高鐵專網(wǎng)與鄰近公網(wǎng)F頻段20+20 MHz組網(wǎng)方案研究

李行政，張冬晨，汪汀嵐，張栩

（中國移動通信集團設計院有限公司，北京 100080）

高鐵專網(wǎng)與鄰近公網(wǎng)F頻段20+20 MHz組網(wǎng)方案研究

李行政，張冬晨，汪汀嵐，張栩

（中國移動通信集團設計院有限公司，北京 100080）

目前F頻段是TD-LTE高鐵專網(wǎng)覆蓋及公網(wǎng)廣域覆蓋的主力頻段，但僅有30 MHz的頻率資源。本文開展F頻段高鐵專網(wǎng)及鄰近公網(wǎng)F頻段20+20 MHz的組網(wǎng)頻率配置方案研究，通過理論分析提出最優(yōu)的頻點配置方案，并通過實驗室模擬測試、外場驗證等手段證明所提頻點配置方案性能明顯優(yōu)于常用配置。

F頻段；TD-LTE高鐵專網(wǎng)；頻率配置

TD-LTE網(wǎng)絡可用頻率主要包括F頻段1 885～1 915 MHz、D頻段以及E頻段，其中E頻段僅限于室內(nèi)使用。相比于D頻段，F(xiàn)頻段傳播特性、穿透特性、多普勒頻移特性更優(yōu)，所以目前TD-LTE高鐵專網(wǎng)覆蓋以F頻段為主，同時F頻段也是農(nóng)村或城郊區(qū)域廣域覆蓋的主要頻段。為了避免公網(wǎng)與專網(wǎng)間的同頻干擾，在高鐵專網(wǎng)鄰近公網(wǎng)小區(qū)業(yè)務量較小的場景下，一般高鐵專網(wǎng)使用1 885～1 905 MHz、鄰近公網(wǎng)使用1 904.4～1 914.4 MHz的頻率配置方式，高鐵專網(wǎng)與鄰近公網(wǎng)無頻率重疊，可有效規(guī)避干擾。但隨著4G用戶規(guī)模的不斷擴大及高流量用戶行為的逐步形成，公網(wǎng)小區(qū)的業(yè)務量迅速增加，某些區(qū)域F頻段10 MHz已無法滿足容量需求，也需使用20 MHz載波。當公網(wǎng)小區(qū)不具備開啟D頻段的能力而必須使用F頻段20 MHz載波時，會造成公、專網(wǎng)間存在10 MHz頻率重疊，引入干擾。

本文開展公、專網(wǎng)均使用F頻段20+20 MHz的組網(wǎng)方案研究，通過優(yōu)化公、專網(wǎng)載波中心頻點的配置最小化干擾影響，保障網(wǎng)絡質(zhì)量。本文將在第二部分介紹干擾影響最小化頻率配置方案，第三部分介紹該頻率配置方案實驗室及外場測試結(jié)果，最后對本文的研究成果及具體應用進行歸納總結(jié)。

1 頻率配置方案研究

1.1 現(xiàn)有配置方案

在進行TD-LTE高鐵專網(wǎng)與鄰近公網(wǎng)頻率規(guī)劃時，一般需要設置過渡帶區(qū)域，處于過渡帶上的公網(wǎng)小區(qū)應采用與專網(wǎng)小區(qū)不同的頻率，以規(guī)避高鐵專網(wǎng)與公網(wǎng)的互干擾影響，具體如圖1所示。

在高鐵專網(wǎng)鄰近公網(wǎng)業(yè)務量較小的場景下（如農(nóng)村場景），建議選擇高鐵專網(wǎng)F頻段20 MHz、公網(wǎng)F頻段10 MHz的配置方案，如圖2所示。在該方案中，高鐵專網(wǎng)頻率設置為1 885～1 905 MHz（F1載波，EARFCN為38 400），高鐵專網(wǎng)鄰近公網(wǎng)頻率設置為1 904.4～1 914.4 MHz（F2載波，EARFCN為38 544），高鐵專網(wǎng)與鄰近公網(wǎng)頻率錯開，達到控制干擾的目的。

圖1 高鐵專網(wǎng)與鄰近公網(wǎng)小區(qū)部署示意圖

而在高鐵專網(wǎng)鄰近公網(wǎng)小區(qū)業(yè)務量較大時，當公網(wǎng)小區(qū)不具備開啟D頻段的能力，為了滿足業(yè)務需求公網(wǎng)小區(qū)也必須開啟F頻段20 MHz載波。目前該場景使用較多的頻率配置方案為公網(wǎng)使用1 885～1 905 MHz、專網(wǎng)使用1 895～1 915 MHz頻段（如圖3所示，以下稱之為現(xiàn)有方案，專網(wǎng)EARFCN為38 500），該方案可以最小化頻率的重疊部分。

在現(xiàn)有方案中，公網(wǎng)與專網(wǎng)中心頻點相差10 000 kHz，非300 kHz的整數(shù)倍，并未實現(xiàn)高鐵專網(wǎng)小區(qū)與公網(wǎng)小區(qū)間RE的對齊，因此無法有效規(guī)避公專網(wǎng)參考信號間的干擾，參考信號間的干擾影響速率協(xié)商及信道估計的準確性，由于現(xiàn)有方案僅最小化頻率重疊部分，并未考慮公、專網(wǎng)小區(qū)間參考信號的干擾，因此該配置方案性能未必最優(yōu)。

1.2 最優(yōu)頻率配置方案

最優(yōu)高鐵專網(wǎng)與鄰近公網(wǎng)F頻段20+20 MHz頻率配置方案應具備以下3個方面特點。

（1） 專網(wǎng)小區(qū)與鄰近公網(wǎng)小區(qū)RS信號位置錯開，有效降低參考信號的互干擾影響，保證網(wǎng)絡的覆蓋率。

（2） 可沿用PCI模3不等的原則進行高鐵專網(wǎng)與鄰近公網(wǎng)小區(qū)的PCI優(yōu)化，降低參考信號優(yōu)化的難度。

（3） 盡量減小專網(wǎng)與鄰近公網(wǎng)小區(qū)的頻率重疊帶寬。

在高鐵專網(wǎng)與鄰近公網(wǎng)采用F頻段20+20 MHz的組網(wǎng)方案時，專網(wǎng)及鄰近公網(wǎng)至少有10 MHz頻率重疊，考慮到每個載波中心位置15 kHz的直流分量（如圖4a所示），要實現(xiàn)公網(wǎng)與專網(wǎng)小區(qū)PCI模3相等時RS完全對齊，需滿足以下條件：

100×M=15×3×N+15

其中M、N均為整數(shù)，由于F頻段僅30 MHz頻率資源，因此在公網(wǎng)采用38 400頻點時， M的取值范圍為[0, 100]，經(jīng)計算上式在M、N分別為96和213時上式成立，此時對應專網(wǎng)的絕對頻點號為38 496。

當公網(wǎng)采用38 400、專網(wǎng)采用38 496的頻點配置，且公網(wǎng)與專網(wǎng)PCI模3相等時，頻率重疊情況如圖4b所示，其中，紅色和黃色代表兩天線端口的參考信號?？梢钥闯鲈撆渲梅桨笇崿F(xiàn)了高鐵專網(wǎng)與公網(wǎng)小區(qū)RE資源的對齊（未實現(xiàn)RB資源塊對齊），且在高鐵專網(wǎng)小區(qū)與公網(wǎng)小區(qū)PCI模3相等時實現(xiàn)了頻率重疊部分參考信號的對齊。在實際工作中，按照高鐵專網(wǎng)小區(qū)與鄰近公網(wǎng)小區(qū)PCI模3不等進行規(guī)劃或優(yōu)化時，可實現(xiàn)公網(wǎng)小區(qū)與鄰近專網(wǎng)小區(qū)參考信號完全錯開，從而保障RSSINR的質(zhì)量。

圖2 高鐵專網(wǎng)與鄰近公網(wǎng)F1+F2的頻率配置示意圖

圖3 現(xiàn)有高鐵專網(wǎng)與鄰近公網(wǎng)F頻段20+20 M的頻率配置示意圖

圖4 LTE系統(tǒng)RE分配機制

2 測試驗證情況

為了評估不同頻率配置方案的性能，在實驗室及高鐵專網(wǎng)組織了性能摸底測試，評估高鐵專網(wǎng)小區(qū)與鄰近公網(wǎng)小區(qū)在不同頻率配置方案下的干擾特性。

2.1 實驗室測試結(jié)果

在測試中TD-LTE服務小區(qū)（TD-LTE eNode B 2）與干擾小區(qū)（TD-LTE eNode B 1）上、下行子幀配比配置為1:3，RS功率設置為15.2 dBm，Pa與Pb值分別設置為-3 dB和1，傳輸模式設置為TM3自適應。

在測試過程中，服務小區(qū)的中心頻點設置為38 496（模擬高鐵專網(wǎng)小區(qū)），PCI為32；干擾小區(qū)的頻點設置為38 400（模擬公網(wǎng)小區(qū)），PCI分配設置為33、34或35，從而測量不同場景下的干擾特性。

實驗室測試結(jié)果如圖5a及5b所示，可以看出：

（1）當干擾小區(qū)PCI等于35時下行速率最低，這是因為此時服務小區(qū)與干擾小區(qū)PCI模3相等，按理論分析RS信號完全重疊，干擾最大。

（2）在干擾小區(qū)PCI等于33或34時的下行絕對速率曲線高度吻合，證明在這兩種PCI配置條件下的干擾是一致的，這也可在一定程度上說明在該頻率配置條件下，干擾小區(qū)與服務小區(qū)PCI模3不等時可實現(xiàn)RS信號完全錯開。

（3）在干擾小區(qū)RSRP與服務小區(qū)RSRP電平值相當或略強時，RS信號錯開相比于RS信號重疊時下載速率可提升5%～10%左右。

圖5 實驗室測試結(jié)果

表1 路測結(jié)果統(tǒng)計

表2 KPI指標統(tǒng)計

2.2 外場測試結(jié)果

為了進一步驗證不同頻率配置方案的性能，選擇一段高鐵專網(wǎng)進行了外場測試。測試結(jié)果顯示，在專網(wǎng)小區(qū)及鄰近公網(wǎng)小區(qū)采用F頻段20+20 MHz組網(wǎng)方案時，本文所提頻率配置方案性能優(yōu)勢明顯（表1、表2中方案2，方案1為現(xiàn)有常用頻率配置方案），網(wǎng)絡綜合覆蓋率提升3%左右，平均下載速率提升2 Mbit/s以上，提升率約10%，具體測試數(shù)據(jù)如表1所示。

另外，通過后臺網(wǎng)管對不同配置方案下的RRC連接成功率、ERAB連接成功率、無線接通率、掉線率、切換成功率等指標進行統(tǒng)計分析，結(jié)果顯示本文所提頻率配置方案的性能優(yōu)于現(xiàn)有方案，具體測試數(shù)據(jù)如表2所示。

3 結(jié)束語

本文在理論研究的基礎(chǔ)上提出了一種性能最優(yōu)的高鐵專網(wǎng)與鄰近公網(wǎng)F頻段20+20 MHz頻率配置方案：高鐵專網(wǎng)小區(qū)EARFCN配置38 496，鄰近公網(wǎng)小區(qū)EARFCN配置為38 400。通過實驗室測試及外場驗證可以看出，與已有頻率配置方案相比，網(wǎng)絡綜合覆蓋率提升3%左右，PDCP層平均速率提升率約10%左右。在高鐵專網(wǎng)及鄰近公網(wǎng)采用F頻段20+20 MHz組網(wǎng)時，可選用本文所提方案以獲得較好的網(wǎng)絡性能。

在采用本文所提方案時，為了降低公專網(wǎng)互干擾影響，應盡量保證高鐵專網(wǎng)小區(qū)與鄰近公網(wǎng)小區(qū)的PCI模3不等，同時應重點注意切換帶上的干擾優(yōu)化問題。

20+20 MHz F-band frequency allocation scheme research for TD-LTE high-speed rail network and nearby public network

LI Xing-zheng, ZHANG Dong-chen, WANG Ting-lan, ZHANG Xu
(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080, China)

F-band is the main frequency resource used for the coverage of TD-LTE high-speed rail network and public network, but only 30MHz resources. In this paper, 20+20 MHz frequency allocation scheme for TD-LTE high-speed rail network and nearby public network is studied through theoretical analysis, laboratory testing and field verification. This paper proves the performance of the proposed frequency allocation scheme is significantly better than the current scheme.

F-band; TD-LTE high-speed rail network; frequency allocation scheme

TN929.5

A

1008-5599（2017）08-0060-04

2016-12-17