GSM頻率重耕至LTE建設(shè)關(guān)鍵問題研究

邵華 李新 何文林 楊光

【摘 要】

本文對(duì)GSM頻率重耕至LTE FDD過程中涉及的關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行了系統(tǒng)地梳理及詳細(xì)地分析，并對(duì)GSM升級(jí)及新建的兩種建設(shè)方式的優(yōu)劣勢(shì)及可行性進(jìn)行了深入的研究。同時(shí)對(duì)未來LTE FDD建設(shè)方案選擇時(shí)應(yīng)考慮的因素進(jìn)行了總結(jié)，并提出了相應(yīng)的建議。本文提出的方案可有效地解決GSM頻率重耕LTE FDD過程中網(wǎng)絡(luò)建設(shè)相關(guān)技術(shù)問題，為未來LTE FDD組網(wǎng)提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】LTE FDD 頻率重耕 互調(diào)干擾 天饋

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2016.04.004 中圖分類號(hào)：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-1010（2016）04-0019-06

引用格式：邵華，李新，何文林，等. GSM頻率重耕至LTE建設(shè)關(guān)鍵問題研究[J]. 移動(dòng)通信， 2016，40（4）： 19-24.

1 引言

隨著全球移動(dòng)用戶數(shù)量的急劇增加以及用戶對(duì)高速率業(yè)務(wù)應(yīng)用需求的增長(zhǎng)，如何最大化頻譜資源的利用率就成為運(yùn)營(yíng)商最為關(guān)注的問題。在頻率受限的情況下，運(yùn)營(yíng)商需要將其頻譜從效率較低的系統(tǒng)中釋放出來，用于效率更高的制式，以提升網(wǎng)絡(luò)性能及用戶體驗(yàn)[1-2]。因此，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，對(duì)于目前仍有GSM制式的運(yùn)營(yíng)商而言，GSM頻率重耕并向LTE FDD演進(jìn)是必然趨勢(shì)[3-4]。

在現(xiàn)網(wǎng)已有GSM與TD-LTE設(shè)備的場(chǎng)景下，可選擇將原有GSM設(shè)備升級(jí)或基于TD-LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)LTE FDD。兩種建設(shè)方式在對(duì)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有設(shè)備的要求及工程改造量上有一定差別，對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能及后續(xù)技術(shù)演進(jìn)方面的影響也有不同。本文將全面研究?jī)煞N網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方式的差別，并詳細(xì)分析其在不同建設(shè)場(chǎng)景下的優(yōu)劣勢(shì)。

2 LTE FDD建設(shè)方式對(duì)比

2.1 工程改造量

（1）建設(shè)方式一：基于GSM升級(jí)建設(shè)LTE FDD

在現(xiàn)網(wǎng)已有GSM網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及天饋系統(tǒng)的場(chǎng)景下，可基于GSM升級(jí)進(jìn)行LTE FDD網(wǎng)絡(luò)部署。但由于現(xiàn)網(wǎng)GSM設(shè)備、天面情況不同，升級(jí)中網(wǎng)絡(luò)改造量也存在一定差異。本文主要從射頻單元RRU、天線、BBU及其它改造等方面考慮。

1）射頻單元RRU

基于GSM升級(jí)建設(shè)LTE FDD過程中，對(duì)射頻單元的改造量很大程度上取決于現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備的情況。因此，在考察該方案時(shí)，需對(duì)現(xiàn)網(wǎng)GSM設(shè)備能力及配置情況進(jìn)行分析。

GSM射頻單元RRU升級(jí)LTE FDD的能力：現(xiàn)網(wǎng)GSM設(shè)備新舊程度不一，較早的設(shè)備可能無法支持直接升級(jí)以支持GSM/LTE FDD雙模。對(duì)于這部分設(shè)備，若要采用GSM升級(jí)的形式進(jìn)行LTE FDD部署，需先將現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備更換成可支持升級(jí)的雙模設(shè)備，再同時(shí)開啟GSM/LTE FDD兩種工作制式。

GSM射頻單元通道數(shù)：現(xiàn)網(wǎng)GSM設(shè)備在G網(wǎng)載波數(shù)不多時(shí)，主要以單通道為主。但LTE FDD在采用單通道部署時(shí)無法使用MIMO技術(shù)，頻譜效率較低。在這種情況下，通常需要加入另一單通道設(shè)備與現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行雙拼或?qū)F(xiàn)網(wǎng)GSM設(shè)備更新成雙通道，再進(jìn)行升級(jí)改造。

GSM設(shè)備最大功率：參考已部署LTE FDD運(yùn)營(yíng)商的經(jīng)驗(yàn)，LTE FDD不同帶寬需配置功率建議如表1所示：

若現(xiàn)網(wǎng)GSM載頻數(shù)較多且單載波功率設(shè)置較高，GSM射頻單元在升級(jí)至LTE FDD/GSM雙模后，可能無法滿足LTE FDD功率要求。在這種情況下，需將GSM設(shè)備更換成功率更高的設(shè)備或犧牲GSM或LTE FDD部分性能，將相應(yīng)系統(tǒng)的功率進(jìn)行一定程度地降低，再進(jìn)行升級(jí)改造。

GSM設(shè)備支持最大載頻數(shù)：GSM設(shè)備通常在同時(shí)支持GSM與LTE FDD兩模時(shí)，會(huì)對(duì)GSM與LTE FDD支持的載頻數(shù)進(jìn)行限制。因此，在對(duì)GSM設(shè)備進(jìn)行升級(jí)時(shí)，需檢查GSM現(xiàn)網(wǎng)配置。若GSM載波較多，無法再支持LTE FDD載波時(shí)，需將現(xiàn)有設(shè)備更換為支持載波數(shù)足夠的設(shè)備，再同時(shí)開啟GSM/LTE FDD兩模。

2）天線

對(duì)于基于GSM升級(jí)部署LTE FDD的建設(shè)方案，其最大優(yōu)勢(shì)在于LTE FDD可共用現(xiàn)網(wǎng)GSM天線。這種建設(shè)方式適用于現(xiàn)網(wǎng)天面資源緊張，天面工程施工困難等場(chǎng)景。后續(xù)鐵塔公司將網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施接管后，鐵塔租用成本與所占天面資源情況相關(guān)時(shí)，該方案可在一定程度上節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本。因此，在現(xiàn)網(wǎng)天線指標(biāo)符合要求時(shí)，LTE FDD可共用原GSM天饋系統(tǒng)，如圖1所示：

3）BBU

在基于GSM升級(jí)部署LTE FDD網(wǎng)絡(luò)實(shí)際部署中，部分廠商支持兩系統(tǒng)共用機(jī)框，通過在原有GSM機(jī)框中插入LTE FDD主控板與基帶板，實(shí)現(xiàn)GSM/LTE FDD并存。但也有部分廠商BBU為無背板的單硬件板卡SoB（System on Board）設(shè)計(jì)，如圖2所示。即單個(gè)硬件板卡集成某一制式三扇區(qū)配置下所有的主控、傳輸、基帶、電源等資源，兩系統(tǒng)BBU設(shè)備部署時(shí)完全獨(dú)立，二者之間并無共用或連接關(guān)系，僅是物理地堆疊放置在一起。在這種情況下，可將GSM與LTE FDD的硬件板卡堆疊在一起，再分別連接至GSM/LTE FDD共模RRU。

4）其它改造

采用基于GSM升級(jí)方式進(jìn)行LTE FDD部署時(shí)，由于原GSM基站一般無GPS同步源及IP傳輸，通常需要新增該部分器件。但若同站已有TD-LTE設(shè)備并配有相應(yīng)GPS同步源及IP傳輸，LTE FDD也可利用原有資源進(jìn)行部署。

5）基于GSM升級(jí)LTE FDD建設(shè)方案小結(jié)

根據(jù)以上分析，基于GSM升級(jí)LTE FDD建設(shè)方案工程改造量如圖3所示：

圖3 基于GSM升級(jí)LTE FDD建設(shè)方案工程改造量

（2）建設(shè)方式二：基于TD-LTE建設(shè)LTE FDD

除可用GSM升級(jí)LTE FDD方式外，也可采用基于TD-LTE新建LTE FDD方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)部署。主要從射頻單元RRU、天線、BBU及其它改造等方面對(duì)該建設(shè)方案改造量進(jìn)行分析。

1）射頻單元RRU

在基于TD-LTE新建LTE FDD時(shí)，由于TD-LTE與LTE FDD射頻單元RRU為不同雙工制式和不同工作頻段，射頻實(shí)現(xiàn)在雙工器、功放、中頻等部分差異較大，通常采用獨(dú)立設(shè)計(jì)。因此，在該場(chǎng)景下，LTE FDD射頻單元需獨(dú)立新建。

2）天線

在新建方案中，天饋系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際情況選擇新建天線，與原有系統(tǒng)合路或共多端口天線。其中，若天面資源較為豐富，且現(xiàn)網(wǎng)天面改造施工可行，可選擇獨(dú)立新建LTE FDD天饋系統(tǒng)。若天面資源緊張或現(xiàn)網(wǎng)天面改造工程實(shí)施較為困難且同站有GSM設(shè)備，可盡量共用基站原有GSM系統(tǒng)天饋。目前存在兩種共用方式：

方式一：LTE FDD與GSM通過合路器共用原GSM天線。該部署方式將給GSM/LTE FDD系統(tǒng)帶來一定的合路損耗，在一般情況下不建議使用。

方式二：將GSM天線替換成多端口天線，F(xiàn)DD與GSM采用不同的天線振子與端口，通過不同端口分別連接至各系統(tǒng)RRU。采用該方式部署時(shí)，GSM/LTE FDD可獨(dú)立調(diào)整方向角與下傾角，以保證兩網(wǎng)最優(yōu)性能。

3）BBU

在基于TD-LTE建設(shè)LTE FDD的方案下，LTE FDD BBU可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行部署。若同站有同廠商的TDD系統(tǒng)，且該廠商支持TDD與FDD共機(jī)框及主控板，可在機(jī)框內(nèi)直接增加FDD基帶板。對(duì)于采用無背板的單硬件板卡SoB設(shè)計(jì)的廠商，可直接新增LTE FDD硬件板卡。

4）其它改造

由于同站點(diǎn)已有TDD基站，F(xiàn)DD可與TDD共用GSP同步源。在傳輸帶寬足夠的情況下，LTE FDD可與TD-LTE共用傳輸。

5）基于TD-LTE建設(shè)LTE FDD方案小結(jié)

根據(jù)以上分析，基于TD-LTE建設(shè)LTE FDD方案工程改造量如圖4所示。

（3）兩種建設(shè)方案對(duì)工程改造量對(duì)比

基于GSM升級(jí)及基于TD-LTE建設(shè)LTE FDD方案工程改造量對(duì)比如表2所示。

2.2 網(wǎng)絡(luò)性能

（1）基于GSM升級(jí)及基于TD-LTE建設(shè)LTE FDD對(duì)組網(wǎng)性能的影響

兩種建設(shè)方案在網(wǎng)絡(luò)性能方面也有一定差別?；贕SM升級(jí)建設(shè)的建設(shè)方案需GSM/LTE FDD共天饋，GSM/LTE FDD無法實(shí)現(xiàn)獨(dú)立優(yōu)化。因此，在保證一張網(wǎng)絡(luò)性能的同時(shí)，另一張網(wǎng)絡(luò)的性能將受到一定程度的影響[5]。而在LTE FDD新建的場(chǎng)景下，若天面資源不緊張，可新建LTE FDD天饋或與GSM共多端口獨(dú)立電調(diào)天線。在這種情況下，GSM/LTE FDD天線下傾角、方向角均可獨(dú)立調(diào)整，使各自網(wǎng)絡(luò)性能達(dá)到最佳。

以兩種方式部署LTE FDD性能示意如表3所示：

1）信號(hào)強(qiáng)度RSRP：測(cè)試結(jié)果表明，無論是新建（GSM/LTE FDD共天饋場(chǎng)景）或升級(jí)（GSM/LTE FDD獨(dú)立天饋場(chǎng)景），LTE FDD覆蓋均能達(dá)到較好的水平。

2）SINR及吞吐率情況：由于GSM為異頻組網(wǎng)系統(tǒng)，而LTE FDD為同頻組網(wǎng)系統(tǒng)。因此，兩網(wǎng)對(duì)天線方向角與下傾角的要求差異較大。在共天饋場(chǎng)景下，因需保證現(xiàn)網(wǎng)GSM性能，天線的方位角及下傾角無法根據(jù)LTE FDD性能進(jìn)行調(diào)整，會(huì)在一定程度上犧牲LTE FDD性能。而在獨(dú)立天饋情況下，GSM與LTE FDD工程參數(shù)可根據(jù)各網(wǎng)需求獨(dú)立進(jìn)行調(diào)整，兩網(wǎng)性能均可得到較好的保證。在外場(chǎng)測(cè)試中GSM/LTE FDD可獨(dú)立電調(diào)場(chǎng)景下，根據(jù)LTE FDD性能進(jìn)行優(yōu)化，將其平均下傾角由5.8度調(diào)至13度，并調(diào)整方向角后，LTE FDD平均、邊緣SINR抬升了4.34dB與1.4dB。其下行吞吐率有將近44%的抬升。

（2）基于GSM升級(jí)及基于TD-LTE建設(shè)LTE FDD互調(diào)干擾情況

如上所述，利用GSM升級(jí)的方式進(jìn)行LTE FDD建設(shè)時(shí)，GSM與LTE FDD可共天饋，實(shí)現(xiàn)快速建網(wǎng)。但值得注意的是，在GSM/LTE FDD共天饋的場(chǎng)景下，兩系統(tǒng)間會(huì)產(chǎn)生一定的互調(diào)干擾[6]。若由于天線老舊或工程施工等問題，現(xiàn)網(wǎng)天線互調(diào)指標(biāo)出現(xiàn)下降時(shí)[7-8]，該干擾將會(huì)對(duì)GSM/LTE FDD上行接收性能造成一定影響[9-10]。在該場(chǎng)景下，可先通過GSM/LTE FDD頻率調(diào)整以改善其上行性能。但若上行性能仍無法滿足要求，需對(duì)現(xiàn)有天線進(jìn)行更換。

在天線互調(diào)性能不甚理想的情況下，需盡量使得LTE FDD與GSM的較低階互調(diào)產(chǎn)物落入其上行中。以GSM 900MHz頻率重耕為例，在頻率規(guī)劃時(shí)應(yīng)盡量使得LTE與GSM Band A/B的5階互調(diào)產(chǎn)物不落入LTE上行接收頻段，即用于LTE FDD部署的下行頻段（fDL，1， fDL，2）需滿足的條件如式（1）、式（2）所示：

3×934.1MHz-2fDL，2>fDL，2-45MHz，即fDL，2 ≤949.1MHz

（1）

3fDL，1-2×953.7MHz≥908.7MHz，即fDL，1≥ 938.7 MHz

（2）

由式（1）、式（2）可知，在938.7MHz—949.1MHz頻段范圍內(nèi)部署LTE 10MHz帶寬，可避免LTE與GSM的5階互調(diào)干擾落入接收帶寬。

900MHz頻率GSM與LTE FDD頻率分布如圖5所示：

圖5 900MHz頻率GSM與LTE FDD頻率分布

在這種GSM/LTE FDD頻率配置下，同站同一通道的GSM頻點(diǎn)有以下幾種排布方式，具體如圖6所示。在各個(gè)排布方式下，GSM頻點(diǎn)之間互調(diào)干擾帶寬如表4所示。

由表4可知，若同一通道GSM頻點(diǎn)同在LTE頻段左側(cè)或右側(cè)，GSM頻點(diǎn)間9階及以上，11階及以上互調(diào)干擾會(huì)落到LTE接收帶寬內(nèi)。而同一通道GSM頻點(diǎn)在LTE頻段兩側(cè)，GSM頻點(diǎn)間的5階及以上互調(diào)干擾會(huì)落到LTE接收帶寬內(nèi)。由于GSM功率譜密度較LTE FDD高，在互調(diào)指標(biāo)較差的情況下，GSM與GSM間互調(diào)干擾將對(duì)LTE FDD上行產(chǎn)生較大影響。為保證現(xiàn)網(wǎng)LTE FDD性能，建議在同一通道上使用的GSM頻點(diǎn)在LTE頻段的同一側(cè)，以避免GSM頻點(diǎn)間互調(diào)對(duì)LTE FDD的影響。

在不同天線指標(biāo)，不同頻點(diǎn)排布條件下，測(cè)試結(jié)果如表5所示。

從上述測(cè)試結(jié)果可知：

如果天線的互調(diào)指標(biāo)滿足要求（三階互調(diào)為151.7dBc），GSM頻點(diǎn)放在左、右兩側(cè)均對(duì)底噪抬升不大。在這種情況下，共用天饋對(duì)系統(tǒng)性能影響不大。

在天線指標(biāo)出現(xiàn)惡化時(shí)，GSM頻點(diǎn)放在LTE FDD頻點(diǎn)的同側(cè)較放在兩側(cè)底噪有一定程度地降低。在這種情況下，若將GSM頻點(diǎn)放在同側(cè)后，若底噪水平滿足要求，可利用原有GSM天饋進(jìn)行部署。若不滿足底噪要求，需對(duì)天饋系統(tǒng)進(jìn)行更換后，LTE FDD與GSM共天線振子或LTE FDD/GSM采用獨(dú)立天線振子，利用多端口天線進(jìn)行部署。

對(duì)于基于TD-LTE新建LTE FDD場(chǎng)景，只要LTE FDD不與同站GSM采用合路器共用天線（不建議以該方式部署），GSM與LTE FDD之間不存在互調(diào)干擾問題，可無需考慮該干擾對(duì)系統(tǒng)性能的影響。

2.3 基于GSM升級(jí)及基于TD-LTE建設(shè)FDD對(duì)后

續(xù)演進(jìn)技術(shù)的影響

基于TD-LTE建設(shè)FDD網(wǎng)絡(luò)時(shí)，若TD-LTE與LTE FDD設(shè)備來自同一廠商，兩系統(tǒng)可共用主控板，實(shí)現(xiàn)融合組網(wǎng)的處理資源協(xié)調(diào)。這種建設(shè)方式有益于兩網(wǎng)協(xié)同與融合，為TD-LTE/LTE FDD后續(xù)演進(jìn)技術(shù)的引入提供了便利。以TD-LTE/LTE FDD載波聚合為例，基于TD-LTE建設(shè)LTE FDD形成的融合網(wǎng)絡(luò)通?？梢酝ㄟ^TD-LTE共主控，基帶板共機(jī)框的形式平滑支持兩者間載波聚合。而對(duì)于基于GSM建設(shè)LTE FDD場(chǎng)景，若要實(shí)現(xiàn)TD-LTE/LTE FDD載波聚合則對(duì)網(wǎng)絡(luò)有更高的要求，即必須同站需有同廠商TD-LTE設(shè)備。在這種情況下，LTE FDD可以通過與TD-LTE共基帶的方式支持載波聚合。但若同站無同廠商TD-LTE基站，基于GSM升級(jí)建設(shè)LTE FDD的方式將較難實(shí)現(xiàn)對(duì)后續(xù)演進(jìn)技術(shù)的支持。

3 結(jié)論

本文從工程量、網(wǎng)絡(luò)性能及后續(xù)演進(jìn)技術(shù)引入等多方面出發(fā)，對(duì)比了基于GSM升級(jí)及基于TD-LTE建設(shè)LTE FDD網(wǎng)絡(luò)的兩種方案。

（1）基于GSM建設(shè)LTE FDD可根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)情況，利舊GSM射頻RRU及天饋系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)LTE FDD的快速部署。該建設(shè)方式適用于現(xiàn)網(wǎng)天面資源緊張，天面工程施工困難等場(chǎng)景；而基于TD-LTE建設(shè)LTE FDD的方案需新增RRU，并根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)實(shí)際情況新建、共用或更換原天饋系統(tǒng)。RRU及天面改造量較前者有一定程度的增加，且在天面空間有限或施工難度較大的場(chǎng)景下較難實(shí)施。

（2）從組網(wǎng)性能看，由于基于GSM建設(shè)LTE FDD需GSM/LTE FDD共天饋，兩網(wǎng)性能無法實(shí)現(xiàn)獨(dú)立優(yōu)化，在一定程度上會(huì)犧牲其中某一網(wǎng)絡(luò)性能，而基于TD-LTE新建場(chǎng)景下LTE FDD可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立優(yōu)化，網(wǎng)絡(luò)性能較前者有一定程度的提升。另一方面，GSM與LTE FDD共天饋場(chǎng)景下，若出現(xiàn)原GSM天線老舊，互調(diào)指標(biāo)不符合要求的情況時(shí)，GSM/LTE FDD的互調(diào)干擾會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能產(chǎn)生一定影響。在這種情況下，可通過LTE FDD/GSM頻率調(diào)整的方式在一定程度上抑制互調(diào)干擾。但若該規(guī)避手段仍不足以使互調(diào)干擾降至理想水平，則需更換原GSM天線，再采用GSM升級(jí)的方案進(jìn)行LTE FDD網(wǎng)絡(luò)部署。在基于TD-LTE建設(shè)LTE FDD方案下，只要LTE FDD不與同站GSM共天線，則不會(huì)出現(xiàn)GSM/LTE FDD互調(diào)干擾問題。

（3）從后續(xù)演進(jìn)技術(shù)的引入方面看，基于TD-LTE建設(shè)LTE FDD較易實(shí)現(xiàn)TD-LTE/LTE FDD融合網(wǎng)絡(luò)資源協(xié)同，有利于未來TD-LTE/LTE FDD載波聚合等演進(jìn)技術(shù)的引入。

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