GSM频率重耕至LTE建设关键问题研究

邵华 李新 何文林 杨光

【摘 要】

本文对GSM频率重耕至LTE FDD过程中涉及的关键技术问题进行了系统地梳理及详细地分析，并对GSM升级及新建的两种建设方式的优劣势及可行性进行了深入的研究。同时对未来LTE FDD建设方案选择时应考虑的因素进行了总结，并提出了相应的建议。本文提出的方案可有效地解决GSM频率重耕LTE FDD过程中网络建设相关技术问题，为未来LTE FDD组网提供了坚实的技术基础。

【关键词】LTE FDD 频率重耕 互调干扰 天馈

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2016.04.004 中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1006-1010（2016）04-0019-06

引用格式：邵华，李新，何文林，等. GSM频率重耕至LTE建设关键问题研究[J]. 移动通信， 2016，40（4）： 19-24.

1 引言

随着全球移动用户数量的急剧增加以及用户对高速率业务应用需求的增长，如何最大化频谱资源的利用率就成为运营商最为关注的问题。在频率受限的情况下，运营商需要将其频谱从效率较低的系统中释放出来，用于效率更高的制式，以提升网络性能及用户体验[1-2]。因此，从长远来看，对于目前仍有GSM制式的运营商而言，GSM频率重耕并向LTE FDD演进是必然趋势[3-4]。

在现网已有GSM与TD-LTE设备的场景下，可选择将原有GSM设备升级或基于TD-LTE网络建设LTE FDD。两种建设方式在对网络现有设备的要求及工程改造量上有一定差别，对网络性能及后续技术演进方面的影响也有不同。本文将全面研究两种网络建设方式的差别，并详细分析其在不同建设场景下的优劣势。

2 LTE FDD建设方式对比

2.1 工程改造量

（1）建设方式一：基于GSM升级建设LTE FDD

在现网已有GSM网络设备及天馈系统的场景下，可基于GSM升级进行LTE FDD网络部署。但由于现网GSM设备、天面情况不同，升级中网络改造量也存在一定差异。本文主要从射频单元RRU、天线、BBU及其它改造等方面考虑。

1）射频单元RRU

基于GSM升级建设LTE FDD过程中，对射频单元的改造量很大程度上取决于现网设备的情况。因此，在考察该方案时，需对现网GSM设备能力及配置情况进行分析。

GSM射频单元RRU升级LTE FDD的能力：现网GSM设备新旧程度不一，较早的设备可能无法支持直接升级以支持GSM/LTE FDD双模。对于这部分设备，若要采用GSM升级的形式进行LTE FDD部署，需先将现网设备更换成可支持升级的双模设备，再同时开启GSM/LTE FDD两种工作制式。

GSM射频单元通道数：现网GSM设备在G网载波数不多时，主要以单通道为主。但LTE FDD在采用单通道部署时无法使用MIMO技术，频谱效率较低。在这种情况下，通常需要加入另一单通道设备与现有设备进行双拼或将现网GSM设备更新成双通道，再进行升级改造。

GSM设备最大功率：参考已部署LTE FDD运营商的经验，LTE FDD不同带宽需配置功率建议如表1所示：

若现网GSM载频数较多且单载波功率设置较高，GSM射频单元在升级至LTE FDD/GSM双模后，可能无法满足LTE FDD功率要求。在这种情况下，需将GSM设备更换成功率更高的设备或牺牲GSM或LTE FDD部分性能，将相应系统的功率进行一定程度地降低，再进行升级改造。

GSM设备支持最大载频数：GSM设备通常在同时支持GSM与LTE FDD两模时，会对GSM与LTE FDD支持的载频数进行限制。因此，在对GSM设备进行升级时，需检查GSM现网配置。若GSM载波较多，无法再支持LTE FDD载波时，需将现有设备更换为支持载波数足够的设备，再同时开启GSM/LTE FDD两模。

2）天线

对于基于GSM升级部署LTE FDD的建设方案，其最大优势在于LTE FDD可共用现网GSM天线。这种建设方式适用于现网天面资源紧张，天面工程施工困难等场景。后续铁塔公司将网络基础设施接管后，铁塔租用成本与所占天面资源情况相关时，该方案可在一定程度上节约运营成本。因此，在现网天线指标符合要求时，LTE FDD可共用原GSM天馈系统，如图1所示：

3）BBU

在基于GSM升级部署LTE FDD网络实际部署中，部分厂商支持两系统共用机框，通过在原有GSM机框中插入LTE FDD主控板与基带板，实现GSM/LTE FDD并存。但也有部分厂商BBU为无背板的单硬件板卡SoB（System on Board）设计，如图2所示。即单个硬件板卡集成某一制式三扇区配置下所有的主控、传输、基带、电源等资源，两系统BBU设备部署时完全独立，二者之间并无共用或连接关系，仅是物理地堆叠放置在一起。在这种情况下，可将GSM与LTE FDD的硬件板卡堆叠在一起，再分别连接至GSM/LTE FDD共模RRU。

4）其它改造

采用基于GSM升级方式进行LTE FDD部署时，由于原GSM基站一般无GPS同步源及IP传输，通常需要新增该部分器件。但若同站已有TD-LTE设备并配有相应GPS同步源及IP传输，LTE FDD也可利用原有资源进行部署。

5）基于GSM升级LTE FDD建设方案小结

根据以上分析，基于GSM升级LTE FDD建设方案工程改造量如图3所示：

图3 基于GSM升级LTE FDD建设方案工程改造量

（2）建设方式二：基于TD-LTE建设LTE FDD

除可用GSM升级LTE FDD方式外，也可采用基于TD-LTE新建LTE FDD方式进行网络部署。主要从射频单元RRU、天线、BBU及其它改造等方面对该建设方案改造量进行分析。

1）射频单元RRU

在基于TD-LTE新建LTE FDD时，由于TD-LTE与LTE FDD射频单元RRU为不同双工制式和不同工作频段，射频实现在双工器、功放、中频等部分差异较大，通常采用独立设计。因此，在该场景下，LTE FDD射频单元需独立新建。

2）天线

在新建方案中，天馈系统可根据实际情况选择新建天线，与原有系统合路或共多端口天线。其中，若天面资源较为丰富，且现网天面改造施工可行，可选择独立新建LTE FDD天馈系统。若天面资源紧张或现网天面改造工程实施较为困难且同站有GSM设备，可尽量共用基站原有GSM系统天馈。目前存在两种共用方式：

方式一：LTE FDD与GSM通过合路器共用原GSM天线。该部署方式将给GSM/LTE FDD系统带来一定的合路损耗，在一般情况下不建议使用。

方式二：将GSM天线替换成多端口天线，FDD与GSM采用不同的天线振子与端口，通过不同端口分别连接至各系统RRU。采用该方式部署时，GSM/LTE FDD可独立调整方向角与下倾角，以保证两网最优性能。

3）BBU

在基于TD-LTE建设LTE FDD的方案下，LTE FDD BBU可根据实际情况进行部署。若同站有同厂商的TDD系统，且该厂商支持TDD与FDD共机框及主控板，可在机框内直接增加FDD基带板。对于采用无背板的单硬件板卡SoB设计的厂商，可直接新增LTE FDD硬件板卡。

4）其它改造

由于同站点已有TDD基站，FDD可与TDD共用GSP同步源。在传输带宽足够的情况下，LTE FDD可与TD-LTE共用传输。

5）基于TD-LTE建设LTE FDD方案小结

根据以上分析，基于TD-LTE建设LTE FDD方案工程改造量如图4所示。

（3）两种建设方案对工程改造量对比

基于GSM升级及基于TD-LTE建设LTE FDD方案工程改造量对比如表2所示。

2.2 网络性能

（1）基于GSM升级及基于TD-LTE建设LTE FDD对组网性能的影响

两种建设方案在网络性能方面也有一定差别。基于GSM升级建设的建设方案需GSM/LTE FDD共天馈，GSM/LTE FDD无法实现独立优化。因此，在保证一张网络性能的同时，另一张网络的性能将受到一定程度的影响[5]。而在LTE FDD新建的场景下，若天面资源不紧张，可新建LTE FDD天馈或与GSM共多端口独立电调天线。在这种情况下，GSM/LTE FDD天线下倾角、方向角均可独立调整，使各自网络性能达到最佳。

以两种方式部署LTE FDD性能示意如表3所示：

1）信号强度RSRP：测试结果表明，无论是新建（GSM/LTE FDD共天馈场景）或升级（GSM/LTE FDD独立天馈场景），LTE FDD覆盖均能达到较好的水平。

2）SINR及吞吐率情况：由于GSM为异频组网系统，而LTE FDD为同频组网系统。因此，两网对天线方向角与下倾角的要求差异较大。在共天馈场景下，因需保证现网GSM性能，天线的方位角及下倾角无法根据LTE FDD性能进行调整，会在一定程度上牺牲LTE FDD性能。而在独立天馈情况下，GSM与LTE FDD工程参数可根据各网需求独立进行调整，两网性能均可得到较好的保证。在外场测试中GSM/LTE FDD可独立电调场景下，根据LTE FDD性能进行优化，将其平均下倾角由5.8度调至13度，并调整方向角后，LTE FDD平均、边缘SINR抬升了4.34dB与1.4dB。其下行吞吐率有将近44%的抬升。

（2）基于GSM升级及基于TD-LTE建设LTE FDD互调干扰情况

如上所述，利用GSM升级的方式进行LTE FDD建设时，GSM与LTE FDD可共天馈，实现快速建网。但值得注意的是，在GSM/LTE FDD共天馈的场景下，两系统间会产生一定的互调干扰[6]。若由于天线老旧或工程施工等问题，现网天线互调指标出现下降时[7-8]，该干扰将会对GSM/LTE FDD上行接收性能造成一定影响[9-10]。在该场景下，可先通过GSM/LTE FDD频率调整以改善其上行性能。但若上行性能仍无法满足要求，需对现有天线进行更换。

在天线互调性能不甚理想的情况下，需尽量使得LTE FDD与GSM的较低阶互调产物落入其上行中。以GSM 900MHz频率重耕为例，在频率规划时应尽量使得LTE与GSM Band A/B的5阶互调产物不落入LTE上行接收频段，即用于LTE FDD部署的下行频段（fDL，1， fDL，2）需满足的条件如式（1）、式（2）所示：

3×934.1MHz-2fDL，2>fDL，2-45MHz，即fDL，2 ≤949.1MHz

（1）

3fDL，1-2×953.7MHz≥908.7MHz，即fDL，1≥ 938.7 MHz

（2）

由式（1）、式（2）可知，在938.7MHz—949.1MHz频段范围内部署LTE 10MHz带宽，可避免LTE与GSM的5阶互调干扰落入接收带宽。

900MHz频率GSM与LTE FDD频率分布如图5所示：

图5 900MHz频率GSM与LTE FDD频率分布

在这种GSM/LTE FDD频率配置下，同站同一通道的GSM频点有以下几种排布方式，具体如图6所示。在各个排布方式下，GSM频点之间互调干扰带宽如表4所示。

由表4可知，若同一通道GSM频点同在LTE频段左侧或右侧，GSM频点间9阶及以上，11阶及以上互调干扰会落到LTE接收带宽内。而同一通道GSM频点在LTE频段两侧，GSM频点间的5阶及以上互调干扰会落到LTE接收带宽内。由于GSM功率谱密度较LTE FDD高，在互调指标较差的情况下，GSM与GSM间互调干扰将对LTE FDD上行产生较大影响。为保证现网LTE FDD性能，建议在同一通道上使用的GSM频点在LTE频段的同一侧，以避免GSM频点间互调对LTE FDD的影响。

在不同天线指标，不同频点排布条件下，测试结果如表5所示。

从上述测试结果可知：

如果天线的互调指标满足要求（三阶互调为151.7dBc），GSM频点放在左、右两侧均对底噪抬升不大。在这种情况下，共用天馈对系统性能影响不大。

在天线指标出现恶化时，GSM频点放在LTE FDD频点的同侧较放在两侧底噪有一定程度地降低。在这种情况下，若将GSM频点放在同侧后，若底噪水平满足要求，可利用原有GSM天馈进行部署。若不满足底噪要求，需对天馈系统进行更换后，LTE FDD与GSM共天线振子或LTE FDD/GSM采用独立天线振子，利用多端口天线进行部署。

对于基于TD-LTE新建LTE FDD场景，只要LTE FDD不与同站GSM采用合路器共用天线（不建议以该方式部署），GSM与LTE FDD之间不存在互调干扰问题，可无需考虑该干扰对系统性能的影响。

2.3 基于GSM升级及基于TD-LTE建设FDD对后

续演进技术的影响

基于TD-LTE建设FDD网络时，若TD-LTE与LTE FDD设备来自同一厂商，两系统可共用主控板，实现融合组网的处理资源协调。这种建设方式有益于两网协同与融合，为TD-LTE/LTE FDD后续演进技术的引入提供了便利。以TD-LTE/LTE FDD载波聚合为例，基于TD-LTE建设LTE FDD形成的融合网络通常可以通过TD-LTE共主控，基带板共机框的形式平滑支持两者间载波聚合。而对于基于GSM建设LTE FDD场景，若要实现TD-LTE/LTE FDD载波聚合则对网络有更高的要求，即必须同站需有同厂商TD-LTE设备。在这种情况下，LTE FDD可以通过与TD-LTE共基带的方式支持载波聚合。但若同站无同厂商TD-LTE基站，基于GSM升级建设LTE FDD的方式将较难实现对后续演进技术的支持。

3 结论

本文从工程量、网络性能及后续演进技术引入等多方面出发，对比了基于GSM升级及基于TD-LTE建设LTE FDD网络的两种方案。

（1）基于GSM建设LTE FDD可根据现网情况，利旧GSM射频RRU及天馈系统，实现LTE FDD的快速部署。该建设方式适用于现网天面资源紧张，天面工程施工困难等场景；而基于TD-LTE建设LTE FDD的方案需新增RRU，并根据现网实际情况新建、共用或更换原天馈系统。RRU及天面改造量较前者有一定程度的增加，且在天面空间有限或施工难度较大的场景下较难实施。

（2）从组网性能看，由于基于GSM建设LTE FDD需GSM/LTE FDD共天馈，两网性能无法实现独立优化，在一定程度上会牺牲其中某一网络性能，而基于TD-LTE新建场景下LTE FDD可实现独立优化，网络性能较前者有一定程度的提升。另一方面，GSM与LTE FDD共天馈场景下，若出现原GSM天线老旧，互调指标不符合要求的情况时，GSM/LTE FDD的互调干扰会对网络性能产生一定影响。在这种情况下，可通过LTE FDD/GSM频率调整的方式在一定程度上抑制互调干扰。但若该规避手段仍不足以使互调干扰降至理想水平，则需更换原GSM天线，再采用GSM升级的方案进行LTE FDD网络部署。在基于TD-LTE建设LTE FDD方案下，只要LTE FDD不与同站GSM共天线，则不会出现GSM/LTE FDD互调干扰问题。

（3）从后续演进技术的引入方面看，基于TD-LTE建设LTE FDD较易实现TD-LTE/LTE FDD融合网络资源协同，有利于未来TD-LTE/LTE FDD载波聚合等演进技术的引入。

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