LTE FDD与TD-LTE融合组网在4G特殊场景的覆盖分析

米永涛

（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）

1 4G现网遇到的问题分析

中国移动已经建成了全球规模最大的4G网络，总体上网络质量良好，但也存在几个明显问题。首先TDLTE网络深度覆盖能力不足，影响了用户体验，限制了VoLTE业务的开展。其次在上下行时隙1：3配置下，TD-LTE网络的上行能力比其他运营商FDD网络明显偏弱，影响客户的上传体验。再者，对于大部分国际漫游客户终端只支持FDD LTE网络，现有TD-LTE网络无法承载此类终端的数据业务。最后，目前由于TDLTE受限于高频段，广覆盖能力弱，在农村广袤地区如草原、戈壁中有一定数据业务需求的区域，无法提供经济有效的解决手段。

聚焦到具体场景，目前4G现网遇到的问题主要集中在“三高一限”四类特殊场景：高铁、高流量（主要是地铁和高校）、高层建筑以及上行受限（如大型集会、演唱会、体育比赛等）场景。

从高铁场景看，现网测试数据显示单用户HTTP下载的平均速率既受用户数的影响，也有容量及覆盖方面的问题。

从地铁场景来看，三运营商共建共享的POI（多网合路系统）目前一般不支持D频段，移动TDD频段扩容困难，从高校看则面临潮汐效应、宿舍区超高流量问题。

对于高层建筑场景，普通宏基站覆盖效果不理想，建设室分又遇到各类工程问题，导致弱覆盖问题频发。

对于大型活动、演唱会等现场分享需求旺盛的场景，TD-LTE上行资源明显不足，造成用户拥塞，上传延时，视频重传率提高，用户体验不佳。

受限于频段、建设能力和成本压力，TD-LTE无法从根本上满足用户的上述场景的覆盖要求，仅靠TDLTE系统现有手段，难以从根本上解决所面临问题。

另一方面，中国移动在农村4G网络广度覆盖方面也存在较大的提升空间。目前中国移动4G网络的行政村覆盖率已接近90%，但很多自然村和居民点尚未覆盖。由于1 900 MHz频段的覆盖能力比900 MHz弱约11 dB，理论推算TD-LTE覆盖相同面积所需基站数量为GSM的4倍，中国移动难以建设如此大量的TDLTE基站，但从长远来看，作为国内移动通信主导运营商，又有必要该区域的4G覆盖问题。

2 融合组网解决4G现网面临问题的可行性分析

2.1 LTE FDD特点分析

LTE FDD与TD-LTE相比有两个显著特点。首先，FDD可重用GSM的对称频谱，若采用比TD-LTE低的频段，覆盖性会提升。其次，由于上行分配的时频资源较多，FDD上行容量高于同带宽下TD-LTE系统。

FDD在解决4G现网覆盖问题上优势明显。在典型农村场景下， FDD 900 MHz（2T4R，天线2发4收）覆盖半径是TD-LTE 1 900 MHz的2.2倍，覆盖相同面积所需基站数量仅为TD-LTE的21%， FDD 1 800 MHz（2T2R）覆盖半径是TD-LTE 1 900 MHz的1.1倍，4T4R是1.3倍。在典型城区场景下，在相同覆盖半径下，FDD 900 MHz（2T4R）比 TD-LTE 1 900 MHz信号电平高14 dB，LTE FDD 1 800 MHz（2T2R）比TDLTE 1 900 MHz 信号电平高4 dB。

容量方面， TD-LTE单载波（8T8R，20 MHz）上下行吞吐量分别为7 Mbit/s和40 Mbit/s，LTE FDD单载波（2T2R，2×20 MHz）上下行吞吐量分别为30 Mbit/s和50 Mbit/s。如果采用4T4R，上下行吞吐量还可以分别提升15%和10%。1 800 MHz频率共2×25 MHz，如能全部清频，上下行吞吐量分别能达到38 Mbit/s和63 Mbit/s，能够有效解决容量受限问题。

综上所述，采用FDD 900 MHz可显著缓解现网“三高一限”及广覆盖场景中面临的覆盖问题，采用FDD 1 800 MHz则可大幅提升网络容量，解决“三高一限”场景中下行容量不足和上行受限的问题。

2.2 融合组网可行性分析

TD-LTE同LTE FDD在标准和产业化上具有一致性，具备了融合组网的基础。目前，厂家主设备均是LTE FDD/TD-LTE共平台开发，设备支持能力不存在问题。全球LTE FDD建成开通的基站规模接近300万个，LTE FDD产业链非常成熟，2T2R、2T4R基站都已经规模商用，LTE FDD网络承载能力在持续提升。终端方面，中国移动现网终端能够支持FDD的规模占比约72%，且要求2017年底全价位段必选支持900 MHz LTE FDD。

推进融合组网的另一大关键因素是频谱。目前移动900 MHz频段共分配频谱19 MHz×2（上行890～909 MHz/下行935～954 MHz），主要由现GSM 900 MHz网和窄带物联网占用，频率资源较为紧张。中国移动1 800 MHz频段共分配了25 MHz×2（上行1 710～1 735 MHz/下行1 805～1 830 MHz），随着GSM承载数据业务萎缩，逐步清频后FDD 1 800 MHz可提供较高的容量。

总体来看，LTE FDD网络从标准、设备、终端等多个方面都具备与TD-LTE现网融合组网的条件。FDD 900 MHz带宽有限，仅可用于提供覆盖补充。FDD 1 800 MHz则可为4G现网提供较为可观的容量补充。

3 针对特殊场景的融合组网解决方案

从前两节分析可以看到，采用LTE FDD与TDLTE融合组网，有助于解决4G现网遇到的问题。基于中国移动4G网络现状和两类技术特点，建议将TD-LTE做为数据业务的主力承载网络，LTE FDD 900 MHz做为未来4G主力底层覆盖网络及语音兜底网络，LTE FDD 1 800 MHz作为热点区域的容量补充手段。基于以上定位，建议TD-LTE/LTE FDD融合组网应以TD-LTE为主，LTE FDD为辅。各类场景4G网络业务承载优先次序为：TD-LTE、LTE FDD 1 800 MHz、LTE FDD 900 MHz（如图 1）。

TD-LTE系统内不同频点间优先级按现有商用网络已有设置即可。

图1 融合组网条件下4G各频段优先级示意图

3.1 高铁场景

高铁覆盖最大的难点是由于车速快，导致多普勒频移严重，同时列车高速移动在短时间内频繁的小区间切换，影响网络性能。高铁列车的穿透损耗高，双向会车时更高。高铁沿线一般情况下业务量需求较低，而列车经过时话务量剧增，忙闲时波动大。

对于高铁路段的覆盖，TD-LTE系统采用宏蜂窝基站，配置采用双通道RRU，高增益双通道天线，小区合并等方式。短且平直的隧道，优先采用宏基站覆盖。长或弯度较大的隧道，优先采用泄漏电缆覆盖，隧道出入口需要通过设置天线外打的方式与外部信号实现良好衔接。

针对高铁有容量需求路段，优先采用载波扩容的方式解决，如仍无法满足业务需求的，则根据基础覆盖层网络现状，结合系统间切换、负载均衡等技术成熟度和覆盖能力，选择建设TD-LTE F频段或FDD 1 800 MHz连续覆盖网络进行扩容。

高铁弱覆盖路段，优先采用增补站点，网络优化的方式解决。对于F频段无法有效连续覆盖的路段，可使用LTE FDD 1 800 MHz连续覆盖。对于西部新建高铁线路，可根据具体情况优先采用LTE FDD 900 MHz进行覆盖。

3.2 高流量场景

地铁作为重要的城市交通工具，人流量很大，业务量随上下班峰值变化大，用户需求以小流量数据业务和话音为主，兼少量高速数据业务。地铁多为封闭环境，站台、区间隧道易产生盲区，均需单独覆盖。隧道传播易产生快衰落，列车、站台屏蔽们都会对无线信号产生严重的屏蔽。最突出的特点是接入系统多，覆盖要求高。通常采用POI对TD-LTE信号进行合路，多系统共用天馈对覆盖区域进行覆盖。地铁上、下行隧道采用泄漏电缆覆盖，地下车站及出入口通道通过天线阵覆盖。

高校用户分布和移动比较集中，业务容量有突发性和不均衡性，主要覆盖区域一般为宿舍楼、办公楼、图书馆等，其中宿舍楼是覆盖重点。可通过室外基站结合室内分布系统覆盖的方式，宏微结合立体覆盖，部分场景引入BBU集中布放及C-RAN功能，解决高并发、高流量、潮汐效应下的客户感知。

对于地铁、高校等高流量场景面临的容量问题，优先通过TD-LTE载波扩容解决，其次进行小区分裂。若同频扩容无法解决，则应综合评估TD-LTE异频段扩容与建设LTE FDD 1 800 MHz的成本（主要是天线）、建设难度、现网干扰等因素，选择最适合的方案解决。

若建设FDD 1 800 MHz网络，需连片建设，减少系统间的互操作。FDD站址的建设可充分利用现有站址资源共站建设，减少配套投资，通过合理的工参设置，实现负载均衡，提升覆盖效果。

3.3 高层建筑场景

大城市高层建筑密集，用户分布集中，但是普通宏蜂窝基站建设难度大，部分住宅楼也不具备建设室分条件，无线网络覆盖比较困难，容易出现覆盖盲区或盲点。目前，TD-LTE系统采用多种室外内覆盖相结合的方案，以解决室内深度覆盖问题。

对于经过多年建设优化，至今仍存在弱覆盖的高层建筑，继续用TD-LTE解决难度较大，可以考虑采用LTE FDD 900 MHz网络建设宏站或者楼间对打天线，利用频段的优势可大大缓解部分弱覆盖问题。需要控制干扰，避免系统、不同小区间兵乓切换，主要承载话音补充功能。

3.4 上行受限场景

上行受限场景通常出现在大型场馆的大型活动当中，语音和数据业务需求均较高，由于业务的突发特性，忙闲时段明显。同时，此场景下用户常进行视频、照片的实时上传，会导致出现上行受限情况。目前的TDLTE频段虽然通过现有技术方案能部分缓解上行受限的，仍不能满足用户业务需求。在无法满足业务需求时，考虑FDD上行容量为TD-LTE的4～5倍，此类场景建议优先部署LTE FDD 1 800 MHz网络系统提升容量，同时要主要参考上行PRB利用率等指标，做好TDD/FDD网络间的负载均衡。

3.5 广袤地区覆盖场景

在农村覆盖方面，中国移动4G目前明显优于竞争对手，覆盖率较高，但未覆盖区域仍需完善。目前东中部平原地区覆盖前期TD-LTE工程中基本解决，该区域中的山区覆盖由于地貌限制，TD-LTE和LTE FDD覆盖能力差别不大，因此这里重点分析西部及东北地区以丘陵基础地貌为主，人口稀疏的草原、林区、荒漠地区。不考虑人烟稀少区域，该地区的道路、旅游景点、小型厂矿、居民点是覆盖的重点。

通信系统的极限覆盖能力受到多方面的影响，包括通信协议、传播环境、发射功率、天线增益等方式。对于农村广覆盖的术手段采用，需要综合考虑覆盖效果、投资维护成本。首先， TD-LTE系统通过Preamble码（随机接入信道前导码，用于识别UE身份）格式不同参数的选择可影响覆盖半径（15～100 km），适用于海面等超远覆盖。其次，从无线传播角度看，基站和终端的天线高度将极大影响传播性能。在平原地区，考虑地球曲率的情况下，测算基站和终端可视距离（见表1）。典型情况下（基站40 m，终端1.5 m），基站与终端可视距离将达到26 km，因此地球曲率在平原地区不构成传播限制因素。

表1 基站-终端间可视距离

虽然采用较低频段、提高发射功率、增加天线阵元数量、提高天线增益、降低调制编码速率等，都有助于增强覆盖但是会增加建设成本和工程实施难度，且降低系统的频谱效率。因此，农村广覆盖技术手段的采用，要综合考虑覆盖效果、设备投资、建设成本和维护成本等多方面因素。

在农村广袤地区的实际建设中，考虑尽可能节约建设成本，应采用LTE FDD 900 MHz频段覆盖；优先选择共GSM系统，选择较高铁塔站共平台建设。为避免高站产生的的塔下黑问题，可采用2T4R高增益天线操作上建议将原900 MHz双通道天线替换为四通道天线，新建LTE FDD系统和原GSM系统共天线。另外LTE FDD网络不开通到GSM网络的数据业务互操作，GSM网络开通到LTE FDD的重选。

通过以上的分析可以看到，将FDD系统纳入TDD/FDD融合组网的大平台下，综合采用FDD 1 800 MHz、FDD 900 MHz及TD-LTE现有频段，可大大缓解中国移动4G现网遇到的“三高一限”问题，同时为农村广袤地区的覆盖提供了有效的解决手段。

4 下一步工作建议

受国家政策方面的限制，本文的分析仅限于宏观方面。待条件成熟时，应对文中涉及的场景应开展必要的外场测试，一方面进行互操作及负载均衡不同方案的验证，并总结所涉及的各类参数的具体设置原则；另一方面对天线选择、工参设置等进行多方案的实际效果对比测试。另外，应对话音、视频等重点业务进行测试分析，确定分业务、分场景最优的承载策略。最后，对于高铁、农村等场景，还应对具体案例的建设成本及实际收益进行量化测算，以便把握投入产出比。