FDD—LTE技術(shù)和規(guī)劃設(shè)計(jì)方法研究

章文卿

摘要：FDD-LTE是目前4G網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)，但在實(shí)際運(yùn)營過程中，F(xiàn)DD-LTE技術(shù)遇到了較多的瓶頸和制約，其低運(yùn)營成本高網(wǎng)絡(luò)效率的特點(diǎn)并沒有完全發(fā)揮出來。文章通過分析，找到了FDD-LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)中的一些策略和方法，認(rèn)為FDD-LTE～$到的局限性是技術(shù)更迭過程中的必經(jīng)階段，目前的技術(shù)問題可以隨著技術(shù)改進(jìn)過程逐漸克服。

關(guān)鍵詞：FDD-LTE；4G網(wǎng)絡(luò)；規(guī)劃設(shè)計(jì)

LTE項(xiàng)目是3GPP推動(dòng)的移動(dòng)通信技術(shù)的長期演進(jìn)（LongTerm Evolution，LTE），始于2004年3GPP的多倫多會(huì)議。LTE并非嚴(yán)格意義上的4G技術(shù)，多被認(rèn)為是3.9G的全球標(biāo)準(zhǔn)，它采用OFDM和MIM0等無線關(guān)鍵技術(shù)，在20MHz頻譜帶寬和4X4MIMO下能夠提供下行326Mbit/S與上行86Mbit/S的峰值速率，可明顯提高小區(qū)容量，并改善小區(qū)邊緣用戶的性能。LTE系統(tǒng)同時(shí)定義了頻分雙工（FrequencyDivision Duplexing，F(xiàn)DD）和時(shí)分雙工（TimeDivision Duplexing，TDD）兩種方式，但由于無線技術(shù)的差異、使用頻段的不同以及各個(gè)廠家的利益等因素，LTE FDD支持陣營更加強(qiáng)大，標(biāo)準(zhǔn)化與產(chǎn)業(yè)發(fā)展都領(lǐng)先于LTE-TDD。LTE標(biāo)準(zhǔn)中的FDD和TD兩個(gè)模式間只存在較小的差異，相似度達(dá)9070，如表l所示。

1LTE網(wǎng)絡(luò)的主要技術(shù)特點(diǎn)

LTE系統(tǒng)無線網(wǎng)物理層下行傳輸方案采用了先進(jìn)成熟的OFDM技術(shù)，上行傳輸方案采用了峰均比較低的單載波方案SC-FDMA。OFDM技術(shù)是LTE系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)和主要特點(diǎn)，OFDM系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能會(huì)產(chǎn)生決定性的影響。另外MIMO是LTE提高系統(tǒng)傳輸速率的最主要手段，目前MIM0典型配置是下行2×2，上行1×2等。上行虛擬MIM0技術(shù)也被LTE采納作為提高小區(qū)上行平均吞吐率的主要手段。

除此之外，高階調(diào)制技術(shù)、HARQ技術(shù)、鏈路自適應(yīng)（AMC）技術(shù)、快速M(fèi)AC調(diào)度技術(shù)、小區(qū)干擾消除技術(shù)等也是影響LTE網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)。而FDD-LTE技術(shù)最大的特點(diǎn)是使用了MIMO多天線技術(shù)在頻分技術(shù)的基礎(chǔ)上對(duì)空間編碼進(jìn)行了劃分。因?yàn)镸IMO技術(shù)的支持，LTE技術(shù)支持的4G網(wǎng)絡(luò)同頻干擾現(xiàn)象更少，但高速移動(dòng)的通訊掉線現(xiàn)象稱為技術(shù)上的第一難點(diǎn)。

2FDD-LTE技術(shù)的問題

FDD-LTE技術(shù)擁有更加密集的熱點(diǎn)布置，在平均距離約150公里的宏觀蜂窩網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，F(xiàn)DD-LTE更加注重異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)對(duì)大負(fù)荷地區(qū)和弱信號(hào)地區(qū)的加強(qiáng)布置，形成小蜂窩網(wǎng)絡(luò)、微蜂窩網(wǎng)絡(luò)和微微蜂窩網(wǎng)絡(luò)。但這種布置方式一方面給空間編碼帶來了復(fù)雜度，另一方面移動(dòng)用戶會(huì)頻發(fā)發(fā)生漫游而容易發(fā)生掉線。

與此同時(shí)，F(xiàn)DD-LTE使用了可調(diào)整功率發(fā)射模式用于劃分兩個(gè)相鄰基站之間的用戶，防止出現(xiàn)同頻用戶之間的通訊干擾。與2G移動(dòng)語音通訊線路交換模式不同，4G通訊實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的全分組交換，此種交換模式允許用戶通訊出現(xiàn)閃斷的同時(shí)，用戶的通話質(zhì)量可能出現(xiàn)問題。特別是系統(tǒng)無法考察用戶移動(dòng)通訊端處于信號(hào)較差的樓宇內(nèi)還是信號(hào)較強(qiáng)的室外。這種情況很容易導(dǎo)致室內(nèi)用戶的信號(hào)質(zhì)量變差。

在前期宣傳中，因?yàn)?G網(wǎng)絡(luò)的LTE技術(shù)完全拋棄了線路交換設(shè)備，所有的語音數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了分組交換，所以用戶了解到的4G網(wǎng)絡(luò)的成本較低。但實(shí)際上，三大運(yùn)營商短時(shí)間內(nèi)在全國范圍部署4G網(wǎng)絡(luò)的基站（每個(gè)地級(jí)市往往需要部署2000-4000個(gè)基站），其資金回轉(zhuǎn)壓力較大，所以4G網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際服務(wù)價(jià)格受到了廣泛的質(zhì)疑。在遠(yuǎn)高于預(yù)期的服務(wù)價(jià)格支持下，三大運(yùn)營商的4G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營成績?nèi)匀徊焕硐耄痪€城市外，4G網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營基本都出現(xiàn)了虧損現(xiàn)象。

3FDD-LTE的設(shè)計(jì)方法

3.1信號(hào)塔的布局設(shè)計(jì)

4天線FDD-LTE信號(hào)塔是目前較常用的信號(hào)塔形式，4天線的MIMO技術(shù)可以提供8個(gè)完全獨(dú)立的信號(hào)瓣。但在通訊條件較為復(fù)雜，負(fù)荷較大的位置，信號(hào)塔的天線數(shù)可以適當(dāng)?shù)奶岣撸壳皞€(gè)別一線城市的核心市區(qū)設(shè)立了12天線的系統(tǒng)，可以提供更加復(fù)雜的空間分配方式。

同時(shí)，3G時(shí)代及之前的單一天線信號(hào)塔更加注重信號(hào)塔位置資源的搶占，此舉需要通訊公司最快的速度搶占優(yōu)勢(shì)信號(hào)塔位置，確保主要的集鎮(zhèn)和村莊的信號(hào)在信號(hào)加強(qiáng)區(qū)中。進(jìn)入到FDD LTE時(shí)代，信號(hào)塔的位置變化不是影響信號(hào)的首要問題，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)該考慮多天線支持下的信號(hào)空間編碼問題。

3.2漫游及干擾

通過高密度的多天線復(fù)雜空間編碼的布置，基于FDDLTE技術(shù)的4G網(wǎng)絡(luò)會(huì)在重點(diǎn)區(qū)域形成多重異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，此種模式可能造成兩個(gè)后果：

其一，信號(hào)間的干擾明顯增加。因?yàn)榫€塔密度的增加，固定發(fā)射頻率下，同頻信號(hào)受到的臨近線塔的同頻干擾明顯增加，所以FDD-LTE需要更加細(xì)致的空間編碼支持。這種編碼策略需要在系統(tǒng)每經(jīng)過一次改造后進(jìn)行及時(shí)的更新，甚至在系統(tǒng)負(fù)荷量發(fā)生變化時(shí)及時(shí)調(diào)整。此舉給網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行技術(shù)支持工作帶來了較大的壓力。

其二，用戶漫游頻率增加。因?yàn)樾盘?hào)塔的密度增加，用戶的移動(dòng)方向接近隨機(jī)，目前FDD-LTE對(duì)用戶漫游的策略是根據(jù)用戶的移動(dòng)速度決定的。低速移動(dòng)的用戶更加傾向于分配給微蜂窩的基站，而高速移動(dòng)的用戶更加傾向于分配給宏觀基站。但MIMO技術(shù)給移動(dòng)用戶的支持也存在問題，因?yàn)镸IMO技術(shù)的信號(hào)瓣之間的間隙導(dǎo)致了直線運(yùn)動(dòng)的用戶可能會(huì)通過不同信號(hào)瓣時(shí)在兩個(gè)基站之間頻繁漫游，此種漫游過程是造成信號(hào)不穩(wěn)定的主要原因。越來越多的用戶反映在高鐵或者動(dòng)車上手機(jī)信號(hào)質(zhì)量下降，也正是因?yàn)榇嗽颉Ｔ诟咚龠\(yùn)行車輛上進(jìn)行單獨(dú)的信號(hào)引入和信號(hào)加強(qiáng)是目前在FDD-LTE模式下解決高速移動(dòng)掉線問題的唯一有效途徑。

3.3市場(chǎng)開發(fā)梯度與市場(chǎng)配合的問題

因?yàn)镕DD-LTE的之前兼容性較好，即便在FDD-LTE網(wǎng)絡(luò)沒有完全覆蓋的地區(qū)，F(xiàn)DD-LTE的市場(chǎng)業(yè)務(wù)仍然可以開展。所以，在FDD-LTE的市場(chǎng)拓展過程中，出現(xiàn)了與以往業(yè)務(wù)不同的市場(chǎng)拓展模式。此種模式是通過借用3G網(wǎng)絡(luò)相對(duì)高成本通道的方式延緩FDD-LTE的施工壓力。此種模式下，雖然網(wǎng)絡(luò)可能采用了較低的收費(fèi)運(yùn)行在較高的運(yùn)行成本上，但在用戶側(cè)看來，可以提前體驗(yàn)FDD-LTE服務(wù)是關(guān)鍵。文章研究發(fā)現(xiàn)，通過此種方式可以有效緩解FDD-LTE大規(guī)模建設(shè)的融資成本。此融資成本遠(yuǎn)高于借用3G網(wǎng)絡(luò)傳輸信號(hào)的信道維護(hù)成本。

但是，當(dāng)前的服務(wù)價(jià)格無法顯著降低，也是因?yàn)槟壳叭€四線城市使用的信號(hào)仍然需要較多的3G網(wǎng)絡(luò)甚至2G網(wǎng)絡(luò)提供，服務(wù)的成本并沒有明顯降低。且4G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)需要大量的資金，在4G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施沒有完全取代3G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施之前，服務(wù)價(jià)格難以得到有效的下調(diào)。

4結(jié)語

4G技術(shù)在設(shè)計(jì)和部署過程中遇到了較多的問題，這些問題為日后FDD-LTE技術(shù)的技改提供了重要的信息。文章通過分析這些問題，認(rèn)為FDD-LTE亟待解決的是干擾問題和掉線問題，而此二者的解決方案在類似的研究中也有提及，文章提出了部分技改意見。