TD-LTE F 頻段和D 頻段組網(wǎng)對比分析

文/虞疆 常洪濤

1 LTE頻率資源簡介

1.1 TD-LTE可用的頻率資源

作為TD-SCDMA 的演進技術(shù)，TD-LTE繼承了TD-SCDMA 技術(shù)優(yōu)勢和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，得到了國際產(chǎn)業(yè)的廣泛支持，目前中國移動正在積極地推動TD-SCDMA 向TD-LTE 平滑演進。當(dāng)前頻譜資源異常稀缺，如何有效利用頻譜資源對于TD-LTE 順利發(fā)展有重要的意義。

從國外頻率分布來看，除日本軟銀采用自有頻率，其他國家分別采用Band40 的2.3GHz和Band38 的 2.6GHz 的頻段進行LTE 網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。

根據(jù)2010年工信部的頻率規(guī)劃政策，我國可能的LTE/4G 頻段有：

（1）698MHz ～806MHz；

（2）1755MHz～1785MHz/1850MHz～18 80MHz （band9 FDD）；

（3）1920MHz～1980MHz/2110MHz～21 70MHz （band1 FDD）；

（4）2300MHz ～2400MHz （band40 TDD）；

（5）2500MHz ～2690MHz （band41 TDD）；

（6）3400MHz ～3600MHz （band42 TDD）。

對于A 頻段, 是TD-SCDMA 系統(tǒng)最早使用的頻段,產(chǎn)業(yè)支持程度最好, 該頻段為 TDSCDMA 主用頻段。可用頻點有9 個, 分別是:f1=2010.8MHz,12=2012.4MHz,f3=2014.OMHz,f5=2017.4MHz,f6=2019.0MHz,f7=2020.8MHz,f8=2022.4MHz 和f9=2024.0MHz.隨意修改頻道中心頻率參數(shù)會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)干擾現(xiàn)象,導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)營運指標的下降。室外覆蓋優(yōu)先使用2015-2025MHz 頻段,室內(nèi)覆蓋優(yōu)先使用2010-2015MHz 頻段。

對于F 頻段中的1900-1920MHz 頻段,從1998年起至今,被屬于TDD 的小靈通 PHS 系統(tǒng)實際使用。 2009年 2月工業(yè)和信息化部發(fā)文,1900-1920MHz 頻段無線接人系統(tǒng)應(yīng)在2011年底前完成清頻退網(wǎng)工作,以確保不對 1880-1900MHz 頻段 TD-SCDMA 系統(tǒng)產(chǎn)生有害干擾。 F 頻段的無線傳播特性相對較好, 考慮到小靈通(PHS)系統(tǒng)的干擾,應(yīng)從低頻段用起。隨著TD-SCDMA 的進一步發(fā)展和小靈通的退出,TD-SCDMA 系統(tǒng)將逐漸采用F 頻段。

對于 E 頻段, 根據(jù)工業(yè)和信息化部的《關(guān)于中國移動通信集團公司使用第三代公眾移動通信系統(tǒng)頻率的批復(fù)》(工信部無函[2009]11號)和《關(guān)于中國移動通信集團公司增加TDSCDMA 系統(tǒng)使用頻率的批復(fù)》(工信部無函[2009]572 號)文件,該頻段只可供全國范圍室內(nèi)覆蓋使用, 考慮到與WLAN 的干擾, 應(yīng)從低頻段用起。在“2012年世界電信展”上,工業(yè)和信息化部無線電管理局副局長謝存透露, 我國已經(jīng)決定將 2.6GHz 頻段 (2500-2690MHz),共計190MHz 的頻率采用全TDD 方式進行劃分。這包含了 band41、band38。而D 頻段正位于band38 內(nèi), 頻率資源非常豐富。

綜上所述,目前3G 系統(tǒng)也工作在F 頻段和E 頻段,F 頻段用于室外建設(shè),E 頻段用于室內(nèi)建設(shè)?？紤]到與3G 系統(tǒng)的一致性和協(xié)作性,LTE 規(guī)模試驗網(wǎng)建設(shè)室內(nèi)也采用E 頻段, 室外采用F 頻段和D 頻段, 這也作為未來發(fā)展和建設(shè)的主要方向。

2 TD-LTE 室外覆蓋F&D頻段特性分析

目前階段 LTE 組網(wǎng)主要考慮的頻段有F頻段、E 頻段和D 頻段,并且有一部分資源已被3G 占用,從頻譜資源來看,LTE 的頻譜資源非常緊張。其中E 頻段主要用于室內(nèi)覆蓋,室外覆蓋主要采用F 頻段和D 頻段。

2.1 F頻段

F 頻段傳播特性較D 頻段好，穿透能力強，在傳輸距離方面也有很大提高，鏈路預(yù)算得到密集城區(qū)LTE 在F 頻段的覆蓋距離約400 米，有大約30%的提高。此外，F(xiàn) 頻段目前也已有試商用產(chǎn)品支持，并且在杭州深圳等地得到驗證，設(shè)備還可從3G 產(chǎn)品升級，可減小投資和加快建設(shè)進度。以上都是F 頻段的主要優(yōu)勢所在。但另一方面，F(xiàn) 頻段可用頻譜較少，LTE目前尚只能使用共20MHz 頻段，以20MHz 帶寬來實現(xiàn)全網(wǎng)連續(xù)覆蓋尚顯不足。此外，還有以下特點：

（1）F 頻段的TD-LTE 和F 頻段的TDSCDMA 系統(tǒng)鄰頻共存，在保證上下行時隙同步時，可實現(xiàn)共存、共址。

（2）F 頻段低端被DCS 干擾，通過移動研究院分析和實際測試，認為從1890MHz 往上使用的話，可以保證干擾很小，可以忽略。

（3）F 頻段高端對CDMA 的3G 頻段造成干擾，需要F 頻段退5MHz 使用。

F 頻段受其他系統(tǒng)干擾需要的隔離度情況如下表所示，表中數(shù)據(jù)滿足以下兩個前提：

（1）GSM/DCS 符 合3GPP TS 45.005 V9.1.0（2009-11）規(guī)范要求；

（2）TD-SCDMA 符合《中國移動TDSCDMA 無線子系統(tǒng)硬件技術(shù)規(guī)范（2010年）》

2.2 D頻段

D 頻段頻譜資源相對豐富，目前移動TDLTE 頻率范圍為2575MHz ～2615MHz，共有40MHz 帶寬可用，其優(yōu)勢主要在于：目前已經(jīng)在規(guī)模技術(shù)試驗網(wǎng)中劃分為LTE 專用頻段，且已有較為成熟的商用產(chǎn)品（包括主設(shè)備、終端和儀表等）支持并通過了試驗驗證。而另一方面，D 頻段是2.6GHz 附近頻段，根據(jù)電磁波傳播特性，頻段頻率越高衰減越大，故而帶來了穿透能力差、深度覆蓋能力差、覆蓋距離小等問題，鏈路預(yù)算得到密集城區(qū)LTE 在D頻段的覆蓋距離約300 米，因此在建站過程中大大提高了對站址密度的要求，提高了建設(shè)成本的難度，同時站址密度大又會給網(wǎng)絡(luò)中的干擾控制以及業(yè)務(wù)能力帶來相應(yīng)的影響和挑戰(zhàn)。此外，D 頻段設(shè)備不支持現(xiàn)有TD-SCDMA 直接升級。

D 頻段受其他系統(tǒng)干擾需要的隔離度情況如下表所示，表中數(shù)據(jù)滿足以下兩個前提：

（1）GSM/DCS 符 合3GPP TS 45.005 V9.1.0（2009-11）規(guī)范要求；

（2）TD-SCDMA 符合《中國移動TDSCDMA 無線子系統(tǒng)硬件技術(shù)規(guī)范（2010年）》

3 TD-LTE室外F&D頻段覆蓋能力差異

3.1 F頻段和D頻段覆蓋范圍差異對比

利用室外密集市區(qū)Cost231-HATA 模型進行仿真計算,可以得到F、D 各頻段頻率的傳播損耗對比關(guān)系,詳見下表,單位為dB。損耗差值以F 頻段作為比較基準。

自由空間傳播損耗計算公式如下:

Los=32.44+20lgd(Km)+20lgf(MHz)

表1：FD 頻段傳播性能比較

表2：FD 頻段覆蓋能力比較

表3

圖1：F 頻段和D 頻段的站址數(shù)及小區(qū)覆蓋半徑對比分析圖

將F 頻段和D 頻段分別代人計算得到自由空間傳播損耗差值在2.8DB 左右結(jié)合F 頻段和D 頻段在密集市區(qū)的綜合穿透損耗差值約為1.8DB,根據(jù)理論計算,F 頻段和D 頻段傳播性能比較如表1。

從表1可見,通過理論計算D 頻段相比F頻段,傳播損耗會大4.6dB 左右。

在室外天線采用典型的拓撲結(jié)構(gòu)情況下, 同樣地進行理論計算及仿真分析,F 頻段和D頻段覆蓋能力對比結(jié)果如表2。

在相同場強要求和相同負載情況下,室外密集市區(qū)F 頻段相比D 頻段小區(qū)覆蓋半徑增加20%,而每平方公里站址數(shù)量可以減少45%。

3.2 F頻段和D頻段覆蓋能力綜合對比

結(jié)合集團對于各種區(qū)域的劃分要求和邊緣速率,RSRP,SINR 的指標要求, 結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)站點分布不均勻的 特點,分 別對各種典型場景進行理論計算和仿真驗證,F 頻段和D 頻段的各場景覆蓋能力對比如表3。

4 總結(jié)及建議

綜合以上分析,在多TD-LTE 頻段組網(wǎng)方式上可考慮F 頻段偏重網(wǎng)絡(luò)廣覆蓋并通過升級演進實現(xiàn)快速部署, D 頻段則偏重?zé)狳c業(yè)務(wù)的吸收。即采用雙頻或多頻段網(wǎng)絡(luò)組成未來的LTE 系統(tǒng),系統(tǒng)的廣覆蓋由F 頻段的網(wǎng)絡(luò)來承載,高容量、大業(yè)務(wù)需求的區(qū)域則由D 頻段網(wǎng)絡(luò)來承載, 實現(xiàn)系統(tǒng)的補熱和補盲。 而在室內(nèi)覆蓋方面,選擇E 頻段進行部署。在特殊的場景下,也能夠?qū) 頻段用于室內(nèi)覆蓋。