高鐵LTE網(wǎng)絡中TDD和FDD融合組網(wǎng)研究

石 巍，張洪偉，吳 磊，左坤明（中國移動通信集團設計院有限公司重慶分公司，重慶 401121）

0 引言

隨著高鐵的普及，高鐵已成為人們出行方式的首選，同時隨著LTE 網(wǎng)絡覆蓋和用戶終端普及，高鐵網(wǎng)絡覆蓋和容量成為用戶體驗的主要瓶頸。別的運營商利用原有站址，短時間內(nèi)補齊覆蓋短板，中國移動高鐵專網(wǎng)優(yōu)勢受到嚴峻挑戰(zhàn)。受限于TDD 制式，上行能力與友商差距較大。為解決高鐵網(wǎng)絡覆蓋和容量，高鐵覆蓋采用FDD+TDD 組網(wǎng)方式，利用FDD 的技術優(yōu)勢和低頻段組網(wǎng)，解決高鐵覆蓋和容量問題。

1 覆蓋能力

目前高鐵組網(wǎng)方式單一，主要以F頻段為主，無法滿足高鐵“潮汐效應”需求。隨著LTE 網(wǎng)絡的發(fā)展，目前單一組網(wǎng)的方式已經(jīng)很難滿足用戶的要求，利用各網(wǎng)絡制式優(yōu)點的混合組網(wǎng)方式成為運營商建網(wǎng)的首選。2種網(wǎng)絡制式中TDD覆蓋比FDD小80%（DL/UL=2∶1）/小40%（DL/UL=1∶1）。主要原因為TDD 上行鏈路可發(fā)射的時間（一個10 ms 幀中）要比FDD 時間短，以及FDD 制式較TDD 制式可使用的RB 資源更多，吞吐率更高。從LTE 頻譜分配來看，F(xiàn)DD 頻段普遍較低，TDD 頻段主要分布在高頻段，F(xiàn)DD 制式較TDD 制式覆蓋能力更強。FDD 上行能力相當于2 倍頻寬的TDD 載波，而TDD 制式需要通過時域切換改變上傳和下載，對高鐵用戶而言，F(xiàn)DD 網(wǎng)絡體驗相對來說更勝一籌。

2 FDD規(guī)劃建設

2.1 頻率選擇

高鐵FDD 組網(wǎng)采用10 MHz 帶寬組網(wǎng)，相比TDD高頻段（與TDD 網(wǎng)絡按1∶1 同站址的拓撲結(jié)構(gòu)）具有更好的覆蓋能力（見表1）。FDD 覆蓋范圍比TDD 更大，更適合高速移動場景，F(xiàn)DD可有效彌補TDD網(wǎng)絡D頻段的覆蓋盲區(qū)。且FDD 1.8 GHz 頻段相對TDD 1.9/2.6 GHz 多普勒頻偏小，上行頻偏為TDD 2.6 GHz 的70%。

表1 性能參數(shù)

FDD 與TDD 2 天線VoLTE 覆蓋對比：相同AMR下，F(xiàn)DD 下行與TDD 相當；相同AMR 下，F(xiàn)DD 上行的MCS 要求更低，需要RB 更少，因此上行優(yōu)于TDD 約2 dB（見表2）。

高鐵FDD 采用10 MHz 帶寬組網(wǎng)與現(xiàn)網(wǎng)DCS1800存在一定重合，需要對現(xiàn)網(wǎng)DCS1800 站點進行退頻，因此TDD 干擾主要來自系統(tǒng)內(nèi)干擾，F(xiàn)DD 干擾主要來源于GSM頻率干擾。

初期通過GSM1800 退出10 MHz 帶寬給高鐵使用，高鐵周邊3 km 內(nèi)清頻隔離，城區(qū)及高鐵周邊未建立FDD 1800網(wǎng)絡覆蓋。

后期當公網(wǎng)逐步使用FDD 1800后，通過高鐵周邊站點RF 優(yōu)化，保證高鐵專網(wǎng)的覆蓋，同時利用軟特性（高速專屬策略管理）構(gòu)建同頻虛擬專網(wǎng)，進一步保證高鐵專網(wǎng)性能不下降。

2.2 參數(shù)規(guī)劃原則

FDD 的TAC 規(guī)劃原則只要容量允許，F(xiàn)DD 和TDD規(guī)劃使用相同TAC。

FDD 的PCI 規(guī)劃原則應盡量避免PCI 沖突、PCI 混淆和PCI干擾。

PRACH 規(guī)劃邏輯根應該滿足高鐵小區(qū)的覆蓋半徑的要求，高鐵沿線的普通小區(qū)要先避免使用高鐵邏輯根。高鐵HighSpeedFlag 設置為True。零相關配置（zeroCorrelationZoneConfig）設置使用高速場景組，前導 格 式（PreambleFormat）、競 爭 式（preamblenumberOfRAPreambles）、頻率偏移（prachFrequencyOffset）配置與普通小區(qū)一致。

2.3 RRU合并原則

高鐵站點規(guī)劃多RRU 共小區(qū)規(guī)劃原則，以達到改善小區(qū)邊緣性能，提升單個RRU 覆蓋半徑和提升下載感知速率的目的，同時減少高鐵頻繁切換問題。

針對高鐵途經(jīng)的不同場景區(qū)域，選擇不同多RRU共小區(qū)數(shù)目，避免高鐵專網(wǎng)小區(qū)負荷過高，具體如下。

a）城區(qū)根據(jù)實際容量采用合適的共小區(qū)方案。

b）郊區(qū)建議采用2～6個RRU共小區(qū)。

c）農(nóng)村建議采用6～12個RRU共小區(qū)。

d）隧道及隧道群場景，在不超過RRU 共小區(qū)最大數(shù)目情況下，建議全線共小區(qū)。

2.4 專網(wǎng)建設

2.4.1 建設原則

網(wǎng)管：與高鐵網(wǎng)絡共網(wǎng)管，統(tǒng)一管理。

核心網(wǎng)：接入現(xiàn)網(wǎng)核心網(wǎng)，同廠家建設更快速。

傳輸：TDD和FDD共傳輸。

BBU：TDD 和FDD 共用BBU 框，節(jié)省空間，其中GSM900和1800獨立BBU框。

主控：TDD和FDD共主控。

基帶：TDD和FDD獨立基帶。

射頻模塊：TDD 和FDD 獨立RRU，做到獨立優(yōu)化，達到雙網(wǎng)雙優(yōu)，RRU 使用支持2T2R 的模塊，速率更快，體驗翻倍。

天面：TDD 采用獨立天線，其中TDD-F 與TDD-D采用共RRU共天面的模式，F(xiàn)DD與GSM900共天線。

電源：需要配置充足的DCDU-12B，電源線徑要根據(jù)實際距離確認。

圖1給出了FDD制式拓撲圖。對于新建高鐵采用如圖2 所示FDD 建設方案；對于已通高鐵，采用如圖3所示的FDD擴容建設方案。

2.4.2 建設規(guī)模

表2 TDD1.9 GHz和FDD 1.8 GHz鏈路預算

高鐵全線長度344 km，本次規(guī)劃設計223 km，其中隧道里程116 km。

高鐵全線采用FDD/TDD-F/TDD-D 1∶1∶1 的建設方式，其中共計規(guī)劃FDD 站點共計108 個，小區(qū)108個，高鐵全線站間距為475 m。

目前新建高鐵采用TDD+FDD 同步建設、融合組網(wǎng)的方案，解決高鐵覆蓋和容量問題，后期將對現(xiàn)有路段新建FDD以解決目前存在的覆蓋和容量問題。

3 專網(wǎng)參數(shù)設置

3.1 功率設置

TDD/FDD 采用功率配置最大原則，因高鐵FDD 采用DCS1800 頻段10 MHz 帶寬，且同時RRU 型號發(fā)射功率明顯強于TDD 設備RRU，覆蓋效果理論要明顯好于TDD覆蓋效果。

3.2 互操作策略

圖1 FDD制式拓撲圖

圖2 新建高鐵FDD組網(wǎng)方式

圖3 已建高鐵FDD擴容方案

圖4 互操作策略

3.2.1 整體原則

圖4給出了互操作策略示意。

a）數(shù)據(jù)業(yè)務：4G 終端優(yōu)先駐留4G 專網(wǎng)，在4G 專網(wǎng)只重選/重定向至2G 專網(wǎng)，在2G 專網(wǎng)可直接重選回4G 專網(wǎng)減少互操作復雜性，在4G 專網(wǎng)覆蓋質(zhì)量較高的線路，可適當調(diào)低4G到2G的重選/重定向門限。

b）CSFB：CSFB終端撥打電話時，通過盲重定向到2G專網(wǎng)，完成通話后，通過終端自主FR返回4G專網(wǎng)。

c）eSRVCC：VoLTE 終端在語音過程中，通過eSVRCC 切換到2G 專網(wǎng)，完成通話后通過終端自主FR返回4G專網(wǎng)。

d）2G終端只占用2G專網(wǎng)。

3.2.2 策略方案

通過基于業(yè)務的分層，將不同特點的業(yè)務與不同特性的頻段進行適配，VoLTE 業(yè)務優(yōu)先承載在F頻段，大包數(shù)據(jù)業(yè)務優(yōu)先承載在FDD載波。

對不同頻段設置同優(yōu)先級、調(diào)整切換觸發(fā)策略、優(yōu)化互操作門限，解決“FDD忙TDD閑”問題（見表3）。

3.2.3 空閑態(tài)駐留策略

針對小區(qū)重選和駐留問題，后期將根據(jù)高鐵沿線覆蓋和容量實際情況進行專題研究，選擇駐留策略，統(tǒng)一設置駐留策略，達到高鐵專網(wǎng)小區(qū)負荷均衡和用戶體驗連續(xù)的目的（見表4）。

3.2.4 連接態(tài)切換和負載均衡策略

表3 各頻段優(yōu)缺點及作用

表4 駐留策略

公網(wǎng)與專網(wǎng)鄰區(qū)規(guī)劃原則：根據(jù)切換策略，在車站站臺位置，高鐵專網(wǎng)站點需要與車站室分進行相互切換，遵循原則如下。

a）高鐵專網(wǎng)與車站室分、車站室分與公網(wǎng)互配鄰區(qū)關系。

b）專網(wǎng)與站臺室分切換位置盡量不要落在車站上下車區(qū)域。

高鐵沿線專網(wǎng)鄰區(qū)規(guī)劃：高鐵FDD 專網(wǎng)鏈形下上級有切換關系高鐵專網(wǎng)小區(qū)（FDD 與TDD-F、FDD 與TDD-D、TDD-F與TDD-D）對互配鄰區(qū)關系，同時原則FDD高鐵專網(wǎng)與公網(wǎng)不配置鄰區(qū)關系。

采用如下互操作策略方案。

a）覆蓋類切換：考慮TDD/FDD 頻段差異，TDD 覆蓋邊界切換到FDD。

b）負載均衡策略：TDD 2 個頻點之間單向進行負載均衡，F(xiàn)DD 和TDD-F 頻段雙向MLB 來均衡TDD 系統(tǒng)和FDD系統(tǒng)之間的用戶數(shù)。

3.2.5 語音業(yè)務策略

高鐵FDD 網(wǎng)絡開啟VoLTE 語音功能，高鐵VoLTE業(yè)務優(yōu)先選擇TDD-F 頻段進行承載。FDD 用戶優(yōu)先進行同頻切換，其次為異頻切換，最后執(zhí)行eSRVCC。根據(jù)高鐵用戶終端能力，語音業(yè)務解決方案如下。

a）不支持VoLTE 的終端沿用當前CSFB 策略回落GSM，通話結(jié)束后快速返回LTE。

b）支持VoLTE 的終端且支持FDD，通過設置特殊的異頻切換策略（QCI1 A2 門限高）優(yōu)先承載在FDD1800上。

c）支持VoLTE但不支持FDD的終端，通過設置特殊的異頻切換策略（QCI1 A2 門限高）優(yōu)先承載在F 頻段上，弱覆蓋區(qū)域SRVCC到GSM。

4 建網(wǎng)效果

4.1 覆蓋率效果

網(wǎng)絡建設優(yōu)化完成后，線路1 高鐵綜合覆蓋率由76.68%提升至86.42%，相比開通前提升9.74%；線路2高鐵段綜合覆蓋率由88.99%提升至94.72%，提升5.73%，提升效果明顯。

4.2 業(yè)務及用戶分流效果

FDD 站點開通優(yōu)化后，F(xiàn)DD 網(wǎng)絡業(yè)務分流占比44%，用戶分流占比44.3%，用戶數(shù)超300的小區(qū)由122個降低至37 個，有效分擔了TDD 流量負荷，緩解業(yè)務擁塞。TDD 網(wǎng)絡開通前用戶數(shù)為20 211個/天，開通后FDD 網(wǎng)絡承載用戶數(shù)為9 373 個/天，TDD 網(wǎng)絡承載用戶數(shù)為11 785 個/天，總承載用戶數(shù)為21 158 個/天較建設前有所增加。業(yè)務分流開通前TDD 網(wǎng)絡承載業(yè)務流量為2 589 GB/天，開通后FDD 網(wǎng)絡承載業(yè)務流量為1 694 GB/天，TDD 網(wǎng)絡承載業(yè)務流量為2 154 GB/天，總計承載為3 848 GB/天，較建網(wǎng)前增加1 259 GB/天，有效釋放網(wǎng)絡負荷高導致的壓抑流量，緩解網(wǎng)絡負荷，發(fā)揮FDD網(wǎng)絡優(yōu)勢。

5 總結(jié)

合理地融合FDD 和TDD 網(wǎng)絡，對于高速場景的覆蓋具有重要意義，不但可以很好地解決技術不能解決的問題，還可以充分利用目前比較缺少的資源，探索一個新的網(wǎng)絡建設方向，為后續(xù)網(wǎng)絡建設提供參考。