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TD-LTE与LTEFDD融合组网策略探析
[导读]当前，全球越来越多的运营商选择TD-LTE与LTE FDD融合组网,而在中国，三大运营商都已或将进行规模融合建网，此时，对LTE网络架构、关键技术和融合网络覆盖性能、网络容量性能进行分析很重要，对TD- LTE与LTE FDD融合组
当前，全球越来越多的运营商选择TD-LTE与LTE FDD融合组网,而在中国，三大运营商都已或将进行规模融合建网，此时，对LTE网络架构、关键技术和融合网络覆盖性能、网络容量性能进行分析很重要，对TD- LTE与LTE FDD融合组网中的多制式网络协同、频率选择、天线使用等关键问题进行讨论也十分必要。TDD/FDD融合组网成趋势近年来，用户对移动数据业务的需求不断增长，LTE技术的发展也走向成熟，这都推动了LTE的商用进程。目前，我国相关运营商也开展了LTE试验网络建设，其中中国移动在2013年开展了TD-LTE&双百&计划，其TD-LTE网络覆盖超过100个城市，TD-LTE终端的采购超过100万部，TD-LTE基站建设规模超过20万个。对于LTE FDD网络，中国电信、中国联通也在积极进行试验网建设。近期工信部发出信息，预示4G牌照将于年内发放，由此我国将进入4G网络时代。在现阶段全球的LTE建设中大部分网络为LTE FDD制式，但随着其网络建设逐步推进，频率资源不足，容量不足等问题逐渐凸显，而TD-LTE网络在频谱资源上拥有更多的资源，因此TD-LTE与LTE FDD融合组网可以有效缓解FDD频谱紧张问题;另外TD-LTE和LTE FDD融合组网，还使得LTE全球漫游成为可能，为终端用户带来极大的方便。因此说TD-LTE与LTE FDD融合组网，是未来LTE网络建设的趋势。由于TD-LTE 和LTE FDD网络在频段选择、天线类型、覆盖特性、容量特性等方面存在差异，因此我们将从TD-LTE和LTE FDD两种网络的技术原理出发，分析两种制式网络在技术和性能上的异同，给出TD-LTE和LTE FDD融合组网下的两种网络相应建设策略，为TD-LTE和LTE FDD 融合组网建设提供一些有效的建设建议。融合组网技术及性能对比1. 帧结构对比分析帧结构指无线帧的结构，通过帧结构的定义，约束了数据的发送时间参数以保证收发的正确执行。LTE系统支持两种帧结构&&Type 1和Type 2，其中Type 1用于FDD系统，Type 2用于TDD系统。LTE FDD网络物理层无线帧长10ms，每帧有20个时隙，每时隙为0.5ms。普通CP配置下，一个时隙包含7个连续的OFDM符号。TD-LTE网络物理层将10ms的无线帧分为两个半帧，长度各为5ms。每个半帧由5个长度为1ms的子帧组成。其中包括4个普通子帧和1个特殊子帧。普通子帧由2个时隙组成，特殊子帧由3个时隙(UpPTS、GP、DwPTS)组成。TD-LTE与LTE FDD两种制式网络除了物理层帧结构的差异外，在其他技术上都基本一致，这有利于系统和终端以较低的成本同时实现两个系统，TD-LTE与LTE FDD的互操作也基本上可以认为是系统内部的互操作，同时在组网技术上二者有很大的通用性，从而使两种制式网络的融合组网实现更加容易。2.覆盖性能对比分析从3GPP中关于TD-LTE与LTE FDD频段分配情况来看，在已经分配频段中，TD-LTE网络相对来说使用频段要高于LTE FDD网络，而相关研究表明，在其它条件完全等同时，频率每升高10%，网络覆盖半径约下降7%，覆盖面积约下降15%，因此单从频段使用上看，LTE FDD网络由于频段的优势，在覆盖性能上会优于TD-LTE网络。除了频段的原因会影响LTE网络覆盖性能，小区边缘的SNR也会在一定程度上影响LTE网络的覆盖性能。LTE网络的边缘速率主要由用户占用的网络资源以及处于覆盖边缘用户业务信道的SNR决定，在其它配置都相同时，20MHz带宽的TD-LTE系统引入的噪声将会比2&10MHz的LTE FDD大3dB左右，因此在空载情况下，在其他条件都相同的时候，由于噪声的影响，LTE FDD网络的覆盖半径将比TD-LTE网络大18%左右。在进行LTE网络天馈系统建设时，由于TD-LTE网络可以使用8天线进行组网，而LTE FDD网络多采用2天线进行组网，使用8天线进行波束赋形时，TD-LTE网络在发送端可以获得1～3dB的信噪比增益;TD-LTE利用8天线的分集接收，在接收端可以获得5dB左右的分集增益。总体来看，在外部条件一致的情况下，2天线组网的LTE FDD的覆盖能力要强于2天线组网的TD-LTE，但弱于采用8天线组网的TD-LTE网络。3.容量性能对比分析LTE网络中，用于衡量容量性能的指标主要有：用户吞吐量、小区吞吐量、同时在线用户数、同时调度用户数等;而上述指标与LTE小区的容量与信道配置和参数配置，调度算法、小区间干扰协调算法、多天线技术选取等因素都有关系。对于LTE FDD与TD-LTE系统的容量的差异，主要有以下三个方面。1)在FDD LTE网络中，上行控制信道资源占用要多于TD-LTE网络，而下行控制信道的资源占用要少于TD-LTE，因此理论上同时调度数根据用户业务类型的不同，TD-LTE和FDD LTE网络互有优势;2)实际网络中，网络的同时在线用户数、同时调度用户数等指标，主要由设备处理能力决定，目前各厂家对TD-LTE与LTE FDD两种制式的支持能力并无区别，因此两种制式的网络的同时在线用户数、同时调度用户数等指标性能相近;3)用户吞吐量、小区吞吐量等因受到诸多因素影响，在条件相同情况下，根据国内试验网络的测试结论，FDD LTE网络要大于TD-LTE网络。总体来说，从容量方面来看，LTE FDD网络容量性能要优于TD-LTE，但是差别十分有限。运营商融合组网策略建议1.网络定位对于TD-LTE与LTE FDD融合组网建设，运营商首先要解决TDD和FDD两种制式网络的定位和覆盖重点等问题，力争以最小的投资，满足用户和业务发展需求，以实现网络价值最大化。因此，对于TD-LTE与LTE FDD融合组网，LTE FDD网络以覆盖为主，而TD-LTE网络以容量吸收为主，在建网初期可以采取分区域建设覆盖策略，LTE FDD主要实现密集城区和一般城区的覆盖，以吸收终端类业务为主，而TD-LTE网络利用其频谱资源丰富的特点，在县城及发达乡镇以吸收CPE，Mi-Fi及数据卡业务为主。在建网后期，随着LTE业务和用户的发展，原有的LTE FDD网络已经不能满足容量需求，此时可以考虑采用TD-LTE网络作为热点区域的容量吸收手段，满足容量需求。2.频率策略根据3GPP协议规定，LTE频率分为FDD和TDD频段。其中FDD频段包括band1～band21，而TDD频段包括band33～band41。从3GPP中LTE频谱划分的结果来看，LTE FDD网络已分配频谱主要集中在2.6GHz频段、700/800M、MHz。而TD-LTE网络已分配频谱主要集中在2.6GHz、2.3GHz、2.5GHz。在我国LTE网络建设中，中国移动的TD-LTE网络建设使用的频段主要有：F 频段(1.8GHz)、E 频段(2.3GHz)、D 频段(2.6GHz)，另外我国已经将MHz 共190M 频段划分给了TD-LTE系统。而LTE FDD系统，中国电信和中国联通的LTE FDD试验网主要使用1.8 GHz和2.1 GHz的两个频段。F频段目前为TD-SCDMA网络使用的频段，E频段为非授权频段，在现网中存在与WLAN等系统的干扰问题，D频段是国内LTE网络新启用的频段。考虑到室内外的同频干扰问题，未来TD-LTE 部署中主要采用室内外异频组网的方式。对于TD-LTE室外覆盖，主要考虑以D和F两个频段为主，D频段作为国际公认的TDD频段有利于TD-LTE的国际化发展，F频段采用低频段，可以提高覆盖性能，减少网络建设投资。对于TD-LTE室内覆盖，主要考虑以E频段为主。从国际广泛的组网演进经验和从芯片、终端到网络设备完善的产业链等角度来看，1.8GHz将成为我国LTE FDD网络的主流频段，但同时也要注意到，1.8GHz频谱的匮乏和较小隔离带可能会带来系统间的干扰。而2.1GHz频段，有可能成为LTE FDD网络的补充频段。3.天线策略3GPP规范中Rel9版本规定了8种传输模式，其中模式3和4为MIMO技术。模式7、8是单/双流波束赋形。原则上，3GPP对天线数目与所采用的传输模式没有特别的搭配要求。但在实际应用中2天线系统常用模式为模式2、3;而8天线系统常用模式为模式7、8。在实际应用中，不同的天线技术互为补充，应当根据实际信道的变化灵活运用。从国内相关TD-LTE试验网建设和测试结果来看，8天线和2天线组网的主要区别如下：1)设备与组网成本：8天线相比2天线单设备成本较高，相关统计结果显示，8天线的器件成本约为2天线的1.8倍。由于8天线在覆盖性能上强于2天线，因此在指定覆盖区域内、指定覆盖指标要求下，8天线所需站点数与2天线相比减少15~30%，这样可以极大的降低建网成本。2)网路性能：从相关测试结论来看，TD-LTE系统中的8天线覆盖性能与2天线组网相比较，下行提升了39%，上行提升了45%;而容量性能，下行吞吐量平均提升了39%，上行提升了19%，整体来看，8天线TD-LTE网络的覆盖性和和容量性能都远远优于2天线网络。3)工程施工以及运营维护难度：8天线尺寸较大，施工难度相对较大，对站点天面资源要求较高，而2天线，天线尺寸较小，施工难度较小，便于工程施工和快速建网。LTE FDD 现阶段仍以2 天线分集和复用为主，中国电信&蓝极光&计划中的LTE FDD网络8天线分集接收性能已在试验中，未来LTE FDD网络可用2天线发送，8天线接收的模式进行组网。目前TD-LTE室外覆盖以8天线覆盖为主，2天线模式是在8天线无法发挥赋形性能或安装受限的场景采用，包括热点覆盖、补盲、道路覆盖、天线美化及隐蔽性要求高等场景。
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