CDMA 850MHz频段翻新部署LTE方案探讨

李虓江等

1 引言

根据GSA的最新统计，截止到2014年5月全球共有104个国家商用部署了288个LTE网络，其中有24个国家商用部署了36个TD-LTE网络[1]。各国运营商部署LTE网络时的频段选择策略主要有两种：一种是采用与现有2G/3G网络频段不同的全新的频段；另一种是基于现有2G/3G网络，通过Refarming技术部署LTE网络。

显而易见，前者需要运营商获得新的LTE频谱资源，虽然在不同频段部署可充分避免不同系统之间的相互干扰问题并降低建网难度，但在频谱资源日益稀缺、获取新频谱资源成本越来越高的今天，对于部分手中没有充足频谱资源的运营商来说只能望“频”兴叹。后者则需要运营商对现有的2G/3G网络所使用的频谱资源进行重整，通过多种手段提升现网的频谱利用率，从而为部署LTE网络空出足够的可用资源，再通过Refarming技术实现LTE网络的部署。该方法能够通过与原先2G/3G网络站点共站址、机房、配套的方式迅速部署LTE网络，可实现经济、快速部署。但若可能空出的频段资源不多，则对LTE网络发挥其“大带宽、高速率”的性能会造成很大限制，最终导致用户体验不佳。对于LTE网络部署初期来说，这不失为一种有效的解决办法。

根据3GPP协议规定，850MHz Band 5（824—849MHz/869—894MHz）频段主要分配用于基于FDD的移动通信网络[2]，在国内则将其中的825—835MHz/870—880MHz频段分配给了CDMA制式网络用于公众移动通信业务使用（2G/3G）。本文基于目前国内已部署的CDMA 850MHz网络，着重探讨通过Refarming方式将其中部分或全部频段用于部署LTE网络的可行性。

2 方案可行性

单从频段选择角度来讲，虽然目前LTE网络采用的主流频段大都是高频段（如1.8GHz、2.6GHz、2.3GHz等）[1]，但是由于高频无线信号穿透能力相对较弱，导致采用高频段的LTE网络基站覆盖能力大大缩小，因此要实现LTE网络的连续覆盖和保证较高的用户接入速率，则必须要新建大量的基站，这无疑会大大提升运营商的建网成本和后期网络运维成本，同时站址选择和建设工作量及复杂度也会随之成倍提高。而相对于高频段来说，低频段具有信号覆盖能力和穿透能力强等优势，在相同目标覆盖区域内，可以用更少的基站实现相同覆盖效果，从而节省建设投资，降低建设难度和复杂度。

2.1 产业链逐步成熟，全球已有成功应用案例

根据GSA统计，到2014年5月全球已商用的LTE FDD网络中，主要采用了1.8GHz、2.6GHz、700MHz、800MHz等频段。而在已商用的LTE TDD网络中，则主要采用了2.3GHz、2.6GHz、3.5GHz、1.9GHz等频段[3]。目前LTE部署主要集中在高频段，但低频段如700MHz、800MHz、850MHz、900MHz等也有使用，具体如表1所示[1]：

表1 全球已商用LTE网络低频段使用情况（数据来源：GSA）

主要频段/MHz 700 800 850 900

3GPP频段号 Band 12/13/14/17/28 Band 20 Band 5 Band 8

已商用网数量 47 39 5 4

商用终端数量 327（b12/17）

275（b13） 392（单模）

340（多模） 282 246

由此可见，对于850MHz Band 5频段来说，目前基于该频段建设LTE网络在国际上已有成功案例，且产业链方面从设备到终端均有相应支持的商用产品。

2.2 现网覆盖情况较好

经过多年的建设和经营，国内CDMA 850MHz网络已经成为一个技术成熟、良性发展的移动通信网络，其覆盖广度和深度均具有一定规模。根据中国电信发布的年度报告显示[4]，截至2013年底，移动用户总数已达1.86亿户，其中3G用户总数达到1.03亿户。另据不完全统计，截止到2013年底全国共建有CDMA通信基站约30万个，CDMA室内分布系统约10万套。目前CDMA网络已覆盖全国所有县级以上城市及绝大部分乡镇，大部分农村地区都已实现2G（1X）网络的普遍覆盖，覆盖了超过90%以上的人口。

因此，若以现有CDMA网络站点作为依托，通过共站址建设LTE 850MHz网络，则为低成本、快速地实现LTE网络的广覆盖创造了良好的先天条件。

2.3 现网有富余频谱资源

如前所述，到目前为止，国内CDMA网络经过多年的建设和运营，已基本实现了有效覆盖区域内的广覆盖和热点区域内的深度覆盖。从覆盖区域分析，农村覆盖面积占比超过全部有效覆盖区域的九成，市区和郊县覆盖面积总占比不到一成。通过对各区域内基站分布的分析可见，约一半的站点分布在农村区域，而市区和郊县内基站数占比分别约占总站点数的两至三成左右。具体如图1所示。

另一方面，从目前CDMA现网负荷情况来分析，由于用户分布密度及业务需求的不均衡性，不同区域尤其是城市区域与农村区域在网络负荷上存在较大差异。除部分大型城市核心区域及话务热点区域因业务负荷高导致频点使用率较高外，其余区域尤其是广大农村业务负荷较低，目前仅使用了部分频点，甚至个别地区仅用了基本频点，频点利用率偏低，这在一定程度上造成了资源浪费。也就是说，大部分有效覆盖区域内的基站业务负荷相对较轻，同时区域内基站数占比却较高。当然，为保证移动网络覆盖质量和移动信号的连续性，在这些区域内设站也是非常必要的。

综上所述，频率和站址资源作为运营商手中的稀缺资源，如能通过某种合适的技术和工程手段对其有效加以利用，提升其利用效率，则不失为一种较为经济、快速的LTE网络部署解决办法。

因此，可考虑采用在现有网络基础上升级支持LTE网络的部署方案。具体而言，就是在农村等业务负荷相对较轻、有空余频点的区域，将部分850MHz频段通过Refarming技术用于部署LTE网络。通过850MHz频段部署LTE网络覆盖广大农村地区，在充分利用现网资源的同时，可充分发挥低频段的覆盖优势，不需或仅需少量建设LTE站点，即可在广大农村等需LTE网络广覆盖的区域实现LTE网络的快速、低成本部署。

3 部署方案探讨

3.1 部署方案

目前电信CDMA网络共有10MHz×2带宽（基站收：825—835MHz，基站发：870—880MHz），可划分成7个频点，各频点宽度为1.25MHz[5]。如图2所示。

其中，1X载波以283频点为基本频点，由高向低配置；DO载波以37频点为基本频点，由低向高配置。

不同数量的频点组合后，占用的带宽如表2所示。

表2 不同CDMA频点组合占用带宽

CDMA网络可用频点数 1 2 3 4 5 6 7

占用带宽/MHz 1.25 2.5 3.75 5 6.25 7.5 8.75

而根据3GPP协议设定，不同带宽条件下LTE网络下行理论峰值速率如表3所示（终端类型3）[6-7]：

表3 不同带宽条件下LTE网络下行理论峰值速率

带宽/MHz 1.4 3 5 10 15 20

RB数 6 15 25 50 75 100

下行峰值速率/Mbps 6.0 15.1 25.2 50.4 75.6 100.8

注：下行峰值速率为不考虑系统开销，理想情况下的系统理论峰值速率，天线工作模式为单流。

由此可见，在农村等CDMA业务量不大、基站负荷普遍不高的区域，可考虑从CDMA现网的空余频点中挪出部分带宽用于通过Refarming技术部署LTE网络，以满足LTE用户的基本业务需求。若挪出4个频点（5MHz带宽），则理论上可实现下行峰值业务速率达25Mbps，相对于原先CDMA 3G网络的峰值速率（下行峰值速率3.1Mbps）来说有很大提升，可基本满足农村区域用户的LTE基础业务需求。

从另一方面来说，我国地域辽阔，广大农村区域地形、地物和地貌复杂，与此同时目标用户分布极为分散，用户密度相对于城市区域也更为稀疏，因此农村地区要实现数据网络的有效覆盖，其建设难度大和成本高昂可想而知。而通过采用Refarming技术，在CDMA现网基础上使用约5MHz的带宽部署LTE 850MHz网络，则可充分发挥低频段覆盖能力强的优势，将850MHz频段作为农村等低移动业务密度区域的主要覆盖频段，并通过复用CDMA 850MHz网络站址资源（共机房、塔桅、天面等），进一步节省建设成本，加快部署进程，可实现农村区域LTE网络的广覆盖，同时在部分有线宽带无法到达的区域亦可提供4G移动网络无线宽带接入能力。

对于同一个运营商来说，不同制式系统的定位和业务承载建议如表4所示：

表4 不同制式系统的定位和业务承载建议

制式 频段 定位与用途 承载业务

FDD LTE 1.8/2.1GHz 城市、郊县室内外热点覆盖 高价值、高速率数据业务，未来将逐步具备承载语音业务能力

TD-LTE 2.6GHz 城市、郊县等数据业务热点区域及农村等有线宽带暂时无法到达区域的覆盖 高速率数据业务，分流高速率数据业务需求

FDD LTE 850MHz 郊区和农村、干线区域室外LTE广覆盖 中等速率数据业务，未来将逐步具备承载语音业务能力

CDMA 850MHz 广覆盖 语音、短信等基础业务（1X）及中低速率数据业务（DO）

Wi-Fi 2.4GHz 城市热点地区室内外覆盖，作为移动数据业务的分流手段之一 低价值、低QoS保障、低移动性的中高速率数据业务

3.2 分阶段实施建议

根据移动网络建设特点，结合CDMA网络现状及国内LTE网络部署情况，建议分阶段实施本方案，具体如下：

在LTE网络建设初期和中期，适时腾出CDMA网络的78、119、160、201共4个频点所占用的5MHz×2带宽，这样CDMA网络仍留有37、242、283这3个频点用于满足基本业务需求（DO：1个频点，1X：2个频点）。若数据业务需求仍较大，可根据需要申请次800MHz频段中1019号频点（824—825MHz/869—870MHz）用于满足数据业务需求。具体如图3所示。

腾出来的4个频点组成5MHz×2带宽，可满足农村等区域对于LTE网络的广覆盖及基本业务需求。此时，在城市区域仍以1.8/2.1/2.6GHz频段LTE网络覆盖为主。如前表所示，5MHz×2带宽下，使用CAT3类终端可获得下行25Mbps的峰值速率，这意味着当用户从城市向农村区域移动时，LTE业务速率将会有所下降（约为市区范围内峰值速率的1/4），但LTE信号仍能在农村区域保持良好覆盖，用户LTE数据业务不至于中断，可满足基本LTE业务接续需求。终端方面，则需支持850MHz、1.8/2.1/2.6GHz等多频段的LTE网络。

不同区域内网络部署及业务定位建议如图4所示：

图4 LTE网络建设初期不同区域内网络部署及业务定位建议

在LTE网络建设中后期，可根据LTE业务发展、技术演进及CDMA用户向LTE网络迁移和城市高话务区域内不同制式网络的负荷变化情况，适时将原CDMA 850MHz网络中的10MHz×2带宽全部用于LTE网络（此时CDMA网络彻底退出移动业务服务）。在通过850MHz频段实现LTE网络在农村等区域内的广覆盖同时，进一步提升区域内数据网络容量。原先CDMA 850MHz网络上承载的语音业务可在LTE网络上通过VoIP等技术解决。如前表所示，10MHz×2带宽下，使用CAT3类终端可获得下行约50Mbps的极限速率。具体如图5所示：