個(gè)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖3)。從結(jié)構(gòu)上需要做到核心網(wǎng)EPC共享、基帶單元共享、時(shí)鐘共享、傳輸共享、網(wǎng)絡(luò)資源共享、網(wǎng)管共享等。

圖3 TDD和FDD混合組網(wǎng)Fig.3 Hybrid network of TDD and FDD

4.1.1 核心網(wǎng)共享

由于 E-UTRAN接入端對(duì)核心網(wǎng)是透明的，S1的接口又完全一致，因此共享核心網(wǎng)較容易。但需解決好TDD和 FDD之間頻段切換和系統(tǒng)內(nèi)部切換問(wèn)題。

4.1.2 基帶單元共享

采用共用硬件平臺(tái)技術(shù)并通過(guò)軟件進(jìn)行重新配置，使BBU的1個(gè)主控板同時(shí)支持TDD和FDD系統(tǒng)。

4.1.3 時(shí)鐘共享

采用多種時(shí)鐘同步技術(shù)，使 TDD和 FDD兩種系統(tǒng)同時(shí)能夠支持GPS、IEEE 1588,v2、北斗等。

4.1.4 傳輸共享

可以最大化利用既有的 2,G、3,G 傳輸網(wǎng)資源，但需依據(jù)TDD和FDD特性合理分配傳輸資源。

4.1.5 網(wǎng)絡(luò)資源共享

由于是混合組網(wǎng)，TDD和FDD的頻段資源需做到綜合使用，可以將 2個(gè)系統(tǒng)的頻段資源當(dāng)作 1個(gè)資源池對(duì)用戶按需分配。

4.1.6 網(wǎng)管共享

在同一網(wǎng)絡(luò)維護(hù)平臺(tái)上搭建能供同時(shí)支持 2,G、3,G及TDD和 FDD系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)。

4.2 充分利用頻段資源

在TDD和FDD混合組網(wǎng)中，由于頻段和技術(shù)特性不同，2個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)不能同時(shí)覆蓋。為了確保用戶體驗(yàn)的流暢性，需要做到兩網(wǎng)間的完美互操作。

4.2.1 解決頻段空閑

由于頻段和技術(shù)特性不同，F(xiàn)DD必將承擔(dān)起連續(xù)組網(wǎng)覆蓋的作用；TDD作為 FDD覆蓋容量的擴(kuò)展補(bǔ)充解決話務(wù)量高、易擁塞區(qū)域資源不足等問(wèn)題。

4.2.2 頻段高效連接

可以根據(jù)業(yè)務(wù)類型不同在特定的TDD或FDD網(wǎng)絡(luò)上承載不同的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；當(dāng) TDD或FDD網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較高時(shí)，可以通過(guò)負(fù)荷均衡策略實(shí)現(xiàn)兩網(wǎng)間的互相切換(見(jiàn)圖4)。

圖4 TDD和FDD移動(dòng)性管理策略Fig.4 Mobility management strategy for TDD and FDD

4.2.3 TDD和FDD移動(dòng)性管理策略

通過(guò)小區(qū)偏移度、載頻偏移度對(duì) TDD和 FDD信號(hào)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，且相鄰小區(qū)間綜合考慮優(yōu)先選擇覆蓋好的小區(qū)進(jìn)行切換。即優(yōu)先選擇同頻段相鄰小區(qū)作為切換目標(biāo)小區(qū)，其次選擇異頻非同覆蓋相鄰小區(qū)作為切換目標(biāo)小區(qū)，最后選擇異頻同覆蓋相鄰小區(qū)作為切換目標(biāo)小區(qū)(見(jiàn)圖5)。

圖5 TDD和FDD負(fù)荷均衡策略Fig.5 Load balancing strategy for TDD and FDD

4.2.4 TDD和FDD負(fù)荷均衡策略

首先通過(guò)X2接口交互TDD和FDD相鄰小區(qū)的負(fù)荷信息，再通過(guò)負(fù)荷均衡模塊統(tǒng)一進(jìn)行判斷分析，在 TDD和 FDD相鄰小區(qū)中選擇出最適合小區(qū)，作為負(fù)荷均衡的目標(biāo)小區(qū)，實(shí)現(xiàn)相鄰基站間的負(fù)荷均衡。

隨著 3家運(yùn)營(yíng)商 4,G LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的逐步推進(jìn)，依據(jù)各自 TDD和 FDD混合組網(wǎng)方案的日趨完善，將更有利于促進(jìn)通信行業(yè)的健康發(fā)展與 4,G LTE網(wǎng)絡(luò)的良性成長(zhǎng)，給用戶帶來(lái)更加良好的體驗(yàn)享受。■

［1］ 胡春靜，王文博.第3代移動(dòng)通信中TOD和FOD共存的干擾分析[J]. 電聲技術(shù)，2002(7)：62-66.

［2］ 焦慧穎.FOD 和 TDD 聯(lián)合運(yùn)營(yíng)的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展[J]. 現(xiàn)代電信科技，2014(4)：10-14.

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