FDD—LTE技術和規劃設計方法研究

章文卿

摘要：FDD-LTE是目前4G網絡的核心技術，但在實際運營過程中，FDD-LTE技術遇到了較多的瓶頸和制約，其低運營成本高網絡效率的特點并沒有完全發揮出來。文章通過分析，找到了FDD-LTE網絡規劃設計中的一些策略和方法，認為FDD-LTE～$到的局限性是技術更迭過程中的必經階段，目前的技術問題可以隨著技術改進過程逐漸克服。

關鍵詞：FDD-LTE；4G網絡；規劃設計

LTE項目是3GPP推動的移動通信技術的長期演進（LongTerm Evolution，LTE），始于2004年3GPP的多倫多會議。LTE并非嚴格意義上的4G技術，多被認為是3.9G的全球標準，它采用OFDM和MIM0等無線關鍵技術，在20MHz頻譜帶寬和4X4MIMO下能夠提供下行326Mbit/S與上行86Mbit/S的峰值速率，可明顯提高小區容量，并改善小區邊緣用戶的性能。LTE系統同時定義了頻分雙工（FrequencyDivision Duplexing，FDD）和時分雙工（TimeDivision Duplexing，TDD）兩種方式，但由于無線技術的差異、使用頻段的不同以及各個廠家的利益等因素，LTE FDD支持陣營更加強大，標準化與產業發展都領先于LTE-TDD。LTE標準中的FDD和TD兩個模式間只存在較小的差異，相似度達9070，如表l所示。

1LTE網絡的主要技術特點

LTE系統無線網物理層下行傳輸方案采用了先進成熟的OFDM技術，上行傳輸方案采用了峰均比較低的單載波方案SC-FDMA。OFDM技術是LTE系統的技術基礎和主要特點，OFDM系統參數的設定對整個系統的性能會產生決定性的影響。另外MIMO是LTE提高系統傳輸速率的最主要手段，目前MIM0典型配置是下行2×2，上行1×2等。上行虛擬MIM0技術也被LTE采納作為提高小區上行平均吞吐率的主要手段。

除此之外，高階調制技術、HARQ技術、鏈路自適應（AMC）技術、快速MAC調度技術、小區干擾消除技術等也是影響LTE網絡的關鍵技術。而FDD-LTE技術最大的特點是使用了MIMO多天線技術在頻分技術的基礎上對空間編碼進行了劃分。因為MIMO技術的支持，LTE技術支持的4G網絡同頻干擾現象更少，但高速移動的通訊掉線現象稱為技術上的第一難點。

2FDD-LTE技術的問題

FDD-LTE技術擁有更加密集的熱點布置，在平均距離約150公里的宏觀蜂窩網絡的基礎上，FDD-LTE更加注重異構網絡對大負荷地區和弱信號地區的加強布置，形成小蜂窩網絡、微蜂窩網絡和微微蜂窩網絡。但這種布置方式一方面給空間編碼帶來了復雜度，另一方面移動用戶會頻發發生漫游而容易發生掉線。

與此同時，FDD-LTE使用了可調整功率發射模式用于劃分兩個相鄰基站之間的用戶，防止出現同頻用戶之間的通訊干擾。與2G移動語音通訊線路交換模式不同，4G通訊實現了數據的全分組交換，此種交換模式允許用戶通訊出現閃斷的同時，用戶的通話質量可能出現問題。特別是系統無法考察用戶移動通訊端處于信號較差的樓宇內還是信號較強的室外。這種情況很容易導致室內用戶的信號質量變差。

在前期宣傳中，因為4G網絡的LTE技術完全拋棄了線路交換設備，所有的語音數據實現了分組交換，所以用戶了解到的4G網絡的成本較低。但實際上，三大運營商短時間內在全國范圍部署4G網絡的基站（每個地級市往往需要部署2000-4000個基站），其資金回轉壓力較大，所以4G網絡的實際服務價格受到了廣泛的質疑。在遠高于預期的服務價格支持下，三大運營商的4G網絡運營成績仍然不理想，除一線城市外，4G網絡的運營基本都出現了虧損現象。

3FDD-LTE的設計方法

3.1信號塔的布局設計

4天線FDD-LTE信號塔是目前較常用的信號塔形式，4天線的MIMO技術可以提供8個完全獨立的信號瓣。但在通訊條件較為復雜，負荷較大的位置，信號塔的天線數可以適當的提高，目前個別一線城市的核心市區設立了12天線的系統，可以提供更加復雜的空間分配方式。

同時，3G時代及之前的單一天線信號塔更加注重信號塔位置資源的搶占，此舉需要通訊公司最快的速度搶占優勢信號塔位置，確保主要的集鎮和村莊的信號在信號加強區中。進入到FDD LTE時代，信號塔的位置變化不是影響信號的首要問題，系統設計中應該考慮多天線支持下的信號空間編碼問題。

3.2漫游及干擾

通過高密度的多天線復雜空間編碼的布置，基于FDDLTE技術的4G網絡會在重點區域形成多重異構網絡，此種模式可能造成兩個后果：

其一，信號間的干擾明顯增加。因為線塔密度的增加，固定發射頻率下，同頻信號受到的臨近線塔的同頻干擾明顯增加，所以FDD-LTE需要更加細致的空間編碼支持。這種編碼策略需要在系統每經過一次改造后進行及時的更新，甚至在系統負荷量發生變化時及時調整。此舉給網絡運行技術支持工作帶來了較大的壓力。

其二，用戶漫游頻率增加。因為信號塔的密度增加，用戶的移動方向接近隨機，目前FDD-LTE對用戶漫游的策略是根據用戶的移動速度決定的。低速移動的用戶更加傾向于分配給微蜂窩的基站，而高速移動的用戶更加傾向于分配給宏觀基站。但MIMO技術給移動用戶的支持也存在問題，因為MIMO技術的信號瓣之間的間隙導致了直線運動的用戶可能會通過不同信號瓣時在兩個基站之間頻繁漫游，此種漫游過程是造成信號不穩定的主要原因。越來越多的用戶反映在高鐵或者動車上手機信號質量下降，也正是因為此原因。在高速運行車輛上進行單獨的信號引入和信號加強是目前在FDD-LTE模式下解決高速移動掉線問題的唯一有效途徑。

3.3市場開發梯度與市場配合的問題

因為FDD-LTE的之前兼容性較好，即便在FDD-LTE網絡沒有完全覆蓋的地區，FDD-LTE的市場業務仍然可以開展。所以，在FDD-LTE的市場拓展過程中，出現了與以往業務不同的市場拓展模式。此種模式是通過借用3G網絡相對高成本通道的方式延緩FDD-LTE的施工壓力。此種模式下，雖然網絡可能采用了較低的收費運行在較高的運行成本上，但在用戶側看來，可以提前體驗FDD-LTE服務是關鍵。文章研究發現，通過此種方式可以有效緩解FDD-LTE大規模建設的融資成本。此融資成本遠高于借用3G網絡傳輸信號的信道維護成本。

但是，當前的服務價格無法顯著降低，也是因為目前三線四線城市使用的信號仍然需要較多的3G網絡甚至2G網絡提供，服務的成本并沒有明顯降低。且4G網絡的建設需要大量的資金，在4G網絡基礎設施沒有完全取代3G網絡基礎設施之前，服務價格難以得到有效的下調。

4結語

4G技術在設計和部署過程中遇到了較多的問題，這些問題為日后FDD-LTE技術的技改提供了重要的信息。文章通過分析這些問題，認為FDD-LTE亟待解決的是干擾問題和掉線問題，而此二者的解決方案在類似的研究中也有提及，文章提出了部分技改意見。