演进方案（共7篇）
演进方案 篇1
摘要：由于铁路场景的特殊性和高速移动对网络的影响, 高铁车体损耗比普通列车增大约11 d B, 覆盖难度大, 导致用户的感知度降低。论述了高速铁路场景LTE (长期演进) 覆盖的解决方案。研究不同类型的解决方式在实际网络中的应用案例及实测效果, 有助于运营商搭建合理的网络, 制定合理的高铁覆盖建设方案。
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
针对LTE的高速铁路覆盖, 本文提出多普勒频偏补偿、穿透损耗克服、切换和重选优化设置等三种策略, 并提供了高铁沿线各个特殊场景的站点基本分布原则, 通过详细的规划设计确定了各个场景的站间距、站点数量、工程参数调整, 并通过实际测试对对覆盖性能进行了深入的评估。
市级电力通信网演进建设方案研究 篇2
“十二五”期间,烟台电网规模总体实现翻倍,烟台电力通信网建设快速发展。在传输网方面,先后建成了华为SDH光传输网络和华为分组传送网(Packet Transport Network,PTN)数据承载网络,与已有的爱立信SDH光传输网络形成3张网络并行运行;在交换网方面,程控交换技术仍然应用于行政电话和调度电话业务,新建华为调度软交换系统与原有程控交换系统混合组网承载调度电话业务;在支撑网方面,新建了基于IP的变电站电源监控系统。
随着电网调度自动化、继电保护等重要生产调度业务及视频会议、信息内网等企业经营管理业务对通信通道时延及带宽等方面的要求越来越高,对通信新技术的应用和电力通信网的建设需要进行深入的思考。从传输网层面来说,以时分复用(Time Division Multiplexing,TDM)为主的通道承载方式向IP网络承载方式不断演进;从交换网层面来说,以分组交换为核心的软交换技术与以电路交换为核心的程控交换技术相比,呈现出巨大的优势;从业务层面来说,目前除了继电保护业务,其他电力通信业务都可以通过IP方式承载。因此,基于IP的通信承载方式是电力通信网演进的主要方向之一[1]。
如何将电力通信新技术与已有技术进行无缝融合和平滑割接,并与烟台电力通信网建设的实际情况相结合,是目前亟待解决的问题。
1 技术对比分析
PTN技术及软交换技术在公网中已经得到了广泛应用,然而在市级电力通信网中,PTN技术和软交换技术作为传输网和交换网的演进方向,仍然处于部署和探索之中。
1.1 SDH与PTN
SDH光传输网络采用基于TDM的电路交换技术,而PTN数据承载网络采用基于多协议标签交换(Multi-Protocol Label Switching,MPLS)的分组交换技术。SDH与PTN技术本质的不同,造成了其上承载业务在通道带宽、时延、可靠性及业务管理等方面的不同[2]。
1)在通道带宽方面,SDH仅提供有限的几种带宽的刚性通道,分别为2 Mbit/s、155 Mbit/s、622 Mbit/s、2.5 Gbit/s、10 Gbit/s及40 Gbit/s,基于SDH的多业务传送平台(Multi-Service Transfer Platform,MSTP)提供10/100/1 000 Mbit/s系列接口,也可以通过虚级联(Virtual Concatenation,VC)捆绑实现多种速率,但提供的通道仍为刚性通道;PTN可提供带宽大小不受限制(不超过光模块容量及交叉板容量即可)的柔性通道,在带宽利用率和突发带宽方面有着极强的适应性。
2)在时延方面,SDH有固定时隙,因此可以保证很小的时延(<50 ms),而PTN因需要经过多个数据端口的转发,可能会有较大的时延,且PTN的保护倒换时间比SDH要长。
3)在可靠性方面,SDH的保护机制比较成熟,而PTN的可靠性基于IP网络的自愈性,对网络部署的要求高,保护机制复杂,因此在保护切换时容易出现问题。
4)在业务管理方面,SDH通过开销字节实现系统的操作、管理、维护(Operation Administration Maintenance,OAM),而PTN通过硬件收发管理报文来实现对信道的监控和管理。
1.2 程控交换与软交换
电力通信交换网主要承载调度电话业务和行政电话业务。传统电力通信网通过程控交换机承载调度电话和行政电话,随着以软交换技术为核心的下一代网络(Next Generation Network,NGN)技术的不断发展,电力通信交换网基础设施的更新换代也势在必行,以适应不断变化的电力通信方式需求[3]。对于电力通信网来说,程控交换技术和软交换技术主要在业务实现方式、运维管理及业务多样性方面存在较为明显的差异性。
在实现方式方面,程控交换技术承载网络为SDH光传输网络,业务带宽为64 k(PCM通道带宽为2 M),通过音频配线架接入模拟话机。软交换技术承载网络为PTN数据承载网络,带宽可通过网关限制,通过网络交换机接入IP话机。在运维管理方面,利用程控交换承载电话业务时,音频配线复杂,容易因音频配线接触不良等原因造成单个电话故障,需要运维人员对音频配线情况有全面的了解。软交换技术基于IP方式实现电话业务,故障多由网络不通或IP终端缺陷引起,需要运维人员对IP网络及终端有深入的了解。在业务多样性方面,程控交换技术仅能提供强拆、强插等简单的通话业务,而软交换技术可以实现多方会议、呼叫控制和处理等功能。
2 烟台电力通信网现状
2.1 业务现状
烟台电力通信网目前承载业务可以分为生产调度类业务和经营管理类业务两大类,其中生产调度类业务包括继电保护、安稳控制、调度电话、调度数据网等业务;经营管理类业务包括行政电话、用电信息采集、视频会议、信息内网、电源监控等业务。烟台电力通信网不同业务属性[4]见表1所列。
表1 烟台电力通信网不同业务属性Tab.1 The property of different services of Yantai electric power communication network
由表1可知,生产调度类业务的重要度以及对可靠性的要求较高,经营管理类业务对带宽的要求较高。
2.2 网络建设现状
烟台电力通信网目前有3套光传输系统,分别为爱立信SDH光传输系统、华为SDH光传输系统及华为PTN光传输系统,3套传输系统均采用环网结构实现业务传输和保护倒换。烟台电力通信网光传输系统业务承载情况见表2所列,烟台电力通信网光传输系统建设情况见表3所列。
PTN数据承载网采用柔性通道,电力通信中使用PTN系统时一般对小颗粒业务的通道容量不做限制,对大颗粒业务的通道容量做可保证带宽和峰值带宽的限制。烟台供电公司PTN数据承载网络对视频会议业务带宽限制为20~50 Mbit/s,对信息内网业务带宽限制为10~100 Mbit/s。
表2 烟台电力通信网光传输系统业务承载情况Tab.2 Carrying services of Yantai electric power communication network optical transmission system
表3 烟台电力通信网光传输系统建设情况Tab.3 Construction state of Yantai electric power communication network optical transmission system
由表2和表3可知,爱立信SDH光传输系统由于只承载小颗粒(VC12级别,2 M)业务,所以带宽使用率较低,为21.64%;而华为SDH光传输系统由于承载大颗粒(VC4级别,155 M)的信息内网及视频会议业务,带宽使用率较高,超过50%。由表1可知,信息内网业务和视频会议业务对峰值带宽的要求分别为100 Mbit/s和50 Mbit/s,远低于SDH系统所提供的155 Mbit/s的刚性带宽,SDH系统在承载大颗粒业务时带宽实际利用率很低。
3 烟台电力通信网面临的问题
3.1 信息通信融合
信息通信专业作为电力发展的重要技术支撑力量,在促进系统发展及发展方式转变中的作用日益明显。随着智能电网技术的不断发展及国家电网公司“三集五大”体系建设的不断深入,通信与信息专业逐步融合发展并共同改进[5]。通信网方面需要不断吸收以IP技术为核心的信息化技术才能适应新形势下的发展需求;信息服务也必须很好地依赖通信网作为支撑才能够提供稳定的服务。因此,两者的融合发展成为必然趋势。
烟台供电公司近几年大力发展基于IP的通信技术,包括新建基于IP的变电站电源监控系统、软交换与程控交换混合组网的调度交换系统等,深化推进了信息通信融合步伐。然而,目前烟台供电公司行政电话和变电站调度电话业务全部通过电路交换方式承载,在一定程度上阻碍了信息通信专业融合的进一步发展。
3.2 华为SDH网络延伸建设
随着国家电网公司“大运行”体系的不断推进,市县供电公司通信网一体化建设迫在眉睫。烟台供电公司按照国家电网公司和山东省电力公司的统一部署,选用华为SDH网络进行四级网延伸覆盖,并逐步替代爱立信SDH网络。烟台供电公司华为SDH网络拓扑模型如图1所示。
图1 烟台供电公司华为SDH网络拓扑模型Fig.1 Topology of Huawei SDH network of State Grid Yantai Power Supply Company
烟台供电公司在华为SDH网络延伸建设过程中存在的主要问题如下。
1)华为SDH网络主环网节点配置不合理。一方面,部分重要220 k V站点(如220 k V竹林站、220 k V沈余站)无华为SDH设备,给市供电公司爱立信SDH设备的逐步替换和县供电公司华为SDH设备双点上联市供电公司网络造成了障碍;另一方面,主环网部分节点(如220 k V东江站)出局光路稳定性差(光路通过ADSS光缆承载,易因电腐蚀中断),给网络稳定运行带来了隐患。
2)县级供电公司网络上联方式不稳定。目前县级供电公司华为SDH网络采取单点上联的方式接入市供电公司华为SDH网络,一旦单上联节点设备故障,将导致县级供电公司上联业务全部中断。
3)县级供电公司华为SDH网络中单链较多而环网较少,网络架构不合理。
3.3 交换网发展相对滞后
受电力系统通信技术发展相对滞后及公司政策等方面的影响,烟台供电公司交换网设备老化严重,技术发展也处于相对滞后的局面,一方面无法满足电网侧日益增长的通信需求,另一方面在一定程度上阻碍了信息通信融合的步伐。
烟台供电公司行政交换系统核心设备为中兴数字程控交换机,调度交换系统核心设备为哈里斯数字程控交换机,2套系统均采用星形拓扑结构组网,之间开通局向中继实现互联。行政电话和调度电话均以烟台地调为中心的点对点星形网络,通过PCM系统下联至所辖变电站、接入用户等被调度单位。中兴行政交换机及哈里斯调度交换机运行均超过10年,接近报废年限,运行过程中故障率较高,设备老化现象严重,且维修服务跟进困难,功能也有所欠缺,存在巨大的运行隐患。
4 烟台电力通信网演进方案
4.1 传输网演进建设方案
“十三五”期间,烟台供电公司将加快传输设备国产化改造进程,逐步完善华为SDH网络的覆盖及延伸,并统筹考虑SDH光传输网络及PTN数据承载网络,对2套传输网络的网络架构及业务配置进行合理的调整及分配。
1)在部分未投运华为SDH设备的重要220 k V站点新增华为Opti X OSN 7500设备一套,并接入华为10 G主环网中,便于市供电公司传输设备国产化改造及县供电公司网络双节点上联。
2)华为SDH主环网上部分节点(如220 k V东江站)处于网络末端且出局光路稳定性差,考虑将此类站点撤出主环网至子环网中,确保华为SDH光传输网络主环网节点数目处于合理水平。
3)500 k V栖霞站为烟台供电公司上联山东省电力公司业务出口且处于烟台供电公司华为SDH“田字型”网络架构中心位置(见图1),承载4条主环网光路,承载业务重要度高、数量多、流量大(见表3),一旦栖霞站设备发生故障,将导致部分重要业务中断。烟台供电公司考虑将栖霞站设备承载光路及业务部分倒换至220 k V沈余站设备,一方面缓解栖霞站设备业务承载压力,另一方面起到分担网络流量的作用。
4)在加快建设华为SDH网络的基础上逐步完善华为PTN网络,统筹考虑2张网络的并行建设,从SDH和PTN的技术特点出发,合理安排业务承载方式,利用PTN数据承载网络承载信息内网及视频会议等大颗粒业务,利用SDH光传输网络承载继电保护等小颗粒的、对可靠性要求较高的业务。
4.2 交换网演进建设方案
烟台供电公司调度软交换演进建设拓扑如图2所示。演进初期采用调度软交换系统和程控交换系统混合组网,中期变电站IP话机逐步替换模拟话机,后期采用整体替换割接的方式,这种平滑演进的方式可以确保软交换系统建设初期和中期程控交换系统对软交换系统的缺陷支撑。
图2 烟台供电公司调度软交换演进建设拓扑Fig.2 Evolution topology of scheduling soft-switch of State Grid Yantai Power Supply Company
烟台供电公司行政交换网演进建设方案根据山东省电力公司部署进行统一安排,于“十三五”期间进行省公司IMS系统的接入层子系统建设。
烟台供电公司调度交换和行政交换均采用以分组交换为核心的演进建设方案,通过IP网络承载,对于信息通信融合起到了积极的推动作用。
5 结语
本文首先针对电力通信相关技术的技术特点,分析了SDH/PTN、程控交换/软交换在电力通信中应用的差异性。在此基础上,结合烟台电力通信网业务现状及网络建设实际情况,指出了下一步建设中面临的问题,并提出了网络演进建设方案,对烟台电力通信网的演进建设具有借鉴意义。
参考文献
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[2]钟成.电力通信SDH/MSTP网络向PTN网络演进的策略研究[J].电力信息与通信技术,2013,11(12):27-33.ZHONG Cheng.Discussion on network evolution strategies from SDH/MSTP to PTN for power communication[J].Electric Power Information and Communication Technology,2013,11(12):27-33.
[3]黎明君.程控交换网络的演进和实现方法[D].贵阳:贵州大学,2007.
[4]齐一飞,刘振栋,武侠,等.基于全网业务模型和蒙特卡洛仿真的电力通信网可靠性评估[J].现代电信科技,2014,11(11):1-5.
演进方案 篇3
CDMA网络位居全球市场第一
作为全球领先的CD M A网络设备供应商，阿尔卡特朗讯的CDMA网络目前已遍布南北美洲、亚洲、欧洲及大洋洲，截至2008年底，阿尔卡特朗讯已经在全球部署了超过21.8万个基站，其中15万多个具备了EV-DO能力。除中国电信外，包括Verizon Wireless、Reliance等在内的世界前几大CDMA运营商都选择了阿尔卡特朗讯作为他们的长期合作伙伴。阿尔卡特朗讯以超过40%的市场份额，位居全球CDMA市场的第一供应商。
在中国，自1996年在广州打通中国第一个CDMA电话以来，截至2009年7月，上海贝尔共有超过26000个基站服务于中国电信CDMA网络，其中超过12000个基站已经开通了EV-DO服务。
上海贝尔优异的网络设备、积淀多年的CDMA网络经验和开发合作的心态为运营商带来了优质稳定的精品网络。
提供平滑的CDMA网络演进
上海贝尔支持通过软件升级或基站芯片升级的方式完成到EV-DO Rev.B的平滑演进，将于2009年下半年通过软件升级支持EV-DO Rev.B，支持更高的峰值速率及吞吐量，并后向兼容EV-DO Rev.A的终端。
从CDMA向LTE的长期演进来看，阿尔卡特朗讯更是运营商值得信赖的合作伙伴。阿尔卡特朗讯是惟一为Verizon Wireless提供包括eNodeB、EPC及IMS的端到端解决方案的厂家。与Alcatel-Lucent多年在其CDMA网络的良好合作使得Verizon坚信AlcatelLucent仍是其网络演进到LTE的忠实伙伴。
CDMA精品网络案例盘点
在2009年4月中国电信总部开展的以CDMA网络整治为目标的春风行动中，上海贝尔抽调了大批技术专家和工程师，以专业的技术水平、丰富的项目管理经验、优秀的管理协调能力、良好的业务素质和热情的服务态度，和电信集团技术人员联合攻关、统一行动，在解决网络问题的同时，更以开放合作的心态配合网络的查疑排障，使中国电信的移动网络语音、短信等业务的运行质量在短时间内得到明显提高，客户感知明显改善。在工程紧、任务重的条件下，按时保质地完成了春风行动所规定的各项工作，得到电信集团的好评。
作为忠实的合作伙伴，阿尔卡特朗讯为全球最大的CDMA运营商Verizon Wireless提供超过80%的CDMA设备，并在重大历史事件中多次与Verizon并肩合作。2009年1月美国总统奥巴马就职典礼期间，阿尔卡特朗讯聚焦客户利益，和Verizon Wireless紧密合作，为Washington D.C构筑了稳定可靠的CDMA网络。当时聚集在华盛顿广场的美国人民以平均每分钟发送25000条文本信息的速度来捕捉这个有纪念意义的事件，也导致CDMA网络流量远远超过设计值。在新总统宣誓就职的时刻，华盛顿大街挤满人群，阿尔卡特朗讯EV-DO网络成功承载了高达9500万个无线会话，是平时的10倍以上。阿尔卡特朗讯提供的CDM A EV-DO设备一如既往地稳定运行，没有任何故障，再一次经受住了突发性大话务量的考验，也再一次验证了阿尔卡特朗讯EV-DO网络的稳定性及高容量。为感谢在奥巴马总统就职典礼期间的杰出支持，Verizon Wireless赠予阿尔卡特朗讯特别奖章。
细节决定成败，上海贝尔优异的网络实施和优化能力
规范的网优流程，全面的网优服务
在多年的CDMA实践中，上海贝尔积累了丰富的网络规划、优化和工程实施经验。无论是从质量控制、技术支撑到项目管理，上海贝尔都具有规范的网优流程，遵循TL9000质量认证体系，充分利用全球资源优势，调度各地高级技术支持和海外技术支持，协助本地专属网优团队，共克网络难关。
上海贝尔提供全面周到的网优服务功能，包括工程优化、专题优化、维护优化和增值优化等。凭借9年的国内工程服务经验，上海贝尔经受过多次大工程量、时间紧的考验;可着眼于CDMA系统整体，解决网络疑难杂症问题，并为网络可持续发展提供建议;而作为长期稳定的设备和服务提供商，上海贝尔具备充分的维护优化经验;此外，上海贝尔还可根据网络情况动态调整网络负荷，确保资源利用率最大化，使网络增值。
尖兵—网优团队，利器—网优工具
上海贝尔的“尖兵”—网优团队由核心网专家组、网优专家组、技术骨干组和总部技术开发组，每一个网优工程师都同时具备规划设计能力和网络优化能力。
此外，上海贝尔还拥有“利器”——网优工具。如自行开发的Airpro、Ocelot和业内常用的Aircom射频仿真工具，以射频仿真指导规划和优化;专业的CDMA路测工具，具备很强的现场分析功能，有助于工程师现场分析解决问题;自行研发的路测数据分析工具LDAT，分析项目齐全，功能强大;自行研发的后台话务统计分析工具SPO、分时段分析指标SMRG和用户话单数据分析PCMD等。
“尖兵”加“利器”，感知CDMA精品网络的铸造
上海贝尔网优工程师运用规划软件对网络进行设计和优化，提出创新的优化理念，实现个性化优化，除解决基本的网络覆盖外，还对解决一些特殊场合如高铁、江面等的网络质量等老大难问题具有独到的经验，让用户充分感知CDMA精品网络的魅力。
动态优化
为确保网络资源最大利用率，上海贝尔引进了“动态优化”的概念。在网络运行过程中，随时监控网络负荷情况，根据网络负荷和话务指标灵活做出调整，为基站/扇区制定“个性化”优化参数，以达到网络最优参数配置。为确保网络资源的最大化利用，甚至在一天之内的不同时段，优化内容都可能不尽相同。优化人员不但从无线网络出发，并且从系统全局出发，全方位的监控审视网络，会同系统工程师一起开展优化工作。
覆盖控制——射频仿真指导优化
上海贝尔使用射频仿真软件来进行覆盖控制，指导规划和优化，既兼顾了网络覆盖，有效利用了网络资源，同时还降低软切换比例。覆盖控制在控制EV-DO扇区覆盖中起到了良好的作用，它可以集中扇区资源向本扇区内的用户提供更好的EV-DO数据服务。例如，国内某特大城市市区覆盖控制调整前后，路测平均DRC (kbit/s) 提升了8%以上，EV-DO网络整体性能得到了明显改善。
高铁优化——上海磁悬浮快速列车专题优化
上海磁悬浮快速列车线路全长约30km，测试平均车速250km/h，最高车速为430km/h，单程运行时间7分钟。通过对沿线的优化，列车上的EV-DO上下行速率分别达到平均下行申速率1Mbit/s以上，平均上行速率500kbit/s以上。
江面覆盖
某市市区位于国境边界，与邻国仅一江之隔。为不影响自身的网络覆盖，对方要求我方CDMA信号到达对方江心国境边界强度不高于-80dBm。这是一个具有挑战性的技术难题，这就要求必须控制我方市区基站覆盖范围，降低江面信号强度。一方面上海贝尔通过对我方市区内部基站进行了优化，进一步提高网络运行质量;另一方面通过调整扇区覆盖来提高网络利用率。目前江面信号强度大于-75dBm的采样点占95%以上。很好控制了覆盖信号强度。
演进方案 篇4
PON网络发展现状
国内进行PON网络的规模部署已超过三年时间, 2010年基于PON技术的光纤接入将占据宽带接入的80%以上, 预计本年度国内运营商光纤接入建设量将达到5500万线。
在技术选择上, PON技术中主要包括EPON、GPON两种技术, 在国内的实际应用并没有出现二选一的局面。对于EPON、GPON, 三大运营商均未选择单一技术进行网络构建。中国电信、中国联通在规模部署EPON的同时, 也在进行GPON局部试点的部署, 中国移动在侧重选择GPON的同时也未放弃EPON。目前来看, EPON应用规模领先于GPON。
PON技术演进方向
现有的PON技术, 可为用户提供1G/2Gbit/s的接入带宽。在居民常见的业务应用中, 带宽利用率具有趋于不对称的特点, 相对于居民用户带宽的不对称性, 商业用户的应用更倾向于基于对称的上下行业务。中国电信在对中长期用户的带宽需求预测中认为, 每用户的带宽需求将达到50~100Mbit/s。在此高带宽的需求下, 现有的PON技术仍无法满足未来高带宽的需求, 业界在加紧下一代PON技术的研究。
PON技术的演进, 从目前的进展来看, 主要为两个阶段:阶段一, 向10Gbit/s进行演进, EPON、GPON均考虑向10Gbit/s发展;阶段二, 向WPON方向发展。
在阶段一中, 2006年802.3av的成立, 确定了10G EPON标准目标, 经过三年的努力, 10G EPON的标准于2009年9月正式发布, 其技术研究的整体思路为带宽尽可能加大, 延续EPON上行链路的突发时序较为宽松的理念, 并充分考虑网络升级的兼容性。10G EPON中引入了WDM技术, 通过TDMA机制协调1G和10G ONU共存, 可实现上下行对称或不对称速率, 灵活满足不同用户场景对带宽的需求。
阶段二中, WPON技术将进一步节约主干光纤资源和OSP费用, 在单纤上实现32~40波长, 并可扩展至80波。WPON技术进一步发展后, 将采用波分复用和时分复用相结合的技术, 形成WDM-TDM PON, 大幅度地提高一根光纤接入的用户数, 可在不同波长上承载不同业务, 实现最灵活的多业务承载。
目前制约10G EPON商用的主要障碍在于, 因成品率低造成的10G EPON光模块成本过高和无成熟的ASIC芯片方案。但随着后期发展, 10G EPON将快速达到合理的成本, 并具备成熟的芯片解决方案, 实现短期内上市商用。
运营商网络需求分析
从运营商目的看, 无论是哪种PON技术, 均只是运营商完成宽带接入的一种手段, 运营商要实现各类业务的统一接入, 需要使用包含EPON、GPON二者在内的多项接入技术。纯粹从技术角度而言, EPON更适合大量的普通以太网居民用户, GPON更适合TDM企业级用户。但在环境复杂接入网中, 普通居民用户和商业用户在地理位置分布上交错混杂, 普通用户和商业用户兼顾恰恰是EPON和GPON不能单独实现的。
从运营商的实际部署来看, 传统的宽带运营商, 早期部署了大量的铜线资源, 需考虑对原有投入的利用, 新进的宽带运营商, 受限于光缆资源的先天不足。接入网的用户环境较为复杂, 对于不具备机房条件的节点, 如果采用新建机房、购置配线架等原始方法来搭建网络环境、满足业务发展需求的话, 存在着投资大、周期长等问题;运营商在网络部署时, 期望的应该是既可以符合自身资源条件, 又可以灵活满足复杂环境下的终端接入, 并具备施工便利的相关配套。
从运营商发展角度看, PON网络用户规模将不断扩大, 用户对带宽的需求持续增长, 更多的业务将进行填充, PON技术也在不断的演进发展。满足持续的带宽增长需求, 实现网络的进一步升级成为必需。运营商在网络部署时, 期待的应该是更大容量, 可平滑升级的PON网络系统。
烽火解决方案特色
烽火FTTx解决方案充分考虑PON技术演进和运营商部署中相关问题, 提供系统+线路+运维的整体解决方案。
在系统设备中, 烽火提供全业务接入融合平台, 以实现更多接入技术的整合。在兼容EPON、GPON、10G EPON、WPON、P2P等光层技术基础上, 融合了以太网、ADSL2+、VDSL2、VOIP、CATV、TDM、Wi-Fi等不同类型的接入技术。为应对10G PON提出的挑战, 烽火OLT的系统架构设计和性能做了全面提升, 烽火新一代OLT平台采用分布式和交互式兼容的系统架构, 可实现EPON、GPON、10G EPON、WPON的灵活混插。OLT背板具备平滑演进能力, 单槽位背板带宽需要从当前的GE/10GE提升到40G, 系统全面迈入T比特时代。
在ONU终端形态上, 烽火在业界首先开发并推出了FTTB+LAN、FTTB+DSL型ONU, 全面丰富了FTTx建设模式, 形成了各种容量的局端设备和系列化的用户端设备以及配套机柜, 可根据用户数量, 灵活选择设备配置端口数, 实现无机房条件下接入点的快速切入, 适应FTTH、FTTB和FTTO等各种应用场合。
企业级固网演进改造方案探讨 篇5
IMS继承固网现有业务特别是智能增值业务, 是固网进行IMS改造过程中的关键环节, 对于企业网继承方案的选择需站在全局的角度, 综合考虑建设投资、用户体验、工程规模、业务流程等多方面因素, 切合实际的制定继承方案。
二、现网企业用户智能增值业务的实现方式
现网企业固网的基本业务和管理由企业交换机完成, 增值业务均在运营商网络进行触发和实现, 业务相对单一, 不灵活, 不能满足企业用户的个性化定制需求。现网增值业务实现方式为以下两种。
●直拨特定接入码方式。用户直接拨打 (或者是由终端自动加拨) 特定的接入码便可使用业务, 如200、300、400、800等, 接入码通过交换网络送业务平台实现, 用户不需要事先向运营商登记。
●智能业务签约方式。用户先申请开通, 开通后便可正常使用, 省去了拨打接入码的麻烦, 由大网SCP进行触发。目前开展的主流增值业务例如移机不改号、预付费、VPN、彩铃、超级无绳、一号通等均采用业务签约方式实现。这样用户不用再拨接入码, 而且可以同时使用多种增值业务, 用户体验较好。
三、企业固网向IMS演进面临的问题分析
现网的增值业务基本都是由传统智能网SCP (业务控制点) 提供的。对于企业级用户, 一般都在运营商的智能业务平台触发并完成。当在企业网引入IMS (IP多媒体子系统) 后, 可以将许多个性化的智能增值业务下移, 减轻对大网的业务压力。在企业网改造中, 需要考虑用户迁移到IMS后能够继续使用原有基本业务和智能增值业务, 做到用户迁移无感知, 同时不能对运营商网络造成影响。在企业级固网向IMS演进的过程中存在以下问题: (1) 直接从传统固网演进到IMS, 网络改动较大, 难以保证改造过程中用户的业务无感知。 (2) 一次性投入资金过大, 企业难以负担, 如果由运营商投资, 资金回收周期过长; (3) 直接演进会给运营商网络造成比较大的冲击, 现有网络调整较大, 数据调整和调测割接工作也相对较多。 (4) 用户业务需求及规模还不是很明确, 直接演进可能导致一次性投入难以收回。
四、企业固网向IMS演进方式
企业固网向IMS演进可采用以下两种方式, 每种方式的优劣势分别如下: (1) 直接演进。将现有网络直接改造成IMS网络, 该方式的优点是一步到位, 用户能够尽快体验IMS网络架构带来丰富灵活的增值业务, 开放的平台便于根据客户需求定制开发个性化业务, 增加运营商和价值客户的合作和互动, 为客户实现自身需求的同时, 给运营商带来业务拓展收入;但缺点是一次性投资较大, 网络调整工作量大, 用户业务平滑过渡存在风险, 改造过程中业务无感知难以保证。 (2) 分阶段演进。制定最终网络演进目标, 规划业务需求及投资回收周期, 分步骤分阶段实施网络演进。该方式的优点是在改造前期进行充分调研用户业务需求, 明确网络最终架构, 将投资分散在不同阶段, 每个阶段还可根据现实情况进行微调, 使得项目执行更精确, 同时在改造过程中工作量相对较小, 对网络影响不大, 用户业务感知平滑。但缺点是实施周期较长。
五、两种演进方式需注意事项
5.1直接演进
(1) 直接演进投资较大, 如果运营商全部承担, 投资回收周期过长, 甚至存在后期业务发展不足导致投入无法回收的风险。因此在实施前期需要和客户确定共同分担投资成本, 明确资产归属界面, 将风险共同承担; (2) 直接投资前期要不断和客户沟通, 明确客户要求及后续业务需求, 避免在实施过程或结束后客户需求变更。 (3) 直接演进对网络影响及用户感知影响较大, 在改造前期需要详细制定相关方案和实施步骤, 并做好对客户业务感知影响的预告知工作; (4) 直接演进工作量大, 在前期需要制定详细的改造方案和计划, 确定细致周密的实施步骤及操作细则, 明确时间进度及验收标准。
5.2分阶段演进
(1) 分阶段演进可将投资在时间上分散, 因此在投资成本压力及投资风险上相对小一些, 可考虑由运营商单独承担; (2) 分阶段演进在初期可和客户基本明确相关业务需求和实现业务类型, 明确网络演进的最终架构, 以及大概实施周期, 在谈判时可附加实施下一阶段的条件, 如需满足投入回收比例等, 从而将投资风险降到最低。 (3) 分阶段演进可将重点集中在本阶段的网络改造方案细节及业务实现, 在实施过程中可根据客户需求变更或细化做出适当微调, 能够更好的满足客户需求, 同时尽量减小对运营商网络的影响和对用户感知的影响。
六、某企业用户IMS改造案例
某企业是我国大型军民研制生产基地, 公司占地面积400多万平方米, 现有职工18000多名, 为我司一个价值客户。该企业工程及园区固网全部使用我司设备。因该企业原程控交换机使用年代久远, 机型老化, 业务功能较为单一;占地大、功耗大、不绿色环保;同时不满足基于IP化的软交换架构, 不利于后期的网络演进, 客户提出希望对全区网络设备进行升级改造, 部署基于IMS的多业务平台应用网络, 并能实现对增值业务的灵活开发和自身定制管理。
经过和客户预期投资及业务需求的了解, 客户难以分担过多的一次性资金投入, 同时兼顾网络实际现状, 给客户提出了网络演进按照两个阶段实施的方案。
(1) 第一阶段:根据现网实际情况, 首先对原网络进行改造, 实现接入及交换层面的全IP化, 同时不影响现网现有业务功能, 原客户基本业务和管理功能由软交换完全继承, 智能增值业务仍然延续由大网承担, 先为后续IMS网络部署奠定基础, 做到业务平滑过渡。待投入产出比达到一定要求后, 再根据客户当时的业务发展需求进入后续网络演进阶段。
第一阶段实现后组网图如下:
(2) 第二阶段:根据当时及后续业务需求发展, 确定对网络进行IMS改造, 使得企业级增值业务的鉴权和触发以及大部分新业务在IMS上实现, 使得业务触发速度更快, 业务更丰富, 同时减小对大网的业务处理压力。开始阶段可先部署简单的业务服务器PES/PSS, 为IMS域用户提供基本业务、补充业务、IPCentrex业务, 支持用户业务的登记、激活及业务数据的设置等, 随着后续业务需求的增加, 可考虑对业务服务器进行扩容或增加部署。第二阶段实现目标网络结构如下图所示:
七、总结
对于发展潜力大, 定制业务需求较多的价值客户, 可考虑将网络演进到IMS, 将增值业务下移, 减小大网压力, 降低对大网的影响。在具体的操作中, 可根据客户的需求、业务发展潜力、市场规模以及投入产出等情况, 选择分阶段演进或直接演进到IMS架构。
摘要：本文对企业传统固网平滑演进方式和难点进行分析, 探讨如何根据实际业务需求、网络现状及投资状况, 优化现有网络, 实现到IMS的平滑演进, 满足企业用户个性化通信需求。
演进方案 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
演进方案 篇7
在4G无线系统中, LTE - A协议要求移动终端 ( MS) 和基站 ( BS) 之间的上行链路采用双天线传输[1]。鉴于STBC传输方案有着良好的分集性能, 并且能够有效的克服信道衰落[2], 增加传输的可靠性, 因此在LTE - A中采用STBC方案是一种较为理想的传输方案。传统的Alamouti传输方案[3]中要求双传输天线和双时隙传输, 但在LTE - A协议中, 由于帧结构的要求, 上行链路需要采用三个时隙来传输数据符号[4]。一种混合STBC传输方案[5]已经针对这种传输需求提出了解决方案, 虽然能够达到全速率和线性的编码, 但不能实现全分集。QST- BC ( 准正交空时分组码) [6, 7]方案虽然实现了全速率全分集传输, 但是这个方案有两个问题: 第一, 最大似然译 码ML要求联合 检测两个 复信号 ( O ( L2. 0) ) 是信号星座图的大小。第二, 它的最小行列式值 ( MDV) 随着星座图的改变而变化。
在以上研究的基础上, 本文提出了一个新的三时隙双天线的传输方案, 这个方案的特点是: ( 1) 能够实现全速率全分集; ( 2) 降低了译码复杂度, 它的译码只要求联合检测三个实信号 ( O ( L1. 5) ) ; ( 3) 它的MVD并没有通过信号星座图的大小而变化; ( 4) 它能够和单天线兼容。
本文的结构如下, 在第二部分我们详细地讨论了所涉及系统结构特征; 第三部分分为两个小节, 首先讨论编码矩阵的结构特点; 再论述其中的一个参数k的最优问题, 从一个侧面实现最优编码; 第四部分是研究所建立的编码方案的译码方案及译码复杂度的讨论分析; 第五部分是本文的计算机系统性能仿真以及全文的总结。
2 系统模型
本文的MIMO系统假设有Nt ( Nt= 2) 个发射天线和Nr个接收天线, 并且在传输码组长度为T ( T = 3 ) 的时隙内是准静态平坦衰落信道, 接收端已知信道的状态信息 ( channel - state - information - CSI) , 传输端未知。这时系统的输出关联模型为:
其中参数用q ( q = ρ/Nt) 来确保每个传输天线发射功率的公平性, X是T×Nt维传输信号矩阵, 其中各个元素通过一定关系映射到所选择的调制符号星座图中; H是Nt×Nr维的信道参数矩阵; Y是T×Nr维接收信号矩阵; Z是T×Nr维的均值为零、方差为σ2的加性高斯噪声矩阵。我们的任务是设计"具有最优结构"的编码矩阵X, 实现满足LTE - A协议要求的传输速率。
3 新的 STBC 方案
在本节中, 首先对满足实现LTE - A协议要求的编码矩阵进行初始化结构设计, 引出一个与编码传输差矩阵的最小行列式值 ( MDV) 有关的参数k , 再采用优化编码矩阵的MVD来确定参数k的取值范围, 使得编码矩阵的MVD达到最大。
3. 1 编码矩阵:
连续三个数据符号在三个时隙内传输, 为了达到传输的全速率, 假设第一个天线在三个时隙内依次传输符号为x1, x2和x3, 它们构成一个传输矢量s ( s =[x1, x2, x3]) , 第二个天线在三个时隙内传输符号为v1, v2和v3, 他们构成一个传输矢量v ( v =[v1, v2, v3]) 。现在我们重新定义通过第二个天线传输的三个符号。一种可行的方法是定义矢量v正交于矢量s, 即有sHv = vHs = 0。这种构造方式可使得六个复信号的联合检测变成对两对三个复信号的联合检测, 从而大幅度地降低译码复杂度。为达到上述要求, 我们先对目前比较通用的两个发射天线阵元、三个发射时隙的三种不同的编码方案进行剖析, 例如下面几种编码矩阵:
在上述的编码矩阵Xi ( i =1, 2, 3) 中, 均满足第一列和第二列是正交的关系。但是在第二列中的0符号的引入降低了系统的传输效率, 也可能引起系统峰均值比的剧烈波动, 为了克服这种现象, 我们假设有一个新传输符号矢量v, 定义为:
其中vi ( i = 1, 2, 3) 表示对应矩阵Xi的第2列。因此, v可以表示为:
为了达到功率平衡, 在向量v的每个元素前面乘以现在, 可以得到如下的编码矩阵:
为了得到全分集增益, 进一步假设符号x1, x2和x3 可能从不同的调制符号星座图中选取。在此我们根据文献[10]假设Xi分别取自于如下三个不同的调制符号星座图:
( 5)
其中Ω可称之为" 原始星座图", x2和x3的参数为符号功率归一化参数, 用k来确保不同的E{ | xi|2} 相等, E[·]是期望算子符号。这里的参数k就是我们要待定的优化参数。图1给出了三种不同的星座图, 其中 ( a) 是标准的16 - QAM星座图; ( b) 是水平变换的16 - QAM星座图, ( c) 是垂直变换的16 - QAM星座图。此处的点x1, x2和x3可以认为是分别取自如图1所示的星座图内的点。
3. 2 优化参数 k
在上节中我们假设编码矩阵Xproposed中的符号x1, x2和x3可能取至三个不同的调制符号星座图, 这三个不同的调制符号星座图实质为一个标准调制符号星座图在两个不同坐标方向的压扩变换构成, 从而引出一个压扩参数k。在本节中我们基于编码矩阵Xproposed的行列式准则或秩准则讨论参数k的最优化问题。为了达到全分集, 依据空时分组码的秩 ( 行列式) 准则应有:
其中表示误差矩阵, 依据假设sHv = vHs = 0以及矢量v的结构, ( 6) 式保证了误差矩阵珚X是满秩的。进一步我们讨论行列式det ( H) 的最小最大值问题。由 ( 6) 式有,
其中v珋为矢量v的差矢量。矢量v的范数为: ‖v‖2 = | x2+ x3|2+ | x1- x3|2+ | x1+ x2|2可以表示为xi 的模值与变量Re ( z) 之和。其中: z = x2* x3- x1* x3+ x1* x2。
假设调制信号的星座图是标准的M ary-QAM, 其中它的实部和虚部可分别看作为M1-ary-PAM和M2-ary-PAM ( 例如8QAM可以认为是4-ary-PAM实数部分和2-ary-PAM复数部分的组合) , 这时候对于实部有依据文献[10]有:
其中x1R 表示符号x的实部, dmin是PAM星座图中点间的最小欧氏距离, 这里假设dmin为1; Xi ( i = 1, 2, 3) 是整数, 则有mi∈{ [M1- 1: 2: - M1+ 1]∪0} 。
基于以上的假设, 在4 - QAM的调制符号星座图中, 当mi∈ { 0, ±1} 时依据公式 ( 7) 优化MVD获得其最大值。而mi∈{ 0, ±1} 是和任意QAM调制符号星座图兼容的假设。为了最优化MVD并不降低其性能。参照 ( 7) 式定义如下的"距离"表达式D :
依据 ( 8) 式定义z1= m1, z2= m2α ( k) , z3= m3α ( k) k。
在 ( 9) 式中, 第一项子因子z2 1+ z2 2+ z2 3是非零的。为分析讨论 ( 9) 式是非零的, 依据假设有如下的情况:
当z1= 0时: 这种情况下有: D = z2 2+ z23+ z2z3。根据z2、z3和k得出, 此时当 ( 9) 式取得最小值时z2 = 0且z3≠0 ,
当z1≠0时: 在这种情况下有:
其中n3∈ { 0, ±1} , n3和 ( 8) 式中m3可以不相同。由 ( 11) 式可以得到当m1= - m2= n3≠0 , ( 11) 式有最小的值。这时依据 ( 11) 式有:
由假设可得α2 ( k) + α2 ( k) k2= 2 , 所以 ( 12) 化简为:
为了得到最大化的MVD的值, 令 ( 10) 式的D1, min ( k) 与 ( 13) 式D2, min ( k) 相等, 即可以得到下式:
这时可以得到k = 0. 46, 且当dmin= 1时MDV的值为 min det =1. 2。
4 译码算法及译码复杂度分析
不失一般性可以假设接收端天线阵元个数Nr = 1 , 这样信道矩阵可以表示为矢量h, 方程 ( 1) 可以简化为
对应的最大似然译码为:
可以直接通过搜索求解优化问题 ( 15) , 这就是所谓的"维特比" 算法, 该算法的复杂度相对较高。将 ( 4) 式的编码矩阵X带入可得传输符号x1, x2和x3的方程为:
对各个分量取共轭可得独立方程:
联立方程 ( 16) 和 ( 17) 得:
若 ( 18) 式的系数矩阵是可逆的, 则很容易从方程 ( 18) 求得符号x1, x2和x3的解。通过观察 ( 18) 式的系数矩阵是对角占优的, 通常对角占优方阵是可逆的。但直接求逆得符号x1, x2和x3的解可能不是最优的。也可以通过对系数矩阵的QR分解求得符号x1, x2和x3的解, 相对直接求逆该方法较优。本文是将 ( 15) 式的目标函数进行分解, 写成下面的形式求解:
其中:
上标R和上标I分别表示信号的实部和虚部。从 ( 19) 中可以得出fR和x1I , x2I , x3I 以及fI和x1R , x2R , x3R 是相互独立的, 最小化 ( 13) 等价于分别最小化fR和fI , 因此ML译码需要连接三个实数的符号 ( O ( L1. 5) ) 。比较QSTBC方案和所提出的方案[7], 这种提出方案的译码比QSTBC方案 ( O ( L2. 0) ) 有更低的译码复杂度和更好的误码率。
5 仿真结果及讨论
图3的曲线表明了在高的信噪比的情况下, 仿真结果显示提出的STBC传输方案有着比QSTBC方案低的误码率。
本文提出了一个三时隙双天线的传输方案, 这种方案能够达到全速率全分集的传输, 并且需要一个复杂度为 ( O ( L1. 5) ) 的三个实信号联合检测, 它的最小的行列式的值在不同的星座图中是不变的。这种传输方案满足LTE - A协议上行链路的要求, 并且能够和单天线模式兼容。能够在实现全速率全分集传输的基础上, 实现了译码复杂度的降低。但是这种方案虽然降低了译码复杂度, 却增加了硬件实现的复杂度。
参考文献
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