GSM頻率重耕至LTE建設關鍵問題研究

邵華 李新 何文林 楊光

【摘 要】

本文對GSM頻率重耕至LTE FDD過程中涉及的關鍵技術問題進行了系統(tǒng)地梳理及詳細地分析，并對GSM升級及新建的兩種建設方式的優(yōu)劣勢及可行性進行了深入的研究。同時對未來LTE FDD建設方案選擇時應考慮的因素進行了總結，并提出了相應的建議。本文提出的方案可有效地解決GSM頻率重耕LTE FDD過程中網絡建設相關技術問題，為未來LTE FDD組網提供了堅實的技術基礎。

【關鍵詞】LTE FDD 頻率重耕 互調干擾 天饋

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2016.04.004 中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1006-1010（2016）04-0019-06

引用格式：邵華，李新，何文林，等. GSM頻率重耕至LTE建設關鍵問題研究[J]. 移動通信， 2016，40（4）： 19-24.

1 引言

隨著全球移動用戶數量的急劇增加以及用戶對高速率業(yè)務應用需求的增長，如何最大化頻譜資源的利用率就成為運營商最為關注的問題。在頻率受限的情況下，運營商需要將其頻譜從效率較低的系統(tǒng)中釋放出來，用于效率更高的制式，以提升網絡性能及用戶體驗[1-2]。因此，從長遠來看，對于目前仍有GSM制式的運營商而言，GSM頻率重耕并向LTE FDD演進是必然趨勢[3-4]。

在現網已有GSM與TD-LTE設備的場景下，可選擇將原有GSM設備升級或基于TD-LTE網絡建設LTE FDD。兩種建設方式在對網絡現有設備的要求及工程改造量上有一定差別，對網絡性能及后續(xù)技術演進方面的影響也有不同。本文將全面研究兩種網絡建設方式的差別，并詳細分析其在不同建設場景下的優(yōu)劣勢。

2 LTE FDD建設方式對比

2.1 工程改造量

（1）建設方式一：基于GSM升級建設LTE FDD

在現網已有GSM網絡設備及天饋系統(tǒng)的場景下，可基于GSM升級進行LTE FDD網絡部署。但由于現網GSM設備、天面情況不同，升級中網絡改造量也存在一定差異。本文主要從射頻單元RRU、天線、BBU及其它改造等方面考慮。

1）射頻單元RRU

基于GSM升級建設LTE FDD過程中，對射頻單元的改造量很大程度上取決于現網設備的情況。因此，在考察該方案時，需對現網GSM設備能力及配置情況進行分析。

GSM射頻單元RRU升級LTE FDD的能力：現網GSM設備新舊程度不一，較早的設備可能無法支持直接升級以支持GSM/LTE FDD雙模。對于這部分設備，若要采用GSM升級的形式進行LTE FDD部署，需先將現網設備更換成可支持升級的雙模設備，再同時開啟GSM/LTE FDD兩種工作制式。

GSM射頻單元通道數：現網GSM設備在G網載波數不多時，主要以單通道為主。但LTE FDD在采用單通道部署時無法使用MIMO技術，頻譜效率較低。在這種情況下，通常需要加入另一單通道設備與現有設備進行雙拼或將現網GSM設備更新成雙通道，再進行升級改造。

GSM設備最大功率：參考已部署LTE FDD運營商的經驗，LTE FDD不同帶寬需配置功率建議如表1所示：

若現網GSM載頻數較多且單載波功率設置較高，GSM射頻單元在升級至LTE FDD/GSM雙模后，可能無法滿足LTE FDD功率要求。在這種情況下，需將GSM設備更換成功率更高的設備或犧牲GSM或LTE FDD部分性能，將相應系統(tǒng)的功率進行一定程度地降低，再進行升級改造。

GSM設備支持最大載頻數：GSM設備通常在同時支持GSM與LTE FDD兩模時，會對GSM與LTE FDD支持的載頻數進行限制。因此，在對GSM設備進行升級時，需檢查GSM現網配置。若GSM載波較多，無法再支持LTE FDD載波時，需將現有設備更換為支持載波數足夠的設備，再同時開啟GSM/LTE FDD兩模。

2）天線

對于基于GSM升級部署LTE FDD的建設方案，其最大優(yōu)勢在于LTE FDD可共用現網GSM天線。這種建設方式適用于現網天面資源緊張，天面工程施工困難等場景。后續(xù)鐵塔公司將網絡基礎設施接管后，鐵塔租用成本與所占天面資源情況相關時，該方案可在一定程度上節(jié)約運營成本。因此，在現網天線指標符合要求時，LTE FDD可共用原GSM天饋系統(tǒng)，如圖1所示：

3）BBU

在基于GSM升級部署LTE FDD網絡實際部署中，部分廠商支持兩系統(tǒng)共用機框，通過在原有GSM機框中插入LTE FDD主控板與基帶板，實現GSM/LTE FDD并存。但也有部分廠商BBU為無背板的單硬件板卡SoB（System on Board）設計，如圖2所示。即單個硬件板卡集成某一制式三扇區(qū)配置下所有的主控、傳輸、基帶、電源等資源，兩系統(tǒng)BBU設備部署時完全獨立，二者之間并無共用或連接關系，僅是物理地堆疊放置在一起。在這種情況下，可將GSM與LTE FDD的硬件板卡堆疊在一起，再分別連接至GSM/LTE FDD共模RRU。

4）其它改造

采用基于GSM升級方式進行LTE FDD部署時，由于原GSM基站一般無GPS同步源及IP傳輸，通常需要新增該部分器件。但若同站已有TD-LTE設備并配有相應GPS同步源及IP傳輸，LTE FDD也可利用原有資源進行部署。

5）基于GSM升級LTE FDD建設方案小結

根據以上分析，基于GSM升級LTE FDD建設方案工程改造量如圖3所示：

圖3 基于GSM升級LTE FDD建設方案工程改造量

（2）建設方式二：基于TD-LTE建設LTE FDD

除可用GSM升級LTE FDD方式外，也可采用基于TD-LTE新建LTE FDD方式進行網絡部署。主要從射頻單元RRU、天線、BBU及其它改造等方面對該建設方案改造量進行分析。

1）射頻單元RRU

在基于TD-LTE新建LTE FDD時，由于TD-LTE與LTE FDD射頻單元RRU為不同雙工制式和不同工作頻段，射頻實現在雙工器、功放、中頻等部分差異較大，通常采用獨立設計。因此，在該場景下，LTE FDD射頻單元需獨立新建。

2）天線

在新建方案中，天饋系統(tǒng)可根據實際情況選擇新建天線，與原有系統(tǒng)合路或共多端口天線。其中，若天面資源較為豐富，且現網天面改造施工可行，可選擇獨立新建LTE FDD天饋系統(tǒng)。若天面資源緊張或現網天面改造工程實施較為困難且同站有GSM設備，可盡量共用基站原有GSM系統(tǒng)天饋。目前存在兩種共用方式：

方式一：LTE FDD與GSM通過合路器共用原GSM天線。該部署方式將給GSM/LTE FDD系統(tǒng)帶來一定的合路損耗，在一般情況下不建議使用。

方式二：將GSM天線替換成多端口天線，FDD與GSM采用不同的天線振子與端口，通過不同端口分別連接至各系統(tǒng)RRU。采用該方式部署時，GSM/LTE FDD可獨立調整方向角與下傾角，以保證兩網最優(yōu)性能。

3）BBU

在基于TD-LTE建設LTE FDD的方案下，LTE FDD BBU可根據實際情況進行部署。若同站有同廠商的TDD系統(tǒng)，且該廠商支持TDD與FDD共機框及主控板，可在機框內直接增加FDD基帶板。對于采用無背板的單硬件板卡SoB設計的廠商，可直接新增LTE FDD硬件板卡。

4）其它改造

由于同站點已有TDD基站，FDD可與TDD共用GSP同步源。在傳輸帶寬足夠的情況下，LTE FDD可與TD-LTE共用傳輸。

5）基于TD-LTE建設LTE FDD方案小結

根據以上分析，基于TD-LTE建設LTE FDD方案工程改造量如圖4所示。

（3）兩種建設方案對工程改造量對比

基于GSM升級及基于TD-LTE建設LTE FDD方案工程改造量對比如表2所示。

2.2 網絡性能

（1）基于GSM升級及基于TD-LTE建設LTE FDD對組網性能的影響

兩種建設方案在網絡性能方面也有一定差別。基于GSM升級建設的建設方案需GSM/LTE FDD共天饋，GSM/LTE FDD無法實現獨立優(yōu)化。因此，在保證一張網絡性能的同時，另一張網絡的性能將受到一定程度的影響[5]。而在LTE FDD新建的場景下，若天面資源不緊張，可新建LTE FDD天饋或與GSM共多端口獨立電調天線。在這種情況下，GSM/LTE FDD天線下傾角、方向角均可獨立調整，使各自網絡性能達到最佳。

以兩種方式部署LTE FDD性能示意如表3所示：

1）信號強度RSRP：測試結果表明，無論是新建（GSM/LTE FDD共天饋場景）或升級（GSM/LTE FDD獨立天饋場景），LTE FDD覆蓋均能達到較好的水平。

2）SINR及吞吐率情況：由于GSM為異頻組網系統(tǒng)，而LTE FDD為同頻組網系統(tǒng)。因此，兩網對天線方向角與下傾角的要求差異較大。在共天饋場景下，因需保證現網GSM性能，天線的方位角及下傾角無法根據LTE FDD性能進行調整，會在一定程度上犧牲LTE FDD性能。而在獨立天饋情況下，GSM與LTE FDD工程參數可根據各網需求獨立進行調整，兩網性能均可得到較好的保證。在外場測試中GSM/LTE FDD可獨立電調場景下，根據LTE FDD性能進行優(yōu)化，將其平均下傾角由5.8度調至13度，并調整方向角后，LTE FDD平均、邊緣SINR抬升了4.34dB與1.4dB。其下行吞吐率有將近44%的抬升。

（2）基于GSM升級及基于TD-LTE建設LTE FDD互調干擾情況

如上所述，利用GSM升級的方式進行LTE FDD建設時，GSM與LTE FDD可共天饋，實現快速建網。但值得注意的是，在GSM/LTE FDD共天饋的場景下，兩系統(tǒng)間會產生一定的互調干擾[6]。若由于天線老舊或工程施工等問題，現網天線互調指標出現下降時[7-8]，該干擾將會對GSM/LTE FDD上行接收性能造成一定影響[9-10]。在該場景下，可先通過GSM/LTE FDD頻率調整以改善其上行性能。但若上行性能仍無法滿足要求，需對現有天線進行更換。

在天線互調性能不甚理想的情況下，需盡量使得LTE FDD與GSM的較低階互調產物落入其上行中。以GSM 900MHz頻率重耕為例，在頻率規(guī)劃時應盡量使得LTE與GSM Band A/B的5階互調產物不落入LTE上行接收頻段，即用于LTE FDD部署的下行頻段（fDL，1， fDL，2）需滿足的條件如式（1）、式（2）所示：

3×934.1MHz-2fDL，2>fDL，2-45MHz，即fDL，2 ≤949.1MHz

（1）

3fDL，1-2×953.7MHz≥908.7MHz，即fDL，1≥ 938.7 MHz

（2）

由式（1）、式（2）可知，在938.7MHz—949.1MHz頻段范圍內部署LTE 10MHz帶寬，可避免LTE與GSM的5階互調干擾落入接收帶寬。

900MHz頻率GSM與LTE FDD頻率分布如圖5所示：

圖5 900MHz頻率GSM與LTE FDD頻率分布

在這種GSM/LTE FDD頻率配置下，同站同一通道的GSM頻點有以下幾種排布方式，具體如圖6所示。在各個排布方式下，GSM頻點之間互調干擾帶寬如表4所示。

由表4可知，若同一通道GSM頻點同在LTE頻段左側或右側，GSM頻點間9階及以上，11階及以上互調干擾會落到LTE接收帶寬內。而同一通道GSM頻點在LTE頻段兩側，GSM頻點間的5階及以上互調干擾會落到LTE接收帶寬內。由于GSM功率譜密度較LTE FDD高，在互調指標較差的情況下，GSM與GSM間互調干擾將對LTE FDD上行產生較大影響。為保證現網LTE FDD性能，建議在同一通道上使用的GSM頻點在LTE頻段的同一側，以避免GSM頻點間互調對LTE FDD的影響。

在不同天線指標，不同頻點排布條件下，測試結果如表5所示。

從上述測試結果可知：

如果天線的互調指標滿足要求（三階互調為151.7dBc），GSM頻點放在左、右兩側均對底噪抬升不大。在這種情況下，共用天饋對系統(tǒng)性能影響不大。

在天線指標出現惡化時，GSM頻點放在LTE FDD頻點的同側較放在兩側底噪有一定程度地降低。在這種情況下，若將GSM頻點放在同側后，若底噪水平滿足要求，可利用原有GSM天饋進行部署。若不滿足底噪要求，需對天饋系統(tǒng)進行更換后，LTE FDD與GSM共天線振子或LTE FDD/GSM采用獨立天線振子，利用多端口天線進行部署。

對于基于TD-LTE新建LTE FDD場景，只要LTE FDD不與同站GSM采用合路器共用天線（不建議以該方式部署），GSM與LTE FDD之間不存在互調干擾問題，可無需考慮該干擾對系統(tǒng)性能的影響。

2.3 基于GSM升級及基于TD-LTE建設FDD對后

續(xù)演進技術的影響

基于TD-LTE建設FDD網絡時，若TD-LTE與LTE FDD設備來自同一廠商，兩系統(tǒng)可共用主控板，實現融合組網的處理資源協調。這種建設方式有益于兩網協同與融合，為TD-LTE/LTE FDD后續(xù)演進技術的引入提供了便利。以TD-LTE/LTE FDD載波聚合為例，基于TD-LTE建設LTE FDD形成的融合網絡通常可以通過TD-LTE共主控，基帶板共機框的形式平滑支持兩者間載波聚合。而對于基于GSM建設LTE FDD場景，若要實現TD-LTE/LTE FDD載波聚合則對網絡有更高的要求，即必須同站需有同廠商TD-LTE設備。在這種情況下，LTE FDD可以通過與TD-LTE共基帶的方式支持載波聚合。但若同站無同廠商TD-LTE基站，基于GSM升級建設LTE FDD的方式將較難實現對后續(xù)演進技術的支持。

3 結論

本文從工程量、網絡性能及后續(xù)演進技術引入等多方面出發(fā)，對比了基于GSM升級及基于TD-LTE建設LTE FDD網絡的兩種方案。

（1）基于GSM建設LTE FDD可根據現網情況，利舊GSM射頻RRU及天饋系統(tǒng)，實現LTE FDD的快速部署。該建設方式適用于現網天面資源緊張，天面工程施工困難等場景；而基于TD-LTE建設LTE FDD的方案需新增RRU，并根據現網實際情況新建、共用或更換原天饋系統(tǒng)。RRU及天面改造量較前者有一定程度的增加，且在天面空間有限或施工難度較大的場景下較難實施。

（2）從組網性能看，由于基于GSM建設LTE FDD需GSM/LTE FDD共天饋，兩網性能無法實現獨立優(yōu)化，在一定程度上會犧牲其中某一網絡性能，而基于TD-LTE新建場景下LTE FDD可實現獨立優(yōu)化，網絡性能較前者有一定程度的提升。另一方面，GSM與LTE FDD共天饋場景下，若出現原GSM天線老舊，互調指標不符合要求的情況時，GSM/LTE FDD的互調干擾會對網絡性能產生一定影響。在這種情況下，可通過LTE FDD/GSM頻率調整的方式在一定程度上抑制互調干擾。但若該規(guī)避手段仍不足以使互調干擾降至理想水平，則需更換原GSM天線，再采用GSM升級的方案進行LTE FDD網絡部署。在基于TD-LTE建設LTE FDD方案下，只要LTE FDD不與同站GSM共天線，則不會出現GSM/LTE FDD互調干擾問題。

（3）從后續(xù)演進技術的引入方面看，基于TD-LTE建設LTE FDD較易實現TD-LTE/LTE FDD融合網絡資源協同，有利于未來TD-LTE/LTE FDD載波聚合等演進技術的引入。

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