4G TD/FDD融合组网专题分析

2016-04-06张柳燕

数字通信世界 2016年12期

关键词：双工子帧制式

张柳燕

（中国移动通信集团广东有限公司惠州分公司，惠州 516003）

4G TD/FDD融合组网专题分析

张柳燕

（中国移动通信集团广东有限公司惠州分公司，惠州 516003）

本文通过TD-LTE与LTE-FDD的技术对比分析，结合我国目前的网络建设实况，对LTE-FDD与TD-LTE融合组网建设提出一些参考意见。

TD-LTE；LTE-FDD；融合组网

1 引言

LTE包括TD-LTE和LTE-FDD两种制式,是第四代移动通信技术（4G）的标准,它通过OFDM与MIMO等关键技术,在3G通信技术基础上提高空中接入技术。

2 FDD与TDD介绍

作为4G的技术标准,TDD与FDD内部协议基本相同,协议栈只有物理层的5%不同。

2.1 双工方式

TDD与FDD在制式技术上最显著的区别在于, TDD制式采用“时分双工”方式,而FDD采用“频分双工”方式。“时分双工”方式,即上下行工作在相同的频段,利用时间来分割接收和发送信道,时间资源在上下行两个方向上进行分配。简言之, TDD是在同一频段上,一个时段进,一个时段出,其速度越快衰落变化频率就越高,衰落深度就越深,所以当移动速度太快时,容易发生网络堵车。而“频分双工”方式利用频率来分割信息接收和发送信道,中间存在一个保护频段,以避免邻近的发射机和接收机相互干扰。简言之,FDD是双向通道,是两个频段,该模式特点就是在分离的两个对称频率信道上分离实现信息接收和发送。因此,原则上FDD模式传输能力更强,速度更快。但是,由于

FDD模式是上下行在不同频段内同时进行,对频谱资源要求更高,所以现在最大的问题就是频谱资源有限问题。由于TDD模式支持非对称的上下时隙配置,可将更多带宽分配给下行,所以其频谱资源利用效率更充分,在频谱资源如此紧张的形势下具有很大优势。

2.2 帧结构

TDD与FDD是两种不同的双工方式,直接影响空中接口无线帧结构,3GPP协议针对TDD与FDD两种制式分别定义了两种不同的帧结构。FDD帧结构为Type1,TDD帧结构是Type2,FDD每帧包含10个子帧,每个子帧有2个时隙,每个时隙长为0.5ms,无线总帧长为10ms。由此可见,FDD只有1∶1一种子帧配比,频谱使用效率较低。TDD无线帧长也是10ms,包括两个5ms的半帧,每4个数据子帧和一个特殊子帧组成一个半帧,一个特殊子帧又分为三个时隙,分别是：上行导频时隙、下行导频时隙与保护时隙。TDD帧结构中特殊时隙的存在,满足了非对称信号传输要求上下行配比可以灵活调整以适应不同需求。因此,与FDD帧结构的固定上下行配比相比,TDD能够最大限度增大频谱效率来更好适应目前频谱资源短缺的现状。

2.3 容量对比

LTE网络中,重要的容量性能指标一般包括用

户平均吞吐量/频谱效率、小区平均吞吐量/频谱效率、小区边缘用户吞吐量/频谱效率、可承载VoIP用户数、同时在线用户数、同时调度用户数等指标。在实际LTE网络中,同时在线用户数、同时调度用户数主要是由设备处理能力决定的,目前主要厂家对TDD与FDD两种制式支撑能力差异较小,因此,两种制式同时在线用户数、同时调度用户数等指标接近；由于TDD单载波最大带宽只有FDD单载波的一半,因此,单载波最大理论峰值速率相对较低。尽管如此,由于TDD支持非对称的时隙配比,调整更加灵活,可以将更多频谱分配给下行,使得TDD总频谱效率优于FDD。

2.4 覆盖对比

根据目前TDD与FDD实际分配的频段,当FDD采用2.1GHz频段时,其覆盖能力优于TDD 40%左右。由于TDD与FDD技术及性能上的差别,运营商在融合组网时,必须合理定位FDD与TDD两种制式网络,能够以最小投资满足用户和业务的网络需求,实现频谱资源使用效率最大化,企业利益最大化。根据我国目前LTE网络制式发展现状,TDD主要工作于2GHz及其以上频段,而FDD主要工作在1.8GHz频段。因此,从长远发展来看,在人口密度大、数据需求量大的热点区域（比如市区）,FDD网络的建设完善能够有效利用其覆盖能力强、传输速度快的特点,使频谱资源使用效率最大化,很大程度上提高数据承载能力。因此,城区、市区等相对繁华的热点区域解决覆盖率问题主要需要通过FDD完善；相对应的,在农村、郊区、道路等人口密度较低、数据需求量较小、区域较广的特点,TDD网络制式可以充分利用其频谱调整灵活,利用率最高等优势。

3 FDD与TDD融合组网

3.1 站址规划

站址选择首先要考虑TDD与FDD两种制式的网络定位和覆盖率问题。根据两种网络制式的特性,FDD网络制式主要是完成网络的全覆盖,TDD网络制式则主要以扩大容量为重点。由于LTE采用同频组网模式,当存在相同数目的重叠覆盖区时, LTE网络整体性能将降低10%～15%。所以,需要在重叠覆盖区去除现网中过近或过高的站点,与此同时,在缺少LTE网络覆盖的地方要增设站点,以完善LTE网络覆盖率。目前,中国移动TDD网络建设已经基本完成,在TDD与FDD融合组网中,可以优先选用现有的TDD站址资源,再根据FDD网络结构要求,结合LTE网络仿真及网络优化测试结果,对具体站点进行整改。通过对原有天线挂高、下倾角以及方向角的调整,实现FDD网络结构最优化。总之,在中国未来的4G网络规划中,大范围、广覆盖的4G网络使用FDD制式,同时在人口密集的地方需要TDD制式来扩大容量,吸收多余的话务量。

3.2 主设备建设方案

各大电信运营商现有站址资源基础上规划FDD时,除了需要增设少量站点外,大部分站点可以通过对TDD原有基站升级来完成组网融合。根据3GPP协议规定,FDD制式的频谱分配主要集中于2.6GHz,700/800MHz,1700/1800MHz；TDD主要分配在2.6G/2.3G/2.5GHz。据国际广泛组网融合经验和我国基础情况,1.8GHz将成为未来FDD网络主流频段,2.1GHz频谱将成为FDD网络的辅助。在目前中国电信与中国联通的FDD制式试验网频段来看,基本是符合的。另外,根据中国移动现有的GSM网络制式以及TDD网络制式无线设备的特性,在利用现有GSM网络或者TDD网络制式升级建设成FDD制式时,需要根据具体情况增设主控单位、传输单元、基带板件、射频模块等。其次,天线系统的设计上,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。