解析移動(dòng)通信工程4G—LTE技術(shù)工程的應(yīng)用

汪子云 完顏紹澎

摘 要：文章分析了4G-LTE通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，并以電力移動(dòng)通信專網(wǎng)為例，探討了4G-LTE技術(shù)在移動(dòng)通信工程中的應(yīng)用情況，包括通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、4G-LTE覆蓋方式及應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：4G-LTE；移動(dòng)通信；應(yīng)用；工程

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）17-0073-02

4G-LTE技術(shù)具有信道頻譜寬、目標(biāo)速率快、多網(wǎng)絡(luò)傳輸及接口開(kāi)放等特點(diǎn)，能夠與2G、3G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)對(duì)接，有助于節(jié)省通信系統(tǒng)升級(jí)成本。4G-LTE被引進(jìn)商用網(wǎng)絡(luò)后便獲得了迅猛發(fā)展，普及速度遠(yuǎn)超3G[1]。本文解析了4G-LTE技術(shù)在移動(dòng)通信工程中的應(yīng)用情況，旨在提高通信工程運(yùn)行質(zhì)量。

1 4G-LTE通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

4G-LTE網(wǎng)絡(luò)包括EPC、E-UTRAN兩部分，EPC的構(gòu)成部分包括PCRF、PGW、SGW及MME，E-UTRAN中有多個(gè)演進(jìn)型eNodeB，X2接口可連接各個(gè)演進(jìn)型eNodeB，利用4G-LTE技術(shù)組建通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)通常將S1接口作為E-UTRAN部分及EPC部分的連接通道。

與3G網(wǎng)絡(luò)相比，4G-LTE網(wǎng)絡(luò)中的EPC部分為分組域，具有分組功能，核心網(wǎng)中無(wú)電路域CS，傳輸VoIP業(yè)務(wù)的載體為IMS系統(tǒng)。4G-LTE通信網(wǎng)中的SGSN功能由SGW及MME共同實(shí)現(xiàn)，GGSN功能則由PGW實(shí)現(xiàn)，在通信網(wǎng)絡(luò)傳輸信息時(shí)，核心網(wǎng)中的EPC可以實(shí)時(shí)分離用戶面、控制面，避免SGW部分的用戶面與MME部分的控制面互相干擾，同時(shí)有利于3G通信網(wǎng)與4G-LTE通信網(wǎng)實(shí)現(xiàn)融合[2]。

E-UTRAN部分的SGW實(shí)體、核心網(wǎng)MME及eNodeB實(shí)體具有的功能與3G通信網(wǎng)的RNC網(wǎng)元相似，但eNodeB的工作方式為Mesh，接口為X2，采用X2接口連接各個(gè)eNodeB實(shí)體可預(yù)防出現(xiàn)分組丟失問(wèn)題，SGW作為4G-LTE通信網(wǎng)絡(luò)中的接入網(wǎng)關(guān)及邊界接點(diǎn)，還具有管理無(wú)線接入、調(diào)度移動(dòng)接入等功能。

4G-LTE通信系統(tǒng)中的HSS部分可為IMS、UMTS及核心網(wǎng)提供數(shù)據(jù)支持服務(wù)，采用Cx接口連接IMS、HSS，通信協(xié)議為Diameter；采用Gr/Gc、C/D接口連接3G核心網(wǎng)、HSS，通信協(xié)議為MAP；采用S6a接口連接EPC、HSS，通信協(xié)議為Diameter。4G-LTE通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以3G-LTE為基礎(chǔ)，但4G-LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以減小延遲，能夠?qū)崿F(xiàn)分散管理，相對(duì)于3G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)而言，是一項(xiàng)重大的技術(shù)性突破。

2 4G-LTE技術(shù)在移動(dòng)通信工程中的應(yīng)用

2.1 通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本文以電力系統(tǒng)所使用的移動(dòng)通信專網(wǎng)為例，說(shuō)明4G-LTE技術(shù)在移動(dòng)通信領(lǐng)域中的應(yīng)用情況及應(yīng)用效果。移動(dòng)通信專網(wǎng)的主要作用為監(jiān)測(cè)電網(wǎng)中的電能供應(yīng)質(zhì)量，為智能化管理電網(wǎng)業(yè)務(wù)提供通信保障。為了滿足快速、準(zhǔn)確傳遞監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的要求及保證電能監(jiān)測(cè)深度、廣度符合電網(wǎng)業(yè)務(wù)的智能化管理要求，在設(shè)計(jì)通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)結(jié)合了樹型結(jié)構(gòu)、網(wǎng)型結(jié)構(gòu)，確保在增加節(jié)點(diǎn)時(shí)無(wú)需進(jìn)行復(fù)雜計(jì)算便可以遠(yuǎn)程發(fā)送或接收相應(yīng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)[3]。

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分為三部分，即監(jiān)控中心、通信網(wǎng)絡(luò)及信息采集終端，采集終端包括便攜式終端及在線監(jiān)測(cè)終端，采集終端通過(guò)CT信號(hào)與PT信號(hào)向通信網(wǎng)傳輸信息，連接移動(dòng)收發(fā)點(diǎn)與通信系統(tǒng)兩端的串行接口為RJ45、RS232，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況設(shè)置4G-LTE路由器。通信網(wǎng)絡(luò)中的4G-LTE可同時(shí)支持FDD-LTE格式及TD-LTE格式，以PPTP協(xié)議完成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸，加密傳輸協(xié)議為VPN，通信網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)器可提供數(shù)據(jù)庫(kù)、通信及WEB服務(wù)，數(shù)據(jù)傳輸格式為PQDIF，傳輸協(xié)議為IEC61850。

2.2 4G-LTE覆蓋方式

4G-LTE網(wǎng)絡(luò)引入了MIMO多天線及大寬帶技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)連續(xù)覆蓋，在室內(nèi)應(yīng)用了PRRU覆蓋方案，PRRU覆蓋的組網(wǎng)方式較為靈活，在業(yè)務(wù)量較少時(shí)利用多個(gè)PRRU進(jìn)行組網(wǎng)能夠減少切換及干擾，在業(yè)務(wù)量較多時(shí)，可用PRRU建立熱點(diǎn)、分裂小區(qū)，進(jìn)而有效增加傳輸容量。為滿足室內(nèi)傳輸?shù)妮d波聚合需要及在4G-LTE網(wǎng)絡(luò)中傳輸海量數(shù)據(jù)，在PRRU室內(nèi)覆蓋方案中運(yùn)用了降采樣及IQ壓縮技術(shù)[4]。PRRU中的干擾協(xié)同分為微微間干擾協(xié)同、宏微間干擾協(xié)同兩種形式，為避免微小區(qū)、宏小區(qū)之間的PRRU互相干擾，需要在宏站信號(hào)較強(qiáng)的BBU中接入PBridge，如微小區(qū)與微小區(qū)之間的PPRRU產(chǎn)生互相干擾問(wèn)題，則在4G-LTE通信網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)用CompCS技術(shù)錯(cuò)開(kāi)時(shí)頻域，并合理調(diào)度通信資源及提升通信網(wǎng)內(nèi)部的傳輸容量。在室外覆蓋方面，4G-LTE通信工程中的信號(hào)基站包括小基站及宏基站，以保證4G-LTE信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)全面覆蓋。

2.3 應(yīng)用效果

在三種調(diào)制方式下測(cè)試了移動(dòng)通信專網(wǎng)的覆蓋能力，測(cè)試天線掛高30 m，在64QAM調(diào)制方式下4G-LTE系統(tǒng)的覆蓋半徑為4.87k m，在16QAM調(diào)制方式下4G-LTE系統(tǒng)的覆蓋半徑為7.63k m，在QPSK調(diào)制方式下4G-LTE系統(tǒng)的覆蓋半徑為10.69 km。

在傳輸速率方面，基于4G-LTE的通信工程應(yīng)用了載波聚合傳輸技術(shù)，聚合離散信道后統(tǒng)一分配載波，由此提高寬帶傳輸速率。同時(shí)可以根據(jù)配電專網(wǎng)的業(yè)務(wù)需求及時(shí)調(diào)整寬帶聚合程度及決定是否進(jìn)行聚合傳輸，從而充分利用及靈活使用寬帶頻譜資源，經(jīng)測(cè)試通信工程頻譜效率最高可達(dá)到2.7 bps/Hz，下行峰值為8 Mbps，上行峰值為19 Mbps。進(jìn)行64 QAM調(diào)制時(shí)，上行傳輸均值為2.57 Mbps；進(jìn)行16 QAM調(diào)制時(shí)，上行傳輸均值為1.25 Mbps；進(jìn)行QPSK調(diào)制時(shí)，上行傳輸均值為1.07 Mbps。

應(yīng)用4G-LTE移動(dòng)通信專網(wǎng)能夠有效解決特定節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量過(guò)少、節(jié)點(diǎn)數(shù)量過(guò)多及過(guò)于分散等問(wèn)題，能夠充分發(fā)揮光纖設(shè)備及無(wú)線設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、信息采集中的輔助作用，提升了配電網(wǎng)的智能化管理水平。

另一方面，應(yīng)用4G-LTE移動(dòng)通信專網(wǎng)后，優(yōu)化了信息采集終端的接入方式，加大了信息傳輸量，縮短了傳輸時(shí)間，同時(shí)擴(kuò)大了通信專網(wǎng)的覆蓋面及降低了通信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行成本。

3 結(jié) 語(yǔ)

綜上，4G-LTE技術(shù)推動(dòng)著通信工程的迅速發(fā)展，在通信工程中應(yīng)用4G-LTE技術(shù)能夠優(yōu)化調(diào)度傳輸功率、頻率等，大幅提高移動(dòng)通信質(zhì)量，降低通信成本及擴(kuò)大通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，因此4G-LTE技術(shù)有著廣闊的發(fā)展前景。

目前4G-LTE技術(shù)的市場(chǎng)需求在不斷擴(kuò)大，要注重優(yōu)化通信工程領(lǐng)域的4G-LTE技術(shù)，使4G-LTE技術(shù)能夠滿足更多用戶的需求。此外，要注重整合載波聚合及VoLTE等關(guān)鍵技術(shù)，在應(yīng)用4G-LTE技術(shù)的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)不斷完善，以有效發(fā)揮4G-LTE技術(shù)的作用，并在用戶數(shù)量增長(zhǎng)的情況下保障通信網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運(yùn)行及降低通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維成本。

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