FDDLTE與TDDLTE融合組網(wǎng)策略及性能分析

李剛

【摘要】TDD與FDD LTE作為4G網(wǎng)絡(luò)的兩種主流技術(shù)，技術(shù)差異約10%，但是在業(yè)務(wù)速率、覆蓋、VoLTE及高速移動支持能力等方面存在巨大差異?；诓町悾诤辖M網(wǎng)時需制定合理的覆蓋策略，兼顧容量、覆蓋及干擾控制；同時需要制定全面的終端策略和業(yè)務(wù)策略，充分有效地利用好TDD、FDD頻率資源。

【關(guān)鍵詞】融合；頻譜；差異；速率；策略

【Abstract】TDD and FDD LTE as the two mainstream 4G network technology， technology difference of about 10%， but in the business rate， coverage， VoLTE and high-speed mobile support capabilities and so there is a huge difference. Based on the differences， the need to develop a reasonable coverage strategy， both capacity， coverage and interference control； also need to develop a comprehensive terminal strategy and business strategy， the full and effective use of TDD， FDD frequency resources.

【Key words】Fusion；Spectrum；Difference；Rate；Strategy

1. 融合組網(wǎng)的必要性

（1）通信運(yùn)營商不斷致力于擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，提高網(wǎng)絡(luò)容量，增強(qiáng)業(yè)務(wù)種類和質(zhì)量，用于滿足用戶對通信業(yè)務(wù)便捷和多樣性需要，提高網(wǎng)絡(luò)競爭力和投資利用率。4G通信領(lǐng)域，LTE的2種制式LTE FDD和TD-LTE在規(guī)范制定過程中即充分考慮了二者之間的融合，二者的技術(shù)相似程度超過90%，這為TDD/FDD LTE融合組網(wǎng)提供了良好的基礎(chǔ)條件。

（2）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備同時支持TD-LTE/LTE FDD難度小。終端設(shè)備容易實(shí)現(xiàn)同時支持TD-LTE/LTE FDD。技術(shù)上的小差異帶來無線網(wǎng)性能方面的巨大差異，在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時需充分考慮這些差異，精細(xì)規(guī)劃和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)，才能使TD-LTE/LTE FDD充分融合、優(yōu)勢互補(bǔ)。

2. TDD/FDD LTE技術(shù)與能力對比

2.1 頻譜資源。

2.1.1 Band1～Band25用于LTE FDD使用，Band33～Band43用于TD-LTE使用。單個LTE FDD載波最大使用2X20MHz頻率資源，而單個TD-LTE載波最大使用1X20MHz頻率資源，這是兩個網(wǎng)絡(luò)能力差距的最大根源。

2.1.2 具體到國內(nèi)各4G運(yùn)營商來看，頻譜資源如下：

2.1.2.1 中國移動。

中國移動擁有GSM/TD-SCDMA/TD-LTE運(yùn)營商牌照和相應(yīng)頻譜資源。

（1）TD-LTE頻率：E頻段（B40）50MHz（2320～2370MHz）；D頻段（B41）60MHz（2575～2635MHz）。

（2）TD-SCDMA頻率：F頻段（B39）20MHz（1880～1900MHz）；A頻段（B34）15MHz（2010～2025MHz）。

2.1.2.2 中國聯(lián)通。

中國聯(lián)通同時擁有GSM/UMTS/TD-LTE/LTE FDD運(yùn)營商牌照和相應(yīng)頻譜資源。

（1）LTE FDD頻率：B3（L1800）2X20MHz（下行1840～1860MHz/上行1745～1765MHz）。

（2）TD-LTE頻率：B40（L2300）20MHz（2300～2320MHz）和B41（L2600）20MHz（2555～2575MHz）。

2.1.2.3 中國電信。

中國電信同時擁有CD-MA/TD-LTE/LTE FDD運(yùn)營商牌照和相應(yīng)頻譜資源。

（1）可用TD FDD頻率：B3（L1800）2X15MHz（下行1860～1875MHz/上行1765～1780MHz）。

（2）可用TD-LTE頻率：B41（L2600）20MHz（2635～2655MHz）。

2.2 協(xié)議差異。

2.2.1 物理層幀結(jié)構(gòu)差異

LTE FDD為頻分雙工，上、下行子幀結(jié)構(gòu)相同，各有10個子幀；TD-LTE為時分雙工，上、下行子幀配比有7種可選配置。

2.2.2 HARQ過程和性能差異。

上行HARQ。

LTE FDD上行最大并行HARQ進(jìn)程數(shù)為8個（非上行MIMO），每個HARQ周期為8ms，支持上行4子幀TTI bundling。TD-LTE在配置為2時，最大并行上行HARQ進(jìn)程數(shù)為2個，每個HARQ周期為10ms，不支持上行TTIbundling。上述差異使TD-LTE在上行業(yè)務(wù)峰值、VoLTE上行性能上與LTE FDD有較大差距。

（2）下行HARQ。

TD-LTE中，多個下行子幀的ACK/NACK需要合在1個上行子幀上發(fā)送，這會導(dǎo)致PUCCH資源緊張。為此，TD-LTE引入了2種HARQ反饋模式：HARQ-ACK multiplexing和HARQ-ACK bundling。前者需要較多PUCCH資源，后者因把4個連續(xù)的下行子幀ACK/NACK合成1個，當(dāng)出現(xiàn)NACK時，這4個被bundling的TB塊都需要重傳，因此會浪費(fèi)更多資源。與LTE FDD下行1對1的HARQ相比，在信道環(huán)境變化較快的場景，TD-LTE下行性能比LTE FDD要差。

2.3 業(yè)務(wù)能力差異。

2.3.1 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)能力差異。

下行數(shù)據(jù)速率對比：LTE FDD下行速率約為相同帶寬TD-LTE的1.4倍（見表1）。上行數(shù)據(jù)速率對比：LTE FDD上行速率約為相同帶寬TD-LTE的5倍（見表2）。

2.3.2 VoLTE業(yè)務(wù)支持能力差異。

（1）VoLTE業(yè)務(wù)覆蓋差異。從信號覆蓋的角度來看，VoLTE業(yè)務(wù)也是上行受限，又因TD-LTE配置2（3：1）不支持上行TTI bundling，這與支持TTI bundling的LTE FDD相比將損失約4dB的邊緣覆蓋增益。

（2）VoLTE業(yè)務(wù)容量差異。PDCCH資源可能限制最大同時激活的VoLTE用戶數(shù)。表3列出了不采用半靜態(tài)調(diào)度時，各系統(tǒng)所能支持的最大激活VoLTE用戶數(shù)（激活因子0.5）可以看出，當(dāng)不采用SPS時，TD-LTE支持的VoLTE用戶容量明顯小于LTE FDD，僅約為后者的1/5。所以TD-LTE系統(tǒng)必須采用SPS技術(shù)來支持VoLTE業(yè)務(wù)，而這又會降低資源調(diào)度效率?？傮w而言，TD-LTE支持VoLTE業(yè)務(wù)的能力小于LTE FDD。

2.4 覆蓋能力差異。

2.4.1 頻段差異導(dǎo)致的信號傳播損耗差異。

在信號傳播特性方面，2.6GMz TD-LTE信號與1.8GMz FDD LTE在相同距離上，2.6GMz比1.8GMz信號多損耗3～5dB。

2.4.2 設(shè)備MIMO形態(tài)帶來的接收/發(fā)射增益差異。

（1）TD-LTE RUU設(shè)備一般有2通道和8通道2種，后者支持下行8T8R beamforming，平均增益約5dB；上行支持8接收分集（1T8R），分集增益約為3.5～5dB。

LTE FDD RUU設(shè)備一般有2通道和4通道2種，后者支持下行4接收分集，額外獲得3dB上行增益。

（2）TD-LTE的8T8R RUU和LTE FDD RUU的2T4R RUU可以有效改善或擴(kuò)展上行覆蓋，但需要占用更多的天饋及處理能力資源。

2.5 高速移動支持能力差異。

2.5.1 同步捕獲能力差異。

LTE FDD中，PSS和SSS信號位于緊鄰的2個OFDM符號中，而TD-LTE物理幀中，PSS和SSS信號之間間隔2個OFDM符號，相對而言，LTE FDD中PSS和SSS信道相關(guān)性更強(qiáng)，相干解調(diào)性更佳，尤其是在高鐵這樣的信道快速變化的場景，LTE FDD較TD-LTE信道捕獲能力要強(qiáng)。

2.5.2 多普勒頻移差異。

在高鐵這樣的高速移動場景下，接收機(jī)需要開啟多普勒頻移估計與補(bǔ)償功能，對抗多普勒頻移，增加解調(diào)性能。相比將而言，1.8GMz LTE FDD比2.6GMz TD-LTE更適合高速移動場景。高速移動使小區(qū)切換更加頻繁、多普勒頻移加大，因而性能下降（TDD/FDD LTE多普勒頻移對比見表4）。

3. TDD/FDD LTE融合組網(wǎng)策略探討及建議

3.1 覆蓋策略。

3.1.1 網(wǎng)絡(luò)覆蓋的廣度、深度和覆蓋率需要一個循序漸進(jìn)的過程，覆蓋策略正是對這一過程的合理規(guī)劃：即覆蓋區(qū)域由主到次，覆蓋程度由淺到深、覆蓋厚度由薄到厚過程的合理規(guī)劃，分階段投資建設(shè)，逐步實(shí)現(xiàn)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)。

3.1.2 TDD/FDD LTE融合組網(wǎng)目標(biāo)網(wǎng)的終極形態(tài)是兩網(wǎng)重疊覆蓋，但這未必符合投資效益最大化的原則?；谶\(yùn)營目標(biāo)和競爭需求，結(jié)合TDD、FDD2種技術(shù)性能差異，分區(qū)域 、分場景、分階段部署TDD、FDD2種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，充分發(fā)揮各自的技術(shù)特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)TDD/FDD LTE融合組網(wǎng)，才是上策。

基于上述原則，推薦如下發(fā)展策略：

（1）密集市區(qū)、熱點(diǎn)。TDD/FDD LTE重疊覆蓋，支持CA功能（需要同一BBU），最大程度發(fā)揮融合網(wǎng)絡(luò)性能。在實(shí)現(xiàn)重疊覆蓋之前，也可TDD/FDD 合理插花，降低同頻干擾，優(yōu)化發(fā)給質(zhì)量。上述部署，需要考慮2種制式覆蓋能力的差異，TD-LTE需要規(guī)劃更多的物理站址。

（2）普通市區(qū)。優(yōu)先考慮LTE FDD為主（發(fā)揮覆蓋能力強(qiáng)的優(yōu)勢）、TD-LTE為輔（加強(qiáng)熱點(diǎn)區(qū)域高校校園等覆蓋厚度，提供更大業(yè)務(wù)容量）部署融合網(wǎng)絡(luò)，此時TD-LTE僅局部連續(xù)覆蓋。對于已經(jīng)以TD-LTE為主部署了4G網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域（如中國聯(lián)通、中國電信的部分本地網(wǎng)，中國移動的所有TD-LTE本地網(wǎng)），可以利用LTE FDD覆蓋能力強(qiáng)的特點(diǎn)，對居民區(qū)、城中村等弱覆蓋區(qū)或盲區(qū)進(jìn)行覆蓋補(bǔ)盲或補(bǔ)強(qiáng)。

（3）郊區(qū)、縣城、鄉(xiāng)鎮(zhèn)。同普通市區(qū)一樣，上述地區(qū)建議以低頻段的LTE FDD為主進(jìn)行基本覆蓋。但部分熱點(diǎn)地區(qū)（如校園）、聚合性場所等，可以引進(jìn)TD-LTE吸收熱點(diǎn)話務(wù)。為擴(kuò)大覆蓋范圍，2T4R的低頻段LTE FDD是首選，如果以TD-LTE為主進(jìn)行基本覆蓋，建議采用8T8R以擴(kuò)大覆蓋范圍，降低所需基站數(shù)量。

（4）農(nóng)村廣覆蓋。農(nóng)村廣覆蓋更加需要低頻段以擴(kuò)大單站覆蓋范圍?？紤]低頻段資源的稀缺，G900、CDMA850重耕用于部署LTE FDD是不錯的選擇。另外，450/700MHz等頻段若能分配使用，更是上選。且綜合考慮技術(shù)制度差異，建議優(yōu)先用于LTE FDD。

（5）高鐵、高速公路、普通交通線。高鐵、高速公路覆蓋優(yōu)先選擇同步捕捉能力更強(qiáng)，抗多普勒頻移、覆蓋能力更強(qiáng)的LTE FDD。但TD-LTE也可用于高速公路、普通交通線的覆蓋。且TD-LTE用于面覆蓋時與LTE FDD差距過大，用于帶狀覆蓋可在一定程度上拉近差距，利用效率要高些。

3.2 業(yè)務(wù)策略。

3.2.1 VoLTE業(yè)務(wù)策略。

3.2.1.1 除普通上網(wǎng)業(yè)務(wù)（移動互聯(lián)網(wǎng)、文件下載與上傳、OTT等）外，4G網(wǎng)絡(luò)還需要重點(diǎn)考慮VoLTE業(yè)務(wù)。VoLTE高清、標(biāo)清語音和可視頻通話業(yè)務(wù)終將取代傳統(tǒng)2G/3G電路域語音業(yè)務(wù)而成為移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)的基本業(yè)務(wù)。

在TDD/FDD LTE融合組網(wǎng)架構(gòu)下，VoLTE業(yè)務(wù)策略主要考慮在TDD、FDD哪個制式承載較好。考慮前文分析的VoLTE業(yè)務(wù)提供能力的差異，在LTE FDD網(wǎng)絡(luò)上開展VoLTE業(yè)務(wù)更具優(yōu)勢。但VoLTE業(yè)務(wù)需要非常好的基本覆蓋才能給用戶提供較好的業(yè)務(wù)感受（覆蓋率需要達(dá)到2G/3G網(wǎng)絡(luò)覆蓋水平），所以建網(wǎng)初期應(yīng)綜合考慮TDD/FDD LTE融合網(wǎng)絡(luò)的覆蓋情況，需要TDD/FDD載波都能支持VoLTE業(yè)務(wù)。但需要指出，在TDD/FDD載波間進(jìn)行異頻切換時的切換成功率通常較同頻切換略差，VoLTE應(yīng)盡量減少在質(zhì)差覆蓋區(qū)域的異頻切換。

3.2.1.2 基于上述分析，優(yōu)先推薦如下VoLTE業(yè)務(wù)策略。

（1）VoLTE業(yè)務(wù)優(yōu)選載波為連續(xù)覆蓋的LTE FDD載波。

（2）當(dāng)VoLTE業(yè)務(wù)已經(jīng)在TD-LTE載波上建立時，可以基于A4切換（目標(biāo)小區(qū)滿足一定的RSRP門限），使業(yè)務(wù)向高優(yōu)先級的LTE FDD切換。

（3）VoLTE業(yè)務(wù)從LTE FDD向TD-LTE切換遵循普通數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)切換策略。

（4）對于以TD-LTE為主、LTE FDD為輔的融合網(wǎng)絡(luò)，可以對調(diào)上述優(yōu)先級，讓VoLTE業(yè)務(wù)盡量承載在主覆蓋、連續(xù)覆蓋的TD-LTE載波。

3.2.2 終端策略。

同時支持TDD/FDD LTE各載波且所有支持上述各載波間聚合的多模多頻終端，能很好地支持運(yùn)營商靈活地發(fā)展各種業(yè)務(wù)，因而是運(yùn)營商定制終端的首選。低端機(jī)型有可能僅支持運(yùn)營商主要的LTE制式或主要的頻段，這會對終端的移動性帶來限制。

3.2.3 CA功能實(shí)現(xiàn)。

（1）按照規(guī)范，R10及以上版本的 LTE設(shè)備和終端才支持載波聚合CA，通常CAT6才支持R10，支持這一特性的存量終端較少。

（2）從設(shè)備角度看，要實(shí)現(xiàn)TDD/FDD LTE之間的CA，需要同廠商、同BBU同時支持TDD/FDD LTE方可。未來可考慮C-RAN架構(gòu)下，通過BBU池實(shí)現(xiàn)更多RRU之間的CA。

（3）主載波選擇：為提高TDD/FDD LTE CA切換性能，主載波應(yīng)優(yōu)先選擇連續(xù)覆蓋的載波（比如中國聯(lián)通以LTE FDD為主，中國移動以TD-LTE為主）。

（4）輔載波配置與去配置：考慮到TDD/FDD LTE載波的覆蓋能力差異較大，TDD/FDD LTE載波聚合建議采用A4測量事件進(jìn)行輔載波配置，即在終端初始接入網(wǎng)后，網(wǎng)絡(luò)下發(fā)輔載波測量，僅當(dāng)檢測到輔載波信號質(zhì)量滿足門限條件觸發(fā)反饋測量結(jié)果，并由網(wǎng)絡(luò)下發(fā)輔載波配置消息后才配置輔載波。另外，推薦開啟輔載波去配置功能。

（5）輔載波激活與去激活：建議采用基于數(shù)據(jù)量的輔載波激活方案；建議采用基于數(shù)據(jù)量及CQI的輔載波激活方案。

3.3 TDD/FDD LTE網(wǎng)間移動性。

（1）在TDD/FDD LTE融合組網(wǎng)架構(gòu)下，用戶感受不到在網(wǎng)間的移動才是最佳的移動性。 TDD/FDD之間的移動性包括空閑狀態(tài)的重選，業(yè)務(wù)重定向和切換等。觸發(fā)用戶進(jìn)行網(wǎng)間移動的因素包括頻率優(yōu)先級、覆蓋（信號強(qiáng)度或質(zhì)量）、負(fù)載均衡、接入控制等。

（2）在TDD/FDD LTE融合組網(wǎng)架構(gòu)下，需要基于運(yùn)營策略及位置區(qū)域不同，通過配置不同的頻率優(yōu)先級，使業(yè)務(wù)優(yōu)先承載在某一載波。比如，在中國聯(lián)通以LTE FDD為主覆蓋，以TD-LTE吸熱的覆蓋區(qū)域，配置TD-LTE更高的頻率優(yōu)先級，可以使雙模終端在空閑態(tài)時優(yōu)先駐留在TD-LTE載波上，從而有利于TD-LTE吸收數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；但對于VoLTE業(yè)務(wù)，為保證VoLTE業(yè)務(wù)良好的移動性，設(shè)置LTE FDD載波為優(yōu)先載波，使VoLTE優(yōu)先承載、優(yōu)先切向LTE FDD載波。

（3）合理配置基于信號覆蓋強(qiáng)度和覆蓋質(zhì)量在TDD/FDD載波間的重選和切換，是TDD/FDD LTE融合組網(wǎng)的基本要求。通過優(yōu)化各觸發(fā)門限，可以達(dá)到控制用戶在網(wǎng)間移動性、滿足用戶業(yè)務(wù)連續(xù)性和良好業(yè)務(wù)告知的目的。建議基于A2+A3方案來實(shí)現(xiàn)TDD/FDD LTE載波間數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的切換，基于A4切換使VoLTE業(yè)務(wù)優(yōu)先切換至優(yōu)選載波（連續(xù)覆蓋的主載波）。

（4）建議配置基于載波間負(fù)載均衡或接入控制的業(yè)務(wù)重定向功能，合理控制TDD/FDD載波間的負(fù)載，充分發(fā)揮融合組網(wǎng)的潛力。

4. 結(jié)束語

綜合以上分析和建議，運(yùn)營商應(yīng)充分分析TD-LTE和LTE FDD技術(shù)差異，合理搭配TDD/FDD LTE網(wǎng)絡(luò)資源，完善網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣度、深度和厚度，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)移動性，使TDD/FDD LTE真正融合一體，從而使用用戶獲得良好的業(yè)務(wù)感知。

[文章編號]1619-2737（2017）07-20-653