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TD—LTE關(guān)鍵技術(shù)和引入策略研究
【摘 要】文章以TD-LTE的業(yè)務(wù)背景為切入點(diǎn)，在介紹TD-LTE的關(guān)鍵技術(shù)的基礎上，對于在目前的TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò )與2G網(wǎng)絡(luò )并存情況下，考慮TD-LTE的引入策略以期降低網(wǎng)絡(luò )建設成本，提升網(wǎng)絡(luò )利用效率，為L(cháng)TE網(wǎng)絡(luò )建設提供參考。
【關(guān)鍵詞】TD-LTE 業(yè)務(wù)需求 引入策略
1 概述
在移動(dòng)通信話(huà)音業(yè)務(wù)繼續保持發(fā)展的同時(shí)，對IP和高速數據業(yè)務(wù)的支持已經(jīng)成為移動(dòng)通信系統演進(jìn)的方向。移動(dòng)數據業(yè)務(wù)是推動(dòng)目前移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展的主要動(dòng)力，TD-LTE作為準4G技術(shù)，以提高數據速率和頻譜利用率為中心目標，以OFDM為核心技術(shù)，采用扁平網(wǎng)絡(luò )結構，在20MHz信道寬度下使下行峰值速率提高到100Mbps。如何引入LTE網(wǎng)絡(luò )，成為運營(yíng)商所關(guān)心的重點(diǎn)問(wèn)題。
2 TD-LTE業(yè)務(wù)背景
3G網(wǎng)絡(luò )的規�；瘧猛苿�(dòng)了移動(dòng)數據業(yè)務(wù)的井噴式增長(cháng)，移動(dòng)數據業(yè)務(wù)收入已經(jīng)成為運營(yíng)商業(yè)務(wù)發(fā)展的重點(diǎn)。與此同時(shí)，移動(dòng)數據業(yè)務(wù)的興起帶來(lái)了很多新應用和新市場(chǎng)，移動(dòng)視頻、大容量文件傳輸、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)這些高帶寬業(yè)務(wù)導致3G網(wǎng)絡(luò )容量和業(yè)務(wù)承載的壓力大大增加。
目前用戶(hù)對移動(dòng)業(yè)務(wù)的新需求有以下方面：
(1)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展的需求
已有的2G和3G網(wǎng)絡(luò )仍然是以話(huà)音通信為主，支持高速移動(dòng)的網(wǎng)絡(luò )。隨著(zhù)移動(dòng)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的融合加劇，大量的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)被移植到移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)上，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)隨時(shí)隨地接入的方便性，使得人們越來(lái)越期望通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )獲得與固定互聯(lián)網(wǎng)同樣的速率和體驗，提高移動(dòng)數據傳輸速率的需求更為迫切。
(2)視頻類(lèi)業(yè)務(wù)需求
移動(dòng)視頻業(yè)務(wù)是3G網(wǎng)絡(luò )的業(yè)務(wù)特征之一。根據預測，在未來(lái)的數據業(yè)務(wù)中，視頻類(lèi)業(yè)務(wù)將占據網(wǎng)絡(luò )總流量的28%，成為第二大流量業(yè)務(wù)。由于視頻類(lèi)業(yè)務(wù)對于帶寬需求較高，目前的3G網(wǎng)絡(luò )對于視頻業(yè)務(wù)的支持也有一定局限性，為了更好地支持以視頻作為表現形式的各種業(yè)務(wù)(如多路視頻同傳業(yè)務(wù)等)，需要進(jìn)一步提升數據傳輸速率和網(wǎng)絡(luò )帶寬。
(3)交互性業(yè)務(wù)需求
在目前的各種移動(dòng)增值業(yè)務(wù)中，交互性業(yè)務(wù)多以休閑娛樂(lè )類(lèi)的業(yè)務(wù)為主導，傳輸速率的限制使得移動(dòng)辦公等業(yè)務(wù)推廣較慢。隨著(zhù)業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò )速率，才能更好地支持如大容量的文件傳輸、移動(dòng)辦公、移動(dòng)視頻會(huì )議以及在生活中的移動(dòng)支付、導航、醫療等各種交互性業(yè)務(wù)的開(kāi)展。
(4)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展
物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現人與物、物與物的通信，支持信息化，讓信息成為經(jīng)濟發(fā)展、社會(huì )改善的要素，被稱(chēng)為信息社會(huì )的第三次大的變革。它將以互聯(lián)網(wǎng)為基礎，利用RFID技術(shù)、無(wú)線(xiàn)數據通信等技術(shù)，大量進(jìn)行人與物、物與物之間的通信和信息聯(lián)絡(luò )也給網(wǎng)絡(luò )提出更大更高的需求，推動(dòng)新一代寬帶無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)的發(fā)展和普及。
由于各種新業(yè)務(wù)對于帶寬需求的不斷增長(cháng)，推動(dòng)了無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的不斷演進(jìn)和發(fā)展。無(wú)線(xiàn)寬帶接入技術(shù)的快速發(fā)展也帶來(lái)了市場(chǎng)的激烈競爭，為應對這些挑戰，3GPP R8推出以OFDM接入為核心技術(shù)，支持20MHz系統帶寬，扁平、高效網(wǎng)絡(luò )架構的LTE技術(shù)。
LTE系統的技術(shù)需求目標包括：更高的數據傳輸速率和頻譜利用效率;提升小區邊緣數據傳輸速率;無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò )延時(shí)低于10ms;支持可變帶寬;支持異系統的協(xié)同工作;增強的MBMS;降低CAPEX和OPEX的成本;降低從R6 UTRA空口和網(wǎng)絡(luò )架構演進(jìn)的成本;系統和終端具有合理的復雜性、成本和功耗;支持增強的IMS和核心網(wǎng);盡可能保證后向兼容，當與系統性能或容量的提高矛盾時(shí)可以考慮適當折衷;有效地支持多種業(yè)務(wù)類(lèi)型，特別是分組域業(yè)務(wù)(如VoIP等);系統應能為低移動(dòng)速度終端提供最優(yōu)服務(wù)，同時(shí)也應支持高移動(dòng)速度終端;系統能工作在對稱(chēng)和非對稱(chēng)頻段;應支持多運營(yíng)商的鄰頻共存。
3 TD-LTE關(guān)鍵技術(shù)
LTE系統同時(shí)定義了頻分雙工(FDD)和時(shí)分雙工(TDD)兩種方式。LTE TDD技術(shù)統一了最初提出的兩種幀結構，以TD-SCDMA幀結構為基礎，為T(mén)D-SCDMA成功演進(jìn)到LTE以及4G標準奠定了基礎。因此統一后所稱(chēng)為的TD-LTE受到了廣泛重視，其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程在運營(yíng)商的大力支持下也得到了顯著(zhù)發(fā)展。
(1)物理層技術(shù)
TD-LTE下行采用了OFDM技術(shù)，當信號帶寬小于信道的相關(guān)帶寬時(shí)，信號通過(guò)信道后各頻率分量變化一致，經(jīng)歷平坦衰落，OFDM在頻域內將給定信道分成多個(gè)窄的正交子信道，在每個(gè)子信道上使用一個(gè)子載波進(jìn)行調制，且各子載波并行傳輸。OFDM還可以在不同的子信道上自適應地分配傳輸負荷，對抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾。由于各個(gè)子信道的峰值正好位于其他子載波的頻譜零點(diǎn)處，來(lái)自其他子信道的干擾為零以及載波相互正交，于是它們的頻譜是相互重疊的，這樣不但減小了子載波間的相互干擾，動(dòng)態(tài)信道分配，也提高了頻譜利用率。TD-LTE上行考慮手持終端的耗電問(wèn)題，采用SC-FDMA技術(shù)，使用多個(gè)不同的正交子載波，這些子載波在傳輸中以串行方式進(jìn)行，在傳輸過(guò)程中才降低了信號波形幅度大的波動(dòng)，避免帶外輻射，降低了PAPR(峰均比)。
(2)MIMO技術(shù)
MIMO在發(fā)射端和接收端分別使用多個(gè)發(fā)射天線(xiàn)及接收天線(xiàn)，信號通過(guò)發(fā)射端和接收端的多個(gè)天線(xiàn)傳送及接收，提供不同的傳輸能力以及空間復用的增益。同時(shí)，多天線(xiàn)的波束賦型能在空間域內抑制交互干擾，增強特殊范圍內的信號，這種技術(shù)既能改善信號質(zhì)量又能增加傳輸容量。LTE的基本MIMO技術(shù)下行為2×2、上行為1×2天線(xiàn)陣列。
(3)扁平化網(wǎng)絡(luò )結構
為了簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò )和減小延遲，實(shí)現低時(shí)延、低復雜度和低成本的要求，根據網(wǎng)絡(luò )結構“扁平化”、“分散化”的發(fā)展趨勢，改變傳統的3GPP接入網(wǎng)UTRAN的Node B和RNC兩層結構，將上層ARQ、無(wú)線(xiàn)資源控制和小區無(wú)線(xiàn)資源管理功能在Node B完成，形成“扁平”的E-UTRAN結構，接入網(wǎng)由演進(jìn)型Node B(eNB)和接入網(wǎng)關(guān)(aGW)構成;LTE的eNB除了具有原來(lái)Node B的功能外，還承擔原來(lái)RNC的大部分功能，包括物理層(包括HARQ)、MAC層(包括ARQ)、RRC、調度、無(wú)線(xiàn)接入許可、無(wú)線(xiàn)承載控制、接入移動(dòng)性管理和inter-cell RRM等。
E-UTRAN結構示意圖如圖1所示：
(4)無(wú)線(xiàn)資源管理
下行放棄采用宏分集技術(shù);采用小區干擾抑制技術(shù)提高邊緣數據率和系統容量;考慮系統內切換和不同頻率、不同系統之間的切換。
4 TD-LTE引入策略
隨著(zhù)TD-LTE產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，TD-LTE網(wǎng)絡(luò )的部署越來(lái)越近，對于已有2G和TD-SCDMA的中國移動(dòng)來(lái)說(shuō)，如何保護已有投資，順應市場(chǎng)需求，有計劃、有步驟地引入LTE網(wǎng)絡(luò )是需要考慮的關(guān)鍵問(wèn)題。
根據LTE產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程時(shí)間表，2010年下半年開(kāi)始策劃規模實(shí)驗，2012年實(shí)現規模商用，目前中國移動(dòng)已經(jīng)過(guò)四期的TD網(wǎng)絡(luò )建設，TD網(wǎng)絡(luò )在LTE規模商用時(shí)已經(jīng)達成一定的規模，因此LTE網(wǎng)絡(luò )必然是在TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò )上演進(jìn)而來(lái)。從標準演進(jìn)路線(xiàn)來(lái)看，有以下兩條途徑：
途徑一：TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò )直接演進(jìn)為L(cháng)TE網(wǎng)絡(luò );
途徑二：目前的TD網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)到HSPA+后直接升級到LTE。
而在實(shí)際的標準實(shí)現路徑來(lái)看，途徑一的標準制定比較順利，廠(chǎng)家的支持程度較好，但是由于LTE在物理層及網(wǎng)絡(luò )結構方面都有較大的更改，演進(jìn)不夠平滑，對于原來(lái)3G網(wǎng)絡(luò )的投資保護性差;途徑二由于實(shí)際上HSPA+的標準制定以及產(chǎn)業(yè)化程度落后于LTE，HSPA+是否引入存在不確定性，該途徑基本上不可能實(shí)現。因此，雖然LTE的引入對于原有TD網(wǎng)絡(luò )的利用性較差，但是目前LTE的引入只考慮從TD網(wǎng)絡(luò )直接演進(jìn)為L(cháng)TE網(wǎng)絡(luò )。
在2G/3G長(cháng)期并存的狀態(tài)下，LTE的網(wǎng)絡(luò )定位主要是高速率數據業(yè)務(wù)的補充：2G/3G網(wǎng)絡(luò )主要支持語(yǔ)音業(yè)務(wù)及低速數據業(yè)務(wù);TD-LTE網(wǎng)絡(luò )保證海量的數據傳輸作為數據業(yè)務(wù)的重要補充手段。在這樣的網(wǎng)絡(luò )定位下，LTE網(wǎng)絡(luò )建設各階段的引入策略如下：
(1)網(wǎng)絡(luò )建設初期
在數據熱點(diǎn)區域建設LTE網(wǎng)絡(luò )有兩種建設方式：方式一為直接更換原有TD網(wǎng)絡(luò )設備，2G與LTE網(wǎng)絡(luò )覆蓋;方式二為重新疊加一個(gè)LTE網(wǎng)絡(luò )。這兩種方式LTE作為2G或者2G/3G業(yè)務(wù)的補充覆蓋，起到分流的作用;同時(shí)，對于室內等有高速率數據要求的區域進(jìn)行LTE的重點(diǎn)覆蓋，解決高速率數據業(yè)務(wù)的需求。
(2)網(wǎng)絡(luò )建設中期
逐步推進(jìn)LTE網(wǎng)絡(luò )建設，在數據熱點(diǎn)及部分有需求的城區進(jìn)行LTE建設，為城市區域提供LTE網(wǎng)絡(luò )，解決高速率數據業(yè)務(wù)需求，或者為L(cháng)TE與2G共存，或者為L(cháng)TE與2G/3G共存，其共存的區域針對不同的業(yè)務(wù)需求混合組網(wǎng)，重疊覆蓋。
(3)網(wǎng)絡(luò )建設后期
根據數據業(yè)務(wù)的發(fā)展情況，有重點(diǎn)、有步驟地逐步擴大LTE網(wǎng)絡(luò )的覆蓋。在數據熱點(diǎn)區域，LTE單獨組網(wǎng);在其他區域，3G網(wǎng)絡(luò )對話(huà)音業(yè)務(wù)及低速數據業(yè)務(wù)提供支持，高速數據業(yè)務(wù)有LTE網(wǎng)絡(luò )承載。
5 結束語(yǔ)
作為準4G技術(shù)，TD-LTE以高速率大容量的數據傳輸為重要目的，關(guān)鍵技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )結構都有較大的改變。在與2G/3G將在一定時(shí)期內長(cháng)期共存的情況下，針對不同的定位和業(yè)務(wù)需求混合組網(wǎng)是較為合理的策略，有利于用LTE補充2G/3G網(wǎng)絡(luò )在高速率數據業(yè)務(wù)上的不足。隨著(zhù)標準制定進(jìn)程和產(chǎn)業(yè)成熟度的發(fā)展，以及TD網(wǎng)絡(luò )的進(jìn)一步成熟，LTE網(wǎng)絡(luò )的實(shí)際引入策略上可以進(jìn)一步細化。
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