CDMA 850MHz頻段翻新部署LTE方案探討

李虓江等

1 引言

根據GSA的最新統計，截止到2014年5月全球共有104個國家商用部署了288個LTE網絡，其中有24個國家商用部署了36個TD-LTE網絡[1]。各國運營商部署LTE網絡時的頻段選擇策略主要有兩種：一種是采用與現有2G/3G網絡頻段不同的全新的頻段；另一種是基于現有2G/3G網絡，通過Refarming技術部署LTE網絡。

顯而易見，前者需要運營商獲得新的LTE頻譜資源，雖然在不同頻段部署可充分避免不同系統之間的相互干擾問題并降低建網難度，但在頻譜資源日益稀缺、獲取新頻譜資源成本越來越高的今天，對于部分手中沒有充足頻譜資源的運營商來說只能望“頻”興嘆。后者則需要運營商對現有的2G/3G網絡所使用的頻譜資源進行重整，通過多種手段提升現網的頻譜利用率，從而為部署LTE網絡空出足夠的可用資源，再通過Refarming技術實現LTE網絡的部署。該方法能夠通過與原先2G/3G網絡站點共站址、機房、配套的方式迅速部署LTE網絡，可實現經濟、快速部署。但若可能空出的頻段資源不多，則對LTE網絡發揮其“大帶寬、高速率”的性能會造成很大限制，最終導致用戶體驗不佳。對于LTE網絡部署初期來說，這不失為一種有效的解決辦法。

根據3GPP協議規定，850MHz Band 5（824—849MHz/869—894MHz）頻段主要分配用于基于FDD的移動通信網絡[2]，在國內則將其中的825—835MHz/870—880MHz頻段分配給了CDMA制式網絡用于公眾移動通信業務使用（2G/3G）。本文基于目前國內已部署的CDMA 850MHz網絡，著重探討通過Refarming方式將其中部分或全部頻段用于部署LTE網絡的可行性。

2 方案可行性

單從頻段選擇角度來講，雖然目前LTE網絡采用的主流頻段大都是高頻段（如1.8GHz、2.6GHz、2.3GHz等）[1]，但是由于高頻無線信號穿透能力相對較弱，導致采用高頻段的LTE網絡基站覆蓋能力大大縮小，因此要實現LTE網絡的連續覆蓋和保證較高的用戶接入速率，則必須要新建大量的基站，這無疑會大大提升運營商的建網成本和后期網絡運維成本，同時站址選擇和建設工作量及復雜度也會隨之成倍提高。而相對于高頻段來說，低頻段具有信號覆蓋能力和穿透能力強等優勢，在相同目標覆蓋區域內，可以用更少的基站實現相同覆蓋效果，從而節省建設投資，降低建設難度和復雜度。

2.1 產業鏈逐步成熟，全球已有成功應用案例

根據GSA統計，到2014年5月全球已商用的LTE FDD網絡中，主要采用了1.8GHz、2.6GHz、700MHz、800MHz等頻段。而在已商用的LTE TDD網絡中，則主要采用了2.3GHz、2.6GHz、3.5GHz、1.9GHz等頻段[3]。目前LTE部署主要集中在高頻段，但低頻段如700MHz、800MHz、850MHz、900MHz等也有使用，具體如表1所示[1]：

表1 全球已商用LTE網絡低頻段使用情況（數據來源：GSA）

主要頻段/MHz 700 800 850 900

3GPP頻段號 Band 12/13/14/17/28 Band 20 Band 5 Band 8

已商用網數量 47 39 5 4

商用終端數量 327（b12/17）

275（b13） 392（單模）

340（多模） 282 246

由此可見，對于850MHz Band 5頻段來說，目前基于該頻段建設LTE網絡在國際上已有成功案例，且產業鏈方面從設備到終端均有相應支持的商用產品。

2.2 現網覆蓋情況較好

經過多年的建設和經營，國內CDMA 850MHz網絡已經成為一個技術成熟、良性發展的移動通信網絡，其覆蓋廣度和深度均具有一定規模。根據中國電信發布的年度報告顯示[4]，截至2013年底，移動用戶總數已達1.86億戶，其中3G用戶總數達到1.03億戶。另據不完全統計，截止到2013年底全國共建有CDMA通信基站約30萬個，CDMA室內分布系統約10萬套。目前CDMA網絡已覆蓋全國所有縣級以上城市及絕大部分鄉鎮，大部分農村地區都已實現2G（1X）網絡的普遍覆蓋，覆蓋了超過90%以上的人口。

因此，若以現有CDMA網絡站點作為依托，通過共站址建設LTE 850MHz網絡，則為低成本、快速地實現LTE網絡的廣覆蓋創造了良好的先天條件。

2.3 現網有富余頻譜資源

如前所述，到目前為止，國內CDMA網絡經過多年的建設和運營，已基本實現了有效覆蓋區域內的廣覆蓋和熱點區域內的深度覆蓋。從覆蓋區域分析，農村覆蓋面積占比超過全部有效覆蓋區域的九成，市區和郊縣覆蓋面積總占比不到一成。通過對各區域內基站分布的分析可見，約一半的站點分布在農村區域，而市區和郊縣內基站數占比分別約占總站點數的兩至三成左右。具體如圖1所示。

另一方面，從目前CDMA現網負荷情況來分析，由于用戶分布密度及業務需求的不均衡性，不同區域尤其是城市區域與農村區域在網絡負荷上存在較大差異。除部分大型城市核心區域及話務熱點區域因業務負荷高導致頻點使用率較高外，其余區域尤其是廣大農村業務負荷較低，目前僅使用了部分頻點，甚至個別地區僅用了基本頻點，頻點利用率偏低，這在一定程度上造成了資源浪費。也就是說，大部分有效覆蓋區域內的基站業務負荷相對較輕，同時區域內基站數占比卻較高。當然，為保證移動網絡覆蓋質量和移動信號的連續性，在這些區域內設站也是非常必要的。

綜上所述，頻率和站址資源作為運營商手中的稀缺資源，如能通過某種合適的技術和工程手段對其有效加以利用，提升其利用效率，則不失為一種較為經濟、快速的LTE網絡部署解決辦法。

因此，可考慮采用在現有網絡基礎上升級支持LTE網絡的部署方案。具體而言，就是在農村等業務負荷相對較輕、有空余頻點的區域，將部分850MHz頻段通過Refarming技術用于部署LTE網絡。通過850MHz頻段部署LTE網絡覆蓋廣大農村地區，在充分利用現網資源的同時，可充分發揮低頻段的覆蓋優勢，不需或僅需少量建設LTE站點，即可在廣大農村等需LTE網絡廣覆蓋的區域實現LTE網絡的快速、低成本部署。

3 部署方案探討

3.1 部署方案

目前電信CDMA網絡共有10MHz×2帶寬（基站收：825—835MHz，基站發：870—880MHz），可劃分成7個頻點，各頻點寬度為1.25MHz[5]。如圖2所示。

其中，1X載波以283頻點為基本頻點，由高向低配置；DO載波以37頻點為基本頻點，由低向高配置。

不同數量的頻點組合后，占用的帶寬如表2所示。

表2 不同CDMA頻點組合占用帶寬

CDMA網絡可用頻點數 1 2 3 4 5 6 7

占用帶寬/MHz 1.25 2.5 3.75 5 6.25 7.5 8.75

而根據3GPP協議設定，不同帶寬條件下LTE網絡下行理論峰值速率如表3所示（終端類型3）[6-7]：

表3 不同帶寬條件下LTE網絡下行理論峰值速率

帶寬/MHz 1.4 3 5 10 15 20

RB數 6 15 25 50 75 100

下行峰值速率/Mbps 6.0 15.1 25.2 50.4 75.6 100.8

注：下行峰值速率為不考慮系統開銷，理想情況下的系統理論峰值速率，天線工作模式為單流。

由此可見，在農村等CDMA業務量不大、基站負荷普遍不高的區域，可考慮從CDMA現網的空余頻點中挪出部分帶寬用于通過Refarming技術部署LTE網絡，以滿足LTE用戶的基本業務需求。若挪出4個頻點（5MHz帶寬），則理論上可實現下行峰值業務速率達25Mbps，相對于原先CDMA 3G網絡的峰值速率（下行峰值速率3.1Mbps）來說有很大提升，可基本滿足農村區域用戶的LTE基礎業務需求。

從另一方面來說，我國地域遼闊，廣大農村區域地形、地物和地貌復雜，與此同時目標用戶分布極為分散，用戶密度相對于城市區域也更為稀疏，因此農村地區要實現數據網絡的有效覆蓋，其建設難度大和成本高昂可想而知。而通過采用Refarming技術，在CDMA現網基礎上使用約5MHz的帶寬部署LTE 850MHz網絡，則可充分發揮低頻段覆蓋能力強的優勢，將850MHz頻段作為農村等低移動業務密度區域的主要覆蓋頻段，并通過復用CDMA 850MHz網絡站址資源（共機房、塔桅、天面等），進一步節省建設成本，加快部署進程，可實現農村區域LTE網絡的廣覆蓋，同時在部分有線寬帶無法到達的區域亦可提供4G移動網絡無線寬帶接入能力。

對于同一個運營商來說，不同制式系統的定位和業務承載建議如表4所示：

表4 不同制式系統的定位和業務承載建議

制式 頻段 定位與用途 承載業務

FDD LTE 1.8/2.1GHz 城市、郊縣室內外熱點覆蓋 高價值、高速率數據業務，未來將逐步具備承載語音業務能力

TD-LTE 2.6GHz 城市、郊縣等數據業務熱點區域及農村等有線寬帶暫時無法到達區域的覆蓋 高速率數據業務，分流高速率數據業務需求

FDD LTE 850MHz 郊區和農村、干線區域室外LTE廣覆蓋 中等速率數據業務，未來將逐步具備承載語音業務能力

CDMA 850MHz 廣覆蓋 語音、短信等基礎業務（1X）及中低速率數據業務（DO）

Wi-Fi 2.4GHz 城市熱點地區室內外覆蓋，作為移動數據業務的分流手段之一 低價值、低QoS保障、低移動性的中高速率數據業務

3.2 分階段實施建議

根據移動網絡建設特點，結合CDMA網絡現狀及國內LTE網絡部署情況，建議分階段實施本方案，具體如下：

在LTE網絡建設初期和中期，適時騰出CDMA網絡的78、119、160、201共4個頻點所占用的5MHz×2帶寬，這樣CDMA網絡仍留有37、242、283這3個頻點用于滿足基本業務需求（DO：1個頻點，1X：2個頻點）。若數據業務需求仍較大，可根據需要申請次800MHz頻段中1019號頻點（824—825MHz/869—870MHz）用于滿足數據業務需求。具體如圖3所示。

騰出來的4個頻點組成5MHz×2帶寬，可滿足農村等區域對于LTE網絡的廣覆蓋及基本業務需求。此時，在城市區域仍以1.8/2.1/2.6GHz頻段LTE網絡覆蓋為主。如前表所示，5MHz×2帶寬下，使用CAT3類終端可獲得下行25Mbps的峰值速率，這意味著當用戶從城市向農村區域移動時，LTE業務速率將會有所下降（約為市區范圍內峰值速率的1/4），但LTE信號仍能在農村區域保持良好覆蓋，用戶LTE數據業務不至于中斷，可滿足基本LTE業務接續需求。終端方面，則需支持850MHz、1.8/2.1/2.6GHz等多頻段的LTE網絡。

不同區域內網絡部署及業務定位建議如圖4所示：

圖4 LTE網絡建設初期不同區域內網絡部署及業務定位建議

在LTE網絡建設中后期，可根據LTE業務發展、技術演進及CDMA用戶向LTE網絡遷移和城市高話務區域內不同制式網絡的負荷變化情況，適時將原CDMA 850MHz網絡中的10MHz×2帶寬全部用于LTE網絡（此時CDMA網絡徹底退出移動業務服務）。在通過850MHz頻段實現LTE網絡在農村等區域內的廣覆蓋同時，進一步提升區域內數據網絡容量。原先CDMA 850MHz網絡上承載的語音業務可在LTE網絡上通過VoIP等技術解決。如前表所示，10MHz×2帶寬下，使用CAT3類終端可獲得下行約50Mbps的極限速率。具體如圖5所示：