高铁LTE网络中TDD和FDD融合组网研究

石 巍，张洪伟，吴 磊，左坤明（中国移动通信集团设计院有限公司重庆分公司，重庆 401121）

0 引言

随着高铁的普及，高铁已成为人们出行方式的首选，同时随着LTE 网络覆盖和用户终端普及，高铁网络覆盖和容量成为用户体验的主要瓶颈。别的运营商利用原有站址，短时间内补齐覆盖短板，中国移动高铁专网优势受到严峻挑战。受限于TDD 制式，上行能力与友商差距较大。为解决高铁网络覆盖和容量，高铁覆盖采用FDD+TDD 组网方式，利用FDD 的技术优势和低频段组网，解决高铁覆盖和容量问题。

1 覆盖能力

目前高铁组网方式单一，主要以F频段为主，无法满足高铁“潮汐效应”需求。随着LTE 网络的发展，目前单一组网的方式已经很难满足用户的要求，利用各网络制式优点的混合组网方式成为运营商建网的首选。2种网络制式中TDD覆盖比FDD小80%（DL/UL=2∶1）/小40%（DL/UL=1∶1）。主要原因为TDD 上行链路可发射的时间（一个10 ms 帧中）要比FDD 时间短，以及FDD 制式较TDD 制式可使用的RB 资源更多，吞吐率更高。从LTE 频谱分配来看，FDD 频段普遍较低，TDD 频段主要分布在高频段，FDD 制式较TDD 制式覆盖能力更强。FDD 上行能力相当于2 倍频宽的TDD 载波，而TDD 制式需要通过时域切换改变上传和下载，对高铁用户而言，FDD 网络体验相对来说更胜一筹。

2 FDD规划建设

2.1 频率选择

高铁FDD 组网采用10 MHz 带宽组网，相比TDD高频段（与TDD 网络按1∶1 同站址的拓扑结构）具有更好的覆盖能力（见表1）。FDD 覆盖范围比TDD 更大，更适合高速移动场景，FDD可有效弥补TDD网络D频段的覆盖盲区。且FDD 1.8 GHz 频段相对TDD 1.9/2.6 GHz 多普勒频偏小，上行频偏为TDD 2.6 GHz 的70%。

表1 性能参数

FDD 与TDD 2 天线VoLTE 覆盖对比：相同AMR下，FDD 下行与TDD 相当；相同AMR 下，FDD 上行的MCS 要求更低，需要RB 更少，因此上行优于TDD 约2 dB（见表2）。

高铁FDD 采用10 MHz 带宽组网与现网DCS1800存在一定重合，需要对现网DCS1800 站点进行退频，因此TDD 干扰主要来自系统内干扰，FDD 干扰主要来源于GSM频率干扰。

初期通过GSM1800 退出10 MHz 带宽给高铁使用，高铁周边3 km 内清频隔离，城区及高铁周边未建立FDD 1800网络覆盖。

后期当公网逐步使用FDD 1800后，通过高铁周边站点RF 优化，保证高铁专网的覆盖，同时利用软特性（高速专属策略管理）构建同频虚拟专网，进一步保证高铁专网性能不下降。

2.2 参数规划原则

FDD 的TAC 规划原则只要容量允许，FDD 和TDD规划使用相同TAC。

FDD 的PCI 规划原则应尽量避免PCI 冲突、PCI 混淆和PCI干扰。

PRACH 规划逻辑根应该满足高铁小区的覆盖半径的要求，高铁沿线的普通小区要先避免使用高铁逻辑根。高铁HighSpeedFlag 设置为True。零相关配置（zeroCorrelationZoneConfig）设置使用高速场景组，前导 格 式（PreambleFormat）、竞 争 式（preamblenumberOfRAPreambles）、频率偏移（prachFrequencyOffset）配置与普通小区一致。

2.3 RRU合并原则

高铁站点规划多RRU 共小区规划原则，以达到改善小区边缘性能，提升单个RRU 覆盖半径和提升下载感知速率的目的，同时减少高铁频繁切换问题。

针对高铁途经的不同场景区域，选择不同多RRU共小区数目，避免高铁专网小区负荷过高，具体如下。

a）城区根据实际容量采用合适的共小区方案。

b）郊区建议采用2～6个RRU共小区。

c）农村建议采用6～12个RRU共小区。

d）隧道及隧道群场景，在不超过RRU 共小区最大数目情况下，建议全线共小区。

2.4 专网建设

2.4.1 建设原则

网管：与高铁网络共网管，统一管理。

核心网：接入现网核心网，同厂家建设更快速。

传输：TDD和FDD共传输。

BBU：TDD 和FDD 共用BBU 框，节省空间，其中GSM900和1800独立BBU框。

主控：TDD和FDD共主控。

基带：TDD和FDD独立基带。

射频模块：TDD 和FDD 独立RRU，做到独立优化，达到双网双优，RRU 使用支持2T2R 的模块，速率更快，体验翻倍。

天面：TDD 采用独立天线，其中TDD-F 与TDD-D采用共RRU共天面的模式，FDD与GSM900共天线。

电源：需要配置充足的DCDU-12B，电源线径要根据实际距离确认。

图1给出了FDD制式拓扑图。对于新建高铁采用如图2 所示FDD 建设方案；对于已通高铁，采用如图3所示的FDD扩容建设方案。

2.4.2 建设规模

表2 TDD1.9 GHz和FDD 1.8 GHz链路预算

高铁全线长度344 km，本次规划设计223 km，其中隧道里程116 km。

高铁全线采用FDD/TDD-F/TDD-D 1∶1∶1 的建设方式，其中共计规划FDD 站点共计108 个，小区108个，高铁全线站间距为475 m。

目前新建高铁采用TDD+FDD 同步建设、融合组网的方案，解决高铁覆盖和容量问题，后期将对现有路段新建FDD以解决目前存在的覆盖和容量问题。

3 专网参数设置

3.1 功率设置

TDD/FDD 采用功率配置最大原则，因高铁FDD 采用DCS1800 频段10 MHz 带宽，且同时RRU 型号发射功率明显强于TDD 设备RRU，覆盖效果理论要明显好于TDD覆盖效果。

3.2 互操作策略

图1 FDD制式拓扑图

图2 新建高铁FDD组网方式

图3 已建高铁FDD扩容方案

图4 互操作策略

3.2.1 整体原则

图4给出了互操作策略示意。

a）数据业务：4G 终端优先驻留4G 专网，在4G 专网只重选/重定向至2G 专网，在2G 专网可直接重选回4G 专网减少互操作复杂性，在4G 专网覆盖质量较高的线路，可适当调低4G到2G的重选/重定向门限。

b）CSFB：CSFB终端拨打电话时，通过盲重定向到2G专网，完成通话后，通过终端自主FR返回4G专网。

c）eSRVCC：VoLTE 终端在语音过程中，通过eSVRCC 切换到2G 专网，完成通话后通过终端自主FR返回4G专网。

d）2G终端只占用2G专网。

3.2.2 策略方案

通过基于业务的分层，将不同特点的业务与不同特性的频段进行适配，VoLTE 业务优先承载在F频段，大包数据业务优先承载在FDD载波。

对不同频段设置同优先级、调整切换触发策略、优化互操作门限，解决“FDD忙TDD闲”问题（见表3）。

3.2.3 空闲态驻留策略

针对小区重选和驻留问题，后期将根据高铁沿线覆盖和容量实际情况进行专题研究，选择驻留策略，统一设置驻留策略，达到高铁专网小区负荷均衡和用户体验连续的目的（见表4）。

3.2.4 连接态切换和负载均衡策略

表3 各频段优缺点及作用

表4 驻留策略

公网与专网邻区规划原则：根据切换策略，在车站站台位置，高铁专网站点需要与车站室分进行相互切换，遵循原则如下。

a）高铁专网与车站室分、车站室分与公网互配邻区关系。

b）专网与站台室分切换位置尽量不要落在车站上下车区域。

高铁沿线专网邻区规划：高铁FDD 专网链形下上级有切换关系高铁专网小区（FDD 与TDD-F、FDD 与TDD-D、TDD-F与TDD-D）对互配邻区关系，同时原则FDD高铁专网与公网不配置邻区关系。

采用如下互操作策略方案。

a）覆盖类切换：考虑TDD/FDD 频段差异，TDD 覆盖边界切换到FDD。

b）负载均衡策略：TDD 2 个频点之间单向进行负载均衡，FDD 和TDD-F 频段双向MLB 来均衡TDD 系统和FDD系统之间的用户数。

3.2.5 语音业务策略

高铁FDD 网络开启VoLTE 语音功能，高铁VoLTE业务优先选择TDD-F 频段进行承载。FDD 用户优先进行同频切换，其次为异频切换，最后执行eSRVCC。根据高铁用户终端能力，语音业务解决方案如下。

a）不支持VoLTE 的终端沿用当前CSFB 策略回落GSM，通话结束后快速返回LTE。

b）支持VoLTE 的终端且支持FDD，通过设置特殊的异频切换策略（QCI1 A2 门限高）优先承载在FDD1800上。

c）支持VoLTE但不支持FDD的终端，通过设置特殊的异频切换策略（QCI1 A2 门限高）优先承载在F 频段上，弱覆盖区域SRVCC到GSM。

4 建网效果

4.1 覆盖率效果

网络建设优化完成后，线路1 高铁综合覆盖率由76.68%提升至86.42%，相比开通前提升9.74%；线路2高铁段综合覆盖率由88.99%提升至94.72%，提升5.73%，提升效果明显。

4.2 业务及用户分流效果

FDD 站点开通优化后，FDD 网络业务分流占比44%，用户分流占比44.3%，用户数超300的小区由122个降低至37 个，有效分担了TDD 流量负荷，缓解业务拥塞。TDD 网络开通前用户数为20 211个/天，开通后FDD 网络承载用户数为9 373 个/天，TDD 网络承载用户数为11 785 个/天，总承载用户数为21 158 个/天较建设前有所增加。业务分流开通前TDD 网络承载业务流量为2 589 GB/天，开通后FDD 网络承载业务流量为1 694 GB/天，TDD 网络承载业务流量为2 154 GB/天，总计承载为3 848 GB/天，较建网前增加1 259 GB/天，有效释放网络负荷高导致的压抑流量，缓解网络负荷，发挥FDD网络优势。

5 总结

合理地融合FDD 和TDD 网络，对于高速场景的覆盖具有重要意义，不但可以很好地解决技术不能解决的问题，还可以充分利用目前比较缺少的资源，探索一个新的网络建设方向，为后续网络建设提供参考。