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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)務背景為切入點，在介紹TD-LTE的關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，對于在目前的TD-SCDMA網(wǎng)絡與2G網(wǎng)絡并存情況下，考慮TD-LTE的引入策略以期降低網(wǎng)絡建設成本，提升網(wǎng)絡利用效率，為LTE網(wǎng)絡建設提供參考。
【關(guān)鍵詞】TD-LTE 業(yè)務需求 引入策略
1 概述
在移動通信話音業(yè)務繼續(xù)保持發(fā)展的同時，對IP和高速數(shù)據(jù)業(yè)務的支持已經(jīng)成為移動通信系統(tǒng)演進的方向。移動數(shù)據(jù)業(yè)務是推動目前移動通信技術(shù)發(fā)展的主要動力，TD-LTE作為準4G技術(shù)，以提高數(shù)據(jù)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)絡結(jié)構(gòu)，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，成為運營商所關(guān)心的重點問題。
2 TD-LTE業(yè)務背景
3G網(wǎng)絡的規(guī)�；瘧猛苿恿艘苿訑�(shù)據(jù)業(yè)務的井噴式增長，移動數(shù)據(jù)業(yè)務收入已經(jīng)成為運營商業(yè)務發(fā)展的重點。與此同時，移動數(shù)據(jù)業(yè)務的興起帶來了很多新應用和新市場，移動視頻、大容量文件傳輸、移動互聯(lián)網(wǎng)這些高帶寬業(yè)務導致3G網(wǎng)絡容量和業(yè)務承載的壓力大大增加。
目前用戶對移動業(yè)務的新需求有以下方面：
(1)移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務發(fā)展的需求
已有的2G和3G網(wǎng)絡仍然是以話音通信為主，支持高速移動的網(wǎng)絡。隨著移動網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的融合加劇，大量的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務被移植到移動互聯(lián)網(wǎng)上，移動互聯(lián)網(wǎng)隨時隨地接入的方便性，使得人們越來越期望通過無線網(wǎng)絡獲得與固定互聯(lián)網(wǎng)同樣的速率和體驗，提高移動數(shù)據(jù)傳輸速率的需求更為迫切。
(2)視頻類業(yè)務需求
移動視頻業(yè)務是3G網(wǎng)絡的業(yè)務特征之一。根據(jù)預測，在未來的數(shù)據(jù)業(yè)務中，視頻類業(yè)務將占據(jù)網(wǎng)絡總流量的28%，成為第二大流量業(yè)務。由于視頻類業(yè)務對于帶寬需求較高，目前的3G網(wǎng)絡對于視頻業(yè)務的支持也有一定局限性，為了更好地支持以視頻作為表現(xiàn)形式的各種業(yè)務(如多路視頻同傳業(yè)務等)，需要進一步提升數(shù)據(jù)傳輸速率和網(wǎng)絡帶寬。
(3)交互性業(yè)務需求
在目前的各種移動增值業(yè)務中，交互性業(yè)務多以休閑娛樂類的業(yè)務為主導，傳輸速率的限制使得移動辦公等業(yè)務推廣較慢。隨著業(yè)務和網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，進一步提升網(wǎng)絡速率，才能更好地支持如大容量的文件傳輸、移動辦公、移動視頻會議以及在生活中的移動支付、導航、醫(yī)療等各種交互性業(yè)務的開展。
(4)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展
物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)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、社會改善的要素，被稱為信息社會的第三次大的變革。它將以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，利用RFID技術(shù)、無線數(shù)據(jù)通信等技術(shù)，大量進行人與物、物與物之間的通信和信息聯(lián)絡也給網(wǎng)絡提出更大更高的需求，推動新一代寬帶無線接入技術(shù)的發(fā)展和普及。
由于各種新業(yè)務對于帶寬需求的不斷增長，推動了無線網(wǎng)絡的不斷演進和發(fā)展。無線寬帶接入技術(shù)的快速發(fā)展也帶來了市場的激烈競爭，為應對這些挑戰(zhàn)，3GPP R8推出以OFDM接入為核心技術(shù)，支持20MHz系統(tǒng)帶寬，扁平、高效網(wǎng)絡架構(gòu)的LTE技術(shù)。
LTE系統(tǒng)的技術(shù)需求目標包括：更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和頻譜利用效率;提升小區(qū)邊緣數(shù)據(jù)傳輸速率;無線接入網(wǎng)絡延時低于10ms;支持可變帶寬;支持異系統(tǒng)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)絡架構(gòu)演進的成本;系統(tǒng)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(tǒng)性能或容量的提高矛盾時可以考慮適當折衷;有效地支持多種業(yè)務類型，特別是分組域業(yè)務(如VoIP等);系統(tǒng)應能為低移動速度終端提供最優(yōu)服務，同時也應支持高移動速度終端;系統(tǒng)能工作在對稱和非對稱頻段;應支持多運營商的鄰頻共存。
3 TD-LTE關(guān)鍵技術(shù)
LTE系統(tǒng)同時定義了頻分雙工(FDD)和時分雙工(TDD)兩種方式。LTE TDD技術(shù)統(tǒng)一了最初提出的兩種幀結(jié)構(gòu)，以TD-SCDMA幀結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，為TD-SCDMA成功演進到LTE以及4G標準奠定了基礎(chǔ)。因此統(tǒng)一后所稱為的TD-LTE受到了廣泛重視，其產(chǎn)業(yè)化進程在運營商的大力支持下也得到了顯著發(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，信號通過信道后各頻率分量變化一致，經(jīng)歷平坦衰落，OFDM在頻域內(nèi)將給定信道分成多個窄的正交子信道，在每個子信道上使用一個子載波進行調(diào)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。由于各個子信道的峰值正好位于其他子載波的頻譜零點處，來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題，采用SC-FDMA技術(shù)，使用多個不同的正交子載波，這些子載波在傳輸中以串行方式進行，在傳輸過程中才降低了信號波形幅度大的波動，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發(fā)射天線及接收天線，信號通過發(fā)射端和接收端的多個天線傳送及接收，提供不同的傳輸能力以及空間復用的增益。同時，多天線的波束賦型能在空間域內(nèi)抑制交互干擾，增強特殊范圍內(nèi)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天線陣列。
(3)扁平化網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)
為了簡化網(wǎng)絡和減小延遲，實現(xiàn)低時延、低復雜度和低成本的要求，根據(jù)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)“扁平化”、“分散化”的發(fā)展趨勢，改變傳統(tǒng)的3GPP接入網(wǎng)UTRAN的Node B和RNC兩層結(jié)構(gòu)，將上層ARQ、無線資源控制和小區(qū)無線資源管理功能在Node B完成，形成“扁平”的E-UTRAN結(jié)構(gòu)，接入網(wǎng)由演進型Node B(eNB)和接入網(wǎng)關(guān)(aGW)構(gòu)成;LTE的eNB除了具有原來Node B的功能外，還承擔原來RNC的大部分功能，包括物理層(包括HARQ)、MAC層(包括ARQ)、RRC、調(diào)度、無線接入許可、無線承載控制、接入移動性管理和inter-cell RRM等。
E-UTRAN結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示：
(4)無線資源管理
下行放棄采用宏分集技術(shù);采用小區(qū)干擾抑制技術(shù)提高邊緣數(shù)據(jù)率和系統(tǒng)容量;考慮系統(tǒng)內(nèi)切換和不同頻率、不同系統(tǒng)之間的切換。
4 TD-LTE引入策略
隨著TD-LTE產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，TD-LTE網(wǎng)絡的部署越來越近，對于已有2G和TD-SCDMA的中國移動來說，如何保護已有投資，順應市場需求，有計劃、有步驟地引入LTE網(wǎng)絡是需要考慮的關(guān)鍵問題。
根據(jù)LTE產(chǎn)業(yè)化進程時間表，2010年下半年開始策劃規(guī)模實驗，2012年實現(xiàn)規(guī)模商用，目前中國移動已經(jīng)過四期的TD網(wǎng)絡建設，TD網(wǎng)絡在LTE規(guī)模商用時已經(jīng)達成一定的規(guī)模，因此LTE網(wǎng)絡必然是在TD-SCDMA網(wǎng)絡上演進而來。從標準演進路線來看，有以下兩條途徑：
途徑一：TD-SCDMA網(wǎng)絡直接演進為LTE網(wǎng)絡;
途徑二：目前的TD網(wǎng)絡演進到HSPA+后直接升級到LTE。
而在實際的標準實現(xiàn)路徑來看，途徑一的標準制定比較順利，廠家的支持程度較好，但是由于LTE在物理層及網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)方面都有較大的更改，演進不夠平滑，對于原來3G網(wǎng)絡的投資保護性差;途徑二由于實際上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現(xiàn)。因此，雖然LTE的引入對于原有TD網(wǎng)絡的利用性較差，但是目前LTE的引入只考慮從TD網(wǎng)絡直接演進為LTE網(wǎng)絡。
在2G/3G長期并存的狀態(tài)下，LTE的網(wǎng)絡定位主要是高速率數(shù)據(jù)業(yè)務的補充：2G/3G網(wǎng)絡主要支持語音業(yè)務及低速數(shù)據(jù)業(yè)務;TD-LTE網(wǎng)絡保證海量的數(shù)據(jù)傳輸作為數(shù)據(jù)業(yè)務的重要補充手段。在這樣的網(wǎng)絡定位下，LTE網(wǎng)絡建設各階段的引入策略如下：
(1)網(wǎng)絡建設初期
在數(shù)據(jù)熱點區(qū)域建設LTE網(wǎng)絡有兩種建設方式：方式一為直接更換原有TD網(wǎng)絡設備，2G與LTE網(wǎng)絡覆蓋;方式二為重新疊加一個LTE網(wǎng)絡。這兩種方式LTE作為2G或者2G/3G業(yè)務的補充覆蓋，起到分流的作用;同時，對于室內(nèi)等有高速率數(shù)據(jù)要求的區(qū)域進行LTE的重點覆蓋，解決高速率數(shù)據(jù)業(yè)務的需求。
(2)網(wǎng)絡建設中期
逐步推進LTE網(wǎng)絡建設，在數(shù)據(jù)熱點及部分有需求的城區(qū)進行LTE建設，為城市區(qū)域提供LTE網(wǎng)絡，解決高速率數(shù)據(jù)業(yè)務需求，或者為LTE與2G共存，或者為LTE與2G/3G共存，其共存的區(qū)域針對不同的業(yè)務需求混合組網(wǎng)，重疊覆蓋。
(3)網(wǎng)絡建設后期
根據(jù)數(shù)據(jù)業(yè)務的發(fā)展情況，有重點、有步驟地逐步擴大LTE網(wǎng)絡的覆蓋。在數(shù)據(jù)熱點區(qū)域，LTE單獨組網(wǎng);在其他區(qū)域，3G網(wǎng)絡對話音業(yè)務及低速數(shù)據(jù)業(yè)務提供支持，高速數(shù)據(jù)業(yè)務有LTE網(wǎng)絡承載。
5 結(jié)束語
作為準4G技術(shù)，TD-LTE以高速率大容量的數(shù)據(jù)傳輸為重要目的，關(guān)鍵技術(shù)和網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)都有較大的改變。在與2G/3G將在一定時期內(nèi)長期共存的情況下，針對不同的定位和業(yè)務需求混合組網(wǎng)是較為合理的策略，有利于用LTE補充2G/3G網(wǎng)絡在高速率數(shù)據(jù)業(yè)務上的不足。隨著標準制定進程和產(chǎn)業(yè)成熟度的發(fā)展，以及TD網(wǎng)絡的進一步成熟，LTE網(wǎng)絡的實際引入策略上可以進一步細化。
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