TD—LTE频率资源研究

【摘 要】目前国内TD-LTE实验网主要在2G频段建设，即F频段和D频段，但这两个频段均不能很好地满足TD-LTE未来建设发展需求。分析了目前的TD-LTE发展现状和世界范围内开展LTE建设的经验，对TD-LTE在F频段、D频段以及700MHz频段的建设做了实例仿真分析和投资估算，最后提出了尽快确定TD-LTE建设频段的必要性。

【关键词】TD-LTE 700MHz频段 室内覆盖

1 引言

1.1 世界范围内LTE建设应用情况

截至2013年2月19日，全球已有67个国家的150个运营商提供LTE商用服务，其中在之前的5个月开通LTE服务的运营商为50个。到2013年底，商用LTE网络预计将达到256个，其中大部分采用FDD制式，全球有TD-LTE商用网14张。

从地域来看，北美、日本和韩国等已先行发展LTE，其中美国已在LTE网络上有明显收益，欧洲运营商在LTE上的规模部署才刚刚起步。

全球共有87个厂商提供666款LTE终端，其中，31家制造商提供的125款终端支持TD-LTE。

1.2 TD-LTE在中国的建设发展情况

2012年，中国移动在杭州、广州、深圳等15座城市开展了TD-LTE扩大规模试验，年内覆盖了2万TD-LTE基站。同年12月底，中国移动在香港推出了TD-LTE/LTE FDD融合网络。

2013年，TD-LTE网络将覆盖到包括地级市在内的100座城市，部署超过20万个基站，可以服务5亿人口，这将是全球最大的LTE网络。2013年中国移动的TD-LTE终端采购量将超过100万部。

1.3 频率资源的重要性

在频谱资源异常紧张的今天，科学利用频谱越来越重要。如果把发展我国TD-LTE事业比作盖楼，那么，频谱分配则是盖楼前的征地工作。如果没有确定土地，就算楼房规划得再好也只是空中楼阁。

2 频段分配现状

2.1 国际TD-LTE频段分配现状

国际电联给LTE划分了四个频段：3.4～3.6GHz的200MHz、2.3～2.4GHz的100MHz、698～806MHz的108MHz和450～470MHz的20MHz。按照通信原理，在越低的载波上，信号的传输距离越长，基站的覆盖面积也就越大，所以后两个低频段更有利于建设LTE网络。但是，450MHz频段已经定为公共频段，主要用于对讲机、集群通信，所以其中只有700MHz是LTE的最佳频段。

2.2 国内TD-LTE频段分配现状

目前国内实验网主要在2G频段建设，即F频段和D频段，如表1所示。F频段频率1 880～1 920MHz，其中后20MHz目前由小灵通占用，现网设备可以直接升级，布网快，但是仅有20MHz；D频段频率2 500～2 690MHz，带宽足够，但是建设周期比较长。目前的频率均不能很好地满足TD-LTE未来建设发展需求。因此，尽快分配合适的频段用于TD-LTE建设成为至关重要的问题。

2.3 700MHz频段是“数字红利频谱”

根据全球模拟电视数字化进程，2007年WRC-07世界无线电大会上新分配给陆地移动通信业务4段频率，它们分别是450～470MHz、698～862MHz、2 300～2 400MHz、3.4～3.6GHz。其中，700MHz频段是模拟电视转换成数字电视后在UHF频段空出的频率，能够被广播电视之外的系统使用，因此也被成为“数字红利频谱”。世界各国纷纷开展“数字红利频谱”的再分配工作，大量国家将其用于LTE建设，如图1所示。

在我国，2013年广电已经完成全部地市和大部分县90%以上人口地面数字电视覆盖，并已经基本同意2015年释放出700MHz频谱资源（698～806MHz）。但是就LTE的发展来看，这一时间点远远不足以满足需要。

3 采用700MHz频段建设的优势

3.1 链路预算

自由空间传播模型：

PL（dB）=32.44+20lgd（km）+20lgf （1）

Okumura-Hata传播模型公式：

LOku=69.55+26.16lgf-13.82lghb+[44.9-6.55lghb]*

lgda（hm ）-Cm （2）

COST231-Hata传播模型公式：

PL（dB）=46.3+33.9lgf-13.82lghb+（44.9+6.55lghb）*

lgd-α（hs ）+Cm （3）

在自由空间传播模型下，空间耦合损耗的差异：700MHz相对F频段少8dB，相对D频段少10.8dB。

在密集城区经验传播模型下，空间耦合损耗的差异：700MHz相对F频段少15.6dB，相对D频段少20.3dB。

因此，基于700MHz的传播特性，如果采用该频段建设TD-LTE，将减少站址及设备投入，减少室分系统的建设，相对高频段来说成本比较低。

3.2 站数对比

从表2可以看出，以某城市的密集城区为例，在初期只满足覆盖需求的情况下，覆盖面积为18.84km2的主城区，如果采用1 900MHz频段，需要221个宏基站；如果采用2.6GHz频段，需要462个宏基站；如果采用700MHz频段，仅需要约53个宏基站。

事实上，因为主城区的GSM网容量受限，该区域现有基站89个，完全满足700MHz频段的TD-LTE网络初期覆盖需求，无需新建基站。

3.3 仿真比较

选取某城市的密集城区进行仿真结果比对。密集城区面积18.84km2，89个TD-LTE基站，平均站间距494m。仿真结果如图2所示，不难发现，700MHz的仿真结果显著优于D频段与F频段的仿真结果。700MHz的仿真结果RSRP平均约为-70dBm，边缘场强为-80dBm，D频段与F频段仿真均存在弱覆盖区域，从仿真结果来推断，700MHz的组网格局仍需减站，而D频段与F频段的组网格局需新建部分站点才能满足覆盖需求。

3.4 投资比较

由表3可知，采用700MHz大约需要投资3 594万元；采用1 900MHz频段需要投资约1.67亿元；采用2.6GHz频段需要投资约3.47亿元。

3.5 室内覆盖比较

根据电磁波的传播特性，低频信号穿透能力差，但绕射能力强，空间传播损耗小。实验表明，频率越高，穿透损耗越高。

同时TD-SCDMA的工程实践也告诉我们，使用F频段做宏站广覆盖的TD-SCDMA网络，比900MHz的GSM网络需要更多的室内分布系统。仍以上面的密集市区为例，室内分布系统预计投资如表4所示：

表4 不同频段需要的室分投资对比表（万元）

室分 室分投资

700MHz 30 1 050

F（1 900MHz） 137 4 808

D（2 600MHz） 252 8 836

综上所述，采用700MHz频段建设TD-LTE的成本较低，约为2 600MHz频段的1/3。因此如果建设初期就采用700MHz频段进行TD-LTE网络覆盖，尤其是广大农村的覆盖，可以节省大量的国有资产投资。

3.6 节能环保

700MHz频段空间损耗较小，可以用较小的发射功率获得较好的信噪比，比较节能环保，能够为社会营造一个更加绿色的无线环境。

4 尽早确定采用700MHz频段建设的必

要性

4.1 有利于TD-LTE产业链发展

频谱的不确定除了对运营商建设进度的影响外，还影响到设备商产品的研发进程。目前700MHz频段产业支持情况不理想，预计在提出明确需求后6～9个月，TDD LTE产业界可以提供支持700MHz的基站设备和终端设备。

如果要终端和基站设备支持包括700MHz在内的多个TD-LTE频段，则需要中国移动提出详细的技术要求，综合终端特性、具体频点、射频器件现状、芯片能力等多个维度进行评估。

频率的不确定性已经构成了对技术发展的限制和制约，严重影响了TDD技术的发展和普及，特别是不利于吸引更多的国际力量壮大TDD阵营。因此，推动TDD获取低频段也是推动TD-LTE产业发展壮大的需要。

4.2 国际经验表明优势明显

在美国，Verizon Wireless 2008年就拥有了覆盖全美的高质量700MHz频段，从2010年开始Verizon Wireless逐步商用LTE，为用户提供了高速的4G数据业务。LTE数据业务已经成为Verizon利润率的主要提升来源，其用户的满意度始终保持全美最高。

而在欧洲，因为低端频谱迟迟不能确定，已经严重影响了LTE的发展，欧洲在LTE部署规模上要远远小于北美市场。根据欧盟委员会无线电频谱政策计划（RSPP），所有27个成员国均应该在2013年1月1日前将数字红利频谱中的800MHz频段用于移动宽带服务。然而，到2013年2月，只有9个国家确认已经分配了数字红利频谱，其余18个国家宣布他们将不能在最后期限前完成这项工作。拖延为LTE服务分配800MHz频段频率意味着覆盖范围受到限制，欧盟27国的运营商只能有效地覆盖数据流量密集的主要城区，难以为主要城区以外的其他地区提供足够的网络覆盖。

5 结论

通过以上分析表明，700MHz频段具备传播特性上的优势，如果用于TD-LTE建设，在节省大量的国有资产投资的同时，还将大大缩短建设周期。国内LTE发展较迟，如果能够吸纳国际先进经验，在发展之初就采用合适的频段，将有力推动我国移动通信产业的快速进步。

参考文献：

[1] 楚佩斯，李小玉，赵培. LTE典型频段室外传播特性研究[A]. 中国通信学会无线及移动通信委员会. 2012全国无线及移动通信学术大会论文集（上）[C]. 北京： 人民邮电出版社， 2012.

[2] 秘俊杰. TD-LTE网络规划建设探讨[Z]. 2012.

[3] 中国移动设计院. TD-LTE产业发展及建设思路[Z]. 2012.

[4] 中国移动通信集团设计院有限公司. 700MHz频段应用于TD-LTE组网分析研究[Z]. 2011.

[5] F频段承载能力分析及TD-LTE频率部署初步建议[Z]. 2012.

[6] TD-SCDMA频段使用策略分析[Z]. 2012.