CDMA 850MHz頻段翻新部署LTE方案探討

李虓江等

1 引言

根據(jù)GSA的最新統(tǒng)計，截止到2014年5月全球共有104個國家商用部署了288個LTE網(wǎng)絡(luò)，其中有24個國家商用部署了36個TD-LTE網(wǎng)絡(luò)[1]。各國運營商部署LTE網(wǎng)絡(luò)時的頻段選擇策略主要有兩種：一種是采用與現(xiàn)有2G/3G網(wǎng)絡(luò)頻段不同的全新的頻段；另一種是基于現(xiàn)有2G/3G網(wǎng)絡(luò)，通過Refarming技術(shù)部署LTE網(wǎng)絡(luò)。

顯而易見，前者需要運營商獲得新的LTE頻譜資源，雖然在不同頻段部署可充分避免不同系統(tǒng)之間的相互干擾問題并降低建網(wǎng)難度，但在頻譜資源日益稀缺、獲取新頻譜資源成本越來越高的今天，對于部分手中沒有充足頻譜資源的運營商來說只能望“頻”興嘆。后者則需要運營商對現(xiàn)有的2G/3G網(wǎng)絡(luò)所使用的頻譜資源進行重整，通過多種手段提升現(xiàn)網(wǎng)的頻譜利用率，從而為部署LTE網(wǎng)絡(luò)空出足夠的可用資源，再通過Refarming技術(shù)實現(xiàn)LTE網(wǎng)絡(luò)的部署。該方法能夠通過與原先2G/3G網(wǎng)絡(luò)站點共站址、機房、配套的方式迅速部署LTE網(wǎng)絡(luò)，可實現(xiàn)經(jīng)濟、快速部署。但若可能空出的頻段資源不多，則對LTE網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮其“大帶寬、高速率”的性能會造成很大限制，最終導致用戶體驗不佳。對于LTE網(wǎng)絡(luò)部署初期來說，這不失為一種有效的解決辦法。

根據(jù)3GPP協(xié)議規(guī)定，850MHz Band 5（824—849MHz/869—894MHz）頻段主要分配用于基于FDD的移動通信網(wǎng)絡(luò)[2]，在國內(nèi)則將其中的825—835MHz/870—880MHz頻段分配給了CDMA制式網(wǎng)絡(luò)用于公眾移動通信業(yè)務(wù)使用（2G/3G）。本文基于目前國內(nèi)已部署的CDMA 850MHz網(wǎng)絡(luò)，著重探討通過Refarming方式將其中部分或全部頻段用于部署LTE網(wǎng)絡(luò)的可行性。

2 方案可行性

單從頻段選擇角度來講，雖然目前LTE網(wǎng)絡(luò)采用的主流頻段大都是高頻段（如1.8GHz、2.6GHz、2.3GHz等）[1]，但是由于高頻無線信號穿透能力相對較弱，導致采用高頻段的LTE網(wǎng)絡(luò)基站覆蓋能力大大縮小，因此要實現(xiàn)LTE網(wǎng)絡(luò)的連續(xù)覆蓋和保證較高的用戶接入速率，則必須要新建大量的基站，這無疑會大大提升運營商的建網(wǎng)成本和后期網(wǎng)絡(luò)運維成本，同時站址選擇和建設(shè)工作量及復雜度也會隨之成倍提高。而相對于高頻段來說，低頻段具有信號覆蓋能力和穿透能力強等優(yōu)勢，在相同目標覆蓋區(qū)域內(nèi)，可以用更少的基站實現(xiàn)相同覆蓋效果，從而節(jié)省建設(shè)投資，降低建設(shè)難度和復雜度。

2.1 產(chǎn)業(yè)鏈逐步成熟，全球已有成功應(yīng)用案例

根據(jù)GSA統(tǒng)計，到2014年5月全球已商用的LTE FDD網(wǎng)絡(luò)中，主要采用了1.8GHz、2.6GHz、700MHz、800MHz等頻段。而在已商用的LTE TDD網(wǎng)絡(luò)中，則主要采用了2.3GHz、2.6GHz、3.5GHz、1.9GHz等頻段[3]。目前LTE部署主要集中在高頻段，但低頻段如700MHz、800MHz、850MHz、900MHz等也有使用，具體如表1所示[1]：

表1 全球已商用LTE網(wǎng)絡(luò)低頻段使用情況（數(shù)據(jù)來源：GSA）

主要頻段/MHz 700 800 850 900

3GPP頻段號 Band 12/13/14/17/28 Band 20 Band 5 Band 8

已商用網(wǎng)數(shù)量 47 39 5 4

商用終端數(shù)量 327（b12/17）

275（b13） 392（單模）

340（多模） 282 246

由此可見，對于850MHz Band 5頻段來說，目前基于該頻段建設(shè)LTE網(wǎng)絡(luò)在國際上已有成功案例，且產(chǎn)業(yè)鏈方面從設(shè)備到終端均有相應(yīng)支持的商用產(chǎn)品。

2.2 現(xiàn)網(wǎng)覆蓋情況較好

經(jīng)過多年的建設(shè)和經(jīng)營，國內(nèi)CDMA 850MHz網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為一個技術(shù)成熟、良性發(fā)展的移動通信網(wǎng)絡(luò)，其覆蓋廣度和深度均具有一定規(guī)模。根據(jù)中國電信發(fā)布的年度報告顯示[4]，截至2013年底，移動用戶總數(shù)已達1.86億戶，其中3G用戶總數(shù)達到1.03億戶。另據(jù)不完全統(tǒng)計，截止到2013年底全國共建有CDMA通信基站約30萬個，CDMA室內(nèi)分布系統(tǒng)約10萬套。目前CDMA網(wǎng)絡(luò)已覆蓋全國所有縣級以上城市及絕大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)，大部分農(nóng)村地區(qū)都已實現(xiàn)2G（1X）網(wǎng)絡(luò)的普遍覆蓋，覆蓋了超過90%以上的人口。

因此，若以現(xiàn)有CDMA網(wǎng)絡(luò)站點作為依托，通過共站址建設(shè)LTE 850MHz網(wǎng)絡(luò)，則為低成本、快速地實現(xiàn)LTE網(wǎng)絡(luò)的廣覆蓋創(chuàng)造了良好的先天條件。

2.3 現(xiàn)網(wǎng)有富余頻譜資源

如前所述，到目前為止，國內(nèi)CDMA網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過多年的建設(shè)和運營，已基本實現(xiàn)了有效覆蓋區(qū)域內(nèi)的廣覆蓋和熱點區(qū)域內(nèi)的深度覆蓋。從覆蓋區(qū)域分析，農(nóng)村覆蓋面積占比超過全部有效覆蓋區(qū)域的九成，市區(qū)和郊縣覆蓋面積總占比不到一成。通過對各區(qū)域內(nèi)基站分布的分析可見，約一半的站點分布在農(nóng)村區(qū)域，而市區(qū)和郊縣內(nèi)基站數(shù)占比分別約占總站點數(shù)的兩至三成左右。具體如圖1所示。

另一方面，從目前CDMA現(xiàn)網(wǎng)負荷情況來分析，由于用戶分布密度及業(yè)務(wù)需求的不均衡性，不同區(qū)域尤其是城市區(qū)域與農(nóng)村區(qū)域在網(wǎng)絡(luò)負荷上存在較大差異。除部分大型城市核心區(qū)域及話務(wù)熱點區(qū)域因業(yè)務(wù)負荷高導致頻點使用率較高外，其余區(qū)域尤其是廣大農(nóng)村業(yè)務(wù)負荷較低，目前僅使用了部分頻點，甚至個別地區(qū)僅用了基本頻點，頻點利用率偏低，這在一定程度上造成了資源浪費。也就是說，大部分有效覆蓋區(qū)域內(nèi)的基站業(yè)務(wù)負荷相對較輕，同時區(qū)域內(nèi)基站數(shù)占比卻較高。當然，為保證移動網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量和移動信號的連續(xù)性，在這些區(qū)域內(nèi)設(shè)站也是非常必要的。

綜上所述，頻率和站址資源作為運營商手中的稀缺資源，如能通過某種合適的技術(shù)和工程手段對其有效加以利用，提升其利用效率，則不失為一種較為經(jīng)濟、快速的LTE網(wǎng)絡(luò)部署解決辦法。

因此，可考慮采用在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上升級支持LTE網(wǎng)絡(luò)的部署方案。具體而言，就是在農(nóng)村等業(yè)務(wù)負荷相對較輕、有空余頻點的區(qū)域，將部分850MHz頻段通過Refarming技術(shù)用于部署LTE網(wǎng)絡(luò)。通過850MHz頻段部署LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣大農(nóng)村地區(qū)，在充分利用現(xiàn)網(wǎng)資源的同時，可充分發(fā)揮低頻段的覆蓋優(yōu)勢，不需或僅需少量建設(shè)LTE站點，即可在廣大農(nóng)村等需LTE網(wǎng)絡(luò)廣覆蓋的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)LTE網(wǎng)絡(luò)的快速、低成本部署。

3 部署方案探討

3.1 部署方案

目前電信CDMA網(wǎng)絡(luò)共有10MHz×2帶寬（基站收：825—835MHz，基站發(fā)：870—880MHz），可劃分成7個頻點，各頻點寬度為1.25MHz[5]。如圖2所示。

其中，1X載波以283頻點為基本頻點，由高向低配置；DO載波以37頻點為基本頻點，由低向高配置。

不同數(shù)量的頻點組合后，占用的帶寬如表2所示。

表2 不同CDMA頻點組合占用帶寬

CDMA網(wǎng)絡(luò)可用頻點數(shù) 1 2 3 4 5 6 7

占用帶寬/MHz 1.25 2.5 3.75 5 6.25 7.5 8.75

而根據(jù)3GPP協(xié)議設(shè)定，不同帶寬條件下LTE網(wǎng)絡(luò)下行理論峰值速率如表3所示（終端類型3）[6-7]：

表3 不同帶寬條件下LTE網(wǎng)絡(luò)下行理論峰值速率

帶寬/MHz 1.4 3 5 10 15 20

RB數(shù) 6 15 25 50 75 100

下行峰值速率/Mbps 6.0 15.1 25.2 50.4 75.6 100.8

注：下行峰值速率為不考慮系統(tǒng)開銷，理想情況下的系統(tǒng)理論峰值速率，天線工作模式為單流。

由此可見，在農(nóng)村等CDMA業(yè)務(wù)量不大、基站負荷普遍不高的區(qū)域，可考慮從CDMA現(xiàn)網(wǎng)的空余頻點中挪出部分帶寬用于通過Refarming技術(shù)部署LTE網(wǎng)絡(luò)，以滿足LTE用戶的基本業(yè)務(wù)需求。若挪出4個頻點（5MHz帶寬），則理論上可實現(xiàn)下行峰值業(yè)務(wù)速率達25Mbps，相對于原先CDMA 3G網(wǎng)絡(luò)的峰值速率（下行峰值速率3.1Mbps）來說有很大提升，可基本滿足農(nóng)村區(qū)域用戶的LTE基礎(chǔ)業(yè)務(wù)需求。

從另一方面來說，我國地域遼闊，廣大農(nóng)村區(qū)域地形、地物和地貌復雜，與此同時目標用戶分布極為分散，用戶密度相對于城市區(qū)域也更為稀疏，因此農(nóng)村地區(qū)要實現(xiàn)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的有效覆蓋，其建設(shè)難度大和成本高昂可想而知。而通過采用Refarming技術(shù)，在CDMA現(xiàn)網(wǎng)基礎(chǔ)上使用約5MHz的帶寬部署LTE 850MHz網(wǎng)絡(luò)，則可充分發(fā)揮低頻段覆蓋能力強的優(yōu)勢，將850MHz頻段作為農(nóng)村等低移動業(yè)務(wù)密度區(qū)域的主要覆蓋頻段，并通過復用CDMA 850MHz網(wǎng)絡(luò)站址資源（共機房、塔桅、天面等），進一步節(jié)省建設(shè)成本，加快部署進程，可實現(xiàn)農(nóng)村區(qū)域LTE網(wǎng)絡(luò)的廣覆蓋，同時在部分有線寬帶無法到達的區(qū)域亦可提供4G移動網(wǎng)絡(luò)無線寬帶接入能力。

對于同一個運營商來說，不同制式系統(tǒng)的定位和業(yè)務(wù)承載建議如表4所示：

表4 不同制式系統(tǒng)的定位和業(yè)務(wù)承載建議

制式 頻段 定位與用途 承載業(yè)務(wù)

FDD LTE 1.8/2.1GHz 城市、郊縣室內(nèi)外熱點覆蓋 高價值、高速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，未來將逐步具備承載語音業(yè)務(wù)能力

TD-LTE 2.6GHz 城市、郊縣等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)熱點區(qū)域及農(nóng)村等有線寬帶暫時無法到達區(qū)域的覆蓋 高速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，分流高速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求

FDD LTE 850MHz 郊區(qū)和農(nóng)村、干線區(qū)域室外LTE廣覆蓋 中等速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，未來將逐步具備承載語音業(yè)務(wù)能力

CDMA 850MHz 廣覆蓋 語音、短信等基礎(chǔ)業(yè)務(wù)（1X）及中低速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（DO）

Wi-Fi 2.4GHz 城市熱點地區(qū)室內(nèi)外覆蓋，作為移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的分流手段之一 低價值、低QoS保障、低移動性的中高速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)

3.2 分階段實施建議

根據(jù)移動網(wǎng)絡(luò)建設(shè)特點，結(jié)合CDMA網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀及國內(nèi)LTE網(wǎng)絡(luò)部署情況，建議分階段實施本方案，具體如下：

在LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期和中期，適時騰出CDMA網(wǎng)絡(luò)的78、119、160、201共4個頻點所占用的5MHz×2帶寬，這樣CDMA網(wǎng)絡(luò)仍留有37、242、283這3個頻點用于滿足基本業(yè)務(wù)需求（DO：1個頻點，1X：2個頻點）。若數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求仍較大，可根據(jù)需要申請次800MHz頻段中1019號頻點（824—825MHz/869—870MHz）用于滿足數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求。具體如圖3所示。

騰出來的4個頻點組成5MHz×2帶寬，可滿足農(nóng)村等區(qū)域?qū)τ贚TE網(wǎng)絡(luò)的廣覆蓋及基本業(yè)務(wù)需求。此時，在城市區(qū)域仍以1.8/2.1/2.6GHz頻段LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋為主。如前表所示，5MHz×2帶寬下，使用CAT3類終端可獲得下行25Mbps的峰值速率，這意味著當用戶從城市向農(nóng)村區(qū)域移動時，LTE業(yè)務(wù)速率將會有所下降（約為市區(qū)范圍內(nèi)峰值速率的1/4），但LTE信號仍能在農(nóng)村區(qū)域保持良好覆蓋，用戶LTE數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)不至于中斷，可滿足基本LTE業(yè)務(wù)接續(xù)需求。終端方面，則需支持850MHz、1.8/2.1/2.6GHz等多頻段的LTE網(wǎng)絡(luò)。

不同區(qū)域內(nèi)網(wǎng)絡(luò)部署及業(yè)務(wù)定位建議如圖4所示：

圖4 LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期不同區(qū)域內(nèi)網(wǎng)絡(luò)部署及業(yè)務(wù)定位建議

在LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中后期，可根據(jù)LTE業(yè)務(wù)發(fā)展、技術(shù)演進及CDMA用戶向LTE網(wǎng)絡(luò)遷移和城市高話務(wù)區(qū)域內(nèi)不同制式網(wǎng)絡(luò)的負荷變化情況，適時將原CDMA 850MHz網(wǎng)絡(luò)中的10MHz×2帶寬全部用于LTE網(wǎng)絡(luò)（此時CDMA網(wǎng)絡(luò)徹底退出移動業(yè)務(wù)服務(wù)）。在通過850MHz頻段實現(xiàn)LTE網(wǎng)絡(luò)在農(nóng)村等區(qū)域內(nèi)的廣覆蓋同時，進一步提升區(qū)域內(nèi)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)容量。原先CDMA 850MHz網(wǎng)絡(luò)上承載的語音業(yè)務(wù)可在LTE網(wǎng)絡(luò)上通過VoIP等技術(shù)解決。如前表所示，10MHz×2帶寬下，使用CAT3類終端可獲得下行約50Mbps的極限速率。具體如圖5所示：