TD-LTE與LTE FDD融合組網策略探析

江蘇省郵電規劃設計院有限責任公司 | 李新 鮑寧遠

從物理層幀結構來看，TD-LTE與LTEFDD差別不大，而并對兩種制式的網絡覆蓋性能和容量性能來看，運營商進行融合組網需要對網絡定位、頻段選擇、天線技術選擇進行合理布局，為未來融合組網部署建設奠定基礎。

李新，江蘇省郵電規劃設計院有限責任公司高級工程師，畢業于北京郵電大學，工學博士，主要研究方向為移動通信、網絡通信等方面。

鮑寧遠，江蘇省郵電規劃設計院有限責任公司研究員級高級工程師，中國通信學會高級會員、國家注冊咨詢工程師、江蘇省注冊咨詢專家。長期從事通信工程的設計。

當前，全球越來越多的運營商選擇TD-LTE與LTEFDD融合組網,而在中國，三大運營商都已或將進行規模融合建網，此時，對LTE網絡架構、關鍵技術和融合網絡覆蓋性能、網絡容量性能進行分析很重要，對TD-LTE與LTEFDD融合組網中的多制式網絡協同、頻率選擇、天線使用等關鍵問題進行討論也十分必要。

TDD/FDD融合組網成趨勢

近年來，用戶對移動數據業務的需求不斷增長，LTE技術的發展也走向成熟，這都推動了LTE的商用進程。

目前，我國相關運營商也開展了LTE試驗網絡建設，其中中國移動在2013年開展了TD-LTE“雙百”計劃，其TD-LTE網絡覆蓋超過100個城市，TD-LTE終端的采購超過100萬部，TD-LTE基站建設規模超過20萬個。對于LTEFDD網絡，中國電信、中國聯通也在積極進行試驗網建設。近期工信部發出信息，預示4G牌照將于年內發放，由此我國將進入4G網絡時代。

在現階段全球的LTE建設中大部分網絡為LTEFDD制式，但隨著其網絡建設逐步推進，頻率資源不足，容量不足等問題逐漸凸顯，而TD-LTE網絡在頻譜資源上擁有更多的資源，因此TD-LTE與LTEFDD融合組網可以有效緩解FDD頻譜緊張問題；另外TDLTE和LTEFDD融合組網，還使得LTE全球漫游成為可能，為終端用戶帶來極大的方便。因此說TD-LTE與LTEFDD融合組網，是未來LTE網絡建設的趨勢。

由于TD-LTE和LTEFDD網絡在頻段選擇、天線類型、覆蓋特性、容量特性等方面存在差異，因此我們將從TD-LTE和LTEFDD兩種網絡的技術原理出發，分析兩種制式網絡在技術和性能上的異同，給出TD-LTE和LTEFDD融合組網下的兩種網絡相應建設策略，為TD-LTE和LTEFDD融合組網建設提供一些有效的建設建議。

融合組網技術及性能對比

1. 幀結構對比分析

幀結構指無線幀的結構，通過幀結構的定義，約束了數據的發送時間參數以保證收發的正確執行。LTE系統支持兩種幀結構——Type1和Type2，其中Type1用于FDD系統，Type2用于TDD系統。

LTEFDD網絡物理層無線幀長10ms，每幀有20個時隙，每時隙為0.5ms。普通CP配置下，一個時隙包含7個連續的OFDM符號。

TD-LTE網絡物理層將10ms的無線幀分為兩個半幀，長度各為5ms。每個半幀由5個長度為1ms的子幀組成。其中包括4個普通子幀和1個特殊子幀。普通子幀由2個時隙組成，特殊子幀由3個時隙（UpPTS、GP、DwPTS）組成。

TD-LTE與LTEFDD兩種制式網絡除了物理層幀結構的差異外，在其他技術上都基本一致，這有利于系統和終端以較低的成本同時實現兩個系統，TD-LTE與LTEFDD的互操作也基本上可以認為是系統內部的互操作，同時在組網技術上二者有很大的通用性，從而使兩種制式網絡的融合組網實現更加容易。

2.覆蓋性能對比分析

從3GPP中關于TD-LTE與LTEFDD頻段分配情況來看，在已經分配頻段中，TD-LTE網絡相對來說使用頻段要高于LTEFDD網絡，而相關研究表明，在其它條件完全等同時，頻率每升高10%，網絡覆蓋半徑約下降7%，覆蓋面積約下降15%，因此單從頻段使用上看，LTEFDD網絡由于頻段的優勢，在覆蓋性能上會優于TD-LTE網絡。

除了頻段的原因會影響LTE網絡覆蓋性能，小區邊緣的SNR也會在一定程度上影響LTE網絡的覆蓋性能。LTE網絡的邊緣速率主要由用戶占用的網絡資源以及處于覆蓋邊緣用戶業務信道的SNR決定，在其它配置都相同時，20MHz帶寬的TD-LTE系統引入的噪聲將會比2×10MHz的LTEFDD大3dB左右，因此在空載情況下，在其他條件都相同的時候，由于噪聲的影響，LTEFDD網絡的覆蓋半徑將比TD-LTE網絡大18%左右。

在進行LTE網絡天饋系統建設時，由于TD-LTE網絡可以使用8天線進行組網，而LTEFDD網絡多采用2天線進行組網，使用8天線進行波束賦形時，TD-LTE網絡在發送端可以獲得1～3dB的信噪比增益；TD-LTE利用8天線的分集接收，在接收端可以獲得5dB左右的分集增益。

總體來看，在外部條件一致的情況下，2天線組網的LTEFDD的覆蓋能力要強于2天線組網的TDLTE，但弱于采用8天線組網的TD-LTE網絡。

3.容量性能對比分析

LTE網絡中，用于衡量容量性能的指標主要有：用戶吞吐量、小區吞吐量、同時在線用戶數、同時調度用戶數等；而上述指標與LTE小區的容量與信道配置和參數配置，調度算法、小區間干擾協調算法、多天線技術選取等因素都有關系。

對于LTEFDD與TD-LTE系統的容量的差異，主要有以下三個方面。

1）在FDDLTE網絡中，上行控制信道資源占用要多于TD-LTE網絡，而下行控制信道的資源占用要少于TD-LTE，因此理論上同時調度數根據用戶業務類型的不同，TD-LTE和FDDLTE網絡互有優勢；

2）實際網絡中，網絡的同時在線用戶數、同時調度用戶數等指標，主要由設備處理能力決定，目前各廠家對TD-LTE與LTEFDD兩種制式的支持能力并無區別，因此兩種制式的網絡的同時在線用戶數、同時調度用戶數等指標性能相近；

3）用戶吞吐量、小區吞吐量等因受到諸多因素影響，在條件相同情況下，根據國內試驗網絡的測試結論，FDDLTE網絡要大于TD-LTE網絡。

總體來說，從容量方面來看，LTEFDD網絡容量性能要優于TD-LTE，但是差別十分有限。

運營商融合組網策略建議

1．網絡定位

對于TD-LTE與LTEFDD融合組網建設，運營商首先要解決TDD和FDD兩種制式網絡的定位和覆蓋重點等問題，力爭以最小的投資，滿足用戶和業務發展需求，以實現網絡價值最大化。

因此，對于TD-LTE與LTEFDD融合組網，LTEFDD網絡以覆蓋為主，而TD-LTE網絡以容量吸收為主，在建網初期可以采取分區域建設覆蓋策略，LTEFDD主要實現密集城區和一般城區的覆蓋，以吸收終端類業務為主，而TD-LTE網絡利用其頻譜資源豐富的特點，在縣城及發達鄉鎮以吸收CPE，Mi-Fi及數據卡業務為主。

在建網后期，隨著LTE業務和用戶的發展，原有的LTEFDD網絡已經不能滿足容量需求，此時可以考慮采用TD-LTE網絡作為熱點區域的容量吸收手段，滿足容量需求。

2．頻率策略

根據3GPP協議規定，LTE頻率分為FDD和TDD頻段。其中FDD頻段包括band1～band21，而TDD頻段包括band33～band41。從3GPP中LTE頻譜劃分的結果來看，LTEFDD網絡已分配頻譜主要集中在2.6GHz頻段、700/800M、1700/1800MHz。而TD-LTE網絡已分配頻譜主要集中在2.6GHz、2.3GHz、2.5GHz。

在我國LTE網絡建設中，中國移動的TD-LTE網絡建設使用的頻段主要有：F頻段（1.8GHz）、E頻段（2.3GHz）、D頻段（2.6GHz），另外我國已經將2500～2690MHz共190M頻段劃分給了TD-LTE系統。而LTEFDD系統，中國電信和中國聯通的LTEFDD試驗網主要使用1.8GHz和2.1GHz的兩個頻段。

F頻段目前為TD-SCDMA網絡使用

的頻段，E頻段為非授權頻段，在現網中存在與WLAN等系統的干擾問題，D頻段是國內LTE網絡新啟用的頻段。考慮到室內外的同頻干擾問題，未來TD-LTE部署中主要采用室內外異頻組網的方式。對于TD-LTE室外覆蓋，主要考慮以D和F兩個頻段為主，D頻段作為國際公認的TDD頻段有利于TD-LTE的國際化發展，F頻段采用低頻段，可以提高覆蓋性能，減少網絡建設投資。對于TD-LTE室內覆蓋，主要考慮以E頻段為主。

從國際廣泛的組網演進經驗和從芯片、終端到網絡設備完善的產業鏈等角度來看，1.8GHz將成為我國LTEFDD網絡的主流頻段，但同時也要注意到，1.8GHz頻譜的匱乏和較小隔離帶可能會帶來系統間的干擾。而2.1GHz頻段，有可能成為LTEFDD網絡的補充頻段。

3.天線策略

3GPP規范中Rel9版本規定了8種傳輸模式，其中模式3和4為MIMO技術。模式7、8是單／雙流波束賦形。原則上，3GPP對天線數目與所采用的傳輸模式沒有特別的搭配要求。但在實際應用中2天線系統常用模式為模式2、3；而8天線系統常用模式為模式7、8。在實際應用中，不同的天線技術互為補充，應當根據實際信道的變化靈活運用。

從國內相關TD-LTE試驗網建設和測試結果來看，8天線和2天線組網的主要區別如下：

1）設備與組網成本：8天線相比2天線單設備成本較高，相關統計結果顯示，8天線的器件成本約為2天線的1.8倍。由于8天線在覆蓋性能上強于2天線，因此在指定覆蓋區域內、指定覆蓋指標要求下，8天線所需站點數與2天線相比減少15~30%，這樣可以極大的降低建網成本。

2）網路性能：從相關測試結論來看，TD-LTE系統中的8天線覆蓋性能與2天線組網相比較，下行提升了39%，上行提升了45%；而容量性能，下行吞吐量平均提升了39%，上行提升了19%，整體來看，8天線TD-LTE網絡的覆蓋性和和容量性能都遠遠優于2天線網絡。

3）工程施工以及運營維護難度：8天線尺寸較大，施工難度相對較大，對站點天面資源要求較高，而2天線，天線尺寸較小，施工難度較小，便于工程施工和快速建網。

LTEFDD現階段仍以2天線分集和復用為主，中國電信“藍極光”計劃中的LTEFDD網絡8天線分集接收性能已在試驗中，未來LTEFDD網絡可用2天線發送，8天線接收的模式進行組網。目前TD-LTE室外覆蓋以8天線覆蓋為主，2天線模式是在8天線無法發揮賦形性能或安裝受限的場景采用，包括熱點覆蓋、補盲、道路覆蓋、天線美化及隱蔽性要求高等場景。