高鐵LTE網絡中TDD和FDD融合組網研究

石 巍，張洪偉，吳 磊，左坤明（中國移動通信集團設計院有限公司重慶分公司，重慶 401121）

0 引言

隨著高鐵的普及，高鐵已成為人們出行方式的首選，同時隨著LTE 網絡覆蓋和用戶終端普及，高鐵網絡覆蓋和容量成為用戶體驗的主要瓶頸。別的運營商利用原有站址，短時間內補齊覆蓋短板，中國移動高鐵專網優勢受到嚴峻挑戰。受限于TDD 制式，上行能力與友商差距較大。為解決高鐵網絡覆蓋和容量，高鐵覆蓋采用FDD+TDD 組網方式，利用FDD 的技術優勢和低頻段組網，解決高鐵覆蓋和容量問題。

1 覆蓋能力

目前高鐵組網方式單一，主要以F頻段為主，無法滿足高鐵“潮汐效應”需求。隨著LTE 網絡的發展，目前單一組網的方式已經很難滿足用戶的要求，利用各網絡制式優點的混合組網方式成為運營商建網的首選。2種網絡制式中TDD覆蓋比FDD小80%（DL/UL=2∶1）/小40%（DL/UL=1∶1）。主要原因為TDD 上行鏈路可發射的時間（一個10 ms 幀中）要比FDD 時間短，以及FDD 制式較TDD 制式可使用的RB 資源更多，吞吐率更高。從LTE 頻譜分配來看，FDD 頻段普遍較低，TDD 頻段主要分布在高頻段，FDD 制式較TDD 制式覆蓋能力更強。FDD 上行能力相當于2 倍頻寬的TDD 載波，而TDD 制式需要通過時域切換改變上傳和下載，對高鐵用戶而言，FDD 網絡體驗相對來說更勝一籌。

2 FDD規劃建設

2.1 頻率選擇

高鐵FDD 組網采用10 MHz 帶寬組網，相比TDD高頻段（與TDD 網絡按1∶1 同站址的拓撲結構）具有更好的覆蓋能力（見表1）。FDD 覆蓋范圍比TDD 更大，更適合高速移動場景，FDD可有效彌補TDD網絡D頻段的覆蓋盲區。且FDD 1.8 GHz 頻段相對TDD 1.9/2.6 GHz 多普勒頻偏小，上行頻偏為TDD 2.6 GHz 的70%。

表1 性能參數

FDD 與TDD 2 天線VoLTE 覆蓋對比：相同AMR下，FDD 下行與TDD 相當；相同AMR 下，FDD 上行的MCS 要求更低，需要RB 更少，因此上行優于TDD 約2 dB（見表2）。

高鐵FDD 采用10 MHz 帶寬組網與現網DCS1800存在一定重合，需要對現網DCS1800 站點進行退頻，因此TDD 干擾主要來自系統內干擾，FDD 干擾主要來源于GSM頻率干擾。

初期通過GSM1800 退出10 MHz 帶寬給高鐵使用，高鐵周邊3 km 內清頻隔離，城區及高鐵周邊未建立FDD 1800網絡覆蓋。

后期當公網逐步使用FDD 1800后，通過高鐵周邊站點RF 優化，保證高鐵專網的覆蓋，同時利用軟特性（高速專屬策略管理）構建同頻虛擬專網，進一步保證高鐵專網性能不下降。

2.2 參數規劃原則

FDD 的TAC 規劃原則只要容量允許，FDD 和TDD規劃使用相同TAC。

FDD 的PCI 規劃原則應盡量避免PCI 沖突、PCI 混淆和PCI干擾。

PRACH 規劃邏輯根應該滿足高鐵小區的覆蓋半徑的要求，高鐵沿線的普通小區要先避免使用高鐵邏輯根。高鐵HighSpeedFlag 設置為True。零相關配置（zeroCorrelationZoneConfig）設置使用高速場景組，前導 格 式（PreambleFormat）、競 爭 式（preamblenumberOfRAPreambles）、頻率偏移（prachFrequencyOffset）配置與普通小區一致。

2.3 RRU合并原則

高鐵站點規劃多RRU 共小區規劃原則，以達到改善小區邊緣性能，提升單個RRU 覆蓋半徑和提升下載感知速率的目的，同時減少高鐵頻繁切換問題。

針對高鐵途經的不同場景區域，選擇不同多RRU共小區數目，避免高鐵專網小區負荷過高，具體如下。

a）城區根據實際容量采用合適的共小區方案。

b）郊區建議采用2～6個RRU共小區。

c）農村建議采用6～12個RRU共小區。

d）隧道及隧道群場景，在不超過RRU 共小區最大數目情況下，建議全線共小區。

2.4 專網建設

2.4.1 建設原則

網管：與高鐵網絡共網管，統一管理。

核心網：接入現網核心網，同廠家建設更快速。

傳輸：TDD和FDD共傳輸。

BBU：TDD 和FDD 共用BBU 框，節省空間，其中GSM900和1800獨立BBU框。

主控：TDD和FDD共主控。

基帶：TDD和FDD獨立基帶。

射頻模塊：TDD 和FDD 獨立RRU，做到獨立優化，達到雙網雙優，RRU 使用支持2T2R 的模塊，速率更快，體驗翻倍。

天面：TDD 采用獨立天線，其中TDD-F 與TDD-D采用共RRU共天面的模式，FDD與GSM900共天線。

電源：需要配置充足的DCDU-12B，電源線徑要根據實際距離確認。

圖1給出了FDD制式拓撲圖。對于新建高鐵采用如圖2 所示FDD 建設方案；對于已通高鐵，采用如圖3所示的FDD擴容建設方案。

2.4.2 建設規模

表2 TDD1.9 GHz和FDD 1.8 GHz鏈路預算

高鐵全線長度344 km，本次規劃設計223 km，其中隧道里程116 km。

高鐵全線采用FDD/TDD-F/TDD-D 1∶1∶1 的建設方式，其中共計規劃FDD 站點共計108 個，小區108個，高鐵全線站間距為475 m。

目前新建高鐵采用TDD+FDD 同步建設、融合組網的方案，解決高鐵覆蓋和容量問題，后期將對現有路段新建FDD以解決目前存在的覆蓋和容量問題。

3 專網參數設置

3.1 功率設置

TDD/FDD 采用功率配置最大原則，因高鐵FDD 采用DCS1800 頻段10 MHz 帶寬，且同時RRU 型號發射功率明顯強于TDD 設備RRU，覆蓋效果理論要明顯好于TDD覆蓋效果。

3.2 互操作策略

圖1 FDD制式拓撲圖

圖2 新建高鐵FDD組網方式

圖3 已建高鐵FDD擴容方案

圖4 互操作策略

3.2.1 整體原則

圖4給出了互操作策略示意。

a）數據業務：4G 終端優先駐留4G 專網，在4G 專網只重選/重定向至2G 專網，在2G 專網可直接重選回4G 專網減少互操作復雜性，在4G 專網覆蓋質量較高的線路，可適當調低4G到2G的重選/重定向門限。

b）CSFB：CSFB終端撥打電話時，通過盲重定向到2G專網，完成通話后，通過終端自主FR返回4G專網。

c）eSRVCC：VoLTE 終端在語音過程中，通過eSVRCC 切換到2G 專網，完成通話后通過終端自主FR返回4G專網。

d）2G終端只占用2G專網。

3.2.2 策略方案

通過基于業務的分層，將不同特點的業務與不同特性的頻段進行適配，VoLTE 業務優先承載在F頻段，大包數據業務優先承載在FDD載波。

對不同頻段設置同優先級、調整切換觸發策略、優化互操作門限，解決“FDD忙TDD閑”問題（見表3）。

3.2.3 空閑態駐留策略

針對小區重選和駐留問題，后期將根據高鐵沿線覆蓋和容量實際情況進行專題研究，選擇駐留策略，統一設置駐留策略，達到高鐵專網小區負荷均衡和用戶體驗連續的目的（見表4）。

3.2.4 連接態切換和負載均衡策略

表3 各頻段優缺點及作用

表4 駐留策略

公網與專網鄰區規劃原則：根據切換策略，在車站站臺位置，高鐵專網站點需要與車站室分進行相互切換，遵循原則如下。

a）高鐵專網與車站室分、車站室分與公網互配鄰區關系。

b）專網與站臺室分切換位置盡量不要落在車站上下車區域。

高鐵沿線專網鄰區規劃：高鐵FDD 專網鏈形下上級有切換關系高鐵專網小區（FDD 與TDD-F、FDD 與TDD-D、TDD-F與TDD-D）對互配鄰區關系，同時原則FDD高鐵專網與公網不配置鄰區關系。

采用如下互操作策略方案。

a）覆蓋類切換：考慮TDD/FDD 頻段差異，TDD 覆蓋邊界切換到FDD。

b）負載均衡策略：TDD 2 個頻點之間單向進行負載均衡，FDD 和TDD-F 頻段雙向MLB 來均衡TDD 系統和FDD系統之間的用戶數。

3.2.5 語音業務策略

高鐵FDD 網絡開啟VoLTE 語音功能，高鐵VoLTE業務優先選擇TDD-F 頻段進行承載。FDD 用戶優先進行同頻切換，其次為異頻切換，最后執行eSRVCC。根據高鐵用戶終端能力，語音業務解決方案如下。

a）不支持VoLTE 的終端沿用當前CSFB 策略回落GSM，通話結束后快速返回LTE。

b）支持VoLTE 的終端且支持FDD，通過設置特殊的異頻切換策略（QCI1 A2 門限高）優先承載在FDD1800上。

c）支持VoLTE但不支持FDD的終端，通過設置特殊的異頻切換策略（QCI1 A2 門限高）優先承載在F 頻段上，弱覆蓋區域SRVCC到GSM。

4 建網效果

4.1 覆蓋率效果

網絡建設優化完成后，線路1 高鐵綜合覆蓋率由76.68%提升至86.42%，相比開通前提升9.74%；線路2高鐵段綜合覆蓋率由88.99%提升至94.72%，提升5.73%，提升效果明顯。

4.2 業務及用戶分流效果

FDD 站點開通優化后，FDD 網絡業務分流占比44%，用戶分流占比44.3%，用戶數超300的小區由122個降低至37 個，有效分擔了TDD 流量負荷，緩解業務擁塞。TDD 網絡開通前用戶數為20 211個/天，開通后FDD 網絡承載用戶數為9 373 個/天，TDD 網絡承載用戶數為11 785 個/天，總承載用戶數為21 158 個/天較建設前有所增加。業務分流開通前TDD 網絡承載業務流量為2 589 GB/天，開通后FDD 網絡承載業務流量為1 694 GB/天，TDD 網絡承載業務流量為2 154 GB/天，總計承載為3 848 GB/天，較建網前增加1 259 GB/天，有效釋放網絡負荷高導致的壓抑流量，緩解網絡負荷，發揮FDD網絡優勢。

5 總結

合理地融合FDD 和TDD 網絡，對于高速場景的覆蓋具有重要意義，不但可以很好地解決技術不能解決的問題，還可以充分利用目前比較缺少的資源，探索一個新的網絡建設方向，為后續網絡建設提供參考。