TD—LTE無線新型設備及產品發展趨勢

摘 要：文章重點闡述了當前TD-LTE無線設備的發展態勢，涵蓋了各類硬件和軟件發展的基本情況，旨在對4G的工程建設與優化規劃提供一定的指導意義。

關鍵詞：TD-LTE無線基站設備；3D-MIMO；FD互助

前言

TD-LTE 4G無線網絡工程從商用建設到今天已經歷四年多，網絡規模布局基本形成，覆蓋面廣、用戶發展穩定。當前的建設重點正集中在以下三點：一是城區深度覆蓋的提升；二是加強熱點區域的容量擴容；三是積極提升用戶在速率和時延方面的體驗。上述網絡建設重點一方面可以從規劃、設計、優化等多角度著手改善，另一方面，能適應這種發展需要的無線設備的研發商用也急需先行。同時，配合著承載各類軟件功能的開發，硬件設備也應步步緊跟部署。

當前TD-LTE主流無線基站設備，均為BBU+RRU的主遠端分離形式，并以F/D頻段八通道設備和E頻段兩通道設備為主要建網設備。此外，各設備商也提供F/D頻段的兩通道設備、一體化微基站、微RRU、皮基站、天線RRU一體化設備和relay基站設備。今年，隨著網絡建設對深度覆蓋、局部補點覆蓋的需求增高，適應這種場景的小基站、微基站設備的需求有較大提高，且對設備的形態、適用場景提出了更多樣化的要求。同時，一些特殊覆蓋場景對無線設備軟硬件也提出了更多特殊化的需求，業界針對特殊場景設備軟硬件應用的研發力度也在逐步加大。

1 TD-LTE無線設備發展的新形態與新方案

1.1 面向深度覆蓋的改善與提升

為更好地提高用戶體驗、優化網絡，當前各本地網絡均面臨深度覆蓋問題。對照TD-LTE 4G網絡與GSM 2G網絡的室內外MR覆蓋率，普遍全國城區都存在約8個百分點的覆蓋差距。如果我們以50米的柵格地圖來統計現網弱覆蓋點就會發現，低于4柵格的弱覆蓋區，也就是200米范圍以內的弱覆蓋點，占比非常之大，且比較分散。一般這種情況，網絡不會以增補新站址方式來解決這類問題。那么除了通過有效的網優手段、優化的多層立體組網方案等方式進行調整解決外，通過新設備、新技術的研發來解決補齊是一個有效手段。

FD射頻互助即為當前基站設備所能提供的一個有效解決辦法。其具體形態指在D頻段的RRU內置F頻段的接受模塊，進而通過增加F頻段8路接收，來實現8T16R。通過實驗驗證，FD互助可以有效地解決3db的上行增益。網絡目前最大的商用實際案例為，在某省會城市進行了4800個8T16R站點的連片建設，對改善網絡深度覆蓋、補點補盲均帶來較大改善。但同時我們必須看到，8T16R RRU設備的單個購買硬件成本要高于同等水平的8T8R RRU設備約12%，并且，開通FD互助還會增加對基帶側的處理資源要求，因此硬件需要額外配置基帶板等硬件，這樣會帶來整個一個基站的硬件成本，提高約17%左右。而換來有效輸出為3db的上行增益。這種成本代價與性能獲得的衡量，還需要網絡在建設投入與產出上均衡評估。

同時FD射頻互助設備也有自己的建設局限性，即首先站址必須同時具有F和D頻段設備，并且F和D頻段的幀頭位置需要對齊，因此要在網絡建設時應充分考慮運營商之間以及對鄰站的干擾影響。FD射頻互助在去年由主流廠商首先提出，并在去年開始商用，取得一定效果，今年其他廠商也開始有同類產品陸續推出。

對于急待改善的深度覆蓋場景，運營商可供選擇的另一種快速解決方案即為增設小基站、微RRU設備。目前可供選擇的微基站設備以D頻段為主，也輔以F頻段和E頻段產品。以D頻段為例，一般微RRU兩通道設備的硬件價格會是宏基站兩通道設備的價格的50%-70%左右，是宏基站八通道RRU設備的30%～45%左右。

微小基站設備建站既有快速性，又對選址和配套要求低，可以有效緩解深度覆蓋問題。因此從去年上期工程以后，在宏基站設備基本比較成熟的情況下，業界都在著力改進推出小基站，如FAD多頻段產品、內置天線、一體化集成美化產品、更微型設備等等，以滿足不同覆蓋場景和配套安裝需要。從上期建設來看，小基站的供貨占比有較大攀升，可見隨著網絡發展，對設備的種類需求也在變化。

目前，網絡建設所使用的小基站全部為2T2R的設備，今年開始有設備廠商提出并進行研發4T4R的小基站產品，這種產品的出現改變了當前業界小基站全部為2T2R設備的態勢，但對其的適用場景、終端支持情況、成本投入產出價格以及建設方式還有待進一步實踐檢驗。

在微小基站的組網方案上，繼傳統的E頻段室內分布基站，業界今年開始推出室外型D頻段的分布式基站建網方式，通過路由器的設置，使一個基帶BBU資源可以連接多個微RRU進行室外覆蓋，并在需要時可以將2G網絡等其他制式的網絡資源整合在一起，通過射頻端發送信號進行同步覆蓋。總體上，當前微小基站設備的發展研發上，提升功率、減小體積、優化美化各種安裝方式、整合多頻段多制式是普遍的發展方向。

上面描述了基于設備形態的推新來解決覆蓋問題，除了從新設備領域來提出解決方式，新的設計組網方案、一些基于軟件算法的新技術研究也是必要解決的方式。

近年被提出的4G設備CRAN組網方案一直處于局部商用階段。CRAN建設方案的提出起初最大的優勢是可以降低運營商TCO，顯著降低新站址獲取難度，緩解基站配套建設在選址、鐵塔以及傳輸資源方面的壓力。隨著該方案的研發推進，BBU的集中部署除了緩解配套建設壓力之外，還可以通過高速交換設備，在基站間進行快速數據調度和干擾協同，實現基于CRAN的站間協同方案、站間CA、8R UL CoMP等，旨在消除站間干擾、提升性能進而改善用戶體驗。這種集中式部署的CRAN方案在現網還處于實驗階段，其網絡運行效果以及在額外的高速交換設備硬件（其造價每10個BBU配置的交換硬件約等同于一個三扇區基站的硬件價格）上的成本投入，使其建設部署方式都有待進一步檢驗。

軟件算法的運行基礎需要硬件的承載，因此業界對硬件平臺芯片處理速度的要求逐年攀升，這也是各設備商逐年、逐期的推出新基帶板、新主控板的動因。其核心機制即為更新一代、更高運算處理能力的芯片，這不僅僅會帶來基礎的處理能力，比如小區數、通道數、接口速率等基礎處理能力的抬升，而更多的是為在新的硬件平臺上，可以開發運行更多的復雜算法來改善網絡覆蓋和性能、具備下一代演進能力提供了空間。

面對當前的網絡需求，新的基帶硬件設備的研發主要集中于提升上行接收能力、增強IR接口的傳輸速率、為3D-MIMO部署打下基礎、更強的信令處理能力、向5G網絡基礎演進等方面。預計今年主流設備商均會有新的基帶或主控板陸續推出。而對于運營商需要重視的是，對基帶硬件板卡的能力評估也不應僅停留于對其基本標稱處理指標的檢驗和考核，其芯片運行速度、支持復雜算法的能力、未來演進空間等都是需要考量的重點問題。

在更強大的新一代的硬件處理平臺上，各類軟件算法陸續的被提出和研究，如Turbo Receiver 重構譯碼信號算法（弱覆蓋場景下，提升信道估計和鏈路解調能力，提升邊緣用戶的調度解調性能）、UL ICS聯合調度（通過站間X1接口的調度，對邊緣用戶進行簇內多小區聯合時頻資源分配，控制深度覆蓋用戶上行噪聲干擾，改善小區的上行覆蓋）、UL IOT功率控制（通過小區檢測，調整用戶發射功率，降低系統上行干擾）等等，旨在改善上行增益、控制干擾進行站間協調、調整控制功率。

1.2 面向容量需求的提升

在容量解決方案里，當前比較可能納入規模建網的即為3D-MIMO技術的實現。業界在今年工程上批量供貨出可商用、可量產的產品也很可行。新的64T64R設備無論從安裝難度和技術角度都決定了，其會以RRU集成天線的一體化形式出現，其普遍物理形態在體積與重量上，與當前的8T8R設備（RRU設備+智能天線）的尺寸相當或者略低，這也是其可規模商用安裝使用的前提。

現網實驗證明，3D-MIMO技術確實可以較大幅地提升容量改善覆蓋。這里主要評估一下該設備規模建設一個不容忽視的問題即成本問題。雖然尚未定價，但其單個成本高于目前宏基站8T8R RRU設備四倍左右是可初步預估到的，同時3D-MIMO站開通帶來的成本上升還不僅僅在于每個RRU硬件本身，其BBU側也須具備專用的基帶板，或者是配置更多倍的基帶處理資源。目前網上的運行基帶板基本不能支持3D-MIMO的運行或者是配置數量不夠，專用基帶板需具備更強的處理能力，更快的IR接口速率，以及配置更高速率的光模塊（至少40G）。BBU側還需配置支持3D-MIMO這么大量信息交互的主控板，以及S1接口。同時3D-MIMO技術的軟件成本也應該計算在一個基本的單站建設之內。由此，有關方面進行了一個TCO的估算，較保守結論是五年運營成本抬升35%，如果結合上容量增益，那么每比特成本相對8T是明顯下降的。但可以肯定的是其當期直接建站成本將比較高昂。另外在3D-MIMO站點的部署規劃中，是否連片部署，還是單個補點替換，也都是需要考慮的問題。

同時，4G設備發展演進在容量提升這一領域，業界也在為A頻段、Band41擴展頻譜的可能使用做著積極的規劃部署。

1.3 面向用戶速率的提升

4G網絡提高上下行速率，才能保證在競爭中的用戶體驗。設備商當前在用戶速率提升上的規劃和研發主要集中在軟件算法的提升。

（1）UDC技術：UDC技術需要設備商與芯片廠商共同合作，在手機和網絡側預留并維護相同的數據存儲器，標識空口傳輸信息的指針位置。對于重復發送的字節，可以在空口只發送指針，基站和UE自動識別和填充，減少空口資源占用。在發送指針信息后，網絡側檢索如果信息存儲存在即直接解碼，無需空口傳送。目前終端基本支持。

（2）UL SU-MIMO技術：該技術終端側上行雙發，實現上行發射分集、上行雙流復用。目前網絡側可以具備能力，沒有問題，但還受限于手機不支持。

（3）下行3CCCA+256QAM：E/F/D頻段內/間三個載波聚合，來獲得峰值性能提升，采用更高效調制編碼，提升下行頻譜效率。截止目前主流終端均已經支持。

其他當前熱門的軟件技術還有上下行跨BBU CA、大氣波導干擾檢測及消除、宏微CA、下行TM9 4*4MIMO技術、小包優化技術等等，文章這里不再一一詳述。

2 結束語

目前無線設備的產品形態與研發還主要集中在改善4G網絡工程急待解決的問題，提高核心元器件的處理能力。從遠期的發展看，主流設備商都紛紛將產品演進路線定位在向云無線接入網發展，clound RAN的定義，將BBU的產品線研發路標逐步明確在最終實現基于大規模云計算的網絡架構。雖然業界目前各家的演進路線不同，算法不同，但最終目標均會是實現面向4G/4G+和5G的跨制式、跨頻段、跨層的RAN統一架構。