Magic Radio,频谱重整的魔法

发布时间:2014-06-01 作者:张燕(中兴通讯)

      频谱对运营商而言是最为稀缺的资源,在大部分国家,频谱资源的使用是有偿的,且牌照费用高昂。最大化利用有限的频谱资源是运营商不断追求的目标。GSM系统突出优势是在语音业务和全球互联互通上,LTE网络则以其高速数据承载能力成为运营商网络发展的必然趋势,其频谱资源主要集中于2.3GHz和2.6GHz,相对于GSM所使用的900MHz和1800MHz,电波穿透能力弱,在高频段部署网络投资大幅增加,特别是室内覆盖投资规模巨大。因此在900MHz/1800MHz频段实现GSM/LTE双模,使这两种移动通信制式的优点的完美结合和互补,既可以满足GSM语音业务和低速业务的大覆盖和全球连通性,又可以为区域内的用户提供高速数据业务,加快LTE的商用速度,还能最大程度降低网络的建设和运维成本。


     GSM和LTE虽然可以在同频段部署,但是需要二者之间留出一定的频率保护间隔。LTE的带宽变化的粒度很粗,一般为5MHz,而现网GSM频谱资源释放是一个缓慢渐进的过程,这导致部分频谱不能得到有效利用。为了解决G/L Refarming过程中的频谱效率问题,中兴通讯提出Magic Radio解决方案,在频谱效率提升和多网融合方面有了进一步的突破,运营商在900MHz/1800MHz频段上进行GSM/LTE多模部署时,可更灵活使用相同频谱,最大程度提升频谱使用效率。Magic Radio频谱解决方案包含两个子方案:G/L谱交叠方案和G/L协同谱调度方案,通过自主知识产权的独创技术,实现在相同频段内同时部署GSM和LTE时,整体频谱效率提升达50%以上。

 

G/L谱交叠方案


     G/L谱交叠方案允许GSM和LTE同时占用部分相同的频率,从而尽可能地使GSM和LTE的容量最大化,涉及到GSM动态频率共享和G/L负隔离带宽创新技术。

 
     动态频率共享基于话务潮汐,根据小区话务量测量,通过载频激活/关断状态进行动态分配和释放载频,从而节省频点资源,提高频谱利用率,降低系统干扰。如图1,以两个具有话务潮汐效应的站点为例,每站点高话务时段需要配置S666站型,低话务时段仅需配置S222,传统技术下每个站点均需配置S666站型。利用动态频率分配,商业区在工作时间配置S666,到晚上随着话务量降低,到达载波关闭门限,则减少载波,动态释放频点,配置降为S222站点,白天话务量升高,到达载波开启门限,则增加载波,动态分配频点,配置升为S666。住宅区刚好与商业区相反,合理利用空闲资源。动态频率分配充分利用话务潮汐特点,除BCCH及部分优先级高的载频外,根据干扰评估动态分配激活载频,容量不变的前提下,达到节约频谱资源提升频谱效率的目的。


     G/L refarming为避免不同系统间的干扰,需要设置合理的隔离带宽。设置过小的频率间隔,对GSM和LTE系统均会带来更多的干扰;设置过大的频率间隔,会降低频谱利用效率,降低了GSM系统容量。频率保护间隔的设置直接影响到不同运营商、不同系统或信道间的干扰程度,从而影响相应网络的覆盖、容量、用户感知等性能指标。同时还需考虑在预留保护间隔后,保留给GSM频率资源是否足够,在频率调整后是否会引入GSM网络C/I的严重恶化。因此,设置合理的频率保护间隔非常重要。通常GL的隔离带宽是200kHz。由于LTE缓冲带的存在,以使用20MHz带宽举例来说,配置20MHz的LTE,LTE真正使用的频谱只有中间的18MHz,左右各有1MHz的频段是LTE的过渡频段,越靠近边缘LTE的功率越低,在LTE的过渡频段,在不影响GSM信号情况下,就可以考虑配置GSM频点。中兴通讯的Magic Radio解决方案正是充分利用LTE的过渡频段,采用创新自主改进的滤波算法实现GSM/LTE的零隔离甚至负隔离带宽,进一步提升频谱效率(见图2)。

 

 

G/L协同谱调度方案


     G/L协同谱调度方案可以根据GSM和LTE的业务情况动态调度各自占用的频谱资源,在每一个时刻都充分利用所有的频谱资源,涉及LTE动态扩展(包含带宽及载波扩展),以及G/L协同共谱调度自主创新技术。


     LTE动态扩展包括带宽扩展和载波扩展。传统技术条件下,GSM和LTE虽然可在同频段部署,但二者之间需要留出一定的频率保护间隔,加之现网GSM频谱资源随话务量释放是一个复杂过程,长时间看话务量下降缓慢渐进,短时间看随用户行为模式变化而呈锯齿状变化(例如白天上班时间,语音话务量较高,GSM需要较高带宽;晚上数据需求量较高,LTE需要较高带宽)。传统方式的频谱分配不能够随话务量变化而按需使用,导致运营商频谱的浪费。


     LTE动态频谱扩展根据区域性的GSM实时话务统计,动态调整GSM和LTE占用的频谱。GSM业务下降则按照动态频率分配进行资源的动态释放,当区域内可共享频点都释放时,指定的小区可将这些频点用于LTE,如图3所示,LTE按照标准或压缩带宽进行灵活配置。LTE动态载波扩展是更为灵活的LTE频谱扩展方式,如图4所示,LTE按照标准或压缩带宽进行小带宽双载波组合配置,比如(5M+1.4M,5M+3M),两载波可以进行聚合,也可以作为两个小区进行负荷均衡。相比于带宽扩展,载波扩展的好处是带宽组合更为灵活、频谱利用率更高。






     G/L协同共谱调度是在LTE与GSM在200kHz的粒度上根据话务量需求动态调度与分配。由于LTE配置带宽可以大于当前实际可用带宽,GSM空闲时让出频谱可直接为LTE所用。根据G/L间业务负荷情况,自动调整各自占用的带宽。当GSM业务上升,LTE释放部分边缘RB给GSM使用,GSM业务下降优先释放靠近LTE的频点,释放RB(resource block)给LTE使用,相比与LTE动态频谱扩展,GL共谱调度是RB级共享,频谱利用率最高。例如对于20M的LTE(过渡带宽2M)而言,GSM业务上升时,GL协同共谱调度可以在18M带宽以内占用LTE工作带宽,如图5所示,LTE可以通过降低速率等手段释放部分RB给GSM所用。

 


     中兴通讯Magic Radio解决方案聚焦于GL Refarming过程中频谱效率提升,通过自主知识产权的独创技术,实现了在相同频段内同时部署GSM和LTE。该方案将会成为GSM/LTE同频多模部署首选的关键技术之一得以广泛应用,为运营商带来部署便利和可观的投资缩减。