破解TD-LTE与LTE FDD融合组网的四大难题

电子工程师 2017-12-05 618

RF/无线

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近年来，用户对移动数据业务需求的不断增长，推动了LTE网络商用进程的加速。纵观全球，现阶段LTE商用网络仍以LTE FDD制式为主，但随着其网络建设逐步推进，用户和业务的增加，LTE FDD网络频率资源不足、容量不足等问题将逐渐凸显，而TD-LTE网络在频谱资源上拥有更多的资源，可以有效缓解FDD频谱紧张问题。因此，TD- LTE和LTE FDD的融合组网将成为未来趋势。

然而，由于TD-LTE与LTE FDD网络在频段选择、天线类型、覆盖特性、容量特性等方面存在差异，TD-LTE与LTE FDD融合组网还面临一些挑战，尤其需要解决网络定位、频段选择、天线选择以及终端策略四大问题。

性能对比

TD-LTE与LTE FDD各有千秋

从覆盖性能上看，LTE FDD略优于TD-LTE网络。根据3GPP关于TD-LTE与LTE FDD的频段分配，TD-LTE网络工作频段要高于LTE FDD网络，因此单从频段使用角度上看，鉴于LTE FDD网络频段优势，其在覆盖性能上会优于TD-LTE网络。

除频段外，信噪比也会在一定程度上影响LTE网络的覆盖性能。在其他配置相同的情况下，基于20MHz带宽TD-LTE系统的热噪声比基于2×10MHz带宽的LTE FDD系统大3dB左右，在这一条件下，根据链路预算，LTE FDD网络的上行覆盖半径将比TD-LTE网络大18%左右。

TD-LTE网络可以采用8天线组网，而LTE FDD网络主要采用2天线组网。使用8天线波束赋形时，TD-LTE网络在下行可以获得1dB～3dB的增益;TD-LTE利用8天线分集接收，在上行可获得3dB～5dB的分集增益。

总而言之，从国内频段分配情况上看，TD-LTE主要工作于2.6GHz频段，而LTE FDD目前尚未发放牌照，频段未定，我们预测其可能的频段是1.8GHz.在这一背景下，LTE FDD的覆盖性能要优于TD-LTE网络。

在容量性能上，LTE FDD相对于TD-LTE在容量上有一定优势，但是差距有限。

LTE网络中衡量容量性能的指标主要有小区平均吞吐量、小区边缘吞吐量、同时在线用户数、同时调度用户数等，上述指标与LTE小区的信道配置、参数配置、调度算法、小区间干扰协调算法等因素有关。

TD- LTE与LTE FDD系统的容量的差异，主要表现在三个方面：第一，TD-LTE与LTE FDD在上下行网络容量上互有优势;第二，TD-LTE与LTE FDD的同时在线用户数、同时调度用户数性能相近;第三，LTE FDD的小区吞吐量要大于TD-LTE网络。

融合组网

四大问题不容忽视

1.网络定位

TD-LTE与LTE FDD融合组网建设，首先要解决两种制式网络定位问题，通过合理定位，力争以最小投资满足用户和业务的发展需求。

从国际上TD-LTE与LTE FDD融合组网部署案例来看，一般根据工作频段来确定网络定位：频段较低的系统发挥其广覆盖优势，主要解决网络覆盖;而频段较高的系统，由于覆盖能力不足，多用于热点区域的业务吸收。

目前我国只发放了TD-LTE一张牌照，TD-LTE网络需要重点考虑密集城区、一般城区和发达乡镇的覆盖和业务吸收问题。随着TD-LTE与LTE FDD混合组网试验的推进，未来我国必将是TD-LTE与LTE FDD共同发展。TD-LTE主要工作于2GHz以上频段，而LTE FDD预计将工作在1.8GHz频段，从长远的发展角度上看，LTE FDD网络将主要用于覆盖，TD-LTE网络则主要用于容量吸收。

由于GSM技术本身的局限性，对数据业务的承载能力较弱，不适应移动互联网时代的业务承载需求，在未来将逐渐退出。在GSM退网后，其900MHz频段可以用于LTE FDD网络建设，以更好地发挥LTE FDD网络广覆盖优势。

2.频率策略

我国TD-LTE牌照发放时，相关频段已经确定。从目前TD-LTE频段划分结果上看，主要有1.8GHz、2.3GHz和2.6GHz三个频段，其中 2.3GHz频段用于室内覆盖，而1.8GHz和2.6GHz两个频段用于室外覆盖。对于中国移动，由于其获得了1.8GHz和2.6GHz两个频段，从组网性能及投资上考虑，广覆盖以1.8GHz为主，可以发挥其广覆盖优势，减少站址需求，降低网络投资，而对于2.6GHz频段，为了发挥其频谱资源相对丰富的优势，主要用于热点区域的容量吸收。

对于LTE FDD网络，目前看来可能采用1.8GHz和2.1GHz两个频段，根据国际上的组网经验和产业链现状考虑，1.8GHz成熟度较高，有可能成为LTE FDD网络的主流频段，但1.8GHz频谱的匮乏和较小隔离带可能会带来系统间的干扰，尤其需要重点考虑对1.8GHz TD-LTE的干扰。

3.天线策略

3GPP R9版本规定了8种传输模式，但在实际应用中主要采用2天线和8天线两种技术，这两种天线技术互为补充，根据实际信道的变化灵活运用。

从国内相关TD-LTE试验网及商用网建设的测试结果来看，8天线和2天线组网存在区别：首先，在成本上8天线比2天线单设备成本高;其次，在网络性能上，8天线TD-LTE网络的覆盖性和容量性能都优于2天线网络;再次，在工程施工以及运营维护难度上，8天线尺寸较大，施工难度相对较大，对站点天面资源要求较高，而2天线尺寸较小，施工难度较小，便于工程施工和快速建网。

对于LTE FDD系统建设而言，目前主要有2T2R和2T4R两种天线。与2T2R天线相比，2T4R天线在覆盖性能上，可以获得3.5dB~4.5 dB的反向增益，但其工程造价和工程实施难度要高于2T2R天线，因此在实际建网过程中，应根据不同场景和需要，灵活选择2T2R和2T4R天线进行网络部署。

4.终端策略

目前LTE终端主要有数据卡、CPE、模块、平板电脑、上网本、智能手机等。在网络初期，LTE终端将以数据卡为主，之后可能逐渐采用LTE智能手机、平板电脑等终端。

在TD-LTE与LTE FDD融合组网时，终端需要支持更多的制式。考虑到国际漫游问题，融合终端至少要支持TD-LTE、LTE FDD、GSM、WCDMA、WiFi等制式。

3GPP 定义的FDD频段有26个，TDD频段有12个，LTE频段离散、频率间跨距大，且没有集中的全球漫游频段，终端支持多模频段已经成为必然选择。随着载波聚合技术的应用，对于TD-LTE与LTE FDD融合网络终端的多频段支持能力要求将更高，这也将增加TD-LTE与LTE FDD融合网络终端实现难度。

针对LTE终端，中国移动提出了五模十频的要求，加大了芯片厂商的实现难度，目前只有高通、海思、联发科等少数厂商的产品，可以满足五模十频的要求。因此从芯片角度考虑，满足未来TD-LTE与LTE FDD融合组网要求，还有一段很长的路要走。

总工点评

TD- LTE与LTE FDD融合发展成为必然趋势。随着全球LTE商用网络的不断开通，用户数和业务量的增长，LTE FDD频谱资源不足的问题逐渐凸显，而TD-LTE具有较丰富的频谱资源，两者融合组网，可以有效缓解FDD频谱紧张问题。同时也该看到，与LTE FDD相比，TD-LTE在产业链发展等方面，还有一定的差距。为促进TD-LTE发展和成熟，也需要走融合发展的国际化路线。总体来说，TD-LTE与 LTE FDD融合组网将成为未来LTE网络建设的必然趋势。目前我国“国家铁塔”公司正在筹备中，其成立将进一步推动电信基础设施的共建共享工作，有利于TD- LTE与LTE FDD多模设备的发展与成熟。

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