F頻段和D頻段性能差異及組網(wǎng)對比分析的研究

張志鈺 劉利強(qiáng)

摘? 要：TD-LTE網(wǎng)絡(luò)為多制式多頻段的模式，在中國移動(dòng)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，F(xiàn)頻段（1880-1900MHz）和D頻段（2575-2635MHz）均可用于室外覆蓋建設(shè)。隨著4G網(wǎng)絡(luò)深度覆蓋的逐步推進(jìn)，不同組網(wǎng)方式的選擇使網(wǎng)絡(luò)覆蓋的質(zhì)量和成本造成很大的差異，本文主要通過頻譜分析、覆蓋能力分析、LTE技術(shù)對覆蓋的影響等多方面分析，比較TD-LTE網(wǎng)絡(luò)中F頻段和D頻段的性能差異，并結(jié)合中國移動(dòng)的實(shí)際情況對F頻段、D頻段建設(shè)性價(jià)比、新技術(shù)應(yīng)用及組網(wǎng)方式進(jìn)行對比分析。

關(guān)鍵詞：TD-LTE網(wǎng)絡(luò);性能差異;MIMO;組網(wǎng)方式

中圖分類號：TN929.5? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）07-0059-03

Abstract：TD-LTE network is a multi-system and multi-band mode. In the construction of China Mobile TD-LTE network，F(xiàn) band （1880-1900MHz） and D band （2575-2635MHz） can be used for outdoor coverage construction. With the gradual advancement of deep coverage in 4G networks，the quality and cost of network coverage vary greatly with the choice of different networking modes. This paper mainly analyses the performance differences of F-band and D-band in TD-LTE networks through spectrum analysis，coverage capability analysis and LTE technology’s impact on coverage，and combines the actual situation of China Mobile with the constructive cost ratio of F-band and D-band. The application of new technology and the way of networking are compared and analyzed.

Keywords：TD-LTE network;performance difference;MIMO;networking mode

1? 頻譜分析

頻譜帶寬對TD-LTE網(wǎng)絡(luò)競爭有很大的影響，隨著LTE市場需求的增加，人們對LTE頻譜資源的重視力度也越來越大。目前，中國移動(dòng)LTE頻段（室外覆蓋）有D頻段和F頻段兩種，其中F頻段的頻譜范圍為（1880-1900MHz），D頻段的頻譜范圍為（2575-2635MHz），F(xiàn)頻段的頻率小于D頻段的頻率，同時(shí)F頻段的帶寬（20MHz）也小于D頻段的頻譜帶寬（60MHz）。

中國移動(dòng)F頻段（1.9GHz）和D頻段（2.6GHz）在組網(wǎng)頻率的選擇上有著不同的特點(diǎn)，D頻段頻譜相對干凈，2.6GHz上下目前沒有系統(tǒng)使用，來自外在的頻率干擾幾乎沒有，自身的頻段隔離度也相對較好，而且D頻段也作為國際主流的頻段，不會(huì)像F頻段只能在國內(nèi)使用。F頻段1.9GHz會(huì)受到小靈通系統(tǒng)（PHS），3G系統(tǒng)（TD-SCDMA）以及2G的DCS1800高頻段帶來的嚴(yán)重的阻塞干擾，也會(huì)受到電信FDD上行頻段的干擾，會(huì)造成后期的優(yōu)化工作相對雜。

F頻段相比于D頻段，其傳輸特性好，穿透能力強(qiáng)，傳輸范圍更廣，但F頻段僅有20MHz可利用頻譜，由于頻率的限制，在密集市區(qū)無法承載相應(yīng)的容量需求，在小區(qū)邊緣重疊區(qū)域，性能下降嚴(yán)重;而D頻段擴(kuò)展性強(qiáng)，中國移動(dòng)D頻段共60MHz可利用頻譜，在密集市區(qū)吸收容量有較大的優(yōu)勢，但是D頻段衰減較大，穿透能力較差，覆蓋范圍小，需要建設(shè)更多的基站來達(dá)到覆蓋要求，建設(shè)成本較高。

2? 覆蓋能力分析

對于移動(dòng)通信技術(shù)頻段的選擇，覆蓋能力是重要的影響因素。根據(jù)自由空間傳播模型，可以看出在相同的距離下，D頻段（2.6GHz）比F頻段（1.9GHz）損耗多2.7dB，公式如下：

采用COST-231Hata模型進(jìn)行仿真計(jì)算，以市區(qū)宏蜂窩為例，D頻段（2.6GHz）比F頻段（1.9GHz）損耗多4.6dB，公式如下：

根據(jù)中國移動(dòng)對F頻段和D頻段的測試數(shù)據(jù)得出，在路徑上有遮擋時(shí)，F(xiàn)頻段的繞射衰落比D頻段覆蓋電平強(qiáng)5dB左右，吞吐率提升10Mbit/s左右;在穿透玻璃時(shí)，F(xiàn)頻段的穿透損耗比D頻段穿透損耗小5dB左右，吞吐率提升10Mbit/s左右;在穿透隔墻時(shí)，F(xiàn)頻段的穿透損耗比D頻段穿透損耗小10dB左右，吞吐率提升27Mbit/s左右;由此可知，F(xiàn)頻段的深度覆蓋能力優(yōu)于D頻段。

綜上的計(jì)算結(jié)果得知，由于F頻段頻率低于D頻段，所以F頻段在室外覆蓋要優(yōu)于D頻段，在相同條件及要求下，F(xiàn)頻段具有更強(qiáng)的覆蓋能力，F(xiàn)頻段比D頻段的小區(qū)覆蓋半徑多20%，每平方公里的站點(diǎn)數(shù)量也減少40%。國外某網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商和廠商在實(shí)踐中也發(fā)現(xiàn)，LTE網(wǎng)絡(luò)在發(fā)展的過程中移動(dòng)數(shù)據(jù)量的分配與站點(diǎn)之間并不成正比，20%的高負(fù)荷站點(diǎn)卻承擔(dān)著80%的數(shù)據(jù)流量。我國農(nóng)村人口急劇往城市集中，在核心城區(qū)移動(dòng)數(shù)據(jù)流量傳送的站點(diǎn)距離小于500米，500米范圍內(nèi)的站點(diǎn)使用D頻段完全可以滿足需求，與F頻段的區(qū)別并不是很大。在偏遠(yuǎn)郊區(qū)及農(nóng)村F頻段的優(yōu)勢較為明顯，F(xiàn)頻段頻率較低，覆蓋能力強(qiáng)，容量需求相對不高，F(xiàn)頻段可滿足覆蓋要求。

3? LTE技術(shù)對覆蓋的影響

與3G系統(tǒng)相比，TD-LTE系統(tǒng)具有高數(shù)據(jù)速率、低延遲、分組傳輸、向下兼容等特點(diǎn)。TD-LTE的主要技術(shù)特點(diǎn)有：基于TDD雙工方式、以O(shè)FDMA為多址技術(shù)（上行采用SCFDMA）、采用了MIMO（Multiple Input Multiple Output）技術(shù)。這些特點(diǎn)使得其在網(wǎng)絡(luò)覆蓋規(guī)劃中呈現(xiàn)一些特性。

（1）雙工方式。TD-LTE系統(tǒng)支持和優(yōu)化了TDD技術(shù)，更加靈活地支持波束賦形等MIMO技術(shù)和可變的上下行比例。TD-LTE系統(tǒng)共有7種上下行配置，其中4種為5ms周期，可實(shí)現(xiàn)與TD-SCDMA系統(tǒng)的協(xié)同規(guī)劃，3種為10ms周期，以適用于不同的應(yīng)用場景。

（2）OFDMA技術(shù)。TD-LTE系統(tǒng)規(guī)定了下行采用OFDMA，上行采用單載波OFDMA（SC-FDMA）的多址技術(shù)。根據(jù)TD-LTE系統(tǒng)上下行傳輸方式的特點(diǎn)，無論是下行OFDMA還是上行SC-FDMA都保證了同小區(qū)中不同用戶間的正交性。因此，影響TD-LTE系統(tǒng)覆蓋范圍的干擾只來自鄰小區(qū)，而不存在小區(qū)內(nèi)部干擾。

（3）MIMO技術(shù)。為了提高系統(tǒng)容量，增加覆蓋范圍，TD-LTE系統(tǒng)采用8天線和2天線的MIMO技術(shù)。當(dāng)采用8天線配置時(shí)，下行控制信道使用2天線端口的2×2發(fā)送分集（SFBC），下行業(yè)務(wù)信道使用8×2波束賦形;上行控制信道和業(yè)務(wù)信道均使用1×8接收分集。當(dāng)采用2天線配置時(shí)，下行控制信道和業(yè)務(wù)信道使用2×2發(fā)送分集，上行控制信道和業(yè)務(wù)信道使用1×2接收分集。

4? 建設(shè)性價(jià)比分析

早在2010年，中國移動(dòng)在TD-SCDMA四期招標(biāo)中引入F頻段時(shí)，已在標(biāo)書中明確F頻段的設(shè)備需支持平滑升級到TD-LTE，已經(jīng)為F頻段升級TD-LTE做好技術(shù)鋪墊，所以在TD-LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，F(xiàn)頻段可以通過從TD-SCDMA系統(tǒng)直接升級改造建設(shè)，網(wǎng)絡(luò)搭建快捷、方便、成本較低，但F頻段帶寬較小，可擴(kuò)展性差，獨(dú)立組網(wǎng)困難，干擾較多，在密集城區(qū)用戶體驗(yàn)差。

而D頻段國際電聯(lián)劃分出的TD-LTE頻段，是國際通用頻段，幾乎所有的主流設(shè)備廠家都有相關(guān)的設(shè)備支出，產(chǎn)業(yè)鏈更加健全，頻譜帶寬大，后期升級簡單，可獨(dú)立進(jìn)行組網(wǎng)，但由于D頻段屬于新建網(wǎng)絡(luò)，建設(shè)速度慢，建設(shè)成本較高，不適用于建設(shè)初期，可在核心城區(qū)進(jìn)行連續(xù)覆蓋及在一般市區(qū)進(jìn)行容量需求覆蓋。

與3G系統(tǒng)不同，4G系統(tǒng)的用戶體驗(yàn)主要在更大程度上依賴于信噪比，信噪比（SINR）是指接收到的有用信號的強(qiáng)度與接收到的干擾信號（噪聲和干擾）的強(qiáng)度的比值，所以信噪比主要是受到系統(tǒng)間的干擾和外部干擾等因素的影響。由于D頻段（60MHz）自身的頻譜帶寬比F頻段（20MHz）大，可利用的頻譜資源也相對豐富，可通過雙倍增強(qiáng)時(shí)隙等技術(shù)帶來更好的用戶體驗(yàn)。但是，在F頻段中，當(dāng)3G、4G共址建設(shè)共享無線射頻設(shè)備時(shí)，往往會(huì)導(dǎo)致無線射頻阻塞特性變差，干擾增強(qiáng)，噪聲變多，網(wǎng)絡(luò)性能下降，用戶體驗(yàn)變差。

5? 新技術(shù)應(yīng)用

5.1? 四流MIMO功能

四流MIMO功能是利用基站和終端的多天線技術(shù)，單用戶同時(shí)傳輸四路數(shù)據(jù)。包括TM4、TM9兩種模式，其中TM4適用于4通道微站，TM9適用于8通道宏站，下行峰值速率分別提升60%、100%。鑒于目前4流終端支持比例較低，四流MIMO功能可部署于業(yè)務(wù)演示等需求的新建4通道微站和高信噪比宏站。

5.2? 256QAM功能

256QAM是一種高階調(diào)制編碼方式，在高信噪比（大于20dB）條件下能夠顯著提升頻譜效率，單用戶峰值速率和小區(qū)峰值容量可提升33%。鑒于目前256QAM終端滲透率較低，可部署于業(yè)務(wù)演示等需求的室分、地鐵、高信噪比宏站等場景。

5.3? 3D-MIMO

D頻段新設(shè)備3D-MIMO采用多天線Massive MIMO，64T64R技術(shù)，可在原有D頻段的能力上更進(jìn)一步提升，提升錘子覆蓋能力，垂直波瓣從8度擴(kuò)展到30度;提升小區(qū)邊緣速率，波束能量更集中，提升邊緣速率;提升小區(qū)容量，利用MU-MIMO技術(shù)，多流數(shù)據(jù)服務(wù)多用戶，提升小區(qū)吞吐率;可用于高層樓宇覆蓋和高容量小區(qū)覆蓋，如高校、大型演唱會(huì)、體育賽事等，提供網(wǎng)絡(luò)保障。

6? 組網(wǎng)對比分析

通過上述分析，在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)頻段的選擇方面，F(xiàn)頻段和D頻段各有各的優(yōu)勢，F(xiàn)頻段與D頻段的性能對比分析如表1所示。

F頻段建設(shè)成本較低，覆蓋范圍廣，可以充分利用TD-CSDMA網(wǎng)絡(luò)，快速部署TD-LTE網(wǎng)絡(luò)，再利用D頻段對核心城區(qū)進(jìn)行連續(xù)覆蓋，一般城區(qū)進(jìn)行容量覆蓋，部署一張覆蓋范圍更廣、質(zhì)量更高的TD-LTE網(wǎng)絡(luò)。對于室內(nèi)，可采用D頻段微站進(jìn)行覆蓋，場景屬性具體建設(shè)策略及分析如下：

（1）核心城區(qū)及一般市區(qū)：采用F/D組合組網(wǎng)，F(xiàn)頻段解決室內(nèi)深度覆蓋及室外連續(xù)覆蓋，D頻段增加容量疊加覆蓋;

（2）縣城：采用F頻段解決網(wǎng)絡(luò)覆蓋，局部熱點(diǎn)采用D頻段進(jìn)行補(bǔ)充覆蓋;

（3）偏遠(yuǎn)農(nóng)村：采用F頻段進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

隨著各大運(yùn)營商響應(yīng)國家號召，各個(gè)運(yùn)營商均開啟了不限量套餐，現(xiàn)階段的難點(diǎn)是縣城及城區(qū)的容量需求，及核心城區(qū)的爆發(fā)式需求，現(xiàn)有的F頻段和D頻段疊加覆蓋已滿足不了部分場景的覆蓋，如高校，現(xiàn)在各廠家已針對F頻段和D頻段出具各種新型設(shè)備，對核心城區(qū)采用宏、微、皮、飛等四種設(shè)備分層覆蓋，滿足現(xiàn)階段的容量需求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳千，陳炯峰.TD-LTE網(wǎng)絡(luò)中F頻段和D頻段性能差異及組網(wǎng)方式對比 [J].信息通信，2014（5）：192.

[2] 左承揚(yáng).TD-LTEF頻段和D頻段組網(wǎng)對比分析的理論研究 [J].信息通信，2014（6）：196.

[3] 張英孔，陳少權(quán)，羅旋.LTE D頻段和F頻段覆蓋能力差異理論研究報(bào)告 [J].信息通信，2013（9）：230-232.

作者簡介：張志鈺（1989-），男，漢族，甘肅慶陽人，現(xiàn)任網(wǎng)絡(luò)院甘肅所無線專業(yè)負(fù)責(zé)人，工程師，畢業(yè)于華南理工大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，本科，主要研究方向：無線通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、咨詢及工程設(shè)計(jì);劉利強(qiáng)（1984-），男，漢族，陜西眉縣人，現(xiàn)任網(wǎng)絡(luò)院甘肅所傳輸專業(yè)負(fù)責(zé)人，助理工程師，畢業(yè)于陜西師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，本科，主要研究方向：通信傳輸網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、咨詢及工程設(shè)計(jì)。