高铁专网与邻近公网F频段20+20 MHz组网方案研究

李行政，张冬晨，汪汀岚，张栩

（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）

高铁专网与邻近公网F频段20+20 MHz组网方案研究

李行政，张冬晨，汪汀岚，张栩

（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）

目前F频段是TD-LTE高铁专网覆盖及公网广域覆盖的主力频段，但仅有30 MHz的频率资源。本文开展F频段高铁专网及邻近公网F频段20+20 MHz的组网频率配置方案研究，通过理论分析提出最优的频点配置方案，并通过实验室模拟测试、外场验证等手段证明所提频点配置方案性能明显优于常用配置。

F频段；TD-LTE高铁专网；频率配置

TD-LTE网络可用频率主要包括F频段1 885～1 915 MHz、D频段以及E频段，其中E频段仅限于室内使用。相比于D频段，F频段传播特性、穿透特性、多普勒频移特性更优，所以目前TD-LTE高铁专网覆盖以F频段为主，同时F频段也是农村或城郊区域广域覆盖的主要频段。为了避免公网与专网间的同频干扰，在高铁专网邻近公网小区业务量较小的场景下，一般高铁专网使用1 885～1 905 MHz、邻近公网使用1 904.4～1 914.4 MHz的频率配置方式，高铁专网与邻近公网无频率重叠，可有效规避干扰。但随着4G用户规模的不断扩大及高流量用户行为的逐步形成，公网小区的业务量迅速增加，某些区域F频段10 MHz已无法满足容量需求，也需使用20 MHz载波。当公网小区不具备开启D频段的能力而必须使用F频段20 MHz载波时，会造成公、专网间存在10 MHz频率重叠，引入干扰。

本文开展公、专网均使用F频段20+20 MHz的组网方案研究，通过优化公、专网载波中心频点的配置最小化干扰影响，保障网络质量。本文将在第二部分介绍干扰影响最小化频率配置方案，第三部分介绍该频率配置方案实验室及外场测试结果，最后对本文的研究成果及具体应用进行归纳总结。

1 频率配置方案研究

1.1 现有配置方案

在进行TD-LTE高铁专网与邻近公网频率规划时，一般需要设置过渡带区域，处于过渡带上的公网小区应采用与专网小区不同的频率，以规避高铁专网与公网的互干扰影响，具体如图1所示。

在高铁专网邻近公网业务量较小的场景下（如农村场景），建议选择高铁专网F频段20 MHz、公网F频段10 MHz的配置方案，如图2所示。在该方案中，高铁专网频率设置为1 885～1 905 MHz（F1载波，EARFCN为38 400），高铁专网邻近公网频率设置为1 904.4～1 914.4 MHz（F2载波，EARFCN为38 544），高铁专网与邻近公网频率错开，达到控制干扰的目的。

图1 高铁专网与邻近公网小区部署示意图

而在高铁专网邻近公网小区业务量较大时，当公网小区不具备开启D频段的能力，为了满足业务需求公网小区也必须开启F频段20 MHz载波。目前该场景使用较多的频率配置方案为公网使用1 885～1 905 MHz、专网使用1 895～1 915 MHz频段（如图3所示，以下称之为现有方案，专网EARFCN为38 500），该方案可以最小化频率的重叠部分。

在现有方案中，公网与专网中心频点相差10 000 kHz，非300 kHz的整数倍，并未实现高铁专网小区与公网小区间RE的对齐，因此无法有效规避公专网参考信号间的干扰，参考信号间的干扰影响速率协商及信道估计的准确性，由于现有方案仅最小化频率重叠部分，并未考虑公、专网小区间参考信号的干扰，因此该配置方案性能未必最优。

1.2 最优频率配置方案

最优高铁专网与邻近公网F频段20+20 MHz频率配置方案应具备以下3个方面特点。

（1） 专网小区与邻近公网小区RS信号位置错开，有效降低参考信号的互干扰影响，保证网络的覆盖率。

（2） 可沿用PCI模3不等的原则进行高铁专网与邻近公网小区的PCI优化，降低参考信号优化的难度。

（3） 尽量减小专网与邻近公网小区的频率重叠带宽。

在高铁专网与邻近公网采用F频段20+20 MHz的组网方案时，专网及邻近公网至少有10 MHz频率重叠，考虑到每个载波中心位置15 kHz的直流分量（如图4a所示），要实现公网与专网小区PCI模3相等时RS完全对齐，需满足以下条件：

100×M=15×3×N+15

其中M、N均为整数，由于F频段仅30 MHz频率资源，因此在公网采用38 400频点时， M的取值范围为[0, 100]，经计算上式在M、N分别为96和213时上式成立，此时对应专网的绝对频点号为38 496。

当公网采用38 400、专网采用38 496的频点配置，且公网与专网PCI模3相等时，频率重叠情况如图4b所示，其中，红色和黄色代表两天线端口的参考信号。可以看出该配置方案实现了高铁专网与公网小区RE资源的对齐（未实现RB资源块对齐），且在高铁专网小区与公网小区PCI模3相等时实现了频率重叠部分参考信号的对齐。在实际工作中，按照高铁专网小区与邻近公网小区PCI模3不等进行规划或优化时，可实现公网小区与邻近专网小区参考信号完全错开，从而保障RSSINR的质量。

图2 高铁专网与邻近公网F1+F2的频率配置示意图

图3 现有高铁专网与邻近公网F频段20+20 M的频率配置示意图

图4 LTE系统RE分配机制

2 测试验证情况

为了评估不同频率配置方案的性能，在实验室及高铁专网组织了性能摸底测试，评估高铁专网小区与邻近公网小区在不同频率配置方案下的干扰特性。

2.1 实验室测试结果

在测试中TD-LTE服务小区（TD-LTE eNode B 2）与干扰小区（TD-LTE eNode B 1）上、下行子帧配比配置为1:3，RS功率设置为15.2 dBm，Pa与Pb值分别设置为-3 dB和1，传输模式设置为TM3自适应。

在测试过程中，服务小区的中心频点设置为38 496（模拟高铁专网小区），PCI为32；干扰小区的频点设置为38 400（模拟公网小区），PCI分配设置为33、34或35，从而测量不同场景下的干扰特性。

实验室测试结果如图5a及5b所示，可以看出：

（1）当干扰小区PCI等于35时下行速率最低，这是因为此时服务小区与干扰小区PCI模3相等，按理论分析RS信号完全重叠，干扰最大。

（2）在干扰小区PCI等于33或34时的下行绝对速率曲线高度吻合，证明在这两种PCI配置条件下的干扰是一致的，这也可在一定程度上说明在该频率配置条件下，干扰小区与服务小区PCI模3不等时可实现RS信号完全错开。

（3）在干扰小区RSRP与服务小区RSRP电平值相当或略强时，RS信号错开相比于RS信号重叠时下载速率可提升5%～10%左右。

图5 实验室测试结果

表1 路测结果统计

表2 KPI指标统计

2.2 外场测试结果

为了进一步验证不同频率配置方案的性能，选择一段高铁专网进行了外场测试。测试结果显示，在专网小区及邻近公网小区采用F频段20+20 MHz组网方案时，本文所提频率配置方案性能优势明显（表1、表2中方案2，方案1为现有常用频率配置方案），网络综合覆盖率提升3%左右，平均下载速率提升2 Mbit/s以上，提升率约10%，具体测试数据如表1所示。

另外，通过后台网管对不同配置方案下的RRC连接成功率、ERAB连接成功率、无线接通率、掉线率、切换成功率等指标进行统计分析，结果显示本文所提频率配置方案的性能优于现有方案，具体测试数据如表2所示。

3 结束语

本文在理论研究的基础上提出了一种性能最优的高铁专网与邻近公网F频段20+20 MHz频率配置方案：高铁专网小区EARFCN配置38 496，邻近公网小区EARFCN配置为38 400。通过实验室测试及外场验证可以看出，与已有频率配置方案相比，网络综合覆盖率提升3%左右，PDCP层平均速率提升率约10%左右。在高铁专网及邻近公网采用F频段20+20 MHz组网时，可选用本文所提方案以获得较好的网络性能。

在采用本文所提方案时，为了降低公专网互干扰影响，应尽量保证高铁专网小区与邻近公网小区的PCI模3不等，同时应重点注意切换带上的干扰优化问题。

20+20 MHz F-band frequency allocation scheme research for TD-LTE high-speed rail network and nearby public network

LI Xing-zheng, ZHANG Dong-chen, WANG Ting-lan, ZHANG Xu
(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080, China)

F-band is the main frequency resource used for the coverage of TD-LTE high-speed rail network and public network, but only 30MHz resources. In this paper, 20+20 MHz frequency allocation scheme for TD-LTE high-speed rail network and nearby public network is studied through theoretical analysis, laboratory testing and field verification. This paper proves the performance of the proposed frequency allocation scheme is significantly better than the current scheme.

F-band; TD-LTE high-speed rail network; frequency allocation scheme

TN929.5

A

1008-5599（2017）08-0060-04

2016-12-17