電子發燒友App
推動TDD獲取低頻段破解難題研究
?由于歷史條件的限制，目前國際頻率資源劃分中TDD方式的頻譜資源較少，特別是缺乏1GHz以下的優質頻段，日益成為TD-SCDMA/TDLTE發展中的難題。
??? TD-SCDMA及TDLTE獲取1GHz以下頻段的必要性、可行性和迫切性已經凸顯，結合TDD網絡技術特點和國際國內頻率劃分趨勢，本文提出了可操作的規劃建議和策略建議。
??? 從ITU頻譜規劃情況和國際上3G運營情況看，3G頻譜的國際規劃以FDD為主，TDD方式的頻譜規劃明顯較少。在已具體分配頻段中（主流分配方式），FDD頻譜480MHz（240MHz×2），分布在700MHz～2690MHz范圍內；TDD分配只局限于1900～1920MHz、2010～2025MHz和2570～2620MHz的85MHz頻段。兩者頻段資源之比約為6：1，且TDD通信方式主要應用在2GHz頻段以上的S波段。
??? 為TDD劃分低頻段的必要性、 可行性、迫切性
??? 我國在頻率規劃中充分考慮了對TDD技術和產業的支持，在國內已為3G規劃的共565MHz之中，TDD共計獲得155MHz頻率，FDD獲得了共計350MHz。但是，TDD劃分頻段除2010～2025MHz可用外，其他頻段均尚存在一定的問題，例如：1880～1900MHz受到PHS一定程度的干擾；1900～1920MHz被PHS所占用；2300～2400MHz目前暫被定位等業務占用。
??? 1．必要性
??? 推動TDD獲取低頻段首先是提高TD-SCDMA及其LTE網絡能力的需要。當前，TD-SCDMA網絡和業務發展都取得了較大的成績，但由于種種原因，目前網絡還存在著覆蓋能力弱、質量不穩定、用戶感受需要提升的問題。相比2GHz，400MHz及700MHz頻段的覆蓋優勢十分明顯。分析表明，采用700MHz/400MHz頻段建設移動通信網絡的建站數量大約在2GHz頻段建站規模的1/3左右。
??? TD-SCDMA/TDLTE系統目前只能使用2GHz的頻段，限制了單站覆蓋能力的提升，使廣域覆蓋的建網成本居高不下。對于ITU新規劃的IMT2000及IMT-advanced低端備選頻段，部分頻率預留給TDD非常有意義。
??? 推動TDD獲取低頻段也是推動TD-SCDMA及其LTE產業發展壯大的需要。目前FDD與TDD頻率分配的不均衡性已經構成了對技術發展的限制和制約，嚴重影響了TDD技術的發展和普及。如果450～470MHz以及698～862MHz之間的部分頻段應用于TDD，可以彌補FDD/TDD頻譜分配的不均衡性，避免對技術的發展形成限制。近年來雖然TD-SCDMA在國內取得了長足的發展，但是從國際角度來講還處在起步階段，國際產業界觀察張望、感興趣的多，投入實施得少。在中國政府和中國移動等企業推動下，TD-SCDMA與TD-LTE在技術上與FDD方式差距不斷縮小接近，TD-SCDMA及其LTE產業發展越來越受到全球頻率劃分中頻段多寡及其優劣的影響。科學前瞻的頻率劃分方案是動員國際產業各界投入資源共同開展相關研發和產業化、運營應用的鮮明旗幟，必將推動TD-SCDMA及其LTE的國際化進程。
??? 推動TDD獲取低頻段也是提高有限頻率資源利用率和頻率安排靈活性的需要。頻譜利用率方面，由于TDD不需要雙工間隔，因此可以全部頻段都用于傳輸業務，頻譜利用率達到100%。極大方便了運營商根據場景和需求選擇合適的帶寬，優化該頻段的利用。
??? 2．可行性
??? 將UHF等頻段用于TD-SCDMA及后續演進系統，對技術、設備實現的可行性需要進行客觀全面的評估。參考TD-SCDMA的同源系統SCDMA（大靈通）在400MHz頻段已經規模應用的經驗，從目前FDD/TDDLTE的共硬件平臺研發實際來看，低頻段用于基于MIMO+OFDM為基礎的TD-LTE系統完全可行，TDD使用低頻段的可行性的難點主要在于TDSCDMA系統，而核心難點則在于450MHz頻段智能天線的小型化。
??? （1）TDD基站采用低頻段的可行性
??? TD-SCDMA基站采用低頻段最重要的環節是需要分析智能天線的可用性。
??? 智能天線技術主要是利用電磁波的干涉原理，通過形成指向目標用戶的定向波束，達到提高增益和干擾抑制的目的。根據智能天線技術原理，對于均勻線陣，當各單元之間間距為0.5倍波長時，具有最優性能。現有TD-SCDMA系統工作在2GHz左右的頻段，此波段電磁波波長為15cm，8單元的陣列寬度大概為60cm，這在一般情況下，施工難度不大。但如果考慮采用比較低的頻率，如400MHz頻段，其波長為75cm左右，此情況下如果按照原有的方法設計8單元的定向線陣列天線，其寬度則達到了3m，這無論在施工上還是電磁環境美化上實現難度較大。但是1m直徑的圓陣天線尺寸是可以接受的，施工也不復雜，而且用于郊區、農村也比較合適。目前已有基于該方案的較成熟產品面世。
??? 定向線陣低頻段智能天線小型化目前還處于研發階段，尚無成熟產品，技術難度較大，需要大力推進。筆者認為減小天線尺寸可以考慮如下兩種解決思路：一是允許一定的增益損失，減少天線高度和寬度，不改變天線間距的情況下，采用雙極化智能天線陣的寬度可降低一半；另外在容量需求不強烈、實施難度較大的場景下甚至可以考慮單天線組網。
??? 另外，智能天線低頻段小型化的工程難度可以暫時回避，在450MHz頻段完全可以使用MBMS專用頻點組網。使用450MHz開展MBMS專用頻點組網也有效地解決了TD-MBMS與TD-SCDMAR4之間的有害干擾問題。
??? （2）TDD終端采用低頻段的可行性
??? 對于TDD低頻段終端的實現，不同頻段對終端基帶信號處理和高層協議實現基本沒有影響，主要是射頻芯片以及天線的重新設計，其中主要是射頻芯片的設計，同時要考慮多頻段的同時支持，TD/GSM雙模終端需要考慮4頻以上的支持能力。
??? 經產業調研，低頻段終端射頻芯片的設計周期一般為1～2年。設計本身不存在技術難度，主要是電路設計和測試優化的工作。
??? 綜上所述，1GHz以下頻段在TD系統的使用具有現實可行性。700MHz頻段的智能天線完全可以實現；450MHz的智能天線體積較大，可在有需要的場景選用，而1+1形式的分集天線也完全可以滿足農村覆蓋的建網需求；使用450MHz和700M頻段開展TDLTE則不存在實現難度。
??? 3．迫切性
??? 當前，國際標準化組織早已開展了WRCO7新增相關移動通信低頻段規劃工作，美國、歐洲等無線電管理部門甚至完成了頻段的拍賣和指配。ITU-R專門從事3G/4G技術標準及頻率分配的5D研究組從去年2月份開始成立了專門的研究組，從事有關電聯劃分建議草擬工作，并計劃在今年10月份完成。
??? 由于TDD產業陣營弱小，目前嚴重缺乏TDD的低頻段規劃，在698～762MHz、450MHz的規劃方案中都沒有TDD的規劃建議安排。
??? 據了解，其他國家目前都考慮FDD的劃分方式。如果我國不能盡快提交相關TDD頻率劃分建議，TD-SCDMA及其TDLTE將喪失一次公平合理獲取優質頻段的機會，嚴重制約TDD產業的發展。
??? 國內電信業重組并發布3G牌照后，三大運營商都高度重視采用1GHz以下頻段建設覆蓋全國的3G網絡，積極推動低頻段的FDD劃分方式。中國電信在800MHz頻段上建設cdma2000網絡，并聯合華為等多次向政府主管部門提出cdma450頻率規劃。中國聯通也在積極爭取900MHz頻段開展WCDMA工作。在行業標準化組織CCSA中，各公司對于1GHz以下頻段規劃更是討論激烈，相關研究進展緩慢。
??? 當前，TD-SCDMA三期建設全面鋪開，但是也應看到，TD-SCDMA及其LTE距離商業成功還有較大距離，發展中的不確定性因素增多，TD-SCDMA網絡質量提升仍存在較大空間，TD-SCDMA正處于取得市場成功關鍵時刻，TDLTE研發產業化也正處于趕超FDDLTE的沖刺階段。如果我們不能抓住國際國內移動通信頻率規劃關鍵時期獲得TDD發展所需要的足夠頻率，將加大產業和技術差距，對國家和中國移動的發展產生極其不利的影響。
??? TDD低頻段規劃若干方案建議
??? 為保護我國自主創新的技術標準TD-SCDMA及其后續技術的發展，考慮促進產業發展、促使TDD/FDD均衡發展及其促進國際化的原則，本文特對上述頻率分配方案提出以下建議，供政府和業界考慮。
??? 1．對450～470MHz頻段的劃分建議
??? 頻段劃分方案一般可分為三種方式：FDD/TDD混合安排方案；全頻段用于FDD方案；全頻段用于TDD方案。如圖1、2、3所示。
??? 根據研究計算，全部頻段用于FDD方案效率較差（不足50%），在不改變FDD雙工間隔的條件下不宜采用FDD/TDD混合安排方案；在改變FDD雙工間隔的條件下FDD/TDD混合方案最高頻譜效率只能到達75%。因此，建議我國450～470MHz頻段按照TDD方式進行劃分，并向2009年6月份的ITU-RWP5D會議提交文稿，建議直接增加TDD劃分。
??? 2．對698～806MHz頻段的劃分建議
??? 基于我國尚未有使用該頻段的移動通信技術和設備，本文建議在ITU已有方案基礎上，結合我國特點，增加更多的可用于TDD的頻譜，有三種方案建議。
??? 方案1：全部頻段劃為TDD。
??? 此方案在698～762MHz頻段為TDD劃分約100MHz頻譜，改善TDD頻譜中低頻端缺乏的效果明顯，可為TDD發展帶來前所未有的機遇，可同時建議多家運營商共同運營TDD，增大規模效應，降低公司運營風險。方案1不足之處是與國際方案中主流劃分方式不夠兼容，不利于形成規模效應。
??? 方案2：在北美規劃的基礎上，將部分頻譜改為TDD劃分，如圖4所示。
圖4 698～806MHz頻段建議規劃方案2
??? 方案2中頻段低端與北美接軌，高端增加了60MHzTDD劃分，有利于TDD產業鏈的形成和發展，同時有效避讓了與低端與廣播系統的干擾。
??? 方案3：FDD、TDD混合方案，如圖5所示。
圖5? 698-806MHz頻段建議規劃方案3
??? 為了便于與低端相鄰的廣播系統共存，方案3采取“反雙工”方式（低端用于下行，高端用于上行）。該方案中FDD/TDD比例可靈活配置，在2個FDD運營商+1個TDD運營商的條件下，每個運營商可各獲得30MHz頻譜，數量對比均衡，整體保護帶開銷約20MHz。
??? 為TD-SCDMA及其LTE規劃優質頻段本身也是一項系統工程，需要統籌規劃，遠近兼顧，遵從實事求是的科學精神和事物發展的客觀規律。在積極做好國際國內頻段規劃的同時，建議國家重大科研項目中增加專門課題，廣納社會資源，盡快開展全面深入的研究，并適時開展規模網絡技術應用試驗。
??? （感謝大唐公司蔡躍民高工，中國移動研究院李男工程師、設計院孟的香博士在本寫作過程當中給予的有益討論和幫助。）
??? 作者簡介：
??? 周猛，中國移動技術部資源處副處長，國際電聯ITU-R5D未來移動通信工作組頻譜劃分研究子組主席，工信部TD-SCDMA專家組成員，電子學會高級會員、IEEE會員、高工。負責新技術試驗、無線電管理、無線網技術研究與管理等。
工商網監
評論