LTE无线组网规划与频率应用分析

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【摘 要】

针对lte无线异构网的分层组网结构，分析了TD-LTE的主要频率资源，探讨了同频组网、异频组网、部分异频组网和软频率复用的组网方式，并分别阐述了四种组网方式中的频点规划和应用。

【关键词】

LTE 异构网 组网方式 频率规划

Analysis for LTE Wireless Network Planning and

Frequency Applications

WEI Ze-xun

（Sichuan Post and Telecommunication College， Chengdu 610067， China）

[Abstract]

This paper studies four networking mode including networking with frequency， anti-frequency networking， fractional anti-frequency networking and soft frequency reuse networking mode by the analysis for TD-LTE main frequency resource according to the decentralized structure of LTE heterogeneous network. And the frequency planning and application of the four networking modes mentioned before are demonstrated in this paper.

[Key words]

LTE HetNet networking model frequency planning

收稿日期：2013-03-29

1 引言

随着智能终端的普及和LTE（Long Term Evolution，长期演进）技术的发展，2012年成为全球第四代（4G）移动通信——LTE发展迈出坚实步伐的一年。我国按照“推动信息化和工业化深度融合”的战略构想，各通信运营商已相继启动了LTE试验网络建设。其中，中国移动2013年预计将投入2 000亿建设覆盖100个城市20万个基站的全球最大LTE网络。不难想象在未来几年，LTE技术必将引领移动通信特别是无线接入网的大发展，因此探究LTE频谱的组网规划和应用范例具有重要意义。

2 LTE无线异构网的分层组网结构

从LTE标准化研究的脉络看，3GPP自R99版本开始就始终将标准的后向兼容放在重要位置考虑。在2004年开始的R8版本中首次提出LTE，2008年底完成R8规范；2009年底颁布的R9版本对LTE进行了完善和增强；之后的R10及其后续版本称为LTE-Advanced（简称LTE-A）。在R10中支持PeNB的X2接口，在R11中支持HeNB的X2接口。

LTE采用了扁平化的网路结构，取消RNC（Radio Network Controller，无线网络控制器）级，有效降低了系统数据传输的处理时延和建网成本。LTE在R10版中引入了无线HetNet（Heterogeneous Network，异构网络），其是指采取分层组网，在宏小区广度覆盖下布放LPN（Low Power Node，低功率节点）进行深度覆盖的组网方式[1]，有效实现了既普遍覆盖又疏导热点地区高数据流量。

LTE扁平化的无线异构网分层组网结构模型如图1所示。其中，宏基站（Macro eNodeB）单层组网实现广域覆盖；引入微微蜂窝基站（PeNB）、射频拉远（RRH）、中继节点（RN）和家庭基站（HeNB）进行热点深度覆盖。

图1 LTE无线异构网分层组网

PeNB应用在公共场景吸收热点数据流量，其发射功率远小于宏站。家庭基站在2G/3G中被定义为飞蜂窝（Femtocell），LTE中称HeNB，可通过公网或移动专网以IP形式连接核心网；未配置HeNB GW时可直接接入EPC（Evolved Packet Core，演进分组核心网），配置时则HeNB经GW汇聚转发接入EPC。在2G/3G网中由无线直放站实现物理层的放大转发，在LTE中演进为RN实行上层的解码编码转发，使RN成为一个独立基站节点的功能。在具备高带宽、低时延回传链路（如WDM光纤）的场景，可部署RRH[1]。

与2G/3G网络不同，LTE仅有分组数据域不再有电路域。电路域的话音业务承载解决方案有以下三种方式可选：

（1）SVLTE（Simultaneous Voice and LTE，LTE与语音网同步支持）方式。在LTE建设初期，终端可双模双待，同时驻留在2G/3G/4G网络中，由2G/3G的电路域提供话音业务、LTE网提供数据业务，数据、话音可并发。

（2）CSFB（Circuit Switched Fallback，电路交换回落）方式。在LTE初期，采取电路域回落方式，当承载用户话音业务时回落到2G/3G的电路域，LTE只提供数据业务（如CSFB to GSM等）。

（3）VoLTE（Voice over LTE，LTE网络语音直传）方式。LTE网络部署到一定阶段，VoLTE方式将是长远主流的方式，LTE通过增加服务器由IMS（IP Multimedia Subsystem，IP多媒体子系统）提供基于IP分组数据的语音业务。

3 LTE频率资源

频率资源是LTE的重要基础。在LTE系统中，频段编号使用6bit编码，可表示64个频段，其中1—32预留给FDD LTE，33—64留给TD LTE[2]。3GPP在R8规范中定义了1—21的19个FDD频带（其中频带10是频带4的扩展，频带3和频带9重叠）和33—41的9个TDD频带。在TD-LTE中，国际电信联盟（ITU）将33号（1 900～1 920MHz）、34号（2 010～2 025MHz）、40号（2 300～ 2 400MHz）规划为全球漫游频段编号，是TD-LTE的核心频段。

目前，仍然不断有新的频带被分配用于LTE。WRC-07大会将已规划的IMT-2000、IMT-A频段统一为IMT使用频率，不再区分3G/4G用频。为了LTE尽快商用，3GPP规定了700/800/900/1 500/1 800/1 900/2 100/

2 300/2 500/3 500MHz等43个具体频段。ITU-R则给移动宽带划分了5个频段，包括：450～470MHz的20MHz、698～806MHz的108MHz、2.3～2.4GHz的100MHz、2.5～2.69GHz的190MHz和3.4～3.6GHz的200MHz带宽。

我国工信部也将3G/4G频率统一调整为IMT工作频率，不再明确区分3G/4G频段。在2012年10月将2.6GHz频段的2.5～2.69GHz共190MHz用于IMT，实际为TD-LTE的频率使用划分了频率资源。对于2.3～2.4GHz的100MHz是IMT系统TDD方式的核心频段，无线电管理局已将该频段中的50MHz频率分配给中国移动进行TD-LTE规模试验，但鉴于该频段与其它无线业务有共用，因此该频段主要限于室内使用。700MHz频段资源目前为广电拥有，是在模拟到数字电视技术转换过程中腾挪出的频谱红利，若中国广电网能带来700MHz的频率资源，将进一步促进LTE发展，但上端806MHz与集群系统806～821/851～866MHz邻频，下端与广播电视系统邻频。

我国目前TD主要频段如表1所示：

表1 中国移动TD主要频段

规范

频段 频段编号 频谱范围/MHz 带宽/MHz 说明

F频段 33/39 1 880～

1 920 40 过去习惯称A频段，目前TD-SCDMA使用，1 900～1 920MHz为PHS使用现已清频退网。杭深广采用F频段进行LTE试验。

A频段 34 2 010～

2 025 15 过去习惯称B频段，目前TD-SCDMA使用。

E频段 40 2 300～

2 400 100 过去习惯称C频段，目前我国将2 320～2 370的50MHz化作TD-SCDMA/LTE规模试验。

D频段 38/41 2 500～

2 690 190 原LTE试验网用2 575～2 615MHz，在2012年10月工信部将全部190MHz用于TD-LTE规模试验。

目前，工信部并未具体规划TD-LTE使用频率。但从表1来看，F、A频段为TD-SCDMA使用；E频段可TD-SCDMA/LTE共用；D频段实际为LTE使用。因此，比较好的方式是：异构网低功率节点LPN或室内采用E频段覆盖；室外采用D频段覆盖；在F、A频段区域适时过渡升级演进。

4 LTE组网频率规划

无线接入技术发展的实质是用更大的频谱带宽换取更高的峰值速率[3]。LTE采用了高带宽和更高阶的调制方式（64QAM），使网络速率大幅提升，数据传输速率最高可达300Mbit/s[4]。LTE空口采取了OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用）技术，使得小区内用户间频率相互正交，理论上不存在本小区内用户干扰，干扰主要来自于同频邻小区。

下面以每小区部署单载波20MHz带宽方式，探讨TD-LTE无线组网中的频率规划应用。

（1）室外同频组网

同频组网是指全网所有室外宏站小区使用相同频点的1×3×1方式，频率复用因子为1，即1基站3小区1频点，业务信道和公共信道全部同频。如图2所示，频点f1可选E频段2 340～2 360MHz的单频点，也可选择D频段中的单频点（如2 575～2 595MHz或2 595～2 615MHz）。

图2 同频组网1×3×1方式

同频组网方式下的无线异构接入是室外小区全同频，如频点f1；在热点区域或室内的LPN节点采用频点f0做小区中的深度覆盖，即1×3×1+1×1×1方式（见图3）。如f0选用E频段2 320～2 340MHz，f1选E频段2 340～2 360MHz的单频点；也可以f0选用E频段的两个频点，f1选用D频段中的频点。

图3 同频异构网1×3×1+1×1×1方式

同频组网频率利用率高，按照OFDM技术不存在本小区内用户干扰，但同频组网时小区边缘干扰较大（对小区中心用户影响较小）。

（2）室外异频组网

异频组网是指全网室外宏站相邻小区异频，在同一基站的不同小区采用不同频率，即1×3×3的方式。异频组网方式下的无线异构接入采用1×3×3+1×1×1方式，如图4所示。异频频点至少需要60MHz带宽，室外频点f1/f2/f3宜在D频段选择，室内深度覆盖f0可在E频段选择频点。

图4 异频异构网1×3×3+1×1×1方式

异频组网降低了邻小区同频干扰，使小区边缘吞吐量提升，但总体频率利用率降低。

（3）室外部分异频组网

部分异频组网又称为FSFR（频率偏移频率复用），是指相邻小区频点带宽有部分重叠，如2 320～2 370的50MHz带宽可部分重叠划分为3个20MHz的子带：f1

（2 320～2 340MHz）/f2（2 335～2 355MHz）/f3（2 350～2 370MHz）。无线异构的LPN频点f0在其它如F频带选择，仍然采用如图4所示的1×3×3+1×1×1方式组网。

FSFR组网相比同频组网，小区边缘SINR（Signal to Interference plus Noise Ratio，信噪比）会有改善，频率利用率较异频组网有所提高，但异频组网增加了调度算法的难度，不利于实现多载波聚合以及后期网络优化。在LTE的D频段频率比较充裕的情况下，建议选择异频组网。

（4）软频率复用组网

按照空口OFDM技术，在本小区内不存在用户干扰，干扰主要来自于同频邻小区，也就是说小区边缘干扰较大，而对小区中心用户基本无影响。软频率复用就是将接近于基站的用户频率复用因子设为1[5]，将小区边缘用户频率复用因子增大以抑制干扰。

软频率复用组网方式是将室外小区分为内区和外区，含外区的区域采用1×3×3异频方式，即第1小区外层f1第2小区外层f2第3小区外层f3；内层1×3×1同频方式，即全部采用同频组f1f2f3。对异构网则采取分层叠加LPN异频频点f0的方式。如图5所示：

图5 软频率复用组网

软频率复用也可采取主/辅载波方式划分频率组。如主载波使用D频段，异频1×3×3全覆盖小区；辅载波使用E频段同频1×3×1覆盖小区中心；异构LPN采用F频段深度室内覆盖。

5 结束语

随着移动互联网业务的高速增长，LTE以其独有的技术优势得到了众多电信运营商的青睐，并在全球范围内迅速部署发展，必将引领新一代移动通信的业务发展和网络建维。做好区域内TD-LTE最优频率规划，不仅有利于提高频率利用率，还有助于降低今后无线网络优化的难度。

参考文献：

[1] 陈晓冬，吴锦莲，王庆扬. LTE异构网络技术研究[J]. 电信科学， 2012（11）： 13-18.

[2] 王映民，孙韶辉，等. TD-LTE技术原理与系统设计[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2010.

[3] 邵震，曹敏，李一明. LTE的新技术展望[J]. 电信科学， 2013（2）： 8-12.

[4] 任华，王铮，罗俊，等. 移动互联网环境下的LTE业务需求及业务网络演进分析[J]. 电信科学， 2013（2）： 24-30.

[5] 张炎炎，赵旭凇. TD-LTE系统软频率复用及其最优化研究[J]. 移动通信， 2010（3）： 39-43.

作者简介

韦泽训：现任职于四川邮电职业技术学院移动通信系，主要从事移动通信教学及研究工作。