徐德平,耿魯靜,程日濤
(中國移動通信集團設計院有限公司,北京100080)
網(wǎng)絡容量是網(wǎng)絡設計需要考慮的關鍵因素。本文針對中國移動LTE頻譜資源帶寬大的特性,通過降低運營商內(nèi)部載波之間預留帶寬的方式,提出了一種容量提升的創(chuàng)新方法。在頻率規(guī)劃時,通過增加配置的載波數(shù)量或者增加某一載波發(fā)射帶寬的方式,提高實際發(fā)射的總RB數(shù),以提高連續(xù)頻段的頻譜效率,進而提升網(wǎng)絡的系統(tǒng)容量。
TD-LTE標準中規(guī)定了6種信道帶寬:20 MHz、15 MHz、10 MHz、5 MHz、3 MHz、1.4 MHz,對應的RB個數(shù)為100、75、50、25、15和6。每RB對應的帶寬為180 kHz,傳輸RB所需的物理層實際發(fā)射帶寬分別為18 MHz、13.5 MHz、9 MHz、4.5 MHz、2.7 MHz和1.08 MHz,由以上計算可知,TD-LTE標準規(guī)定的信道帶寬大于實際的發(fā)射帶寬(約為10%)。圖1以20 MHz載波間隔為例,展示了信道帶寬、發(fā)射帶寬和預留帶寬之間的關系。
3 GPP標準中信道帶寬制定的重要原則是保證不同運營商在非共站組網(wǎng)場景下可鄰頻共存,需要鄰頻之間存在一定的預留帶寬作為保護帶,所以其通用的載波間隔略微大于實際發(fā)射RB需要的帶寬總和。但對于同一個運營商內(nèi)部的相鄰載頻,不存在不同運營商之間基站偏移而引入鄰道干擾的問題,因此無需過多的預留帶寬作為保護帶,可以進行適當壓縮。對于單一運營商內(nèi)部的相鄰載頻,其預留帶寬相對較大,一定程度上降低了總帶寬內(nèi)的頻譜效率。對于寶貴的無線頻譜資源來說,是一種無線資源的“浪費”。
圖1 信道帶寬、發(fā)射帶寬和預留帶寬之間的關系
根據(jù)工業(yè)和信息化部下發(fā)的頻率資源,中國移動TD-LTE系統(tǒng)可使用的工作頻段有F頻段(1 885~1 915 MHz)、E頻段(2 320~2 370 MHz)、D頻段(2 575~2 635 MHz)。D頻段、E頻段均是較大的連續(xù)頻譜,中間的載波只需要滿足同一運營商內(nèi)的鄰道泄漏及雜散發(fā)射的要求,較現(xiàn)在標準要求低。
未來的Band42~Band44資源會更豐富,中國移動將獲得更寬、連續(xù)的頻率資源,按照目前D頻段的占比(60%),Band42、Band43共400 MHz,中國移動將獲得240 MHz,若依舊采用現(xiàn)有的配置,則會浪費更多的頻譜資源總量。
結合目前中國移動TD-LTE運營的實際情況,可以壓縮TD-LTE載波間隔,增加系統(tǒng)總RB數(shù)目,以提高系統(tǒng)容量。對于D頻段、E頻段等大帶寬且連續(xù)的頻譜資源,在總頻譜資源不變的情況下,單載波間隔合理降低后,可以增加子載波資源,或者選擇更大的發(fā)射帶寬,以提高連續(xù)頻段的頻譜效率,提高系統(tǒng)的總體容量,帶來更大的經(jīng)濟效益。本方案建議同一運營商內(nèi)部的LTE系統(tǒng)載波帶寬壓縮情況見表1。
表1 同一運營商內(nèi)部的LTE系統(tǒng)載波帶寬壓縮情況
中國移動使用的D頻段共60 MHz帶寬,目前的載波配置方式為配置3個20 MHz帶寬的載波,中心頻點分別為2 585 MHz、2 605 MHz、2 625 MHz,系統(tǒng)總RB數(shù)目為300個,如圖2所示。
圖2 目前D頻段組網(wǎng)方案
載波間隔壓縮后(按照10%的壓縮比),在D頻段總帶寬60 MHz的情況下,可配置3個發(fā)射帶寬為18 MHz的子載波和1個發(fā)射帶寬為4.5 MHz的子載波,4個載波的中心載頻分別為2 584.7 MHz、2 602.7 MHz、2 614 MHz、2 625.3 MHz,系統(tǒng)總RB數(shù)目為325個,如圖3所示。
采用載波壓縮方案后,60 MHz帶寬可承載的RB數(shù)目由300提升到了325,系統(tǒng)容量提升了8.3%。
在E頻段總帶寬50 MHz的情況下,目前方案為配置2個20 MHz載頻和1個10 MHz載頻,中心頻點分別為2 330 MHz、2 350 MHz、2 365 MHz,系統(tǒng)配置的RB數(shù)目為250個,如圖4所示。
載波間隔壓縮后(按照10%的壓縮比例),在E頻段總帶寬50 MHz的情況下,可配置2個發(fā)射帶寬為18 MHz的子載波和一個發(fā)射帶寬為13.5 MHz的子載波,3個載波的中心載頻依次為2 329.1 MHz、2 347.2 MHz、2 363.1 MHz,系統(tǒng)總RB數(shù)目為275個,如圖5所示。
采用本方案后,50 MHz帶寬可承載的RB數(shù)目由250個提升到了275個,系統(tǒng)容量提升了10%。
基于現(xiàn)網(wǎng)當前的帶寬配置,在外場通過采用將主測頻點小區(qū)和鄰頻頻點小區(qū)的中心頻點間隔逐步縮小的方法,對不同載波間隔方案下的系統(tǒng)干擾水平及性能影響進行真實摸底和評估,主要包含RSRP、SINR和下行吞吐量的變化關系,為后續(xù)組網(wǎng)的規(guī)模應用提供參考。
測試分為室外D頻段測試和室內(nèi)E頻段測試兩部分,而D頻段測試又分為定點測試和道路測試兩類,E頻段測試分為單通道場景測試和雙通道場景測試兩類。
4.1.1 道路測試
圖3 壓縮后的D頻段組網(wǎng)方案
圖4 目前E頻段組網(wǎng)方案
圖5 壓縮后的E頻段組網(wǎng)方案
以最具典型城區(qū)環(huán)境、且不影響商用用戶等為原則,項目組綜合評比選擇,確定了太原柳巷商業(yè)區(qū)為測試區(qū)域。測試區(qū)域相對具有較規(guī)則的網(wǎng)絡拓撲結構,共3層19個基站。道路測試路線應盡可能遍歷主要道路和次要道路,充分反映測試區(qū)域的無線覆蓋情況,此外相同路線應盡量避免重復,并以右轉為主,減小路口停等時間。
通過改變主測載波D1和干擾載波D2之間的載波間隔,測試不同載波間隔配置下的網(wǎng)絡性能。測試統(tǒng)計結果見表2。
從表2可以看出,不同的載頻間隔配置下,網(wǎng)絡性能的波動在正常范圍內(nèi),不同載波間隔配置的網(wǎng)絡性能基本一致。
4.1.2 定點測試
由于差點無線環(huán)境惡劣、鄰區(qū)信號多且鄰區(qū)信號強度與服務小區(qū)接近,因此,在差點接收信號和業(yè)務下載速率的波動性較大。而差點的測試結果更能評估載波間隔調整后的性能,在差點進行了3輪循環(huán)測試(18MHz、18.3 MHz、18.6 MHz、20 MHz為1輪),每輪每種載波間隔下測試3組測試數(shù)據(jù),3輪循環(huán)共測試9組。設置3輪測試可以排除測試的先后順序對測試結論的影響??諗_情況下的測試結果如圖6和圖7所示。
(1)SINR
每種載波間隔配置內(nèi)部的不同組、不同輪之間均存在SINR的波動,SINR波動的范圍為0.48~1.50 dB,因此,將相同載波間隔下測試的波動范圍,視為測試期間正常的測試波動范圍。
不同載波間隔配置之間SINR存在差異,18.0 MHz、18.3 MHz、18.6 MHz載波間隔下的性能與20 MHz進行對比,SINR差異分別為-0.6 dB、-0.1 dB及1.09 dB,其差異與測試正常波動范圍基本一致。同時,隨著載波間隔的逐漸減小,測試的SINR未出現(xiàn)單調下降的趨勢。
(2)下載速率
每種載波間隔配置內(nèi)部的不同組、不同輪之間均存在下載速率的波動,下載速率波動的范圍為12.7%~34.8%,因此,將相同載波間隔下測試的波動范圍,視為測試期間正常的測試波動范圍。
表2 測試統(tǒng)計結果
圖6 SINR波動下的測試結果
圖7 速率波動下的測試結果
不同載波間隔配置之間下載速率存在差異,18.0 MHz、18.3 MHz、18.6 MHz載波間隔下的性能與20 MHz進行對比,下載速率差異分別為7.5%、3.5%及5.4%,其差異在測試正常的波動范圍之內(nèi)。同時,隨著載波間隔的逐漸減小,下載速率未出現(xiàn)單調下降的趨勢。
5 0%加擾場景下測試結果類似。從測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計及對比分析中可以獲得如下結論:差點在不同載頻間隔配置下的網(wǎng)絡性能差異在正常測試波動范圍內(nèi),與載波間隔配置無關。
由于室分場景覆蓋情況比室外場景好,因此選取好點(>25 dB)、差點(10~20 dB)兩種典型的無線環(huán)境,分別進行定點測試,記錄在不同無線環(huán)境下,不同載波間隔配置對性能的影響。
相比于室外場景,室內(nèi)場景因為干擾較小,因此網(wǎng)絡的目標負荷較高,本次測試將分為空擾、50%加擾和70%加擾3種加擾方式。同時,為了遍歷現(xiàn)網(wǎng)室分場景,需要測試單通道和雙通道兩種室分配置。單通道場景的結果與雙通道的結果趨于一致,表3給出了單通道的結果。
從表3可知,好點、差點在空擾、50%加擾、70%加擾一共6種場景中,在不同載頻間隔配置下的網(wǎng)絡性能一致,且波動范圍相對較小。
通過對山西太原柳巷商業(yè)區(qū)外場的道路測試及室外和室內(nèi)定點測試的初步分析,LTE載頻間隔壓縮方案對網(wǎng)絡性能沒有影響,初步驗證LTE載頻間隔壓縮方案現(xiàn)網(wǎng)規(guī)模應用是可行的。
針對中國移動LTE頻譜資源帶寬大的特性,提出了創(chuàng)新的載波配置方案,并通過科學嚴謹?shù)耐鈭鰷y試和深入分析,驗證了方案的可行性。在總帶寬資源不變的情況下,通過載波間隔壓縮配置方案,有效提升了網(wǎng)絡的系統(tǒng)容量。
表3 單通道結果