LTE高低频混合组网方案

林衡华

（中国电信股份有限公司广州研究院 广州510630）

1 概述

随着移动通信技术的不断发展和广泛应用，用户对网络的质量和通信带宽提出更高的要求，这样运营商不仅要保障网络的覆盖性能，而且对频率的需求也越来越高。

理论上无线信号在高频段的损耗要远大于低频段的损耗。以2.1 GHz和850 MHz频段为例，两者在自由空间的损耗相差近8 dB，覆盖距离相差约2.5倍[1]。但由于在低频段的频率资源有限，且仍被原有2G/3G业务所占用，因此在LTE时代，大部分可以利用的频段都是高频段。因此高低频段混合组网将是未来LTE网络组网的趋势。

图1 测试环境

2 频段覆盖能力

移动通信系统中的无线信号传播十分复杂，高低频段的无线信号损耗的影响主要包括了直射、反射、大气折射、绕射、穿透损耗等多种因素，同时还包括了天线方位角、增益、下倾角、覆盖目标楼层等众多工程因素的影响。因此，笔者对不同覆盖距离和不同覆盖楼层做了测试对比，测试环境如图1所示。

测试场景选择在密集市区环境，统计了近场低层、近场高层、远场低层和远场高层4类建筑物室内的2.1 GHz和850 MHz频段信号强度的分布，发射机的发射功率为+33 dBm，天线增益11 dBi。

图2统计了近场低层、近场高层、远场低层和远场高层4类建筑物室内850 MHz和2.1 GHz信号强度分布以及差值的分布。

图2 信号强度分布以及差值的分布

通过测试得知在可视传播信号以直射为主的条件下，2.1 GHz频段的损耗要比850 MHz频段的高5～10 dB；在非可视传播信号以反射或绕射等为主的条件下，2.1 GHz频段的损耗要比850 MHz频段的高10 dB以上。

由于高低频段覆盖性能的差异，对比原有2G/3G时代采用低频段组网，如果采用高频段组网需要布放更多的基站。但实际上由于投资以及实际部署的情况，特别是网络建设初期，大部分的情况采用高低频段只能采用共站部署的方式。在这种情况下采用一些特殊的手段可以部分解决高低频段覆盖性能的差异问题。

利用低功率节点在弱覆盖区、盲区进行补充覆盖，目前低功率节点的技术包括：RRH（射频拉远单元），需要通过基带信号接口和基站直接相连；pico cell（皮基站），回传可以通过S1/X2接口；HeNB（家庭基站），主要通过HeNB GW与宏网络相连；relay（直放站），直接通过空口与宏网络相连。这些低功率节点的主要技术特点是其发射功率较低，一般在50 mW～2 W，一般用于热点话务吸收和覆盖弱区域的补盲，譬如在室内覆盖中使用[2]。

载波聚合技术是3GPP R10版本引入的新技术。载波聚合能够聚合两个或两个以上成员载波，同时为一个终端提供数据传输，同时载波聚合技术支持通过一个成员载波的控制信道调度其他载波的无线资源分配。因此利用载波聚合技术，将控制信道配置在覆盖较理想的低频段，有利于用户覆盖的保证[3]。

3 多频段组网技术

目前无线基站设备主要采用基带单元和射频单元的模块化设计。基带单元部分包括控制和业务模块，控制部分完成基站控制、传输、时钟同步、用户信令等功能，业务部分完成用户业务处理、基带处理、CPRI传输等功能；射频单元部分完成无线信号收发、数模转换等功能。

多频基站中不同的频段一般可以共用基带单元，但需要根据实际的业务负载情况配置信道单元。对于射频部分由于目前射频电路与频率密切相关，因此不同频段一般采用独立的射频单元。多频基站设备如图3所示。

对于天馈系统，可以根据实际情况选择独立设置天馈系统或者两者共用。

独立设置天馈系统，有利于两个网络独立调整，而且能够避免频段间的干扰，降低了网络设计和维护的难度，但是由于很大一部分场景受限于天面物业条件等情况的很难单独建设天馈系统，需要合用天馈系统。

合用天线可以减少天线对天面的要求，以800 MHz/2.1 GHz双频天线一般体积与800 MHz天线体积相当。对比800 MHz单频天线，800 MHz/2.1 GHz双频天线的长度只增加10%左右，宽与深的尺寸保持一致，重量增加约20%。

不同频段的系统可以共用馈线，这样可以降低建设成本和施工难度，但需接入合路器，这会造成一定的插入损耗。

图3 多频基站设备

4 结束语

随着移动通信技术与业务的不断发展，移动通信系统需要的频率也越来越多，而易于利用的低频段资源已经不能完全满足未来移动通信技术的发展。因此，高低频混合多频段组网将是未来LTE网络的一种重要组网方式。高低频段覆盖能力存在较大的差异，除了增加覆盖基站数量外还可以通过部署低功率节点、载波聚合等技术增强覆盖，另外多频多模基站和宽频天线的技术发展也有利于高低频混合多频段网络的部署。

1 郭梯云.移动通信.西安：西安电子科技大学出版社，2006

2 3GPP TR 37.812.Radio Frequency(RF)Requirements for Multi-Band and Multi-Standard Radio(MB-MSR)Base Station(BS)

3 3GPP TR 36.850/TR 36.851.Inter-Band Carrier Aggregation