程日濤，徐德平，張炎炎

（中國移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司，北京100080）

1 引言

中國移動(dòng)TD-LTE發(fā)展呈現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、用戶及運(yùn)營收入均高速增長的良好態(tài)勢，與此同時(shí)，在多網(wǎng)協(xié)同發(fā)展的背景下，TD-LTE網(wǎng)絡(luò)深度覆蓋能力不足、廣度覆蓋成本高、容量發(fā)展?jié)摿κ芟薜纫蛩貙?G網(wǎng)絡(luò)的長期發(fā)展和競爭力保持提出了新的要求。

（1）TD-LTE發(fā)展面臨的問題

中國移動(dòng)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)發(fā)展面臨的主要問題從宏觀層面看，主要是深度覆蓋與廣度覆蓋能力受限、頻譜資源效率低、上行速率能力差，引起這些問題的核心原因均指向“部署頻段高”這個(gè)癥結(jié)。

從深度覆蓋能力看，對某城市同一片區(qū)域進(jìn)行的道路測試和全量MR定位分析來看，在道路覆蓋相當(dāng)好的情況下（弱覆蓋占比0.9%），所在區(qū)域的全量MR弱覆蓋及無覆蓋區(qū)域占比達(dá)32%，弱覆蓋主要位于室內(nèi)場景。

弱覆蓋定義如下。道路測試弱覆蓋占比：道路測試RSRP＜-110 dBm的采樣點(diǎn)占比。MR定位弱覆蓋占比：RSRP＜-110 dBm；采樣點(diǎn)占比＞20%的柵格占比。無覆蓋：MR采樣點(diǎn)數(shù)量<200個(gè)的柵格。

從頻譜資源效率分析，LTE網(wǎng)絡(luò)RS-SINR與頻譜效率有直接的對應(yīng)關(guān)系，而對于室內(nèi)區(qū)域覆蓋，RSRP與RS-SINR也有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)，因此對于室內(nèi)區(qū)域覆蓋場景來說，提高覆蓋強(qiáng)度意味著網(wǎng)絡(luò)具有更高的頻譜效率。

出于滿足下行基本業(yè)務(wù)速率 （1 Mbit/s）的考慮，TD-LTE現(xiàn)網(wǎng)子幀配置方式為1∶3，上行子幀資源較少，同時(shí)由于目前終端對上行64QAM功能、上行MIMO的支持能力限制，造成在演唱會等一些特定場景下，上行容量率先受限。TD-LTE理論峰值速率見表1。

表1 TD-LTE理論峰值速率

（2）GSM優(yōu)質(zhì)頻譜資源逐步釋放

在相同的產(chǎn)業(yè)條件和相同的部署場景下，頻率資源是決定系統(tǒng)覆蓋能力的唯一決定性因素，由于第一代、第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)形成的以FDD制式為主的格局，低頻段優(yōu)質(zhì)資源均為FDD系統(tǒng)占據(jù)，GSM 900 MHz、1 800 MHz是難得的頻譜資源。

由于在調(diào)制編碼方式、調(diào)度算法、干擾抑制技術(shù)方面的提升，4G網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和語音業(yè)務(wù)的頻譜利用效率方面均有一定提升，因此盡快轉(zhuǎn)模GSM系統(tǒng)為4G系統(tǒng)即是提升網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力，同時(shí)也是提升網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營效率的必然選擇。

從現(xiàn)網(wǎng)統(tǒng)計(jì)來看，由于4G用戶及4G網(wǎng)絡(luò)流量承載比例的提升，2015年5月，2G網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量較2014年底下降6.4%。按宏觀預(yù)測數(shù)據(jù)，2016-2018年相對于前一年，2G網(wǎng)絡(luò)承載業(yè)務(wù)量將分別下降20%、25%、30%。2G頻譜資源需求也有對應(yīng)比例的下降，按現(xiàn)網(wǎng)900/1 800 MHz均完全使用的場景估算，上述業(yè)務(wù)下降可以使2G可轉(zhuǎn)模頻譜資源累計(jì)達(dá)到9 MHz、20 MHz、33 MHz。

（3）雙制式4G系統(tǒng)協(xié)同部署是部分國際運(yùn)營商的選擇

日本軟銀、澳洲Optus等運(yùn)營商采用LTE FDD與TD-LTE融合發(fā)展的策略，綜合來看，對于兩種制式網(wǎng)絡(luò)的使用策略包括以下幾個(gè)方面。

·FDD做覆蓋，TDD做容量；

·FDD發(fā)展智能手機(jī)，TDD Dongle做無線數(shù)據(jù)寬帶；

·FDD做宏基站，TDD做小基站（small cell）；

·FDD做移動(dòng)接入，TDD做回傳。

很顯然，在有影響力的運(yùn)營商中，中國移動(dòng)是唯一使用TD-LTE進(jìn)行充分網(wǎng)絡(luò)建設(shè)后，再進(jìn)行LTE FDD部署的運(yùn)營商。與國際主流運(yùn)營商紛紛采用高低頻段組合建網(wǎng)的情況對照，可以理解中國移動(dòng)的雙制式4G網(wǎng)絡(luò)主要的目標(biāo)應(yīng)為高低頻段組合，而非雙制式組合，這也是中國移動(dòng)考慮LTE FDD網(wǎng)絡(luò)部署的特殊性。

2 LTE FDD網(wǎng)絡(luò)基本能力

2.1 網(wǎng)絡(luò)覆蓋

從接收靈敏度分析，CRS占用信號帶寬為180 kHz，計(jì)算底噪及終端噪聲系數(shù)影響后，最小接收電平門限為-125 dBm，在此基礎(chǔ)上考慮人體損耗余量、終端OTA余量及干擾余量，CRS信號最小接收電平門限為-113 dBm，這也是系統(tǒng)能夠正常工作的最低要求。

網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力還與邊緣業(yè)務(wù)速率目標(biāo)有關(guān)，顯然完全從技術(shù)角度對比覆蓋能力并無實(shí)際意義，考慮基本的業(yè)務(wù)速率要求及中國移動(dòng)近、中期可能的轉(zhuǎn)模頻帶寬度，系統(tǒng)帶寬按中國移動(dòng)在近期具備的頻率資源估算，900/1 800 MHz分別為2×5 MHz/2×10 MHz。發(fā)射功率根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備能力估算，功率譜密度高于TD-LTE系統(tǒng)3 dB。設(shè)定系統(tǒng)邊緣業(yè)務(wù)速率目標(biāo)見表2。

LTE FDD系統(tǒng)為PUSCH覆蓋受限，因此最大允許路徑損耗主要取決于PUSCH覆蓋能力。以上行滿足邊緣速率128 kbit/s為標(biāo)準(zhǔn)，LTE FDD 900/1 800 MHz最大允許路徑損耗分別為142/145 dB。將PUSCH需求統(tǒng)一到RS覆蓋要求，則LTE FDD 900/1 800 MHz的RSRP要求為-108 dBm。

以密集城區(qū)場景計(jì)算各制式系統(tǒng)站間距，LTE FDD系統(tǒng)綜合覆蓋能力與同頻段2G系統(tǒng)基本相當(dāng)，LTE FDD 1 800 MHz系統(tǒng)覆蓋能力略優(yōu)于TD-LTE F頻段，如圖1所示。

2.2 網(wǎng)絡(luò)容量

LTE FDD系統(tǒng)的容量優(yōu)勢主要體現(xiàn)在上行鏈路，與TD-LTE（子幀配比1∶3）1∶7的上下行峰值速率比，LTE FDD上下行峰值速率比約為1∶2。當(dāng)然上下行峰值速率比的優(yōu)勢還需要業(yè)務(wù)上存在這樣的需求才能發(fā)揮效益，如圖2所示。

表2 覆蓋規(guī)劃目標(biāo)速率

圖1 各系統(tǒng)覆蓋能力比較

圖2 各系統(tǒng)容量能力比較

上述計(jì)算基礎(chǔ)為系統(tǒng)均支持64QAM調(diào)制方式，同時(shí)下行鏈路支持2×2MIMO，上行鏈路不支持MIMO。

3 LTE FDD網(wǎng)絡(luò)部署策略

3.1 深度/廣度覆蓋建網(wǎng)目標(biāo)及建設(shè)原則

路測數(shù)據(jù)表明，目前TD-LTE網(wǎng)絡(luò)室外覆蓋基本達(dá)到連續(xù)覆蓋的要求，但由于70%以上的業(yè)務(wù)發(fā)生在室內(nèi)區(qū)域，而室內(nèi)區(qū)域的深度覆蓋效果目前仍存在較大的問題，根據(jù)相關(guān)測算，解決同樣目標(biāo)場景的解決方案中，微基站、室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)等方法相對于宏基站覆蓋方案，其單位面積建設(shè)成本在5倍以上，顯然相對于使用低頻段宏基站進(jìn)行覆蓋，其建設(shè)成本和工程難度的差距決定了微基站、室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)只能是針對高價(jià)值場景的補(bǔ)充方案，部署低頻段系統(tǒng)才是唯一的高效手段。

因LTE FDD 1 800 MHz系統(tǒng)相對于TD-LTE F頻段覆蓋能力提升有限，因此在現(xiàn)實(shí)的建設(shè)成本和實(shí)施條件下，利用LTE FDD 1 800 MHz大幅提升深度覆蓋效果是難以實(shí)現(xiàn)的，因此LTE FDD 900 MHz系統(tǒng)是可行的解決方案。

根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)分析，中小型建筑物樓宇人員活動(dòng)區(qū)域的典型穿透墻體數(shù)量為1～2堵，大型場景為2～3堵（除電梯間、樓梯間、衛(wèi)生間等區(qū)域）?？紤]大型場景建設(shè)室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的比例較高，因此深度覆蓋的目標(biāo)應(yīng)至少穿透2堵墻。對應(yīng)的穿透損耗為17 dB（900 MHz）。此外，根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)TD-LTE MR數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在RSRP較差的區(qū)間，覆蓋電平提升10 dB，對應(yīng)的覆蓋率可提升約10%以上。1 800 MHz作為容量提升層，建議其深度覆蓋目標(biāo)與TD-LTE系統(tǒng)相同，即滿足室外連續(xù)覆蓋的同時(shí)兼顧穿透1堵墻的深度覆蓋需求。表3為規(guī)劃指標(biāo)建議。

按此規(guī)劃指標(biāo)完成后，在城區(qū)LTE FDD 900 MHz系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)較好的深度覆蓋效果（預(yù)期MR覆蓋率高于90%），LTE FDD 1 800 MHz系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不低于TD-LTE F頻段的覆蓋能力。在農(nóng)村可以基于GSM現(xiàn)網(wǎng)站址實(shí)現(xiàn)低成本連續(xù)覆蓋。

圖3（a）為城區(qū)各系統(tǒng)按上述覆蓋目標(biāo)計(jì)算的站間距要求，也是滿足上述深度覆蓋目標(biāo)的站址建設(shè)要求，數(shù)據(jù)為理論計(jì)算結(jié)果，還需要經(jīng)過多場景測試驗(yàn)證和修正。

圖3（b）為現(xiàn)網(wǎng)某城市密集城區(qū)的核心區(qū)2G/4G MR數(shù)據(jù)分析，現(xiàn)網(wǎng)2G BCCH RxLev高于-90 dBm的概率約為80%，考慮LTE FDD 900 MHz系統(tǒng)的下行覆蓋能力優(yōu)于GSM 900 MHz約5 dB，因此估算在站址密度與GSM900 MHz相當(dāng)情況下，LTE FDD 900 MHz的覆蓋率約90%。如果考慮上行受限因素，則LTE FDD 900 MHz的覆蓋能力與GSM 900 MHz相當(dāng)，對應(yīng)覆蓋率約80%。

表3 規(guī)劃指標(biāo)建議

圖3 覆蓋能力評估

3.2 厚度建網(wǎng)目標(biāo)及建設(shè)原則

首先需要比較各運(yùn)營商的頻譜資源情況，如圖4所示，按中國移動(dòng)/中國聯(lián)通/中國電信中遠(yuǎn)期的4G用戶數(shù)為8億/3億/2億估算，中國移動(dòng)的頻譜指數(shù)明顯低于競爭對手，現(xiàn)有4G頻譜資源劣勢更為明顯，因此從競爭角度來看，需要盡快轉(zhuǎn)?，F(xiàn)網(wǎng)2G/3G頻譜用于4G系統(tǒng)。

圖4 運(yùn)營商4G頻譜指數(shù)比較

從業(yè)務(wù)需求分析，現(xiàn)網(wǎng)平均利用率約5%，按預(yù)測2016-2017年4G網(wǎng)絡(luò)承載流量增長4～6倍估算，全網(wǎng)預(yù)測平均利用率為20%～30%，按現(xiàn)網(wǎng)小區(qū)級利用率統(tǒng)計(jì)，Top5%/10%小區(qū)的利用率約為全網(wǎng)平均利用率的4倍/2.5倍?？紤]按利用率40%作為擴(kuò)容門限，核算2016年Top5%/10%小區(qū)需要的載頻（均按照TD-LTE 20 MHz載頻核算）為2載頻/1.25載頻，2017年Top5%/10%小區(qū)需要的載頻為3載頻/2載頻。因此僅從業(yè)務(wù)需求角度核算并無全網(wǎng)大范圍部署LTE FDD系統(tǒng)的需求。

從上下行速率需求看，目前全網(wǎng)主要城市城區(qū)道路應(yīng)用層平均下載速率達(dá)到31.4 Mbit/s，平均上傳速率達(dá)到5.2 Mbit/s，上下行能力比約為1∶6。而從某省現(xiàn)網(wǎng)全網(wǎng)數(shù)據(jù)分析，上下行流量比超過1∶6（約0.17）的小區(qū)比例約18%，即約18%小區(qū)的流量特征表現(xiàn)為上行可能先受限，因此通過LTE FDD的引入提升網(wǎng)絡(luò)上行承載能力也是很有必要的。另外，由于主流廠商采用上行預(yù)調(diào)度的原因，現(xiàn)網(wǎng)上行利用率高于下行利用率的比重較高，如圖5所示。

3.3 業(yè)務(wù)目標(biāo)及建設(shè)原則

在滿足一般數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求的基礎(chǔ)上，LTE FDD系統(tǒng)部署還需要關(guān)注VoLTE業(yè)務(wù)滿足目標(biāo)、上行特殊業(yè)務(wù)需求場景的滿足目標(biāo)。

圖5 現(xiàn)網(wǎng)上下行流量及利用率分析

深度覆蓋場景因數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)可以采用Wi-Fi等其他解決方案，因此4G用戶對網(wǎng)絡(luò)的依賴性相對降低，但VoLTE業(yè)務(wù)需要網(wǎng)絡(luò)具備良好的深度覆蓋能力，考慮VoLTE視頻業(yè)務(wù)需求尚不明朗，且理論上難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)覆蓋服務(wù)，因此本文主要討論VoLTE語音業(yè)務(wù)的需求。

VoLTE高清語音業(yè)務(wù)的PDCP層綜合速率約25 kbit/s（開啟RoHC），按2016年/2017年VoLTE終端滲透率為30%/60%計(jì)算，假定2016年/2017年用戶MOU為400 min/350 min，用戶DOU為1 GB/1.5 GB（上下行流量比1∶6）計(jì)算得到VoLTE業(yè)務(wù)流量占比見表4。

顯然，在整體流量比例中，VoLTE業(yè)務(wù)流量占比極低，VoLTE業(yè)務(wù)在上行流量占比達(dá)到16%/18%，考慮2×5 MHz LTE FDD系統(tǒng)的上行承載能力與TD-LTE 20 MHz系統(tǒng)相當(dāng)，因此即使考慮VoLTE語音業(yè)務(wù)上行均由LTE FDD系統(tǒng)承載，結(jié)合2017年Top5%/Top10%小區(qū)需要的載頻為3載頻/2載頻配置，2×5 MHz系統(tǒng)仍可以滿足語音業(yè)務(wù)容量需求。

如果考慮數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求，可以按GSM現(xiàn)網(wǎng)MR數(shù)據(jù)CDF曲線中體現(xiàn)出的業(yè)務(wù)分布特征來進(jìn)行分析，從前文所述某場景TD-LTE深度覆蓋率約68%推算，按LTE FDD 900 MHz覆蓋率為90%估算，二者之間的差值為22%，即只能由LTE FDD 900 MHz承擔(dān)覆蓋的區(qū)域比例，按TD-LTE網(wǎng)絡(luò)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在22%邊緣區(qū)域LTE網(wǎng)絡(luò)速率能力僅為全網(wǎng)平均值的約12%（此處假設(shè)在深度覆蓋場景下，RSRP與RS-SINR具有較強(qiáng)的相關(guān)性，從而也與PDCP層速率具有較強(qiáng)的相關(guān)性）。因2×5 MHz下行承載能力僅為TD-LTE 20 MHz系統(tǒng)的約1/3，因此LTE FDD 900 MHz承載業(yè)務(wù)量的能力僅為TD-LTE 20 MHz系統(tǒng)約12%×1/3=4%。顯然2×5 MHz LTE FDD 900 MHz系統(tǒng)部署無法滿足數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求，因此在FDD系統(tǒng)部署的同時(shí)，提升深度覆蓋區(qū)域的載頻密度也是要同步進(jìn)行的。

為滿足系統(tǒng)之間的負(fù)荷均衡及分業(yè)務(wù)類型的業(yè)務(wù)指派要求，方案一是采用常規(guī)的系統(tǒng)間均衡策略實(shí)現(xiàn)，方案二是通過F+T跨制式間CA實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能。

負(fù)荷均衡通過X2接口交互其他基站相應(yīng)的FDD/TDD鄰區(qū)的負(fù)荷信息，基站級別綜合考慮FDD/TDD的服務(wù)小區(qū)、鄰區(qū)的負(fù)荷信息，負(fù)荷均衡模塊統(tǒng)一進(jìn)行策略判決，在FDD/TDD鄰區(qū)中選擇出合適小區(qū)，作為負(fù)荷均衡的目標(biāo)小區(qū)。目前關(guān)于負(fù)荷計(jì)算的原則/公式屬于非協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)定義內(nèi)容，關(guān)于負(fù)載的參數(shù)和門限定義各廠商還不一致，由運(yùn)營商統(tǒng)一定義標(biāo)準(zhǔn)后，異廠商之間可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。不同廠商在處理機(jī)制、流程、參數(shù)定義方面會存在差異，所以均衡的效果更難體現(xiàn)。同時(shí)異廠商為了實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，需要的協(xié)調(diào)溝通等時(shí)間成本也相對要高。因此負(fù)載均衡同廠商更容易快速實(shí)現(xiàn)，更容易體現(xiàn)均衡的效果。

F+T CA在2014年R12完成標(biāo)準(zhǔn)化工作，從F+T CA產(chǎn)業(yè)鏈支持情況來看，高通/海思/三星芯片2015年底F+T DL 3CC終端商用上市；2016年中F+T DL 4CC及5CC及UL 2CC終端商用上市。華為當(dāng)前產(chǎn)品能力已支持4CC 4頻組合，2016年支持5CC 5頻組合。在4CC組合下，可支持F1+3T/F2+T2/F3+T1配置；5CC組合下，可支持F1+4T/F2+3T/F3+2T/F4+1T配置。

表4 VoLTE業(yè)務(wù)流量占比計(jì)算（不考慮回流因素）

在大型活動(dòng)等場景，因上行業(yè)務(wù)需求高或存在特定的上行視頻業(yè)務(wù)，現(xiàn)網(wǎng)已經(jīng)出現(xiàn)上行業(yè)務(wù)需求受限的場景，針對這些場景，及早引入LTE FDD系統(tǒng)是較好的解決思路。

3.4 其他策略

在技術(shù)選擇上，考慮深度覆蓋（城區(qū)）、廣域覆蓋（農(nóng)村）能力不足是目前TD-LTE面臨的主要問題，因此部署LTE FDD 900 MHz系統(tǒng)是最優(yōu)的選擇，由于GSM 900 MHz作為語音回落及大量2G用戶的承載網(wǎng)絡(luò)，所以900 MHz近期可用頻率資源較低，頻譜資源明顯不足。LTE FDD 1 800 MHz系統(tǒng)可轉(zhuǎn)模頻譜資源豐富，同時(shí)有一定下行深度覆蓋能力提升作用，因此也是一個(gè)可選方案。

為滿足轉(zhuǎn)模需求，還需要關(guān)注與2G網(wǎng)絡(luò)共存方案、FDD與TD系統(tǒng)的互操作、終端對于LTE FDD頻段的支持能力、轉(zhuǎn)模工程實(shí)施等相關(guān)問題，因篇幅所限，本文不再贅述。

4 結(jié)束語

中國移動(dòng)4G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)新的階段，LTE FDD網(wǎng)絡(luò)部署也理應(yīng)進(jìn)行相關(guān)的研究和驗(yàn)證工作，本文對LTE FDD系統(tǒng)的覆蓋、容量及業(yè)務(wù)能力進(jìn)行了初步分析，圍繞利用LTE FDD在解決TD-LTE現(xiàn)網(wǎng)存在的深度覆蓋不足、廣域覆蓋成本高、上行能力不足等問題方面的能力進(jìn)行了研究，并提出了基本的部署策略。

作為規(guī)劃設(shè)計(jì)人員，除進(jìn)行LTE FDD部署方面的基礎(chǔ)研究工作外，后續(xù)還要關(guān)注LTE FDD網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃設(shè)計(jì)方法，尤其是將LTE FDD網(wǎng)絡(luò)作為中國移動(dòng)4G網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，面向4G網(wǎng)絡(luò)融合發(fā)展，綜合利用規(guī)劃數(shù)據(jù)、現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)，在傳統(tǒng)的規(guī)劃方法基礎(chǔ)上創(chuàng)新發(fā)展，研究LTE FDD網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃設(shè)計(jì)方法與原則。