TD-LTE F 頻段和D 頻段組網對比分析

文/虞疆 常洪濤

1 LTE頻率資源簡介

1.1 TD-LTE可用的頻率資源

作為TD-SCDMA 的演進技術，TD-LTE繼承了TD-SCDMA 技術優勢和產業基礎，得到了國際產業的廣泛支持，目前中國移動正在積極地推動TD-SCDMA 向TD-LTE 平滑演進。當前頻譜資源異常稀缺，如何有效利用頻譜資源對于TD-LTE 順利發展有重要的意義。

從國外頻率分布來看，除日本軟銀采用自有頻率，其他國家分別采用Band40 的2.3GHz和Band38 的 2.6GHz 的頻段進行LTE 網絡的建設。

根據2010年工信部的頻率規劃政策，我國可能的LTE/4G 頻段有：

（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）。

對于A 頻段, 是TD-SCDMA 系統最早使用的頻段,產業支持程度最好, 該頻段為 TDSCDMA 主用頻段。可用頻點有9 個, 分別是: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.隨意修改頻道中心頻率參數會導致網絡中出現干擾現象,導致網絡營運指標的下降。室外覆蓋優先使用2015-2025MHz 頻段,室內覆蓋優先使用2010-2015MHz 頻段。

對于F 頻段中的1900-1920MHz 頻段,從1998年起至今,被屬于TDD 的小靈通 PHS 系統實際使用。 2009年 2月工業和信息化部發文,1900-1920MHz 頻段無線接人系統應在2011年底前完成清頻退網工作,以確保不對 1880-1900MHz 頻段 TD-SCDMA 系統產生有害干擾。 F 頻段的無線傳播特性相對較好, 考慮到小靈通(PHS)系統的干擾,應從低頻段用起。隨著TD-SCDMA 的進一步發展和小靈通的退出,TD-SCDMA 系統將逐漸采用F 頻段。

對于 E 頻段, 根據工業和信息化部的《關于中國移動通信集團公司使用第三代公眾移動通信系統頻率的批復》(工信部無函[2009]11號)和《關于中國移動通信集團公司增加TDSCDMA 系統使用頻率的批復》(工信部無函[2009]572 號)文件,該頻段只可供全國范圍室內覆蓋使用, 考慮到與WLAN 的干擾, 應從低頻段用起。在“2012年世界電信展”上,工業和信息化部無線電管理局副局長謝存透露, 我國已經決定將 2.6GHz 頻段 (2500-2690MHz),共計190MHz 的頻率采用全TDD 方式進行劃分。這包含了 band41、band38。而D 頻段正位于band38 內, 頻率資源非常豐富。

綜上所述,目前3G 系統也工作在F 頻段和E 頻段,F 頻段用于室外建設,E 頻段用于室內建設。考慮到與3G 系統的一致性和協作性,LTE 規模試驗網建設室內也采用E 頻段, 室外采用F 頻段和D 頻段, 這也作為未來發展和建設的主要方向。

2 TD-LTE 室外覆蓋F&D頻段特性分析

目前階段 LTE 組網主要考慮的頻段有F頻段、E 頻段和D 頻段,并且有一部分資源已被3G 占用,從頻譜資源來看,LTE 的頻譜資源非常緊張。其中E 頻段主要用于室內覆蓋,室外覆蓋主要采用F 頻段和D 頻段。

2.1 F頻段

F 頻段傳播特性較D 頻段好，穿透能力強，在傳輸距離方面也有很大提高，鏈路預算得到密集城區LTE 在F 頻段的覆蓋距離約400 米，有大約30%的提高。此外，F 頻段目前也已有試商用產品支持，并且在杭州深圳等地得到驗證，設備還可從3G 產品升級，可減小投資和加快建設進度。以上都是F 頻段的主要優勢所在。但另一方面，F 頻段可用頻譜較少，LTE目前尚只能使用共20MHz 頻段，以20MHz 帶寬來實現全網連續覆蓋尚顯不足。此外，還有以下特點：

（1）F 頻段的TD-LTE 和F 頻段的TDSCDMA 系統鄰頻共存，在保證上下行時隙同步時，可實現共存、共址。

（2）F 頻段低端被DCS 干擾，通過移動研究院分析和實際測試，認為從1890MHz 往上使用的話，可以保證干擾很小，可以忽略。

（3）F 頻段高端對CDMA 的3G 頻段造成干擾，需要F 頻段退5MHz 使用。

F 頻段受其他系統干擾需要的隔離度情況如下表所示，表中數據滿足以下兩個前提：

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

（2）TD-SCDMA 符合《中國移動TDSCDMA 無線子系統硬件技術規范（2010年）》

2.2 D頻段

D 頻段頻譜資源相對豐富，目前移動TDLTE 頻率范圍為2575MHz ～2615MHz，共有40MHz 帶寬可用，其優勢主要在于：目前已經在規模技術試驗網中劃分為LTE 專用頻段，且已有較為成熟的商用產品（包括主設備、終端和儀表等）支持并通過了試驗驗證。而另一方面，D 頻段是2.6GHz 附近頻段，根據電磁波傳播特性，頻段頻率越高衰減越大，故而帶來了穿透能力差、深度覆蓋能力差、覆蓋距離小等問題，鏈路預算得到密集城區LTE 在D頻段的覆蓋距離約300 米，因此在建站過程中大大提高了對站址密度的要求，提高了建設成本的難度，同時站址密度大又會給網絡中的干擾控制以及業務能力帶來相應的影響和挑戰。此外，D 頻段設備不支持現有TD-SCDMA 直接升級。

D 頻段受其他系統干擾需要的隔離度情況如下表所示，表中數據滿足以下兩個前提：

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

（2）TD-SCDMA 符合《中國移動TDSCDMA 無線子系統硬件技術規范（2010年）》

3 TD-LTE室外F&D頻段覆蓋能力差異

3.1 F頻段和D頻段覆蓋范圍差異對比

利用室外密集市區Cost231-HATA 模型進行仿真計算,可以得到F、D 各頻段頻率的傳播損耗對比關系,詳見下表,單位為dB。損耗差值以F 頻段作為比較基準。

自由空間傳播損耗計算公式如下:

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

表1：FD 頻段傳播性能比較

表2：FD 頻段覆蓋能力比較

表3

圖1：F 頻段和D 頻段的站址數及小區覆蓋半徑對比分析圖

將F 頻段和D 頻段分別代人計算得到自由空間傳播損耗差值在2.8DB 左右結合F 頻段和D 頻段在密集市區的綜合穿透損耗差值約為1.8DB,根據理論計算,F 頻段和D 頻段傳播性能比較如表1。

從表1可見,通過理論計算D 頻段相比F頻段,傳播損耗會大4.6dB 左右。

在室外天線采用典型的拓撲結構情況下, 同樣地進行理論計算及仿真分析,F 頻段和D頻段覆蓋能力對比結果如表2。

在相同場強要求和相同負載情況下,室外密集市區F 頻段相比D 頻段小區覆蓋半徑增加20%,而每平方公里站址數量可以減少45%。

3.2 F頻段和D頻段覆蓋能力綜合對比

結合集團對于各種區域的劃分要求和邊緣速率,RSRP,SINR 的指標要求, 結合現網站點分布不均勻的 特點,分 別對各種典型場景進行理論計算和仿真驗證,F 頻段和D 頻段的各場景覆蓋能力對比如表3。

4 總結及建議

綜合以上分析,在多TD-LTE 頻段組網方式上可考慮F 頻段偏重網絡廣覆蓋并通過升級演進實現快速部署, D 頻段則偏重熱點業務的吸收。即采用雙頻或多頻段網絡組成未來的LTE 系統,系統的廣覆蓋由F 頻段的網絡來承載,高容量、大業務需求的區域則由D 頻段網絡來承載, 實現系統的補熱和補盲。 而在室內覆蓋方面,選擇E 頻段進行部署。在特殊的場景下,也能夠將F 頻段用于室內覆蓋。