F频段和D频段性能差异及组网对比分析的研究

张志钰 刘利强

摘  要：TD-LTE网络为多制式多频段的模式，在中国移动TD-LTE网络建设中，F频段（1880-1900MHz）和D频段（2575-2635MHz）均可用于室外覆盖建设。随着4G网络深度覆盖的逐步推进，不同组网方式的选择使网络覆盖的质量和成本造成很大的差异，本文主要通过频谱分析、覆盖能力分析、LTE技术对覆盖的影响等多方面分析，比较TD-LTE网络中F频段和D频段的性能差异，并结合中国移动的实际情况对F频段、D频段建设性价比、新技术应用及组网方式进行对比分析。

关键词：TD-LTE网络;性能差异;MIMO;组网方式

中图分类号：TN929.5      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）07-0059-03

Abstract：TD-LTE network is a multi-system and multi-band mode. In the construction of China Mobile TD-LTE network，F band （1880-1900MHz） and D band （2575-2635MHz） can be used for outdoor coverage construction. With the gradual advancement of deep coverage in 4G networks，the quality and cost of network coverage vary greatly with the choice of different networking modes. This paper mainly analyses the performance differences of F-band and D-band in TD-LTE networks through spectrum analysis，coverage capability analysis and LTE technology’s impact on coverage，and combines the actual situation of China Mobile with the constructive cost ratio of F-band and D-band. The application of new technology and the way of networking are compared and analyzed.

Keywords：TD-LTE network;performance difference;MIMO;networking mode

1  頻谱分析

频谱带宽对TD-LTE网络竞争有很大的影响，随着LTE市场需求的增加，人们对LTE频谱资源的重视力度也越来越大。目前，中国移动LTE频段（室外覆盖）有D频段和F频段两种，其中F频段的频谱范围为（1880-1900MHz），D频段的频谱范围为（2575-2635MHz），F频段的频率小于D频段的频率，同时F频段的带宽（20MHz）也小于D频段的频谱带宽（60MHz）。

中国移动F频段（1.9GHz）和D频段（2.6GHz）在组网频率的选择上有着不同的特点，D频段频谱相对干净，2.6GHz上下目前没有系统使用，来自外在的频率干扰几乎没有，自身的频段隔离度也相对较好，而且D频段也作为国际主流的频段，不会像F频段只能在国内使用。F频段1.9GHz会受到小灵通系统（PHS），3G系统（TD-SCDMA）以及2G的DCS1800高频段带来的严重的阻塞干扰，也会受到电信FDD上行频段的干扰，会造成后期的优化工作相对杂。

F频段相比于D频段，其传输特性好，穿透能力强，传输范围更广，但F频段仅有20MHz可利用频谱，由于频率的限制，在密集市区无法承载相应的容量需求，在小区边缘重叠区域，性能下降严重;而D频段扩展性强，中国移动D频段共60MHz可利用频谱，在密集市区吸收容量有较大的优势，但是D频段衰减较大，穿透能力较差，覆盖范围小，需要建设更多的基站来达到覆盖要求，建设成本较高。

2  覆盖能力分析

对于移动通信技术频段的选择，覆盖能力是重要的影响因素。根据自由空间传播模型，可以看出在相同的距离下，D频段（2.6GHz）比F频段（1.9GHz）损耗多2.7dB，公式如下：

采用COST-231Hata模型进行仿真计算，以市区宏蜂窝为例，D频段（2.6GHz）比F频段（1.9GHz）损耗多4.6dB，公式如下：

根据中国移动对F频段和D频段的测试数据得出，在路径上有遮挡时，F频段的绕射衰落比D频段覆盖电平强5dB左右，吞吐率提升10Mbit/s左右;在穿透玻璃时，F频段的穿透损耗比D频段穿透损耗小5dB左右，吞吐率提升10Mbit/s左右;在穿透隔墙时，F频段的穿透损耗比D频段穿透损耗小10dB左右，吞吐率提升27Mbit/s左右;由此可知，F频段的深度覆盖能力优于D频段。

综上的计算结果得知，由于F频段频率低于D频段，所以F频段在室外覆盖要优于D频段，在相同条件及要求下，F频段具有更强的覆盖能力，F频段比D频段的小区覆盖半径多20%，每平方公里的站点数量也减少40%。国外某网络运营商和厂商在实践中也发现，LTE网络在发展的过程中移动数据量的分配与站点之间并不成正比，20%的高负荷站点却承担着80%的数据流量。我国农村人口急剧往城市集中，在核心城区移动数据流量传送的站点距离小于500米，500米范围内的站点使用D频段完全可以满足需求，与F频段的区别并不是很大。在偏远郊区及农村F频段的优势较为明显，F频段频率较低，覆盖能力强，容量需求相对不高，F频段可满足覆盖要求。

3  LTE技术对覆盖的影响

与3G系统相比，TD-LTE系统具有高数据速率、低延迟、分组传输、向下兼容等特点。TD-LTE的主要技术特点有：基于TDD双工方式、以OFDMA为多址技术（上行采用SCFDMA）、采用了MIMO（Multiple Input Multiple Output）技术。这些特点使得其在网络覆盖规划中呈现一些特性。

（1）双工方式。TD-LTE系统支持和优化了TDD技术，更加灵活地支持波束赋形等MIMO技术和可变的上下行比例。TD-LTE系统共有7种上下行配置，其中4种为5ms周期，可实现与TD-SCDMA系统的协同规划，3种为10ms周期，以适用于不同的应用场景。

（2）OFDMA技术。TD-LTE系统规定了下行采用OFDMA，上行采用单载波OFDMA（SC-FDMA）的多址技术。根据TD-LTE系统上下行传输方式的特点，无论是下行OFDMA还是上行SC-FDMA都保证了同小区中不同用户间的正交性。因此，影响TD-LTE系统覆盖范围的干扰只来自邻小区，而不存在小区内部干扰。

（3）MIMO技术。为了提高系统容量，增加覆盖范围，TD-LTE系统采用8天线和2天线的MIMO技术。当采用8天线配置时，下行控制信道使用2天线端口的2×2发送分集（SFBC），下行业务信道使用8×2波束赋形;上行控制信道和业务信道均使用1×8接收分集。当采用2天线配置时，下行控制信道和业务信道使用2×2发送分集，上行控制信道和业务信道使用1×2接收分集。

4  建设性价比分析

早在2010年，中国移动在TD-SCDMA四期招标中引入F频段时，已在标书中明确F频段的设备需支持平滑升级到TD-LTE，已經为F频段升级TD-LTE做好技术铺垫，所以在TD-LTE网络建设初期，F频段可以通过从TD-SCDMA系统直接升级改造建设，网络搭建快捷、方便、成本较低，但F频段带宽较小，可扩展性差，独立组网困难，干扰较多，在密集城区用户体验差。

而D频段国际电联划分出的TD-LTE频段，是国际通用频段，几乎所有的主流设备厂家都有相关的设备支出，产业链更加健全，频谱带宽大，后期升级简单，可独立进行组网，但由于D频段属于新建网络，建设速度慢，建设成本较高，不适用于建设初期，可在核心城区进行连续覆盖及在一般市区进行容量需求覆盖。

与3G系统不同，4G系统的用户体验主要在更大程度上依赖于信噪比，信噪比（SINR）是指接收到的有用信号的强度与接收到的干扰信号（噪声和干扰）的强度的比值，所以信噪比主要是受到系统间的干扰和外部干扰等因素的影响。由于D频段（60MHz）自身的频谱带宽比F频段（20MHz）大，可利用的频谱资源也相对丰富，可通过双倍增强时隙等技术带来更好的用户体验。但是，在F频段中，当3G、4G共址建设共享无线射频设备时，往往会导致无线射频阻塞特性变差，干扰增强，噪声变多，网络性能下降，用户体验变差。

5  新技术应用

5.1  四流MIMO功能

四流MIMO功能是利用基站和终端的多天线技术，单用户同时传输四路数据。包括TM4、TM9两种模式，其中TM4适用于4通道微站，TM9适用于8通道宏站，下行峰值速率分别提升60%、100%。鉴于目前4流终端支持比例较低，四流MIMO功能可部署于业务演示等需求的新建4通道微站和高信噪比宏站。

5.2  256QAM功能

256QAM是一种高阶调制编码方式，在高信噪比（大于20dB）条件下能够显著提升频谱效率，单用户峰值速率和小区峰值容量可提升33%。鉴于目前256QAM终端渗透率较低，可部署于业务演示等需求的室分、地铁、高信噪比宏站等场景。

5.3  3D-MIMO

D频段新设备3D-MIMO采用多天线Massive MIMO，64T64R技术，可在原有D频段的能力上更进一步提升，提升锤子覆盖能力，垂直波瓣从8度扩展到30度;提升小区边缘速率，波束能量更集中，提升边缘速率;提升小区容量，利用MU-MIMO技术，多流数据服务多用户，提升小区吞吐率;可用于高层楼宇覆盖和高容量小区覆盖，如高校、大型演唱会、体育赛事等，提供网络保障。

6  组网对比分析

通过上述分析，在移动通信网络频段的选择方面，F频段和D频段各有各的优势，F频段与D频段的性能对比分析如表1所示。

F频段建设成本较低，覆盖范围广，可以充分利用TD-CSDMA网络，快速部署TD-LTE网络，再利用D频段对核心城区进行连续覆盖，一般城区进行容量覆盖，部署一张覆盖范围更广、质量更高的TD-LTE网络。对于室内，可采用D频段微站进行覆盖，场景属性具体建设策略及分析如下：

（1）核心城区及一般市区：采用F/D组合组网，F频段解决室内深度覆盖及室外连续覆盖，D频段增加容量叠加覆盖;

（2）县城：采用F频段解决网络覆盖，局部热点采用D频段进行补充覆盖;

（3）偏远农村：采用F频段进行网络覆盖。

随着各大运营商响应国家号召，各个运营商均开启了不限量套餐，现阶段的难点是县城及城区的容量需求，及核心城区的爆发式需求，现有的F频段和D频段叠加覆盖已满足不了部分场景的覆盖，如高校，现在各厂家已针对F频段和D频段出具各种新型设备，对核心城区采用宏、微、皮、飞等四种设备分层覆盖，满足现阶段的容量需求。

参考文献：

[1] 陈千，陈炯峰.TD-LTE网络中F频段和D频段性能差异及组网方式对比 [J].信息通信，2014（5）：192.

[2] 左承扬.TD-LTEF频段和D频段组网对比分析的理论研究 [J].信息通信，2014（6）：196.

[3] 张英孔，陈少权，罗旋.LTE D频段和F频段覆盖能力差异理论研究报告 [J].信息通信，2013（9）：230-232.

作者简介：张志钰（1989-），男，汉族，甘肃庆阳人，现任网络院甘肃所无线专业负责人，工程师，毕业于华南理工大学电子科学与技术专业，本科，主要研究方向：无线通信网络规划、咨询及工程设计;刘利强（1984-），男，汉族，陕西眉县人，现任网络院甘肃所传输专业负责人，助理工程师，毕业于陕西师范大学计算机科学与技术专业，本科，主要研究方向：通信传输网络规划、咨询及工程设计。