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(yōu)質(zhì)頻段，日益成為TD-SCDMA/TDLTE發(fā)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(jīng)凸顯，結(jié)合TDD網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點和國際國內(nèi)頻率劃分趨勢，本文提出了可操作的規(guī)劃建議和策略建議。

??? 從ITU頻譜規(guī)劃情況和國際上3G運營情況看，3G頻譜的國際規(guī)劃以FDD為主，TDD方式的頻譜規(guī)劃明顯較少。在已具體分配頻段中（主流分配方式），F(xiàn)DD頻譜480MHz（240MHz×2），分布在700MHz～2690MHz范圍內(nèi)；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(yīng)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(guī)劃中充分考慮了對TDD技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的支持，在國內(nèi)已為3G規(guī)劃的共565MHz之中，TDD共計獲得155MHz頻率，F(xiàn)DD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(yè)務(wù)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(wǎng)絡(luò)能力的需要。當前，TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)發(fā)展都取得了較大的成績，但由于種種原因，目前網(wǎng)絡(luò)還存在著覆蓋能力弱、質(zhì)量不穩(wěn)定、用戶感受需要提升的問題。相比2GHz，400MHz及700MHz頻段的覆蓋優(yōu)勢十分明顯。分析表明，采用700MHz/400MHz頻段建設(shè)移動通信網(wǎng)絡(luò)的建站數(shù)量大約在2GHz頻段建站規(guī)模的1/3左右。

??? TD-SCDMA/TDLTE系統(tǒng)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(wǎng)成本居高不下。對于ITU新規(guī)劃的IMT2000及IMT-advanced低端備選頻段，部分頻率預(yù)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(chǎn)業(yè)發(fā)展壯大的需要。目前FDD與TDD頻率分配的不均衡性已經(jīng)構(gòu)成了對技術(shù)發(fā)展的限制和制約，嚴重影響了TDD技術(shù)的發(fā)展和普及。如果450～470MHz以及698～862MHz之間的部分頻段應(yīng)用于TDD，可以彌補FDD/TDD頻譜分配的不均衡性，避免對技術(shù)的發(fā)展形成限制。近年來雖然TD-SCDMA在國內(nèi)取得了長足的發(fā)展，但是從國際角度來講還處在起步階段，國際產(chǎn)業(yè)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(yè)推動下，TD-SCDMA與TD-LTE在技術(shù)上與FDD方式差距不斷縮小接近，TD-SCDMA及其LTE產(chǎn)業(yè)發(fā)展越來越受到全球頻率劃分中頻段多寡及其優(yōu)劣的影響?？茖W(xué)前瞻的頻率劃分方案是動員國際產(chǎn)業(yè)各界投入資源共同開展相關(guān)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化、運營應(yīng)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(yè)務(wù)，頻譜利用率達到100%。極大方便了運營商根據(jù)場景和需求選擇合適的帶寬，優(yōu)化該頻段的利用。

??? 2．可行性

??? 將UHF等頻段用于TD-SCDMA及后續(xù)演進系統(tǒng)，對技術(shù)、設(shè)備實現(xiàn)的可行性需要進行客觀全面的評估。參考TD-SCDMA的同源系統(tǒng)SCDMA（大靈通）在400MHz頻段已經(jīng)規(guī)模應(yīng)用的經(jīng)驗，從目前FDD/TDDLTE的共硬件平臺研發(fā)實際來看，低頻段用于基于MIMO+OFDM為基礎(chǔ)的TD-LTE系統(tǒng)完全可行，TDD使用低頻段的可行性的難點主要在于TDSCDMA系統(tǒng)，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(huán)節(jié)是需要分析智能天線的可用性。

??? 智能天線技術(shù)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(jù)智能天線技術(shù)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(yōu)性能。現(xiàn)有TD-SCDMA系統(tǒng)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(shè)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(huán)境美化上實現(xiàn)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(fù)雜，而且用于郊區(qū)、農(nóng)村也比較合適。目前已有基于該方案的較成熟產(chǎn)品面世。

??? 定向線陣低頻段智能天線小型化目前還處于研發(fā)階段，尚無成熟產(chǎn)品，技術(shù)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(wǎng)。

??? 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(wǎng)。使用450MHz開展MBMS專用頻點組網(wǎng)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(xiàn)，不同頻段對終端基帶信號處理和高層協(xié)議實現(xiàn)基本沒有影響，主要是射頻芯片以及天線的重新設(shè)計，其中主要是射頻芯片的設(shè)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(jīng)產(chǎn)業(yè)調(diào)研，低頻段終端射頻芯片的設(shè)計周期一般為1～2年。設(shè)計本身不存在技術(shù)難度，主要是電路設(shè)計和測試優(yōu)化的工作。

??? 綜上所述，1GHz以下頻段在TD系統(tǒng)的使用具有現(xiàn)實可行性。700MHz頻段的智能天線完全可以實現(xiàn)；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(nóng)村覆蓋的建網(wǎng)需求；使用450MHz和700M頻段開展TDLTE則不存在實現(xiàn)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(guān)移動通信低頻段規(guī)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(shù)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(guān)電聯(lián)劃分建議草擬工作，并計劃在今年10月份完成。

??? 由于TDD產(chǎn)業(yè)陣營弱小，目前嚴重缺乏TDD的低頻段規(guī)劃，在698～762MHz、450MHz的規(guī)劃方案中都沒有TDD的規(guī)劃建議安排。

??? 據(jù)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(guān)TDD頻率劃分建議，TD-SCDMA及其TDLTE將喪失一次公平合理獲取優(yōu)質(zhì)頻段的機會，嚴重制約TDD產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

??? 國內(nèi)電信業(yè)重組并發(fā)布3G牌照后，三大運營商都高度重視采用1GHz以下頻段建設(shè)覆蓋全國的3G網(wǎng)絡(luò)，積極推動低頻段的FDD劃分方式。中國電信在800MHz頻段上建設(shè)cdma2000網(wǎng)絡(luò)，并聯(lián)合華為等多次向政府主管部門提出cdma450頻率規(guī)劃。中國聯(lián)通也在積極爭取900MHz頻段開展WCDMA工作。在行業(yè)標準化組織CCSA中，各公司對于1GHz以下頻段規(guī)劃更是討論激烈，相關(guān)研究進展緩慢。

??? 當前，TD-SCDMA三期建設(shè)全面鋪開，但是也應(yīng)看到，TD-SCDMA及其LTE距離商業(yè)成功還有較大距離，發(fā)展中的不確定性因素增多，TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量提升仍存在較大空間，TD-SCDMA正處于取得市場成功關(guān)鍵時刻，TDLTE研發(fā)產(chǎn)業(yè)化也正處于趕超F(xiàn)DDLTE的沖刺階段。如果我們不能抓住國際國內(nèi)移動通信頻率規(guī)劃關(guān)鍵時期獲得TDD發(fā)展所需要的足夠頻率，將加大產(chǎn)業(yè)和技術(shù)差距，對國家和中國移動的發(fā)展產(chǎn)生極其不利的影響。

??? TDD低頻段規(guī)劃若干方案建議

??? 為保護我國自主創(chuàng)新的技術(shù)標準TD-SCDMA及其后續(xù)技術(shù)的發(fā)展，考慮促進產(chǎn)業(yè)發(fā)展、促使TDD/FDD均衡發(fā)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(yè)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(jù)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(shù)和設(shè)備，本文建議在ITU已有方案基礎(chǔ)上，結(jié)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(fā)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(guī)模效應(yīng)，降低公司運營風(fēng)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(guī)模效應(yīng)。

??? 方案2：在北美規(guī)劃的基礎(chǔ)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(guī)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(chǎn)業(yè)鏈的形成和發(fā)展，同時有效避讓了與低端與廣播系統(tǒng)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(guī)劃方案3

??? 為了便于與低端相鄰的廣播系統(tǒng)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(shù)量對比均衡，整體保護帶開銷約20MHz。

??? 為TD-SCDMA及其LTE規(guī)劃優(yōu)質(zhì)頻段本身也是一項系統(tǒng)工程，需要統(tǒng)籌規(guī)劃，遠近兼顧，遵從實事求是的科學(xué)精神和事物發(fā)展的客觀規(guī)律。在積極做好國際國內(nèi)頻段規(guī)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(guī)模網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)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(shè)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(shù)部資源處副處長，國際電聯(lián)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(xué)會高級會員、IEEE會員、高工。負責(zé)新技術(shù)試驗、無線電管理、無線網(wǎng)技術(shù)研究與管理等。