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标题: TD-LTE/GSM共站部署技术 [打印本页]

作者: admin 时间: 2014-10-11 19:20
标题: TD-LTE/GSM共站部署技术
国际上TD-LTE的商业部署大多采用了与原有TDD系统共站的建设方式。国内近期开展的TD-LTE规模测试也选择了基于TD-SCDMA组网的方式。但是，面对TD-LTE即将开始的扩大规模试验，TD-SCDMA站点资源不足的问题，显得尤为突出。本文介绍了爱立信近期提出的TD-LTE/GSM共站建设方案，并对其可行性进行了论证和分析。主要通过系统仿真分析了系统覆盖和容量，并对共享双频天线方案提出了建议。最后分析了TD-LTE/GSM共存的射频隔离度要求，和引入低差损，高抑制合路器的解决方案。通过现网单站的概念验证，结果显示该方案保证了GSM1800性能稳定，同时TD-LTE的性能没有明显损失。
1 概述
随着TD-LTE规模技术试验第二阶段的结束，TD-LTE产业链日臻成熟。扩大规模的TD-LTE网络部署成为下一阶段的工作重点。在6城市规模技术试验中，主要验证了基于TD-SCDMA站址在城区部署TD-LTE的连续组网能力，包括2天线和8天线两种技术方案。测试的结果显示，TD-LTE无论是2天线还是8天线方案均可实现连续覆盖和同频组网。这一尝试与国际上大多运营商在LTE商用部署过程中选择基于原有系统共站部署LTE系统的思路异曲同工。现阶段国外TD-LTE的商用经验也大多采取了基于原有系统站址的方案，例如，已有的PHS和WiMax网络。这些方案能够有效地降低网络部署成本，加快施工进度，并且有利于运营商前期投资保护。但是，这一思路也面临着一系列挑战，较为典型的问题包括：
由于系统间技术上的差异，天线形态不同带来的覆盖和干扰的问题；
由于多系统共享部分网元（例如天线和射频单元），造成系统间耦合过紧，带来的系统性能下降，和无法独立优化的问题。
在国内，基于TD-SCDMA建设TD-LTE网络还面临着站址资源有限和网络密度不足的问题。相对于TD-SCDMA网络，GSM网络经过十几年的建设，规模优势明显，尤其在站址贮备上明显好于其他系统。如果可以利用GSM站点建设TD-LTE网络，将为TD-LTE在中国的商用部署带来巨大的经济效益。也为国际上传统的FDD运营商部署TD-LTE在技术上铺平了道路，将极大地拓展TD-LTE的国际市场空间。
鉴于此，本文探讨了基于GSM网络部署TD-LTE的若干技术问题，包括系统覆盖和容量分析，天线解决方案和多系统共存的隔离问题。
2 TD-LTE/GSM共站的覆盖和容量分析
首先，TD-LTE/GSM共站建设的覆盖问题是基于现有GSM网络（站间距）可否满足TD-LTE对连续覆盖和小区边缘速率的要求问题。下面仿真结果是基于某城市GSM现网中的部分站址和实际站高，采用2发2收天线配置的覆盖效果，小区RSRP值好与-110dBm的概率为95%以上，满足基本连续覆盖要求。如下图：

图1 典型城区基于GSM网络的TD-LTE覆盖
实际网络中GSM站址数量比仿真所用基站还要多约20%-30%。所以，共用GSM现网站址对满足TD-LTE网络的覆盖是完全可行的，并且可支持网络进一步提高性能和扩容时所需更密站址的要求。
另外，如果现网TD-S设备升级到TD-L，由于受宽频功放捆绑限制，特定子帧需选用（3:9:2)，下行理论峰值速率/有效容量与理想配置相比降低25%，网络容量和性能损失明显。而采用与GSM共站2天线建设的方案时，可不必与现有设备共用功放，因此可灵活选择最优的时隙/子帧配置，有效利用频谱资源，从而达到更好的网络性能和容量。实际网络中，如果考虑话务负荷造成的干扰因素，上述GSM共站方案在实际速率及小区容量方面表现更优。
由上面分析可以看出，TD-LTE与GSM共站方案，不仅在覆盖上满足中国移动在部署TD-LTE时的覆盖需求，在性能和容量方面也有很大优势。
3 TD-LTE/GSM天线方案
从保证TD-LTE网络性能的角度出发，依托GSM站址为TD-LTE新建天线应当是首选的方案。从目前国际上其它运营商的部署情况来看，多数采用共站址，独立天线的方案。这种方案，便于系统间独立优化，减少系统间的相互影响和束缚，如：日常运维，网络扩容等等。
但是，在工程实践中，往往由于天面有限需要多系统共用天线。本章重点介绍的是TD-LTE和GSM共用天线的解决方案。
TD-LTE/GSM共站天线的选择主要是考虑TD-LTE/GSM频率的组合问题。假设TD-LTE室外应用频段为1.9GHz和2.6GHz。现网中，GSM系统使用的频点为900MHz和1.8GHz。由于无线电传播特性和网络承载的因素，建议TD-LTE和GSM1800共站建设。

尽管TD-LTE具有2和8两种不同的天线配置，基于GSM1800部署TD-LTE，并且要求共用天线时，2天线方案显然更为合理可行。在欧洲部署的FDD-LTE网络就应用了2天线与GSM1800共用天线的解决方案。
天线共享方案中，除了满足所需多频要求外，对天线本身的技术指标没有特殊的要求，但是为了降低系统间耦合度，建议尽量满足各系统独立电调的设计。目前国内外的天线厂商均可提供此类双极化、多频段、独立电调的天线，并且已经商用。假设目前GSM900和GSM1800均使用独立天线系统。TD-LTE和GSM1800共站建设方案如下：
可选用双极化双频段双电调的商用天线，这种天线有2对（4个）天线端口，两组天线端口的信号可以独立手动或远程调整电下倾角，从而可以做到两个系统相对独立优化。市场上这类天线包括双频天线1710-2170MHz/2300-2690MHz和宽频天线1710-2690MHz/1710-2690MHz两类。均可实现独立电调。
其中1.9GHz TD-LTE与GSM1800频率和覆盖能力也相近，可以通过合路器共用一对天线端口。2.6GHz TD-LTE可使用另一对端口。这样，TD-LTE在两个频段的覆盖可以通过两组独立电调进行优化，同时，兼顾GSM1800网络覆盖的要求。
这一方案仅需更换原有GSM1800天线即可，不增加现有天面天线数量。其他若干系统间和频段间的组合，结合不同的天线及部署策略，本文不再详述。
4 TD-LTE/GSM共存射频分析
目前中国移动GSM1800，TD-SCDMA大多与GSM900共站建设，无论从TD-SCDMA还是从GSM演进支持F频段TD-LTE，都需要考虑与GSM共站时的隔离问题。下面是两系统间的隔离理论分析：
TD-LTE对GSM1800的干扰
杂散干扰：根据3GPP规范，TD-LTE落在GSM1800接收频段内的杂散为：-98dBm/100kHz; 考虑GSM接收机灵敏度为-110dBm，要求两系统间的隔离较小
阻塞干扰：根据3GPP规范，考虑GSM对接收频段以外的阻塞指标为0dBm，则所需的隔离度要求较小
考虑GSM1800对TD-LTE的干扰
杂散干扰：3GPP规范中未规定共站时GSM系统在TD-LTE频率范围内（1880~ 1920MHz）的杂散发射要求。如果没有特别考虑共站支持，一般GSM产品能够满足-30dBm /MHz的杂散指标要求。则在满足TD-LTE接收机性能没有明显降低的情况下，所需的隔离要求较严。
阻塞干扰：根据3GPP规范，LTE与GSM共站时的阻塞指标为+16dBm; 假设GSM最大发射功率为49dBm，则所需的隔离度较小。
从上述分析中，我们认为GSM与LTE系统间干扰的主要问题是GSM下行链路发射杂散对TD-LTE上行接收的干扰，网络部署时无论考虑采用空间隔离还是滤波器耦合衰落，所需的隔离要求较严。按此要求，对于采用天线空间隔离达到要求，则所需的天线间水平空间隔离或垂直隔离距离较远；这一要求从工程实施来看，实现较难。因此建议采用满足隔离度的合路器方案。
将GSM1800和F频段TD-LTE合路后与D频段共用天面，可以实现一个天面支持两种制式，3个频段，无需考虑工程实施时天线隔离的问题，同时可以实现对1.8G和2.6G独立电调，各自独立优化。
5 TD-LTE/GSM共站实测结果
基于上述方案的单站TD-LTE/GSM共站实测结果如下图2,3所示。其中eNB在图中红圈位置，小区指向蓝色箭头方向。站高大约30米。从图2可以看出GSM1800的覆盖在共站前后保持稳定。图3给出了TD-LTE的性能指标，例如在小区边缘方向拉远达到800米时，下行速率仍大于10Mbps (RSRP>-110dBm)。上述指标完全符合预期结果。

图2 GSM1800共站前（左图）后（右图）覆盖对比

图3 基于GSM1800共站的TD-LTE性能（左图为RSRP，右图为下行速率)　
总结
本文针对国内TD-LTE扩大规模部署中，站点资源不足的问题，提出了TD-LTE/GSM共站建设方案，并对其可行性进行了论证和分析。可以看出基于GSM1800的建设方式较其他共站建设有性能优势。在站点解决方案中，介绍了与GSM1800共用天线的方案，由于采用了双频双电调的天线，GSM1800和TD-LTE可以实现独立优化电下倾角。在TD-LTE/GSM共存方面，为满足系统间隔离要求，建议采用合路器的解决方案。单站的验证显示，该方案保证了GSM1800系统稳定，同时TD-LTE的性能没有明显损失。下一阶段我们将针对该方案进行进一步组网验证。

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