长期网络演进（通用7篇）
长期网络演进 篇1
摘要：分析了LTE (长期演进) 服务的差异化需求, 介绍了LTE网络的Q o S (服务质量) 架构, 讨论了用户订购的Q o S保障服务和业务供应方的Q o S保障服务, 以求在保障业务质量为用户提供差异化服务的同时, 提升电信运营商的管道价值。
关键词：长期演进,服务质量,流量增值,差异化服务,流量经营
1 LTE服务的差异化需求
在全球范围内, 电信运营商的用户人均月数据流量呈现出不断增长的趋势, 很多运营商的数据业务A R PU (每用户平均收入) 已超过语音;在国内, 移动数据业务已经成为电信运营商收入占比中最大的增长点, 对比语音其为业务收入带来的贡献日益增大, 如中国移动2013年的数据业务收入达2 069亿元且占通信服务收入的比重上升至35%。因而基于移动宽带的数据业务将成为电信运营商未来发展的关键。
据统计, 网络访问不流畅、手机网速慢已成为用户移动数据业务体验的两大主要问题, 有过半的用户愿意为提升网络体验而多支付费用。同时面向大众用户的O TT (overthetop) 业务 (如即摄即传、视频网站、实时在线游戏、视频监控等) 期望能获得高Q o S (服务质量) , 如低时延、高带宽保障等, 那将提供他们的行业竞争力。因此不管是业务提供商还是普通用户都期望移动网络能为他们提供差异化的服务, 网络Q o S机制的研究与实践将变得尤为重要。
随着LTE (长期演进) 网络的部署, 由于无线带宽的大幅提升, 互联网O TT应用的特性及业务体验都将大大增强, 如图1所示, O TT over W i Fi (无线保真) 变为O TT over LTE, 用户可随时随地 (LTE网络覆盖区) 使用O TT业务, 这将给电信运营商的语音、短信等基础业务带来更大的冲击。因而通过LTE Q o S实践来提升数据流量的价值是电信运营商未来工作重点。
2 LTE网络的Q o S架构
LTE网络只提供分组数据通信[即只有PS (分组交换) 域, 没有CS (电路交换) 域], 语音和数据业务 (如视频流媒体、宽带上网、移动游戏等) 全部承载于IP分组数据网络上, 而提供端到端 (从业务应用到LTE终端) 的Q o S保障机制正是LTE网络的优势。
如图2所示, 对于每个V o LTE (基于LTE的语音业务) 用户终端来说, 可以建立两个PD N (分组数据网络) 连接, 一个连接V o LTE网络[IM S (IP多媒体子系统) core], 一个连接CM N et (中国移动通信网) , 每个PD N连接包含一个默认承载 (非保证比特率承载) 、一个或多个专用承载。LTE用户的每个承载都有对应的Q o S保障, 如搜狐视频、在线手机网游两个应用可分别对应不同的承载和Q o S保障。
CSCF (呼叫状态控制) 网元是IM S关键的核心网元, 主要实现呼叫接入、控制与处理逻辑, 同时可根据用户签约实现业务触发, 是实现V o LTE功能的呼叫控制网元。
1) H SS (归属用户服务器) 主要实现IM S用户数据如账号和签约信息的存储, 其类同于移动2G核心网中的H LR (归属位置寄存器) 。
2) A S (应用服务器) 实现智能业务逻辑控制功能, 其类同于智能网中的SCP (业务控制点) , 提供智能业务控制功能, 如彩铃、彩像、智能语音呼叫 (呼叫前转) 等。R CS A S (富媒体通信A S) , 即是提供基于IP的语音、文字、图片、视频等丰富通信功能的A S。
3) SBC (会话边缘控制器) 将终端用户接入到IM S网络, 主要提供接入控制、网络拓扑隐藏、N A T (网络地址转换) 、Q o S保障和网络安全等功能。
4) PCR F (策略和计费规则实体) 主要为V o LTE用户提供Q o S带宽保障服务, 如根据不同用户的签约信息提供区别的Q o S保障服务。
5) M M E (移动管理实体) 主要实现移动性管理、承载管理、用户鉴权认证等功能, 即分组数据通信的信令控制网元。
6) SG W (服务网关) 主要负责用户面处理, 包括数据承载通道的建立/修改/释放、数据报文的路由和转发、Q o S控制和计费等等, SG W即为分组数据通信的媒体处理单元。
7) PG W (分组数据网关) 是PD N终结于SG I接口的网关, 主要负责LTE终端的IP地址分配、会话管理 (根据不同的A PN (接入点名) 寻址到对应的外部数据网络) 、Q o S策略执行、计费等功能。
LTE网络中, Q o S控制的基本粒度就是承载 (bearer) , 同一个承载上的所有数据流量都有相同的Q o S保障, 如图2所示, 对于任一个用户的某个特定的承载, PG W与SG W的数据通道、SG W与e N B (演进型基站) 之间的承载、e N B与U E (用户设备) 之间的R B (无线侧承载) 都是一一对应和绑定的, 对应相同的Q o S保障机制。
不同类型的LTE承载对应的Q o S关键参数见表1。
1) LTE承载对应的Q o S参数主要包括Q CI (Q o S分类标识) 、A R P (分配与保持优先级) 、G BR (保证比特速率) 、M BR (最大比特速率) 和A M BR (聚合最大比特速率) 。
2) Q CI是一个数量等级, 表示对承载级的分组数据包的处理和转发机制, 如调度权重、接纳门限、队列管理门限等等。3G PP TS 23.203中定义了9种不同的Q CI的值, 比如Q CI为1, 表示最高优先级、包时延100 m s、承载类型为G BR, 一般用于实时的语音通话;Q CI为6, 表示低优先级、包时延300 m s、承载类型为非G BR, 可用于非实时的网络业务[如W W W (万维网) 、FTP (文件传输协议) 等]。
3) A R P参数用于接入控制, 即在无线资源受限的情况下, 决定是否允许建立新的承载或修改现有的承载。
4) G BR参数代表了承载能够预期保证提供的比特速率, G BR承载主要用于语音、视频、实时游戏等业务, 采用专用承载和静态调度的方式。
5) M BR参数限制了G BR承载能够提供的最大比特速率, 即数据速率的上限。
6) A M BR参数基于两种不同的场景可分为U E-A M BR (针对于特定一个用户的A M BR) 和A PN-A M BR (针对于某个用户的特定一个A PN下的A M BR) 。U E-A M BR参数作为U E的签约数据保存在H SS中, 用于限制U E的所有非G BR承载的总速率;A PN-A M BR参数存储在H SS中, 用于限制同一个A PN中的所有PD N连接期望提供的累计比特速率。
H SS中只保存与非G BR承载相关的Q o S签约参数, PCR F则决定了专有承载的Q o S参数, PG W、SG W、e N B网络设备则负责执行对应的Q o S策略, 保证所有承载相关性能符合Q o S约束。
3 LTE网流量增值服务及技术方案
3.1 用户订购的Q o S保障服务
付费用户在使用LTE移动宽带时 (如手机观看搜狐视频、玩在线游戏) 可享受流量保障服务, 如保证其看视频时用网络带宽达到2 M b/s, 电信运营商可向用户收取包月功能费。
如图3所示, 基于现有的PCC (策略和计费控制) 架构, PG W检测到特定用户的业务流后为其提供Q o S保障服务。
(1) 用户订购移动宽带速率保障服务, 电信运营商的BO SS (业务操作与支撑系统) 将该用户流量增值服务的订购信息下发给PCR F。
(2) PCR F根据配置的Q o S策略, PCR F向承载网络设备下发Q o S预定义规则。
(3) PG W检测到特定应用和订购流量增值服务的用户信息时, 执行预定义规则, 进行承载更新或建立新的专有承载。如用户在看网络视频, 可为其建立G BR为2 M b/s的专有承载以保障通信质量, 从LTE承载网到e N B无线侧的G BR。
3.2 业务供应方的Q o S保障服务
电信运营商可与业务提供商 (如搜狐视频、微信等) 合作, 基于LTE网络面向具体的业务产品提供流量Q o S保障服务, 电信运营商可向商家 (业务提供方) 收取后向服务保障费用。
图4为基于增强的PCC架构, CP/SP (内容/业务提供商) 可通过R x接口向PCR F传递业务需求, PCR F根据其签约信息来判断是否可提供Q o S保障服务。
(1) BO SS查询并将该业务对应的流量增值服务的签约信息下发给PCR F。
(2) 业务平台系统发起业务Q o S保障请求。
(3) A A C (应用接入控制) 进行安全检查, 若通过, 则向PCR F资源请求发起流程。
(4) PCR F根据配置的Q o S策略及对应的用户信息, 向承载网络设备下发Q o S预定义规则。
(5) 建立高Q o S的专有承载。
(A A C网元是未来LTE网络可为CP/SP提供Q o S保障服务的统一控制网元, 目前现网中未有成熟应用)
4 总结
LTE网络的建设与应用极大地丰富了人们的沟通与生活, 对于电信运营商来说, 如何提升用户的流量价值是迫切需要解决的问题。而LTE Q o S机制在现网中的部署应用, 可为用户、内容供应商带来更多更便捷的流量增值服务, 同时能提升电信运营商的流量价值。
长期网络演进 篇2
近几年,移动通信在高速发展,在升级过程中经历了2G、3G、LTE(长期演进)这3个代表性阶段,载频带宽也从窄带变成宽带,这也是通信网络技术发展的主要方向,网络制式也将从以语音为主导的网络转型为高速数据为主导的网络转型,这也将是移动网络转型的主导方向。LTE作为第4代移动通信网络技术的核心,将提供更为高速的数据业务,以新型技术为主体,加以之前为人所称道的高级技术,以致现有下载速度所能达到峰值将超越之前的很多倍。QoS (服务质量)传输保障是一种安全机制,是一个能利用各种基础技术为指定的网络提供更好的服务能力,也可以用来解决网络延迟和网络阻塞等问题的一种技术。传统的语音业务也能很好地利用这项技术,使其对于安全性和实时性的要求得到保证。
2 LTE通信网络的技术核心
网络通信领域最为重要的往往是核心技术,全光传输网络,移动终端,以及新的空中接口等都是LTE移动通信网络技术的显著特征,干扰协调、自适应多天线技术、空中接口的正交频分复、跨地理间的电路自适应的内容才是主要分析对象。
2.1 正交频分复用技术
通过正交频分复用技术,很多窄带子载波得以实现多载波传输。作为几种高频带利用率数字的技术调制之一,直接相互正交的子载波具有良好的通信功能,能够做到在一个符号内复制上千个的子载波。这项技术的应用在高速数字信号的传输这个领域上。LTE宽带移动通信网络中采用循环前缀,能够使移动网络传输环境中抗衡多径效应,并解调、整改快速傅里叶反变换和快速傅里叶变换,简化复杂的系统以及应用,CP (循环前缀)技术的兴起则是为了解决延时造成的符号键的打乱
2.2 跨地域间的线路自动适应协调干扰
提高通信网络应用效率的最为重要的是频带资源的配给,也是其关键所在。分配频带资源的重要依偎就是用户所在的地域位置,此种分配原则非常合理,而且降低了地域之间的扰乱,提高了线路的稳定性,极大地优化了地域频谱效率,极好地促进了自适应线路,资源管理和干扰协调等方面。对提升网络运营商通信的经济效益有着超凡的意义。
2.2.1 控制静态相邻地域干扰协调和功率
1)地域间的干扰减小地域边缘的频谱效率。
2)功率控制(PC)和地域间干扰协调(ICIC)相合作减小干扰。
3)控制上行功率:终端UE (用户设备)计算到本区域和邻区域的路损(PL) 1和PL2,得出路损差,从而计算补偿因子alpha。
4)部分频率复用:总体将频率资源分为几个复用集,一个频率复用因子为a的频率集,应用于中心用户(CCU)调度;一个频率复用因子大于a的频率集,应用于边缘用户(CEU)调度。
2.2.2 动态邻区域协调干扰
1)任何区域可以借助X2信息发送强干扰指示(HI)给相邻区域,在这之前先控制相邻区域调度资源避开干扰;
2)区域还可以运用X2信息发送过载指令(01)给相邻区域,如果相邻区域收到(0I)报告将会运用自降干扰这种行为降低本区域发射功率;(下转第56页)
3) LTE能运行同频组网下动态的区域间协调干扰。
2.3 自适应多天线技术
特点:
1)将MIMO (多输入输出)技术与OFDM (正交频分复用)技术相融合,将系统的吞吐量提升;
2)由于自适应MIMO技术的信道特性修改传输参数在线路容量与稳定性之间达到最佳平衡。
3 LTE宽带移动通信网络技术的应用
在迅猛发展的社交、支付等移动互联网应用已经展现在国人的眼前,曾经遥不可及的平板电脑、PC (个人计算机)、智能电话等移动互联网终端已经普及到大众的手中,而现在,曾经引领时代潮流发展的网络却开始成为阻碍信息时代的发展,而且已经开始阻挡即将到来移动宽带时代。为了打破这些阻碍,通信产业着手于通过两方面打破这一瓶颈,传统的2G、3G网络正在全球范围内快马加鞭的升级为有着更强频谱利用率、速度更快的LTE网络。在其他方面,对于异构网络的认识和运用,LTE网络和无线路由网络的融合,也在全球范围内开始迅猛发展。为构建互联网生活打好基础,也是更新潮的网络技术发展的意义所在。通过LTE本身的实时性、高速度以及快捷性,高速率的优势,LTE宽带移动通信网络技术使得很多其他领域可以得到推广和应用,如网上询医生、远程网络授课、远程位置共享、虚拟导航、网上交易以及许多其他领域都有更为广阔的前景。相信在不久的将来更为普及的LTE通信网络技术会带给我们更美好的生活。
4 结束语
第4代LTE移动通信网络技术的推行已经初现成效,人们需要这种创新来获得更加快速便捷的互联网生态圈,社会也需要更好的互联网技术来支持更便捷的生活。我们期待在不久的将来完全普及的互联网生活会带给我们美好的生活。
摘要：探讨了LTE(长期演进)宽带移动通信网络的技术类型和发展,分析其中技术成果,最后探讨其技术发展以及发展趋势。
长期网络演进 篇3
在LTE鄄FDD (长期演进鄄频分双工) 的协议中规定了下行MIMO (多入多出) 存在两种方式:传输分集和空间分集[SU鄄MIMO (单用户多入多出) 或MU鄄MIMO (多用户多入多出) ]。协议指出, 传输分集的每根天线间的信号具有一定的相关性, 在天线对上传送原始信号及其变换符号 (一般为原始符号的共轭) ;空间分集的每根天线的数据具有独立性、无相关性。因此从理论上分析可知, 传输分集提高了通信的可靠性、增加了用户通话的稳定性、降低了信息传输的误比特率;空间分集提高了通信效率, 提高了单、多用户的吞吐量, 从而达到提升整个小区的吞吐量的结果。因而他们使用的场合是不一样的。
1 原理介绍
以下通过对LTE鄄FDD的下行两种分集模式的原理进行阐述, 更进一步地了解两种分集的实现方式。
1.1 传输分集
传输分集采用空频块码 (SFBC) , SFBC作为一种抗干扰技术在LTE鄄FDD中被引入。SFBC编码通过对信号在空间和频域上进行编码而同时获得空间分集和频率分集。LTE传输分集的发送端的原理见图1。
1.2 空间分集
空间复用允许同一个下行资源块传输来自同一个用户的数据流 (SU鄄MIMO) , 也可以来自多个用户的数据流 (MU鄄MIMO) 。SU鄄MIMO可以增加单用户的吞吐量, MU鄄MIMO可以增加整个系统的容量。空间分集通过层映射和预编码复用技术使得每一个码字可以独立地进行速率控制, 分配独立的混合自动重传请求 (HARQ) 从而提高通信效率。LTE空间分集的发送端的原理见图2。
2 仿真情况
本次仿真以某地区密集区域为对象, 区域面积17.29 km2, 涉及49个站点 (145个扇区) , 平均站间距为638 m, 见图3。
其他参数设置如下:
·数字地图采用20 m精度地图;
·传播模型使用SPM (标准传播模型) , 校正为中等城市的密集城区参数;
·选用FDD模式, 频率使用1.9 GHz, 20 MHz带宽;
·话务密度设置为平均每平方公里100人;
·用户使用业务主要为FTP (文件传输协议) 、VoIP (网络电话) 、网页浏览等。
LTE网络主要关注参数为上/下行的载波与干扰噪声比C/ (I+N) 、系统吞吐量 (throughput) 、signal level、quality indicator等参数。本文从C/ (I+N) 、系统吞吐量两个维度对不同分集模式进行对比分析。
2.1 分集模式对网络C/ (I+N) 指标的影响
通过对比基站侧天线设置传输分集模式 (T模式) 、空间分集模式 (S模式) 和无分集 (N模式) 3种模式在系统不同载干比程度时对C/ (I+N) 的影响, 以系统处于轻负荷和中等负荷下进行对比, 见图4。
从仿真图统计来看, 各模式在不同负荷下的PDSCH (物理下行共享信道) C/ (I+N) ≥-3 dB区域面积占仿真面积的百分比见表1。
在网络运行初期, 从统计业务信道的C/ (I+N) 指标来看, T模式可以较大幅度提升片区内的信噪比指标, S模式相比无分集模式对此项指标的改善相当有限。因此建议在网络负荷不高的前提下, 基站侧天线开启T模式对提升载干比指标, 提高用户获取更高速率服务等级的权限有较大提升。
2.2 分集模式对网络吞吐量及负荷的影响
通过对比基站侧天线设置传输分集模式、空间分集模式和无分集3种模式对系统吞吐量及负荷的影响见表2。
从统计指标来看, 采用S模式在两种话务密度下对比其他两种模式均保持了下行最大吞吐量, 并且维持了小区在一个相对低的系统负荷, 但是从统计角度来看, 提升比例很有限。
在用户不受限制接入小区的前提下, T模式能有效改善区域内载干比, 提升一部分用户享受更高速率服务的等级, 通过提升C/ (I+N) 来换取下行速率的提升, 从而提升小区的吞吐量, 带来的问题是明显提升网络负荷。
2.3 分集模式使用建议
综合3种模式对C/ (I+N) 、系统负荷以及吞吐量的影响, 由于同等条件下, 不同模式对系统吞吐量的影响比例很小, 使用的关键就集中在如何通过调整模式来达到区域内C/ (I+N) 、系统负荷指标的改善。
MIMO作为4G的关键技术, 网络中实际应用主要集中在S模式和T模式的选择上。对比二种模式对网络参数的影响, 建议在网络负荷不高的前提下, 基站侧开启T模式改善C/ (I+N) 指标;当网络处于高负荷时, 切换至S模式, 提升区域内用户接入成功率。这样可以在网络负荷、吞吐量等关键指标通过基站侧MIMO方式的调整来达到一个相对平衡。
3 小结
长期演进高铁覆盖解决方案 篇4
关键词：高速铁路,移动通信,覆盖
随着铁路的提速, 高速铁路对通信网络的覆盖质量要求越来越高, 而由于铁路场景的特殊性与高速移动对网络各个方面的影响, 导致用户的感知度大大降低, 终端高速运动下的无线网络表现一直是各通信设备制造商和运营商努力改善的内容之一。
在高速铁路环境下, 无线信道的性能发生急剧的变化, 大量的测试结果表明, 影响网络性能的主要因素有:终端移动速度、动车组列车的穿透损耗、多普勒效应、无线传播环境等。
1 高速列车场景的网络覆盖特点
1.1 车体穿透损耗大
高速列车采用密闭式厢体设计, 增大了车体损耗。各种类型的CRH (中国高速铁路) 列车具有不同的穿透损耗, 见表1。
车体的损耗越大, 在相同车外电平情况下, 意味着车内覆盖减小, 车内电平的下降将会导致掉话率、切换成功率、接入成功率等KPI (关键绩效指标) 指标发生变化, 网络的性能下降, 高铁车体损耗比普通列车增大约11 d B, 覆盖难度大。
1.2 多普勒频偏
根据多普勒原理, 当移动台移向基站时频率变高, 远离基站时频率变低。高铁进行时与基站的相对位置不同, 多普勒频偏也会不同, 见图1。表2为不同工作频率下的多普勒频偏的统计。可以看出, 在高速运动的情况下, 带来的多普勒频偏影响较大, 在车速350 km的情况下, LTE的频偏达到了1.2 k Hz。
虽然LTE使用了20 MHz的宽频带, 但由于子载波都是使用的15 k Hz的小带宽频率, 所以频偏带来接收机性能下降影响较大。目前华为和中兴等厂家采用AFC (自动频率校正) 算法对频偏进行自动校正。
1.3 高速影响性能
在UE (用户设备) 高速场景下, 对切换的性能会有较大的影响。为保证用户无缝移动性及Qo S (服务质量) , 最基本的要求就是用户通过切换区域的时间要大于切换的处理时间, 否则切换流程无法完成, 会造成用户的Qo S下降甚至掉话。在高速场景下, 由于UE驻留时间小于小区选择过程, 还容易出现脱网、小区选择失败等网络问题。
相同的覆盖区域, 速度越高终端穿越覆盖区域的时间越短;当终端移动速度足够快, 可能导致穿越覆盖区的时间小于系统切换处理最小时延, 从而引起切换失败、产生掉线, 需要考虑覆盖区域的重叠区大小。如图2, 相同切换区大小, 速度越高终端穿越切换区的时间越小;当终端移动速度足够快, 可能导致穿越切换区的时间小于系统切换处理最小时延, 从而引起切换失败、产生掉话, 因此高铁需重新考虑切换重叠区的大小。
1.4 高铁旅客宽带上网业务需求
对于高铁环境, 主要为中、高端用户聚集场景, 应重点保证这部分用户的良好体验, LTE对传输能力有大幅提高, 用户也将更多使用视频、游戏等高流量业务。表3为统计高铁主要用户使用的业务, 在不同业务线的带宽需求统计。
满足手持终端上的在线视频、游戏、电影、IPTV (网络电视) 等高带宽业务至少满足边缘速率上行512 kb/s、下行2 Mb/s的需求。
2 高铁覆盖解决思路
根据LTE的网络结构, 覆盖解决体现如下方面。
2.1 组网策略
2.1.1 天线选型
采用2T4R (2发4收) 天线, 基站覆盖范围大, 适用于周边用户比较少的农村区域, 铁路较笔直的区域。
采用2T2R (2发4收) 天线, 适用于市区、郊区, 沿途车站, 铁路有弧度的区域。
2.1.2 主设备选型
优先采用BBU (基带单元) /RRU级联方式, 同PCI码设置、优化设备组合, 降低切换次数。
简化高铁小区切换关系, 明确各路段的主控小区, 使高铁UE用户尽量只驻留在高铁小区进行通信, 为减少切换时延与信号抖动对高铁LTE网络可能造成的业务性能降级, 可采用RRH (射频拉远头) 级连 (RRH daisy chain) 的多小区合并。
2.2 覆盖重叠区及多小区合并
2.2.1 覆盖重叠区
高铁列车在经过两个不同小区的重叠覆盖区时, 需要进行小区切换。切换的时延影响重叠覆盖区的设计。切换时延是从UE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。为减少切换时延对网络的影响, 规划设计时应设置重叠区, 提升用户感知。表4为高铁在不同速率下的基站重叠长度的要求, 为满足切换时延要求, 一般最低切换重叠长度要求在222 m以上。
2.2.2 多小区合并
为减少切换时延与信号抖动对高铁LTE网络可能造成的业务性能降级, 可采用多小区合并。
2.3 选址原则
站点距铁轨距离要求, 图3为掠射角的定义, 不同的入射角对应的穿透损耗不同, 当信号垂直入射时的穿透损耗最小。当基站的垂直位置距离铁道较近时, 覆盖区边缘信号进入车厢的入射角小, 穿透损耗大。实际测试表明, 当入射角小于20°以后, 穿透损耗增加的斜率变大。
2.4 站间距要求
在某地市的LTE一期基站中, 有部分站点位于高铁沿线。选取100、200、300、400、500、600 m等不同的站轨距离进行了验证测试。如图4所示来确定不同站轨距离的覆盖规律。
从图3可以看出, 最合适的站轨距离为250~350 m, 此时单站覆盖距离为1.6 km, 扣除切换带后单站覆盖距离为1.4 km。
2.5 其他原则
为了保证在高铁上的良好覆盖, 在站址规划是还需要考虑以下原则, 具体如下:
1) 对于直线铁轨, 最佳为“之”字形布站方式;
2) 隧道场景, 一般采用泄漏电缆进行覆盖, 天馈安装高度一般在车窗上方位置的隧道墙壁;
3) 在列车轨道弯曲部分布站时, 站点要选择在曲线弯曲的内侧, 减小多普勒频移的影响,
4) 桥梁场景, 优先建议在桥梁两侧架设天线进行覆盖。
3 高铁组网方案
高铁组网方案对高铁采用专网覆盖方案, 即采用专网对铁路沿线进行覆盖的方案, 只用于高铁列车内的用户通信。专网组网除了在车站和列车停留区域与大网允许切换外, 沿线采用链形邻区设计, 不与大网发生切换。可以很好保证高铁的用户在高速移动时切换和重选的路径, 提高通信质量;有利于应用专用于高速场景的无线资源管理算法、切换和重选策略和网络参数值, 从而更好地提高整个网络的质量。站台高速覆盖时, 重点还要考虑公网和专网的切换原则和对应关系, 能够保证公网用户顺利切入高铁专网用户, 同时保证离开站台时, 拒绝乒乓位置更新, 减少公网用户干扰专网。
测试情况:京沪高铁某地市段测规划物理站点61个, 站点分布情况如图5所示。从图6可以看出覆盖强度大于-85 d Bm大于95.6%, 全程测试无掉话, 无切换失败。
4 结束语
分时长期演进双层网覆盖解决方案 篇5
关键词：分时长期演进,双层网,覆盖,天馈系统
1 为什么要建设TD-LTE双层网?
分时长期演进(TD-LTE)网络于2013年12月商用发牌。经过三期工程的大规模建设,TD-LTE网络已经覆盖了城区、县城、乡镇和大部分农村地区,仅剩少量低用户需求的偏远农村区域未覆盖。2015年初,中国移动已拥有TD-LTE基站××万个,4G用户超××户的先发优势。3月份,频分双工长期演进(LTE-FDD)商用牌照发放,中国电信和中国联通加入了4G.网络发展的大军。中国移动为保证FD-LTE网络的优势,在基本完成覆盖的情况下,必然加快网络容量和速度的提升,进行TD-LTE双层网覆盖建设。
2 什么是TD-LTE双层网?
TD-LTE共有3个频段,其中中国移动分配到的频段分别为:F频段:1 880～1 900MHz,共20MHz,用于宏基站覆盖;D频段:2575～2635 MHz,共60MHz,用于宏基站覆盖;E频段:2 320～2 370 MHz,共50 MHz,用于室内分布系统覆盖。
在LTE前三期工程建设中,宏基站采用F频段为主建设,配置S1/1/1 (三扇区,每扇区1个载频),简称LF方案;在局部有载频干扰、站高不理想或者宏蜂窝结构不理想的基站采用D频段建设,配置S1/1/1,简称LD方案。室内分布系统采用E频段覆盖,配置O1(载波带宽20 MHz),简称LE方案。
TD-LTE容量和速率提升需要进行网络扩容。扩容方案有宏基站LF扩LF、LD扩LD,室内分布系统LE扩LE,这3种为同网络载频扩容方案,不需要建设独立的天馈线;LF扩LD,LD扩LF,这两种方案需要建设独立的天馈线,称之为TD-LTE双层网。
3 TD-LTE双层网覆盖解决方案
中国移动同时运营着GSM (全球移动通信系统)网络、TD-SCDMA (时分同步码分多址,以下简称TD-S)网络和TD-LTE网络。TD-S和TD-LTE网络主要采用分布式基站设备,主要由基带处理单元(BBU)和射频拉远单元(RRU)组成,LTE-advanced后续演进开通载波聚合(CA)业务提升速率,TD-LTE双层网覆盖需共用BBU。由于不同网络可能采用的是不同厂商的基站设备,天馈线建设方案也千差万别,造成了TD-LTE双层网覆盖方案也千差万别。
经过对现有网络基站各类建设方式的梳理,总结出TD-LTE双层网有如下几种主要的覆盖解决方案。
3.1 LF扩LD解决方案
1)现网TD-S和LF网络同厂商,LF由TD-S升级,共用BBU,共用天馈,扩LD独立天馈。
BBU处理能力支持的情况下,共用BBU共用GPS(全球定位系统)天线和传输端口,新增独立LD RRU。基站天面若有空间,新增智能天线,独立建设LD覆盖。若基站天面空间紧张,可将现网TD-S和LF共用的智能天线更换为FA/D (FA频段/D频段)合路型独立电调天线,通过同一副物理天线实现。TD-S、LF和LD双层网的共同覆盖.
2)现网TD-S和LF网络同厂商,LF独立新建,共用BBU,独立天馈,扩LD独立天馈。
将现网LF独立新建改为由TD-S升级,共用天馈,BBU处理能力支持的情况下,共用BBU,共用GPS天线和传输端口,新增独立LD RRU,利旧原有LF天馈线建设LD独立天馈。若原有LF智能天线支持LD网络,可直接利旧天馈线,否则需更换FA/D宽频智能天线,利旧光纤等线缆。
3)现网TD-S和LF网络同厂商,LF独立新建,独立1BBU,独立天馈,扩LD独立天馈。
BBU处理能力支持的情况下,新增LD与现网LF网络共用BBU,共用GPS天线和传输端口,新增独立LD RRU。基站天面若有空间,新增智能天线,独立建设LD覆盖。若基站天面空间紧张,可将现网LF改为TD-S网络升级,共用天馈,利旧原有LF天馈线建设LD独立天馈。若原有LF智能天线支持LD网络,可直接利旧天馈线,否则需更换FA/D宽频智能天线,利旧光纤等线缆。
4)现网TD-S和LF网络异厂商,LF独立新建,独立1BBU,独立天馈,扩LD独立天馈。
BBU处理能力支持的情况下,新增LD与现网LF网络共用BBU,共用GPS天线和传输端口,新增独立LD RRU。基站天面若有空间,新增智能天线,独立建设LD覆盖。若基站天面空间紧张,可将现网LF共用的智能天线更换为FA/D合路型独立电调天线,通过同一副物理天线实现LF和LD双层网的共同覆盖。若现网TD-S网路用户不多,低流量覆盖,也可将TD)-S网络关闭,利旧现网TD-S天馈线建设LD独立天馈。
5)现网无TD-S网络,LF独立新建,独立BBU,独立天馈,扩LD独立天馈。
BBU处理能力支持的情况下,新增LD与现网LF网络共用IBBU,共用GPS天线和传输端口,新增独立ILDRRU。基站天面若有空间,新增智能天线,独立建设LD覆盖。若基站天面空间紧张,可将现网LF共用的智能天线更换为FA/D合路型独立电调天线,通过同一副物理天线实现LF和LD双层网的共同覆盖。
3.2 LD扩LF解决方案
1)现网TD-S网络,LD独立新建,共用BBU,独立天馈,扩LF由现网TD-S直接升级。
现网TD-S网络直接升级建设LF,共用BBU,共用GPS天线和传输端口。若现网LID-S网络天线支持FA频段,可直接利旧,否则,需将天线更换为支持FA频段的智能天线。
2)现网TD-S网络,LD独立新建,独立BBU,独立天馈,扩LF由现网TD-S直接升级。
现网TD-S网络直接升级建设LF,由于CA需要,需将LD BBU与TD-SBBU合并,共用BBU,共用GPS天线和传输端口。若现网TD-S网络天线支持FA频段,可直接利旧,否则,需将天线更换为支持FA频段的智能天线。
3)现网无TD-S网络,LD独立新建,独立BBU,独立天馈,扩LF独立天馈。
BBU处理能力支持的情况下,新增LF与LD共用BBU,共用GPS天线和传输端口。基站天面若有空间,新增智能天线,独立建设LF覆盖。若基站天面空间紧张,可将现网LF智能天线更换为FA/D合路型独立电调天线,通过同一副物理天线实现LF和LD双层网的共同覆盖。
4 TD-LTE双层网后续演进
TD-LTE双层网后续必然向LTE-A(LTE-advanced)演进,LTE-A通过载波聚合和传输模式9 (TM9)来进一步增强4G (第4代移动通信)网络性能。
载波聚合((A)通过将多个LTE成员载波聚合起来形成更大的带宽(各个成员载波可以是频率连续的,也可以是非连续的),使得上下行峰值速率及边缘速率达到成倍提高,并实现小区容量的成倍提升。
上/下行增强MIMO (多输入多输出)基于8天线能力进行扩展,进一步定义了增强的TM9 TM9是在TM8的基础上发展而来,其中还利用了TM8已经定义的导频设计。TM9的主要特点是支持下行最多8层并行传输层数,最大峰值频谱效率可达30bit·s-1·Hz-1。相比于目前国内TD-LTE网络中下行最多2层并行传输,频谱效率提高了4倍。
长期网络演进 篇6
TD鄄LTE (时分鄄长期演进) 网络主要用于承载高速的数据业务, 而高清视频流、大型互动游戏等高数据业务一般都发生在室内中, 这些业务都需要较大的系统容量和良好的网络质量。2G/3G时代已建好大量的室内分布式天线系统 (DAS) , 而且基于DAS可以快速实现TD鄄LTE室内覆盖, 目前“BBU (基带单元) 加RRU (射频远端单元) 加分布式天线系统”方案成为实现TD鄄LTE室内覆盖的主流方案。然而当前大型居民区、高层住宅、宾馆的室内分布系统布线往往只能铺设在楼道、走廊等公共区域, 未能入户。而房间内部由于墙体的阻隔, 导致覆盖效果不佳。TD鄄LTE的空间、墙体损耗高的技术特性要求, 更需要入户覆盖才能达到应有的效果。对于业界提出的LTE Femto和PicoRRU室内解决方案, 前者存在覆盖范围小、同步方案复杂, 需新建核心网关, 设备尚待成熟;后者设备尚未成熟。因此在高速宽带时代急需一种新型的入户覆盖方案, 解决最后几十米业务接入问题。
本文提出在CATV (有线电视) 线路上实现TD鄄LTE双路MIMO (多输入多输出) 的技术来解决室内的深度覆盖及高容量问题, 并将该方案成功应用在TD鄄LTE规模试验网中, 现场测试结果表明, 该技术可完全实现深度覆盖且小区及单用户的吞吐量优于传统室分系统, 并能有效地降低工程改造量和施工成本。
1 用CATV线路实现TD鄄LTE覆盖
单一CATV线路实现TD鄄LTE双路网络覆盖技术中包括2个关键模块:位于信源端的近端机模块和位于房间内的CATV信号接入节点远端机模块。一台近端机可以通过接功分器的方式带多台远端机, 从而实现每个房间的均匀覆盖。在机房内, CATV信号和两路LTE[本产品还可以合路2G、3G、WLAN (无线局域网) 等多种信源]的射频信号分别输入到近端机的多个对应的信号输入口。在近端机内部实现多信号合路、滤波、变频等处理以后输出到现有的CATV线路中, 利用CATV线路同轴电缆在全屏蔽、无干扰下直接输送到远端机, 最后通过远端机将CATV信号与LTE等多种无线通信信号分开, 并对各路信号进行滤波、功率检测、放大, 以及LTE MIMO两路信号进行功率平衡调整, 均匀输送到各个房间, 保证各个网络信号覆盖基本一致, 从使每个房间无线信号通过天线覆盖, TD鄄LTE MIMO信号分别通过多根天线覆盖 (如2×2 MIMO通过2根天线覆盖) , CATV信号送入远端机内部机顶盒, 最终实现房间内优质无干扰无线网络覆盖和电视功能。用CATV实现TD鄄LTE双路网络覆盖技术的整体方案如图1所示。
1.1 近端机实现原理
各信源直接连接近端机对应的各个接口, 在近端机内部CATV、TD鄄LTE RRU1接口 (或其他信源) 直接连接多滤波合路器进行滤波合路;而TD鄄LTE RRU2接口则连接了变频电路, 下行链路将TD鄄LTE信号变频至中继频率, 上行链路则是接收中继频率信号变频回TD鄄LTE射频频率, 变频电路本振的参考信号同时为一个频率综合器提供参考信号, 频率综合器锁定输出一个射频信号, 此信号将作为远端机参考信号, 在TD鄄LTE1端口或者TD鄄LTE2端口耦合一个信号进行同步信号提取, 提取出来的同步信号控制近端机的变频电路, 并同时经同步信号调制电路调制到一个射频频率为远端机提供同步控制信号。中继信号、远端机参考信号、同步控制信号再通过一个滤波合路器连接至多滤波合路器滤波合路。另外近端机通信控制信号通过通信控制信号调制解调电路为远端机提供一个通信控制调制信号, 同时也接收远端机的通信控制调制信号, 通信控制调制信号通过耦合器实现与CATV线的合路, 中继信号、远端机参考信号、同步调制信号、通信控制调制信号的频率均避开CATV、GSM (全球移动通信系统) 、DCS (数字蜂窝系统) 、TD鄄SCDMA (时分鄄同步码分多址接入) 、WLAN、TD鄄LTE的频率, 如通信控制调制信号可采用840 MHz, 中继信号、远端机参考信号、同步控制信号可选用960 MHz～1 710 MHz中间的适当频率。
近端机原理见图2。
1.2 远端机实现原理
在房间的CATV节点直接连接CATV线接口, 耦合器耦合信号进入通信控制信号调制解调电路, 通信控制信号调制解调电路对耦合来的信号滤波、放大、解调, 同时调制远端机的通信控制信号放大、发送回近端机。分频器分离CATV信号到机顶盒中对CATV信号进行处理。GSM信号频率相对低在CATV线中损耗较小, 可以不用放大而直接送到天线1收发。对于高频信号 (如TD鄄LTE信号) , 在CATV线中损耗较大, 因此可在远端机中加入滤波放大电路补偿损耗, 并对每路下行输出信号分别进行功率检测, 根据检测到的信号调整放大电路增益, 进而实现功率控制 (即自动电平控制ALC功能) , 最后滤波合路后到天线1收发。中继信号、远端机参考信号、同步调制信号到滤波功分器, 滤波功分器进一步滤波分离中继信号、远端机参考信号、同步调制信号。下行中继信号经变频电路变频回TD鄄LTE工作频率经天线2口发射, 上行TD鄄LTE信号经变频电路变频至中继频率。远端机参考信号经分频电路滤波放大分频为变频电路本振信号1供参考。同步调制信号经同步信号解调电路提解调出同步信号控制远端机变频电路和TD鄄LTE。变频电路输出TD鄄LTE2下行信号, 同样要对该信号功率检测及功率控制, 并且结合TD鄄LTE1的功率检测及功率控制电路, 使得MIMO信号的功率平衡, 达到最佳MIMO效果。
远端机原理见图3。
1.3 阻抗匹配
阻抗匹配对于高频信号的传输设计很关键, 主要用于传输线上, 达到高频的微波信号都能传至负载点的目的, 不会有信号反射回源点, 从而提升能源效益。阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配, 得到最大功率输出的一种工作状态。
如果阻抗不匹配, 信号会形成反射, 能量传递不过去, 降低效率;会在传输线上形成驻波, 导致传输线的有效功率容量降低;功率发射不出去, 甚至会损坏发射设备。如果是电路板上的高速信号线与负载阻抗不匹配时, 会产生震荡、辐射干扰等。
传输线的特征阻抗 (也叫做特性阻抗) 是由传输线的结构以及材料决定的, 而与传输线的长度以及信号的幅度、频率等均无关。例如, 常用的闭路电视同轴电缆特性阻抗为75Ω, 而一些射频设备上则常用特征阻抗为50Ω的同轴电缆。
为了使LTE的射频信号可以在CATV同轴电缆上传输, 需要进行75～50Ω的阻抗匹配。合路分配器内置匹配电路, 确保射频同轴电缆 (50Ω) 与CATV线缆 (75Ω) 之间不会产生阻抗失配。
1.4 CATV线路实现TD鄄LTE深度覆盖优势
CATV实现TD鄄LTE具有以下优势:
1) 该系统将CATV/两路LTE信号 (或2G、3G、WLAN等信号) 合并采用CATV线路进行传输, 无需新建一套室内分布系统, 解决最后几十米的接入问题;
2) 利用CATV线路实现MIMO技术的新模式, 解决LTE容量问题, 提高用户数据速率和小区吞吐量, 改善客户感知;
3) 降低协调和施工难度, 充分利用现有管道资源, 减少宾馆酒店、高校宿舍、居民区室分改造工程成本。
2 室分改造成本对比
针对某酒店大楼共23层, 8～23楼为酒店客房, 共计60 000余m2。酒店共设355间客房, 其中19间套房。采用传统的室分建设, 设计馈线费用374 426元, 器件及设备费用40 162元, 天线及面板费用100 694元, 集成费232 735元、辅材128 910元., 总计费用824 235元。
采用CATV线路方式, 无馈线费用, 器件及设备费用共计429 000元, 天线及面板费用100 694元, 集成费40 480元, 辅材9 355元, 总计费用579 529元。
综上所述, 60 000 m2的酒店采用MIMO方案费用比双通道室分方案节省244 706元。
CATV线路方式实现双路与传统单通道、双通道室分费用对比见表1。
3 测试结果
在TD鄄LTE传输模式3、上下行时隙配比2∶2的条件下分别对传统室分和CATV线路实现MIMO方案下的覆盖、下载和上传速率进行对比测试。
传统室分单通道覆盖方案 (或与2/3G室分直接合路) , 室分天线布设酒店房间走廊, 房间内RSRP (参考信号接收功率) 平均为-89 dBm, 下载速率为32 Mb/s, 上传速率为13.2 Mb/s;传统室分双通道覆盖方案, 室分天线布设酒店房间走廊, 房间内RSRP平均为-87 dBm, 下载速率为50 Mb/s, 上传速率为14.9 Mb/s。
采用本文提出的CATV线路实现双路MIMO方案, 信号直接送到房间内, 房间内的RSRP平均为-78 dBm, 下载速率为59.1 Mb/s, 上传速率为16.1 Mb/s。
某酒店房间LTE信号、速率测试对比见表2。
测试表明:CATV线路实现LTE MIMO信号的方案比传统室分单路覆盖方案具有明显速率优势, 比传统室分双路覆盖方案有一定的速率优势和明显的成本优势。针对高校、宾馆等高数据业务场景采用CATV MIMO方式覆盖可有效提升系统容量。
4 结束语
长期网络演进 篇7
基于高速数据接入 (HSPA) 的移动宽带技术已经获得巨大成功。但是为了满足未来对于移动宽带服务的需求, 业界还需要进一步提高数据速率、减小延迟及提供更大的容量。LTE可以满足这一需求, 比如LTE可以提供超过300Mbps的峰值速率, 小于10ms的延迟以及更高效的频谱利用率。LTE还可以部署在新的以及现有的频带上从而简化了网络运营和维护。LTE支持从现有3GPP及3GPP2系统的平滑演进, 成为演进到4G (IMT-Advanced) 的关键一步。
2 LTE空口基本介绍
无线通信的内在特性就是无线信道质量在时间、空间和频率上变化的随机性。它包括由于多径传播造成的相对快速的波动。无线信道质量取决于反射无线波的具体结构。
通常, 使用各种减轻波动的方法 (不同方法的传输分集) 来维持无线链路在一个恒定的数据速率。但是, 对于数据业务, 终端用户通常感受不到瞬时速率的短时间变化。因此, LTE无线接入的一个基本原则就是利用而不是抑制信道质量的快速变化来更高效地利用可用的无线资源。LTE在时域和频域利用基于正交频分复用 (orthogo nal frequency-division multiplexing, OFD M) 的无线接入技术来实现这一原则。
传统的OFDM并使用多个并行窄带子载波来传输数据是LTE下行无线传输技术的核心。使用窄带子载波并加以循环前缀使得OFDM传输对于时间扩展效应有着内在的鲁棒性, 有效地降低了接收端的信道均衡器的复杂程度。它简化了接收机基带处理进而降低了终端成本和功率消耗。这一点非常重要, 因为LTE需要较大的传输带宽尤其是进行多个流业务传输时。
在上行一个最重要的因素就是要使用功率利用率高的传输模式, 来最大化覆盖、降低终端成本和功率消耗。因此, LTE上行使用了单载波传输, 利用离散傅里叶变换扩展OFDM形式 (又称单载波频分复用多址接入SC-FDMA) 。这个解决方案比常规OFDM有更小的峰均功率比, 从而具有更高效的功率利用率和更简单的终端。
OFDM传输的基本无线资源可以描述为两维时频矩阵对应于时域和频域的OFDM符号和子载波。在LTE中, 数据传输的基本单元式一对资源块, 对应于1ms子帧中180k HZ的带宽。LTE可以灵活地支持大范围的速率, 通过聚集频带资源和调整传输参数, 比如调制阶数和信道码速率等。
3 关键特性
3.1 频谱灵活性
在不同的国家, 可用于移动通信的无线频谱分布于不同的频带, 具有不同的带宽, 有对称的也有非对称的。LTE的频谱灵活性可以满足现状。除了可以运行在不同的频带, LTE可以部署于不同的带宽, 支持从1.2MHz~20MHz。LTE使用一种无线接入技术可以支持频分双工和时分双工, 从而可以运行在对称和非对称的频谱上。考虑到终端, 频分双工可以支持全双工和半双工模式。在半双工模式下, 终端可以在频域和时域上分离传输和接受, 从而降低了对于分工过滤器的要求, 降低了终端成本并提高了频带利用率。通过以上的解决方案, LTE几乎可以适用于所有的频谱分配方案。设计一个具有频谱灵活性的无线接入技术的挑战是保持频谱和双工模式之间的共性。LTE的帧结构在不同的带宽上是一致的。FDD和TDD模式的帧结构非常的相似。
3.2 多天线传输
移动通信系统使用多天线传输技术可以提高系统性能和容量。LTE多天线传输技术可以分为发射分极和多流传输。
例如对两个用户衰落模式可以等价表示为由单个用户从两个不同发射天线接收到的信号。在这种情况下, 发射分集可以作为一种平均从两个天线接收到的信号的技术, 从而避免了在单天线下的深度衰落。
当使用4个发射天线时, LTE的是基于空频分组编码 (SFBC) 技术并辅之以频移时间分集 (FSTD) 。发射分集是主要用于公共下行信道。公共下行信道不能利用信道依赖调度。发射分集也可以用于用户的数据传输。发射分集可以提高系统容量和小区覆盖。
多流传输技术在发射端和接收端采用多天线, 在单个无线链路上同步传输多个数据流, 大大提高了无线链路的峰值传输速率。例如:基站采用4个发射天线和终端侧采用4个相应的接收天线, 在同一无线链路上可以提供高达四个并行数据流, 有效地增加了4倍的数据速率。在负载小的小区中, 多流传输可以产生非常高的数据传输速率和可以更有效地使用无线资源。在其他情况下, 例如负载较大的小区, 信道质量不支持进行广泛的多流传输。在这种情况下, 最好使用多天线进行单流波束赋形, 以提高质量信号。为了在大多数情况下保持优异的性能, LTE技术提供了一个自适应多流传输模式。在该模式下, 并行传输的流的数目可以根据瞬时信道条件不断调整。当信道条件非常好的时候, 可以同时传输4个流。在20MHz的带宽上, 数据传输速率可高达300Mbps。当信道条件较差时, 减少并行传输的数据流的数码。多天线用于波束赋形, 增强整体接收质量, 提高系统容量和覆盖范围。要实现良好的覆盖范围, 可以采用单流波束赋形传输和在公共信道上采用发射分极。
3.3 调度和链路自适应
一般来说, 调度是指在有数据要传的用户之间划分和分配资源的过程。在LTE中, 上下行均使用动态调度 (1ms) 。调度应保持用户可感知质量和系统整体性能间平衡。信道依赖调度是用来实现小区高吞吐量。使用好的信道条件下的时域或频域资源进行传输, 可以取得更高速率。通过这种方式, 在给定需要传输的信息量前提下, 减少了无线资源消耗从而提高了系统的整体效率。对于小的数据包, 动态调度所需的控制信令可能比需要传输的用户数据还要大。基于这个原因, LTE技术还支持静态调度。静态调度意味着在预定的子帧中把无线资源分配给用户。链路自适应技术是用来保证瞬时信道质量。从本质上讲, 链路自适应根据链路的当前信道条件来调整调制和信道编码模式。这反过来又决定了链路的数据速率和误码率。
4 结语
本文分析了LTE无线接口的频谱灵活性、多天线技术、链路适应及功率控制等, 它们都充分利用瞬时无线条件来获取最佳的传输速率。它们对于LTE实现高性能有着至关重要的作用。
参考文献
[1]张新程.LTE空中接口技术与性能[M].人民邮电出版社, 2009, 9.