时分长期演进（精选三篇）
时分长期演进 篇1
地铁的特殊构造给无线通信信号的覆盖和优化带来许多挑战。H市作为国内首批TD鄄LTE (时分鄄长期演进) 试运行城市, 其新建的地铁专线TD鄄LTE网络覆盖方案受到国内其他省份城市的关注。TD鄄LTE小区网规网优参数的合理规划将是TD鄄LTE网络性能的重要保证。TD鄄LTE地铁覆盖小区网络规划不仅需要考虑与大网宏站的衔接, 还需要考虑到地铁本身内部不同覆盖区域的特殊场景, 如站厅、站台以及隧道区间等, 其覆盖场景不尽相同。TD鄄LTE地铁覆盖小区无线参数规划主要涉及频率规划、邻区规划、PCI (物理小区标识) 规划、PRACH (物理随机接入信道) 规划、功率规划、时隙配比规划和TAC (跟踪区域码) 规划这几个方面, 下面将对这几个主要规划参数进行逐一介绍。
1 频率规划
考虑地铁线路线状覆盖的特殊性, 建议采用40 MHz频率对整个地铁进行覆盖, 分为2个20 MHz载波进行异频组网, 相邻两个小区间异频配置, 降低干扰, 提升业务质量。H市宏站与地铁采用异频组网方案, 宏站使用F频段, 地铁使用E频段组网, 同时, 地铁隧道覆盖小区又采用E频段的不同频点以达到频率隔离的目的。
2 邻区及切换设计规划
邻区规划是无线网络规划中重要的一环, 其好坏直接影响到网络性能。对于TD鄄LTE网络, 由于是快速硬切换网络, 邻区规划尤为重要, 因此, 好的邻区规划是保证TD鄄LTE网络性能的基本要求。
隧道场景下需要配置路线上相邻站点小区为邻区, 站台站厅场景需要配置隧道内小区和地铁出入口宏站小区为邻区。邻区规划及切换设计的基本原则如下:
1) 地理位置上直接相邻的小区才作为邻区, 且配置为双向邻区, 邻区数目不宜过多。
2) 为保证邻区规划的合理性, 可借鉴2G/3G的邻区优化结果, 即可继承2G/3G共站址邻区配置。
3) 采用小区合并方式, 减少小区数目, 降低切换发生的次数。
4) 采用非竞争切换方式, 降低切换时延。
切换时延, 即从TD鄄LTE车载设备测量到目标小区信号强度高于服务小区信号强度某个门限开始, 到切换完成所需时间。
5) 小区切换带设计, 按80 km/h车速 (22 m/s) 考虑, 切换带的信号覆盖电平尽可能在-110 dBm以上, 切换带应在100～150 m, 如图1所示。
3 PCI规划
地铁场景的PCI规划与频率相关, 采用组网的频率不同, 对PCI规划的要求也不相同。下面将对地铁场景下F频段和E频段组网下的PCI规划进行说明。
3.1 宏站与地铁场景同频段组网
宏站与地铁场景同频段组网时 (如宏站采用F频段, 地铁采用F频段) , 在隧道出入口及地铁出入口, 将会存在同频干扰情况, 因此在PCI规划上要考虑地铁与宏站小区的PCI错开。另外, 地铁PCI规划还要根据单、双流场景进行区分考虑。
地铁单流场景下, PCI错开原则如下:
1) 站台站厅以及隧道内小区间需要满足mod6 (mod6为对6进行求余函数) 错开原则;
2) 宏站相邻的地铁小区与室外宏站小区间要满足mod3 (mod3为对3进行求余函数) 错开原则。
地铁双流场景下, PCI错开原则如下:
所有地铁小区间以及与室外宏站间均需满足mod3错开原则。
规划方法:可将地铁小区视为室分小区, 其与宏站间的PCI规划可通过规划工具实现;地铁小区间的PCI错开, 并避免mod3干扰。
3.2 宏站与地铁场景异频段组网
宏站与地铁场景异频段组网时 (如宏站采用F频段, 地铁采用E频段) , PCI规划中无需考虑地铁与宏站小区的PCI协同 (即两者PCI可以相同) , 此场景下地铁小区的PCI规划仅需考虑地铁小区间PCI错开即可。
同样, 对于单流场景, 地铁小区间需满足mod6错开原则, 对于双流场景, 地铁小区间需满足mod3错开原则。
4 PRACH规划
随机接入在TD鄄LTE系统起着重要作用, 是用户进行初始连接、切换、连接重建立, 重新恢复上行同步的唯一策略。UE (用户设备) 在随机接入时需要随机选择前导序列, 因此, 合理的规划前导序列是保障用户接入成功性的重要手段, 使接入过程中的不确定性控制在可接受的范围内。
PRACH规划中同样要考虑室内外频段组网差异:对于地铁与室外宏站异频段组网时, 地铁内小区与室外小区PRACH规划互不影响;对于地铁与室外宏站同频段组网时, 地铁内小区与室外宏站小区PRACH规划需考虑复用情况, 即不允许出现与近距离的宏站小区采用相同的PRACH根序列。
地铁室分小区PRACH的具体规划方法如下:
1) 首先确定小区覆盖半径, 这里考虑到地铁小区覆盖范围大小, 建议小区半径为2 000 m, 对应的NCS (循环移位值) 为22, 每小区仅需2个跟序列。
2) 对根序列的预留与宏站相同, 建议预留20%为宜, 即预留671～838共168个作为备用;对于剩下的根序列, 可以考虑进一步预留给扩容的站点使用, 或核查优化时使用。
5 功率规划
5.1 功率参数相关概念
EPRE (每个资源单元上的能量) , 可以理解为每个RE (资源单元) 的功率;
Type A符号:无RS (参考信号) 的OFDM (光频分复用) 符号;
Type B符号:含RS的OFDM符号;
ρA:无导频的OFDM符号上的PDSCH (物理下行共享信道) RE功率相对于RS RE功率的比值;
ρB:有导频的OFDM符号上的PDSCH RE功率相对于RS RE功率的比值;
PA:由高层信令配置的UE级参数, 即改变UE的PA就改变了基站给UE分配的功率, 该参数就是下行功控的输出值;
PB:该参数表示PDSCH上EPRE的功率因子比率指示, 它和天线端口共同决定了功率因子比率的值;
δpower-offset:功率步长系数;
MU鄄MIMO:多个用户且多进多出模式。
ρA有如下计算方法:
当采用4天线发射分集 (此处的意思是采用4端口传输, 传输模式为TM2) 时, ρA=δpower-offset+PA+10lg2。
其他模式下:ρA=δpower-offset+PA。其中, 当不采用下行MU鄄MIMO时, δpower-offset=0。目前产品大多采用TM2/3/7自适应的传输模式, 所以有:ρA=PA或者ρA=PA+3。根据前文解释, PA增大说明用户的数据RE功率比较大, 在基站总功率不变的情况下, 数据RE的接收功率比较大, 可以提升SINR (信干噪比) 。但如果PA过大, 对邻区的干扰也严重, 且导致控制信道功率降低, 覆盖不平衡。
对于RS功率的配置, 期望基站的发射功率能够用完, 即Type A和Type B符号上的功率相等, 否则功率利用率不能够达到100%。
另外, PB也是由RRC (无线资源控制) 信令配置完成, 是一个通用的配置值。针对所有的UE, PB是一样的, 表示比值ρB/ρA的索引, 其关系如表1所示。
5.2 功率计算及地铁小区配置
大多数情况下, 运营商规定了基站产品的机顶口的输出功率PRRU, 实际操作时, 产品中的功率配置是通过配置PDL_RS_power path (下行单通道参考信号功率) 、PA和PB来配置的, Psingle antenna为单根天线上的功率, 结合运营商的需求和产品特性算法, 若系统带宽为20 MHz, 共100个RB (资源块) , 那么, RS功率配置为
地铁单流场景, 功率参数PA建议配置为0, PB建议配置为0, RS功率尽量保持在3.2～12.2 dBm之间, 推荐配置E频段为12.2 dBm, F频段为9.2 dBm; (NRB为带宽内的RB数) 。
地铁双流场景, 功率参数PA建议配置为-3, PB建议配置为1, RS功率尽量保持在3.2～12.2 dBm之间, 推荐配置E频段为12.2 dBm, F频段为9.2 dBm。
H市地铁采用与TDS (TD鄄SCDMA) 共模组网方式, RRU (射频远端单元) 类型基本为一发一收, 只支持单流场景, 所以功率参数PA和PB均设置为0, RRU功率配置需要结合TDS功率综合考虑, 保证双模站点小区不能超过RRU额定输出功率。
6 时隙配比规划
地铁TD鄄LTE网络时隙配比规划如下, 目前E频段试验网配置一般为2∶2, 10∶2∶2, 对于商用情况, 考虑上下行业务的特点, 推荐配置为3∶1, 10∶2∶2;F频段考虑到与TDS的时隙对齐, 只可配置为3∶1, 3∶9∶2。目前H市TD鄄LTE试验网阶段地铁小区 (站厅、站台和隧道区间) 全部配置成2∶2, 10∶2∶2模式, 后期如果需要考虑与TDS的共存, 须配置成2∶2, 10∶2∶2, 如图2所示。
共存要求:上下行没有交叠 (即Tb>Ta) , 则TD鄄LTE网络的DwPTS (下行导频时隙) 必须小于0.525 ms, 只能采用3∶9∶2的配置, 常见上下行时隙及特殊子帧配比规划如表2所示, 其中:DL表下行, UL表上行, GP为保护间隔, Up为上行导频时隙。
7 跟踪区及跟踪区列表规划
7.1 规划原则
跟踪区码规划作为TD鄄LTE网络规划的一部分, 与网络寻呼性能密切相关。跟踪区的合理规划, 能够均衡寻呼负荷和TAU (跟踪区更新) 信令开销, 有效控制系统信令负荷。TD鄄LTE网络跟踪区的规则原则如下:
1) 确保寻呼区域内寻呼信道容量不受限;
2) 区域边界的位置更新开销最小, 同时易于管理。
7.2 规划方案
现阶段地铁TD鄄LTE网络的TA (跟踪区) &TAL (跟踪区列表) 规划主要有如下2种方案, 实际网络规划需要根据移动的相关策略进行选择。
方案一:与宏站区域内TA保持一致, 同时保证TAL边界与2/3G LAC (位置区码) 边界对齐。
跟踪区的规划主要涉及大小和边界两部分, 在规划时须同时要考虑这两个因素:
1) 跟踪区的大小主要考虑因素为寻呼容量, 即TAL下的实际寻呼容量不能超出空口的寻呼能力。因此在规划中要结合实际网络的单用户寻呼模型, 估算网络需求的寻呼容量, 根据该容量来得出对应的跟踪区可包含的eNB (演进型基站) 数。
2) 跟踪区的边界主要考虑的因素为TAU的频度, 保证TAU量最小;由于TD鄄LTE网络引入了CSFB (电路交换回落) 策略, 因此在边界规划上要求TD鄄LTE网络的TAL边界与2/3G的LAC对应, 如图3所示。
由图4可见, 基于联合注册的机制, TD鄄LTE网络跟踪区在与2/3G位置区对应情况下, 用户呼叫时延最小, 用户感知更优。因此在边界上尽量保证TD鄄LTE网络的TAL边界与2/3G的LAC对应。另外, 目前CSFB策略并未确定是回落到2G还是3G, 因此在规划中需要跟客户明确回落的策略, 根据客户的需求进行跟踪区规划, 如图4所示。
方案二:地铁线路单独TA规划。
地铁每日人流量极大, 忙时在隧道区域内将会有上百人同时进行移动, 即大量的位置更新信令会给网络带来巨大的冲击, 为减少TAU信令冲击, 可将地铁线规划为单独的TAL, 规避位置更新带来的信令风暴, 如图5所示。
比较两种TA规划方案, 方案一在CSFB的策略下, 可保证语音用户的感知, 同时与宏站TA规划相同, 无需进行二次规划;方案二的特点是TD鄄LTE网络跟踪区未和2/3G对应, 因此对于语音用户感知会受影响, 此方案的优点为同跟踪区, 用户无需进行位置更新, 因此对于降低网络信令冲击有较大作用。H市建网初期主要还是从降低网络信令冲击方面考虑, 选择第二种规划方案。
8 结束语
TD鄄LTE地铁覆盖网络不仅需要保证整个地铁线路覆盖良好, 用户能够正常接入, 同时还需要考虑到地铁覆盖的特殊场景, 在继承2G、3G地铁网络设计规划思想的同时, 将4G网络的特殊要求 (如CSFB语音业务回落技术等) 也补充进来, 所以在参数设计时要综合考虑到覆盖、容量和用户感知等因素。
摘要：TD-LTE (时分-长期演进) 地铁覆盖小区无线参数规划主要涉及频率规划、邻区规划、PC (I物理小区标识) 规划、PRACH (物理随机接入信道) 规划、功率规划、时隙配比规划和TAC (跟踪区域码) 规划这几个方面, 从不同的角度分析了这些参数的作用以及使用场景。
时分长期演进 篇2
关键词：时分-长期演进,微小区,同异频组网,移动性管理
0 引言
随着TD-LTE (时分-长期演进) 网络大规模建设的启动, LTE基站如何部署是移动运营商当前面临的首要问题。鉴于LTE高频段覆盖能力差、站址密度大, 需在原有的2/3G网络上新增很多基站。与此同时, 基站选址愈发的困难, 租赁和运营成本也越来越高。除此之外, LTE网络还将面临以下问题:迅猛的数据业务增长需求, 单位流量的覆盖成本加大, 城市阴影区增多, 站址选择困难, 宏站性能提升有限, 同频组网优化难度加大。这就需要引入微小区 (metrocell) , 即小型化基站, 一方面满足繁华公共场所和人流密集区域的容量需求, 另一方面满足LTE网络深度覆盖需求。同时, 微小区多样化的部署环境, 包括灯柱、公交站、体育场、公用建筑等公共场所, 为LTE网络大规模部署创造了条件。
由于metrocell在TD-LTE中的组网和部署与以往2/3G网络完全不同, 本文通过理论分析研究了metrocell两种组网方式的覆盖和容量特性, 在此基础上, 提出了两种组网的设计原则, 规划建设和优化建议, 并给出了典型场景应用策略, 以锻造TD-LTE精品网络。
1 TD-LTE的metrocell同异频组网
为了满足未来容量增长需求, 改变及优化网络结构, 构建多频段、多制式、多形态的分层立体Het Net (heterogeneous network, 异构网络) , 成为未来网络发展的必由之路。而引入metro cell以后, 让异构网架构落地成为可能, 但也增加了网络结构的复杂度。在原来单一的宏站和宏站关系基础上, 还要考虑宏站和metrocell、metrocell和metrocell之间的各种负荷分担、干扰和切换关系。
metrocell与宏站的的频率策略包括两者之间的同频组网以及异频组网两种。同频组网即metrocell与宏站采用同一个频点。该方案的优点在于频率方案简单, 同频切换效率高, 补盲效果好, 频谱效率高;缺点在于不同层次之间的同频干扰严重, 下层网部署受限, 网络结构不够合理, 后期优化调整工作量大。异频组网即metrocell与宏站采用各自专属的频点。该方案的优点在于网络结构分明, 各层次之间不存在同频干扰, 下层网可以按需部署;缺点在于频率方案复杂, 频谱效率较低, 层次间为异频切换。频率策略对于网络性能具有至关重要的影响。以下将研究如何根据网络和场景的特定情况合理的选择频率方案。
1.1 metrocell与宏站同频组网分析
TD-LTE宏站和metrocell使用相同频率主要需考虑同频干扰问题, 其直接影响metrocell的覆盖、容量等性能。
1.1.1 同频组网下的单宏站下metrocell覆盖分析
同频异构网由于metrocell与宏站使用相同频点, 宏站电平和metrocell电平存在相互影响, 需定义metrocell的覆盖区域, 不同覆盖区域会对整个网络造成各方面的影响。
仿真模拟分析单宏站覆盖半径400 m条件下, 不同区域下部署metrocell覆盖。对比发现, 当metrocell分别为距离宏站40、100、300 m的情况下metrocell的覆盖效果受宏站影响不同:距离宏站越远, 覆盖效果越好。如图1所示。
1.1.2 同频组网下的双宏站metrocell覆盖分析
通过仿真模拟分析两个宏站覆盖情况下, metrocell位于不同区域的覆盖半径, 以观察位置对覆盖的具体影响。设定以主服务宏站为基准, 通过链路预算模拟与干扰宏站 (次宏站) 间的距离, 并将metrocell部署于主次宏站间的不同位置, 分析metrocell覆盖半径的变化。
其中, 主次宏站链路预算设置按频率TD-LTE 2 600 MHz, 地形按密集市区, 宏站站高30 m, 使用TD-LTE 8×10W RR设备, 上线边缘速率保证512 kb/s
根据metrocell距离主宏站不同距离, metrocell覆盖半径见表1, 距离宏站不同位置的微小区覆盖半径变化趋势见图2。
该案例主宏站覆盖半径为400 m左右, metrocell部署在距离宏站200 m以上达到覆盖半径最大值。结论:metrocell部署在主宏站1/2覆盖半径以外可达到覆盖最好效果。覆盖效果随metrocell与宏站间距离增加而递减。
综上所述, 同频异构网情况下, metrocell实际建设建议部署于宏站下参考信号接收功率 (RSRP) 较弱的区域, 此时metrocell可起到补盲及分流的作用;反之如部署于宏站高RSRP的区域, 则不但同频干扰严重且无法取得很好的覆盖效果。
1.1.3 同频组网下的metrocell容量分析
仿真模拟分析单宏站覆盖半径400 m左右条件下, 分别在距离宏站50、200、350 m处部署同频微小区, metrocell的吞吐量变化效果不同:距离宏站越远, metrocell的SINR (信号噪声比) 越好, 吞吐量增益越高。但是, metrocell对于周边的区域的同频干扰也较为严重 (例如200 m如metrocell仿真图所示) , 在实际应用中需要严格控制其信号范围, 建议如图3。
还可以进一步分析不同距离处部署同频微小区对于扇区整体容量的影响, 通过计算扇区内每个点的SINR和对应的速率, 然后遍历整个扇区, 求出整个扇区的平均吞吐量 (throughput) , 在近点, 吞吐量基本不增加, 随着与宏站距离的增加, 吞吐量也随之增加。如表2所示。
总之, 在异构网中, metrocell靠近宏站, 受宏站干扰大;metrocell位于宏站覆盖中间, 仍受宏站干扰, 但扇区平均吞吐量开始抬升;metrocell位于宏站覆盖边缘, 受宏站干扰小, 小区平均吞吐量达到高点。
1.1.4 metrocell同频组网部署原则
metrocell同频组网主要用于宏站信号补盲, 即部署在宏站信号差的局部区域。同频metrocell的覆盖范围应严格受限, 避免对于周边宏站造成影响。
在频率资源紧缺的条件下, 可以使用少量的容量型的metrocell。容量型metrocell严禁部署于宏站强RSRP区域;部署在主宏站1/2覆盖半径以外可达到最好效果;部署在主宏站较远区域可获得较大流量增益;应选择部署于用户话务热点集中区域。
1.2 metrocell与宏站异频组网分析
TD-LTE宏站和metrocell使用异频和同频不同, 同频干扰不再成为考虑网络性能的主要因素。异频更注重于考虑用户驻留、切换管理。则在Het Net中, macrocell (宏蜂窝小区) 主要起到覆盖层的作用, 保障UE (用户设备) 移动过程的连续覆盖, 而metrocell则主要起到吸收热点话务量的容量层作用, 减少macro层容量压力。
1.2.1 异频组网下的metrocell覆盖分析
同频异构网由于metrocell与宏站使用相同频点, 宏站电平和metrocell小区电平存在相互影响, 需定义metrocell的覆盖区域, 不同覆盖区域会对整个网络造成各方面的影响。但是异频异构网不再考虑宏站电平对metrocell电平的干扰影响, 故宏站覆盖下的任何位置都可建设metrocell。
本文仍采用仿真模拟分析单宏站覆盖条件下, 分别距离宏站50、200、350 m部署异频metrocell (处于不同扇区的主覆盖方向角延长线上) 的覆盖效果。对比发现, metrocell距离宏站不同位置处, metrocell的覆盖效果相同, 没有受到宏站信号的影响。
1.2.2 异频组网下的metrocell容量分析
与前面同频组网类似, 分别在距离宏站50、200、350 m处部署异频微小区, metrocell的吞吐量变化效果相同:不同距离处, metrocell的SINR相同, 没有受到宏站信号的影响。
进一步分析不同距离处部署异频微小区对于扇区整体容量的影响, 通过计算扇区内每个点的SINR和对应的速率, 然后遍历整个扇区, 求出整个扇区的平均吞吐量, 吞吐量提升明显, 且微小区部署在远点, 效果更佳。如表3所示。
在实际网络中, 同一个小区下的话务分布并不均匀。微小区由于覆盖范围小, 对宏站的话务分流量和该地区话务分布密切相关。常见的有两种模型:话务热点分布和话务均匀分布。“话务呈现热点分布”将微小区部署在在话务热点地区, 能够较大程度地分担宏站话务, 并且对总吞吐量的提升程度为“高”, 资源利用率“高”。
“话务呈现均匀分布”中微小区对宏站的话务分流效果一般, 总吞吐量提升“适中”。对单用户的吞吐速率仍会有不小的增益。资源利用率“中到低”。
下面介绍一个区域性部署的案例。选取南京密集市区某居民区, 原有TD-LTE宏站小区计24个。在覆盖较差及可能的热点区域增加24个异频微小区, 站高7 m, 天线增益8 d Bi。通过仿真分析得到的SINR有明显的提升。
容量对比, 根据话务模型进行蒙特卡洛仿真:用户平均分布, 每10 m2一个人, 其中LTE用户渗透率为60%。各项主要指标的对比结果见表4。
分析可见, 合理使用metrocell可以对于宏站区域的覆盖、质量和容量均带来明显的改善。
1.2.3 异频组网下的metrocell驻留切换策略
1.2.3. 1 空闲模式用户驻留策略
通过配置macro-metro (宏站与微小区) 频点优先级、小区选择、小区重选、小区频点偏移、小区重选迟滞等相关参数优化空闲模式用户驻留策略, 如为了使得在macro-metro重叠覆盖区的UE尽量重选到metro容量层, 可有以下优化策略:
可配置微小区频点的优先级高于宏站频点优先级, 并且metro异频 (“X”频点) 信号强度高门限 (thresh Xhigh) 配置较低, 通过SIB3 (系统信息块3) 和SIB5广播给UE。从而使得小区选择驻留在宏站上的UE较容易重选到微小区:即使宏站测量信号好于微小区, 但只要高优先级载频微小区的测量信号高于thresh Xhigh, UE就会重选到微小区。设置较大的重选时长以及合理电平门限值, 避免快速移动UE选择微小区。具体参数设置:微小区设置高优先级 (priority=7) , 宏站设置低优先级 (priority=5) , 宏站到微小区的邻区信号测量窗口时长 (设为7 s) , thresh Xhigh根据实际情况设置。
另外也可配置微小区的thresh Serving Low (服务小区信号强度低门限) 较低, 微小区的thresh XLow (“X”频点信号强度低门限) 较高, 从而使得小区选择驻留在metro上的UE较难重选到宏站, 即尽可能继续驻留在微小区。
反之, 当metrocell接收电平低于thresh Serving Low且宏站高于thresh XLow时, 选择驻留到宏站。
1.2.3. 2 专用模式话务驻留策略
Macro-Metro间基于覆盖的切换策略, 通过UE测量小区参考信号的接收电平/接收质量[RSRP/RSRQ (参考信号的接收质量) ], A3或A5事件测量上报且e Node B (演进型基站) 协助的切换;通过配置macro-metro的切换测量参数优化专用模式话务驻留策略, 如为了使得在macro-metro重叠覆盖区的UE尽量切换到metro容量层, 可有以下优化策略:
若UE当前处在宏站中, 可在测量配置的RRC reconfig (连接重配置) 消息中, 将相邻微小区的Ocn (小区偏移量) 配置得较大, 和/或将相邻微小区频点的Ofn (频点偏移量) 配置得较大, 从而使得UE较容易触发相邻微小区的A3和A5事件测量报告, 使得macro-metro重叠覆盖区的UE较容易切换到微小区。
若UE当前处在微小区中, 可在测量配置的RRC reconfig消息中, 将当前服务的微小区的Ocs (小区偏移量) 配置得较大, 从而使得UE较难触发相邻宏站的A3和A5事件测量报告, 使得UE尽量继续在微小区中。
1.2.4 metrocell异频组网部署原则
metrocell异频组网主要用于热点容量吸收, 可以按需部署, 位置选择不受限制。为了避免频繁的层间异频切换, 在满足业务要求的前提下, UE驻留和业务切换应以向metrocell倾斜。条件成熟的场景, 可以形成连续的metrocell覆盖层, 起到更好的业务分流作用和提升终端用户感受。
2 metrocell应用分析
2.1 metrocell部署安装方法
metrocell具有安装灵活, 信源小巧且隐蔽性强的特点。相比传统宏站RRU (射频拉远单元) , 它不易遭到物业以及居民的抵触, 解决传统底层网物业困难的难题。
metrocell安装方式主要有两种:贴墙面安装和抱柱安装。
配合专用安装组件 (如可选下倾角、方向角调节支架等) , 可以满足不同场景需求。
2.2 典型场景应用演进方案建议
本文假设宏站采用2.6 GHz的是D频段 (当然也可以采用1.9 GHz的F频段) , 室分采用2.3 GHz的E频段, 微小区采用D同频或异频组网, 对于下列典型场景不同时期的频率演进方案的建议见表5。
3 结束语
时分长期演进 篇3
2004年, 中国在标准化组织3GPP提出了第3代移动通信TD-SCDMA的后续演进技术TD-LTE (TD-SCDMA long term evolution, TD-SCDMA的长期演进) 。2007年, 中国政府面向国内组织开展了4G (第4代移动通信) 技术方案征集遴选。经过2年多的攻关研究, 中国产业界最终达成共识, 形成了TD-LTE技术方案。TD-LTE吸纳了TD-SCDMA的主要技术元素, 但提供更宽的带宽, 峰值下载速度可达百兆比特。2009年10月26日, 中国工信部在网站上发布信息称, 中国自主知识产权的TD-LTE成功入围国际电信联盟的4G候选标准。
目前, 国际上主流的4G技术主要是LTE-advanced和IEEE802.16m两种技术, TD-LTE技术方案属于LTE-advanced技术。LTE-advanced得到国际主要通信运营企业和制造企业的广泛支持。
国际电信联盟确定LTE-advanced和IEEE 802.16m为4G国际标准候选技术。这将对未来4G国际标准和产业发展产生重大影响。根据工作计划, 国际电信联盟下一步将对两种候选技术进行分析评估和试验验证, 并于2010年10月最终决定4G国际标准。
2 TD-LTE网络结构和关键技术
2.1 LTE/SAE网络结构模式
TD-LTE对以往的网络结构进行了革新, 为了适应高速移动互联的需要, 采用了基于IP的扁平式的LTE/SAE (long term evolution/service architecture evolution) 网络结构模式, 见图1。主要网元有e NB (evolved node B, 演进后的节点B) 、MME/S-GW (mobility management entity/serving-gateway) , 对原来2G、3G网络的BTS (基站收发信台) /BSC (基站控制器) /MSC (移动交换中心) 、node B/RNC (无线网络控制器) /CN (核心网) 的网络结构模式进行了革新, 有效地提高了网络运行效率和安全性, 提高了终端的上网速率。并由e NB和MME/S-GW共同承担原来无线控制器的功能。
LTE/SAE的主要特点:
1) 一个经过优化的用户平面体系结构, 将节点类型从以前的4种缩减到2种 (e NB和MME/S-GW) ;
2) 所有接口均支持基于IP的协议;
3) 移动性管理实体 (MME) 与网关之间的控制平面/用户平面分离;
4) 集成采用基于客户端和网络的移动IP的非3GPP接入技术;
5) 一个通用锚点和一个支持所有接入技术的网关节点;
6) LTE/SAE体系结构包括分组数据网 (PDN) 和服务网关, PDN网关是所有接入技术的通用锚点, 为所有用户提供一个稳定的IP接入点;
7) S-GW (服务网关) 是3GPP移动网络内的锚点。MME功能与网关功能分离, 这样有助于网络部署、单个技术的演进以及全面灵活的扩容;
8) GSM和WCDMA/TD-SCDMA/HSPA (高速分组接入) 系统通过SGSN (服务GPRS支持节点) 和演进后的核心网之间的标准接口集成到演进后的系统中;
9) 该体系结构还能将SGSN和MME功能整合到同一个节点之中, 从而实现一个支持GSM、WCDMA/HSPA和LTE技术的通用分组核心网。
2.2 LTE标准的核心和关键技术
OFDM和MIMO是LTE标准的核心和关键技术。
2.2.1 TD-LTE多址接入技术
OFDM (orthogonal frequency division multiplexing, 正交频分复用) , 可以视为多载波传输的一个特例, 具备高速率传输的能力, 加上能有效对抗频率选择性衰减, 而逐渐获得重视与采用。OFDM使用大量紧邻的正交子载波 (orthogonal subcarrier) , 每个子载波采用传统的调制方案, 进行低符号率调制, 可以视为一种调制技术与复用技术的结合。
下行采用OFDMA (orthogonal frequency division multiple access, 正交频分多工存取) 技术, WiMax、LTE都采用OFDMA。OFDMA是OFDM技术的演进, 用户可以选择信道条件较好的子通道 (subchannel) 进行数据传输, 一组用户可以同时接入到某一信道。OFDMA与CDMA不同处在于OFDMA使用大量的正交窄带子载波 (subcarrier) 来承载资料, 与CDMA单一载波承载单一资料比起来, OFDMA更能对抗多径效应。
上行可采用SC-FDMA (single carrier frequency division multiple access, 单载波频分多址) 技术, 是LTE的上行链路的主流多址。SC-FDMA是单载波, 与OFDMA相比具有较低的PAPR (peak-to-average power ratio) , 比多载波的PAPR低1～3 dB (PA-PR是由于多载波在频域叠加引起) 。更低的PAPR可以使移动终端在发送功效方面得到更大的好处, 并进而延长电池的使用时间。SC-FDMA具有单载波的低PAPR和多载波的强韧性两大优势。因此, FDD (频分双工) 及TDD (时分双工) 模式的LTE上行链路传输架构是具有循环码的SC-FDMA。
2.2.2 TD-LTE多天线技术
MIMO (multi-input multi-output, 多输入多输出) 是一种用来描述多天线无线通信系统的抽象数学模型, 能利用发射端的多个天线各自独立发送信号, 同时在接收端用多个天线接收并恢复原信息。MIMO可以在不需要增加带宽或总发送功率损耗的情况下大幅地增加系统的吞吐量及传送距离。利用MIMO所提供的空间自由度来有效提升无线通信系统的频谱效率, 进而提升传输速率并改善通信品质。
MIMO组合利用了以下技术:
空分复用 (spatial multiplexing) :工作在MIMO天线配置下, 能够在不增加带宽的条件下, 极大地提高频谱利用率。在发射端, 高速率的数据流被分割为多个较低速率的子数据流, 不同的子数据流在不同的发射天线上在相同频段上发射出去。如果发射端与接收端的天线阵列之间构成的空域子信道足够不同, 即能够在时域和频域之外额外提供空域的维度, 使得在不同发射天线上传送的信号之间能够相互区别, 因此接收机能够区分出这些并行的子数据流, 而不需付出额外的频率或者时间资源。
空间分集 (spatial diversity) :利用发射或接收端的多根天线所提供的多重传输途径发送相同的资料, 以增强资料的传输品质。
波束成型 (beamforming) :借由多根天线产生一个具有指向性的波束, 将能量集中在欲传输的方向, 增加信号品质, 并减少与其他用户间的干扰。
空分多址 (SDMA) :利用较大间距的天线阵元之间或赋形波束之间的不相关性, 向多个终端并向发射数据流, 或从多个终端并行接收数据流, 以提高用户容量。
3 TD-SCDMA向TD-LTE的必要性
目前中国移动正在进行TD-SCDMA网络四期扩容工程的建设, TD-SCDMA的用户数约为1 000万户。与中国移动近5亿户的2G用户数量相比, 3G用户数显得微不足道。当然, 其中的原因是多方面的, 与用户的消费观念、移动互联网市场的培育、移动互联网终端、TD-SCDMA网络的建设等因素息息相关。不可否认的是, 由于我国具有自有知识产权的TD-SCDMA技术发展时间过短, 商用时间远落后于WCDMA、CDMA2000两个标准, 用户还不能酣畅淋漓地体验高速移动互联网业务, 这也不可避免地影响到中国移动TD-SCDMA用户的拓展。
我国TD-LTE标准的研究工作起步较早, 与国外其他的4G候选标准相比时间上劣势不明显, 而且很多国际主流设备厂家均投入到LTE阵营, 给TD-LTE的发展提供了很好的产业环境。TD-LTE技术也更趋成熟, 可以为用户提供可靠、高速的移动互联网业务。因此, TD-SCDMA网络局部向TD-LTE平滑过渡是大势所趋。
4 TD-LTE网络的建设模式
笔者认为, TD-LTE的网络建设模式应该是热点地区TD-SCDMA网络向TD-LTE网络进行升级改造, 而不是TD-LTE网络与TD-SCDMA网络共存, 见图2。因为2G、3G、4G网络共存, 只会降低网络的效率、增加网络运行的成本、增加网络优化的难度。因此TD-LTE建设方案将TD-SCDMA网络局部升级至TD-LTE网络, 网络覆盖方案为2G与3G重叠覆盖、2G与4G重叠覆盖。因为目前移动业务主要为语音业务、数据业务及其他增值业务, 最佳网络结构是由2G网络主要负责语音业务, TD-SCDMA网络负责广度数据业务, TD-LTE网络负责热点地区的深度数据业务, 这种组网模式一方面可以降低运营商的运行成本并实现节能减排, 充分利用好2G和TD-SCDMA网络的现有投资, 另一方面这种循序渐进的建设模式有利于TD-LTE网络的建设和技术的发展。
5 TD-LTE网络的建设方案
TD-LTE作为TD-SCDMA技术的演进版本, 与TD-SCDMA技术有着千丝万缕的联系, 因此, 如何在现有TD-SCDMA网络的基础上, 快速和高效地建设TD-LTE网络是我们通信建设企业面对的课题。由TD-LTE的网络结构和关键技术特点可以分析出TD-LTE网络的施工特点。自中国移动TD-SCDMA二期工程开始, 已全面采用BBU (室内基带处理单元) +RRU (射频拉远单元) 光纤拉远的基站模式, 为TD-LTE平滑演进带来了便利条件。
众多TD-SCDMA设备厂家在中国移动TD-SCDMA网络三期工程时, 就已经考虑到将来TD-SCDMA网络向TD-LTE网络的平滑演进。比如, 中兴通信开发的新一代SDR (软件无线电) 基站平台, 可以实现由TD-SCDMA向TD-LTE平滑过渡。
图3为TD-SCDMA基站升级TD-LTE基站的示意图。
5.1 无线接入网部分
5.1.1 BBU单元
1) 现网TD-SCDMABBU不具备升级TD-LTEBBU的能力, 可以新增加一套TD-LTE BBU设备。因为前期大部分TD-SCDMA nodeB机架均有预留设备空间, 因此工程实施较方便。
2) 如果现网设备具有TD-LTE升级能力, 只需要进行BBU软件升级, 更换TD-LTE基带处理单元。
5.1.2 RRU单元
1) 前期TD-SCDMA使用的RRU均为窄带RRU, 不具有支持TD-LTE的能力, 因此需更换为宽频RRU。
2) 如现网是宽带RRU则利旧。
5.1.3 智能天线
1) 如现网的智能天线不支持宽频, 则需更换智能天线。
2) 如现网的智能天线支持宽频, 则智能天线利旧。
5.1.4 BBU-RRU光纤与电源线
BBU与RRU间连接的光纤以及给RRU供电的电源线可以利旧。
5.1.5 GPS天馈系统
TD-LTE系统仍需利用GPS (全球定位系统) 时钟系统实现同步, 将TD-SCDMA基站升级改造, 此部分利旧。
由上述TD-LTE升级改造施工流程可以看出, 如果将现网TD-SCDMA基站平滑演进, 不采用TD-SCDMA与TD-LTE混合组网模式, 将大大提高TD-LTE无线接入网 (RAN) 部分的施工效率, 特别关键的一点是TD-LTE可以利用原来的TD-SCDMA基站的BBU与RRU间的光纤和电源线, 极大地提高施工效率。
5.2 核心网部分
由于TD-LTE更趋扁平化的网络结构, 核心网 (EPC:evolved packet core) 的设计采用了SAE (system architecture evolution) 模式, 主要包含MME和S-GW等网元, 因此, 现有核心网设备将进行改造或增加新的网元。
5.3 室内覆盖系统
由于TD-LTE采用了MIMO多天线技术, 要实现最佳高速数据业务, 室内覆盖采用MIMO 2×2则需增加一套室内覆盖天馈系统, 或完全新建4G系统的室分系统。利旧现有室分系统也可, 但是系统性能将受到限制。
6 结束语