F頻段和D頻段性能差異及組網對比分析的研究

張志鈺 劉利強

摘? 要：TD-LTE網絡為多制式多頻段的模式，在中國移動TD-LTE網絡建設中，F頻段（1880-1900MHz）和D頻段（2575-2635MHz）均可用于室外覆蓋建設。隨著4G網絡深度覆蓋的逐步推進，不同組網方式的選擇使網絡覆蓋的質量和成本造成很大的差異，本文主要通過頻譜分析、覆蓋能力分析、LTE技術對覆蓋的影響等多方面分析，比較TD-LTE網絡中F頻段和D頻段的性能差異，并結合中國移動的實際情況對F頻段、D頻段建設性價比、新技術應用及組網方式進行對比分析。

關鍵詞：TD-LTE網絡;性能差異;MIMO;組網方式

中圖分類號：TN929.5? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）07-0059-03

Abstract：TD-LTE network is a multi-system and multi-band mode. In the construction of China Mobile TD-LTE network，F band （1880-1900MHz） and D band （2575-2635MHz） can be used for outdoor coverage construction. With the gradual advancement of deep coverage in 4G networks，the quality and cost of network coverage vary greatly with the choice of different networking modes. This paper mainly analyses the performance differences of F-band and D-band in TD-LTE networks through spectrum analysis，coverage capability analysis and LTE technology’s impact on coverage，and combines the actual situation of China Mobile with the constructive cost ratio of F-band and D-band. The application of new technology and the way of networking are compared and analyzed.

Keywords：TD-LTE network;performance difference;MIMO;networking mode

1? 頻譜分析

頻譜帶寬對TD-LTE網絡競爭有很大的影響，隨著LTE市場需求的增加，人們對LTE頻譜資源的重視力度也越來越大。目前，中國移動LTE頻段（室外覆蓋）有D頻段和F頻段兩種，其中F頻段的頻譜范圍為（1880-1900MHz），D頻段的頻譜范圍為（2575-2635MHz），F頻段的頻率小于D頻段的頻率，同時F頻段的帶寬（20MHz）也小于D頻段的頻譜帶寬（60MHz）。

中國移動F頻段（1.9GHz）和D頻段（2.6GHz）在組網頻率的選擇上有著不同的特點，D頻段頻譜相對干凈，2.6GHz上下目前沒有系統使用，來自外在的頻率干擾幾乎沒有，自身的頻段隔離度也相對較好，而且D頻段也作為國際主流的頻段，不會像F頻段只能在國內使用。F頻段1.9GHz會受到小靈通系統（PHS），3G系統（TD-SCDMA）以及2G的DCS1800高頻段帶來的嚴重的阻塞干擾，也會受到電信FDD上行頻段的干擾，會造成后期的優化工作相對雜。

F頻段相比于D頻段，其傳輸特性好，穿透能力強，傳輸范圍更廣，但F頻段僅有20MHz可利用頻譜，由于頻率的限制，在密集市區無法承載相應的容量需求，在小區邊緣重疊區域，性能下降嚴重;而D頻段擴展性強，中國移動D頻段共60MHz可利用頻譜，在密集市區吸收容量有較大的優勢，但是D頻段衰減較大，穿透能力較差，覆蓋范圍小，需要建設更多的基站來達到覆蓋要求，建設成本較高。

2? 覆蓋能力分析

對于移動通信技術頻段的選擇，覆蓋能力是重要的影響因素。根據自由空間傳播模型，可以看出在相同的距離下，D頻段（2.6GHz）比F頻段（1.9GHz）損耗多2.7dB，公式如下：

采用COST-231Hata模型進行仿真計算，以市區宏蜂窩為例，D頻段（2.6GHz）比F頻段（1.9GHz）損耗多4.6dB，公式如下：

根據中國移動對F頻段和D頻段的測試數據得出，在路徑上有遮擋時，F頻段的繞射衰落比D頻段覆蓋電平強5dB左右，吞吐率提升10Mbit/s左右;在穿透玻璃時，F頻段的穿透損耗比D頻段穿透損耗小5dB左右，吞吐率提升10Mbit/s左右;在穿透隔墻時，F頻段的穿透損耗比D頻段穿透損耗小10dB左右，吞吐率提升27Mbit/s左右;由此可知，F頻段的深度覆蓋能力優于D頻段。

綜上的計算結果得知，由于F頻段頻率低于D頻段，所以F頻段在室外覆蓋要優于D頻段，在相同條件及要求下，F頻段具有更強的覆蓋能力，F頻段比D頻段的小區覆蓋半徑多20%，每平方公里的站點數量也減少40%。國外某網絡運營商和廠商在實踐中也發現，LTE網絡在發展的過程中移動數據量的分配與站點之間并不成正比，20%的高負荷站點卻承擔著80%的數據流量。我國農村人口急劇往城市集中，在核心城區移動數據流量傳送的站點距離小于500米，500米范圍內的站點使用D頻段完全可以滿足需求，與F頻段的區別并不是很大。在偏遠郊區及農村F頻段的優勢較為明顯，F頻段頻率較低，覆蓋能力強，容量需求相對不高，F頻段可滿足覆蓋要求。

3? LTE技術對覆蓋的影響

與3G系統相比，TD-LTE系統具有高數據速率、低延遲、分組傳輸、向下兼容等特點。TD-LTE的主要技術特點有：基于TDD雙工方式、以OFDMA為多址技術（上行采用SCFDMA）、采用了MIMO（Multiple Input Multiple Output）技術。這些特點使得其在網絡覆蓋規劃中呈現一些特性。

（1）雙工方式。TD-LTE系統支持和優化了TDD技術，更加靈活地支持波束賦形等MIMO技術和可變的上下行比例。TD-LTE系統共有7種上下行配置，其中4種為5ms周期，可實現與TD-SCDMA系統的協同規劃，3種為10ms周期，以適用于不同的應用場景。

（2）OFDMA技術。TD-LTE系統規定了下行采用OFDMA，上行采用單載波OFDMA（SC-FDMA）的多址技術。根據TD-LTE系統上下行傳輸方式的特點，無論是下行OFDMA還是上行SC-FDMA都保證了同小區中不同用戶間的正交性。因此，影響TD-LTE系統覆蓋范圍的干擾只來自鄰小區，而不存在小區內部干擾。

（3）MIMO技術。為了提高系統容量，增加覆蓋范圍，TD-LTE系統采用8天線和2天線的MIMO技術。當采用8天線配置時，下行控制信道使用2天線端口的2×2發送分集（SFBC），下行業務信道使用8×2波束賦形;上行控制信道和業務信道均使用1×8接收分集。當采用2天線配置時，下行控制信道和業務信道使用2×2發送分集，上行控制信道和業務信道使用1×2接收分集。

4? 建設性價比分析

早在2010年，中國移動在TD-SCDMA四期招標中引入F頻段時，已在標書中明確F頻段的設備需支持平滑升級到TD-LTE，已經為F頻段升級TD-LTE做好技術鋪墊，所以在TD-LTE網絡建設初期，F頻段可以通過從TD-SCDMA系統直接升級改造建設，網絡搭建快捷、方便、成本較低，但F頻段帶寬較小，可擴展性差，獨立組網困難，干擾較多，在密集城區用戶體驗差。

而D頻段國際電聯劃分出的TD-LTE頻段，是國際通用頻段，幾乎所有的主流設備廠家都有相關的設備支出，產業鏈更加健全，頻譜帶寬大，后期升級簡單，可獨立進行組網，但由于D頻段屬于新建網絡，建設速度慢，建設成本較高，不適用于建設初期，可在核心城區進行連續覆蓋及在一般市區進行容量需求覆蓋。

與3G系統不同，4G系統的用戶體驗主要在更大程度上依賴于信噪比，信噪比（SINR）是指接收到的有用信號的強度與接收到的干擾信號（噪聲和干擾）的強度的比值，所以信噪比主要是受到系統間的干擾和外部干擾等因素的影響。由于D頻段（60MHz）自身的頻譜帶寬比F頻段（20MHz）大，可利用的頻譜資源也相對豐富，可通過雙倍增強時隙等技術帶來更好的用戶體驗。但是，在F頻段中，當3G、4G共址建設共享無線射頻設備時，往往會導致無線射頻阻塞特性變差，干擾增強，噪聲變多，網絡性能下降，用戶體驗變差。

5? 新技術應用

5.1? 四流MIMO功能

四流MIMO功能是利用基站和終端的多天線技術，單用戶同時傳輸四路數據。包括TM4、TM9兩種模式，其中TM4適用于4通道微站，TM9適用于8通道宏站，下行峰值速率分別提升60%、100%。鑒于目前4流終端支持比例較低，四流MIMO功能可部署于業務演示等需求的新建4通道微站和高信噪比宏站。

5.2? 256QAM功能

256QAM是一種高階調制編碼方式，在高信噪比（大于20dB）條件下能夠顯著提升頻譜效率，單用戶峰值速率和小區峰值容量可提升33%。鑒于目前256QAM終端滲透率較低，可部署于業務演示等需求的室分、地鐵、高信噪比宏站等場景。

5.3? 3D-MIMO

D頻段新設備3D-MIMO采用多天線Massive MIMO，64T64R技術，可在原有D頻段的能力上更進一步提升，提升錘子覆蓋能力，垂直波瓣從8度擴展到30度;提升小區邊緣速率，波束能量更集中，提升邊緣速率;提升小區容量，利用MU-MIMO技術，多流數據服務多用戶，提升小區吞吐率;可用于高層樓宇覆蓋和高容量小區覆蓋，如高校、大型演唱會、體育賽事等，提供網絡保障。

6? 組網對比分析

通過上述分析，在移動通信網絡頻段的選擇方面，F頻段和D頻段各有各的優勢，F頻段與D頻段的性能對比分析如表1所示。

F頻段建設成本較低，覆蓋范圍廣，可以充分利用TD-CSDMA網絡，快速部署TD-LTE網絡，再利用D頻段對核心城區進行連續覆蓋，一般城區進行容量覆蓋，部署一張覆蓋范圍更廣、質量更高的TD-LTE網絡。對于室內，可采用D頻段微站進行覆蓋，場景屬性具體建設策略及分析如下：

（1）核心城區及一般市區：采用F/D組合組網，F頻段解決室內深度覆蓋及室外連續覆蓋，D頻段增加容量疊加覆蓋;

（2）縣城：采用F頻段解決網絡覆蓋，局部熱點采用D頻段進行補充覆蓋;

（3）偏遠農村：采用F頻段進行網絡覆蓋。

隨著各大運營商響應國家號召，各個運營商均開啟了不限量套餐，現階段的難點是縣城及城區的容量需求，及核心城區的爆發式需求，現有的F頻段和D頻段疊加覆蓋已滿足不了部分場景的覆蓋，如高校，現在各廠家已針對F頻段和D頻段出具各種新型設備，對核心城區采用宏、微、皮、飛等四種設備分層覆蓋，滿足現階段的容量需求。

參考文獻：

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[3] 張英孔，陳少權，羅旋.LTE D頻段和F頻段覆蓋能力差異理論研究報告 [J].信息通信，2013（9）：230-232.

作者簡介：張志鈺（1989-），男，漢族，甘肅慶陽人，現任網絡院甘肅所無線專業負責人，工程師，畢業于華南理工大學電子科學與技術專業，本科，主要研究方向：無線通信網絡規劃、咨詢及工程設計;劉利強（1984-），男，漢族，陜西眉縣人，現任網絡院甘肅所傳輸專業負責人，助理工程師，畢業于陜西師范大學計算機科學與技術專業，本科，主要研究方向：通信傳輸網絡規劃、咨詢及工程設計。