LTE的規(guī)劃和應(yīng)用

呂 驥，練成棟

（中國移動通信集團上海有限公司 上海 200060）

1 引言

LTE（long term evolution，長期演進）是3G的演進技術(shù)，提供比3G更高的網(wǎng)絡(luò)性能和更優(yōu)的用戶感受。隨著LTE技術(shù)的成熟，一些國外運營商開始進行LTE的規(guī)劃和商用部署，預(yù)計將在2010年下半年陸續(xù)投入運營。

本文主要探討LTE規(guī)劃中的幾個難點問題，如LTE和已有2G/3G系統(tǒng)共網(wǎng)絡(luò)時的互干擾問題、LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)的解決方案等。

2 LTE的背景和關(guān)鍵技術(shù)

2.1 LTE的背景

LTE項目是3G的演進，是3G與4G技術(shù)之間的一個過渡，是3.9G的全球標(biāo)準(zhǔn)。它改進并增強了3G的空中接入技術(shù)，采用OFDM和MIMO作為其無線網(wǎng)絡(luò)演進的惟一標(biāo)準(zhǔn)，在20 MHz頻譜帶寬下能夠提供下行100 Mbit/s與上行50 Mbit/s的峰值速率，改善了小區(qū)邊緣用戶的性能，提高了小區(qū)容量和降低了系統(tǒng)延遲。

3GPP組織作為推動LTE技術(shù)及其標(biāo)準(zhǔn)化的組織，在2008年11月凍結(jié)了LTE版本8，這意味著LTE的主要技術(shù)和規(guī)范已經(jīng)完善，為LTE的商業(yè)化部署創(chuàng)造了條件。中國的通信設(shè)備制造商也對LTE的推進做了很多努力，積極參與了標(biāo)準(zhǔn)的制定。

許多國際電信運營商已開始建設(shè)LTE網(wǎng)絡(luò)，在未來幾年LTE網(wǎng)絡(luò)的全球部署情況如表1所示。

表1 LTE的全球部署情況

從表1中可以看到基于FDD的LTE系統(tǒng)已經(jīng)開始全球部署，而作為全球最大的移動運營商，中國移動也將在2010年的第二季度，在上海的世博園區(qū)建成全球第一個基于TDD制式的LTE示范網(wǎng)，積極領(lǐng)跑于無線通信技術(shù)的前沿。

2.2 LTE的關(guān)鍵技術(shù)

LTE接入網(wǎng)稱為演進型 UTRAN （enhanced UTRAN，E-UTRAN），區(qū)別于傳統(tǒng)的UTRAN架構(gòu)，E-UTRAN采用更扁平化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有利于網(wǎng)絡(luò)維護和降低成本。

LTE的關(guān)鍵技術(shù)包括MIMO多天線技術(shù)、OFDM多址接入技術(shù)、HARQ/ARQ技術(shù)、更高的編碼率、小區(qū)間協(xié)調(diào)和干擾抑制技術(shù)等。通過這些新技術(shù)，大大提高了LTE系統(tǒng)的性能。

LTE系統(tǒng)有FDD和TDD兩個制式，TD-LTE是具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的TD-SCDMA的演進，同時TD-LTE在主要技術(shù)層面和FDD LTE有高度的相似性，這為TD-LTE和FDD LTE未來的網(wǎng)絡(luò)融合和終端共模創(chuàng)造了條件。

3 LTE建網(wǎng)初期的規(guī)劃

傳統(tǒng)的2G/3G網(wǎng)絡(luò)由于已有較長的建設(shè)周期，積累了很多建設(shè)的經(jīng)驗，其網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍和質(zhì)量都達到了較高的水準(zhǔn)。而LTE在建設(shè)初期基本是采用熱點覆蓋的方式，提供熱點地區(qū)的高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，同時也可以開發(fā)一些體現(xiàn)LTE特點的專項應(yīng)用和行業(yè)應(yīng)用。

3.1 規(guī)劃原則

LTE建設(shè)初期規(guī)劃，主要考慮熱點地區(qū)的覆蓋和容量以及對原有2G/3G網(wǎng)絡(luò)的影響。基本的規(guī)劃原則如下。

· 頻率規(guī)劃原則：TD-LTE使用 2 300～2 400 MHz頻段，每個頻點帶寬20 MHz。

· 資源利用原則：在TD-LTE基站建設(shè)時，應(yīng)盡量與原有的2G/3G系統(tǒng)共站點，充分利用其機房及傳輸?shù)荣Y源。

·工程建設(shè)原則：盡量避免TD-LTE對現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)的影響，減少對現(xiàn)有設(shè)備的改造。

對于同頻組網(wǎng)和異頻組網(wǎng)的優(yōu)劣，目前還沒有明確的結(jié)論，鑒于TD-SCDMA組網(wǎng)初期存在較嚴重的同頻干擾，建議LTE初期以異頻組網(wǎng)。

3.2 規(guī)劃流程

LTE的規(guī)劃流程基本和2G/3G網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃相一致。除了規(guī)劃LTE宏基站外，由于初期的LTE用于熱點覆蓋，主要提供高速上網(wǎng)等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，而數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)多發(fā)生在室內(nèi)，如新聞中心、辦公樓等，所以主要考慮LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)的建設(shè)。如果TD-LTE使用2 300～2 400 MHz頻段，因為室外宏基站信號在室內(nèi)的延伸覆蓋較弱，所以基本不考慮用室外信號來覆蓋室內(nèi)。

3.3 LTE規(guī)劃的熱點問題

在LTE規(guī)劃主要流程中的幾個熱點問題，也是LTE規(guī)劃的難點所在，主要集中在LTE與2G/3G網(wǎng)絡(luò)的互干擾、LTE對室內(nèi)分布的改造和建設(shè)等方面。LTE規(guī)劃流程如圖1所示。

圖1 LTE規(guī)劃流程

3.3.1 LTE與2G/3G網(wǎng)絡(luò)的互干擾

LTE與其他系統(tǒng)的干擾模式主要可以分為基站對基站的干擾、基站對移動臺的干擾、移動臺對基站的干擾以及移動臺對移動臺的干擾。在LTE部署的初期，由于LTE主要使用2G/3G的已有站址，故主要考慮LTE天線和2G/3G天線的互干擾問題。本文主要對2 300～2 400 MHz的TD-LTE系統(tǒng)進行分析。

對于2 300～2 400 MHz的LTE系統(tǒng)，工程上主要考察它和其他系統(tǒng)的雜散干擾和阻塞干擾，如GSM900、DCS1800、TD-SCDMA 的 A/B 頻 段 、CDMA800和 WCDMA，如果考慮室內(nèi)分布，則要考慮和WLAN的互干擾。

雜散干擾由發(fā)射機的雜散輻射引起，發(fā)射機帶外雜散所需要的隔離度與干擾基站發(fā)射的雜散信號功率、接收系統(tǒng)的帶內(nèi)熱噪聲值、接收機的噪聲系數(shù)相關(guān)。

阻塞干擾由發(fā)射機帶內(nèi)強信號引起，系統(tǒng)間所需的阻塞干擾隔離度主要與干擾發(fā)射機的輸出功率、接收機的阻塞電平指標(biāo)相關(guān)。

天線空間隔離是最常用亦是最行之有效的一種干擾保護手段，通過增加發(fā)射機與接收機之間的距離使系統(tǒng)間干擾達到所需的最小耦合損耗（MCL），從而可有效降低干擾信號的影響。圖2所示為基站間天線水平與垂直隔離示意圖。

根據(jù)天線的近、遠場損耗原理，可得到如式（1）所示的系統(tǒng)共存時的基站天線間水平與垂直隔離度：

圖2 基站間水平與垂直隔離示意

其中，Lv表示水平隔離度，Lh表示垂直隔離度，Lv和Lh即為前文所說的MCL，S為天線實際間距。λ表示干擾信號波長，Ltx與Lrx分別為兩基站的天饋線損耗，Gtx與Grx則分別為發(fā)射及接收天線增益。

根據(jù)式（1）、（2），可以計算得到 TD-LTE 與其他系統(tǒng)的MCL指標(biāo)如表2所示。

表2 TD-LTE的MCL

由各系統(tǒng)之間的MCL指標(biāo)，結(jié)合系統(tǒng)共存時的基站天線間水平與垂直隔離度算式，給出各個系統(tǒng)共天面場景下的天線隔離度要求，見表3。

表3 TD-LTE天面隔離度

其中，水平隔離和垂直隔離只需要滿足一個即可，垂直隔離效果較好，使用垂直隔離或水平隔離視天面的實際情況而定。如果天面由于空間較小達不到上述要求，還可以考慮加裝30 dB的帶外濾波器。

當(dāng)考慮室內(nèi)分布系統(tǒng)時，當(dāng)TD-LTE與WLAN合路時，建議合路器隔離度要求為100 dB；如不與WLAN共室內(nèi)分布系統(tǒng)，則合路器隔離度要求為90 dB。如果室內(nèi)LTE采用獨立布線建設(shè)，建議LTE的天線點位和WLAN的天線相距1 m以上。

3.3.2 LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)的規(guī)劃

LTE建設(shè)初期的室內(nèi)分布系統(tǒng)主要提供室內(nèi)環(huán)境的高速上網(wǎng)業(yè)務(wù)，TD-LTE室內(nèi)覆蓋建設(shè)需要滿足以下一些基本原則：

·TD-LTE室內(nèi)覆蓋工程應(yīng)視建筑物重要程度和業(yè)務(wù)需求量大小分優(yōu)先級建設(shè)；

·對已建2G/3G室內(nèi)覆蓋的樓宇，原則上應(yīng)充分利用原有分布系統(tǒng)資源，通過改造實現(xiàn)與TD-LTE共用，對不支持TD-LTE頻段的原設(shè)備進行更換；

·新建室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)應(yīng)同步考慮TD-LTE與2G/3G信號的引入以及WLAN的應(yīng)用需要，所采用器件的工作頻率范圍必須滿足800～2 500 MHz；

· 新建/改造室內(nèi)覆蓋應(yīng)充分考慮TD-LTE容量需求，進行分區(qū)預(yù)留。

3.3.3 MIMO的實現(xiàn)

MIMO技術(shù)作為LTE的關(guān)鍵技術(shù)之一，對于整個LTE系統(tǒng)的性能提升具有重要作用，在室內(nèi)如何實現(xiàn)MIMO是個關(guān)鍵。

傳統(tǒng)的2G/3G的室內(nèi)分布是單通道系統(tǒng)，也可以說是SISO。對于LTE下SISO和MIMO的性能差異仿真結(jié)果如表4所示。

表4 LTE下室內(nèi)MIMO和SISO的性能

表4所在的仿真環(huán)境為：典型50 m×100 m空間，20 MHz帶寬下，天線口功率為13 dBm，天線口增益為2 dBi，整個場景內(nèi)放置4個AP，均勻分布48個用戶。仿真結(jié)果可見MIMO對TD-LTE系統(tǒng)性能有30%的提升。

由于目前室內(nèi)分布天線還沒有雙極化天線，實現(xiàn)室內(nèi)MIMO需要在每個傳統(tǒng)的天線點位上安裝2個獨立通道的天線點，其相對的距離經(jīng)過測試，結(jié)果如表5所示。

表5 天線間距與吞吐量關(guān)系

表5的測試環(huán)境為：在15 m×20 m房間內(nèi)，工作于2 300 MHz頻段，10 MHz帶寬下，假設(shè)單用戶可調(diào)度16個RB，時隙配比為 1∶1，天線口功率 5 dBm，天線口增益 2 dBi，整個場景內(nèi)放置2根發(fā)射天線、2根接收天線，組成單用戶2×2MIMO環(huán)境，測試其下行吞吐量。當(dāng)2個天線點的距離大于26 cm時，MIMO性能達到最優(yōu)。

MIMO系統(tǒng)比傳統(tǒng)的SISO有一定的性能優(yōu)勢，但在工程上雙通道系統(tǒng)需要兩路獨立的饋線 （包括兩個獨立天線），實施難度高，成本高，規(guī)劃時要綜合考慮成本、性能和施工等因素。

3.3.4 室內(nèi)分布的合路方式

對于已建室內(nèi)分布系統(tǒng)的樓宇，從節(jié)省投資和資源利用等方面考慮，一般建議TD-LTE與原系統(tǒng)進行合路，共用分布系統(tǒng)和天饋。在TD-LTE與其他系統(tǒng)合路過程中，首先應(yīng)當(dāng)把TD-LTE與其他系統(tǒng)之間干擾控制在一個可接受的范圍內(nèi)，避免TD-LTE的引入對原有系統(tǒng)產(chǎn)生較大影響，這就對合路器件的抗干擾隔離度提出相應(yīng)的要求；其次，為了滿足TD-LTE室內(nèi)業(yè)務(wù)容量需求，天線口功率需要滿足一定的要求，在基站發(fā)射功率有限的情況下，需要選取最恰當(dāng)?shù)暮下贩绞揭詼p少TD-LTE的合路及饋線損耗，同時保證對原有系統(tǒng)的改造量最小。

表6 LTE室內(nèi)建設(shè)場景

TD-LTE引入后與原2G/3G室內(nèi)分布系統(tǒng)的合路方式總體來說可以分為前端合路和后端合路兩種。所謂前端合路是指TD-LTE和2G/3G系統(tǒng)的信號從信源輸出后立刻合路，通過同一干線輸送到遠端的方法。所謂后端合路是指TD-LTE和2G/3G系統(tǒng)信號分別通過各自的干線輸出到覆蓋區(qū)域后在進入天線前才合路的方法。

所以在建設(shè)LTE的室內(nèi)分布時，要綜合考慮投資成本、建設(shè)難度、業(yè)務(wù)及質(zhì)量要求。不同應(yīng)用場景分類如表6所示。

4 TD-LTE規(guī)劃的未來技術(shù)——SON

4.1 SON的概念和背景

SON的全稱是自組織網(wǎng)絡(luò) （self organized network），是在LTE網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化階段由移動運營商主導(dǎo)提出的概念，其主要思路是實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)的一些自主功能，減少人工參與，降低運營成本，包括從前期的網(wǎng)絡(luò)自規(guī)劃到運營過程中的自優(yōu)化、自治愈等一系列新技術(shù)。

4.2 SON的應(yīng)用和主要功能

SON的應(yīng)用場景實際上非常緊密切合運營商的實際運營需求，從網(wǎng)絡(luò)運營維護的階段來看，運營商的網(wǎng)絡(luò)運營維護主要分為4個部分：網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)部署、網(wǎng)絡(luò)運營維護以及網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，這4個部分也是運營無線網(wǎng)過程中最為耗費人力資源的部分，SON的目的就是要通過自動化這些運營維護的過程，減少人工參與，盡量地節(jié)約運營維護成本。

SON具有下述4大功能。

·自配置：eNodeB即插即入、自動安裝軟件、自動配置無線參數(shù)和傳輸參數(shù)、自動檢測、鄰接關(guān)系的自動管理等。自配置能減少網(wǎng)絡(luò)建設(shè)開通中工程師重復(fù)手動配置參數(shù)的過程，減小網(wǎng)絡(luò)建設(shè)難度和減少成本。

· 自優(yōu)化：根據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運行狀況，自適應(yīng)調(diào)整參數(shù)，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，可以分為兩個方面：其一為無線參數(shù)優(yōu)化，如發(fā)射功率、切換門限、小區(qū)個性偏移等；其二為機械和物理優(yōu)化，如天線方向和下傾、天線位置、補點等。自優(yōu)化只能部分代替?zhèn)鹘y(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，它包括覆蓋與容量優(yōu)化、節(jié)能、PCI自配置、移動健壯性優(yōu)化、移動負荷均衡優(yōu)化、RACH優(yōu)化、自動鄰區(qū)關(guān)系、小區(qū)內(nèi)干擾協(xié)調(diào)等。

· 自治愈：通過自動告警關(guān)聯(lián)發(fā)現(xiàn)故障，及時隔離和恢復(fù)。

· 自規(guī)劃：動態(tài)地自動重計算網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃，如系統(tǒng)擴容時的站點規(guī)劃和無線參數(shù)配置。

SON的發(fā)展動力是為了盡量減少管理者管理大量網(wǎng)元帶來的運維成本，特別是來自不同廠商的設(shè)備。在3GPP版本8中許多網(wǎng)元間的消息界面已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，比較重要的如eNodeB間的X2接口和eNodeB和EPC （MME、SGW）間的S1，這對于推動SON的發(fā)展有著積極的意義。

5 結(jié)束語

LTE的規(guī)劃和布網(wǎng)目前尚處于起步階段，對于2 300～2 400 MHz頻率上的TD-LTE更沒有可以借鑒的經(jīng)驗，許多數(shù)據(jù)還要等待進一步驗證。TD-LTE作為TD-SCDMA的演進，將進一步推動通信技術(shù)自主創(chuàng)新，拉升整個通信產(chǎn)業(yè)。同時LTE的規(guī)劃還存在許多問題，如TD-LTE在2 300～2 400 MHz上是采用同頻組網(wǎng)還是異頻組網(wǎng)，如何與2G/3G進行互操作等。本文對這些問題進行了探討，希望對于今后完善LTE組網(wǎng)，加快LTE的發(fā)展有所啟迪。