FDDLTE與TDDLTE融合組網策略及性能分析

李剛

【摘要】TDD與FDD LTE作為4G網絡的兩種主流技術，技術差異約10%，但是在業務速率、覆蓋、VoLTE及高速移動支持能力等方面存在巨大差異。基于差異，融合組網時需制定合理的覆蓋策略，兼顧容量、覆蓋及干擾控制；同時需要制定全面的終端策略和業務策略，充分有效地利用好TDD、FDD頻率資源。

【關鍵詞】融合；頻譜；差異；速率；策略

【Abstract】TDD and FDD LTE as the two mainstream 4G network technology， technology difference of about 10%， but in the business rate， coverage， VoLTE and high-speed mobile support capabilities and so there is a huge difference. Based on the differences， the need to develop a reasonable coverage strategy， both capacity， coverage and interference control； also need to develop a comprehensive terminal strategy and business strategy， the full and effective use of TDD， FDD frequency resources.

【Key words】Fusion；Spectrum；Difference；Rate；Strategy

1. 融合組網的必要性

（1）通信運營商不斷致力于擴大網絡覆蓋范圍，提高網絡容量，增強業務種類和質量，用于滿足用戶對通信業務便捷和多樣性需要，提高網絡競爭力和投資利用率。4G通信領域，LTE的2種制式LTE FDD和TD-LTE在規范制定過程中即充分考慮了二者之間的融合，二者的技術相似程度超過90%，這為TDD/FDD LTE融合組網提供了良好的基礎條件。

（2）網絡設備同時支持TD-LTE/LTE FDD難度小。終端設備容易實現同時支持TD-LTE/LTE FDD。技術上的小差異帶來無線網性能方面的巨大差異，在網絡規劃時需充分考慮這些差異，精細規劃和優化網絡，才能使TD-LTE/LTE FDD充分融合、優勢互補。

2. TDD/FDD LTE技術與能力對比

2.1 頻譜資源。

2.1.1 Band1～Band25用于LTE FDD使用，Band33～Band43用于TD-LTE使用。單個LTE FDD載波最大使用2X20MHz頻率資源，而單個TD-LTE載波最大使用1X20MHz頻率資源，這是兩個網絡能力差距的最大根源。

2.1.2 具體到國內各4G運營商來看，頻譜資源如下：

2.1.2.1 中國移動。

中國移動擁有GSM/TD-SCDMA/TD-LTE運營商牌照和相應頻譜資源。

（1）TD-LTE頻率：E頻段（B40）50MHz（2320～2370MHz）；D頻段（B41）60MHz（2575～2635MHz）。

（2）TD-SCDMA頻率：F頻段（B39）20MHz（1880～1900MHz）；A頻段（B34）15MHz（2010～2025MHz）。

2.1.2.2 中國聯通。

中國聯通同時擁有GSM/UMTS/TD-LTE/LTE FDD運營商牌照和相應頻譜資源。

（1）LTE FDD頻率：B3（L1800）2X20MHz（下行1840～1860MHz/上行1745～1765MHz）。

（2）TD-LTE頻率：B40（L2300）20MHz（2300～2320MHz）和B41（L2600）20MHz（2555～2575MHz）。

2.1.2.3 中國電信。

中國電信同時擁有CD-MA/TD-LTE/LTE FDD運營商牌照和相應頻譜資源。

（1）可用TD FDD頻率：B3（L1800）2X15MHz（下行1860～1875MHz/上行1765～1780MHz）。

（2）可用TD-LTE頻率：B41（L2600）20MHz（2635～2655MHz）。

2.2 協議差異。

2.2.1 物理層幀結構差異

LTE FDD為頻分雙工，上、下行子幀結構相同，各有10個子幀；TD-LTE為時分雙工，上、下行子幀配比有7種可選配置。

2.2.2 HARQ過程和性能差異。

上行HARQ。

LTE FDD上行最大并行HARQ進程數為8個（非上行MIMO），每個HARQ周期為8ms，支持上行4子幀TTI bundling。TD-LTE在配置為2時，最大并行上行HARQ進程數為2個，每個HARQ周期為10ms，不支持上行TTIbundling。上述差異使TD-LTE在上行業務峰值、VoLTE上行性能上與LTE FDD有較大差距。

（2）下行HARQ。

TD-LTE中，多個下行子幀的ACK/NACK需要合在1個上行子幀上發送，這會導致PUCCH資源緊張。為此，TD-LTE引入了2種HARQ反饋模式：HARQ-ACK multiplexing和HARQ-ACK bundling。前者需要較多PUCCH資源，后者因把4個連續的下行子幀ACK/NACK合成1個，當出現NACK時，這4個被bundling的TB塊都需要重傳，因此會浪費更多資源。與LTE FDD下行1對1的HARQ相比，在信道環境變化較快的場景，TD-LTE下行性能比LTE FDD要差。

2.3 業務能力差異。

2.3.1 數據業務能力差異。

下行數據速率對比：LTE FDD下行速率約為相同帶寬TD-LTE的1.4倍（見表1）。上行數據速率對比：LTE FDD上行速率約為相同帶寬TD-LTE的5倍（見表2）。

2.3.2 VoLTE業務支持能力差異。

（1）VoLTE業務覆蓋差異。從信號覆蓋的角度來看，VoLTE業務也是上行受限，又因TD-LTE配置2（3：1）不支持上行TTI bundling，這與支持TTI bundling的LTE FDD相比將損失約4dB的邊緣覆蓋增益。

（2）VoLTE業務容量差異。PDCCH資源可能限制最大同時激活的VoLTE用戶數。表3列出了不采用半靜態調度時，各系統所能支持的最大激活VoLTE用戶數（激活因子0.5）可以看出，當不采用SPS時，TD-LTE支持的VoLTE用戶容量明顯小于LTE FDD，僅約為后者的1/5。所以TD-LTE系統必須采用SPS技術來支持VoLTE業務，而這又會降低資源調度效率。總體而言，TD-LTE支持VoLTE業務的能力小于LTE FDD。

2.4 覆蓋能力差異。

2.4.1 頻段差異導致的信號傳播損耗差異。

在信號傳播特性方面，2.6GMz TD-LTE信號與1.8GMz FDD LTE在相同距離上，2.6GMz比1.8GMz信號多損耗3～5dB。

2.4.2 設備MIMO形態帶來的接收/發射增益差異。

（1）TD-LTE RUU設備一般有2通道和8通道2種，后者支持下行8T8R beamforming，平均增益約5dB；上行支持8接收分集（1T8R），分集增益約為3.5～5dB。

LTE FDD RUU設備一般有2通道和4通道2種，后者支持下行4接收分集，額外獲得3dB上行增益。

（2）TD-LTE的8T8R RUU和LTE FDD RUU的2T4R RUU可以有效改善或擴展上行覆蓋，但需要占用更多的天饋及處理能力資源。

2.5 高速移動支持能力差異。

2.5.1 同步捕獲能力差異。

LTE FDD中，PSS和SSS信號位于緊鄰的2個OFDM符號中，而TD-LTE物理幀中，PSS和SSS信號之間間隔2個OFDM符號，相對而言，LTE FDD中PSS和SSS信道相關性更強，相干解調性更佳，尤其是在高鐵這樣的信道快速變化的場景，LTE FDD較TD-LTE信道捕獲能力要強。

2.5.2 多普勒頻移差異。

在高鐵這樣的高速移動場景下，接收機需要開啟多普勒頻移估計與補償功能，對抗多普勒頻移，增加解調性能。相比將而言，1.8GMz LTE FDD比2.6GMz TD-LTE更適合高速移動場景。高速移動使小區切換更加頻繁、多普勒頻移加大，因而性能下降（TDD/FDD LTE多普勒頻移對比見表4）。

3. TDD/FDD LTE融合組網策略探討及建議

3.1 覆蓋策略。

3.1.1 網絡覆蓋的廣度、深度和覆蓋率需要一個循序漸進的過程，覆蓋策略正是對這一過程的合理規劃：即覆蓋區域由主到次，覆蓋程度由淺到深、覆蓋厚度由薄到厚過程的合理規劃，分階段投資建設，逐步實現目標網絡。

3.1.2 TDD/FDD LTE融合組網目標網的終極形態是兩網重疊覆蓋，但這未必符合投資效益最大化的原則。基于運營目標和競爭需求，結合TDD、FDD2種技術性能差異，分區域 、分場景、分階段部署TDD、FDD2種網絡設備，充分發揮各自的技術特點來實現TDD/FDD LTE融合組網，才是上策。

基于上述原則，推薦如下發展策略：

（1）密集市區、熱點。TDD/FDD LTE重疊覆蓋，支持CA功能（需要同一BBU），最大程度發揮融合網絡性能。在實現重疊覆蓋之前，也可TDD/FDD 合理插花，降低同頻干擾，優化發給質量。上述部署，需要考慮2種制式覆蓋能力的差異，TD-LTE需要規劃更多的物理站址。

（2）普通市區。優先考慮LTE FDD為主（發揮覆蓋能力強的優勢）、TD-LTE為輔（加強熱點區域高校校園等覆蓋厚度，提供更大業務容量）部署融合網絡，此時TD-LTE僅局部連續覆蓋。對于已經以TD-LTE為主部署了4G網絡的區域（如中國聯通、中國電信的部分本地網，中國移動的所有TD-LTE本地網），可以利用LTE FDD覆蓋能力強的特點，對居民區、城中村等弱覆蓋區或盲區進行覆蓋補盲或補強。

（3）郊區、縣城、鄉鎮。同普通市區一樣，上述地區建議以低頻段的LTE FDD為主進行基本覆蓋。但部分熱點地區（如校園）、聚合性場所等，可以引進TD-LTE吸收熱點話務。為擴大覆蓋范圍，2T4R的低頻段LTE FDD是首選，如果以TD-LTE為主進行基本覆蓋，建議采用8T8R以擴大覆蓋范圍，降低所需基站數量。

（4）農村廣覆蓋。農村廣覆蓋更加需要低頻段以擴大單站覆蓋范圍。考慮低頻段資源的稀缺，G900、CDMA850重耕用于部署LTE FDD是不錯的選擇。另外，450/700MHz等頻段若能分配使用，更是上選。且綜合考慮技術制度差異，建議優先用于LTE FDD。

（5）高鐵、高速公路、普通交通線。高鐵、高速公路覆蓋優先選擇同步捕捉能力更強，抗多普勒頻移、覆蓋能力更強的LTE FDD。但TD-LTE也可用于高速公路、普通交通線的覆蓋。且TD-LTE用于面覆蓋時與LTE FDD差距過大，用于帶狀覆蓋可在一定程度上拉近差距，利用效率要高些。

3.2 業務策略。

3.2.1 VoLTE業務策略。

3.2.1.1 除普通上網業務（移動互聯網、文件下載與上傳、OTT等）外，4G網絡還需要重點考慮VoLTE業務。VoLTE高清、標清語音和可視頻通話業務終將取代傳統2G/3G電路域語音業務而成為移動蜂窩網絡的基本業務。

在TDD/FDD LTE融合組網架構下，VoLTE業務策略主要考慮在TDD、FDD哪個制式承載較好。考慮前文分析的VoLTE業務提供能力的差異，在LTE FDD網絡上開展VoLTE業務更具優勢。但VoLTE業務需要非常好的基本覆蓋才能給用戶提供較好的業務感受（覆蓋率需要達到2G/3G網絡覆蓋水平），所以建網初期應綜合考慮TDD/FDD LTE融合網絡的覆蓋情況，需要TDD/FDD載波都能支持VoLTE業務。但需要指出，在TDD/FDD載波間進行異頻切換時的切換成功率通常較同頻切換略差，VoLTE應盡量減少在質差覆蓋區域的異頻切換。

3.2.1.2 基于上述分析，優先推薦如下VoLTE業務策略。

（1）VoLTE業務優選載波為連續覆蓋的LTE FDD載波。

（2）當VoLTE業務已經在TD-LTE載波上建立時，可以基于A4切換（目標小區滿足一定的RSRP門限），使業務向高優先級的LTE FDD切換。

（3）VoLTE業務從LTE FDD向TD-LTE切換遵循普通數據業務切換策略。

（4）對于以TD-LTE為主、LTE FDD為輔的融合網絡，可以對調上述優先級，讓VoLTE業務盡量承載在主覆蓋、連續覆蓋的TD-LTE載波。

3.2.2 終端策略。

同時支持TDD/FDD LTE各載波且所有支持上述各載波間聚合的多模多頻終端，能很好地支持運營商靈活地發展各種業務，因而是運營商定制終端的首選。低端機型有可能僅支持運營商主要的LTE制式或主要的頻段，這會對終端的移動性帶來限制。

3.2.3 CA功能實現。

（1）按照規范，R10及以上版本的 LTE設備和終端才支持載波聚合CA，通常CAT6才支持R10，支持這一特性的存量終端較少。

（2）從設備角度看，要實現TDD/FDD LTE之間的CA，需要同廠商、同BBU同時支持TDD/FDD LTE方可。未來可考慮C-RAN架構下，通過BBU池實現更多RRU之間的CA。

（3）主載波選擇：為提高TDD/FDD LTE CA切換性能，主載波應優先選擇連續覆蓋的載波（比如中國聯通以LTE FDD為主，中國移動以TD-LTE為主）。

（4）輔載波配置與去配置：考慮到TDD/FDD LTE載波的覆蓋能力差異較大，TDD/FDD LTE載波聚合建議采用A4測量事件進行輔載波配置，即在終端初始接入網后，網絡下發輔載波測量，僅當檢測到輔載波信號質量滿足門限條件觸發反饋測量結果，并由網絡下發輔載波配置消息后才配置輔載波。另外，推薦開啟輔載波去配置功能。

（5）輔載波激活與去激活：建議采用基于數據量的輔載波激活方案；建議采用基于數據量及CQI的輔載波激活方案。

3.3 TDD/FDD LTE網間移動性。

（1）在TDD/FDD LTE融合組網架構下，用戶感受不到在網間的移動才是最佳的移動性。 TDD/FDD之間的移動性包括空閑狀態的重選，業務重定向和切換等。觸發用戶進行網間移動的因素包括頻率優先級、覆蓋（信號強度或質量）、負載均衡、接入控制等。

（2）在TDD/FDD LTE融合組網架構下，需要基于運營策略及位置區域不同，通過配置不同的頻率優先級，使業務優先承載在某一載波。比如，在中國聯通以LTE FDD為主覆蓋，以TD-LTE吸熱的覆蓋區域，配置TD-LTE更高的頻率優先級，可以使雙模終端在空閑態時優先駐留在TD-LTE載波上，從而有利于TD-LTE吸收數據業務；但對于VoLTE業務，為保證VoLTE業務良好的移動性，設置LTE FDD載波為優先載波，使VoLTE優先承載、優先切向LTE FDD載波。

（3）合理配置基于信號覆蓋強度和覆蓋質量在TDD/FDD載波間的重選和切換，是TDD/FDD LTE融合組網的基本要求。通過優化各觸發門限，可以達到控制用戶在網間移動性、滿足用戶業務連續性和良好業務告知的目的。建議基于A2+A3方案來實現TDD/FDD LTE載波間數據業務的切換，基于A4切換使VoLTE業務優先切換至優選載波（連續覆蓋的主載波）。

（4）建議配置基于載波間負載均衡或接入控制的業務重定向功能，合理控制TDD/FDD載波間的負載，充分發揮融合組網的潛力。

4. 結束語

綜合以上分析和建議，運營商應充分分析TD-LTE和LTE FDD技術差異，合理搭配TDD/FDD LTE網絡資源，完善網絡覆蓋廣度、深度和厚度，優化網絡移動性，使TDD/FDD LTE真正融合一體，從而使用用戶獲得良好的業務感知。

[文章編號]1619-2737（2017）07-20-653