LTE FDD網絡規劃原則及部署策略

程日濤，徐德平，張炎炎

（中國移動通信集團設計院有限公司，北京100080）

1 引言

中國移動TD-LTE發展呈現出網絡建設、用戶及運營收入均高速增長的良好態勢，與此同時，在多網協同發展的背景下，TD-LTE網絡深度覆蓋能力不足、廣度覆蓋成本高、容量發展潛力受限等因素對4G網絡的長期發展和競爭力保持提出了新的要求。

（1）TD-LTE發展面臨的問題

中國移動TD-LTE網絡發展面臨的主要問題從宏觀層面看，主要是深度覆蓋與廣度覆蓋能力受限、頻譜資源效率低、上行速率能力差，引起這些問題的核心原因均指向“部署頻段高”這個癥結。

從深度覆蓋能力看，對某城市同一片區域進行的道路測試和全量MR定位分析來看，在道路覆蓋相當好的情況下（弱覆蓋占比0.9%），所在區域的全量MR弱覆蓋及無覆蓋區域占比達32%，弱覆蓋主要位于室內場景。

弱覆蓋定義如下。道路測試弱覆蓋占比：道路測試RSRP＜-110 dBm的采樣點占比。MR定位弱覆蓋占比：RSRP＜-110 dBm；采樣點占比＞20%的柵格占比。無覆蓋：MR采樣點數量<200個的柵格。

從頻譜資源效率分析，LTE網絡RS-SINR與頻譜效率有直接的對應關系，而對于室內區域覆蓋，RSRP與RS-SINR也有較強的關聯，因此對于室內區域覆蓋場景來說，提高覆蓋強度意味著網絡具有更高的頻譜效率。

出于滿足下行基本業務速率 （1 Mbit/s）的考慮，TD-LTE現網子幀配置方式為1∶3，上行子幀資源較少，同時由于目前終端對上行64QAM功能、上行MIMO的支持能力限制，造成在演唱會等一些特定場景下，上行容量率先受限。TD-LTE理論峰值速率見表1。

表1 TD-LTE理論峰值速率

（2）GSM優質頻譜資源逐步釋放

在相同的產業條件和相同的部署場景下，頻率資源是決定系統覆蓋能力的唯一決定性因素，由于第一代、第二代移動通信系統形成的以FDD制式為主的格局，低頻段優質資源均為FDD系統占據，GSM 900 MHz、1 800 MHz是難得的頻譜資源。

由于在調制編碼方式、調度算法、干擾抑制技術方面的提升，4G網絡在數據業務和語音業務的頻譜利用效率方面均有一定提升，因此盡快轉模GSM系統為4G系統即是提升網絡覆蓋能力，同時也是提升網絡運營效率的必然選擇。

從現網統計來看，由于4G用戶及4G網絡流量承載比例的提升，2015年5月，2G網絡數據流量較2014年底下降6.4%。按宏觀預測數據，2016-2018年相對于前一年，2G網絡承載業務量將分別下降20%、25%、30%。2G頻譜資源需求也有對應比例的下降，按現網900/1 800 MHz均完全使用的場景估算，上述業務下降可以使2G可轉模頻譜資源累計達到9 MHz、20 MHz、33 MHz。

（3）雙制式4G系統協同部署是部分國際運營商的選擇

日本軟銀、澳洲Optus等運營商采用LTE FDD與TD-LTE融合發展的策略，綜合來看，對于兩種制式網絡的使用策略包括以下幾個方面。

·FDD做覆蓋，TDD做容量；

·FDD發展智能手機，TDD Dongle做無線數據寬帶；

·FDD做宏基站，TDD做小基站（small cell）；

·FDD做移動接入，TDD做回傳。

很顯然，在有影響力的運營商中，中國移動是唯一使用TD-LTE進行充分網絡建設后，再進行LTE FDD部署的運營商。與國際主流運營商紛紛采用高低頻段組合建網的情況對照，可以理解中國移動的雙制式4G網絡主要的目標應為高低頻段組合，而非雙制式組合，這也是中國移動考慮LTE FDD網絡部署的特殊性。

2 LTE FDD網絡基本能力

2.1 網絡覆蓋

從接收靈敏度分析，CRS占用信號帶寬為180 kHz，計算底噪及終端噪聲系數影響后，最小接收電平門限為-125 dBm，在此基礎上考慮人體損耗余量、終端OTA余量及干擾余量，CRS信號最小接收電平門限為-113 dBm，這也是系統能夠正常工作的最低要求。

網絡覆蓋能力還與邊緣業務速率目標有關，顯然完全從技術角度對比覆蓋能力并無實際意義，考慮基本的業務速率要求及中國移動近、中期可能的轉模頻帶寬度，系統帶寬按中國移動在近期具備的頻率資源估算，900/1 800 MHz分別為2×5 MHz/2×10 MHz。發射功率根據現網設備能力估算，功率譜密度高于TD-LTE系統3 dB。設定系統邊緣業務速率目標見表2。

LTE FDD系統為PUSCH覆蓋受限，因此最大允許路徑損耗主要取決于PUSCH覆蓋能力。以上行滿足邊緣速率128 kbit/s為標準，LTE FDD 900/1 800 MHz最大允許路徑損耗分別為142/145 dB。將PUSCH需求統一到RS覆蓋要求，則LTE FDD 900/1 800 MHz的RSRP要求為-108 dBm。

以密集城區場景計算各制式系統站間距，LTE FDD系統綜合覆蓋能力與同頻段2G系統基本相當，LTE FDD 1 800 MHz系統覆蓋能力略優于TD-LTE F頻段，如圖1所示。

2.2 網絡容量

LTE FDD系統的容量優勢主要體現在上行鏈路，與TD-LTE（子幀配比1∶3）1∶7的上下行峰值速率比，LTE FDD上下行峰值速率比約為1∶2。當然上下行峰值速率比的優勢還需要業務上存在這樣的需求才能發揮效益，如圖2所示。

表2 覆蓋規劃目標速率

圖1 各系統覆蓋能力比較

圖2 各系統容量能力比較

上述計算基礎為系統均支持64QAM調制方式，同時下行鏈路支持2×2MIMO，上行鏈路不支持MIMO。

3 LTE FDD網絡部署策略

3.1 深度/廣度覆蓋建網目標及建設原則

路測數據表明，目前TD-LTE網絡室外覆蓋基本達到連續覆蓋的要求，但由于70%以上的業務發生在室內區域，而室內區域的深度覆蓋效果目前仍存在較大的問題，根據相關測算，解決同樣目標場景的解決方案中，微基站、室內覆蓋系統等方法相對于宏基站覆蓋方案，其單位面積建設成本在5倍以上，顯然相對于使用低頻段宏基站進行覆蓋，其建設成本和工程難度的差距決定了微基站、室內覆蓋系統只能是針對高價值場景的補充方案，部署低頻段系統才是唯一的高效手段。

因LTE FDD 1 800 MHz系統相對于TD-LTE F頻段覆蓋能力提升有限，因此在現實的建設成本和實施條件下，利用LTE FDD 1 800 MHz大幅提升深度覆蓋效果是難以實現的，因此LTE FDD 900 MHz系統是可行的解決方案。

根據建筑結構分析，中小型建筑物樓宇人員活動區域的典型穿透墻體數量為1～2堵，大型場景為2～3堵（除電梯間、樓梯間、衛生間等區域）?？紤]大型場景建設室內覆蓋系統的比例較高，因此深度覆蓋的目標應至少穿透2堵墻。對應的穿透損耗為17 dB（900 MHz）。此外，根據現網TD-LTE MR數據統計，在RSRP較差的區間，覆蓋電平提升10 dB，對應的覆蓋率可提升約10%以上。1 800 MHz作為容量提升層，建議其深度覆蓋目標與TD-LTE系統相同，即滿足室外連續覆蓋的同時兼顧穿透1堵墻的深度覆蓋需求。表3為規劃指標建議。

按此規劃指標完成后，在城區LTE FDD 900 MHz系統可以實現較好的深度覆蓋效果（預期MR覆蓋率高于90%），LTE FDD 1 800 MHz系統實現不低于TD-LTE F頻段的覆蓋能力。在農村可以基于GSM現網站址實現低成本連續覆蓋。

圖3（a）為城區各系統按上述覆蓋目標計算的站間距要求，也是滿足上述深度覆蓋目標的站址建設要求，數據為理論計算結果，還需要經過多場景測試驗證和修正。

圖3（b）為現網某城市密集城區的核心區2G/4G MR數據分析，現網2G BCCH RxLev高于-90 dBm的概率約為80%，考慮LTE FDD 900 MHz系統的下行覆蓋能力優于GSM 900 MHz約5 dB，因此估算在站址密度與GSM900 MHz相當情況下，LTE FDD 900 MHz的覆蓋率約90%。如果考慮上行受限因素，則LTE FDD 900 MHz的覆蓋能力與GSM 900 MHz相當，對應覆蓋率約80%。

表3 規劃指標建議

圖3 覆蓋能力評估

3.2 厚度建網目標及建設原則

首先需要比較各運營商的頻譜資源情況，如圖4所示，按中國移動/中國聯通/中國電信中遠期的4G用戶數為8億/3億/2億估算，中國移動的頻譜指數明顯低于競爭對手，現有4G頻譜資源劣勢更為明顯，因此從競爭角度來看，需要盡快轉?，F網2G/3G頻譜用于4G系統。

圖4 運營商4G頻譜指數比較

從業務需求分析，現網平均利用率約5%，按預測2016-2017年4G網絡承載流量增長4～6倍估算，全網預測平均利用率為20%～30%，按現網小區級利用率統計，Top5%/10%小區的利用率約為全網平均利用率的4倍/2.5倍。考慮按利用率40%作為擴容門限，核算2016年Top5%/10%小區需要的載頻（均按照TD-LTE 20 MHz載頻核算）為2載頻/1.25載頻，2017年Top5%/10%小區需要的載頻為3載頻/2載頻。因此僅從業務需求角度核算并無全網大范圍部署LTE FDD系統的需求。

從上下行速率需求看，目前全網主要城市城區道路應用層平均下載速率達到31.4 Mbit/s，平均上傳速率達到5.2 Mbit/s，上下行能力比約為1∶6。而從某省現網全網數據分析，上下行流量比超過1∶6（約0.17）的小區比例約18%，即約18%小區的流量特征表現為上行可能先受限，因此通過LTE FDD的引入提升網絡上行承載能力也是很有必要的。另外，由于主流廠商采用上行預調度的原因，現網上行利用率高于下行利用率的比重較高，如圖5所示。

3.3 業務目標及建設原則

在滿足一般數據業務需求的基礎上，LTE FDD系統部署還需要關注VoLTE業務滿足目標、上行特殊業務需求場景的滿足目標。

圖5 現網上下行流量及利用率分析

深度覆蓋場景因數據業務可以采用Wi-Fi等其他解決方案，因此4G用戶對網絡的依賴性相對降低，但VoLTE業務需要網絡具備良好的深度覆蓋能力，考慮VoLTE視頻業務需求尚不明朗，且理論上難以實現連續覆蓋服務，因此本文主要討論VoLTE語音業務的需求。

VoLTE高清語音業務的PDCP層綜合速率約25 kbit/s（開啟RoHC），按2016年/2017年VoLTE終端滲透率為30%/60%計算，假定2016年/2017年用戶MOU為400 min/350 min，用戶DOU為1 GB/1.5 GB（上下行流量比1∶6）計算得到VoLTE業務流量占比見表4。

顯然，在整體流量比例中，VoLTE業務流量占比極低，VoLTE業務在上行流量占比達到16%/18%，考慮2×5 MHz LTE FDD系統的上行承載能力與TD-LTE 20 MHz系統相當，因此即使考慮VoLTE語音業務上行均由LTE FDD系統承載，結合2017年Top5%/Top10%小區需要的載頻為3載頻/2載頻配置，2×5 MHz系統仍可以滿足語音業務容量需求。

如果考慮數據業務需求，可以按GSM現網MR數據CDF曲線中體現出的業務分布特征來進行分析，從前文所述某場景TD-LTE深度覆蓋率約68%推算，按LTE FDD 900 MHz覆蓋率為90%估算，二者之間的差值為22%，即只能由LTE FDD 900 MHz承擔覆蓋的區域比例，按TD-LTE網絡經驗數據，在22%邊緣區域LTE網絡速率能力僅為全網平均值的約12%（此處假設在深度覆蓋場景下，RSRP與RS-SINR具有較強的相關性，從而也與PDCP層速率具有較強的相關性）。因2×5 MHz下行承載能力僅為TD-LTE 20 MHz系統的約1/3，因此LTE FDD 900 MHz承載業務量的能力僅為TD-LTE 20 MHz系統約12%×1/3=4%。顯然2×5 MHz LTE FDD 900 MHz系統部署無法滿足數據業務的需求，因此在FDD系統部署的同時，提升深度覆蓋區域的載頻密度也是要同步進行的。

為滿足系統之間的負荷均衡及分業務類型的業務指派要求，方案一是采用常規的系統間均衡策略實現，方案二是通過F+T跨制式間CA實現相關功能。

負荷均衡通過X2接口交互其他基站相應的FDD/TDD鄰區的負荷信息，基站級別綜合考慮FDD/TDD的服務小區、鄰區的負荷信息，負荷均衡模塊統一進行策略判決，在FDD/TDD鄰區中選擇出合適小區，作為負荷均衡的目標小區。目前關于負荷計算的原則/公式屬于非協議標準定義內容，關于負載的參數和門限定義各廠商還不一致，由運營商統一定義標準后，異廠商之間可以實現負載均衡。不同廠商在處理機制、流程、參數定義方面會存在差異，所以均衡的效果更難體現。同時異廠商為了實現負載均衡，需要的協調溝通等時間成本也相對要高。因此負載均衡同廠商更容易快速實現，更容易體現均衡的效果。

F+T CA在2014年R12完成標準化工作，從F+T CA產業鏈支持情況來看，高通/海思/三星芯片2015年底F+T DL 3CC終端商用上市；2016年中F+T DL 4CC及5CC及UL 2CC終端商用上市。華為當前產品能力已支持4CC 4頻組合，2016年支持5CC 5頻組合。在4CC組合下，可支持F1+3T/F2+T2/F3+T1配置；5CC組合下，可支持F1+4T/F2+3T/F3+2T/F4+1T配置。

表4 VoLTE業務流量占比計算（不考慮回流因素）

在大型活動等場景，因上行業務需求高或存在特定的上行視頻業務，現網已經出現上行業務需求受限的場景，針對這些場景，及早引入LTE FDD系統是較好的解決思路。

3.4 其他策略

在技術選擇上，考慮深度覆蓋（城區）、廣域覆蓋（農村）能力不足是目前TD-LTE面臨的主要問題，因此部署LTE FDD 900 MHz系統是最優的選擇，由于GSM 900 MHz作為語音回落及大量2G用戶的承載網絡，所以900 MHz近期可用頻率資源較低，頻譜資源明顯不足。LTE FDD 1 800 MHz系統可轉模頻譜資源豐富，同時有一定下行深度覆蓋能力提升作用，因此也是一個可選方案。

為滿足轉模需求，還需要關注與2G網絡共存方案、FDD與TD系統的互操作、終端對于LTE FDD頻段的支持能力、轉模工程實施等相關問題，因篇幅所限，本文不再贅述。

4 結束語

中國移動4G網絡發展已經進入一個新的階段，LTE FDD網絡部署也理應進行相關的研究和驗證工作，本文對LTE FDD系統的覆蓋、容量及業務能力進行了初步分析，圍繞利用LTE FDD在解決TD-LTE現網存在的深度覆蓋不足、廣域覆蓋成本高、上行能力不足等問題方面的能力進行了研究，并提出了基本的部署策略。

作為規劃設計人員，除進行LTE FDD部署方面的基礎研究工作外，后續還要關注LTE FDD網絡的規劃設計方法，尤其是將LTE FDD網絡作為中國移動4G網絡的重要組成部分，面向4G網絡融合發展，綜合利用規劃數據、現網業務與網絡大數據，在傳統的規劃方法基礎上創新發展，研究LTE FDD網絡的規劃設計方法與原則。