TD-LTE F 频段和D 频段组网对比分析

文/虞疆 常洪涛

1 LTE频率资源简介

1.1 TD-LTE可用的频率资源

作为TD-SCDMA 的演进技术，TD-LTE继承了TD-SCDMA 技术优势和产业基础，得到了国际产业的广泛支持，目前中国移动正在积极地推动TD-SCDMA 向TD-LTE 平滑演进。当前频谱资源异常稀缺，如何有效利用频谱资源对于TD-LTE 顺利发展有重要的意义。

从国外频率分布来看，除日本软银采用自有频率，其他国家分别采用Band40 的2.3GHz和Band38 的 2.6GHz 的频段进行LTE 网络的建设。

根据2010年工信部的频率规划政策，我国可能的LTE/4G 频段有：

（1）698MHz ～806MHz；

（2）1755MHz～1785MHz/1850MHz～18 80MHz （band9 FDD）；

（3）1920MHz～1980MHz/2110MHz～21 70MHz （band1 FDD）；

（4）2300MHz ～2400MHz （band40 TDD）；

（5）2500MHz ～2690MHz （band41 TDD）；

（6）3400MHz ～3600MHz （band42 TDD）。

对于A 频段, 是TD-SCDMA 系统最早使用的频段,产业支持程度最好, 该频段为 TDSCDMA 主用频段。可用频点有9 个, 分别是:f1=2010.8MHz,12=2012.4MHz,f3=2014.OMHz,f5=2017.4MHz,f6=2019.0MHz,f7=2020.8MHz,f8=2022.4MHz 和f9=2024.0MHz.随意修改频道中心频率参数会导致网络中出现干扰现象,导致网络营运指标的下降。室外覆盖优先使用2015-2025MHz 频段,室内覆盖优先使用2010-2015MHz 频段。

对于F 频段中的1900-1920MHz 频段,从1998年起至今,被属于TDD 的小灵通 PHS 系统实际使用。 2009年 2月工业和信息化部发文,1900-1920MHz 频段无线接人系统应在2011年底前完成清频退网工作,以确保不对 1880-1900MHz 频段 TD-SCDMA 系统产生有害干扰。 F 频段的无线传播特性相对较好, 考虑到小灵通(PHS)系统的干扰,应从低频段用起。随着TD-SCDMA 的进一步发展和小灵通的退出,TD-SCDMA 系统将逐渐采用F 频段。

对于 E 频段, 根据工业和信息化部的《关于中国移动通信集团公司使用第三代公众移动通信系统频率的批复》(工信部无函[2009]11号)和《关于中国移动通信集团公司增加TDSCDMA 系统使用频率的批复》(工信部无函[2009]572 号)文件,该频段只可供全国范围室内覆盖使用, 考虑到与WLAN 的干扰, 应从低频段用起。在“2012年世界电信展”上,工业和信息化部无线电管理局副局长谢存透露, 我国已经决定将 2.6GHz 频段 (2500-2690MHz),共计190MHz 的频率采用全TDD 方式进行划分。这包含了 band41、band38。而D 频段正位于band38 内, 频率资源非常丰富。

综上所述,目前3G 系统也工作在F 频段和E 频段,F 频段用于室外建设,E 频段用于室内建设。考虑到与3G 系统的一致性和协作性,LTE 规模试验网建设室内也采用E 频段, 室外采用F 频段和D 频段, 这也作为未来发展和建设的主要方向。

2 TD-LTE 室外覆盖F&D频段特性分析

目前阶段 LTE 组网主要考虑的频段有F频段、E 频段和D 频段,并且有一部分资源已被3G 占用,从频谱资源来看,LTE 的频谱资源非常紧张。其中E 频段主要用于室内覆盖,室外覆盖主要采用F 频段和D 频段。

2.1 F频段

F 频段传播特性较D 频段好，穿透能力强，在传输距离方面也有很大提高，链路预算得到密集城区LTE 在F 频段的覆盖距离约400 米，有大约30%的提高。此外，F 频段目前也已有试商用产品支持，并且在杭州深圳等地得到验证，设备还可从3G 产品升级，可减小投资和加快建设进度。以上都是F 频段的主要优势所在。但另一方面，F 频段可用频谱较少，LTE目前尚只能使用共20MHz 频段，以20MHz 带宽来实现全网连续覆盖尚显不足。此外，还有以下特点：

（1）F 频段的TD-LTE 和F 频段的TDSCDMA 系统邻频共存，在保证上下行时隙同步时，可实现共存、共址。

（2）F 频段低端被DCS 干扰，通过移动研究院分析和实际测试，认为从1890MHz 往上使用的话，可以保证干扰很小，可以忽略。

（3）F 频段高端对CDMA 的3G 频段造成干扰，需要F 频段退5MHz 使用。

F 频段受其他系统干扰需要的隔离度情况如下表所示，表中数据满足以下两个前提：

（1）GSM/DCS 符 合3GPP TS 45.005 V9.1.0（2009-11）规范要求；

（2）TD-SCDMA 符合《中国移动TDSCDMA 无线子系统硬件技术规范（2010年）》

2.2 D频段

D 频段频谱资源相对丰富，目前移动TDLTE 频率范围为2575MHz ～2615MHz，共有40MHz 带宽可用，其优势主要在于：目前已经在规模技术试验网中划分为LTE 专用频段，且已有较为成熟的商用产品（包括主设备、终端和仪表等）支持并通过了试验验证。而另一方面，D 频段是2.6GHz 附近频段，根据电磁波传播特性，频段频率越高衰减越大，故而带来了穿透能力差、深度覆盖能力差、覆盖距离小等问题，链路预算得到密集城区LTE 在D频段的覆盖距离约300 米，因此在建站过程中大大提高了对站址密度的要求，提高了建设成本的难度，同时站址密度大又会给网络中的干扰控制以及业务能力带来相应的影响和挑战。此外，D 频段设备不支持现有TD-SCDMA 直接升级。

D 频段受其他系统干扰需要的隔离度情况如下表所示，表中数据满足以下两个前提：

（1）GSM/DCS 符 合3GPP TS 45.005 V9.1.0（2009-11）规范要求；

（2）TD-SCDMA 符合《中国移动TDSCDMA 无线子系统硬件技术规范（2010年）》

3 TD-LTE室外F&D频段覆盖能力差异

3.1 F频段和D频段覆盖范围差异对比

利用室外密集市区Cost231-HATA 模型进行仿真计算,可以得到F、D 各频段频率的传播损耗对比关系,详见下表,单位为dB。损耗差值以F 频段作为比较基准。

自由空间传播损耗计算公式如下:

Los=32.44+20lgd(Km)+20lgf(MHz)

表1：FD 频段传播性能比较

表2：FD 频段覆盖能力比较

表3

图1：F 频段和D 频段的站址数及小区覆盖半径对比分析图

将F 频段和D 频段分别代人计算得到自由空间传播损耗差值在2.8DB 左右结合F 频段和D 频段在密集市区的综合穿透损耗差值约为1.8DB,根据理论计算,F 频段和D 频段传播性能比较如表1。

从表1可见,通过理论计算D 频段相比F频段,传播损耗会大4.6dB 左右。

在室外天线采用典型的拓扑结构情况下, 同样地进行理论计算及仿真分析,F 频段和D频段覆盖能力对比结果如表2。

在相同场强要求和相同负载情况下,室外密集市区F 频段相比D 频段小区覆盖半径增加20%,而每平方公里站址数量可以减少45%。

3.2 F频段和D频段覆盖能力综合对比

结合集团对于各种区域的划分要求和边缘速率,RSRP,SINR 的指标要求, 结合现网站点分布不均匀的 特点,分 别对各种典型场景进行理论计算和仿真验证,F 频段和D 频段的各场景覆盖能力对比如表3。

4 总结及建议

综合以上分析,在多TD-LTE 频段组网方式上可考虑F 频段偏重网络广覆盖并通过升级演进实现快速部署, D 频段则偏重热点业务的吸收。即采用双频或多频段网络组成未来的LTE 系统,系统的广覆盖由F 频段的网络来承载,高容量、大业务需求的区域则由D 频段网络来承载, 实现系统的补热和补盲。 而在室内覆盖方面,选择E 频段进行部署。在特殊的场景下,也能够将F 频段用于室内覆盖。