中国联通LTE1800M与DCS1800M带内频谱共享方案研究与实践

【摘要】提出了一种LTE1800M与DCS1800M带内频率共享的频谱规划方案。在中国联通现有的1800M频谱带宽内达成20 MHz+10 MHz LTEFDD载波聚合以及DCS1800M频点的规划方案。并通过实地验证的方法对该规划方案进行了网络性能测试，测试结果表明频谱共享载波聚合在网络性能上基本具备可实施性。

【关键词】LTE1800M；DCS1800M；频谱共享；网络性能；可实施性

doi:10.3969/j.issn.1006-1010.2018.02.000      中图分类号：TN929.5      文献标志码：A      文章编号：1006-1010(2018)02-0000-00

引用格式：吴伟. 中国联通LTE1800M与DCS1800M带内频谱共享方案研究与实践[J]. 移动通信, 2018,42(2): 00-00.

Research and Practice of the LTE1800M and DCS1800M Band Sharing Scheme in China Unicom

WU Wei

(China United Network Communications Corporation Panjin Branch, Panjin 124010, China)

[Abstract] This thesis presents a frequency utilization scheme for LTE1800M and DCS1800M inband spectrum sharing. In 30MHz bandwidth to achieve 20 MHz+10 MHz LTE carrier aggregation and DCS frequency of the planning program. And the network performance of the scheme is verified by the measured method. The results show that the spectrum sharing carrier aggregation is basically feasible in network performance.

[Key words] LTE1800M; DCS1800M; spectrum sharing; network performance; implementability

1   引言

目前国家无线电管理部门在1800 MHz频段上分配给中国联通总共30 MHz的频谱（如图1），中国联通的大多数城市在1800 MHz频段上部署了20 MHz带宽的LTE，剩下的10 MHz频率基本上还是DCS1800M在使用。随着4G终端的普及，4G业务逐步从导入期迅速进入快速成长期，相比在2.1G上部署载波聚合和2.1G终端的渗透率而言，在1800 MHz频段带内实现载波聚合使中国联通4G+发展拥有最高的性价比，是实施创新聚焦战略的具体体现。同时也兼顾到了2G网络用户的巨大基数，保障2G网络1800 MHz频段的稳定运行，实现2G网络逐渐平滑的精简。针对2G现状与4G未来，作者提出了一种LTE1800M与DCS1800M带内共享频谱方案，为中国联通共享一部分频谱以实现DCS1800M网络的同时还能够达成LTE1800M的载波聚合。

图1    现行1800M频带内网络运行的制式与各制式占用带宽

2   方案介绍

带内频谱共享方案主要是LTE1800M与DCS1800M同时部署在相同频谱资源上，同时辅以将DCS载波优先放置在LTE带宽两边的保护带内，次选配合LTE频带PRB随机化策略，再次利用带宽、载干比特性规避干扰。实现在30 MHz带宽内的20 MHz+10 MHz LTE载波聚合并保证DCS1800M频点可用。

2.1  从DCS1800M角度分析

DCS1800M中一般要求同频干扰保护比C/I>9dB，实际工程中一般再加3 dB余量，即C/I>12 dB，邻频频点干扰比C/I>-6 dB。

DCS1800M网络：

UE_(D)relev=P_(D)ERP+ANT_ERP-Path Loss                          (1)

LTE1800M网络：

UE_(L)relev=P_(L)ERP+ANT_ERP-Path Loss                          (2)

公式（1）和公式（2）中，Path Loss、ANT_ERP是相同的，也就是说比较P_(D)ERP、P_(L)ERP就能比较UE_relev以及同频干扰保护比C/I。

DCS1800M网络200 kHz频率范围内：

P_(D)ERP=43+ANT_ERP(3)

LTE1800M网络200kHz频率范围内：

P_(L)ERP+ANT_ERP=43-10lg(20M/200k)+ANT_ERP=23+ANT_ERP               (4)

同频干扰保护比C/I=UE_(D)relev/UE_(L)relev=20 dB>12 dB，考虑到LTE的PA=3这一比较极端的情况（如表1），LTE小区参考功率（如公式5），同频干扰保护比C/I=UE_(D)relev/[UE_(L)relev+6]=14 dB>12 dB。即LTE1800M与DCS1800M同时部署在相同频谱资源上，满足同频干扰保护比C/I。

现网中DCS中普遍存在PBGT切换，且一般取值大于4 dB，在满足规定定时器后PBGT<4 dB即行切换，也就是LTE1800M与DCS1800M同时部署在相同频谱资源上，满足邻频干扰保护比C/I>>-6 dB。上行链路分析与下行类似，这里就不再细述。

表1    LTE的PA、PB参数的取值范围及功率利用率

RS Power=Total power per channel(dBm)-10lg(total subcarrier)+10lg(PA+1)      (5)

2.2  从LTE1800M角度分析

在LTE网络中（如图2），资源以时域上0.5 ms、频域上180 kHz的子载波集的方式分配给各网络设备，这种资源被称为PRB（Physical Resource Block，物理资源块）。

在下行方向10M带宽模式下，共有50个PRB，不管业务信道（PDSCH）还是控制信道分配，最终资源都会体现在PRB的占用上。也就是说多用户同时调度时，这些用户共享这50个PRB资源。DCS1800M的一个频点通常占用带宽200 kHz，DCS1800M采用的TDMA采用26复帧或51复帧，以最高频率120 ms的非连续方式发射业务与控制信道。当DCS发射时，在采用LTE1800M与DCS1800M同时部署在相同频谱资源时，每个DCS频点对LTE频域至多有2个PRB出现误码，LTE在时域上最多被干扰的概率为1/12。LTE通过传输信道编码选择编码率1/3（如图3），HARQ和ARQ功能完全有能力进行误码纠错。

图2 LTE的下行帧结构

表2    LTE的PA、PB参数的取值范围及功率利用率

上行信道PUSCH的干扰分散工作过程与PDSCH类似，这里就不再复述。这里主要分析一下PRACH控制信道的干扰分散工作过程。PRACH（如图3）实际使用6个物理资源块（PRB）资源，即占用1.4 MHz的上行信道容量。FDD模式总共839个子载波，子载波间隔为1.25 kHz，FDD模式下符号周期时长为1/T=1/1.25 kHz=0.8 ms。ZC序列本身就是一个频域随机化的过程，Proble探针攀升的过程就是一个近似时域离散化的过程，将两个系统的接入干扰离散掉。PRACH探测过程如图4所示，UE根据PRACH配置参数和开环功控发送初始探针。

图3    PRACH配置

图4    PRACH探测

2.3  DCS载波频点分配

（1）DCS载波优先放置在LTE带宽两边的保护带

保护带方案是采用压缩10 MHz LTE和20 MHz LTE载波间隔的保护带，同时将DCS1800M载波放置在LTE的保护带里，与LTE的RB最小间隔200 kHz的规划方案，达成在30 MHz频谱里的20 MHz+10 MHz LTE载波聚合，并且保留12个DCS1800M频点，从而形成DCS1800M的S111组网，这部分频率4*3复用做DCS的主B频率。DCS1800的使用频段为636 MHz—645 MHz及782 MHz—785 MHz，LTE第一、第二频点配置如表3所示：

表3    LTE第一、第二频点配置

（

2）DCS配合LTE频带PRB随机化策略

PRB随机化可以让在多小区组网下，相邻小区的RB资源分配位置尽可能地错开，降低小区间干扰，提升频谱效率。PRB随机化分配方式（三段分配模式），是将整个带宽划分为三部分，具体优先使用哪一部分由MOD3(PCI)决定。如图5，MOD3(PCI)=0的小区，则从低位开始分配RB，MOD3(PCI)=1的小区从中间开始分配RB资源；MOD3(PCI)=2的小区从高位开始分配RB资源。DCS1800M的频率安排按照PRB随机化分配规律的逆序进行规划，从概率角度降低干扰。

图5    RB分配算法示意图

3   LTE1800M与DCS1800M带内频谱共享在室分中的内场测试结果

针对LTE1800M与DCS1800M带内频谱共享的载波聚合情况，首先在分布系统场景进行了测试。利用1个LTE基站作为测试使用，1个DCS基站作干扰使用。测试基站、干扰基站情况如图6所示：

图6    LTE1800M与DCS1800M带内频谱共享载波聚合测试设备连接示意图

本次测试对支持载波聚合的终端以及不支持载波聚合的终端分别进行了下行的性能测试。测试结果如表4所示：

表4    频谱共享对载波聚合终端下行速率的影响测试结果

从表4的测试结果来看，在不同的RSRP和SINR的条件下，频谱共享对载波聚合UE总的下行速率、20M主载波速率和10M辅载波速率基本没有负面影响。

从表5的测试结果来看，在不同的RSRP和SINR的条件下，频谱共享对不具备载波聚合的UE驻留在20 MHz带宽上的SINR与下行速率基本没有负面效果。

从分布系统的测试结果来看，频谱共享对于具备载波聚合与否的UE在SINR和下行速率上都基本没有负面效果。

表5    频谱共享对不支持载波聚合终端（20 MHz带宽&10 MHz带宽）下行速率影响测试

4   LTE1800M与DCS1800M带内频谱共享外场测试结果

LTE1800M与DCS1800M带内频谱共享方案的外场验证将主要测试DCS1800M载波放置在LTE的标称带宽里，DCS1800M与LTE1800M的互相影响。

本次试验点选择在某县县城区域，涉及14个基站，多数为美化天线站，且站与站的距离小，邻小区干扰严重。测试现场适于测试DCS与LTE之间的干扰。

现场采用了路测的实验方法，在基站覆盖范围内尽量遍历测试。先后测试有无干扰的路测，尽量让前后的无线环境变化可以忽略不计，提高测试精度。DCS1800M网络验证语音质量，LTE网络验证数据下载业务（如表6）。

表6    带内频谱共享下行对比

从表6可以看出，共站场景下的LTE基站对DCS终端的干扰，DCS基站对LTE终端的干扰，在不同位置下的测试结果显示，干扰后的RQ、下载速率和干扰前相比，大多都没有下降。由于无线环境的变化，干扰前后有波动，但都在可接受的范围内。这说明在下行方向上LTE、DCS是可以频谱共享的，干扰在可以接受的范围内。

表7为带内频谱共享上行对比：

从表7可以看出，共站场景下的LTE基站对DCS1800M UE的干扰，DCS1800M基站对LTE终端的干扰，在不同位置下的测试结果显示：干扰后的DCS网络的RQ、LTE网络的上传速率和干扰前对比，没有太大的波动。干扰前后有波动但在可控范围内。这说明在上行方向上LTE1800M、DCS1800M是可以频谱共享的，干扰在可控范围内。

5   效果

基于上述的理论分析，某地市中国联通在现网开通LTE1800M与DCS1800M带内频谱共享载波169个，RRC连接建立成功率99.2%，平均CQI10.6，RLC PDU重传率1.1%，64QAM调度比例44.5%，下行PRB平均利用率16.5%，流量日均2.9 TB，取得了不错的效果。

6   结论

DCS与LTE在外场基站密集的环境下，相互干扰的负面影响甚微，可以共存。巧妙的DCS载波频率规划不仅会尽量降低干扰，而且随着中国联通4G网络的不断加密加厚，在需要LTE1800M与DCS1800M带内频谱共享的城市中心区域基站，覆盖半径会进一步降低，LTE本身的干扰将逐渐超过DCS对LTE的干扰而成为干扰的主要部分。

本文提出了一种LTE1800M与DCS1800M带内频率共享的频谱规划方案。在中国联通现有的1800M频谱带宽内达成20 MHz+10 MHz LTE FDD载波聚合以及DCS1800M频点的规划方案。并通过实地验证的方法对该规划方案进行了网络性能测试，结果表明频谱共享载波聚合在网络性能上基本具备可实施性。

参考文献：

[1] 韩斌杰,张建斌. GSM原理及其网络优化[M]. 北京: 机械工业出版社, 2009.

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[4] 中国通信建设集团设计院有限公司. LTE组网与工程实践[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2014.

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

[7]中国联通运行维护部,中国联通网络技术研究院. 中国联通LTE无线网络优化实用操作指导[Z]. 2014.★

作者简介

吴伟：中级工程师，硕士毕业于东北大学，现任职于中国联合网络通信有限公司盘锦市分公司，主要研究方向为3G/4G移动网络规划、设计、维护、优化。